Экологические чистые продукты и экономические аспекты рационального природопользования

Введение

Современный агропромышленный комплекс в течение последних лет не в достаточной мере использует минеральные удобрения по ряду объективных и субъективных причин. Это привело к истощению плодородия земельных угодий представителей среднего и малого бизнеса, фермеров, крестьянских хозяйств и индивидуальных предпринимателей.

Рациональное природопользование с одновременным решением экологической безопасности промышленных регионов, обеспечивающих благосостояние населения страны, является одной из основных приоритетных направлений.

Это относится и к агропромышленному комплексу, имеющему отношение к выпуску продуктов потребления сельскохозяйственных культур не только для людей, но и для животных и птиц.

К предприятиям, которые работают на природном сырье и ежечасно выбрасывают многотоннажные твердые, жидкие и газообразные отходы можно отнести и тепло-энергоцентрали (ТЭЦ), связанные с образованием зольных отходов, а также химической, металлургической, горно-рудной и угледобывающей промышленности, а также стройиндустрию, перерабатывающие многомиллионные тонны сырьевых ресурсов.

Все эти отходы наносят невосполнимый ущерб окружающей среде и в тоже время, являются хорошим сырьем для производства минеральных удобрений и тукосмесей, содержащих макро и микроэлементы, остро необходимые для метаболизма растений.

Применение в качестве удобрений соединений фосфора относится к древним временам, когда не существовало еще письменности и сведений о том, где их начали применять впервые отсутствуют [1].

По историческим сведениям за 200 лет до нашей эры карфагяне в качестве удобрений применяли птичий помет [2], в состав которого входит большинство макро и микро-элементов участвующих в метаболизме растений. Кать и Колумело [2] были первыми авторами книг о земледелии, где они рекомендовали применять для удобрения лугов, пашен и садов помет голубей. Также к далекой древности относится использование в качестве удобрений костей животных, туков из рыбы и гуано.

Так например, начало применения гуано в Европе датируется примерно 1839 годом [3], в то время как инки в Перу [4] применяли это удобрение задолго до покорения этой страны испанцами. Отмечается, что ещё в 1550г Палисси [5] объяснил эффективность помета наличием растворимых солей в этом веществе.

В течение долгого времени три вида этих материалов оставались основными источниками удобрений. Природа этих соединений и микроэлементов входящих в состав этих удобрений требовала расширенных исследований.

Элементарный фосфор по историческим данным был известен арабским алхимикам ещё в ХП веке, и получен алхимиком Алхид Бехиль [5,1]. В первые фосфор в Европе был получен алхимиком из Гамбурга Братдтом в 1669г при поисках философского камня [6]. Упаривая значительные количество мочи им было получено фосфоресцирующее в темноте вещество названное фосфором.

Прошло более 175 лет, как немецкий химик Юстус Литих издал книгу «Сельскохозяйственная химия», где он утверждал, что «наступает время, когда пашня и каждое растение будет обеспечено необходимым для него удобрением, изготовляемых на химических заводах». Он еще в 1840г научно доказал, что источником питания растений служат воздух, вода и почвенные растворы минеральных веществ [7].

В 1901году было положено начало фиксации азота воздуха в пламени электрической дуги, а в 1906г промышленно осуществлен цианамидный метод связывания атмосферного азота. Так например, цианамид кальция хорошее удобрение которое может служить сырьем для получения аммиака [8].

Известно, что для перевода фосфора из фосфатного сырья в формы соединений усвояемые растениями, необходимо применять азотную кислоту, оставшуюся в составе удобрений в виде полезного компонента азота. Идея этого процесса принадлежит академику Д.Н. Прянишникову еще 1910 году, указавшему на перспективность азотнокислотной переработки фосфатного сырья [9].

Многие микроудобрения, применяемые в сельском хозяйстве, представляют из себя соли или оксиды металлов, которые при определенных условиях не полностью переходят в растения[10-30].

Так например, многие микроэлементы при их использовании быстро сорбируются почвенными комплексами и переходят в недоступные для растений формы, а минеральные соли железа и цинка не оказывают влияния в щелочных почвах.

На фоне достижений химической подотрасли и сельскохозяйственного сектора экономики, имеются и недостатки, которые отрицательно характеризуют природоохранные и экологические показатели в промышленных регионах и агропромышленном комплексе. В почвах посевных площадей наблюдаются постоянное снижение содержания гумуса, увеличение засоленности пахатных земель от пересыщения солями и кислотами, за счет близости подпочвенных вод ухудшающих биологические свойства земельного покрова.

Нерегулируемое применение средств защиты и стимулирования роста растений привело к накоплению в почвах и грунтовых водах остатков минеральных удобрений и ядохимикатов, изменению состава биогеохимических потоков и загрязнению природной среды.

Поддержание состояния пахатных и посевных земель, обеспечивающих необходимый уровень урожайности, требует с каждым годом значительных материальных затрат, что приводит к неизбежному повышению стоимости производимого сельскохозяйственного сырья и продуктов питания. Улучшение качества и количества продуктов питания должно обеспечиваться применением различных агротехнических приемов, со знанием химического состава почвы, органоминеральных удобрений и тукосмесей, содержащих макро- и микроэлементы, которое остро необходимые посевным земельным угодиям.

Экспериментальная часть

Предпосылками к выполнению исследований явилось снижение качества продукции сельскохозяйственных культур агропромышленного комплекса и ухудшение экологического состояния природной среды, за счет нерационального отношения к ней. С учетом вышеуказанного, сотрудниками и специалистами Южно-Казахстанского государственного университета им. М.Ауэзова, совместно с Белорусским государственным технологическим университетом (БГТУ) Республика Беларусь, государственным технологическим институтом (Техническим университетом) Российской Федерации, Казахским научно-исследовательским институтом агрохимии и почвоведения им. А.А.Успанова и Казахским научно- исследовательским институтом защита растений и карантина реализованы грантовые работы Министерства образования и науки Республики Казахстан по темам: «Создание технологии и разработка научных основ синтеза поликомпонент- ных минеральных удобрений со специфическими особенностями для сероземных почва» [19] и «Исследование изменения содержания санитарно-эпидемиологических, токсикологических и радиологических соединений в томатах, моркови, кукурузе и сое-бобовых культурах при применении гуматсо- держащих сложно-смешанных ИРК удобрений пролонгированного действия, для обеспечения экологической безопасности» [20].

Общеизвестно, что минеральные удобрения, как простые, так и сложно смешные, содержащие азот фосфор и калий, получают из природных сырьевых ресурсов. Так например, получение однокомпонентных фосфорных и многокомпонентных удобрений основано на экстракции фосфора из тон- коизмельченных природных фосфатов путем выщелачивания серной, азотной или соляной кислотой, который требует значительных расходов материальных и топливно- энергетических ресурсов [12-20].

Нами предлагается получение тукосмеси из отходов различных отраслей экономики государства, с одновременным решением природоохраненных мероприятий и частичной рекультивацией посевных площадей [10-11].

По данным работы Пинсного [21] известно, что в почвенном покрове протекают ионообменные процессы. Это связано с тем, что вносимая в почвенный покров тукосмесь, в результате взаимодействия с почвой подвергается различным процессам превращений, влияющих на ее способность к передвижению в земленом слое растворимых элементов, входящих в состав туков и их доступность по корневой системе растениям. Так например, один из основоположников современной химии почв, выдающийся физико- химик почвовед К.К.Гедройц [21]сформировал такие понятия, как емкость поглощения катионов почвой, характеризующую ионообменную поглатительную способность почвы катионы или анионы из состава тукосмеси.

Количественный состав высоко дисперсных частиц зависит от обменных катионов и увеличивается при насыщении почвы катионами в соответствии с показанным рядом: Н+ < B²⁺<Ca²⁺<Mg²⁺< K<Na², которые содержатся во внутренних вскрышных породах угледобычи, а также гумино- вых кислоток, играющих значительную роль в создании почвенного плодородия и питание растений.

Для решения поставленной задачи проведены исследования по получению тукосмеси из природного сырья и отходов различных отраслей экономики Южных регион Республики Казахстан [2224].

Усредненные значения результатов исследований представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.Усредненный химический состав шихтовых материалов

Таблица 2.

Усредненный химический состав сложно-смешанных минеральных удобрений за период опытно-промышленных испытаний

В ходе проведения экспериментальных исследований и опытных испытаний на опытной технологической установке, производительностью 500кг/час по получению нового ассортимента сложно смешанного удобрения тукосмеси, «ЖАМБ-70» показанной на рис 1, подтверждены наши предположения и гипотезы[10-11].

Рисунок 1. Аппаратурно технологическая схема опытной установки получения тукосмеси «ЖАМБ-70»

Анализы, проведенные в аккредитованных лабораториях «Сапа» и Исследовательской региональной лаборатории инженерного профиля ЮКГУ им. М. Ауэзова показали, что фактические показатели по содержанию макро и микроэлементов находятся в пределах норм гостов и соответствия удобрения «ЖАМБ- 70» требования и безопасности удобрении [10-11].

Проведенные в РУП Научно практическом центре Национальной академии наук Беларуси по продовольствию, полученные в Республиканском контрольно-испытательном комплексе по качеству и безопасности продуктов в январе 2017г, в лаборатории государственного Белорусского технологического университета в 2015 и 2017 годах и в КазНИИ защита растений и карантина на хлороганические пестициды в разных точках мест опытов на различных продукциях сельхозкультур в период с 2015 по 2017 года показали в большинстве случаев их отсутствие, а наличие тяжелых металлов не превышало нормативные показатели [11].

На основании положительных результатов исследований разработан стандарт организации «Сложно-смешанные минеральные удобрение пролонгированного действия «ЖАМБ-70», Технические условия СТ 2425-1958-01-ГП-001-2014.

В соответствие технологической схеме исходные материалы компонентов шихты, взятые в определенных количествах, перед подачей во вращающуюся печь и центробежную эллиптическую мельницу-активатор тщательно перемешивают (по стадийно):

- фосфоритная мелочь, внутренние вскрышные породы (ВВП) и вермикулит;

- измельченный до пылеводной фракций бурый уголь и 40%-ый водный раствор бикарбоната калия.

В процессе измельчения фосфатного сырья, совместно с ВПП и вермикулитом, происходит механо-химическая активация материала, а взаимодействия водных растворов бикарбоната калия и углерода бурых углей к образованию гуматов как при получении тукосмесей, так и при взаимодействий углерод, кали и натрий содержащих элементов в почвенной среде.

В ходе опытно-промышленных испытаний установлена принципиальная возможность получения механо-активированного поликомпонентного сложно-смешанного влагоудерживающего М-Р-К- гумус-содержащего удобрения пролонгированного действия с микроэлементами. В зависимости от химического состава почвы, по заказу потребителя в состав шихты добавляют аммофос для увеличения содержания фосфора и азота.

За период опытных испытаний наработано более 3000 кг сложно-смешанных удобрений «ЖАМБ-70» пролонгированного действия содержащего влагоудерживающие вещества, гуматы и микроэлементы, (табл. 3) которые испытаны при посадке различных сельскохозяйственных культур: кукуруза, подсолнух, томаты, баклажан, перец болгарский, морковь, сое-бобовые, картофель, сорго и хлопчатник на посевных площадях КХ «Жантас» Казгуртского района, ТОО «Борсыксай» и ТОО «Март» Ордабасинского района и на арендованных ЮКГУ им. М. Ауэзова площадях в сельском округе Жаскешу Тулкибасского района Туркестанской области.

Таблица 3

Соотношение компонентов в сложно-смешанном удобрений пролонгированного действии

Испытания показали положительные результаты не только по увеличению урожайности, но и по отсутствию наличия тяжелых металлов и радионуклидов в растениях и плодах исследуемых сельскохозяйственных культур. Усредненный химический состав исследуемых проб по основным компонентам тукосмесей и их содержания показаны в таблице 4.

Таблица 4.

Усредненный химический состав проб по основным компонентам (в %)

Анализ таблицы показывает, что содержание Р2О506Щ составляет более 15%, в том числе (в%) Р 2О5усв и лимонно растворимое 5,9 и 5,4; азота от 0,2 до 0,9; калия в пересчете на К₂О 5,3; гуматов около 5,6; вермикулита 11,25 и серы 2,75. тукосмесь удобрение мельница сельскохозяйственный

Испытания удобрений на посевных площадях позволили получить значительный привес продукции сельскохозяйственных культур, на 10-20%, данные которых приведены в таблице 5.

Таблица 5

Усредненный выход продукция различных сельхоз культура в период испытаний тукосмеси «ЖАМБ-70»

Анализ таблиц показывает, что продукты сельскохозяйственных культур, выращенных на посевных площадях крестьянского хозяйства «Жантас», ТОО «Борсыксай» и ТОО «Март» с применением удобрения (тукосмеси) является экологически чистым и безопасными для жизнедеятельности живых организмов.

Рисунок 2. Исследования развития и роста различных растений сельскохозяйственных культур на полевых площадях КХ «Жантас»