Действие отходов Качканарского горно

УДК 631.42
Н. Е. БУКРЕЕВА, Е. П. ЧЕРЕМНЫХ
Действие отходов Качканарского горнообогатительного комбината на кислотность
и азотно-фосфорный режим почвы
В системе мероприятий по рациональном у использованию
природных ресурсов важ н ое значение имеет м акси м ал ьн ая ути ­
л изац ия промыш ленных отходов. В этом отношении за с л у ж и ­
ваю т внимания отходы К ач кан арского горно-обогатительного
ком бината, гранулометрический и химический состав которы х
представлен в табл. 1. П роцентное соотношение хвостов м ок­
рого обогащ ения по стади ям вы р аж ается так:
1-я — 80% (крупность 1,5 мм, в том числе 0,007 мм 20— 25% 4)
2-я — 15 %4 (крупность 0,5 мм, в том числе 0,007 мм 40— 5 0% )
3-я — 5 % |(крупност1» 0,1— 0,2 мм, в том числе 0,007 мм
8 0 -2 0 % ).
Сотрудниками каф едры ботаники Н и ж н етаги льского п ед аго­
гического института изучалось действие отходов на у р о ж а й р а ­
стений. Установлено, что под их влиянием урож ай так и х р а ­
стений, как картоф ель, горох, м ож ет повы ш аться на 15—20%
{Белопаш енцева, К ар ав аев, 1972).
Б лагоприятное влияние отходов на продуктивность растений
м ож ет определяться к а к прямы м их действием на растен ия, т а к
и косвенным путем через изменение химических и биологиче­
ских свойств почвы, результаты изучения косвенного дей ствия
представлены в данной статье.
Д ействие отходов на почву изучалось на протяж ении трех
лет. в полевых и вегетационны х опытах. П олевы е опыты п рово­
дились на дерново-подзолистой почве агробиостанции Н и ж н е­
тагильского пединститута с pH 4,9— 5,0, гидролитической кис­
лотностью Н -8, 70 м г/э к в , суммой поглощ енных оснований
13,0 мг, Р 2О5 — 5,30 мз на 100 г воздуш но-сухой почвы, со д е р ж а ­
ние гумуса 2,7% , К2О — следы.
о
н
о
(Л
О
<
о(Я
и
хъ
1 7 ,2 0,05 1,0 4 6 ,9 8 ,8 20,1 13,2 0 ,1 9 0,82
2 7 ,8 0,05 1,6 44,6 9 ,2 19,4 13,4 0,21 0,68
3 12,2 0,09 2,23 39,7 9 .4 16,8 12,8 0 ,2 5 0,61
00
а,
ппп
>
МпО
о
(L,
MgO
Стадия
Химический состав хвостов мокрой магнитной сепарации, %
о°:
<ио
U h Ph
0,007 0,029 1.8 9 ,7
0,007 0,033 1.5 5 ,5
0,032 2 .3 16,7
0,01
оя
и
0,06
0,0 6
0,06
П оскольку в отходах содерж ится больш ое количество к а л ь ­
ция и м агния, то изучались возмож ности их нейтрализую щ его
действия путем введения в с х е м у . опыта вари ан та с известью.
П олевы е опыты проводились на фоне N P K по схеме: 1) кон­
троль; 2) отходы по 3/ 4 г. к.; 3) известь по 3/4 г. к. Р асчет дозы
отходов проводился на основе суммы основных окислов к а л ь ­
ция и магния. У добрения всех видов вносились весной под куль­
тивацию . А зот вносился в форм е аммонийной селитры, ф ос­
ф о р — суперф осф ата гранулированного, калий — хлористого к а ­
л и я в дозе ЫбоРбоНбо. П л ощ адь учетной делянки 50— 100 м 2, по­
вторность трех к р атн ая. П осад ка картоф еля и посев гороха про­
водились вручную. К артоф ель (сорт Ф аленский) вы саж и вался
на расстоянии 75x35 см , горох (сорт Красноуфимский — 70)
вы севался с м еж д уряд ьям и в 15 см при норме высева 2,0 ц/га.
В егетационны е опыты проводились в пятикилограммовы х
эм али рованн ы х сосудах без минеральны х удобрений на двух
фонах: дерново-подзолистой почве и дерново-подзолистой поч­
ве с добавлением 50% торф а с pH 4,6, H r 16,6 м г/экв в четы рех­
кратной повторности. И спользованием двух фонов и схемой
опытов (1) контроль, 2) известь по 3/ 4 г. к., 3) отходы по 3/4 т.к.,
4) известь по 1 г. к., 5) отходы по 1 г. к.) предусматривалось в
основном вы явление действия отходов на минерализацию в поч­
ве азотисты х и фосфорны х органических веществ.
В почвенных об разц ах, взяты х из полевых и вегетационных
опытов в августе, оп ределяли сь pH солевая на pH — метре;
Н г по К аппену; количество нитратного и аммонийного азо та
на ф отоколориметре. О пределение доступного фосфора прово­
дилось колорим етрированием по А. Г. Кирсанову с использо­
ванием молибденового реакти ва. Количество подвижного алю ­
миния А13+ определялось путем его осаж дения фторидом н ат­
рия. А м м ониф ицирую щ ая способность почвы учиты валась пу­
тем трехдневного ком постирования ее с гороховой мукой, а
нитриф ицирую щ ая — двухнедельны м компостированием с суль­
ф атом ам мония при тем пературе 25° С и 60% влаж ности от
полной влагоем кости. Ф осф атазн ая активность учиты валась по
методу С. Я. М ихлиной, Т. К. Ш лыгиной в модификации
В. В. К отелева с использованием в качестве субстрата фенолф талеи н ф осф ата н атри я (К отелев, 1958).
Действие отходов на обменную кислотность, мг/экв на 100 а
Опыты с сосудами
Полевые опыты
Вариант
Контроль ....................................
Известь по 3/4 г. к ...................
Отходы по 3/4 г. к ....................
Известь по I г. к .......................
Отходы по I г. к ........................
1-й
год
2-й
год
5,19
5,88
5,32
4,94
5,25
5,06
_
_
З-й
год
5,15
5,36
5,07
—
--
дерновоподзолистая
почва
дерново-под­
золистая почв а + 5 0 % торфа
1-й
год
2-й
год
1-й
год
2-й
год
4,79
5,02
4,55
5,21
4,90
4,59
4,67
4,52
4,78
4,60
5,66
5,81
5,73
6,02
5,54
4,64
4,93
4,45
5,42
4,57
"
Таблица 3
Действие отходов на гидролнтическую кислотность, мг/экв на 100 г
Полевые опыты
Вариант
1-й
год
Контроль
........................
2-й
год
З-й
год
Опыты с сосудами
дерново-подзо­
листая почва
1-й
2-й
дерново-подзолнстая почва +
50% торф а
1-й
2-й
год
год
год
год
5,68
4,55
5,7
4,51
3,11
2 ,6
8,09
5,14
5,1
9.08
2.8
3,39
10,9
8,86
2 ,5
5,32
9,16 10,03
7,04
Известь по 3/4 г. к. . .
7,68
8,75
6,60
Отходы по 3/4 г. к. . .
9,44
9,91
6,96
5,69
4,41
Известь по 1 г. к. . . .
—
—
—
2,36
4,3
2,62
3,2
Отходы по 1 г. к. . . .
—
—
—
5,91
4,29
3,29
4 ,2
6,22
2,61
3 ,0
6,14
П р и м е ч а н и е ; в знаменателе приводится достоверность различия с контрольным
вариантом при t gt= 2 ,8 .
Д л я оценки достоверности различий по* вари ан там исп оль­
зовался парам етрический критерий С тью дента (t8t) . В т а б л и ­
цах достоверность различий по вари ан там приводится в зн а м е ­
нателе. В нашем случае t st = 2,8.
В табл. 2, 3 приведены данны е по влиянию отходов на ки с­
лотность почвы. Они свидетельствую т о том, что обм ен н ая ки с­
лотность, п редставляю щ ая
концентрацию
ионов
водорода
в почвенном растворе и частично концентрацию ионов водорода,
Таблица 4
Накопление подвижного А1+3 во 2-й год вегетации (почва + 50 % торфа)
Варианты
Контроль
Подвижной А13+ , мг на
100 г в/с почвы .....................
12,37
Известь по Отходы по Известь по Отходы по
1,5 г. к.
3 /4 г., к. 3/4 г. к. 1,5 г. к.
7,95
3 ,8
15,67
7,2
17,87
7,9
7,06
* 5,2
А13+ почвенного поглощ аю щ его ком плекса, очень мало и зм ен я­
л ась под действием отходов к ак в вегетационных, так и в поле­
вых опытах.
Н а гидролитическую кислотность отходы оказали зам етное
подкисляю щ ее влияние только при добавлении к почве торф а,
но оно исчезало с увеличением сроков действия отходов. Н а этом
фоне они вы зы вали довольно зам етны е накопления токсичного
д л я растений алю миния (табл. 4 ).
Таким образом , к а к известковое удобрение отходы м алоэф ­
фективны. Во всех полевых и вегетационны х опытах отходы о к а­
зал и полож ительное влияние на накопление в почве подвиж ­
ного фосф ора (табл. 5). Н аиб олее зам етно они действовали на
фосф орны й реж им почвы в полевых опытах. В вегетационных
опы тах р азл и чи я по накоплению подвижного фосф ора с кон­
тр ольн ы й вариантом н аблю дали сь только в вари ан тах с дозами
отходов по 1 г. к.; наиболее эф ф ективно было их действие на
фоне дерново-подзолистой почвы без торфа.
Таблица 5
Влияние отходов на накопление в почве подвижного фосфора, жг/100 г
Опыты с сосудами
Полевые опыты
Вариант
1-й
год
2-й
год
3-й
год
.........................
7,56
4,45
Известь по 3/4 г. к. . .
8,32
Отходы по 3/4 г. к. . .
9,16
4,7
дерново-пбдзолистая почва
дерново-подзо­
листая почва +
50% торфа
1-й
год
2-й
год
1-й
год
2-й
год
3,68
1,35
4,75
5,12
5,97
4,96
5,33
4,4
1,09
4,40
5,50
6,08
7,81
9,2
5,61
4,9
1,57
5,28
4,36
5,73
Известь по 1 г. к. . . .
2,36
2,4
6,34
2,8
Отходы по 1 г. к. . . .
2,09
1,5
6,13
1,8
8,29
1,9
4,37
1,6
13,21
4 ,9
7,71
6 ,4
Контроль
Влияние отходов и известкования на накопление в почве аммонийного
и нитратного азота (вегетационный опыт)
Вариант
Аммонийный N, мг/100 г
в/с п о ч в ы ............................
Нитратный N мг/100 г в/с
п о ч в ы ....................................
Контроль
Известь по Отходы по И звесть по Отходы по
1 г. к.
1 г. к.
3 /4 г. к.
3/4 г. к.
7,04
6,06
1,27
1,42
6,91
1,94
1,9
7,04
7,20
8 ,0
7,44
4,42
9,6
Б ольш ее накопление подвиж ных соединений ф осф ора в поч­
ве в вари ан тах с отходами могло быть- связан о не только с их
подкисляю щ им действием, но и с накоплением в почве ф осф атаз, имеющих больш ое значение в разлож ени и ф осф орооргани ­
ческих вещ еств с вы свобож дением минерального ф осф ора.
Ф осф атазы н акапливаю тся в почве в резул ьтате ж и зн ед еяте л ь ­
ности некоторых групп микроорганизм ов и вы деляю тся корням и
растений. И сследованиям и Н. А. К расильникова и В. В. Котелева (1957) установлено, что высокой ф осф атазной ак ти вн о­
стью обладаю т многие виды бактерий и грибов. Н а р я д у с н а ­
коплением ф осф атаз одновременно протекаю т процессы и н акти ­
вации и р азлож ени я их. П оэтому д л я отображ ени я общ его
действия отходов на фосфорный реж им почвы ц елесооб разно
было определить ф осф атазную активность почвы в целом.
В табл. 7 приведены результаты учета ф осф атазной активности
почвы в вегетационном опыте, где к дерново-подзолистой почве
добавляется торф. Они свидетельствую т о том, что в наш их
опытах отходы способствовали значительном у усилению ф осф аТаблица 7
Влияние извести и отходов на активность микробиологических процессов
в почве во второй год их действия (дерново-подзолистая почва + 50% торфа)
Вариант
Аммонифицирующая актив­
ность, мг аммон. N на 100 г
в/с почвы.................................
Нитрифицирующая актив­
ность, мг нитрат. N на 100 г
в/с почвы ............................
Фосфатазная активность, мг
освобожденного фенолфта­
леина на 100 г в/с почвы .
Активность дыхания почвы,
мг С 0 2 на 100 г в/с почвы
Контроль
16,91
4,05
1,22
26,68
Известь по Отходы по И звесть по Отходы по
1 Г. к.
3/4 г. к.
3 /4 г. к .
1 Г. к .
19,50
1,9
5,10
2 ,0
19,44
1,5
21,75
2 ,8
20,30
2 ,9
4,13
10,78
15,0
5,25
0,98
2 ,8
42,00
2 ,9
4,36
1 .6
2 ,1
26,82
тазной активности почвы, тогда к а к известь несколько ее пони­
ж а л а . О днако известь, к а к и отходы, обусловливала в почве
больш ее накопление подвиж ных форм фосфора. Это позволяет
п редполагать разны й характер влияния отходов и извести на
процессы, связан ны е с фосфорным реж имом почвы. Д анны е по
влиянию извести и отходов на активность почвенного ды хания,
приведенные в таб л . 7, могут свидетельствовать о том, что и з­
весть б лагопри ятствовала общ ей микробиологической активно­
сти почвы, а отходы нет. С ледовательно, отХодй могли повли­
ять на накопление подвиж ны х форм фосф ора в почве ,в основ­
ном через увеличение ее ферм ентативной активности или инду­
цировать больш ее их выделение корневой системой растений.
В лияние отходов на накопление в почве минеральны х форм
а зо т а о б наруж и валось только в вегетационны х опытах. Р езу л ь ­
таты одного из них представлены в табл. 6, из которой видно,
что содерж ание аммонийного азота в почве (варианты как с
отходами, т а к и известью ) м ало изменялось. Количество нит­
ратного азо та под действием отходов несколько повыш алось,
хотя в меньш ей степени, чем с известью. Так, отходы несколько
у лучш али условия азотного питания растений в почве.
Н акопление минеральны х форм азота в почве определяется
процессами ам м ониф икации и нитрификации. П риведенные в
таб л . 7 данны е показы ваю т, что отходы способствуют усилению
активности этих процессов, но в меньшей степени, чем известь,
особенно при действии на нитрификацию . Б лагоприятное вл и я­
ние извести на процесс нитрификации можно объяснить ее ней­
трализую щ им действием. Н итрифицирую щ ие бактерии, проду­
цирую щ ие азотистую и азотную кислоты, очень чувствительны
к кислотности почвы. В литературе имеются указан ия, что опти­
м ал ьн ая величина pH д ля нитрификации 6—8. П олож ительное
ж е влияние отходов на нитрифицирую щ ую способность почвы
м ож ет быть связан о с действием их как твердой фазы , адсорби­
рующей бактерии и ам м и ак (Р уб ан , 1961).
ЛИТЕРАТУРА
Белопашенцева И. А., Караваев В. Н. 1972. Изучение влияния хвостов
железной руды на урожай сельскохозяйственных растений.— В сб.: К исполь­
зованию отходов Качканарского горно-обогатительного комбината в каче­
стве удобрения. Свердловск.
Котелев В. В. 1958. К методике выделения из почвы микроорганизмов,
разлагающих органофосфаты.— Докл. ВАСХНИЛ, вып.‘9. ■
Красильников Н. А., Котелев В. В. 1957. Качественное определение фосфатазной активности некоторых групп почвенных микроорганизмов.— ДАН
СССР, т. 117, № 5.
Рубан Е. JI. 1961. Физиология и биохимия нитрифицирующих микроорга­
низмов. М.