способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами

Формула изобретения

1. Способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, включающий внесение мелиорантов, минеральных и органических удобрений, обработку почвы и агротехнические мероприятия, отличающийся тем, что дополнительно под основную обработку почвы вносят белый шлам нейтрализованный - продукт, получаемый путем нейтрализации шлама при обескремнивании алюминиевых растворов глиноземного производства.

2. Способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, по п. 1, отличающийся тем, что вносят белый шлам нейтрализованный производства Богословского алюминиевого завода, марки А, при этом доза внесения белого шлама (БШ) составляет от 30,0 до 150,0 т на гектар.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к агропочвоведению и почвообработке, а также может быть использовано для снижения негативного воздействия тяжелых металлов при выращивании сельскохозяйственных культур на загрязненных тяжелыми металлами почвах как в крупных сельскохозяйственных предприятиях, так и в мелких фермерских хозяйствах, частных огородах и на садовых участках.

Известен "Способ выращивания сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами" (см. а.с. 1773317, А 01 С 7/00, А 01 В 79/02, опубл. 07.11.92. Бюл. 41), при котором минеральные удобрения вносят в почву в жидком виде за 24-30 дней до зяблевой вспашки, затем через 12-15 дней вносят повторно с заделкой на глубину пахотного слоя и непосредственно перед зяблевой вспашкой жидкие минеральные удобрения вносят вместе с органическими удобрениями и известковыми материалами на глубину 20-25 см, а весной за 2-3 недели до посева вновь вносят жидкие минеральные удобрения, заделывая их на глубину пахотного слоя. При этом в севообороте используют культуры, устойчивые к тяжелым металлам.

Недостатком такого метода является высокая энергоемкость и многоступенчатость при выполнении, требующая многократных проходов специальной техники по полю, потребность наличия жидких удобрений с комплексом машин для их внутрипочвенного внесения, что приводит к переуплотнению почвы и может отрицательно сказаться на урожайности и себестоимости продукции.

Известен также способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, при котором в почву перед перепашкой и посадкой, в частности картофеля, вносят поверхностно путем разбрасывания известь (6 т/га), навоз (80 т/га) и минеральные удобрения N₈₄P₈₄K₈₄ (см. Даниэль Э. Действие тяжелых металлов на урожайность и качество картофеля// Достижения науки и техники. 9, 2000 г., с. 11-16). При достаточно простой технологии такой агроприем позволяет несколько снизить поступление тяжелых металлов в растения, однако в полученной продукции отмечается повышенное содержание кадмия в клубнях картофеля, а в ботве - свинца, кадмия и цинка, что требует дополнительных работ и снижает качество полученной продукции, а вследствие этого способ следует считать недостаточно эффективным.

Задачей изобретения является разработка способа выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, в котором при минимальных дополнительных затратах могли бы получать высокие урожаи продукции с допустимым содержанием в ней тяжелых металлов. При этом дополнительные мелиоранты, вносимые под обработку почвы, должны быть доступны для сельскохозяйственного производителя по цене и вписываться в существующие технологии внесения удобрений и выращивания сельскохозяйственных культур при использовании имеющегося комплекса сельскохозяйственной техники.

Задача решается тем, что в дополнение к мелиорантам и удобрениям, вносимым по существующим технологиям, для снижения негативного действия тяжелых металлов на растения, дополнительно используют белый шлам нейтрализованный марки А (БШ) - специально обработанный оборотный продукт переработки отходов глиноземного производства Богословского алюминиевого завода в виде порошка в количестве от 30 до 150 тонн на гектар (от 1 до 5% массы пахотного слоя почвы 0-25 см).

Белый шлам нейтрализованный (БШ) - сыпучий порошок светло-коричневого цвета, представленный сульфатной формой алюмосиликата группы содалита (нозеан-содалит) с массовой долей от 80 до 90%; железистым гидрогранатом с массовой долей от 8 до 15%; мелкодисперсным гидроксидом алюминия с массовой долей от 1 до 5%; рН от 6,0 до 9,0. Не токсичен, не горюч.

Белый шлам (БШ) изготавливают в соответствии с патентом РФ 2053688 (A 23 K ¹/₁₆, опубл. 10.02.96 г., бюл. 4) путем нейтрализации шлама при обескремнивании алюминатных растворов глиноземного производства. БШ марки А не содержит дополнительных минеральных добавок.

Состав БШ соответствует ТУ 1711-127-001941091-96 с изменениями 1 от 27.03.2000 г. и представлен в табл.1.

БШ (белый шлам нейтрализованный) изготовляют и используют в основном в качестве корректирующих добавок для животных в дозах от 0,2 до 0,4 г на один килограмм массы животных. Для птиц от 2 до 3% к массе корма (см. патент РФ 20553688).

Способ осуществляют следующим образом. При известковании полей или при внесении минеральных удобрений дополнительно той же техникой вносят БШ в рекомендованных по предложенному способу дозах под основную обработку почвы, после чего по существующей технологии выращивают сельскохозяйственные культуры, общепринятые в данной зоне и согласно севообороту. Учитывая, что БШ представляет сыпучий продукт, он, как показала практика, равномерно вносится в рекомендованных дозах существующей техникой для внесения мелиорантов и практически не влияет на последующую почвообработку.

Практическую проверку предложенного способа провели в 1999-2000 г. на опытном поле учебно-опытного хозяйства "Уралец" Уральской государственной сельскохозяйственной академии, расположенном в Белоярском районе Свердловской области.

Первоначальная серия опытов по обоснованию способа выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами с использованием БШ, включала проведение микрополевого опыта с моделированием загрязнения почвы комплексом тяжелых металлов.

Технология постановки микрополевых опытов моделирует внесение БШ под основную обработку почвы и заключается в следующем.

Пленочные сосуды без дна, емкостью 7 кг почвы, при помощи специального шаблона набивают почвой по стандартной методике, устанавливают в подготовленную канаву глубиной 25 см и со всех сторон "обжимают" этой же почвой. Почву для набивки предварительно высушивают до воздушно-сухого состояния и просеивают через сито с диаметром ячеек 0,5 см. В подготовленную почву на всю повторность вносят растворы солей тяжелых металлов, минеральные удобрения, торф низинного типа с зольностью 9-12% и БШ.

Опыт закладывали на дерново-слабоподзолистой тяжелосуглинистой почве. Содержание гумуса - 3,1%; ЕКО - 11,4 мг-экв./100 г почвы; S-8 мг-экв./100 г почвы, рНсол. - 4,9.

Полиметаллическое техногенное загрязнение почвы тяжелыми металлами моделировали внесением в нее растворов солей металлов: К₂Сr₂O₇; Ni(NO₃)₂6Н₂O;

CuSO₄5H₂O; Cd(NO₃)4H₂O; (СН₃СОО)Рb; ZnSO₄7H₂O. В вариантах с тяжелыми металлами внесли: хрома - 100, цинка - 300, свинца -32, кадмия - 3, меди - 100, никеля - 50 мг/кг почвы.

В табл.2 приведены нормы расхода удобрений, мелиорантов и БШ в опыте.

После набивки сосуды поливали до состояния полевой влагоемкости, выдерживали в течение 10 дней для компостирования почвы и наклюнувшимися семенами производили посев ячменя сорта "Дина". После всходов выравнивали сосуды по количеству растений, удаляя лишние проростки.

Схема первичного комплексного опыта для удобства разбита на три блока. Схема опыта и результаты учета урожая приведены в табл.3. Урожайность зеленой массы учтена в граммах на сосуд и пересчитана в ц/га.

Результаты учета урожая зеленой массы ячменя показали, что загрязнение почвы комплексом тяжелых металлов (Cr, Cu, Zn, Cd, Pb, Ni) почти в три раза снижает урожайность. Минеральные удобрения (NPK) в дозах по 60 кг д.в. на га несколько сглаживают отрицательное действие ТМ, однако величина урожая в 2,5 раза уступает чистой удобренной почве.

На дерново-подзолистой почве внесение БШ в количестве 1-5% от массы пахотного слоя почвы увеличивает урожай по сравнению с фоном в 1,5-2 раза (в зависимости от дозы). Использование БШ совместно с известкованием и внесением торфа под основную обработку почвы позволяет получить урожай зеленой массы, превышающий таковой на чистой почве. Причем эффективность БШ на фонах возрастает с увеличением дозировки.

В табл. 4 и 5 представлены данные химических анализов почв и растений в вариантах комплексного опыта. Результаты показывают, что дополнительное внесение БШ в указанных дозах позволяет резко (в 1,5-2 раза) снизить уровень загрязнения почвы (табл.4) свинцом, хромом, никелем и кадмием.

Содержание тяжелых металлов в растениях (табл.5) при внесении БШ также значительно снижается и позволяет получать продукцию с содержанием тяжелых металлов, не превышающим предельно допустимые концентрации, что показывает высокую эффективность предложенного способа, его перспективность, техническую осуществимость и неочевидный эффект - снижение уровня загрязнения тяжелыми металлами почвы и растений при внесении в почву белого шлама нейтрализованного - БШ марки А Богословского алюминиевого завода.

Предложенный способ выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, путем дополнительного внесения в почву БШ под основную обработку почвы прост в осуществлении, не требует для его внедрения новой специальной техники и может найти широкое применение в условиях техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами в зоне промышленного Урала, где производится БШ как оборотный продукт основного производства алюминиевой промышленности, а также в районах расположения глиноземных заводов, где почвы сельскохозяйственных предприятий загрязнены тяжелыми металлами.