Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
го качества, которая может применяться в строительстве при изготовлении шлакобетонных и грунтобетонных камней, материалов автоклавного твердения, для приготовления вяжущих растворов, в сахарном производстве и т.д. Перед обжигом должна быть
проведена соответствующая подготовка фильтрационного осадка
– прессование в брикеты, подсушивание.
В сухом виде фильтрационный осадок может использоваться для опыления овощей вместо мела и извести; для получения
отмученного мела, который находит применение как нейтрализующее средство при производстве молочной кислоты; при изготовлении бумаги, красок, наполнителей пастообразных веществ в
резиновой промышленности, полирующих и очищающих порошков и паст и т.д.
Сотрудниками РНИИСП разработана технология использования фильтрационного осадка, содержащего до 80% солей кальция, а также органические и минеральные вещества в качестве
кормовой добавки.
В ГНУ РНИИСП Россельхозакадемии (г. Курск) разработана
технология утилизации фильтрационного осадка. В основу технологии положен особый способ обжига фильтрационного осадка, не требующий его специальной подготовки – предварительного прессования в брикеты и подсушивания. В итоге реализации
технологии получают адсорбент, сатурационный газ и известь.
Специальное оборудование, разработанное для сушки фильтрационного осадка и его термообработки, в зависимости от заданного режима позволяет получать различный конечный продукт.
Адсорбент является промежуточным продуктом при прокаливании фильтрационного осадка в известь, который по технологической схеме можно вывести для использования в сокоочистительном отделении. Высушивание материала производится смесью продуктов горения газа, воздуха и генераторного газа, получаемого при пиролизе органики фильтрационного осадка в электропечи. Электропечь оборудована регулятором температуры,
что позволяет вести процесс прокаливания в заданном режиме и
получать конечный продукт с заданными свойствами. Полученный сухой осадок может использоваться как известь, адсорбент
(например, для очистки диффузионного сока) или как известняковое удобрение. Получение извести и сатурационного газа из
71
фильтрационного осадка позволяет сократить расход известняка
до 80% от необходимого количества, уменьшить материальные
затраты и расходы на его перевозку. Российским ГНУ НИИ сахарной промышленности разработана технология использования
дефекосатурационного осадка сырцового производства в качестве адсорбента при очистке полупродуктов с высоким содержанием красящих веществ. Обесцвеченный оттек находит применение
для клерования (осветления, очищения) сахара-сырца. Разработан
способ использования мелких фракций (меньше 30 мм), получаемых при переработке известнякового камня. Мелкая фракция
может использоваться для очистки диффузионного сока, что позволяет в 1,5-2 раза сократить расход извести и повысить технологические показатели очищаемого сока. Отработка мелкофракционного известняка осуществляется в универсальном дезинтеграторе – активаторе, что способствует не только его измельчению, но и активации частиц, при которой направленно изменяются физико-химические и технологические свойства веществ. Анализ результатов работы сахарных заводов Российской Федерации
показывает, что накопленные только за последние 50 лет их работы запасы фильтрационного осадка составляют более 200 млн т.
Дефекат является высокоэффективным известковым удобрением.
Первый полевой опыт по эффективности использования дефеката на выщелоченном черноземе провел в 1891 году студент
Петровской сельскохозяйственной академии (ныне академия
им. Тимирязева), будущий академик Прянишников в имении
«Боринское» Липецкого уезда. В этом опыте дефекат в дозе 2500
пудов на десятину (30 т/га) был внесен осенью 1889 года под
озимую пшеницу урожая 1890 года, а в 1891 году было учтено
его последействие на урожай сахарной свеклы. В условиях резко
засушливого 1891 года урожай корней сахарной свеклы на участке без удобрений составил 99 ц/га, а на удобренном дефекатом –
125 ц/га. Сахаристость корней на участке, удобренном дефекатом, была на 1,07% выше, чем на неудобренном. Сбор сахара на
неудобренном участке составил 16 ц/га, а на удобренном дефекатом – 21,5 ц/га или на 34% больше (Григоров, 1981).
72
По данным Якушкина (1919), в Воронежской области при
внесении дефеката под сахарную свеклу прибавки её урожая составили 20-33 ц/га.
Последующие опыты по изучению действия дефеката на
урожайность сахарной свеклы на почвах лесостепи были проведены в 1926-1927 гг. В них выявлен значительный положительный эффект дефеката. Прибавки урожая сахарной свеклы в среднем за 2 года находились в пределах 16-37 ц/га (Бровкина, 1967).
Исследования, проведенные Косолаповой, Стулиным (1999),
Антименковой (2005) по влиянию дефеката на основные показатели плодородия чернозема выщелоченного и урожай озимой
пшеницы показали, что при применении дефеката на выщелоченном черноземе прослеживается тенденция к увеличению содержания органического вещества. Заметно уменьшалась почвенная кислотность. При систематическом внесении дефеката
отмечалось увеличение содержания в почве подвижных форм
азота и фосфора. Применение дефеката привело к увеличению
протеазной и уреазной активности почвы. Существенно возрастала ее азотфиксирующая способность, что приводило к значительному обогащению азотного фонда почвы «биологическим
азотом». Внесение дефеката способствовало увеличению урожая
зерна озимой пшеницы на 7-10 ц/га и заметному улучшению качества продукции.
Шиян (1993), Мязин (1997), Шишкин (2002) отмечают, что
наиболее перспективным местным материалом для окультуривания почв с дефицитом кальция в Воронежской области является
дефекат, который можно рассматривать как комплексное удобрение, пригодное для снижения кислотности почвы и обогащения
ее элементами питания растений.
Кольцова (2004) приводит данные о том, что на всех вариантах
шестипольного севооборота опытной станции ВГАУ, за исключением варианта с внесением дефеката на органическом фоне, содержание органического вещества в слое 0-5 см уменьшилось. На немелиорированных вариантах баланс органического вещества отрицательный. По величине его дефицита варианты образуют ряд в порядке увеличения: контроль, фон + N
40-80P40-90K40-90,
фон 40 т/га навоза – соответственно 0,16; 0,26 и 0,52%. Только на варианте с дефекатом отмечается положительный баланс органического вещества –
73
+ 0,11%, что объясняется образованием гуматов кальция и закреп-
лением органического вещества.
Аналогичные работы по применению дефеката проводились
в Курской, Тамбовской и Белгородской областях. В результате
также выявлены положительные факты снижения форм кислотности и повышения урожайности сельскохозяйственных культур
(Ефремов, 1980; 1981; Григоров, 198; Ефремов и др., 1988).
В Курской области при применении дефеката на оподзоленном черноземе урожайность сахарной свеклы повысилась на
18 ц/га, а в целом по области использование дефеката повысило
урожайность этой культуры на 35 ц/га (Григоров, 1981).
По данным Алексеевой (1975), в опыте, проведенном на
выщелоченном черноземе Льговской опытно-селекционной станции, внесение дефеката резко снизило гидролитическую кислотность с 5,3 до 1,7 мг-экв на 100 г почвы, а внесение извести – до
2,3 мг-экв. Автор отмечает, что внесение дефеката в дозе 10 т/га
повысило урожай корней сахарной свеклы по сравнению с контролем на 12 ц/га, а на фоне минеральных удобрений и навоза –
на 45-47 ц /га.
Вислобокова (1995) отмечает, что в Тамбовском НИИСХ
теоретическими и практическими вопросами известкования на
типичном черноземе занимались с 1979 г.: изучали дефекат и известь-пушонку, которые сравнивали с традиционными материалами – известью и доломитовой мукой. Выявлено положительное
действие известковых материалов на урожай всех сельскохозяйственных культур.
Следует отметить исследования Бескова (1970, 1971), которые проводились с 1962 г. на Липецкой опытной станции на выщелоченном и оподзоленном тяжелосуглинистом черноземе с использованием дефеката, доломитовой и известняковой муки из
карьерных отходов, запасы которых в Липецкой области неисчерпаемы. Автор делает выводы, что известкование - важнейшее
средство повышения плодородия оподзоленных и выщелоченных
черноземов, ненасыщенных основаниями и обладающих высокой
гидролитической кислотностью.
В опытах Липецкой опытной станции этот прием обеспечил
резкое улучшение агрохимических свойств черноземной почвы и
повысил урожайность сахарной свеклы на 28-60 ц/га, а зерновых
культур – на 3,6-10,0 ц/га (Бесков, 1971).
74
Лучший эффект дает просушенный дефекат, который хранится не менее двух-трех лет и имеет вид порошка. Хорошая сыпучесть позволяет равномерно распределять его по полю. Вносят
дефекат любыми разбрасывателями для минеральных удобрений
и извести. При этом следует иметь в виду, что действие извести
дефеката проявляется только в том слое, в который они попали,
поэтому для получения от приема должного эффекта требуется
равномерное ее распределение по поверхности поля и глубине
пахотного горизонта. С дефекатом лучше работать при плюсовых
температурах, поскольку из-за повышенного содержания влаги
он смерзается, и равномерно распределить удобрение по поверхности бывает трудно (Алексеева, 1975).
При внесении дефеката необходимо правильно определить
его дозировку. Расчеты ведут на чистую известь в зависимости от
гидролитической кислотности почв (Александрова, Крупский,
Дараган, 1987).
В последние годы многие сахарные заводы перерабатывают
тростниковый сырец, в результате образуется дефекат совершенно другого качества, воздействие которого на почвеннобиотический комплекс до настоящего времени не изучалось.
Проведенный анализ фильтрационного осадка позволяет судить о том, что по суммарной массовой доле углекислого кальция
и магния в пересчете на CaCO3 тростниковый дефекат несколько
превышает свекловичный фильтрационный осадок (табл. 26).
Реакция фильтрационных осадков – щелочная, что обеспечивает нейтрализацию не только почвенной кислотности, но и кислотности физиологически кислых форм минеральных удобрений.
По содержанию органического вещества тростниковый дефекат превосходит свекловичный на 13,4%. По содержанию калия тростниковый фильтрационный осадок превышает свекловичный на 0,14%. Тростниковый дефекат также характеризуется
более высоким содержанием фосфора – 0,62%, а по содержанию
азота осадки не различаются между собой – 0,36%. По показателю активно действующего вещества (АДВ) тростниковый фильтрационный осадок существенно опережает свекловичный – на
31,7%. Следовательно, его воздействие на почвенно-биотический
комплекс будет более существенным.
75
Таблица 26. Характеристика фильтрационного осадка сахарного
Показатель активно действующего
производства
Наименование
показателя
класс
Суммарная массовая доля углекислого кальция
и углекислого магния
в пересчете на CaCO
Массовая доля влаги, % 20 30 24 34
вещества (АДВ), % не менее
рН водной вытяжки 9,0 9,7
Содержание в пересчете на сухое вещество, %
Органическое вещество 28,2 41,6
Зольность 71,8 58,4
Калий (К2О) общий 0,37 0,51
Фосфор (Р2О5) общий 0,40 0,62
Азот (N) общий 0,36 0,36
3
%
60 40 89 94
56 28 29,7 61,4
Значение показателя
I
II
класс
Свекло-
вичный
Тростни-
ковый
Зольность тростникового дефеката на 13,4% меньше зольности свекловичного фильтрационного осадка. Зольность – содержание химических элементов, кроме азота и углерода, в золе
биомассы (зольный состав). К зольным элементам относятся все
нелетучие химические элементы. При изучении зольного состава
растений обычно учитывают микроэлементы: Si, Ca, Mg, Na, S, P,
Fe, Al, а иногда и микроэлементы. Азот и углерод не входят в состав зольных элементов, так как при сжигании органических веществ они улетучиваются и не обнаруживаются в золе (Ягодин,
2002).
Зольность, выраженная в процентах, указывает на долю участия зольных элементов в создании органического вещества, но
эта величина вовсе не отражает абсолютную массу ферментов,
вовлеченных в биологический круговорот.
Массовая доля влаги отражает в большей мере технические
критерии, которые определяют эффективность использования
компонентов в агроценозах – затраты на транспортировку и равномерность распределения по площади.
76
Таким образом, по показателям первой группы тростниковый фильтрационный осадок во многом превышает свекловичный, а значит, его воздействие на почвенно-биоти-ческий комплекс и функционирование агроценозов в целом будет отличаться от традиционного мелиоранта.
Показатели второй группы отражают свойства отходов по
содержанию веществ, оказывающих при определенных условиях
отрицательное воздействие на отдельные компоненты агроэкосистемы (Гарин, Кленова, Колесников, 2003).
Анализ исходного материала позволяет судить о повышенном содержании кадмия в фильтрационных осадках (табл. 27).
Таблица 27. Содержание тяжелых металлов в фильтрационных
осадках сахарного производства
Наименование
показателя
Массовая доля тяжелых металлов (валовые формы), мг/кг
Свинец 32,0
Кадмий 0,5
Медь 33,0 5,8
Никель 20,0 11,6 10,7
Цинк 55,0 12,0 8,4
ПДК Свекловичный Тростниковый
21,2
1,0 1,5
25,5
5,3
Ионы кадмия нарушают фиксацию атмосферного азота, а
также процессы нитрификации и аммонификации. Блокирование
микробиологических процессов и ферментативных реакций негативно отражается на режиме минерального питания растений
(Добровольский, Никитин, 1986). Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Поэтому кадмий может выступать в роли цинка во многих
биохимических процессах, нарушая работу таких жизненно важных ферментов, как карбоангидраза, различные дегидрогеназы,
фосфатазы, а также протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена и других. Как химический аналог цинка кадмий может заменять его в энзиматической системе, необходимой для фосфолирирования глюкозы и
сопровождающей процесс образования и расщепления углеводов
77
(Шеуджен, 2003). Содержание свинца, меди, никеля и цинка в
фильтрационных осадках не превышает ПДК.
При внесении в агроценозы фильтрационных осадков содержание органического вещества увеличивалось в первый год
после внесения на 0,2-0,3% (табл. 28, рис. 6).
Таблица 28. Содержание органического вещества в почве, %
Вариант 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Контроль 3,8 3,7 3,8
Свекловичный дефекат 4,0 3,8 3,8
Тростниковый дефекат 4,1 3,9 3,9
В большей мере содержание органики увеличивалось при использовании тростникового дефеката, который существенно превышает свекловичный по содержанию органического вещества.
В опытах Косолаповой, Стулина (1999) также в результате
применения дефеката намечается тенденция к повышению содержания органического вещества в почве. Данное обстоятельство они объясняют увеличением содержания азота микробной
биомассой в почве.
Рис. 6. Содержание органического вещества в почве, %
Весьма вероятно, что на данных вариантах при более высоких урожаях культур в почву поступали в большей мере растительные остатки, которые в современных условиях являются основным источником пополнения органического вещества в агроценозах. На этих вариантах происходило более быстрое разложе-
78
ние детрита, при этом, как уже отмечалось выше, увеличивалась
биологическая активность почвы.
Основной источник пополнения органического вещества
почв – это органические остатки. Количество органических остатков, поступающих в почву в агроэкосистемах по сравнению с
природными в 2-8 раз ниже, в зависимости от культуры, урожая и
системы удобрений (Акулов, 1995; Лазарев, 1997).
Ценность растительных остатков определяется их способностью гумифицироваться, и в этом отношении более высокое качество имеет органическое вещество тех культур, которые содержат повышенное количество азота. Наиболее узкое соотношение С:N отмечено в растительных остатках клевера, люцерны,
несколько выше – у гороха и вико-овсяной смеси, самое широкое
– у озимой пшеницы, кукурузы на силос и ячменя. Разложение
растительных остатков начинается во время активной вегетации
растений (Воронин, 2002).
Процесс трансформации органического вещества в почвах
контролируется деятельностью почвенных микроорганизмов: одна группа осуществляет минерализацию растительных остатков,
вторая ответственна за минерализацию гумуса. Биомасса активно
метаболизирующих микроорганизмов дает возможность выявить
потенциальные ресурсы микробного ценоза при наличии легкодоступных источников питания (Охинько, Лапотников, 1990;
Türk, 1997).
Ганжара (1988) отмечает, что органическое вещество почв в
большей мере определяет пищевой режим почв, оказывая на него
прямое влияние как источник элементов питания и косвенное,
обусловленное действием различных групп органических веществ на физико-химические и водно-физические свойства почв.
На почвах, обогащенных органическим веществом, значительно
снижаются потери элементов минерального питания удобрений в
результате миграционных процессов и загрязнения сопряженных
сред.
Установлено, что в результате внесения фильтрационных
осадков наблюдалось подщелачивание почвенного раствора в агроценозах рапса на 0,5-0,8 единиц рН (IV этап органогенеза)
(табл. 29, рис. 7).
79
Таблица 29. Реакция почвенного раствора в агроценозах
2007 г. 2008 г. 2009 г.
Вариант
Этапы органогенеза культур
IV XII IV XII IV XII
Контроль 5,2 5,1 5,2 5,3 5,2 5,3
Свекловичный дефекат 5,7 6,0 5,7 5,7 5,6 5,8
Тростниковый дефекат 6,0 6,1 6,3 6,3 5,9 6,0
При этом в большей мере реакция почвенного раствора изменялась при использовании тростникового дефеката. Последнее
обусловлено более высоким содержанием в нем кальция и органического вещества.
рН
7
6
5
4
3
2
1
0
IV XII IV XII IV XII
этапы органогенеза
Рапс, 2007 г. Соя, 2008 г. Ячмень, 2009 г.
Контроль Свекловичный дефекат Тростниковый дефекат
Рис. 7. Реакция почвенного раствора в агроценозах
Кирюшин (1996) отмечает, что реакция почвенного раствора
(активная реакция почв) является весьма важным свойством почвы. Данное свойство почвы можно рассматривать в двух аспектах: в одном случае – как условие протекания процессов почвообразования и функционирования почв, в другом – как фактор
роста и развития организмов, главным образом растений и микроорганизмов. Реакция почвенного раствора определяется концентрацией иона водорода.
Показатель рН почвенного раствора – один из основных параметров почвенного плодородия, определяющий продуктив-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]