Вторым направлением использования окисленных углей может быть применение их для получения органо-минеральных удобрений (ОМУ). С.С. Драгунов (1957) намечал «необходимость создания следующих типов органо-минеральных удобрений:
- Богатые азотом органо-минеральные удобрения.
- Гуминовые удобрения – удобрения, регулирующие усвоение трудно доступных фосфатов кальция и железа; структурообразующие удобрения, обусловливающие создание структуры почвы; благоприятно влияющие на водный и тепловой режим почв; содержащие очень малые количества органических веществ, способных усваиваться непосредственно высшими растениями и влияющих на их развитие.
- Удобрения вызывающие частичную стерилизацию почв, удобрения, способствующие усвоению растениями азотистых веществ самих почв и, наконец, удобрения, стимулирующие рост и развитие растений».
С.С. Драгунов отмечал, что «особый раздел органо-минеральных удобрений составляют гуминовые удобрения».
На первой стадии исследований гуминовые удобрения – гумофос готовились путем обработки углистых сланцев едким калием и ортофосфорной кислотой. Но это очень дорого из-за большой стоимости едкого калия. В последующем едкий калий был заменен аммиаком. Приготовленный из сажистых углей гумофос (1 ц угля, 1,5 ц 20%-го аммиака и 1,5 кг 5%-ой ортофосфорной кислоты) дает прибавку урожая картофеля 159% и помидоров 152% (Христева, 1957а).
Действие ОМУ многосторонне: они активизируют деятельность микроорганизмов, в результате чего почва обогащается доступными питательными веществами. Для изучения влияния ОМУ, выпускаемого в Кузбассе, на урожайность силосных культур Кемеровским сельскохозяйственным институтом был заложен опыт на серых лесных оподзоленных тяжелосуглинистых почвах. Результаты учета урожая показали четкое влияние ОМУ на урожайность (табл. 1.2.) (Колосова, Котова, Просянников, 1999).
Таблица 1.2
Действие и последействие на урожайность сельскохозяйственных культур
| Вариант | Кукуруза с подсолнечником | Ячмень (последействие) | ||
| урожай | прибавка | урожай | прибавка | |
| Контроль | 23,8 | — | 3,97 | — |
| ОМУ -1 т/га | 35,7 | 11,9 | 5,09 | 1,12 |
| ОМУ -05, т/га | 32,3 | 8,5 | 4,68 | 0,71 |
| ОМУ- 05, т/га +СА*-60 кг/га д.в. | 41,8 | 18,0 | 4,18 | 0,21 |
| СА-60 кг/га д.в. | 34,0 | 10,2 | 4,0 | — |
* — сульфат аммония
Растения в вариантах с внесением ОМУ и ОМУ+СА значительно
опережали в росте и развитии, и к моменту уборки средняя масса одного растения в 2,3 раза превышала массу контрольного растения. Отмечено высокое последействие ОМУ на урожайность ячменя и накопление в почве нитратного азота (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Влияние ОМУ на содержание нитратного азота на 2-й год внесения
| Вариант | Содержание нитратного азота (мг/кг) в слое, см | |
| 0-20 | 0-40 | |
| Контроль | 2,6 | 4,2 |
| ОМУ -1 т/га | 9,2 | 15,9 |
| ОМУ -05, т/га | 5,6 | 11,2 |
| ОМУ- 05, т/га +СА-60 кг/га д.в. | 3,1 | 6,1 |
| СА-60 кг/га д.в. | 2,5 | 4,7 |
Опыт применения ОМУ в Кемеровской области показывает их несомненное положительное влияние на урожайность культур в севообороте, агрохимические свойства почв.
Данные полевых опытов, проведенных в Хакассии И.С. Антоновым, Н.А. Градобоевой, Е.П. Чирятьевой (2001), показывают, что органо-минеральные удобрения с компонентами окисленного угля обладают высокой способностью к повышению урожая сельскохозяйственных культур. Прибавки урожая были на 38,8-103,8% выше, чем в контроле без удобрений, либо близкими к урожаю, полученному на участках, удобренных навозом, либо превосходили его. Например, урожай кукурузы при внесении органо-минеральных удобрений был на 15,8-29,1% выше урожая этой культуры, полученного при внесении навоза. Урожай могара при использовании органо-минерального удобрения был выше на 13,2-29,1%, суданской травы – на 5,7-17,4%, чем по навозу.
Данные полученные на Раменской агрохимической опытной станции подтверждают высокую эффективность гранулированных ОМУ. Прибавки урожая по сравнению с внесением NPK составили: томатов, сладкого перца – 40-42%, картофеля, свеклы, кабачков – 21-60%. Содержание нитратов были значительно ниже, чем при использовании минеральных удобрений (Одербург, 1997).
Таким образом, органо-минеральные удобрения обладают высокой способностью к повышению урожая сельскохозяйственных культур. Оказывают многостороннее действие: активизируют деятельность микроорганизмов, в результате чего почва обогащается доступными питательными веществами.
1.1.3 Использование окисленных углей в качестве удобрений сельскохозяйственных культур
Одним из направлений использования окисленных углей является применение их в чистом виде в качестве удобрений под зерновые, картофель, многолетние травы, а также в качестве компонента рекультивационного слоя при восстановлении нарушенных земель.
В литературе имеются весьма противоречивые выводы исследователей о характере действия углистых пород на почвенные процессы и высшие растения.
Углеотходы шахты «Инская» применялись при рекультивации опытных участков на отвалах разреза «Моховский». Урожай семян многолетних трав в вариантах применения углеотходов был в два раза выше, чем на участках с нанесением почвенного слоя (Просянников, 1985, 1989).
По данным В. И. Просянникова (1989), внесение углеотходов в качестве мелиоранта значительно повышает урожай семян многолетних трав на песчано-глинистых грунтах гидроотвалов по сравнению с нанесением плодородного слоя почвы: у люцерны – в 2 раза, у донника – в 1,3 раза, у клевера – в 2, у экспарцета – в 1,8 раза. Урожай семян по данному варианту составил: люцерны – 3,0 ц/га, клевера – 5,8 донника – 18,1, экспарцета – 11,1 ц/га. В последующем, при накоплении органического вещества и повышении биологической активности грунтов, на них возможно возделывание других, более требовательных к почвенному плодородию сельскохозяйственных культур.
По данным И.Д. Шевченко (1997), бурый уголь и препараты, полученные при его обработке биологически активными веществами, повышают урожайность сельскохозяйственных культур, не оказывают отрицательного воздействия на гумусное состояние чернозема обыкновенного, улучшают структуру и питательный режим почвы за счет повышения численности и активности микроорганизмов.
Исследования этого автора свидетельствуют, что внесение бурого угля способствует переводу тяжелых металлов в малоподвижные формы: резкое снижение содержания меди сразу после внесения и последующее постепенное уменьшение подвижности ее соединений в течение двух месяцев до минимальных значений, фактически соответствующих уровню в бурых углях; снижение содержания свинца до нуля. Бурый уголь способствует связыванию подвижных соединений тяжелых металлов, что может иметь как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от уровня содержания микроэлементов в почве и их физиологической роли.
Углистые породы содержат многие химические элементы, необходимые для роста и развития растений, поэтому они являются одним из резервов питательных элементов в почве.
По данным работы М.А Савинкиной, А.Т Логвиненко (1979), сумма оксидов кальция и магния в золе уноса Назаровского угля достигает 49,6%, из них на долю оксида кальция приходится до 43%.
В.А. Реутовым (1962) были проведены исследования агрохимических свойств бурых углей Днепропетровского бассейна: содержание азота – 0,39-0,67%, фосфора – 0,08-0,16%, золы – 7-13%, CaO – 12-20%, MgO – 2,4-3,6%. По величине перечисленных показателей они приближаются к полуперепревшему навозу крупного рогатого скота, который содержит в среднем N – 0,5% и P2O5 – 0,2%.
Исследованиями Г.В. Галлея (1971) установлено, что применение окисленных углей в качестве удобрений требует известкования, по причине содержания в них пирита. Конкреции пирита, попадая на дневную поверхность, могут окислиться до серной кислоты и увеличивать кислотность почвы. Хотя в экспериментах известкование не оказало положительного действия на урожай ячменя.
И.В. Тюрин (1965) объясняет механизм действия CaCO3 при известковании. Он указывал, что применение этого способа на кислых, бедных кальцием подзолистых и торфяных почвах ускоряет процессы разложения, но в то же время способствует изменению состава гумуса благодаря накоплению гуминовых кислот, связанных с кальцием.
По мнению А.М. Лыкова (1976) известкование не оказывает существенного влияния на количество гумуса; изменение претерпевает его качественный состав: уменьшается количество подвижных гумусовых веществ, увеличивается содержание гуминовых кислот за счет фракций, связанных с Са, повышается содержание негидролизуемого остатка, снижается количество фульвокислот
М.М. Кононова отмечает в своей работе (1984), что было бы ошибкой считать органическое вещество почвы и органические удобрения лишь источником питательных веществ растений. Улучшение физических, физико-химических свойств почвы, снабжение растений углекислотой для фотосинтеза, элементами пищи и регулирование их поступления в растительный организм, усиление микробиологической деятельности почвы, наличие ряда биологически активных веществ – все необходимо учитывать при оценке значения органического вещества в жизни почвы и ее плодородия.
Анализ работ многих ученых, проведенный В.И. Усенко (2003), подтверждает, что применение органических удобрений улучшает водно-физические свойства черноземов – снижаются плотность и связность, повышаются коэффициент структурности, водопрочности агрегатов, влагоемкость и запасы влаги в почве.
Т.А. Кухаренко (1957), Л.А. Христева (1957в) отмечают, что окисленные угли улучшают физические свойства почв, улучшая их сорбционную способность за счет органического гумифицированного вещества, улучшая минеральное питание растений и обеспеченность их микроэлементами.
Взаимодействие разных форм азота в почве определяется главным образом микробиологической активностью почвы (Барбер,1988). Внесение углеотходов оказывает большое влияние на ферментативную активность и динамику минеральных форм азота в почве (Коbus, 1975).
Окисленные угли содержат углерода 45,0-52,5%, так как органическое вещество их высокогумусированное и при внесении в почвы можно создавать хороший резерв для преобразования его в почвенный гумус.
Гумус — важнейший показатель плодородия почв, во многом определяющий их водно- и химико-физические свойства (Тюрин, 1937; Кононова, 1956, 1963, 1984; Александрова, 1977; Александрова, Юрлова, 1984; Егоров, 1981; Лыков, 1976; Лыков, Черников, 1978; Шатилов, 1980; Туев, 1989; Дьяконова, 1990).
Имеется богатый материал, свидетельствующий о положительном влиянии органических удобрений на содержание и запасы гумуса в пахотных почвах (Тюрин, 1961; Кононова, 1963, 1984; Бельчикова, 1965). Скорость и масштаб новообразования гумуса в естественных почвах имеют большое значение для режима органического вещества и его обновления при освоении и окультуривания почв (Кононова, 1984).
Sauerbeck D. и Gonzάles M. (1976) сделали вывод, что в почвах содержится два вида органического вещества – лабильное, составляющее не более 1/3 всего запаса (не полностью гумифицированные органические остатки, продукты метаболизма, новообразованные гумусовые вещества), и стабильное, составляющее основной фонд органического вещества почвы (собственно гумусовые вещества). Формирование последнего является результатом длительного процесса почвообразования (Кононова, 1984; Jenkinson D. S., Rayner J.H., 1977).
Применение удобрений в регулируемых агроэкосистемах, по мнению В.М. Назарюка (2004), улучшает гумусное состояние почв за счет лучшего развития корневой системы и проникновения ее в более глубокие горизонты почвенного профиля, а также вызывает изменения в качественном и количественном составе пожнивных и корневых остатков. Все это непосредственно связано с функционированием микробиоценоза в почве. Применение средств защиты растений и физиологически активных веществ также влияет на гумусное состояние почв – в основном опосредованно, через активизацию продукционного процесса растений. Можно сказать, что любой агротехнический прием, направленный на интенсификацию роста растений будет способствовать улучшению гумусного состояния почв.
В практике почвенных исследований широкое применение находят методы анализа гумуса, в основу которых положен принцип разделения его на группы и фракции главным образом гуминовых и фульвокислот (Кононова, Бельчикова, 1961; Пономарева, Плотникова, 1980; Тюрин, 1940, 1951; Шимона, 1980; Kуuma K., Hussain A., Kawaguchi, 1969).
Количественное снижение гумуса в почвах сопровождается ухудшением качественного состава гумуса (Кононова, 1963). Применение минеральных удобрений позволяет в той или иной степени компенсировать вынос азота растениями, несколько повышает содержание органического вещества в почве за счет корневых и пожнивных остатков, но не решает задачу воспроизводства почвенного плодородия в аспекте улучшения его гумусного состояния. И даже, наоборот, при низких запасах гумуса обнаруживается предел эффективности минеральных удобрений (Егоров, 1981; Кулаковская. 1978; Лыков, Ишевская, Круглов, 1977).
Валовое содержание азота в окисленных углях высокое — 1,24 — 1,84 % — это в 6 раз выше, чем в серых лесных почвах и в 3 раза выше, чем в мощных черноземах. Высокое содержание общего азота в окисленных углях, может явиться хорошим резервом в обеспечении растений его подвижными формами при воздействии почвенных микроорганизмов по схеме: гуминовые вещества — аминокислоты — аммиак — нитриты-нитраты (Христева, 1957а, 1957в).
Согласно экспериментальным материалам, полученным на автоморфных почвах, растениями из минеральных соединений азота лучше всего используется нитратный (Кочергин, 1956). Это связано с тем, что нитраты, в отличие от аммиака, не имеют прочной связи с почвенным поглощающим комплексом (Возбуцкая, 1980). Они легко диффундируют в почвенном растворе и могут с потоком влаги свободно перемещаться и усваиваться корневой системой.
Опытами на почвах юга Западной Сибири доказано, что решающее значение в снабжении растений азотом играют нитраты, независимо от биологических особенностей культуры (Гамзиков, 1981; Крупкин, 1987; Назарюк 1980, 2002; Ермохин, 1995).
Процесс нитрификации и виды микроорганизмов, участвующих в этом процессе, были выделены и изучены С.Н. Виноградским (1952). Окисление аммиака до нитритов вызывается бактериями Nitrosamonas и далее до нитратов – нитратными бактериями Nitrobakter.
Оптимальные условия для нитрификации в основном совпадают с нормальными условиями роста и развития большинства сельскохозяйственных растений. Характерной особенностью нитрификации является относительная быстрота этого процесса.
В противоположность нитратному аммиачный азот мобилизуется слабее и возрастает к концу вегетации, когда уменьшается содержание нитратов. Накопление аммиачного азота возможно при содержании нитратного до 15 мг/кг; при более высоком количестве нитратов аммиачный азот не накапливается более 5 мг/кг (Бурлакова, 1984; Бурлакова и др., 1985). В лабораторных условиях С.Н. Виноградского (1952) полное исчезновение аммиака наблюдалось на 5-6 день после внесения удобрения. Г.П. Гамзиков (1981) установил, что аммиачный азот быстро окисляется до нитратов.
В полевых условиях нитрификация протекает несколько медленнее, чем в лабораторных и вегетационных опытах. Более высокая скорость нитрификации в искусственных условиях объясняется не только установлением внешней среды, но и тем, что в полевых опытах аммиачные удобрения вносятся в виде твердых солей или более концентрированных растворов NH3, NH4OH и только по мере растворения гранул или кристаллов и снижения концентрации аммиака начинается активный процесс нитрификации.
Нитрификация требует хорошей аэрации почвы. Рядом работ (Макаров, 1988; Greenwood D.J., 1962) показано, что нитрификация может протекать и в условиях, близких к анаэробным. Greenwood (1962) проводя опыты с чистыми культурами и с почвой, обнаружил, что существует критическая концентрация О2 в почвенном растворе, при которой возможна только нитрификация, а ниже которой только динитрификация. Критическая концентрация была почти в 100 раз меньше содержания О2 в воде при полном насыщении ее воздухом.
На процесс нитрификации влияют температурные условия. Даже небольшие падения температуры сильно снижают ее интенсивность. Температура 25-300 С в большинстве случаев является самой благоприятной для нитрификации.
Л.М. Бурлаковой (1984) установлено, что процесс нитрификации усиливается с увеличением влажности почвы до 25%, несколько снижается при влажности более 25%, что подтверждается наблюдениями для парующей почвы, а также на разных почвах.
При нормальных почвенных условиях окисление нитритов до нитратов нитрозными бактериями происходит быстрее, чем превращение аммония в нитриты, поэтому нитриты редко накапливаются в почве. Однако, в нейтральных и щелочных почвах в присутствии аммиака, ингибирующего деятельность нитробактера, может наблюдаться накопление нитритов (Knop K., 1970; Meek B.O., Mеkenzie A.T., 1965). Присутствие большого количества нитритов в почве может быть причиной газообразных потерь путем «хемоденитрификации».
Исследования Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Гончарова, 1979) влияния различных фракций и доз отходов угольной промышленности на микробиологическую деятельность дерново-подзолистой почвы (по выделению углекислого газа) при внесении аммиачного удобрения в аэробных условиях показали, что органическое вещество углистых пород, применяемых как удобрения, может использоваться микрофлорой почвы как источник энергии и питательных элементов. При внесении углистых пород в дерново-подзолистые почвы численность микроорганизмов возрастает в десятки и сотни раз.
При удобрении почвы углистыми породами значительно активизируют свою деятельность те группы микроорганизмов, которые участвуют в минерализации органических веществ. В результате этого почва обогащается доступными питательными элементами. Так же этими исследованиями выявлено, что за счет улучшения условий жизнедеятельности свободноживущих азотфиксирующих бактерий при внесении в почву углистых пород почти в 10 раз возрастает способность почв к фиксации молекулярного азота из атмосферы.
В 50-летнем опыте на серой почве в условиях Канады обнаружена линейная зависимость между содержанием углерода в микробной биомассе и урожайностью зерновых культур, коэффициент корреляции составил 0,8 (McGill, 1986). Это дает основание говорить о том, что функционирование агроэкосистем в экстенсивных технологиях во многом зависит от наличия и активности микробобиомассы в почве (Назарюк, 2002).
Ближайшим резервом в снабжении растений минеральными соединениями азота является азот микробной биомассы Почвенные микроорганизмы, принимающие активное участие в деструкции растительных остатков, играют ключевую роль в снабжении растений азотом и зольными элементами. Количественные оценки микробобиомассы и ее активности наиболее надежно отражают состояние и особенности функционирования почвенного микробиоценоза (Anderson, Domsch, 1989).
Положительный эффект от применения углистых пород зависит от формы (тонины помола) и дозы внесения удобрений. По данным Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Гончарова, 1979), наиболее сильная стимуляция микрофлоры наблюдается при внесении тонкой фракции – менее 0,25 мм. Фракции частиц от 0,25 до 1 мм также оказывают значительное активизирующее влияние на деятельность микроорганизмов.
Увеличение дозы углистых пород способствует более сильной активизации микроорганизмов почвы. Однако высокие дозы углистых пород (более 15 т/га) тормозят интенсивность усвоения молекулярного азота из атмосферы свободноживущими бактериями. В полевом опыте внесение высоких доз углистых пород (6 т/га) несколько угнетают биологическую активность дерново-подзолистых почв, определяемую по скорости разрушения льняного полотна.
По мнению П.А. Власюка (1957), макроэлементы, поглощенные в почве углистой породой, лучше усваиваются растениями. При поглощении частицами отходов бурых углей минеральных удобрений, последние не подвергаются воздействию механических сил физического осмоса и лучше используются растениями в процессе их развития, что способствует улучшению питания сельскохозяйственных культур. От внесения в рядки минеральных удобрений совместно с 20-30 кг/га углеотходов урожай кормовой свеклы увеличивался на 26-41 ц/га.
В процессе углеобразования перегнойные кислоты времен карбона претерпевали ряд превращений. Они, в основном, сводились к полимеризации молекул, потере кислорода, обезвоживанию. И, как следствие этого, к «обуглероживанию» (Христева, 1957а). Для обратного процесса нужно создать условия глубокого окисления и диспергирования получаемых продуктов.
Такие условия создаются при сплавлении углистых пород со смесью КОН-КNO3 при температуре 3000 С. Окисление может происходить с помощью воздуха и высокой температуры. Полученные регенерированные гуминовые кислоты химически не идентичны естественным, но агрономически им близки.
По данным И.Д. Шевченко (1997) внесение препаратов бурого угля способствовало усилению процессов гумусообразования и изменениям в составе органического вещества. Во фракционном составе гумуса отмечали постепенное накопление кислоторастворимой формы фульвокислот и гуминовых кислот первой фракции.
Гуминовые кислоты и их соли наряду с органическим веществом почвы, являются основой почвенного гумуса, который в основном определяет уровень плодородия почв (Тюрин, 1937; Кононова, 1963). Систематическое применение органических и минеральных удобрений необходимо при интенсификации продукционного процесса растений для поддержания содержания гумуса в почве агроценозов на высоком уровне. (Лыков, 1985; Рудай, 1985; Минеев, 2005; Милащенко, 1993; Назарюк, 2004; Усенко, Каличкин, 2003; Greilich, 1988).
В регулируемых агроэкосистемах наиболее доступным и широко распространенным приемом, использующимся в целях улучшения гумусного состояния почв, являются удобрения, особенно органические (Fallon et al, 2001). Многочисленные исследования показывают ведущую роль систем удобрений в регуляции процессов гумусонакопления в почвах (Антипов-Каратаев, Филиппова, 1955; Самойлов, 1970; Ковда, 1986 и др.).
Множеством научных разработок определена идентичность свойств гуминовых кислот содержащихся в торфах, угольных сланцах и окисленных углях с кислотами, содержащимися в почвенном гумусе, и их стимулирующие положительные свойства на продуктивность растений (Кухаренко, 1976, 1979; Исхаков и др., 1998; Караваев, Зыков, 1980). Поэтому, одним из основных критериев, определяющих пригодность окисленных углей для производства удобрений, является содержание гуминовых кислот.
Загрузка...
