Взаимное влияние кремниевых, фосфорных и азотных удобрений в системе почва-растение, страница 11

22 и 23). На графиках видно, что для диатомитов характерны два уровнянасыщения фосфат-анионами. Скорее всего, это связано с наличием механизма вторичнойадсорбции.59Рисунок 22. Адсорбционные-десорбционные свойства необработанной и обработаннойкремниевыми соединениями дерново-подзолистой почвы.Рисунок 23. Адсорбционные-десорбционные свойства необработанной и обработаннойкремниевыми соединениями серой-лесной почвы.602) Колоночный эксперимент. Почвенные образцы помещали в пластиковые колонкивысотой 25 см и диаметром 1 см, далее начинали прокачивать дистиллированную водусо скоростью 5 мл в час. Полученный раствор собирали и в нем определяли содержаниефосфора фотометрическим методом.

Повторность эксперимента 4-х кратная. Послепроведения эксперимента почва из колонок были собрана и проанализирована насодержание водорастворимого и кислоторастворимого (0,2 н HCl) фосфора.Полученные данные представлены на рисунках 24, 25 и в таблицах 10 и 11.Рисунок 24. Динамика выноса фосфора из дерново-подзолистой почвы под влияниемсоединений кремния.61Рисунок 25. Динамика выноса фосфора из серой-лесной почвы под влиянием соединенийкремния.Таблица 10. Количество вынесенного фосфора в колоночном эксперименте (мг).ВариантКонтрольSiO2, 1 г/кгSiO2, 5 г/кгSiO2, 10 г/кгДТ, 1 г/кгДТ, 5 г/кгДТ, 10 г/кгКонтрольSiO2, 1 г/кгSiO2, 5 г/кгSiO2, 10 г/кгДТ, 1 г/кгДТ, 5 г/кгДТ, 10 г/кгИнкубационныйКолоночныйэкспериментэкспериментмг%мг%Дерново-подзолистая почва1,291000,771001,0682,70,7496,11,1992,70,81104,51,30101,30,82106,41,2899,50,83107,11,2597,50,88114,21,2899,80,92118,7Серая лесная почва1,571000,771001,0667,80,7496,11,1976,00,81104,51,3083,10,82106,41,2881,50,83107,11,2579,90,88114,21,2881,80,92118,7Всего в экспериментемг%2,061,812,012,132,112,142,2010087,797,1103,2102,3103,8106,92,351,812,012,132,112,142,2110077,185,490,889,991,293,962Данные по выносу фосфора из дерново-подзолистой и серой лесной почв показали, что вначале эксперимента внесение активных форм кремния существенно снижало вынос фосфора, нов конце эксперимента в присутствии соединений кремния вынос фосфора заметно увеличился посравнению с необработанными кремний-содержащими соединениями вариантами.

На основеполученных результатов был вычислен баланс фосфора в системе с учетом фосфора, внесённыйв первой половине эксперимента перед инкубацией почв, и фосфора, определенного послепроведения колоночного эксперимента (табл. 10).Результаты колоночного эксперимента показали, что вначале снижение выноса фосфорапод действием кремний-содержащих соединений может достигать 20-30%. При дальнейшемпромывании почвы вынос фосфора в вариантах с внесением кремниевых соединений становилсявыше по сравнению с контролем (табл.

10).В таблице 11 показано содержание водо- и кислото-растворимого фосфора в почвенныхобразцах до и после промывания водой в колонках. Эти результаты согласуются с данными подинамике фосфора в колоночных экспериментах. Очевидно, что в колонках вначале проходилаадсорбция фосфатов на поверхности внесенных кремниевых веществ. Однако в ходе промывкиводой и высвобождения монокремниевой кислоты в почвенный раствор начинала идти реакциямежду монокремниевой кислотой и почвенными фосфатами, что обусловило увеличениерастворимости почвенных фосфатов и, следовательно, усиление выноса фосфора во второй частиколоночных экспериментов.63Таблица 11. Содержание водо- и кислото-растворимого фосфора в почвах до и послеколоночного эксперимента.ВариантР, мг/кгВодораствор Кислотораствори Водорастворим КислотораствориимыймыйыймыйДо экспериментаПосле экспериментаДерново-подзолистая почваКонтроль1,951,20,925,3SiO2 1г/кг2,052,41,429,8SiO2, 5г/кг1,557,41,330,7SiO2, 10г/кг1,558,21,635,6ДТ, 1 г/кг1,751,81,227,4ДТ, 5 г/кг1,454,41,430,5ДТ, 10 г/кг1,459,21,532,4Серая лесная почваКонтроль22,589,618.373,5SiO2 1г/кг21,490,417.475,5SiO2, 5г/кг20,390,319,676,8SiO2, 10г/кг19,388,919,778,9ДТ, 1 г/кг20,391,320,476,8ДТ, 5 г/кг18,492,421,080,4ДТ, 10 г/кг17,489,821,482,4НСР050,52,01,52,5Обобщая полученные результаты, можно констатировать, что в природе возможноналичие обоих механизмов взаимодействия активных форм кремния и фосфатов.

В первом случаевнесенная или образованная в процессе растворения кремниевых соединений монокремниеваякислота может вступать в реакцию с фосфатами кальция или магния. Результатом этой реакцииможет быть повышение доступности фосфора для растений. Во втором случае, внесенныесоединения кремния являются центрами физической адсорбции фосфат-анионов. Это приводит кснижению выноса фосфора из легких почв при их избыточном увлажнении.Активация фосфоритовДля получения одного из наиболее популярных фосфорных удобрений суперфосфата мелкоразмолотый природный фосфорит смешивают с серной кислотой (Соколов, 2000).

При этомпроисходит активация фосфора из фосфатов кальция или магния. Однако при обработкефосфоритов кислотой идет и активация (повышение растворимости) тяжелых металлов, обычносодержащихся в этих осадочных породах. В результате именно фосфорные удобрения являются64самым распространенным источником загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелымиметаллами (Глуховский и др, 1994; Минеев, 1994). Современное сельское хозяйство не можетотказаться от фосфорных удобрений.

Применение не активированных фосфоритов неэффективно в связи с их низкой растворимостью. Очевидно, что для решения данной проблемынеобходимо повысить доступность (растворимость) фосфатов с одновременным снижениемподвижности тяжелых металлов, находящийся в фосфоритах.Результаты наших исследований и данные литературы показывают, что монокремниеваякислота может вытеснять фосфат-анион из фосфатов кальция и магния (глава 3.1.1.1.). В то жевремя известно, что высокие концентрации монокремниевой кислоты приводят к резкомуснижению подвижности и активности тяжелых металлов (Matichenkov et al., 1999; Song et al.,2009). Таким образом, можно предположить, что обработка фосфоритов концентрированноймонокремниевой кислотой может одновременно повысить содержание доступного для растенийфосфора и снизить активность тяжелых металлов.В качестве объекта исследований был использованы фосфориты месторождения Hahotoe,расположенного на юге республики Того.

По оценочным данным, республика Того обладаетзапасами фосфоритов в 100 миллионов тонн, среднее содержание Р2О5 в них составляет около36% (Van Kauwenbergh, 2010).65Таблица 12. Содержание тяжелых металлов в фосфоритах месторождения республики Того приобработке монокремниевой кислотой.МатериалНеобработанныйфосфоритНеобработанныйфосфорит+SiПервая промывкаПерваяпромывка+SiВторая промывкаВтораяпромывка+SiФосфоритнапродажуФосфоритнапродажу+SiОтвaлОтвaл+SiНСР05H2O0.1 n HCl2 n HNO3вытяжкаPbHgCoCdCrPbCdCrCuPbNi---------------------------------------------мг/кг-------------------------------------------------------------0,015 1,428 0,038 0,338 0,632 1,744 2,432 0,956 3,234 18,12 0,12800,564001,399 0,035 0,306 0,500 1,698 2,588 0,856 3,806 16,34 0,1590,69500,020 0,087 0,095 2,380 0,717 3,530 14,23 0,256001,337 0,030 0,548 0,257 1,430 4,117 0,640 4,059 22,34 0,7710,63200,024003,429 0,420 3,404 20,23 0,45501,273 0,012 0,481 0,326 1,337 4,797 0,820 5,618 19,73 0,47600,8450,09900,004000,017 0,078 0,041 2,210 0,690 3,120 17,67 0,1110,097 0,065 0,046 3,945 0,566 4,046 18,23 0,1281,496 0,013 0,019 0,013 3,32600,094 0,124 20,5800,52300,00500,23600,023 0,056 13,2400,067 0,005 0,005 0,004 0,010 0,008 0,014 0,015 0,025 0,010Данные фосфаты характеризуются высоким содержанием тяжелых металлов (Gnandi, et all, 2009).После добычи руда проходит несколько этапов обогащения: размол, 3 промывки, сушка иупаковка.

Нами были отобраны образцы необогащённых фосфоритов и образцы на всех этапахобработки: после первой и второй промывки фосфоритов и образцы отходов обогащенияфосфатов. В образцах определяли содержание свинца и ртути в водной вытяжке, кобальта,кадмия, хрома и свинца в 0,1 н НС1- вытяжке, а также кадмия, хрома, меди, свинца и никеля в 2n HNO3 - вытяжке. Полученные данные представлены в таблице 12.Отобранные фосфориты обрабатывали концентрированным раствором монокремниевойкислоты, стабилизированной NaOH. Обработку проводили путем смешивания размолотогофосфорита с растворами монокремниевой кислоты разной концентрации и в различныхпропорциях.66Полученные результаты показали, что обработка фосфатов монокремниевой кислотойпривела к резкому снижению подвижности тяжелых металлов (табл.

12). В таблице 13 показаносодержание фосфора в 2% лимоннокислой вытяжке в исходном фосфорите и обработанноммонокремниевой кислотой. Для сравнения в данных исследованиях использовали стандартныйсуперфосфат.Таблица 13. Содержание Р2О5 в фосфорных удобрениях (содержание в 2% лимоннокислойвытяжке).МатериалР2О5, %(2% лимоннокислая вытяжкаа)Фосфорит4,8Модифицированный фосфорит 1 (МФМ-1)5,7Модифицированный фосфорит 2 (МФМ-2)5,3Модифицированный фосфорит 3 (МФМ-3)9,4Модифицированный фосфорит 4 (МФМ-4)7,3Суперфосфат12,5НСР050,5Полученные результаты показали, что растворимость фосфора при обработке фосфоритакремнием в зависимости от условий обработки может повышаться от 18 до 95%. Таким образом,модифицированный фосфат, предположительно, будет эффективнее воздействовать навыращиваемые растения.В таблице 14 показаны результаты вегетационных испытаний модифицированногофосфорита и суперфосфата на культуре кормовых трав (Paspalum notatum).

Экспериментыпроводили на дерново-подзолистой песчаной почве в пластиковых сосудах объемом 1 литр.Фосфорные удобрения вносили в двух дозах – из расчета 0,1 и 0,2 г Р2О5 на сосуд. Травы высевалипо 50 семян на горшок и выращивали в течение 3-х месяцев. Затем определяли среднюю массу 10свежесрезанных стеблей растений. Стебли высушивали и в них определяли общее содержаниефосфора.Почву из вегетационных сосудов после проведения эксперимента высушивали ианализировали на содержание водорастворимого фосфора и фосфора по Кирсанову. Каждый67вариант имел четырехкратную повторность. Полученные данные были статистическиобработаны для определения значимого интервала.Результаты экспериментов показали повышеннуюэффективность обработанногокремнием фосфорита (масса зеленой части растений увеличилась на 7-12% для необработанногофосфорита и на 38-49 % для модифицированного фосфорита (МФМ-3)).

При внесениисуперфосфата масса зеленой части растений увеличилась на 44-56%. Таким образом,эффективностьмодифицированногофосфоритафактическидостиглаэффективностисуперфосфата. Этот же вывод можно сделать на основании данных по содержанию фосфора впочве и растениях.68Таблица 14. Влияние фосфорных удобрений на массу кормовых трав, содержание в нихфосфора и содержание фосфора в почве в водной вытяжке и вытяжке по Кирсанову.Удобрение и дозаКонтрольСредняя масса10 Масса свежихрастений, г/% увеличениямассы посравнению сконтролем0,56 / -Растения,%Р2О5Воднаявытяжка,мг/кгПоКирсанову,мг/кг0,9246,41144,27Суперфосфат, 100 кгР2О5 на гектар0,82 / 440,97316,26217,55Суперфосфат, 200 кгР2О5 на гектар0,89 / 561,10433,89281,67Фосфорит, 100 кг Р2О5на гектар0,61 / 70,9348,32164,34Фосфорит, 200 кг Р2О5на гектар0,64 / 120,94311,54201,34МФМ-1, 100 кг Р2О5 нагектар0,72 / 260,9489,13178,32МФМ-1, 200 кг Р2О5 нагектар0,78 / 360,96921,76227,5МФМ-2, 100 кг Р2О5 нагектар0,69 / 210,95512,19190,30МФМ-2, 200 кг Р2О5 нагектар0,75 / 310,97824,76256,83МФМ-3, 100 кг Р2О5 нагектар0,79 / 380,96512,87176,32МФМ-3, 200 кг Р2О5 нагектар0,85 / 491,09427,34204,40МФМ-4, 100 кг Р2О5 нагектар0,75 / 320,9699,46188,80МФМ-4, 200 кг Р2О5 нагектар0,83 / 460,99519,43246,80,030,0250,1515,00НСР05693.2 Взаимодействие кремниевых и азотных соединенийВопросам изучения взаимодействия активных форм кремния с соединениями азотауделяется намного меньше внимания по сравнению с соединениями фосфора.

Известно, чторастворимые формы кремния могут регулировать поступление нитратов в растения. Так,использование кремниевых удобрений на бедной нитратами почве приводит к увеличению в нейсодержания NO3 (Литкевич, 1937). При внесении кремнезема увеличивается популяцияаммонификаторов (Кинтаналья, 1987), что усиливает процесс нитрификации (Рочев и др., 1980).Известно,чтовнесениеазотныхудобренийобычноснижаетустойчивостьсельскохозяйственных растений к внешним неблагоприятным условиям - болезням, насекомымвредителям, экстремальным температурам и влажности (Алешин и др., 1978; Matsuyama, 1975).Предполагают, что это происходит в связи с ускоренным ростом растений, что не позволяетполностью сформировать систему защиту от биотических и абиотических стрессов (Good, Beatty,2011). На примере таких растений, как сахарный тростник (Epstein, 1999; Korndorfer, Lepsch, 2001;Matichenkov, Calvert, 2002), рис (Алешин, Авакян, 1978), пшеница, ячмень (Климашевский,Чернышева, 1981), томаты, кукуруза (Wallace, 1989) было установлено, что при внесениинитратов происходит снижение поглощения кремния растениями.