Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Нетрадиционые удобрения 8
1.1. Редкоземельные элементы 8
1.2. Удобрения на цеолитовой основе 15
Глава 2. Методы и объекты исследований 28
2.1. Методика сорбционных исследований 28
2.2. Методика агрохимических исследований 29
2.3. Цеолитсодержащие туфы Мухор-Талинского и Холинского месторождений природных цеолитов 32
2.4. Физико-химические свойства сульфата и нитрата лантана 34
2.5. Характеристика каштановой почвы опытного участка 35
2.6. Биологические особенности и сорта культур 37
Глава 3. Равновесные и кинетические закономерности сорбции лантана природными цеолитами 40
Глава 4. Влияние лантансодержащего микроудобрения на биологическую активность каштановой почвы 62
4.1. Численность и состав микроорганизмов 62
4.2. Ферментативная активность 71
4.3. Целлюлозолитическая активность 77
4.4. Протеолитическая активность 80
4.5. Динамика минеральных форм азота 84
Глава 5. Влияние лантансодержащего микроудобрения на урожайность и качество гороха и овощных культур 92
5.1. Продуктивность гороха, редиса и салата 93
5.2. Элементный и качественный состав гороха, редиса и салата 98
Выводы 105
Список литературы
- Удобрения на цеолитовой основе
- Цеолитсодержащие туфы Мухор-Талинского и Холинского месторождений природных цеолитов
- Равновесные и кинетические закономерности сорбции лантана природными цеолитами
- Ферментативная активность
Введение к работе
Актуальность, Повышение экологической устойчивости и биологической продуктивности агроценозов в жестких природно-климатических условиях невозможно без применения удобрений как фактора регулирования продукционного процесса. Удобрения должны обладать высокой биологической активностью и доступностью для растений, содержать комплекс элементов биофилов, обеспечивать сбалансированность процессов в системе почва - растение, сохраняя плодородие почв и повышая урожайность культур.
В настоящее время, на фоне дефицита и дороговизны промышленных туков, сельхозпроизводители не могут позволить себе широко использовать минеральные удобрения. Решение данной проблемы возможно за счет разработки современных технологий получения и применения удобрений нового поколения на основе местного природного и техногенного сырья (Абашеева и др., 2002).
Значительная роль в повышении плодородия почв и продуктивости, устойчивости культур к стрессам в условиях экстремального климата, принадлежит микроэлементам, выполняющим важные функции в процессах жизнедеятельности растений и почвенной микрофлоры. Наряду с традиционными биофильными микроэлементами, перспективным является применение в качестве микроудобрений редкоземельных элементов (РЗЭ) -лантана, неодима и самария, обладающих эффективным действием в системе почва - растение (Солодов, 1999; Абашеева и др., 2004; Кожевникова и др., 2005).
Однако, внесение микроэлементов в почву в форме минеральных соединений нередко сопровождается их вымыванием по почвенному профилю при обильном увлажнении на легких супесчаных почвах, обедненных гумусом, а также образованием ими труднодоступных растениям соединений, например с карбонатами в каштановых почвах, что приводит к
существенному снижению эффективности микроудобрений (Абашеева и др., 2002).
Для устранения неблагоприятных моментов, возникающих при внесении микроудобрений, одним из рациональных направлений является применение сорбционной технологии, которая в качестве носителя микроэлементов предполагает использование цеолитов (Федюшкин, 1989). В этом плане перспективным является использование цеолитовых туфов Мухор-Талинского и Холинского месторождений, имеющих значительные запасы качественной цеолитсодержащей породы с необходимыми сорбционными свойствами. Мухор-Талинское месторождение имеет прямой выход на Транссибирскую железнодорожную магистраль и частично эксплуатируется, однако морденитовый туф добывается совместно с перлитом и в настоящее время идет в отвалы, загрязняя тем самым окружающий природный ландшафт.
В литературе практически отсутствуют данные об ионообменных свойствах природных цеолитов по отношению к РЗЭ. Следовательно, актуальным для определения параметров насыщения сорбента при получении микроудобрений с заданными дозами микроэлемента, является исследование сорбционных процессов.
Микроудобрение на основе природного цеолита и лантана представляет теоретический и практический интерес при применении его в разных климатических условиях, в частности в Забайкалье, и определении влияния на биологическую активность почв, на урожайность и качественный состав культур.
Цель исследований - разработать физико-химические основы получения лантансодержащего микроудобрения и провести оценку его эффективности.
Задачи исследований: 1. Установить равновесные и кинетические параметры сорбции лантана из водных растворов его солей природными цеолитами.
Определить оптимальные условия насыщения лантаном морденитового туфа для приготовления лантансодержащего микроудобрения (МУ).
Выявить влияние лантансодержащего микроудобрения на биологическую активность каштановой почвы.
Исследовать влияние лантансодержащего микроудобрения на продуктивность и качественный состав гороха и овощных культур.
Научная новизна. Впервые исследованы равновесие и кинетика сорбции катионов лантана цеолитсодержащими туфами Мухор-Талинского и Холинского месторождений. Выявлены закономерности сорбции из водных растворов сульфата и нитрата лантана. В области низких концентраций (< 0.1 г-л"1) ионы лантана извлекаются количественно независимо от природы аниона, соотношения твердой и жидкой фазы и размеров зерен сорбента. С увеличением концентрации раствора наблюдается изменение селективности природных цеолитов к ионам лантана и снижение их сорбционной способности. Скорость процесса зависит от размеров зерен туфа, концентрации раствора и природы аниона.
Полученные данные позволили определить оптимальные параметры насыщения лантаном цеолита и получить новое лантансодержащее микроудобрение, под влиянием которого повышается биологическая активность и уровень нитратонакопления в каштановой почве, увеличивается продуктивность и качество гороха и овощных культур. Защищаемые положения:
1. Цеолитсодержащие туфы Мухор-Талинского и Холинского месторождений обладают способностью к количественному извлечению лантана из водных растворов. Равновесные и кинетические параметры ионного обмена позволяют использовать цеолитовые.туфы в сорбционной технологии получения лантансодержащего микроудобрения. 2. Применение лантансодержащего микроудобрения положительно влияет на микробиологическую активность каштановой почвы, на продуктивность и качественный состав гороха, редиса и салата.
Теоретическая и практическая значимость. Установлены равновесие и кинетика сорбции лантана природными цеолитами, определены условия получения лантансодержащего микроудобрения. Исследование сорбции вносит вклад в формирование представлений об ионообменных процессах на природных цеолитах. Результаты открывают перспективы для дальнейших исследований по применению лантансодержащего микроудобрения в качестве эффективного средства повышения биологической активности почв, продуктивности и качества сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: школе-семинаре молодых ученых (Улан-Удэ, 1999); научно-практической конференции, посвященной 275-летию РАН «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 1999); международных научно-практических конференциях «Новые идеи в науках о земле» (Москва, 1999); «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (Чита, 2001); всероссийских научно-практических конференциях «Достижения науки и техники-развитию сибирских регионов» (Красноярск, 1999); «Новые технологии переработки природного сырья в условиях экологических ограничений» (Улан-Удэ, 2004);
Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом СО РАН по проблеме «Биосферные и экологические исследования», а также явилась частью систематических исследований, проводимых в БИП СО РАН по теме «Разработка научных основ получения новых соединений и материалов на основе синтетических и природных веществ» (2001-2003 гг., регистрационный № 012200113788) и по планам НИР ИОЭБ СО РАН (гос. № 01.9.40003188). Работа поддержана экологическим фондом Республики Бурятия по темам: «Эколого-агрохимическая оценка нового вида микроудобрения на основе лантана и морденитсодержащего туфа», «Разработка комплексных удобрений пролонгирующего действия с использованием местных агроруд» (1999-2000 гг.)
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав, выводы и список литературы. Основной материал изложен на 127 страницах машинописного текста и включает в себя 12 таблиц, 18 рисунков, список литературы из 206 работ, из них 23 иностранных авторов.
Личный вклад автора. Диссертантом проведены экспериментальные исследования по изучению сорбционных процессов, а также опыты по оценке влияния лантансодержащего микроудобрения на почву и растения.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научным руководителям д-р. хим. наук Н.М. Кожевниковой и д-р биол. наук Н.Е. Абашеевой за внимание и помощь, критические замечания и советы при выполнении работы, а также д-р. биол. наук М.Г. Меркушевой за поддержку и помощь при подготовке диссертации.
Удобрения на цеолитовой основе
К настоящему времени накоплен . большой объем данных, свидетельствующих об эффективности применения цеолитов в агропромышленном комплексе. Впервые исследования цеолитов были широко развернуты в 1960-1970 гг. в Японии, США и Канаде (Цхакая, Квашали, 1985; Сафронов, 1989), где имеются крупные месторождения природных цеолитов. В нашей стране для определения областей применения и объема потребления цеолитов в 1987 г. была утверждена республиканская научно-техническая программа «Цеолиты России», которая опиралась на предшествующий исследовательский материал, в том числе и зарубежный опыт. В результате проведенных исследований было обосновано использование цеолитов в сельском хозяйстве, подготовлено методическое руководство по изучению природных цеолитов в растениеводстве и земледелии России, создана сырьевая база для опытно-промышленных испытаний цеолитов и успешно проводится их внедрение в различных областях народного хозяйства (Жерер и др., 1993).
Уникальные свойства цеолитов - способность к ионному обмену, селективность к различным катионам, высокая обменная емкость, обусловлены особенностями строения их кристаллической решетки. Трехмерная каркасная структура цеолитов образована ионами кремния и алюминия, тетраэдрически координированных с четырьмя ионами кислорода. Замещение кремния на алюминий приводит к появлению избыточного отрицательного заряда, который нейтрализуется обменными катионами, расположенными во внутрикристаллических полостях структуры.
Наличие в структуре цеолитов полостей и каналов с диаметром до 6-7 А позволяет проводить сорбцию и ионный обмен многих катионов. Высокая обменная емкость обусловлена значительным объемом пор (до 50 % от объема каркаса) и изменяется в пределах 1-5 мг-экв/г массы, в зависимости от вида цеолита, его месторождения и способа обработки. Цицишвили и др. (1985) выявили изменения обменной емкости клиноптилолита в пределах 1,06-1,76 мг-экв/г, а по данным Челищева и др., (1978), максимальное значение составило 2 мг-экв/г. В США для морденита обоснована средняя величина обменной емкости в 1,7 мг-экв/г, а определенная при изучении клиноптилолита средняя величина обменной емкости, равная 2 мг-экв/г, принята за основу в расчетах (Pond, Mupton, 1984).
Цеолиты в ионообменных процессах проявляют селективность по отношению к различным катионам. Обмен одновалентных катионов протекает с резко выраженной избирательностью к крупным катионам Cs+, Rb+ и К+, тогда как для Na+ наблюдается постоянная избирательность. Обмен щелочноземельных элементов характеризуется высокой избирательностью к Sr-+, что позволяет извлекать его из растворов с низкой концентрацией (Челищев, 1973; Цицишвили и др., 1985).
В природе цеолиты встречаются в виде гидротермальных и вулканогенно-осадочных геологических образований. Известно около 1000 месторождений 42 разновидностей природных цеолитов более чем в 40 странах мира (Цицишвили и др., 1985). Практическое освоение имеют пока вулканогенно-осадочные цеолиты, экономическую рентабельность которых определяют значительные запасы сырья, выдержанность пластов, элементный состав пригодный для питания растений, а также возможность разработок открытым способом.
На территории России реально осваиваемые месторождения, создающие основу сырьевой базы - Холинское, Пегасское, Хонгуруу, Чугуевское, Лютогское, Шивыртуйское, Ягоднинское, Хотынецкое и Кузбасское. Находящиеся на поисковой и оценочной стадии Маргинтуйское и Мухор-Талинское месторождения Западного Забайкалья имеют очень хорошие перспективы для дальнейшего освоения.
Наибольшее распространение и промышленное значение среди природных цеолитов имеют клиноптилолит, морденит, шабазит и филлипсит. Цеолитовые туфы наиболее ценных первых трех минералов, месторождения которых находятся и в Бурятии, не уступают по своим физико-химическим свойствам туфам других месторождений, однако в земледелии республики почти не находят применения.
Цеолитсодержащее сырье на территории России характеризуется хорошим качеством, относительно высоким содержанием минерала в породе (40-90 %) и безопасно в плане агроэкологических требований, несмотря на несколько повышенное содержание таких металлов, как Sr, Си, В a, Zn, Сг, Ті, Мп, в цеолитах некоторых месторождений (Шивыртуйское, Хотынецкое). Радиационный фон цеолитов не превышает предельно допустимых концентраций, поскольку самые высокие содержания урана, тория, мышьяка, свинца находятся на уровне чувствительности метода (Баюшкин и др., 1988).
Кремний-алюминиевый состав цеолитов различных месторождений меняется незначительно, в большей степени варьирует содержание обменных катионов (Na, К, Са, Fe, Mg). В литературе приводится общее содержание микроэлементов в цеолитах, но практически нет данных о степени их подвижности и доступности растениям (Ермолаев, 1987). Для всех месторождений характерно содержание Мп, Си, Mo, Pb, Zr, Sc, а такие элементы как Be, В, Pb, Cr, Ni присутствуют в цеолитах одних месторождениях и отсутствуют в других (Грабовенский, Калачнюк, 1984).
При промышленном использовании цеолитсодержащие минералы относятся к категории агросырья местного значения. Экономическая целесообразность применения в сельском хозяйстве обеспечивается простой технологией добычи и переработки, необходимыми кондициями и эффективностью отдачи. Для практических целей цеолиты размалывают на части размером менее 1 мм для добавки к корму животным и размером 1-5 мм для применения в тепличном овощеводстве и растениеводстве. При внесении в песчаную почву желательно измельчение частиц до 1-3 мм. Для сорбционных процессов наиболее ценной продукцией при размоле цеолитов считается фракция размером 2-5 мм. (Постников, Илларионова, 1990).
Внесение цеолитов в почву оказывает благоприятное изменение ее агрофизических и агрохимических свойств: улучшается структура и проницаемость почв, повышается ее поглотительная способность (Шевченко и др., 1986; Борошенко и др., 1992). По данным Мазур и др., (1984) использование клиноптилолитовой муки в дозе 35 т/га почти удвоило емкость поглощения почвы вследствие увеличения в ней активной минеральной фракции с высокими ионообменными свойствами. Обменно-катионный потенциал обогащенной цеолитом почвы возрастает за счет вовлечения естественного запаса обменных катионов цеолита в почвенно-поглощающий комплекс. Повышение почвенной поглотительной способности обусловливает сорбцию и длительное удерживание гумусовых веществ, в дальнейшем медленно выделяющихся в почву (Григора, 1990).
Цеолитсодержащие туфы Мухор-Талинского и Холинского месторождений природных цеолитов
Сорбционная технология предполагает использование в качестве носителя биофильных элементов цеолиты, среди которых перспективны природные цеолитсодержащие туфы, в частности, Мухор-Талинского и Холинского месторождений. Мухор-Талинское месторождение морденитовых туфов расположено в Заиграевском районе республики Бурятия и включает три участка: Аршанский, Центральный и Восточный. Наиболее перспективный Центральный участок имеет площадь около 8 км2 . Основным цеолитовым минералом является -морденит. По минеральным ассоциациям на месторождении выделено 5 типов руд: морденит-гейландит-клиноптилолитовый, гидрослюдисто-морденитовый, адуляр-морденитовый, морденит-адуляр-кристобалитовый, кристобалит-адуляровый. Содержание морденита в породе составляет примерно 60% (Ковальский, 1968). Цеолиты данного месторождения относятся к группе высококислото- и термоустойчивых цеолитов (Седакова и др., 1969). Ионообменные свойства в значительной мере определяются катионным составом сырья. Морденитовые туфы месторождения обладают дикатионной Ыа,К-формой с преобладанием К-форм, что довольно редко встречается у природных цеолитов. Общая (Na, К) обменная емкость (ОЕ) составляет 0,55 мг-экв/ г, по NH4+ - 0,7-1,6 мг-экв/ г, по Ptf - 0,75 мг-экв/ г. Адсорбционная способность туфов, определенная в статических условиях по парам воды составила 8%, что незначительно уступает цеолитам Холинского месторождения. Таким образом, обменная емкость, как основной показатель технологических свойств, достаточна для использования в ионообменных процессах.
Данные цеолиты не превышают нормы по содержанию Cd, As, Hg и F; средние концентрации этих элементов находятся далеко от предельно допустимых значений. Исследования не выявили канцерогенного эффекта и по заключению Саратовского НИИ сельской гигиены туфы Мухор-Талинского месторождения относятся к слаботоксичным веществам 4 группы (Седакова и др., 1969).
Технологические показатели морденитовых туфов Мухор-Талинского месторождения позволяют отнести их к высококачественному цеолитовому сырью для применения во многих областях народного хозяйства. Приведенные характеристики свидетельствуют о возможности применения морденитовых туфов месторождения в сорбционных технологиях, а также и в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта и носителя питательных для растений веществ.
Холинское месторождение клиноптилолитовых туфов находится на границе Бурятии и Читинской области и является перспективным объектом в Восточной Сибири. Основные породообразующие минералы -клиноптололит и монтмориллонит, кварц и полевой шпат входят в состав примесей. Содержание клиноптилолита в породе в среднем составляет 55 — 60%. Химический состав туфов может иметь различия в пределах одного месторождения, что препятствует созданию ГОСТа для цеолитов Холинского месторождения, поэтому при применении их в животноводстве не всегда получаются стабильные равнозначные результаты. Холинские цеолиты нетоксичны - допустимые дозы 8 г/кг.
Цеолиты Холинского месторождения можно отнести к низко кислотоустойчивым, но независимо от этого сохраняющим свои технологические свойства: обменная емкость, равная по NH 1,4—3,8 мг-экв/г, при действии 0,1-1 н. раствором НС1 снижается, однако при повышении концентрации раствора НС1 до 3-4 н. почти не изменяется и составляет 1,8 мг-экв/г (Алексеева и др., 1991). Эта величина ОЕ является достаточной для применения туфа в технологических целях. Физико-химические свойства сульфата и нитрата лантана В основе приготовления лантансодержащего микроудобрения лежит сорбция цеолитами ионов лантана из водных растворов их солей. Ионный обмен на цеолитах во многом определяется физико-химическими свойствами сорбируемых катионов, кроме того, значение имеет анионный состав обменного раствора, а также процессы протекающие в нем.
Для катионов лантана в водных растворах характерны процессы гидратации, гидролиза, а также комплексообразования с анионными группами. Так, для 0,1н. раствора Ьа2(8С 4)з степень гидролиза составляет 0,072%. Данный процесс сопровождается понижением рН, причем его значение существенно зависит от концентрации и составляет для 0,001, 0,01 и 0,05 М растворов при 25С соответственно 6,45, 5,85 и 4,71 (Комиссарова и др., 1986).
Особенности состояния комплексов определяются размером ионного радиуса и координационными возможностями ионов. Взаимосвязь протекающих процессов, сочетающихся с изменением размерного фактора ионов, приводит к различному проявлению в ряду РЗЭ в зависимости от концентрации катионов и анионов (Терентьева, 1953). Комплексные соединения лантана характеризуются несколько большими значениями констант устойчивости по сравнению с иттрием, что связано с усилением комплексообразующей способности и стабильности комплексов при возрастании порядкового номера и потенциалов ионизации (Серебренников, 1963).
Равновесные и кинетические закономерности сорбции лантана природными цеолитами
Для определения возможности использования цеолитов необходимо исследование сорбционных процессов, которое включает изучение равновесия и кинетики ионного обмена в зависимости от некоторых условий. Известно, что характер ионообменных процессов на цеолитах определяется такими факторами: 1) природа катиона, его заряд и размер в дегидратированном и гидратированном состояниях; 2) концентрация катиона в растворе; 3) природа аниона, ассоциирующего с катионом в растворе; 4) природа растворителя; 5) структурные особенности цеолита; 6) температура (Брек, 1980).
Поведение цеолитов в обменных реакциях, селективность по отношению к отдельным катионам и проявление ситового эффекта подробно иеследованны на примере одно- и двухзарядных катионов щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов. Среди природных цеолитов наиболее изучены клиноптилолит, морденит и эрионит (Челищев, 1988). Ионный обмен щелочных металлов характеризуется постоянной избирательностью к противоиону для Cs+, Rb+, К+ и Li+. Данные цеолиты характеризуются резко выраженной селективностью к крупным катионам щелочных металлов, убывающую в ряду: клиноптилолит эрионит морденит в области низких концентраций противоиона в растворе. Влияние температуры на селективность обмена щелочных металлов незначительно, что вообще характерно для ионообменных процессов в связи с малым изменением энтальпии ионного обмена.
Изучение ионообменных равновесий щелочноземельных и ряда переходных металлов (Cd, Си, Zn, Pb) обнаружило проявление отчетливой селективности к катионам щелочноземельных элементов и свинца (II) в области низких концентраций катионов в растворе. Катионы Cd2+, Cu2+ и Zn2+ характеризуются незначительной селективностью в ограниченном интервале изменения их концентраций в растворе и при низких содержаниях в фазе цеолита. Необычное поведение иона РЬ объясняется псевдобинарностью системы вследствие значительного дефицита обменных катионов в РЬ-формах цеолитов и низкого значения рН раствора РЬ(МОз)2. Поэтому полученная изотерма и рассчитанные параметры не относятся к обмену Na , а отражают более сложный процесс, где БГ выступает в качестве конкурирующего катиона.
Близость физико-химических свойств Cd, Си и Zn определяет слабую зависимость обмена от размера катиона и от типа цеолита. Относительно щелочноземельных металлов имеется значительное различие между цеолитами по избирательности в зависимости от размера катиона. Для клиноптилолита характерна групповая селективность к катионам Ва , Sr , Са" со слабовыраженным различием избирательности в зависимости от размера катиона. Для морденита и эрионита селективность сильно зависит от радиуса входящего иона.
Изучение ионного, обмена на Na- и №1гформах цеолитизированного туфа Холинского месторождения (60% клиноптилолита) из многокомпонентных растворов, содержащих катионы Cu2+, Са2+, К+, Na+ и NH4+, установило проявление наибольшей селективности к ионам кальция (Рязанцев и др., 1998). Степень извлечения Сіґ+, Са2+ из раствора не содержащего NH4 была заметно выше на Na-форме клиноптилолита. Максимальная степень извлечения ионов меди из растворов, содержащих NH4 мало зависит от катионной формы цеолита. Исходя из термодинамических параметров ионного обмена был составлен ряд селективности: РЬ Ва Sr Са Cd Си Zn, полностью совпадающий для клиноптилолита, морденита и эрионита, а также для природного шабазита (Цицишвили и др.. 1985; Челищев и др., 1988). Данный ряд указывает на возрастание избирательности с увеличением ионного радиуса катиона (Zamzow et al., 1990). Изучение сорбции кадмия и меди на хонгурине и пегасине (Наумова и др.. 1994) обнаружило предпочтительное поглощение Си2+ а не Cd2+, что не согласуется с представленным выше рядом селективности. Различие избирательности объясняется взаимодействием с ближним окружением молекул воды - катионы Си образуя аквакомплексы (в отличие от катионов Cd ), структурируют воду ближайшего окружения (Мелвин-Хьюз, 1962) и проникая в таком состоянии в поры цеолита, взаимодействуют с электростатическим полем каркаса. Электростатическое поле кадмия слабее, поэтому не обладающие повышенной структурирующей способностью ионы Cd + не проникают в мелкие поры каркаса, что и обусловливает их меньшую избирательность.
Влияние природы сорбента преобразует предложенный выше ряд селективности в ряд Zn Sr Ва Са Cd для цеолита А и ряд Cd Sr Са Zn для цеолита 7(Брек, 1976). Бобонич и др. (1998) эффект трансформации рядов избирательности объясняют в рамках концепции о жестких и мягких кислотах и основаниях, согласно которой низкокремнеземные цеолиты -более мягкие основания, чем высококремнеземные. Соответственно, ряд избирательности для цеолита А трансформируется в случае более жесткого основания - клиноптилолита. В подтверждение этому, сравнительное исследование сорбции Ni, Zn, Со, Cd и Sr природным клиноптилолитом, а также, полученным из него в результате щелочной гидротермальной обработки цеолитом Р (Si/Al=l,l) и синтетическим цеолитом NaA (Si/Al=l,0) показало эффективность цеолита Р по отношению к тяжелым металлам, равную NaA, и существенно превосходящую клиноптилолит. Низкокремнеземный шабазит (Si/Al—1,05) является более эффективным поглотителем стронция, чем морденит, клиноптилолит и эрионит, а также шабазит с Si/Al=2,56 (Жданов и др., 1988).
Ферментативная активность
Функционирование почв Забайкалья в криоаридных условиях сформировало в них своеобразные микробные пулы с неравномерностью, прерывистостью и различной степенью протекания биологических и биохимических процессов с максимумом в короткий период (июль-август) оптимального сочетания тепла и влаги. Почвы характеризуются нестабильностью микробиологической активности, невысокой численностью микроорганизмов и сосредоточенностью их в верхних, наиболее прогреваемых слоях почвенного профиля, что снижает продуктивность системы почва - растение.
Применение удобрений для поддержания фитоценоза в заданных благоприятных условиях нарушает естественный биоцикл питательных элементов, оказывая значительное влияние на почвенное микробное сообщество, которое чаще всего выражается в увеличении численности почвенных микроорганизмов (Мишустин, 1972, 1976; Кураков, 1983). Однако характер изменений не всегда является положительным, поскольку различные виды удобрений неодинаково влияют на биологическую активность почвы: имеются сведения об отсутствии изменений или уменьшении общего микробного числа (Голобородько, Путинская, 1978; Выблов, 1979; Звягинцев, 1980). Кроме того, необходимо принимать во внимание способность некоторых микроорганизмов различных условиях осуществлять прямо противоположные процессы, например, азотфиксацию и денитрификацию, окисление и восстановление различных элементов, и то, что каждый физиолого-биохимический процесс в почве строится на функционировании нескольких дублирующих друг друга микроорганизмов (Звягинцев, 1987). Только при существенных изменениях агрохимических показателей почвы, которые происходят при длительном применении удобрений или внесении их в очень высоких дозах, численность микроорганизмов будет вполне достоверным критерием для оценки степени воздействия удобрений.
Тем не менее, при испытании новых видов удобрений возникает необходимость определения степени их влияния на численность микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, поскольку эти показатели прямо или косвенно отражают уровень биологической активности почвы и ее плодородия (Захаревский, Мухтаров, 1978).
Каштановые почвы проявляют высокую потенциальную микробиологическую активность при оптимальных гидротермических условиях и применении удобрений. Действие редкоземельных элементов, в частности лантана, на активность почвенных микроорганизмов в научной литературе практически не освещалось. Качественная и количественная характеристика почвенных микроорганизмов под влиянием микроэлементов исследовалась с позиций содержания в почве тяжелых металлов или ее загрязнения ими (Алексеева, 1986; Микроорганизмы.., 1986).
При агрохимической оценке действия удобрений содержащих лантан, микробное сообщество характеризовали численностью физиологических групп почвенных микроорганизмов, имеющих отношение к трансформации углерода и азотсодержащих веществ. В ходе проведения опыта, контрольный вариант характеризовался постепенным увеличением численности микроорганизмов по мере продолжительности компостирования, в конце которого оно уменьшилось вследствие исчерпания питательных веществ в почве.
Применение лантансодержащего микроудобрения оказало положительное влияние на почвенную микробиоту, выразившееся в увеличении общей численности микроорганизмов (рис. 4.1). Наиболее резким ростом и самым высоким значением общего микробного числа (ОМЧ), пик которого отмечен на 30 сутки компостирования, сопровождается раздельное внесение МУ, тогда как использование в смеси с минеральными удобрениями не оказало столь заметного влияния.
Многими исследователями отмечается положительное влияние макроудобрений, особенно азотных, на общее количество почвенных микроорганизмов. Однако, по данным Нимаевой (1992), использование только минеральных удобрений иной раз не приводило к активизации почвенных микробиологических процессов вследствие недостатка энергетического материала. Применение в опыте одних минеральных удобрений, хотя и не характеризовалось высокими показателями, однако стабильно повышало общую численность микроорганизмов на поздних сроках, что свидетельствует о достаточном количестве питательных ресурсов для микробного метаболизма (рис. 4.1.).
Актиномицеты, благодаря высокой приспособляемости, являются одной из наиболее многочисленных групп микроорганизмов на почвах низкого плодородия. Их деятельность связана с возбуждением процесса аммонификации, кроме того, мощный ферментативный аппарат позволяет им разлагать разнообразные углеродсодержащие соединения, включая и клетчатку.
Лантансодержащее микроудобрение оказало положительное действие на данную группу микроорганизмов: МУ увеличило численность актиномицетов в начальные сроки компостирования, опережая по этому показателю остальные варианты (рис. 4.2.). Использование сульфата лантана отличалось не столь выраженным действием на количество актиномицетов. В неудобренной почве численность актиномицетов характеризовалась относительно низким, но равномерным уровнем с некоторым ростом в конце опыта. Физиологическая кислотность некоторых минеральных удобрений приводит к подкислению почвы, тем самым обусловливая некоторое снижение численности актиномицетов на фоне повышения ОМЧ (Мишустин, 1976).
