Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
метанового эффлюента и бентонита – 5,00%, что превышает фон
на 3,62, активированный уголь – на 3,15, навоз КРС – на 3,05%.
При внесении в почву органических веществ в ней бурно
развивается почвенная микрофлора. Для построения плазмы микроорганизмов при достаточном энергетическом материале используется не только азот органических веществ, внесенных в
почву, но и минеральный азот почвы, а это приводит к ухудшению азотного питания культурных растений.
Часть азота, внесенного с удобрениями или находящегося
в почве, поглощается некоторыми минералами из группы гидрослюд. Механизм закрепления аммония в необходимой форме
можно представить следующим образом. При увлажнении почвы
кристаллическая решетка минерала расширяется, и аммоний вначале поглощается обменно, но может проникать внутрь нее, занимая свободные радикалы. При подсушивании почвы катионы
аммония, попавшие внутрь решетки минерала, оказываются как
бы сжатыми, то есть фиксированными. Его трудно вытеснить
растворителями, не поддается он и действию нитрифицирующих
бактерий. Такой фиксированный аммоний становится малодоступным для растений, поэтому его принято считать условно потерянным (Шеуджен, 2003).
Имеются данные о положительном влиянии кремния на поглощение растениями азота.
О возможности необменной фиксации аммония почвы известно давно, однако очень мало данных о практическом значении этого явления, об условиях, о доли аммония удобрений, которая может быть потеряна и которая может освобождаться и
быть доступной растениям (Панников, Минеев, 1987).
Комплекс почвенных микроорганизмов после кратковременного ингибирования отвечает на нефтяное загрязнение повышением
валовой численности и усилением активности. Прежде всего, это
относится к углеводородокисляющим бактериям, количество которых резко возрастает относительно незагрязненных почв. Развиваются «специализированные» группы, участвующие на разных этапах в утилизации УВ. В процессе разложения нефти в почвах общее
количество микроорганизмов приближается к фоновым значениям,
но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах.
61
Совершенно другая закономерность наблюдалась по динамике содержания в почве подвижного фосфора. При загрязнении
почвы нефтепродуктами отмечена незначительная тенденция
увеличения его концентрации в почвенном растворе с 10,2 до
10,7 мг/100 г почвы в течение вегетационного периода 2003 года.
В сравнении с незагрязненной почвой его содержание имело тенденцию к повышению на 4,0-9,6%. Шеуджен (2003) отмечает, что
в условиях анаэробиозиза, который наблюдается при загрязнении почвы нефтепродуктами, подвижность фосфора увеличивается. В щелочных карбонатных почвах фосфаты представлены в
основном солями кальция. Фосфаты железа и алюминия играют
здесь подчиненную роль. Подвижность фосфора в данном случае
возрастает в результате накопления в почвах при повышенном
увлажнении углекислоты, в присутствии которой растворимость
основных фосфатов увеличивается. Образование в анаэробных
условиях низкомолекулярных органических кислот также способствует увеличению количества фосфатов (Касицкий, 1988).
Вследствие слабой подвижности фосфора в почве практически отсутствуют естественные пути потерь фосфорных соединений. Более чем столетние наблюдения Ротамстедской опытной
станции в Англии, исследования в СССР и за рубежом показывают, что соли фосфорной кислоты из тяжелых почв практически не вымываются, из легких почв их теряется очень немного.
Длительные опыты показывают, что даже при систематическом
внесении фосфорных удобрений на суглинистых почвах пахотные горизонты ими обогащаются слабо, что подтверждает сравнительно слабое перемещение этих соединений по профилю
почвы (Панников, Минеев, 1987).
Уровень содержания фосфора в почве повышался при применении навоза КРС в сравнении с контролем на 11,1-13,8%,
фоном – на 2,7-7,1%. Панников, Минеев (1987) отмечают, что под
влиянием органического вещества навоза усиливаются микробиологические процессы в почве. По данным ВИУА, вследствие
микробиологических процессов, разлагающих клетчатку, содержание усвояемых растениями фосфатов в красноземе повышалось в 2-3 раза. По-видимому, в результате выделения микроорганизмами продуктов жизнедеятельности нерастворимые фосфаты кальция, железа, алюминия и другие формы переходят в со-
62
единения, усвояемые растениями. Фосфор же, потребленный
микроорганизмами и закрепленный в плазме, при их отмирании
переходит в легкоусвояемые растениями соединения. Образующаяся при разложении органического вещества углекислота и
повышенная деятельность микроорганизмов способствуют увеличению доступности растениям фосфора почвы (Лукомская,
1987).
Наибольшая концентрация фосфора отмечена при использовании шлама + бентонит – 11,6-12,3 мг/100 г почвы, что превышает навоз КРС на 8,9-10,1, а фон – на 11,6-15,4%. Кремний, который входит в состав бентонита, в структуре почвенной матрицы образует активные адсорбционные и каталитические центры.
На них закрепляются с разной силой связи питательные элементы, органические соединения, микроорганизмы, ферменты (Зубкова, Карпачевский, 2001). Существует тесная корреляция между
содержанием подвижного кремния в почве и поглощением фосфора растениями. Силикат-анионы могут вытеснить фосфатанионы из трудно растворимых фосфатов с образованием соответствующих силикатов:
CaHPO4+Si(OH)4 =CaSiO3 + H2O + H3PO4
2Al(H2PO4)3 + 2Si(OH)4 + 5H+ = Al2SI2O5 + 5H3PO4 + 5 H2O
2FePO4 + Si(OH)4 + 2H+ = Fe2SiO4 + 2H3PO4.
В результате этих процессов происходит переход недоступных растениям почвенных фосфатов в доступные формы, а также
предотвращается трансформация фосфора удобрений в недоступные для растений соединения (Матыченков, Аммосова, 1994).
Установлено, что внесение активированного угля несколько
увеличивает содержание обменного фосфора на 5,1-6,9% в сравнении с контролем. Возрастание содержания обменного фосфора
происходит в соответствии с количеством обменного фосфора,
присутствующего в самом активированном угле (14-17 мг/100 г).
Подсчитано, что внесение 1% активированного угля соответствует внесению примерно 0,6-1,1 кг Р2О5 на гектар пашни (Стрижакова, Васильева, 2004).
В зависимости от окислительно-восстановительных условий
в почве устанавливается динамическое равновесие между соеди-
63
нениями фосфатов II (нерастворимые фосфаты кальция), III
(труднорастворимые фосфаты, удерживаемые на поверхности
гидратов окисей железа и алюминия) и IV (фосфорорганические
соединения) групп. Это равновесие сдвигается в сторону образования фосфатов II группы при преобладании восстановительных
процессов и в сторону образования фосфатов III группы при
преобладании окислительных процессов (Шеуджен, 2003).
По данным Шамрая (1984), увеличение температуры положительно влияет на активизацию алюмофосфатов и снижает количество органофосфатов, а лучшее увлажнение способствует
гидролизу монокальцийфосфатов в дикальцийфосфаты (Шеуджен, 2003).
Эти сведения подтверждаются результатами наших исследований. Снижение содержания фосфора в почве, загрязненной
нефтепродуктами, на первом этапе (30-90 дней) объясняется усилением окислительных процессов в ней в результате перехода
фосфора в нерастворимые формы, снижением ее температуры и
влагосодержания за счет увеличения пула углеводородокисляющих бактерий и закупорки почвенных пор.
Все применяемые в исследованиях мероприятия по улучшению экологических свойств почвы действовали положительно на
накопление кислорастворимых фосфатов во второй и третий годы
исследований. Возможно, что в почве происходил процесс перехода труднорастворимых и органических фосфатов в подвижную
форму за счет нормализации окислительно-восстановительных
процессов почвы, а также улучшения ее физических свойств
(Морозов, 2003).
Содержание обменного калия, который представлен ионами,
находящимися на поверхности отрицательно заряженных коллоидных частиц и удерживающимися силами электростатического
напряжения на всех вариантах опыта, изменялось незначительно.
Минеев (1999) отмечает, что систематическое внесение удобрений не приводит к существенному увеличению содержания подвижных форм калия в черноземах даже при положительном балансе. Связано это с высокой насыщенностью поглощающего
комплекса двухвалентными основаниями, препятствующими поглощению калия. Исключительно благоприятные условия для
фиксации калия в черноземах (минерологический состав илистой
64
фракции – гидрослюды и высокодисперсные минералы монтмо-
сле
риллонитовой группы, характеризующиеся большой способностью фиксировать одновалентные катионы, высокая насыщенность поглощающего комплекса основаниями, повышенное значение рН, значительное количество органического вещества)
способствуют необменному поглощению калия в пахотном и
подпахотном горизонтах.
В стационарном полевом опыте на выщелоченном черноземе опытной станции Воронежского ГАУ установлено, что в случае дефицитного баланса калия, складывающегося на фоне 20
летнего внесения в севооборот N60P60K60, наблюдалось снижение
обменного калия в почве (Косолапова, 1990). Повышенное количество органического вещества в почве, а также известкование
кислых почв усиливают закрепление калия в необменной форме.
Стрижакова, Васильева (2004) установили, что внесение до 10%
активированного угля в почвы, загрязненные нефтепродуктами,
практически не изменяет содержания обменного калия.
Применение сорбентов в агроценозах оказывало существенное влияние на процессы детоксикации, протекающие в нефтезагрязненных почвах (табл. 22).
Таблица 22. Содержание нефтепродуктов, мг/кг
2003 г. 2004 г. 2005 г.
Вариант
Фон 19000 18500 17600 9400 2200
Навоз КРС 16500 15400 14000 7000 1400
Активированый
уголь
Метановый
эффлюент
Метановый
эффлюент +
бентонит
10 дней
после за-
грязнения
(май)
17700 15800 14600 7200 150
14500 12300 12000 5300 94
14000 12100 11900 5000 89
30 дней
после за-
грязнения
(июнь)
90 дней
после за-
грязнения
(август)
1 год по
загрязне-
ния
(май)
2 год по-
сле за-
грязнения
(май)
Наиболее активная деградация нефтепродуктов в почве на-
блюдалась при использовании метанового эффлюент+бентонит.
65
В сравнении с фоном на начальном этапе (через 10 дней после загрязнения) содержание нефтепродуктов на данном варианте снижалось на 26,3, в то время как при использовании навоза КРС –
на 13,2, актированного угля – на 6,8%. Через 30 дней – на 36,3;
18,9; 16,8% соответственно. Через 90 дней – на 37,4; 26,3; 23,2%
соответственно.
В мае 2004 года содержание нефтепродуктов на фоне
уменьшилось в сравнении с первоначальной величиной на 50,5%,
в то время как при внесении в агроценозы навоза КРС – на 63,2,
АУ – на 62,1, шлама – на 72,1, метановый эффлюент+бентонит –
на 73,7%. Возможно, что существенное снижение содержания углеводородов в почве связано с их миграцией по почвенному профилю в осенний и весенний периоды.
В 2005 году на варианте «метановый эффлюент+бентонит»
содержание нефтепродуктов в пахотном горизонте почвы составило 89 мг/кг, что позволяет судить о том, что она вполне пригодна для возделывания сельскохозяйственных культур.
Наблюдения за ростом и развитием растений картофеля
свидетельствуют о том, что наиболее благоприятные условия для
формирования урожая сложились при применении для детоксикации почвы метанового эффлюента и метанового эффлюента+
бентонит. Урожайность клубней на данных вариантах достигала
25,0-26,4 т/га (табл. 23).
Таблица 23. Урожайность картофеля, 2005 г.
Варианты опыта
Контроль 16,0 22,1
Фон 14,5 20,2
Фон + навоз КРС 21,0 23,1
Фон + активированный уголь 17,0 20,3
Фон + метановый эффлюент 25,0 24,2
Фон + метановый эффлюент + бентонит 26,4 24,6
НСР
0,95
Урожайность
клубней, т/га
0,6
% сухого
вещества
Превышение в сравнении с фоном составило: при использовании навоза КРС – 44,8, активированного угля – 17,2, метаново-
66
го эффлюента – 72,4, метанового эффлюента+бентонит – 83,4%; в
сравнении с контролем – 31,3; 6,3; 56,3; 65,0% соответственно.
Содержание сухого вещества при применении метанового
эффлюента и метанового эффлюента + бентонит увеличивалось
на 4,0-4,4%.
Учитывая, что механизм воздействия органических и минеральных удобрений на формирование урожая картофеля довольно подробно освещен в работах Чигора (1953), Бутова (1982),
Власенко (1987), Минеева (1990), Федотова и др. (2005), основное внимание было уделено влиянию кремния на процессы, обусловливающие продуктивность картофеля. Установлено, что
кремнийсодержащие минералы и кремниевые удобрения, обладая
высокой адсорбирующей способностью, могут удерживать в корнеобитаемом слое почвы внесенные минеральные удобрения и
тем самым опосредованно через другие факторы могут привести
к повышению продуктивности сельскохозяйственных культур
(Шеуджен, 2003).
Кремний способен стимулировать естественные защитные
реакции растений на различные стрессы, выполняя тем самым
биологически активную роль. Кроме того, этот элемент способствует устойчивости растений к физиологическим болезням, возникающим при комплексном воздействии пестицидов, тяжелых
металлов, сероводорода, анаэробиоза и возбудителей некоторых
грибковых и бактериальных болезней, а также при выращивании
на деградированных почвах рисовых полей, при недостатке или
избытке элементов минерального питания.
Недостаток кремния задерживает рост и развитие растений,
повышает их восприимчивость к болезням и насекомым-вредителям. Исключение его из питательной среды в период репродуктивной стадии развития приводит к уменьшению урожая и снижению качества продукции. При полном отсутствии в питательной среде кремния нарушается ультраструктура и функции клеточных органелл, что приводит к преждевременной гибели растения.
67
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ
САХАРНЫХ ЗАВОДОВ
Среди перерабатывающих отраслей агропромышленного
комплекса сахарная промышленность является источником многотоннажных отходов производства, которые являются ценными
вторичными ресурсами для сельского хозяйства. При среднем
выходе сахара 12-13% свеклосахарное производство России дает
к массе переработанной свеклы 80-83% сырого свекловичного
жома, 5-5,5% мелассы, 10-12% фильтрационного осадка; или в
физическом выражении: при переработке 15 млн т свеклы получают примерно 12 млн т жома, 0,8 млн т мелассы и 1,8 млн т
фильтрационного осадка.
Меласса является многотоннажным многокомпонентным
отходом сахарного производства, обладает высокой вязкостью,
содержит сахарозу, растворимые несахара и микроэлементы.
В зависимости от климатических, агротехнических условий
выращивания и технологических режимов переработки сахарной
свеклы состав мелассы может колебаться.
Химический состав мелассы (к массе), %: сухие вещества –
76-85, сахароза – 46-51, общий азот – 1,5-2, бетаин – 4-7, редуцирующие вещества – 0,5-2,5, раффиноза – 0,6-1,4, молочная кислота – 4-6, муравьиная и уксусная кислота – по 0,2-0,5, красящие
вещества – 4-8, зола – 6-11.
В мелассе также содержатся микроэлементы: А1, Мg, Рb,
Мn, Сu. Меласса является ценным сырьем для ряда отраслей. Из
нее получают более 25 видов продукции пищевой, химической,
парфюмерной промышленности. Из оставшихся в мелассе сахаров брожением получают пищевые кислоты (лимонную и молочную), глицерин, ацетон, этиловый и бутиловый спирты.
На сусле, приготовленном из мелассы, выращивают хлебопекарные дрожжи, ею обогащают грубые, а также сброженные
(силос) корма. Кормовая ценность мелассы составляет 770 корм.
ед. на 1 т.
Выход рафинадной патоки составляет 1,2-1,6% к массе сахара-рафинада и зависит от качества перерабатываемого сырья.
В рафинадной патоке на 100 кг СВ содержится 70-75 кг сахарозы, органических несахаров – 17-20 (половину которых со-
68
ставляют глюкоза и фруктоза) и 8-10 кг минеральных несахаров
(преимущественно солей калия, кальция, сульфатов). Рафинадная
патока находит применение в хлебопекарной промышленности,
пищеконцентратном производстве и др.
Свекловичные хвостики и «бой» свеклы составляют 2-3% от
исходной массы корнеплодов (на отдельных заводах до 5% и более) с содержанием в них сахарозы 12-15% на СВ. В переработку
вместе с целыми корнеплодами рекомендуется возвращать только крупные (20-50 мм) обломки свеклы, а обломки меньших размеров направлять на корм скоту в свежем виде. Хранение обломков свеклы в кагатах вместе с корнеплодами недопустимо, так
как они быстро загнивают и являются источником микробиального загрязнения сырья. Наиболее рациональным способом сохранения исходных качеств хвостиков и «боя» свеклы является
их сушка вместе со свекловичным жомом.
В результате проведенных исследований установлено, что
внесение в агроценозы свекловичного боя обеспечивало изменение основных агрохимических показателей чернозема выщелоченного. Отмечалась тенденция к увеличению органического вещества в ПБК (табл. 24).
Таблица 24. Агрохимические показатели чернозема
выщелоченного в агроценозах сои
Вариант
Контроль 4,3 5,0 156 115 0,21
Свекловичный бой (15 т/га) 4,4 4,9 156 116 0,22
Свекловичный бой (30 т/га) 4,5 5,1 162 120 0,23
Гумус,
%
рН
KCl
Р2О5,
мг/кг
К2О,
N, %
мг/кг
Максимальное увеличение биогенных элементов наблюдалось на варианте с внесением свекловичного боя в норме 30 т/га,
так содержание общего азота составило 0,23%, подвижного фосфора – 162 мг/кг, обменного калия – 120 мг/кг. Значительных изменений реакции почвенного раствора по вариантам опыта не установлено.
Такая же закономерность изменения основных агрохимических свойств чернозема выщелоченного отмечалась и при внесении свекловичного боя в агроценозы картофеля (табл. 25).
69
Таблица 25. Агрохимические показатели чернозема
выщелоченного в агроценозах картофеля
Вариант
Контроль 3,7 5,1 143 117 0,20
Свекловичный бой (15 т/га) 3,9 5,1 154 120 0,21
Свекловичный бой (30 т/га) 4,2 4,8 191 123 0,23
Гумус,
%
рН
KCl
Р2О5,
мг/кг
К2О,
N, %
мг/кг
Внесение свекловичного боя обеспечивало не только положительные изменения агрохимических свойств чернозема выщелоченного, но и благоприятные условия для роста и развития
культурных растений, что в конечном итоге способствовало увеличению урожайности сои и картофеля.
Максимальная прибавка урожая отмечалась на вариантах с
внесением изучаемого отхода в норме 30 т/га. Так, превышение
относительно контроля составило: сои – 20,9, картофеля – 46,9%
и относительно варианта с нормой внесения 15 т/га – 15,7 и
37,6% соответственно.
Крупнотоннажным отходом свеклосахарного производства
является фильтрационный осадок (дефекат). В фильтрационном
осадке влажностью 50% содержится 75-80% углекислого кальция
(СаСO3) и 20-25% органических и минеральных несахаров, в том
числе азотистых и безазотистых органических соединений (белок, пектиновые вещества, кальциевые соли, щавелевая, лимонная, яблочная и другие кислоты, сапонин, минеральные вещества и др.), а также небольшие количества калия, азота, оксида
фосфора. В фильтрационном осадке содержится до 1% (к массе
влажного осадка) сахарозы. Потери ее к массе свеклы составляют
0,11-0,12%.
Повторное использование фильтрационного осадка в технологическом потоке возможно только после предварительной его
подготовки (очистки, активации). Активированный известковым
молоком фильтрационный осадок используется для дополнительной очистки густых продуктов – оттеков, клеровок. Очищенный фильтрационный осадок применяется на станции сокоочистки, позволяя на 15-20% сократить расход извести.
Использование фильтрационного осадка для получения извести и сатурационного газа позволяет получать известь высоко-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]