CC BY
40
УДК 631.8
И. А. Яппаров, Л. М.-Х. Биккинина, М. М. Ильясов, И. М. Суханова, Р. Х. Гизатуллин, Г. Х. Нуртдинова
СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД В ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Ключевые слова: цеолитсодержащие породы, сточные воды животноводческих комплексов, минеральные удобрения,
наноструктурный мелиорант, пролонгатор.
Оценена эффективность применения препаратов, полученных путем обработки природной цеолитсодержащей породы сточными водами животноводческих комплексов крупного рогатого скота, в качестве удобрения и мелиоранта-пролонгатора минеральных удобрений и наноструктурной водно-цеолитной суспензии (НВЦС), а также средства для предпосевной обработки семян на урожайность и качество зерна гречихи. Установлено, что наибольшие прибавки урожая зерна гречихи получены в вариантах с комплексным удобрением, внесенных на фоне минеральных удобрений. Показано, что под влиянием НВЦС урожайность зерна гречихи возросла на 29,7% к фону.
Keywords: zeolite-bearing rocks, waste water of livestock farms, fertilizers, nanostructured ameliorant, prolongator.
The efficiency of complex products obtained by treating natural zeolite containing rock wastewater livestock complexes of cattle as fertilizer also meliorant and prolongator of mineral fertilizers and nanostructured water-zeolite suspension (NWZS) as a means for presowing treatment of seeds on the yield and quality of buckwheat grain was estimated. It is established that the greatest yield increase of buckwheat grain up were obtained in the variants with a complex fertilizer introduced on the background of mineral fertilizers. It is shown that grain yield of buckwheat under the influence of NWZS increased by 29.7% to the background.
Введение
Республика Татарстан относится к числу важнейших минерально-сырьевых регионов Российской Федерации. В недрах республики содержится широкий спектр твердых нерудных полезных ископаемых. По данным Государственного доклада «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды в Республике Татарстан» на балансе республики учитываются месторождения 12 видов полезных ископаемых [1]. Разведанные запасы сосредоточены в Дрожжановском районе республики (Городищенское и Татарско-Шатрашанское месторождения). Общая площадь ресурсов Городищенского месторождения
цеолитсодержащего сырья оценена в 2195 млн т [2]. Балансовые запасы Татарско-Шатрашанского месторождения составляют 88,3 млн т. По Российской Федерации природные запасы цеолитов составляют 2,7 млрд т [3].
В сельскохозяйственном производстве широко используются природные цеолитсодержащие породы и их активированные аналоги в качестве мелиорантов-пролонгаторов свойств минеральных удобрений для повышения плодородия почвы, стимуляторов роста в растениеводстве, в виде кормовых добавок и средства для улучшения санитарно-гигиенических условий производства и микроклимата в птицеводческих и животноводческих комплексах [4, 5, 6, 7].
На современном этапе в социально-экономических приоритетах Российской Федерации особое место занимает развитие таких инновационных направлений как наноиндустрия. Количество производимой в мире нанопродукции с каждым годом возрастает и находит широкое применение во многих сферах деятельности
человека. Успешное развитие и внедрение нанотехнологий во все сферы жизни предполагает углубление представлений о строении и свойствах нанопродукции, их фундаментальных принципах и закономерностях поведения, разработку технологий их получения и крупномасштабного производства. Необходимо расширять существующие области применения нанопродуктов и подготавливать новые, системно и комплексно оценивать последствия их глобального внедрения во все сферы жизни человека. Разработки учреждений
Россельхозакадемии на наноразмерном уровне успешно применяют в генетической и клеточной инженерии, создании наноэлектронных
биосенсоров, лекарственных средств и др. [3].
Достижения наноиндустрии отвечает и интересам аграрной политики - разработка и внедрение новых технологических процессов производства и переработки сельскохозяйственного сырья, получение экологически безопасной и качественной продукции питания, создания условий для повышения их сохранности. [8].
Согласно серии стандартов ISO/TS 80004 Nanotechnologies - Vocabulary (Нанотехнологии -Словарь), нанотехнология (англ. nanotechnology) -это применение научного знания для управления и контроля материи в наноразмерной области (1-100 нм), причем свойства и явления, которые могут появляться, зависят от величины и структуры объектов [9].
Материалы и методы исследования
В вегетационных опытах 2010-2012 гг. на базе ФГБНУ Татарского НИИ агрохимии и почвоведения на серой лесной среднесуглинистой почве изучали эффективность природных цеолитов стандартного помола в качестве комплексного удобрения и в виде
наноструктурной водно-цеолитной суспензии (НВЦС) в качестве средства для предпосевной обработки семян при выращивании гречихи. Повторность опыта трехкратная. Культура - гречиха сорт «Черемшанка».
Согласно схеме опыта, комплексное удобрение, полученное путем насыщения цеолитсодержащей породы сточными водами животноводческих комплексов крупного рогатого скота в соотношении 1:300 с гранулометрическим составом 1,5-2,0 мм вносили в почву в период набивки сосудов в дозах 10, 15 и 20 т/га. Варианты опыта предусматривали внесение комплексных удобрений в сочетании с фоновыми минеральными удобрениями (N60P60K60) и без них.
НВЦС, используемая для предпосевной обработки семян гречихи, была получена путем обработки цеолита с использованием УЗУ-0.25 (РФ) при частоте 18.5 кГц (±10%) с удельной мощностью 80 Вт/л и амплитудой колебаний ультразвукового волновода 5 мкм. На основании АСМ изображения топографии поверхности изучаемого
наноструктурного цеолита выявлена тенденция увеличения удельной поверхности агроминерала, представленная конгломератами частиц с большим разбросом размеров [10].
Семена гречихи, обработанные НВЦС из расчета 1,25 кг на тонну семян и без обработки для сравнения, высевали в сосуды на фоне минеральных удобрений (N60P60K60).
Цеолитсодержащие породы Городищенского месторождения характеризуется, %: минеральный состав - опалкристоболит - 37,7, клиноптилолит -18,0, кальцит - 19; химический состав S1O2 общ. -61,6, Al2O3 - 4,4, Fe2O3 общ. - 1,5, CaCO3 - 13,3, MgO - 0,7, Na2O - 1,0, MnO - <0,001, K2O - 0,8, P2O5 - 0,1 [11];
Фоновые минеральные удобрения, согласно схемы опыта, вносили в почву в период набивки сосудов почвой. Агрохимический анализ почвенный образцов: определение органического вещества (ГОСТ 26213-91); pHKCi (ГОСТ 26483-85); гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); нитратного азота (ГОСТ 26951-86); аммиачного азота (ГОСТ 26489-85); минеральные формы фосфоритов по методу Гинзбург-Лебедевой; подвижного калия (ГОСТ Р 54650-2011); суммарную микробную биомассу (Ст1с) вычисляли на основе субстрат-индуцированной респираторной активности. Респираторную активность почвенного микробного сообщества оценивали путем титрометрического определения количества СО2, после поглощения щелочью [12].
Биохимические исследования зерна гречихи проводили по методу Гинзбург, в основу которого положены реакции гидролиза и окисления органических веществ растений смесью серной и хлорной кислот в соотношении 10:1 при нагревании.
Результаты исследований и обсуждение
Фенологическими наблюдениями за ростом и развитием растений гречихи установлено, что
комплексные удобрения, внесенные как на фоне минеральных удобрений, так и без них, повысили всхожесть семян до 87-92 и 89-91%.
После уборки гречихи были отобраны почвенные образцы. Агрохимический анализ почвы показал, что различные дозы комплексного удобрения, внесенные на фоне минеральных удобрений и без них, способствовали снижению обменной и гидролитической кислотности почвы, повышению содержания доступного фосфора, обменного калия и суммы поглощенных оснований (табл. 1). Возрастающие дозы комплексного удобрения 10, 15 и 20 т/га способствовали улучшению агрохимических свойств изучаемой почвы.
Внесение комплексного удобрения без фоновых минеральных удобрений активнее влияло на снижение обменной и гидролитической кислотности почвы. Содержание нитратного азота в вариантах под действием комплексного удобрения было значительно выше, чем в контроле и на фоне минеральных удобрений. Существенной разницы по содержание аммиачного азота между вариантами не наблюдали.
Таблица 1 - Влияние комплексных удобрений на агрохимические показатели серой лесной скреднесуглинистой почвы, мг/кг
Варианты рн сол. N- NO3 Р2О5 Сумма I и II фракц. фосфат ов К2О
Контроль - б/у 6,5 75 553 186,0 260
Фон-М90Р90К90 6,5 186 601 191,6 301
Фон + КУ 10 т/га 6,7 250 660 269,0 321
Фон + КУ 15 т/га 6,8 307 690 287,8 336
Фон + КУ 20 т/га 6,9 357 725 183,0 345
КУ - 10 т/га 6,9 220 580 189,6 281
КУ - 15 т/га 7,0 228 606 210,6 289
КУ - 20 т/га 7,0 236 611 293,2 295
Примечание: КУ - комплексные удобрения
Комплексные удобрения служили источником улучшения условия питания растений фосфором, что подтверждается результатами агрохимического анализа: содержание доступного фосфора в почве возросло на 9,8-20,6% и 4,9-10,5% соответственно возрастающим дозам комплексного удобрения к фону и контролю.
Определение подвижности фосфатов по Замятиной и фракционного состава фосфатов в почве по методике Гинзбург-Лебедевой показало, что под действием комплексного удобрения сумма I и II фракций доступных фосфатов (Са-Р1 и Са-Р2), являющихся легкодоступными для растений, увеличилась в 1,5 раза. При этом с увеличением дозы комплексного удобрения подвижность фосфатов повышается. Таким образом, комплексное удобрение активно влияло на содержание в почве монофосфатов (Са-Р0 и дифосфатов кальция (Са-Р2). Видимо, это связано содержанием в комплексном удобрении 9,3% СаО, и органических
кислот, наличие способствовало увеличению растворимости и подвижности в почве фосфорных соединений.
Внесение в почву комплексного удобрения существенно повлияло на калийный режим почвы, содержание доступного калия в почве при этом увеличилось на 6,0-13,9% и 8,5-13,8% соответственно дозам комплексного удобрения к фону и контролю. Сумма поглощенных оснований на фоне одних комплексных удобрений возросла на
3.5-7,6%, а на фоне минеральных удобрений - на
4.6-8,7% соответственно повышающимся дозам комплексного удобрения.
Отмечали влияние комплексных удобрений на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, о чем свидетельствует повышение базального дыхания, характеризующееся выделением углекислого газа СО2 с 100 см2 поверхности почвы за 24 часа.
Респираторная активность почвы под влиянием комплексных удобрений, внесенных в почву на фоне минеральных удобрений и без них, повысилась на 1,4-6% и 2,3-2,9% к фону и контролю соотвественно возрастающим дозам. В варианте с предпосевной обработкой семян гречихи НВЦС значительных изменений в сторону увеличения базального дахания не обнаружено, количество выделившегося СО2 с 100 см2 поверхности почвы за 24 часа возросло на 0,4% к фону.
Визуальные наблюдения за морфометрическими изменениями растений гречихи в опытных вариантах выявили существенные различия. Так, наибольшую вегетативную массу и лучшее ветвление отмечали на вариантах с комплексными удобрениями, внесенные в сочетании с фоновыми минеральными удобрениями, а также в варианте с предпосевной обработкой семян НВЦС.
Гречиха является ценной продовольственной крупяной культурой, значимость которой обусловлена хорошей усвояемостью и высокой питательностью.
Известно, что химический состав растений, как барометр реагирует на внешние факторы. Анализ зерна гречихи показал, что исследуемые комплексные удобрения положительно влияли на химический состав зерна. Применение комплексного удобрения и НВЦС способствовало увеличению в зерне гречихи содержание общего азота, фосфора и калия.
Содержание общего азота в зерне гречихи под влиянием комплексных удобрений, внесенных на фоне минеральных удобрений и бех них, возросло на 11,9-30,9% и 14,9-19,5% соотвественно возрастающим дозам к фону и контролю. В вариантах с предпосевной обработкой семян НВЦС, количество общего азота в зерне возросло на 8,0% по сравнению с семенами без обработки.
Содержание фосфора в зерне гречихи под влиянием повышающихся доз комплексных удобрений, внесенных в сочетании с фоновыми удобрениями, повысилось на 6,7-11,2%, а без них -на 5,7-9,1% соотвественно к фону и контролю. В варианте с предпосевной обработкой семян гречихи
НВЦС, количество фосфора в зерне возросло на 10,4% по сравнению с семенами без обработки.
Комплексные удобрения способствовали повышению содержания калия в зерне гречихи: на фоне минеральных удобрений его количество возросло на 2,4-9,8%, без них - на 2,5-6,2% соответственно дозам комплексного удобрения 10, 15 и 20 т/га к фону и контролю. В вариантах с обработкой семян гречихи НВЦС и без обработки заметных изменений в зерне гречихи по содержанию калия не отмечали.
Наибольшие прибавки урожая зерна гречихи получили в вариантах с комплексным удобрением, внесенным на фоне минеральных удобрений, и составили 27,5-55% к фону соотвественно дозам 10, 15 и 20 т/га (табл. 2).
Таблица 2 - Влияние комплексных удобрений и НВЦС на урожайность зерна гречихи
Варианты с Урожай Варианты Урожай
комплексным удобрением зерна, г/сосуд с НВЦС зерна, г/сосуд
Контроль 3,63 Контроль 16,0
Фон- 4,36 Фон- 19,5
^0Р90К90 N60P60K60
Фон + КУ 10 т/га 5,56 Фон+ НВЦС (1,25 кг/т) 25,3
Фон + КУ 15 т/га 6,46 - -
Фон + КУ 20 т/га 6,76 - -
КУ - 10 т/га 4,30 - -
КУ - 15 т/га 4,70 - -
КУ - 20 т/га 4,97 - -
НСР0.5 0,18 1,86
Таким образом, комплексные удобрения, полученные путем насыщения цеолитсодержащей породы стоками животноводческих комплексов, позволяют использовать их в земледелии для улучшения агрохимических и биологических свойств почвы, поскольку представляют удобрительную ценность для повышения в почве подвижных форм питательных элементов для растений. Установлено, что наибольший эффект получен на вариантах в которых комплексные удобрения вносили совместно с минеральными удобрениями.
Применение наноструктурной водно-цеолитной суспензии в качестве средства для предпосевной обработки семян способствовало повышению продуктивности урожая гречихи. Таким образом, применение цеолитсодержащих пород в наноструктурной форме предполагает возможность использования в качестве стимулирующего средства для предпосевных обработок семян гречихи.
Литература
1. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2011 году». - Электрон. дан. -2011. - URL:
http://www.mnr.gov.ru/regulatory/Hst.php?part=1450. (15.07.2003).
2. К.А. Мишагин, А.И. Хацринов, Анализ сырьевой базы аморфного кремнезема (на примере Городищенского, Ново-Абейсинского и Шарловского месторождений). Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2015. Т.18. №23.С.37-38.
3. А.Х., Яппаров, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров и др., Нанотехнологии в сельском хозяйстве: научное обоснование получения и технологии использования наноструктурных и нанокомпозитных материалов, Монография. Казань: Центр инновационных технологий, 2013. 252 с.
4. Ш.А. Алиев, Т.Х. Ишкаев, А.Х. Яппаров, Цеолиты -перспективное агрохимическое сырье. Приемы применения местных агроруд в качестве удобрений в земледелии Среднего Поволжья. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. с. 152-161.
5. В.О. Ежков, Л.М.-Х. Биккинина, М.А. Поливанов, Влияние наноструктурной водно-цеолитной суспензии на продуктивность гречихи. Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2013. Т. 16. №19.С.241-245.
6. М.С. Ежкова, Л.М.-Х. Биккинина, В.О. Ежков, Влияние местных агроминералов (фосфоритов, глауконитов и цеолитов) на структурно-функциональные свойства выщелоченного чернозема при возделывании яровой пшеницы. Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2013. Том 16. № 20. С.148-152.
7. Ш.А. Алиев, Л.М.-Х. Биккинина, Экологический
аспект использования стоков животноводческих предприятий и местных цеолитсодержащих пород. Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. Казань, 2012. Т. 212. С.240-245.
8. Нанотехнологии и наноматериалы в агропромышленном комплексе. Под ред. Федоренко, В.Ф. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. - 312 с.
9. ISO/TS 80004-1:2010. Nanotechnologies - Vocabulary. Part 1: Core terms [Электронный ресурс]. Электрон. дан. [Б. м.], 2013. URL: http://www.1so.org/1so/home/store. (15.07.2003).
10. В.О. Ежков, А.Х. Яппаров, Е.С. Нефедьев, А.М. Ежкова, И.А. Яппаров, А.П. Герасимов, Наноструктурные минералы: получение, химический и минеральный составы, структура и физико-химические свойства. Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2014. Т.17, № 11. С.41-45.
11. Т.Х. Ишкаев, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров, Агроэкологические аспекты комплексного использования местных сырьевых ресурсов и нетрадиционных агроруд в сельском хозяйстве. Казань, 2007. 230 с.
12. He Z.L., Сalvert D.V., Alva A.K, Li Y.C., Banks DJ.Clinoptilolite zeolite and cellulose amendments to reduce ammonia volatilization in a calcareous sandy soil // Plant and Soil. 2002. Т. 247. № 2. С. 253-260.
© И. А. Яппаров - д-р биол. наук, врио директора ТатНИИ агрохимии и почвоведения, проф. каф. технологии мясных и молочных продуктов КНИТУ, [email protected]; Л. М.-Х. Биккинина - канд. с/х наук, зав. отделом агрохимических и биохимических анализов ТатНИИ агрохимии и почвоведения, [email protected]; М. М. Ильясов - канд. с/х наук, вед. спец. отдела воспроизводства почвенного плодородия ТатНИИ агрохимии и почвоведения; И. М. Суханова - канд. биол. наук, вед. спец. отдела агрохимических и биохимических анализов ТатНИИ агрохимии и почвоведения; Р. Х. Гизатуллин - науч. сотр. отдела физиологии и биохимии растений ТатНИИ агрохимии и почвоведения; Г. Х. Нуртдинова - мл. науч. сотр. отдела агрохимических и биохимических анализов ТатНИИ агрохимии и почвоведения
© I. Yapprov - doctor of biological Sciences, Acting Director, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science, professor of the department of meat and milk products technology KNRTU, [email protected]; L. Bikinina - candidate of agricultural Sciences, head of the Department of agrochemical and biochemical analyses, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science, [email protected];M. Ilyasov, the candidate of agricultural Sciences, leading specialist of the Department of reproduction of soil fertility, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science, I. Sukhanova - candidate of biological Sciences, leading specialist of the Department of agrochemical and biochemical analyses, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science, R. Hasiatovych - researcher of Department of physiology and biochemistry of plants, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science, G. Nurtdinova - researcher of the Department of agrochemical and biochemical analyses, Federal state scientific institution Tatar research Institute of Agrochemistry and soil science.
