Влияние трепела на урожайность и радиологическое качество продукции сельскохозяйственных культур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние трепела на урожайность и радиологическое качество продукции сельскохозяйственных культур

На современном этапе развития мирового сельскохозяйственного производства в максимальной степени задействованы все возможные факторы интенсификации, необходимые для роста объемов получаемой продукции. Вместе с тем действие каждого из факторов имеет некий критический предел, обусловленный причинами биологического и экономического характера. Сельское хозяйство Республики Беларусь характеризуется достаточно высоким уровнем интенсификации, при этом испытывает необходимость в использовании всех возможных резервов для получения качественной продукции.

Принципиальное внимание следует уделять особенностям сельскохозяйственного производства на территориях, загрязненных радионуклидами вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС. В отдаленный после катастрофы период стратегия сельскохозяйственного производства на загрязненных территориях представляет собой систему мер, направленных на получение самоокупаемой и конкурентоспособной продукции, отвечающей радиационно-гигиеническим нормативам. В растениеводстве одним из перспективных направлений может стать система земледелия, адаптированная к условиям радиоактивного загрязнения на основе применения мелиорантов почвенного действия.

В настоящее время одним из основных почвенных мелиорантов является доломитовая мука, которая широко используется в сельском хозяйстве для регулирования кислотного режима почв. Кроме того, известкование является одной из контрмер по предотвращению поступления радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукцию растениеводства. Цеолиты также являются почвенными мелиорантами. Они обладают комплексным действием - оптимизируют кислотность почвы, увеличивают емкость катионного обмена, являются источником элементов питания, препятствуют накоплению растениями тяжелых металлов и радионуклидов. В силу ряда причин в сельскохозяйственном производстве Беларуси они не применяются, вместе с тем возможность их использования в сельском хозяйстве доказана научным и практическим опытом.

Учитывая уникальную возможность использования собственных месторождений цеолитов, эти минералы можно рассматривать как дополнительный ресурс повышения эффективности ведения сельского хозяйства, в том числе на радиоактивно загрязненных территориях.

Цель исследований - установить влияние цеолитов (трепела) местного происхождения на продуктивность сельскохозяйственных культур и радиологическое качество продукции.

Цеолиты считаются универсальными минералами, заслуживающими особого внимания. В измельченном виде могут применяться в животноводстве как кормовая добавка (особенно в птицеводстве), а также как дезодоратор животноводческих помещений. В промышленности цеолиты применяются для очистки водных систем, осушки и очистки газов, обогащения воздуха кислородом, дезактивации радиоактивных сточных вод, извлечения металлов из растворов сложного состава и промышленных отходов. Также они нашли применение в прудовом рыбоводстве для удаления из воды аммиака, в защите окружающей среды от загрязнения, в овощеводстве закрытого грунта [1-11].

Цеолиты в природе встречаются в виде гидротермальных и вулканогенноосадочных геологических образований. В настоящее время известно около 1000 месторождений 42 разновидностей цеолитов более чем в 40 странах мира [1, 2, 3]. Практическое значение имеют только вулканогенноосадочные цеолиты. Их рентабельность определяется большими запасами, выдержанностью пластов и содержанием элементов питания растений, а также возможностью разработок открытым способом. Ценность представляют высококремнистые цеолиты: клиноптилолит, морденит, шабазит, эрионит, филлипсит и ферьерит [2]. Особенно широко используется клиноптилолит [1].

В последние годы в Беларуси отмечается возросший интерес к изучению трепела, который на 15-20% состоит из цеолита и обладает свойствами этого минерала. На территории Могилевской области (Хотимский район) имеется месторождение трепела «Стальное», доступное для открытой разработки. Ранее его разработка и применение не являлось экономически целесообразным, т.к. на территории СССР, в состав которого до 1991 г. входила Беларусь, были разведаны и разрабатывались более богатые месторождения цеолитов (в Закарпатье (Сокирницы, Водичи, Липча)), в Закавказье (Дзегви, Айдаг, Ноембрянское, Тедзамское), в Кемеровской области (р. Пегас), в Якутии, в Приморском крае, в Бурятии, на Сахалине, на Камчатке, в Средней Азии и др.). Современная социально-экономическая ситуация в Беларуси указывает на то, что следует больше внимания уделять местным видам сырья, которые могут стать потенциальным источником поддержки сельскохозяйственного производства.

Белорусский трепел относится к гейландит-клиноптилолитовой группе карбонатных осадочных пород. Минерал представляет собой сложное полимерное образование, состоящее из кремнеземистых минералов (35-41%), цеолитов (15-19%), кальцита (15-34%), глинистых минералов (8-20%), терригенного материала (6-7%) в виде слюды, зерен кварца и полевого шпата [12, 13].

Результаты отдельных исследований указывают на возможность применения белорусского трепела для увеличения урожайности без дополнительного внесения минеральных или органических удобрений [13, 14, 15, 16]. Также установлено, что такие цеолитсодержащие породы могут быть успешно использованы как мелиорант кислых почв [17]. Кроме того, есть сведения о снижении перехода радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в зеленую массу многолетних трав при использовании трепела [12, 18].

Таким образом, имеющиеся публикации широко освещают особенности состава, свойства и возможности использования цеолитсодержащих пород, однако информация, касающаяся белорусского трепела, недостаточна для его однозначной оценки, т.к. получена на основании единичных исследований. В связи с этим дальнейшее всестороннее изучение возможности использования трепела в растениеводстве является актуальным научно-практическим направлением в контексте национальной стратегии разработки и применения новых источников полезных ископаемых.

Научно-исследовательская работа проводилась на опытно-экспериментальном участке, расположенном на территории землепользования СПК «Зарянский» Славгородского района Могилевской области в 2009-2010 гг. Методика исследований включала использование комплекса методов: полевого и вегетационного опытов, лабораторных и аналитических исследований.

Объектами исследований являлись сельскохозяйственные культуры: в полевом опыте - яровой рапс (2009 г.) и пайза Echinochloa frumentaceae (2010 г.), в вегетационном опыте - смесь многолетних злаковых трав (ежа сборная (40%), овсяница луговая (27%), тимофеевка луговая (33%)) (2009 г.) и кукуруза (2010 г.). Выбор объектов исследований обусловлен актуальными потребностями сельскохозяйственного производства и необходимостью внедрения новых перспективных кормовых культур. Предмет исследований - влияние трепела на урожайность культур и переход ¹³⁷Cs из почвы в продукцию.

Полевой опыт. Почва опытных делянок дерново-подзолистая супесчаная автоморфная на водноледниковых рыхлых супесях, подстилаемых песками с глубины 0,3 м и моренными суглинками с глубины 0,7 м; песками с глубины 0,3 м (с признаками временного избыточного увлажнения).

Плотность загрязнения пахотного слоя почвы ¹³⁷Cs на опытных делянках составляла в среднем 14,5 Ки/км² (537 кБк/м²). Содержание Р₂О₅ - 150 мг/кг почвы, К₂О - 182 мг/кг почвы, СаО - 978,3 мг/кг почвы, MgО - 164,5 мг/кг почвы, содержание гумуса - 1,96%, рН - 5,60.

Размещение делянок полное рендомизированное. Повторность опыта четырехкратная. Общая площадь делянки 2 м², учетная площадь - 1 м².

Фосфорные (аммофос), калийные (калий хлористый) и азотные удобрения (мочевина) вносились перед посевом культур ежегодно, трепел - в 2009 г. перед посевом ярового рапса.

Уборка и учет надземной биомассы ярового рапса проводились в середине фазы стеблевания, пайзы - в начале фазы выметывания метелки.

Вегетационный опыт. Почвы: дерново-подзолистая супесчаная (плотность сложения - 1,45 г./см³, удельная активность по ¹³⁷Cs (на абс. сух. почву) - 4768,8 Бк/кг, содержание Р₂О₅ - 298 мг/кг почвы, К₂О - 56 мг/кг почвы, СаО - 1176 мг/кг почвы, MgО - 190,3 мг/кг почвы, содержание гумуса - 2,38%, рН - 5,90); торфяная (плотность сложения - 0,7 г/см³; удельная активность по ¹³⁷Cs (на абс. сух. почву) - 8068,5 Бк/кг, содержание Р₂О₅ - 180 мг/кг почвы, К₂О - 203 мг/кг почвы, СаО - 1517,7 мг/кг почвы, MgО - 187,7 мг/кг почвы, рН - 5,50).

Размер вегетационных сосудов 20Ч20 см, повторность трехкратная.

Фосфорные (аммофос), калийные (калий хлористый) и азотные удобрения (мочевина) вносились перед посевом культур ежегодно с пересчетом на объем сосуда, трепел - в 2009 г. перед посевом смеси злаковых трав с пересчетом на объем сосуда.

Удельная активность ¹³⁷Cs в почвенных и растительных образцах определялась на гамма-бета-спектрометре МКС-АТ 1315. Для количественной оценки поступления ¹³⁷Cs из почвы в растения рассчитывался коэффициент перехода (Кп) как отношение удельной активности товарной продукции при стандартной влажности к плотности радиоактивного загрязнения почвы (Бк/кг: кБк/м²).

Измерения удельной активности ¹³⁷Cs в зеленой массе смеси злаковых трав и кукурузы и корневой системе кукурузы проводились в начале фазы выметывания метелки.

Полученные данные статистически обработаны с использованием программ MS Excel 7.0 и Statistica 6.1.

В рамках схемы полевого эксперимента было установлено статистически достоверное влияние доз вносимых минеральных удобрений и трепела на урожайность ярового рапса (Р=0,03) и пайзы (Р<0,001) (табл. 1). Прибавка урожайности от внесения трепела в чистом виде в дозе 15 т/га была менее значительная, чем от внесения минеральных удобрений в дозе N₆₀P₂₅K₈₀. Вместе с тем у ярового рапса она составила 4,7%, у пайзы - 5,7%. Указанные прибавки находились в пределах НСР₀₅. Превышение величины НСР₀₅ было отмечено только в вариантах с совместным действием трепела в разных дозах и NPK. Особенно высокое увеличение урожайности зафиксировано на пайзе - прибавка более чем в 2 раза превышала величину НСР₀₅.

рапс минеральный удобрение трепел

Таблица 1. Урожайность биомассы ярового рапса и пайзы в условиях полевого опыта (при стандартной влажности 82%)

Результаты эксперимента в вегетационных сосудах указали на возможность регулирования при помощи трепела интенсивности перехода ¹³⁷Cs в сельскохозяйственную продукцию. Влияние трепела на величину Кп было подтверждено в 4 случаях из 6 как при совместном внесении с минеральными удобрениями, так и в чистом виде (табл. 2). В опыте на торфяной почве достоверность различий между вариантами была доказана со всеми видами биомассы, на дерново-подзолистой почве - только в случае с зеленой массой кукурузы.

По отношению к контролю наибольшее снижение перехода ¹³⁷Cs при внесении трепела в чистом виде отмечалось на торфяной почве в случае с зеленой массой злаковых трав (в 2,6 раза), при внесении трепела совместно с N₆₀P₄₀K₈₀ - на торфяной почве в случае с корневой системой кукурузы (почти в 5 раз). В целом по опыту более высокий эффект отмечался при совместном применении трепела с NРК: снижение накопления ¹³⁷Cs отличалось большей интенсивностью.

На основании результатов трехфакторного вегетационного эксперимента было определено влияние трепела и других факторов на величину перехода ¹³⁷Cs из почвы в растения. Для анализа использовались данные по 2 культурам (df = 1), на 2 типах почвы (df = 1), с учетом 2 вариантов опыта - контрольного варианта и варианта с применением трепела (df = 1). Дисперсионный анализ выявил достоверность различий по величине Кп между вариантом с трепелом и вариантом без трепела. Сила влияния отдельного фактора на формирование изменчивости Кп определяется показателем % SS, представляющим собой процентное отношение дисперсии, обусловленной влиянием этого фактора, к общей дисперсии Кп (табл. 3).

Таблица 2. Показатели радиологического качества биомассы кукурузы и смеси злаковых трав (при стандартной влажности 82%) в условиях вегетационного опыта

Таблица 3. Влияние факторов эксперимента на Кп ¹³⁷Сs в зеленую массу кукурузы и смеси злаковых трав в условиях вегетационного опыта

Примечание: курсивом выделены факторы с достоверным (р ? 0,05) влиянием на величину показателя Кп

Было установлено, что применение трепела в дозе 15 т/га в условиях проведенного эксперимента на 14,1% определяет величину перехода ¹³⁷Cs из почвы в зеленую массу кукурузы и злаковых трав. Достоверность этого влияния подтверждается уровнем значимости Р, который в данном случае составляет 0,001.

Кроме того, было отмечено достоверное влияние на Кп почвенного фактора (9,0%), особенностей сельскохозяйственной культуры (37,7%) и взаимодействия факторов «культура» и «почва» (19,6%).

Проведенные эксперименты дали возможность оценить влияние цеолитсодержащего минерала трепела из месторождения «Стальное» на урожайность сельскохозяйственных культур и снижение перехода ¹³⁷Cs из почвы в зеленую массу и корневую систему растений.

Было установлено, что влияние трепела на величину урожайности изучаемых культур существует как при внесении в чистом виде, так и при совместном внесении с минеральными удобрениями. Изменение урожайности под действием внесения трепела в обоих случаях характеризовалось положительно - отмечались прибавки урожайности. Максимальная прибавка независимо от типа почвы и культуры была достигнута при совместном применении трепела и минеральных удобрений. При этом пайза отличалась более высокими прибавками урожайности (более 50%), чем яровой рапс (до 33,5%), что характеризует ее как культуру более отзывчивую к внесению почвенных мелиорантов и минеральных удобрений.

Кроме того, было отмечено влияние трепела на поглощение растениями ¹³⁷Cs, что подтверждает наличие у трепела белорусского происхождения сорбционных свойств. Было установлено достоверное влияние трепела на снижение величины перехода ¹³⁷Cs в зеленую массу и корни кукурузы и в зеленую массу смеси злаковых трав, что указывает на возможность регулирования качества продукции при применении трепела в качестве почвенного мелиоранта в условиях радиоактивного загрязнения.

Таким образом, результаты исследований подтвердили, что присущие цеолитам из разработанных месторождений свойства характерны и для цеолитсодержащих минералов месторождения «Стальное». Проведенный анализ указывает на необходимость более глубокой и детальной проработки вопросов о возможностях применения трепела в растениеводстве в качестве почвенного мелиоранта, особенно на радиоактивно загрязненных территориях.

Литература

1. Постников, А.В. Использование цеолитов в растениеводстве / А.В. Постников, Э.С. Илларионова // Агрохимия. 1990. №7. С. 113-125.

2. Цицишвили, Г.В. Природные цеолиты / Г.В. Цицишвили, Г.Г. Андроникашвили, Г.Н. Киров, Л.Д. Филатова. М.: Химия, 1985. 224 с.

3. Pond, W.G. Zeo-agriculture. Use of natural zeolites in agriculture and aquaculture / W.G. Pond, F.A. Mumpton // Westview Press. USA. 1984. 296 p.

4. Обухов, А.И. Детоксикация дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами: теоретические и практические аспекты / А.И. Обухов, И.О. Плеханова // Агрохимия. 1995. №2. С. 108-116.

5. Минеев, В.Г. Использование природных цеолитов для предотвращения загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами / В.Г. Минеев, А.В. Кочетавкин, Нгуен Ван Бо // Агрохимия. 1989. №8. С. 89-95.

6. Лобода, Б.П. Агроэкологическая оценка субстратов из цеолитсодержащих пород при выращивании сладкого перца в теплицах / Б.П. Лобода, О.А. Чуприкова // Агрохимия. 1999. №2. С. 67-72.

7. Дорошкевич, С.Г. Продуктивность и качество картофеля при использовании органно-минеральных удобрительных смесей на основе осадков сточных вод и цеолитов / С.Г. Дорошкевич, Л.Л. Убугунов, Ц.Д. Мангатаев, А.Б. Бадмаев // Агрохимия. 2002. №8. С. 41-48.

8. Мазур, Г.А. О применении природных цеолитов для повышения плодородия почв легкого гранулометрического состава / Г.А. Мазур, Г.К. Медвидь, Т.И. Григора // Почвоведение. 1984. №10. С. 73-78.

9. Байдина, Н.Л. Инактивация тяжелых металлов гумусом и цеолитами в техногеннозагрязненной почве / Н.Л. Байдина // Почвоведение. 1994. №9. С. 121-125.

10. Понизовский, А.А. Использование цеолита для детоксикации загрязненных свинцом почв / А.А. Понизовский, Д.Д. Димоянис, К.Д. Тсадилас // Почвоведение. 2003. №4. С. 487-492.

11. Природные цеолиты в земледелии и растениеводстве: метод. рекомендации. Новосибирск: Росцеолит, 1997. 26 с.

12. Сарасеко Е.Г. Действие трепела и цементной пыли на реакцию почвенной среды торфянисто-глеевой почвы // Прыроднае асяроддзе Палесся: асаблiвасцi i перспектывы развiцця: тэз. дакл. III Мiжнар. навук. канф. Брэст, 7-9 чэрв. 2006 г. Брест: Академия, 2006. С. 58.

13. Стрельчик, Н.В. Особенности вещественного состава и формирования верхнемеловых карбонатных силицитов месторождения «Стальное» на востоке Беларуси / Н.В. Стрельчик // Лiтасфера. 2004. №1 (20). С. 69-76.

14. Автушко, М.И. Об эффективности использования карбонатных трепелов месторождения «Стальное» в сельскохозяйственном производстве / М.И. Автушко, Е.Г. Сарасеко, Н.А. Стрельчик // Природные ресурсы (Межведомственный бюллетень). 2006. №4. С. 32-41.

15. Дистанов, У.Г. Ресурсы, добыча, потребление диатомитов, опок, трепелов / У.Г. Дистанов, А.П. Пленкин // Разведка и охрана недр. 1992. №12. С. 2-5.

16. Лазаревич, С.С. Влияние трепела на продуктивность биомассы ярового рапса / С.С. Лазаревич, Т.М. Лазаревич // Современные технологии сельскохозяйственного производства: сб. материалов XIII Междунар. науч.-практ. конф., Гродно, 2010 г.: в 2 Т. / Гродненский гос. аграрный ун-т. Гродно, 2010. Т. 1. С. 126-128.

17. Природные цеолиты в сельском хозяйстве. Тбилиси: Мецниереба, 1980. 254 с.

18. Сарасеко, Е.Г. Влияние минеральных добавок на переход ¹³⁷Cs из торфяно-болотной почвы в растения / Е.Г. Сарасеко // Чернобыльская катастрофа 15 лет спустя: науч.-практ. аспекты пробл.: материалы обл. науч.-практ. конф., Могилев, 26 апреля 2001 г. Минск: Тесей, 2001. С. 283-286.

Размещено на Allbest.ru