Влияние опок астраханской области на ионный состав почвы

Необходимость восстановления загрязненных почв толкает на использование разнообразного спектра живых организмов и химических соединений. Однако нельзя упускать, что в ряде случаев их поведение в агроэкосистемах весьма непредсказуемо и может сопровождаться появлением дополнительных негативных эффектов. Поэтому приобретает особую актуальность исследование эффектов, связанных с привнесением новых материалов в агроэкосистемы.

Для химической мелиорации загрязненных почв используют цеолиты и подобные им по составу алюмосиликатные породы, которые способны за счет развитой поверхности эффективно устранять загрязнение почвы. Тем не менее, в доступной литературе помимо результатов благоприятного воздействия на растения, почву и микробоценозы все чаще появляются данные о слабой эффективности использования цеолитов либо даже об отрицательных последствиях их использования. Так, в частности, в работе Байдиной [1] показано, что внесение цеолита сопровождается ухудшением азотного и – до некоторой степени – фосфорно-калийного питания растений, а адсорбция тяжелых металлов осуществляется крайне слабо. В работе Касатикова и др. [2] отмечается, что использование цеолита в сочетании с доломитовой мукой привело к увеличению содержания ионов Сr, Cu, Ni, Zn в пахотном слое почвы.

Вышеуказанные факты обуславливают тщательное изучение эффектов, связанных с внесением в почву цеолитсодержащих пород. Ассортимент их расширяется и помимо цеолитов все чаще для целей обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственной продукции используются опоки [3-4]. Опоки относятся к кремнистым природным сорбентам и характеризуются высоким содержанием общего кремнезема до 86%, аморфного кремнезема (растворимого в 5% КОН) до 61%. Опоки, как правило, имеют большие значения мольного соотношения SiO2/Аl2Оз (до 32) и относительно низкие значения суммарной катионообменной способности (не выше 30 мг-экв).

Целью исследования являлось изучение влияния опок Астраханской области на ионный состав почв под некоторыми с/х культурами.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

К настоящему времени на Каменноярском месторождении (80 км юго-восточнее г. Волгоград) утверждены запасы по категории Р-1 в объеме 200 млн т. Опока Астраханской области содержит (мас.%): SiO 2 - 78-80; Аl 2 O 3 - 18-22; Fе 2 О 3 -0,5; Н 2 O - 0,2-0,5; СаSО 4 - 0,3-0,5; СаСО 3 - 0,12-0,8. Опоки имеют удельную поверхность 730 м²/г, объем пор 0,88 см³/г, радиус пор 55 нм. По результатам рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА) установлено, что минеральный состав ка-менноярских опок представлен опал-кристобалит-тридимитовой фазой (34-86%), глинистыми минералами (9-19%), кварцем (3-15%), цеолитом (0-17%), полевым шпатом (0-5%).

Исследованные породы можно охарактеризовать как опоки слабо глинистые, алевритистые, цеолити-стые. В составе опок с разной степенью уверенности идентифицируется два минеральных вида цеолита (клиноптиллолит и филлипсит) [5]. Интерес к изучению именно этих пород связан со следующими факторами: относительно высокое содержание оксида алюминия, по сравнению с аналогами, существенно увеличивает их катионообменную емкость (50-75 мг-экв); в отличие от цеолитов они полифункцио-нальны, т.е. их неселективность позволяет использовать их для решения широкого круга экологических задач; они не содержат даже следов соединений свинца, кадмия, мышьяка, бериллия [6], что отрицает возможность дополнительного загрязнения окружающей среды тяжелыми токсичными металлами.

Имеются данные о положительном влиянии опок в сочетании с элементарной серой на ряд биометрических показателей культурных растений [7-8]. Однако влияние непосредственно на физикохимические свойства почв изучено, на наш взгляд, недостаточно.

Все опыты с растениями проводились на бурой полупустынной почве. В пахотном слое содержание гумуса – 1,5% (по Тюриной), подвижных форм P 2 O 5 – 6,3 мг, K 2 O – 4,3 мг (по Кирсанову) и SO 3 –

4,2 мг (по Айдиняну) на 1 кг почвы, рН солевой вытяжки 6,8, общий азот – 0,07%. Содержание основных катионов и анионов в почве определяли по методикам описанным в работе [9]. Данные статистически обрабатывались.

Схема микрополевого опыта состояла из 3-х вариантов минерального питания: 1) контроль; 2) фон – N60 P90 K60; 3) фон + опоки (50 кг/га). По проис- шествии 6 мес отбирали образцы почв и анализировали ионный состав.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения содержания катионов кальция, магния, натрия, сульфат, хлорид и гидро-карбонат-ионов приведены в таблице 1.

Таблица 1 . Химический состав водной вытяжки

Полученные результаты показывают, что внесение опок не приводит к значительным изменениям ионного состава почвенного раствора. Несколько возрастает сумма катионов, при этом на уровне тенденции можно отметить уменьшение содержания ионов магния, и некоторое увеличение содержания ионов натрия. Это достаточно тревожный симптом, свидетельствующий приводит о повышении токсичности почвенного раствора.

Данный факт сам по себе достаточно интересен и требует дальнейшего более детального изучения, так как ранее исследование широкого ассортимента цеолитсодержащих материалов показало, что они преимущественно адсорбируют одновалентные катионы, чем двухвалентные [10]. При этом содержание ионов хлора практически не изменяется во всех вариантах опыта. Наблюдаемые эффекты можно объяснить катионным обменом между частицами опок и почвенным раствором. Предполагается, что сначала опоки действуют как адсорбент, притягивая из почвенного раствора положительно заряженные катионы, в частности ионы натрия, а затем происходит частичный обмен натрия на магний, что связано с близостью ионных радиусов этих элементов. Косвенным доказательством сказанному, служит то, что содержание ионов кальция практически не изменяется.

Для устранения негативного эффекта, связанного с сильным адсорбирующим эффектом опок, необходимо в процессе их подготовки модифицировать, предварительно обрабатывая их солями биофильных металлов. Перспективность пути химической модификации цеолитсодержащих пород была доказано ранее. В частности, в работе [11], показано, что химическая обработка растворами кислот и щелочей позволяет повысить емкость катионного обмена.

Нами была предпринята попытка устранить эффект избыточного засоления вызванного внесением опок, с помощью их модификации солями кальция. Для этого опоки перед внесением в почву в течение 14 сут держали в растворе 0,2н. раствора нитрата кальция (табл. 2).

Безусловно, описанная модификация существенным образом влияет на коммерческую привлекательность использования опок и поэтому на практике наиболее целесообразно применять опоки на фоне известкования или совместно с органоминеральными удобрениями. Сделанные выводы справедливы только для исследуемых почв и могут быть скорректированы для конкретных условий. Однако уже сейчас можно отметить, что применение опок нецелесообразно на плодородных землях, так как их влияние может проявиться в снижении доступности для растений ряда важнейших биофильных элементов. Можно предполагать такую картину не только для исследуемых макроэлементов, но и для ряда важнейших микроэлементов.

Как видно из полученных результатов, модификация опок позволяет значительно снизить содержание токсичных ионов натрия в почвенном растворе и одновременно повысить содержание подвижного кальция и магния.

Увеличение содержания гидрокарбонат-ионов происходит, вероятно, за счет растворения карбоната магния, содержащегося в составе опок. Можно отметить положительную роль опок в снижении кислотности почвенного раствора (на 0,3 ед.), что хорошо согласуется с литературными данными [1213].

Таблица 2 . Сравнительный анализ химического состава водной вытяжки

В заключение можно отметить, что представленное исследование является лишь первым шагом в деле изучения эффективности цеолитсодержащих пород Астраханской области на различные показатели состояния почвенного покрова. Представленные данные могут быть интересны при тестировании подобных средств мелиорации загрязненных почв.