Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕОЛИТОВЫХ ТУФОВ ЮЖНОЙ ОСЕТИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Качмазов Д.Г. 1
1 Юго-Осетинский государственный университет им. А.А. Тибилова
В статье продемонстрировано первичное изучение удобрительных свойств местных для Южной Осетии цеолитовых туфов в чистом виде, а также в композиции с органическими удобрениями. Проведен анализ химического состава цеолитов на изучаемой территории, помимо этого, исследованы цеолитовые туфы во всей России и странах ближнего зарубежья. Основным показателем эффективности применения мелиорантов является накопление надземной и подземной фитомассы сельскохозяйственных культур, под которые их применяли. Результаты исследований свидетельствуют о высокой отзывчивости овса при использовании цеолитов, которая зависела от доз вносимых мелиорантов как в чистом виде, так и в сочетании с оторфяненной почвой и птичьим пометом. Внесение в почву цеолитового туфа Присского месторождения в дозах 1, 3, 5 т/га привело к значительной прибавке надземной фитомассы в сравнении с контролем и составило соответственно 1,4, 2,1 и 2,7 т/га. Стоит отметить, что закономерный рост фитомассы наблюдался также при внесении цеолитов из Ванатского и Ередвского месторождений и превысил прибавку к контролю при дозе 5 т/га 156,4 % и 155,3 % соответственно, однако уступал показателям цеолита из с. Прис. Таким образом, для улучшения исследуемой ситуации и повышения плодородия почв, вследствие чего будет наблюдаться получение стабильно высокого урожая сельскохозяйственных культур, необходимо ориентироваться на процессы использования цеолитовых туфов, добытых на территории Южной Осетии, особенно это касается Присского месторождения в связи с легкостью процесса добычи цеолита и его доступностью.
цеолитовые туфы
оторфяненная почва
птичий помет
овес
надземная и подземная фитомасса
1. Залесский Б.В., Флоренский К.П., Белянкина Е.Д. Спектроскопическое исследование изверженных горных пород Кавказа и Закавказья // Труды ИГН. 1950. Вып. 21. 106 с.
2. Свойства природных цеолитов [Электронный ресурс]. URL: http://zeomix.ru.html (дата обращения: 18.03.19).
3. Природные цеолиты России. Т. 1. Геология, физико-химические свойства и применение в промышленности и охране окружающей среды / науч. ред. И.А. Белицкий, Б.А. Фурсенко. Новосибирск: ОИГГМ, 1992. 171 с.
4. Смородинова Т.Н., Котованова М.К. Региональные цеолитовые туфы как эффективные добавки к цементам // Вестник Югорского государственного университета. 2016. № 3 (42). С. 20–25.
5. Мистратова Н.А. Экологическая оценка применения агромелиорантов при зеленом черенковании ягодных культур // Вестник Алтайского ГАУ. 2012. № 5 (91). С. 39–42.
6. Корецкий Д.С., Игнатова А.Ю. Изучение влияния цеолита Пегасского месторождения на рост растений // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2010. № 1. С. 92–95.
7. Ряховская Н.И., Гайнатулина В.В. Применение природных цеолитов в короткоротационных севооборотах // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 8. С. 17–19.
8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
9. Гайнутдинов М.Т., Чекмарев П.А., Владимиров В.П. Продуктивность раннеспелого картофеля сорта Удача при внесении различных доз цеолита на фоне минеральных удобрений // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 11. С. 40–43.
10. Кульжанова С.М., Божбаева Ж.Т., Мухаметкаримов К.М. Использование нетрадиционных удобрений для повышения почвенного плодородия и урожайности подсолнечника в условиях Северо-Востока Казахстана // Интерактивная наука. 2018. № 1 (23). С. 59-63. DOI 10.21661/r-466454.
Kulzhanova S.M., Botbaeva Zh.T., Muhammadkarimov K.M. The Use of Alternative Fertilizers to Increase Soil Fertility and Yield of Sunflower in North-Eastern Kazakhstan // Interaktivnaya nauka. 2018. № 1 (23). Р. 59–63 (in Russian).

На территории Южной Осетии, в условиях высокого дефицита минеральных и органических удобрений, актуален вопрос поиска наиболее экономичных и экологически приемлемых способов обеспечения воспроизводства органического вещества и элементов питания в почвах, повышения их плодородия и получения стабильных урожаев растениеводческой продукции. Для успешного развития отрасли растениеводства, экологически ориентированной организации сельскохозяйственного производства значительный научный и практический интерес представляет изучение цеолитовых туфов, крупные месторождения которых имеются в Южной Осетии. Цеолитовые туфы обладают генетическим сродством с почвами района, а также высокими удобрительными и мелиорирующими свойствами.

Впервые три наибольших югоосетинских месторождения ископаемых цеолитовых туфов были обнаружены и описаны Б.В. Залесским и К.П. Флоренским в 1930 г. Ванатское месторождение располагается поблизости от реки Малая Лиахва в районе г. Цхинвал. Присское и Ередвское – на восточной окраине г. Цхинвал, поблизости от сел Прис и Ередв. По данным К.П. Флоренского, запасы Ванатского туфа оцениваются в 2 млн м3, Присского в 1,5 млн м3 и Ередвского – в 1 млн м3. Находки минералов, в том числе и цеолитовых туфов Южной Осетии, изучались в основном в ходе геологических и литологических исследований, а их практическому использованию в сельскохозяйственном производстве практически не уделяли внимания [1].

Химический состав цеолитового сырья является показателем его удобрительной ценности и экологической безопасности. Так, соотношение катионов кремния и алюминия, а также катионный состав определяют ионообменные свойства цеолитов, термо- и кислотоустойчивость и многие другие особенности. Наличие в породах, содержащих цеолит, макро- и микроэлементов, таких как железо, фосфор, магний, медь, цинк, марганец и другие, обусловливает ценность цеолитового сырья для применения в сельском хозяйстве [2].

Накоплено достаточно данных о механизме действия цеолитов в качестве природных химических мелиорантов. Из-за наличия кристаллической структуры, которая обеспечивает полости и каналы в породе, цеолиты улучшают структуру почвы, повышают водо- и воздухопроницаемость, накапливают элементы питания растений, такие как N и K. Имея в своем составе обменные катионы, сорбируют NH4+, цеолиты способны медленно отдавать их в период вегетации растений, осуществляя роль химического пролонгатора. За счет ионного обмена цеолиты понижают кислотность почвы, повышают ее водоудерживающую способность. При использовании в агротехнологиях цеолитов оптимизируется пищевой, водный и биохимический режим почв, что способствует увеличению урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Цеолиты не разрушаются под воздействием факторов эрозии и надежно удерживаются в почве, они не подвержены дальнейшим изменениям. Таким образом, формирующиеся под воздействием цеолитов положительные физические и химические свойства почвы способствуют усилению биологической активности почвы и увеличению численности полезных почвенных микроорганизмов [3; 4].

Большинство исследователей отмечают, что биогенность и агрономическая ценность цеолитового сырья значительно возрастает при его смешивании с органическими компонентами. В качестве органических компонентов применяют торф, опилки, лигнин, сапропель, каныгу и другие. Цеолитовые смеси готовят заранее, сроки и дозы их внесения для различных культур являются предметом изучения авторов [5–7].

Вопросы экологически безопасного использования цеолитовых туфов как в чистом виде, так и в смеси с органическими удобрениями в условиях Южной Осетии до настоящего времени не изучались. Целью исследования явилось изучение эффективности использования органических удобрительных смесей на основе цеолитовых туфов, оторфяненной почвы рододендровых зарослей и птичьего помета при возделывании овса.

Материалы и методы исследования

Полевые исследования проводились в 2013–2015 гг. на опытном участке Югоосетинского государственного университета им. А.А. Тибилова в с. Хеит Цхинвальского района. Зона проведения опытов характеризуется умеренно континентальным, относительно мягким климатом. Среднегодовая температура воздуха 9,5–10,5 °С, количество осадков за период апрель – октябрь составляет 400–450 мм. Почвы аллювиальные черноземовидные, значительной мощности от 100 до 110 см. Содержание гумуса высокое, достигает 5,0 %; легкогидролизуемого азота – высокое (88,9–92,8 мг/100 г почвы); P2O5 – высокое (15–20 мг/100 г почвы), К2О – среднее (30 мг/100 г почвы). Реакция среды (рН) почвенного раствора нейтральная (в пределах 7,0).

В субальпийском и альпийском поясах под рододендровыми зарослями сформировались своеобразные оторфяненные почвы, которые широко распространены в северо-западной части Южной Осетии и занимают довольно значительные площади. Они содержат много гумуса и макроэлементов.

В качестве опытной культуры нами был взят овес, поскольку его посевы занимают значительные площади в Южной Осетии, он является третьей по значимости культурой после яровой пшеницы и ячменя. Схема полевого опыта включала 11 вариантов, в том числе контрольный вариант без удобрений, три варианта применения Присского цеолитового туфа, по одному варианту применения Ванатского и Ередвского цеолитовых туфов, три варианта сочетаний Присского цеолитового туфа, оторфяненной почвы и птичьего помета, а также два варианта с отдельным применением птичьего помета и оторфяненной почвы. Площадь учетной делянки 20 м2, повторность 4-кратная, размещение делянок рандомизированное.

В исследованиях использовались полевые и лабораторные методы. Надземную и подземную фитомассу овса определяли в фазу полного созревания путем высушивания в тени до постоянного веса. Корни предварительно выкапывали и отмывали. Органическое вещество оторфяненных почв определяли гравиметрическим методом после термического озоления. Минеральный состав органических компонентов определяли электронно-микроскопическим и волюметрическим методами. Химический состав – с помощью силикатомного и атомно-сорбционного методов. Обработка результатов полевых исследований проводилась по Б.А. Доспехову [8].

Результаты исследования и их обсуждение

Цеолиты разных месторождений обладают достаточно обширным спектром агрохимических показателей и различны по химическому составу и нахождению в минералах. В качестве предварительной оценки качества цеолитовых туфов Южной Осетии было проведено сравнение их химического состава с цеолитовыми туфами ряда других месторождений: Шивыртуйского (Россия), Сибайского (Россия), Тузбекского (Россия), Сокирницкого (Украина), Тедзамского (Грузия), Артикского (Армения) (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика цеолитовых туфов Южной Осетии, других месторождений России и ближнего зарубежья

Месторождение

Химический состав, %

SiО2

ТiO2

Аl2О3

Fе2О3

FeO

МnО

СаО

MgO

Na2О

К2О

P2О5

Ванатское

(Южная Осетия)

65,2

0,17

15,9

3,90

1,90

1,68

5,90

1,46

1,42

1,09

0,32

Присское

(Южная Осетия)

66,4

0,19

14, 7

3,75

1,85

1,75

6,10

1,12

2,12

1,08

0,47

Ередвское

(Южная Осетия)

64,2

0,18

16,0

3,95

0,89

1,49

7,25

2,42

1,02

1,23

0,43

Шивыртуйское*

(Россия)

68,5

0,23

13,9

1,95

0,14

3,29

0,15

1,28

2,7

Сибайское*

(Россия)

60,0

0,5

17,5

10,5

3,0

6,5

0,07

0,07

0,05

0,15

Тузбекское*

(Россия)

65,0

0,6

15,0

2,6

2,0

4,5

0,07

2,5

0,5

0,45

Сокирницкое*

(Украина)

68,0

0,11

11,4

1,44

0,53

2,71

0,06

1,57

3,0

Тадзамское*

(Грузия)

64,3

0,42

14,5

3,77

0,29

1,40

3,27

1,58

0,56

0,82

0,08

Артикское*

(Армения)

64,8

0,93

17,4

2,76

0,46

1,23

3,60

0,25

4,72

4,34

0,12

Примечание. * – по данным [2].

Исходя из сравнительного анализа, природные цеолитовые туфы Южной Осетии по своим характеристикам перспективны для использования в производстве высококачественной сельскохозяйственной продукции. В целом цеолитовые туфы Южной Осетии обладают сбалансированным минеральным составом. Среди цеолитов из других месторождений они выделяются по содержанию доступных для растений форм фосфора, железа, кальция и магния. По содержанию доступного калия уступают лишь цеолитам Сокирницкого и Артикского месторождений.

Изучение оторфяненной почвы показало высокое содержание в ней органического вещества (около 65 %), 1,31 % общего азота, 0,22 % Р2О5, 0,06 % К2О и 0,11 % СаО. Птичий помет содержал 21 % сухого вещества, 1,7 % азота, 1,95 % Р2О5, 0,9 % К2О, 0,32 СаО, 0,12 % MgO, 0,9 % S. Сырой помет для всех вариантов опыта смешивали с оторфяненной почвой в соотношении 5:1, смесь подсушивали и хранили под навесом.

В климатических условиях Южной Осетии эффективность применения удобрений в большой мере связана с обеспеченностью полевых культур доступной влагой. Осуществление мер, направленных на накопление, сбережение и рациональное использование влаги, является одним из главных факторов, определяющих уровень продуктивности полевых культур. В связи с этим природные цеолиты, которые являются хорошим адсорбентом влаги, очень перспективны для применения на полях. Таким образом, под влиянием цеолитов нормализуется водный, пищевой и микробиологический режим почвы, что помогает увеличить хозяйственно ценную часть урожая полевых культур. Эти данные полностью подтверждаются в работе [9].

Важнейшей характеристикой продуктивности посевов является величина созданной растениями биологической массы. В результате наших исследований надземной и подземной биомассы овса обнаружено, что объем ее накопления зависит от дозировки мелиоранта, а также его сочетания с органическими удобрениями. Выявленные результаты показали высокую отзывчивость овса на цеолитовые туфы и их совместное внесение с органическими удобрениями (табл. 2).

Таблица 2

Влияние цеолитовых туфов различного месторождения и органических удобрений на создание надземной и подземной фитомассы овса, т/га (2013–2015 гг.)

Варианты

Надземная фитомасса

Подземная фитомасса

Среднее

Прибавка

к контролю

Среднее

Прибавка

к контролю

т/га

%

т/га

%

Контроль

4,363

1,427

Цеолитовый туф Присский, 1 т/га

5,782

1,419

132,5

1,985

0,558

139,1

Цеолитовый туф Присский, 3 т/га

6,434

2,071

147,4

2,331

0,904

163,3

Цеолитовый туф Присский, 5 т/га

7,092

2,729

162,5

2,802

1,375

196,3

Цеолитовый туф Ванатский, 5 т/га

6,825

2,462

156,4

2,673

1,246

187,3

Цеолитовый туф Ередвский, 5 т/га

6,776

2,413

155,3

2,475

1,048

173,4

Цеол. туф (П), 5 т/га + оторф. почва, 5 т/га

7,245

2,882

166,1

2,901

1,474

203,2

Цеол. туф (П), 5 т/га + птичий помет, 3 т/га

7,385

3,022

169,2

2,977

1,55

208,6

Цеол. туф (П), 5 т/га + оторфяненная почва,

5 т/га + птичий помет, 2,5 т/га

7,917

3,554

181,4

3,166

1,739

221,9

Птичий помет, 2,5 т/га

6,112

1,749

140,0

2,195

0,768

153,8

Оторфяненная почва, 5 т/га

5,962

1,599

136,6

2,127

0,7

149,0

НСР 05

0,10

   

0,13

   

Так, надземная фитомасса овса на контрольном варианте в среднем составила 4,363 т/га. Внесение в почву цеолитового туфа Присского месторождения в дозах 1, 3, 5 т/га привело к значительной прибавке к контролю и составило соответственно 1,419, 2,071 и 2,729 т/га. Закономерный рост фитомассы наблюдался также при внесении туфа из Ванатского и Ередвского месторождений и превышал прибавку к контролю при дозе 5 т/га 156,4 % и 155,3 % соответственно. На вариантах с совместным внесением цеолитового туфа и органических удобрений также наблюдается существенное увеличение надземной биомассы. При смешивании Присского туфа с оторфяненной почвой надземная фитомасса овса увеличивалась в среднем до 7,245 т/га, а с птичьим пометом до 7,385 т/га. Максимальная прибавка к контролю наблюдалась на варианте совместного использования Присского туфа, отофяненной почвы и птичьего помета в соотношении 1:1:0,5 и составила 3,554 т/га.

Накопление корневой фитомассы и пожнивных остатков является основным показателем эффективности применения фитомелиорантов. Известно, что остающаяся в пахотном слое подземная фитомасса и пожнивные остатки оказывают положительное влияние на физические, химические и биологические свойства почвы: возрастает содержание гумуса, улучшается структурное состояние, а также микробиологический режим почвы. В результате минерализации органического вещества пополняются запасы элементов минерального питания, в том числе азота, что создает благоприятные условия для последующих культур [10]. Изучение корневой массы овса показало, что прослеживается достоверное ее увеличение в вариантах как с внесением цеолита в чистом виде, так и в смеси с органическими удобрениями. Так, по сравнению контролем, при котором подземная фитомасса составила в среднем за три года 1,427 т/га, при внесении в почву цеолитового туфа Присского месторождения в дозах от 1, 3, и 5 т/га наблюдался закономерный рост количества подземной массы на 139, 163,3 и 196,3 % соответственно.

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют об огромных возможностях применения сорбционных и мелиоративных свойств природных цеолитов как в сельскохозяйственном производстве, так и для решения проблем охраны окружающей среды. При этом нужно грамотно регламентировать существующие условия использования цеолитов, а также учитывать их свойства, которые в большинстве своем определяются условиями формирования цеолитов, а значит – месторождением.

В целях увеличения биологической массы и урожайности сельскохозяйственных культур следует использовать следующие органические удобрения на основе югоосетинских цеолитовых туфов:

1. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

2. Ванатский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

3. Ередвский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

А также смеси на основе Присского цеолитового туфа, включающие следующие компоненты:

1. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га + оторфяненная почва 5 т/га.

2. Присский цеолитовый туф в дозе 5 га + птичий помет 3 т/га.

3. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га + оторфяненная почва 5 т/га + птичий помет 2,5 т/га.

Адаптация предложенных схем применения органических удобрений на основе югоосетинских цеолитовых туфов для других сельскохозяйственных культур создаст большой потенциал их использования в сельском хозяйстве России. Легкость добычи туфов из югоосетинских месторождений внесет существенный вклад в экономику региона.


Библиографическая ссылка

Качмазов Д.Г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕОЛИТОВЫХ ТУФОВ ЮЖНОЙ ОСЕТИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 3-2. – С. 193-197;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37092 (дата обращения: 25.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074