CC BY
56
ИЯ И ПРАКТИКА 1ДРОМЕХАНИЗАЦИИ
I
2000
УЛ К 553.973:581.5
С.М. Штин
ВОЗЛЕЙСТВИЕ САПРОПЕЛЕЙ НА БЕАНЫЕ ЛЕРНОВО-ПОЛЗОАИСТЫЕ ПОЧВЫ И ОПЫТ НАМЫВА ОЗЕРНЫХ САПРОПЕЛЕЙ НА РЕКУЛЬТИВИРУЕМЫЕ ПОВЕРХНОСТИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПЛОЛОРОЛИЯ
«Научно обоснованное, рациональное использование земель, охрана их и всемерное повышение плодородия почв является общенародной задачей»
Почва - незаменимое достояние и источник богатства человечества. Почва является важнейшим и незаменимым условием жизни всех растений, животных и микроорганизмов, обитающих на суше земного шара. Главный источник и основа производства почти всех продуктов питания и сырья для многих отраслей промышленности.
Почвой называется самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечном тепле и атмосферных осадков. Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы определяет ее важность как основного средства сельскохозяйственного производства.
Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экономической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на
земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.
В конце ХХ века все большее значение приобретает проблема рационального использования и охраны почв, ведь почва относится к легко разрушаемому и практически невосполнимому виду природных ресурсов. А между тем почва представляет собой бесценное богатство , которое мы обязаны всемерно беречь.
Правильно использовать почвы можно только на основе знания всего разнообразия почв, так как каждый тип и вид почвы обладает особыми свойствами.
Каждая почва состоит из органических, минеральных и органо-минераль-ных комплексных соединений. Основным источником минеральных соединений в почвах являются почвообразующие породы. Минеральное вещество составляет 80-90 % всего вида почвы.
Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности почвы и в ее верхних горизонтах. Разное соотношение процессов поступления растительных и животных остатков в почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность этих процессов приводит к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием.
Растительные и животные остатки, попадая в почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Совокупность же специфических и неспецифических органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получило название гумуса или перегноя.
Гумусовые вещества почвы состоят из гуми-новых кислот ^г), фульвокислот ^ф) и гумина. Соотношение между ними определяют качественную характеристику гумуса различных типов почв.
Важной характеристикой химических свойств почв является степень их кислотности. По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. По величине степени кислотности различают нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса.
Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии. Общее количество поглощенных оснований составляют сумму поглощенных оснований, а суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена.
Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обуславливает гидролитическую кислотность почв. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах минеральных удобрений.
Одна из основных характеристик вещественного состава минеральной части почвы и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной части почв - 8Ю2 - окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и Я2О3 - полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля.
По количеству подвижных (доступных для питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений - аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений.
Наряду с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические
свойства, такие, как водопроницаемость, влаго-емкость, аэрация почвы и др.
Аэрация почвы в большей степени зависит от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почв. Приток воздуха определяется в значительной мере прозрачностью почвы, т. е. объемом пор, заполненных почвенным воздухом.
Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т.е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопроницаемости агрегатов, плотности сложения.
Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, и ее хозяйственную ценность.
Говоря о Европейской части России, и конкретно выделяя ее центральную и северозападную часть, можно отметить, что они, в основном, представлены различными типами подзолистых, дерновых, дерново-подзолистых, болотно-подзолистых, дерново-глеевых, серых лесных, болотно-торфяных, аллювиальных дерновых кислых почв, аллювиальных луговых и болотных почв. Таким образом подзолистые почвы составляют основной фонд почвенного покрова Европейской части России.
Подзолистые почвы характеризуются резким обеднением илистыми частицами и полуторными окислами верхних почвенных горизонтов и накоплением их в иллювиальном горизонте. Они имеют кислую реакцию, высокую ненасыщен-ность основаниями (40-85 % в подзолистых и 20-70 % в дерново-подзолистых почвах). Содержание гумуса различно, может иногда достигать 9%, но падение его содержания с глубиной очень резкое, состав фульвотный.
Подзолистые почвы составляют основную массу пахотно-земельного фонда таежно-лесных территорий и пригодны для выращивания широкого набора сельскохозяйственных культур. Большинство пахотных подзолистых почв нуждаются в известковании и регулярном внесении минеральных и органических удобрений. по-
Таблица 1
БАЛАНС ГУМУСА ПО ХОЗЯЙСТВУ *ВПРЕЛ» БЕЗ УЧЕТА ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УАОБРЕНИЙ
Культура Посевая площадь, га Потери гумуса (минерализация), т /га Потери гумуса. Всего, т Накопление гумуса за счет остатков, т /га Накопление гумуса Всего, т Баланс гумуса
Зерновые 700 1,0 700 0,4 280 - 420
Картофель 30 1,8 54 0,2 6 - 48
Овощи 135 1,8 243 0,2 27 - 216
Кормовая
свекла 30 1,8 54 0,2 6 - 48
Цикорий 30 1,8 54 0,2 6 - 48
Однолетние
травы 600 1,0 600 0,4 240 - 360
Многолетние
травы 900 - - 0,6 540 + 540
Чистый пар 275 2,0 550 - - - 550
Итого: 2700 2255 1105 - 1150
На 1 га 0.83 0.40 - 0.42
следние необходимы не только как источник питания растений, но и как средство, увеличивающее емкость обмена и улучшающее водновоздушный режим пахотного слоя. После проведения улучшительных мелиораций на месте подзолистого грунта образуется мощный гумуссиро-ванный пахотный слой с высоким содержанием гумуса и элементов питания растений, образуется окультуренная дерново-подзолистая почва, происходит углубление пахотного горизонта.
Ярославская область является типичным представителем Российского Нечерноземья. В области многие хозяйства значительно повысили плодородие своих почв в результате применения в больших количествах органических и минеральных удобрений, расширения площадей известкования и фосфоритования почв. Высокое плодородие обеспечивает им получение высоких и устойчивых урожаев по годам.
Но в целом по области за последние два десятилетия происходит стабильное снижение запасов гумуса в почве на 150 кг на гектар пашни ежегодно. В среднем за год на 1 га пашни минерализуется 870 кг гумуса, а образуется из корне -вых, пожнивных остатков растений и органических удобрений только 720 кг. Среднее содержание гумуса по области около 2 %.
В хозяйстве «Вперед» Ростовского района Ярославской области 60 % почв с содержанием гумуса до 2.5 %. Ежегодный расход гумуса на минерализацию равен 830 кг на га, его запасы пополняются за счет корневых, поживных остат-
ков 400 кг/га, дефицит составляет 430 кг на га (табл. 1).
Большое влияние на содержание и состав гумуса оказывает реакция почвенной среды. Почвы, насыщенные поглощенными основаниями, с близкой и нейтральной реакцией среды имеют, как правило, более качественный гумус и повышенное его содержание. В хозяйстве на 2700 га пашни кислые почвы (рН-5.0) занимают 134 га, слабокислые (рН-5.1-5.5) - 299 га, 40 % пашни с низким содержанием фосфора и 45 % со средним. Эти почвы требуют коренного повышения плодородия.
Для коренного повышения плодородия этих почв необходимо решить проблему увеличения объема применения органических удобрений, избавиться от кислых почв, повысить содержание фосфора. Это возможно сделать с помощью организации производства и применению сапропеля озера Неро, расположенного на достаточно близком расстоянии. Органическое вещество са-пропелей на 50 % состоит из гумусовых веществ, минерализация которых в почве происходит медленно. Кроме того сапропель содержит много кальция, который пойдет на нейтрализацию почвенной кислотности, что в свою очередь будет способствовать повышению содержания и качества гумуса в почве.
Применение сапропеля в качестве удобрения позволит хозяйству сократить объемы завоза торфа и площади известкования кислых почв.
По физико-химическим свойствам сапропе-ли озера Неро разделены на четыре вида: орга-
нический, органоглинистый, органоизвесткови-стый, известковый.
Первые два вида обладают кислой реакцией и применять их надо на полях с низкой кислотностью с рН 5.5, а известковистые и известковые сапропели на кислых почвах. Физико-химические свойства этих сапропелей представлены в табл. 2.
Благодаря высокому содержанию гумусовых веществ и медленной их минерализации сапропе-ли увеличивают содержание гумуса в почве на 0.17-0.35 % на каждые внесенные 100 т или запасы гумуса пополняются на 5-10 т на га.
Сапропели нейтрализуют обменную и снижают гидролитическую кислотность почв, значительно повышают их емкость поглощения и степень насыщенности основаниями (табл. 3).
С увеличением коллоидной фракции повышается структурно-образующая способность почвы, количество водопрочных агрегатов
в пахотном слое возрастает в несколько раз, что снижает ее плотность,
Таблица 3
ВЛИЯНИЕ САПРОПЕЛЕЙ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
увеличивает пористость и влажность (табл. 4).
Сапропели при больших дозах (800-1500 т/га) значительно изменяют механический состав почвы, обогащая ее мелкодисперсными частицами.
Доза внесения сапропеля зависит от механического состава почв и уровня их плодородия. Для коренного повышения плодородия необходимо применять высокие дозы внесения сапропе-лей 500-1500 т на гектар.
В условиях хозяйства «Вперед», применяя сапропели в дозе 500 т на гектар, баланс гумуса составит +2,12 т, что обеспечивает бездефицитный баланс гумуса в течение 5 лет без дополнительного внесения органических удобрений, доза 1000 т / га - 11 лет, доза 1500 т/га - 17 лет.
Из изложенного можно сделать вывод, что эффективной дозой намыва сапропеля в полевом севообороте нужно считать 500-1000 т сапропеля на гектар, в овощном - 1500-2000 т на гектар. Для коренного повышения плодородия всех малопродуктивных почв хозяйству необходимо внести около 1.5 млн т сапропеля 60 % влажно-
СВОЙСТВА ЛЕРНОВО-ПОАЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Доза сапропеля, т / га рН Гидроли-тическая кислотность, мг. экв на 100 г сухой почвы Сумма поглощенных оснований, мг. экв на 100 г сухой почвы Емкость поглощения, % Степень насыщенности основаниями, %
200 6,9 0,42 36,3 35,1 98
Без сапропеля 5,2 2,37 1,2 3,8 33
Таблица 4
ВЛИЯНИЕ САПРОПЕЛЕЙ НА ВОЛНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
АЕРНОВО- ПОАЗОЛИСТЫХ ПОЧВ (В СЛОЕ 0 - 20 СМ)
Таблица 2
_ ФИЗИКО-ЛПМТЙ' Дозы сапропелей, т / га 1С—КИС —ВОЙ—ТВА 1 пористость % -АП—ОПЕЛЕЙ ОЗ.НЕРО Полная влагоемкость % Плотность, Сумма водопрочных агрегатов, %
ииьсма пичвы 1/ШЛ
Показа1елн 500 ед. изхне 5йия Сапропель 44 органо- ізвестковьш Сапропель и 0 ~ ’ вестковын 2,48 48,3
Без Влажность §ащюпел£й о/ 39% 24 1 7 ,6 63 ,6 67 2,67 5,3
Кислотность Содержание в одной тонне 60 влажности: азота (№1) фосфора Р2О5 калияК2О кальция СаСОЗ цинк медь кобальт молибден бор % рН кг кг кг кг г г г г г 7.6 3.6 1.0 0.23 172 61.2 14.7 1.7 0.4 7.0 3 2 7.3 3.2 0.72 0.23 240 61.2 14.7 1.7 0.7 7.0 2 4 сти. Среднегодовой объем работ по намыву сапропеля должен составлять не менее 130 га, чтобы за 10 лет удобрить всю площадь. Из вышеизложенного следует, что возникает необходимость прямого внесения
Рис. 1 Схема — вариант намыва сапропеля на малопродуктивные поля с уклоном: 1 - земснаряд ЗРС-Г; 2 - отстойник; 3 - водопропускные устройства; 4 - горизонтали поверхности намыва; 5 - граница полей намыва № 1,2; 6 - направление потока пульпы; 7 - магистральный пульповод; 8 - кольмотация болота; 9 - выпуск; 10 - намытый сапропель; 11 - земляные валы; 12 -сапропель в озере
сапропеля на поля в больших дозах на любой ществующий рельеф местности. При этом но соблюдаться требование к качеству намыва, т. е. распределение сапропеля на поле должно быть достаточно равномерным, строго определенной дозировки, подлежать возможности запахивания.
Долгое время эта проблема теоретически считалась решенной, но практически она не решена, что и не дало широкого применения намыва сапропеля непосредственно на поля. Разработанный институтом ВНИИГиМ способ, известный как «Способ внесения сапропелевого удобрения на поля с уклоном», подразумевает намыв сапропелевой пульпы на поля с нарезанными поперек уклона бороздами с переливом пульпы в направлении уклона через гребни борозд и через сами борозды. Положенная в основу этого способа идея движения водного потока сапропелевой пульпы по естественным склонам полей с переливом этого потока через выполненные на пашне гребни на практике не подтвер
ждалась, так как водный поток неизбежно приводит к многочисленным промоинам борозд. В этих рыхлых и конечно неоднородных по плотности и мехсоставу почво-грунтах, а также безусловно неровной линии гребня валика ввиду комковатости почвы, извилистости и микропонижений рельефа, возникает неизбежно промыв в отдельных местах и последующая концентрация водного потока пульпы. Из мелких промоин поток объединяется в более мощный, становится неуправляемым и процесс намыва сапропеля равномерным слоем прекращается.
Применяемые ВНИИГиМом расчетные формулы по движению водного потока пульпы не учитывают изложенных выше условий. Это основное принципиальное положение, по которому теоретически рассчитанная система намыва на практике не пригодна.
Тема намыва сапропеля на поверхности различных территорий актуальна не только для повышения плодородия сельхозугодий, но и в горной промышленности для создания плодородного слоя при рекультивации нарушенных земель при ведении открытых горных работ в угольной и горнодобывающей промышленности, где разработками занято десятки тысяч гектар земель.
Изучение и выявление наиболее эффективных способов равномерного распределения сапропеля на различные поверхности проводилось на опытно-селекционной станции по цикорию Ростовского района Ярославской области (рис. 1). Разработка сапропеля осуществлялась гидромеханизированным способом при помощи землесосного снаряда ЗРС-Г из оз. Неро. Гидротранспорт сапропеля на малопродуктивные поля, с крайне низким плодородием, осуществлялся по трубопроводам Д=500 мм. Работы по намыву сапропеля производились на площади 30 га.
Сельскохозяйственное поле представляло собой склонный участок длиной по склону 400 м, шириной поперек склона 700-800 м. Уклон участка - от 0,005 до
0,02. Рельеф поля сложный. На склоне имелись два распластанных широких тальвега, разделенных местным водоразделом, помимо этого весь склон по ширине был испещрен небольшими выпо-ложенными тальвегами, расположенными вдоль по склону. Для намыва сапропеля на это поле была предложена ячеистая проточно-аккумулирующая компенсационная система намыва. Вспашка полей перед намывом не предусматривалась и не производилась.
Ячеистая система представляет собой сложной конфигурации в плане валы высотой от 0,7 до 1,2 м с откосами 1:1. На отдельных понижениях тальвеговых участков валы выполнялись до 1,5-1,8 м.
Валы отсыпались преимущественно бульдозером ДТ-75 и С-100. На отдельных участках валы выполнены экскаватором драглайн. Два самых нижних вала высотой 1,5-2 м с откосами 1:1 выполнены как защитные для прикрытия от сапропелевой пульпы и осветленной воды Ивановского шоссе. Этими двумя валами единовременно создан отстойник на самых низких отметках полей, чтобы осветленная вода с полей очищалась от мельчайших взвесей сапропелевых частиц и сбрасывалась в местные тальвеги и ручьи очищенной от сапропеля.
Цель данного намыва явилось достижение равномерного внесения различных доз сапропеля от 100-300 т/га до больших 1000-2000 т/га, с различными малыми и большими уклонами поверхности без проведения планировочных работ, увеличения площади одновременного намыва сапропеля до площади целого поля и ускоренное обезвоживание сапропеля.
Эта цель достигается тем, что на площади малопродуктивного поля устраивается система из взаимоувязанных валов насыпаемых поперек уклона поверхностей. Намыв сапропеля в обвалованных ячейках осуществляется сосредоточенным аккумулирующими потоками сапропелевой
пульпы поперек уклона поверхности, с последующими перепусками сапропелевого потока в понижающие по рельефу ячейки.
Высота валов ячеистой системы, расстояния между ними и расстояние валов на поле-сельхозугодье проектируется на стадии рабочих чертежей на топографических планах масштаба 1:2000 с сочетанием рельефа горизонталями через 0.5 м. В зависимости от необходимой дозы внесения сапропеля, уклона местности почво-грунтов и рельефа поверхности поля -сельхозугодья.
После намыва и подсыхания сапропель запахивают поперек уклона поля, при больших дозах намыва сапропеля 100-2000 т/га, намытый сапропель промораживают в зимний период и после этого производят запахивание.
Намыв обеспечивается потоком пульпы с расходом 0.6 м/с. Проведение описанных полевых испытаний системы намыва на поля позволила сделать Научному совету Ан СССР по проблемам почвоведения и мелиорации почв и Всесоюзного общества почвоведов рекомендовать для
широкого внедрения в производство как метода коренного повышения плодородия подзолистых почв в районах сапропелевых месторождений, в целях создания высокопродуктивных производственных полей и угодий рекультивацией сапропелем малоплодородных земель.
Проведение данного производственного опыта представляет большой научный интерес как пример создания новой почвы высокого плодородия с применением сапропеля при отсутствии почвенного слоя. Открываются новые, пока неиспользуемые возможности, для проведения ре-культивационных работ в горной промышленности.
Созданная гидромеханизированная технология проведения рекультивационных работ с ис-
пользованием донных отложений пресноводных озер - сапропелей - позволяет полностью механизировать весь комплекс работ по использованию сапропеля от озера до рекультивируемой поверхности включительно, имеет существенные преимущества по сравнению с трудоемкой технологией с использованием отстойников, исключает транспортные и погрузочные средства, применима в условиях сложного и простого рельефа, при больших и малых уклонах поверхности, позволяет транспортировать сапропели по трубопроводам на значительные расстояния (5-10 км без станции перекачки, до 15-30 км и более со станциями перекачки).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
лей.- В кн.: »Материалы к научнотехнической конференции 12-15 апреля 1966 г.» М., изд.ПНИИИС, 1966а.
1. Афанасьева Т.В., Василенко Т.В. Почвы СССР.-М.: Мысль, 1979.
2. 2. Бракш Н.А. Сапропелевые отложения и пути их использования. - Рига, 1971.
3. Рубинштейн А.Я. Физикомеханические свойства саиропе-
Штин Сергей Михайлович - кандидат президент ОАО ФПК «Гидромехстрой».
технических наук, вице-
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ШТИН
в:\С диска по работе в универе\01ЛВ_20\01ЛВ12_0\МЛСБТ С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т
КОРСАР
30.11.2000 10:18:00 12
30.11.2000 12:22:00 Гитис Л.Х.
53 мин.
11.12.2008 0:10:00
7
3 186 (прибл.)
18 161 (прибл.)
