На правах рукописи
ПРУДНИКОВ Петр Витальевич
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕСТНЫХ АГРОРУД И КОМПЛЕКСНЫХ
УДОБРЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
НОРМАТИВНО ЧИСТОЙ ПРОДУКЦИИ НА РАДИОАКТИВНО
ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
Специальность 06.01.04 – «Агрохимия»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Немчиновка - 2012
Работа выполнена в Федеральном Государственном учреждении Центр
химизации и сельскохозяйственной радиологии «Брянскагрохимрадиология»
и Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства
«Немчиновка»
Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
академик Россельхозакадемии
;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
;
Ведущая организация – Всероссийский научно-исследовательский
институт агрохимии имени
Защита состоится « 13 » марта 2012 года в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка».
Адрес: Московская обл., Одинцовский район, п. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.
Автореферат разослан « ___ » ___________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Чернобыльская авария на атомной электростанции нанесла невосполнимый урон нашей стране и, в первую очередь, населению, окружающей среде и аграрному сектору регионов, территории которых подверглись радиоактивному загрязнению. Её последствия дают о себе знать и сейчас в 14 субъектах Российской Федерации, спустя четверть века после этого трагического события в апреле 1986 года. В связи с этим антирадиационные мероприятия в сельскохозяйственной отрасли данных субъектов, особенно в наиболее загрязненных цезием-137 Брянской, Калужской, Орловской, Тульской областях, требуют своего продолжения и совершенствования. Их основная роль заключается в противодействии распространению и трансформации в агроэкосистеме наиболее опасного радионуклида цезия-137, обладающего жестким гамма-излучением и длительным периодом полураспада. В разное время вопросами антирадиационной безопасности в нашей стране занимались , , , и другие. Ими были исследованы разные пути, способы и материалы, позволяющие снизить вред от радиоактивного излучения. К числу эффективных мероприятий такого рода следует отнести использование агрохимических средств промышленного и местного производства. Последние включают в себя разработку и использование агрономических руд разного назначения – карбонатсодержащие породы, фосфориты, калийные соли, кремнийсодержащие трепелы, другие природные образования с макро- микроэлементами (Чумаченко, Сушеница, Капранов и др., 2003). Комплексное их применение обеспечивает растения элементами питания, повышает плодородие почв и снижает радиационную нагрузку на агроценозы до нормативных значений. Промышленные залежи агрономических руд и их малые месторождения встречаются во многих регионах нашей страны, в том числе и на радиоактивно загрязненных территориях. В настоящее время на базе таких природных агроруд созданы новые комплексные минеральные удобрения (разные формы борофосок), содержащие в своем составе, наряду с элементами питания, основные компоненты антирадиационного назначения. Они прошли успешные испытания на полях Брянского и других регионов РФ, Республиках Беларусь и Украина. В определенной мере использование этих удобрений позволяет исключить раздельное внесение соответствующих агрохимических средств для создания антирадиационных барьеров на пути поступления цезия-137 из почвенной среды в растительные организмы, а затем в пищу животных и продукты питания человека. Решению этих актуальных вопросов посвящена данная работа.
Цель и задачи исследований. Цель исследований – разработать научно обоснованные приемы применения агрономических руд и новых комплексных удобрений в качестве агрохимических средств для повышения продуктивности пашни и снижения радиационной нагрузки на возделываемые культуры в условиях загрязнения цезием-137.
Для ее реализации были решены следующие задачи:
· изучено агрохимическое и радиационное состояние почв, подвергшихся радиоактивному загрязнению;
· определен химический состав природных агрохимических средств и степень их пригодности для выполнения поставленной цели;
· изучено их влияния на агрохимическое, физико-химическое и радиационное состояние почв;
· определен уровень положительного действия агрохимических средств на урожайность полевых культур, продуктивность агроценозов и степень воздействия на радиационное состояние почв и растений;
· дана оценка эффективности новых комплексных минеральных удобрений на основе фосфоритной муки, макро - и микроэлементов;
· разработаны технологические регламенты производства и применения агрономических руд и новых удобрений, определена их экономическая эффективность в агроценозах.
Научная новизна. Обоснована целесообразность использования агрономических руд в качестве источников элементов питания и средств реабилитации радиоактивно загрязненных земель в агроценозах Центрального Нечерноземья. Установлена их эффективность на культурах в разных звеньях севооборота в прямом действии и последействии. Выявлены высокие мелиоративные свойства карбонатсодержащих пород разного вида – известняковой муки, мела, сапропеля (озерной извести), мергеля, торфотуфа и их роль в снижении кислотности почвенной среды, повышении урожайности и реабилитации почвы от негативного воздействия цезия-137.
Изучена эффективность кремнийсодержащих пород цеолитовой природы – трепелов на разных культурах зернотравянопропашного севооборота. Выявлена их высокая сорбционная способность по отношению к цезию-137, снижающая его накопление в растениеводческой продукции в несколько раз.
Установлен высокий агрохимический и радиологический эффект применения под различные сельскохозяйственные культуры новых комплексных минеральных удобрений борофоска и нитроборофоска на основе фосфоритной муки Полпинского месторождения с добавлением агроруд, содержащих макро-, микроэлементы. Их преимущество заключается в том, что в одной грануле удобрения сосредоточены необходимые компоненты для питания растений, снижения уровня радиоактивного загрязнения сельхозугодий и создания антирадиационных барьеров. Применение этих удобрений исключает раздельное внесение фосфоритной муки, калийных и борных солей, что подтверждено результатами их широкомасштабных производственных испытаний.
Положения, выносимые на защиту:
1. Агрохимическое и радиационное состояние почв региона исследований.
2. Влияние молотых фосфоритов, карбонатных и цеолитсодержащих пород на плодородие почв, урожайность полевых культур и реабилитацию радиоактивно загрязненных почв.
3. Эффективность новых комплексных минеральных удобрений на основе молотых фосфоритов, макро-и микроэлементов в агроценозах и их роль в реабилитации радиоактивно загрязненных почв.
4. Оптимизация агрохимических свойств почв и создание антирадиационных барьеров для получения запланированной урожайности и экологически безопасной продукции сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработан комплексный подход применения агрохимических средств различной природы для улучшения состояния плодородия почв, повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур, снижения уровня радиации в продукции растениеводства и животноводства. Разработана система защитных мероприятий по оздоровлению радиационной обстановки и эффективной реабилитации радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий. Создана нормативная база по использованию природных кальций-, магний-, кремнийсодержащих веществ, фосфоритов и их комбинации с макро-, микроэлементами для возделывания полевых культур на землях, загрязненных радионуклидами. За предыдущий десятилетний период применение известковых материалов (известняковая мука, торфотуф, сапропель, мел рыхлый, мергель) позволило обеспечить проведение известкования кислых почв на площади 84 тыс. га, а объем применения известковых удобрений составил 527 тыс. тонн. В -индустриальном предприятии «Фосфаты» (г. Брянск) введено в эксплуатацию производство новых комплексных минеральных удобрений «Борофоска гранулированная» марки А и Б. На данный период произведено 43 тыс. тонн этого удобрения, которое прошло производственное испытание в сельхозпредприятиях Брянской, Орловской Тульской областей, в Республиках Беларусь и Украины на площади 86 тыс. га, обеспечив высокий экономический эффект и получение растениеводческой продукции, соответствующей нормам радиационной безопасности по СанПиН 2.23.2.1
Эти вопросы детально отражены в коллективных монографиях «Почвенное плодородие и радионуклиды» (М.: НИА ПИРОДА.-20с.) и «Агрохимическое и агроэкологическое состояние почв Брянской области» (Брянск: 20с.); регламентах «Применение природных кремнийсодержащих веществ на зерновых культурах (Немчиновка: Россельхозакадемия.-20с.). На комплексные минеральные удобрения – «Борофоска гранулированная» марки А и Б автору выдан Патент на изобретение № 000 «Способ получения гранулированных комплексных минеральных удобрений», зарегистрированный в Госреестре изобретений РФ 27 декабря 2008 г. Для их применения подготовлены «Рекомендации по использованию и реабилитации радиоактивно загрязненных почв с применением традиционных агрохимических средств и нового комплексного минерального удобрения «Борофоска гранулированная» (Брянск: 20с.).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международной научно-практической конференции «Разработка адаптивных технология применения удобрений и средств химизации на радиоактивно загрязненных почвах, обеспечивающих получение нормативно «чистой» растениеводческой продукции» (Брянск, БГСХА, 2004 г.); научно-практической конференции «Влияние комплексных удобрений на урожайность и качество зерновых культур на почвах подверженных радиоактивному загрязнению» (Брянск, 2004 г.); Международной научно-практической конференции «Общая характеристика радиационной обстановки территории Брянской области и проведение реабилитационных мероприятий, направленных на обеспечение производства нормативно-чистой продукции» (Брянск: РИОНОУ Брянский открытый институт управления и бизнеса, 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Эффективность удобрений и минерального сырья при реабилитации радиоактивно загрязненных территорий» (Брянск: БГИТА, 2006 г.); Всероссийской конференции молодых ученых «Оценка уровней загрязнения 137Cs кормовых угодий, на которых возможно получение продукции животноводства, удовлетворяющей нормативам, в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС» (Улан-Удэ, 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Оценка влияния защитных мероприятий на динамику поступления 137Cs в продукцию кормопроизводства после аварии на ЧАЭС» (Москва, 2008 г.); Всероссийской научной конференции «Радиологическая оценка земель, временно выведенных из оборота в результате аварии на Чернобыльской АЭС, и научное обеспечение их возвращения в хозяйственное использование» (Москва, ГНУ Почвенный институт им. Россельхозакадемии, 2008 г.); V съезде Всероссийского общества почвоведов им. «Стратегия применения защитных мероприятий в условиях радиоактивного загрязнения территорий Брянской области» (Ростов-на-Дону, 2008 г.); научно-практической конференции Союзного государства О результатах разработки и реализации сельскохозяйственных территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению» (Брянск, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «25 лет после Чернобыльской катастрофы. Преодоление ее последствий в рамках Союзного государства» (г. Гомель, Республика Беларусь, 12-13 апреля 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Использование агрономических руд для питания растений и реабилитации радиоактивного загрязнения в условиях юго-запада Центрального Нечерноземья» (Брянск, 14-15 апреля 2011 г.), отчетных сессиях Министерства сельского хозяйства РФ.
Публикации. По результатам диссертации опубликованы 54 печатные работы, в том числе 6 монографий, 3 методических руководства, 2 рекомендации, 1 патент на изобретение. В изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ для публикации основных результатов исследований диссертационной работы напечатано 16 статей.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 414 страницах машинописного текста, содержит 94 таблицы, 36 рисунков, 14 приложений. Работа состоит из введения, обзора литературы, 6 глав экспериментальной части, выводов и предложений производству, списка использованной литературы, включающего 488 источников, в т. ч. 25 на иностранных языках,
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Условия и методика проведения исследований
Работа выполнена по результатам исследований автора за период гг., проведенных в ФГУ «Брянскагрохимрадиология» и Московском НИИ сельского хозяйства «Немчиновка». Экспериментальная работа осуществлялась в соответствии с планом научных исследований Министерства сельского хозяйства, Министерства по чрезвычайным ситуациям Российской Федерации и Россельхозакадемии по следующим заданиям: 21.04.98. «Изучить эффективность и дать агрохимическую оценку кальцийсодержащих местных агроруд с целью проведения известкования кислых почв на территории Брянской области»; 23.04.03. «Изучить агрохимическую эффективность применения комплексных смешанных удобрений, приготовленных на основе фосфоритной муки (борофоски, нитроборофоски) на различных типах почв в хозяйствах Брянской области»; 25.04.06. «Изучить адаптивные технологии применения мелиорантов, местных агроруд, минеральных удобрений и разработать комплекс защитных мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, на радиоактивно загрязненных территориях».
Брянский регион расположен на юго-западе Центрального Нечерноземья России. На севере он граничит со Смоленской и Калужской, востоке и юго-востоке – с Орловской и Курской областями, западе – с Гомельской и Могилевской областями Белоруссии, на юге – с Украиной (Черниговской и Сумской областями). Его территория вытянута с запада на восток с протяженностью в этом направлении – 270 км, а с севера на юг – 190 км. Общая площадь составляет – 34,9 тыс. км2.
Климат. Территория Брянской области находится в умеренно континентальном климате, с теплым летом. Продолжительность вегетационного периода – 180-190 дней. Сумма активный температур (выше 10 0С) возрастает с севера на юг от 2150 до 2450 0С. Среднегодовое количество осадков составляет 530-655 мм. Средняя температура наиболее холодного месяца января – 7-9 0С, наиболее теплого июля – + 18-19 0С. Годовой приход суммарной радиации составляет в среднем около 90 ккал/см2. По тепло - и влагообеспеченности вегетационного периода, рельефу и типам почв Брянская область разделена на два агроклиматических района (табл. 1). Граница между ними проходит по изотерме сумм температур выше 100С, равной 23000С и имеет значительные отклонения от широтного направления объясняющиеся неоднородностью физико-географи-ческих условий территории. Агроклиматический район I находится в менее благоприятных условиях по теплообеспеченности и несколько более благоприятных условиях по обеспечению сельскохозяйственных культур влагой, чем район II.
Почва. В результате обобщения материалов крупномасштабной почвенной съемки (1993) установлен состав почвенного покрова сельскохозяйственной территории Брянской области. Его фонд в основном представлен дерново-подзолистыми (60 %) и серыми лесными (20 %) почвами легкосуглинистого, супесчаного и песчаного гранулометрического состава.
1. Агроклиматические условия возделывания сельскохозяйственных культур
Агроклиматический район | Сумма положительных температур за период с температурой, градусов | Продолжительность периода активной вегетации, дней | Среднегодовая сумма осадков, мм | Гидротермический коэффициент (ГТК) | ||
выше 100С | выше 150С | выше 100С | выше 150С | |||
I | 136-145 | 83-93 | 550-565 | 1,3-1,4 | ||
II | 145-154 | 93-104 | 530-560 | 1,3-1,4 |
Объекты и методика исследований. Для выполнения поставленных задач проведена серия полевых стационарных и производственных опытов, сопровождавшиеся агрохимическими и радиологическими исследованиями, учетом урожайности возделываемых культур, экономическими расчетами. Схемы опытов, агрохимические показатели почв приведены в таблицах экспериментальной части диссертационной работы. Закладка и проведение полевых опытов осуществлялась согласно ОСТМ.: Госагропром, 1988) и методикам (1979) и (2001).
Объектами исследований являлись: известковые удобрения (мелиоранты): известняковая мука марки С Клинцовского силикатного завода и Калужского щебеночного завода по ГОСТ (суммарная доля карбонатов кальция и магния 89 и 82 % в пересчете на СаСО3 соответственно); сапропель (озерная известь) по ТУ 7 – 62 % на СаСО3, мел Степновского и Соколовского месторождений (ТУ 7) – 78 и 86 % на СаСО3 соответственно; дефекат (гашеная известь) Лопандинского сахарного завода (ТУ 7) – 83 % на СаСО3; торфотуф с содержанием карбоната кальция в сухом веществе 56 %; мергель (карьер колхоза им. Ворошилова) – по ТУ % на СаСО3); молотые фосфориты Полпинского месторождения (ТУ ) с химическим составом (вал. %): Р2О5 – 19; СаО – 32; MgО – 0,5; SiO2 – 31; CO2 – 3,4; Fe2O3 – 1,4; Al2O3 – 1,2; Sr – 0,08; цеолитсодержащий трепел Хотынецкого месторождения (вал. %): SiO2 – 62,6; Al2O3 – 19,6; СаО – 8,2; MgО – 2,2; Na2О – 1,5; К2О – 1,82; SiO2 аморфный – 26 % (ТУ ); комплексное минеральное удобрение – «Борофоска гранулированная» (ТУ ), вал. %: Р2О5 – 10-12; К2О – 13-16; СаО – 20; MgO – 2; SiO2 – 29, В – 0,25.
В качестве азотных и калийных удобрений применяли аммиачную селитру, произведенную по ГОСТ 2-85 (Naa – 34 %), и хлористый калий ВСМПО-АВИСМА» (ГОСТ 4568-95, 60 % К2О).
Сельскохозяйственные культуры (озимая рожь Пуховчанка, Таловская 33; овес Козырь, Скакун; горох Льговский; картофель Невский, Новинка; ячмень Раушан, Московский 3; яровая пшеница Лада, Ирень, Ленинградская 97; просо Саратовское 10; люпин Деснянский; озимая пшеница Московская 39; кукуруза сорт Коллективный; многолетние трав – тимофеевка луговая, овсяница луговая, ежа сборная; овощные – столовая свекла, морковь, капуста) возделывали в соответствии с региональными технологическими требованиями.
Агрохимическое и радиологическое обследование экспериментальных участков проводили перед закладкой и ежегодно весной и осенью. Определение удельной активности радионуклидов осуществляли на приборе УСК «Гамма-Плюс», прошедшего государственную аттестацию в Госстандарте РФ по ОСТ . Для изучения миграции радионуклидов по профилю почвы закладывали почвенные разрезы на глубину 60 см, где дважды за вегетационный период отбирали пробы почвы. Все аналитические работы выполнены в аккредитованном испытательном Центре ФГУ «Брянскагрохимрадиология».
Агрохимический контроль за плодородием почв осуществляли в соответствии с отраслевыми стандартами для зон РФ (ОСТ ). Отбор проб производили по ГОСТ . В почвенных образцах определяли органическое вещество по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ ), рН солевой вытяжки потенциометрическим методом (ГОСТ ), гидролитическую кислотность – по Каппену в модификации ЦИНАО (ГОСТ ), сумму поглощенных оснований – по Каппену (ГОСТ ), подвижный фосфор и калий – по Кирсанову (ГОСТ ), обменный кальций и магний – по ГОСТ , подвижные формы микроэлементов: цинк (ГОСТ Р ); медь (ГОСТ Р ); кобальт (ГОСТ Р ), бор (ГОСТ Р ), молибден (ГОСТ Р ).
Для количественной оценки поступления 137Cs из почвы в растения рассчитывали коэффициенты накопления (Кн) и пропорциональности (Кп) по следующим формулам: Кн = (Бк/кг) : (Бк/кг) – отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почве соответственно; Кп = (Бк/кг) : (кБк/м2) – соотношение концентрации радионуклида в растении к площадному загрязнению почвы. Опытные данные обрабатывали методами дисперсионного анализа с использованием компьютерной программы Mc Excel. 03.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Агрохимическое и радиационное состояние почв Брянского региона
Важным критерием оценки плодородия почв является содержание в ней органического вещества – сложного химического комплекса соединений биогенного происхождения, 90 % которого составляет гумус – важнейший показатель потенциального плодородия почв. В настоящее время почвы с очень низким и низким содержанием гумуса распространены на 37 % пахотных земель региона, а общая неблагоприятная обстановка по содержанию органического вещества складывается на 63 % пашни. В таких условиях ведут сельскохозяйственное производство 259 хозяйств. Менее 1,8 % гумуса содержится в почвах 116 хозяйств, а в почвах 19 сельхозпредприятий области содержание гумуса критическое – менее 1,4 %.
Из таблицы 2 следует, что в сравнении со средневзвешенным показателем, установленным в начальный период обследования (1,84 %), к 90-м годам прошлого века его содержание выросло до 2,16 %, а в последние годы произошло снижение на 0,06 %. Главная причина снижения содержания гумуса в почве – недостаточное применение органических удобрений.
2. Динамика содержания гумуса и применения органических удобрений
Показатели | Туры и годы обследования | |||||||
I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | |
Органическое вещество (гумус) в почвах пашни, % | 1,84 | 1,94 | 2,10 | 2,13 | 2,16 | 2,15 | 2,13 | 2,10 |
Среднегодовое внесение | 6,5 | 7,2 | 7,7 | 8,5 | 6,3 | 1,7 | 1,3 | 1,2 |
Существенное влияние на формирование урожая сельскохозяйственных культур оказывает реакция почвенного раствора. Наибольший интерес представляет обменная кислотность – наиболее опасная часть почвенной кислотности, обусловленная присутствием обменных Н+- ионов и подвижных форм алюминия. Мониторинг за состоянием этого важного показателя показал (табл. 3), что до 2000 года происходило постепенное сокращение доли кислых почв, и за 30 лет их площадь уменьшилась на 44 %. Целенаправленная работа по известкованию позволила снизить площади сильно - и среднекислых почв в 3,8 раза и повысить нейтральных и близких к нейтральным – на 43 %. На данный период отмечается увеличение площадей кислых почв на 7 %, из них половина приходится на долю сильно - и среднекислых. На 8 % уменьшилась доля площадей с нейтральной кислотностью. В результате средневзвешенная величина рНКСl уменьшилась по отношению к 6 туру обследования и составила в гг. 5,57 единиц рН, что соответствует слабокислой реакции почвенной среды.
Данные обследования пахотных почв по содержанию подвижного фосфора свидетельствуют (табл. 4), что относительно 60-х годов прошлого столетия в последующие годы средневзвешенное содержание подвижных фосфатов неуклонно возрастало, достигнув к 1995 году высокой обеспеченности – 179 мг/кг. За этот период доля почв с пониженным содержанием Р2О5 снизилась с 73 % до 14 %, или в 5,2 раза. Почвы с пониженным содержанием фосфора распространены на площади 134,1 тыс. га или 16 % пашни. В настоящее время почвы области характеризуются в целом высоким содержанием подвижного фосфора, средневзвешенное количество которого составляет 177 мг/кг почвы. Доля площадей с содержанием более 150 мг Р2О5/кг составляет 67 %.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
