Влияние химической мелиорации путем внесения золошлаковых отходов на физико-химические свойства почвы

Введение. В связи с заполнением золошла-ков ТЭЦ до предельной емкости возникает проблема утилизации отходов и использования золы [1].

Сегодня актуально применение вторичного сырья, в том числе местных золошлаковых от- ходов (ЗШО), в сельском хозяйстве в качестве мелиорантов и удобрений [7].

Исследования показывают, что применение золошлака в сельском хозяйстве улучшает агрофизические свойства почвы, пополняет его микро- и макроэлементный состав, улучшает пористость, нейтрализует кислотность [2].

Мелиорация земель является мощным фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур, особенно в сложных природно-климатических условиях Приамурья. Для повышения плодородия почв, то есть улучшения условий произрастания культурных растений, необходимо дополнительно питать почву, то есть вносить мелиоранты [3].

Основой для получения стабильного и богатого урожая, для правильного развития растений является плодородие почвы, т.е. определенные физические свойства почвы и наличие в ней необходимых для роста и развития растений элементов питания в доступной форме. Первоочередными мероприятиями по окультуриванию почв в нашей области являются ликвидация кислотности, улучшение гумусового состояния, внесение удобрений, создание хорошей структуры. Для решения этих задач мы используем золошлаковые отходы Благовещенской ТЭЦ в качестве химмелиоранта на фоне различных уровней минерального питания.

Несомненный интерес вызывает влияние зо-лошлака на урожайность сельскохозяйственных культур и изменение водно-физических свойств почвы [4]. Так, по результатам 1998 и 2000 гг. следует, что наибольшее увеличение урожайности (40 %) получено на варианте, где было внесено 60 т/га золошлака. Урожайность сои была наименьшая (1,13 т/га) на контроле. На втором варианте прибавка урожая составила 0,13 т/га, на третьем – прибавка наибольшая – 0,5 т/га [5].

В опытах на орошаемых участках (2011– 2014 гг.) наибольшая средняя урожайность сои (2,84 т/га) была получена при поддержании влажности почвы в течение вегетации не ниже 70% НВ и при внесении золошлака в количестве 60 т/га [6].

Цель исследований. Изучить и оценить изменение свойств почв при внесении золошлака в качестве мелиоранта.

Методика проведения исследований. Представлены исследования по внесению зо-лошлака двух групп опытов. Полевые опыты первой группы проводились на бурых лесных почвах в звене полевого севооборота соя-пше-ница-соя учебно-производственного хозяйства с. Грибское (Амурской области) с 1998 по 2000 г. Общая площадь опытного участка составляла 800 м², площадь каждой делянки – 50 м². Варианты по делянкам размещались рандомизированным методом. Повторность опыта 4-кратная. Схема опыта: 1) контроль (золошлак не вносился); 2) 20 т/га золошлака; 3) 60 т/га зо-лошлака; 4) 100 т/га золошлака [5]. Полевые опыты второй группы проводились в период с 2001 по 2005 год на опытном поле с. Садовое Амурской области. Схема опыта: 1) контроль

(без золошлака); 2) 40 т/га золошлака; 3) 60 т/га золошлака; 4) 80 т/га золошлака. Изучалась зола с ТЭЦ города Благовещенска. Опыты проводились в четырехкратной повторности и сопровождались наблюдениями, учетами и исследованиями, выполненными при соблюдении требований методик опытного дела.

Результаты исследований. Гранулометрический состав – устойчивый показатель, мало и очень медленно изменяющийся в процессе почвообразования, поэтому для улучшения свойств пахотных почв с неблагоприятным гранулометрическим составом требуется активное вмешательство. Структуру и гранулометрический состав почв можно улучшить внесением зо-лошлака. Сравнение вариантов в зависимости от норм золошлака приведено в таблице 1.

Таблица 1

Размер фракций и агрегатов, мм	Содержание фракций (агрегатов), %
	без золошлака (контроль)	40 т/га	60 т/га	80 т/га
Менее 0,25	3,51	3,43	3,66	3,16
0,25-1	11,99	10,07	11,20	10,23
1-2	20,97	19,83	20,61	21,56
2-5	14,86	15,17	14,52	17,11
5-10	12,95	13,35	12,39	14,41
Более 10	35,72	38,15	37,62	33,53
< 0,01 (физическая глина)	73,14	68,62	65,08	62,13
> 0,01 (физический песок)	26,84	31,38	34,92	37,87

Структурный и гранулометрический анализ почвенных образцов с различным содержанием золошлака (среднее за 2001–2005 гг.)

Структурные отдельности (агрегаты) луговочерноземовидной почвы на всех вариантах опыта по форме можно отнести к кубовидной структуре с неправильной округлой формой, примерно одинаково развитой по всем трем направлениям. В результате исследований выяснили, что все варианты отличаются от контрольного незначительно (от 4,3 до 10,0%). Однако можно отметить, что с увеличением доз внесения золошлака содержание агрегатов размером более 10 мм, образующих глыбистую структуру, в почве снижается. Содержание вышеупомянутых фракций уменьшилось с 38,15 до 33,53 %, что свидетельствует об улучшении структуры и однородности лугово-черноземовидной почвы. В контрольном варианте содержание агрегатов диаметром 0,25–10 мм со- ставляет 60,77 %, с внесением ЗШО в норме 40 т/га – 58,42; 60 т/га – 58,72; 40 т/га – 63,31 %. Это позволяет охарактеризовать структуру почвы как мелкокомковатую, наиболее удобную для выращивания культур.

Анализ опытов по исследованию пористости (в процентном соотношении) дал следующие результаты: контроль (без золошлака) – 44,80 %; золошлак 40 т/га – 47,93; золошлак 60 т/га – 48,78; золошлак 80 т/га – 50,40 %. Следовательно, с увеличением доз внесения золошлака пористость почвы увеличивается, повышая, соответственно, ее водопроницаемость. Почва становится более структурной, что улучшает водно-воздушный режим, столь важный для выращивания культур. Пористость тем больше, чем мельче частицы почвы, так как общий объем пор в таких почвах более значительный. Почвы с хорошей структурой (чернозем) имеют пористость 55–65 %. В нашем случае почву можно охарактеризовать как слабоструктурную, но внесение золошлака повысило ее пористость при внесении 80 т/га на 5,6 %, что еще раз подтверждает улучшение ее структуры.

Почвенные образцы для определения плотности сложения и влажности были отобраны перед посадкой картофеля, в период вегетации, в фазу массового цветения и непосредственно перед уборкой урожая. Особенных различий выше-отмеченных показателей по времени взятия проб не отмечено. Численные значения плотности сложения и влажности в зависимости от доз внесения золошлака приведены в таблице 2.

Таблица 2

Плотность сложения, влажность и полная влагоемкость лугово-черноземовидной почвы с различными дозами внесения золошлака

Показатель	Содержание золошлака
	без золошлака (контроль)	40 т/га	60 т/га	80 т/га
Плотность сложения, г/см3	1,021	0,959	0,938	0,936
Природная влажность, %	21,07	20,96	20,78	20,80
Полная влагоемкость, %	43,88	49,98	52,00	53,85

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что влажность и плотность сложения с увеличением доз золошлака снижаются, но крайне незначительно, что, вероятней всего, говорит об увеличении водопроницаемости почвы.

Увеличение количества вносимого зо-лошлака значительно повышает скорость фильтрации по сравнению с контрольным образцом без добавок золошлаковых отходов. Если почва без внесения золошлака имеет скорость фильтрации V = 0,071 м/ч, что близко величине 0,05, характеризующей слабоводопроницаемые почвы, то почва с нормой золошлака 80 т/га имеет показатель V = 0,118 м/ч, приблизительно равный 0,15 м/ч, что характеризует сильноводопроницаемые почвы. Зависимость скорости фильтрации от различных доз золошлака приведена в таблице 3.

Таблица 3

Зависимость скорости и коэффициента фильтрации от количества вносимого золошлака

Доза золошлака	Расход воды Q , см3	Площадь сечения S, см2	Время t , мин	Скорость фильтрации V		Коэффициент фильтрации К, м/ч
				см/мин	м/ч
Контроль	13,6	38,48	3	0,118	0,071	0,049
40 т/га	19,7	38,48	3	0,171	0,102	0,071
60 т/га	21,4	38,48	3	0,185	0,111	0,076
80 т/га	22,8	38,48	3	0,197	0,118	0,081

В целом можно отнести все рассмотренные виды почвенных образцов к средневодопроницаемым, так как скорости фильтрации находятся в интервале от 0,05 до 0,15 м/ч.

В среднем за 2001–2005 гг. в вариантах с внесением золошлака содержание подвижного фосфора увеличилось на 33–67 % по сравнению с контролем. Можно отметить наибольшее увеличение в четвертом варианте – 80 т/га. Причем в целом можно сделать вывод, что увеличению содержания подвижного фосфора способствовали оба фактора – и золошлак, и элементы минерального питания (зависимость возрастающая). Чем выше доза вносимого зо-лошлака, тем выше график. Внесение минеральных удобрений увеличивало содержание

Р 2 О 5 на 2–12 мг/кг почвы, а золошлаковых материалов – на 10–20 мг/кг почвы (контрольный вариант расположен значительно ниже).

Золошлак является хорошим калийным удобрением. График зависимости содержания обменного калия по вариантам опыта приведен на рисунке.

0 т/га

*40 т/га

^^60 т/га

#н80 т/га

График зависимости содержания обменного калия по вариантам опыта

Внесение золошлака обусловило повышение содержания обменного калия в почве на 4– 8 % по сравнению с контролем. В последействии ЗШО отмечается снижение содержания К 2 О, как по всем вариантам, так и по сравнению с контролем. Варианты с внесением золошлака превышали контроль по данному показателю на 3–29 %. В среднем за годы исследований наличие обменного калия в почве контрольного варианта ниже остальных на 16–31 %.

Выводы . Средневзвешенные показатели основных физико-химических свойств почв могут рассматриваться как тенденция изменений в результате проведенных мероприятий по химмелиорации. Исследования позволили при внесении различных доз золошлака проанализировать показатели и планировать мероприятия по улучшению состояния почв конкретного хозяйства.

• 1.    В условиях южной зоны Амурской области для улучшения агрохимических и водно-физи-

• ческих свойств почв рекомендуется в качестве мелиоранта вносить золошлак в количестве 60 т/га.

• 2.    Перед внесением золошлак должен быть проанализирован на содержание в нем химических элементов, в том числе тяжелых металлов.

• 3.    Действие золошлака сохраняется в течение 3 лет, поэтому для поддержания оптимальных свойств почв необходимо его периодическое внесение.

В результате исследований доказана эффективность внесения золошлака Благовещенской ТЭЦ на бурых лесных и лугово-черно-земовид-ных почвах, определены оптимальные дозы золошлака (60 т/га), выявлено его влияние на свойства почв.