АГРОХИМИЯ, 2014, № 9, с. 20-25
УДК 631.879.32:631.452:631.445.51
ВЛИЯНИЕ ОТХОДОВ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ПЛОДОРОДИЕ КАШТАНОВОЙ ПОЧВЫ*
© 2014 г. С.Г. Дорошкевич, И.В. Бардамова
Геологический институт СО РАН 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, Россия Е-та11: sv-dorosh@mail.ru
Поступила в редакцию 23.05.2014 г.
Показано влияние отходов переработки руд Джидинского горнообогатительного комбината на продуктивность каштановой почвы в условиях вегетационно-полевого опыта. Рассмотрено поведение ряда химических элементов ^е, Мо, Zn, Си, Со, N1, РЬ, Sn, W, Вг, Сг, Rb, Sr, Y, Ва и №) в системе почва-растение при использовании отходов горно-обогатительного производства.
Ключевые слова: отходы горно-обогатительного производства, химические элементы, каштановая почва.
ВВЕДЕНИЕ
Джидинский молибденово-вольфрамовый комбинат, перерабатывавший молибденитовые и суль-фидно-гюбнеритовые руды месторождений Джидинского рудного поля, более 60-ти лет являлся одним из ведущих предприятий горнодобывающей промышленности нашей страны. В 1997 г. производство было законсервировано. В настоящее время на территории, непосредственно прилегающей к г. Закаменск, расположены массивы техногенных песков - отходов обогатительного производства, общий объем которых составляет около 40 млн. т. Эти образования являются основными источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсичными элементами [1, 2]. Состояние природной среды по содержанию химических элементов 2-4-го класса опасности при этом оценивается как экологическое бедствие и чрезвычайная экологическая ситуация [3]; биодоступность токсичных элементов в лежалых хвостах обогащения во времени увеличивается [4, 5].
В то же время ряд химических элементов может являться источником жизненно необходимых микроэлементов для роста и развития растений, особенно в условиях дефицита этих элементов в почве. В настоящее время в земледелии все большее применение находят нетрадиционные удобрения и мелиоранты, шлаки, отходы обога-
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 13-05-01155а.
щения руд, имеющие в своем составе большое количество питательных веществ [6-8]. Использование отходов переработки руд решает некоторые проблемы: во-первых, проблему утилизации накапливающихся и/или накопившихся отходов горно-обогатительного производства; во-вторых, поддержание бездефицитного баланса биофиль-ных элементов в почве.
Цель работы - определить с помощью традиционных агрохимических методов влияние отходов переработки руд, используемых в качестве удобрений, на урожайность зеленой массы гороха и уровень содержания ряда химических элементов в системе почва-растение.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование по использованию отходов горно-обогатительного производства (ОГОП) в качестве удобрения проводили в вегетационно-поле-вом опыте на каштановой мучнистокарбонатной почве в течение 2010-2011 гг. в вегетационных сосудах емкостью 8 кг, повторность вариантов шестикратная, опытная культура - горох сорта Сахарный.
Схемой опыта было предусмотрено изучение влияния возрастающих доз ОГОП совместно с минеральными удобрениями (табл. 1) на урожайность зеленой массы гороха и содержание ряда химических элементов в системе почва-растение. За основу выбора величины доз ОГОП была взята концентрация в них молибдена как важного микроэлемента для зернобобовых культур.
Таблица 1. Схема опыта
Вариант* Условное обозначения варианта
фон (К125р125к125) Фон
Фон + ОГОП (Мо005) Фон + ОГОП1
Фон + ОГОП (Мо05) Фон + ОГОП2
Фон + ОГОП (Мо1.0) Фон + ОГОП3
Фон + ОГОП (Мо5.0) Фон + ОГОП4
Фон + ОГОП (Мо100) Фон + ОГОП5
' Минеральные удобрения (АЗФК) в указанных дозах применяли ежегодно (2010-2011 гг.), отходы горно-обогатительного производства (ОГОП) - однократно (в 2010 г.). Дозу ОГОП рассчитывали по содержанию молибдена, мг/кг почвы.
Таблица 2. Химический состав отходов переработки руд Джидинского горно-обогатительного комбината (г. Закаменск)
Химический элемент Содержание
%
SiO2 75.0
К20 3.05
Ш20 0.87
а120з 8.90
MgO 1.30
СаО 2.55
Р2О5 0.10
Ре общ 1.00
S ^общ 1.58
мг/кг
Мо 190
Zn 83
Си 170
Со 17
№ 57
РЬ 200
са 1.8
Rb 620
Sr 83
Y 3
Zr 120
№> 26
Ag 1.4
Sn 13
Sb 12
СБ 20
Ва 380
La 24
Се 33
В опыте применяли отходы переработки руд Джидинского горно-обогатительного комбината (г. Закаменск, Республика Бурятия). Химический состав ОГОП представлен в табл. 2.
Каштановая мучнистокарбонатная почва, использованная в вегетационно-полевом опыте (табл. 3), имела легкосуглинистый гранулометрический состав, слабощелочную реакцию среды, низкое содержание гумуса, очень низкую обеспеченность нитратным азотом и обменным калием, среднюю - подвижным фосфором. Классификация почвы дана по [9].
Отбор образцов, физико-химический и химический анализы производили согласно рекомендациям [10]. Определяли рН^О потенциометрическим методом, содержание гумуса - по Тюрину в модификации Никитина, аммиачный азот - фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера, нитратный азот - с дисульфофеноловой кислотой, подвижный фосфор - по Мачигину, обменный калий - методом пламенной фотометрии.
Определение валового содержания химических элементов в ОГОП, почвах и растениях проводили по методике выполнения измерений массовых концентраций валовых форм элементов на энергодисперсионном поляризационном рентгеновском спектрометре ЭДПРС-1 [11] в навеске ОГОП и почвы, истертых до состояния пудры, в надземной массе гороха - после сухого озоления.
Для оценки интенсивности накопления химических элементов в почве и растениях использованы геохимические показатели: коэффициент концентрации (Кс) и суммарный показатель загрязнения ^с), определенные по формулам (1) и (2) [12]:
Кс = С : С, (1)
где С - концентрация элемента в опытном варианте, С, - концентрация элемента в фоновом варианте;
^ = ж - (п - 1), (2)
где п - число элементов с Кс > 1.0.
Учет урожая осуществляли на 89-е сут путем взвешивания биомассы растений в сосудах. Результаты урожайных данных обработаны методом дисперсионного анализа [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование выявило неоднозначное влияние отходов горно-обогатительного производства на содержание в почве валовых форм химических элементов в условиях проведения вегетационно-полевого опыта, хотя следует отметить, что во всех вариантах опыта их количество не превысило уровень ОДК и/или находилось
Таблица 3. Агрохимическая характеристика каштановой мучнистокарбонатной почвы (Иволгинский р-н Республики Бурятия)
Горизонт (глубина, см) рнн2о Гумус, % Подвижные формы, мг/кг Содержание фракций размером <0.01 мм, % Гранулометрический состав
N-^4 N-N0;, Р205 К20
Апах (0-22) 7.4 1.34 21.5 3.2 17.0 64 20.9 Легкий суглинок
А1 (22-28) 7.6 1.30 25.0 3.5 11.0 65 19.1 Супесь
В (28-50) 7.9 0.67 25.0 2.1 9.4 76 17.8 Супесь
Вк(50-100) 8.1 0.40 20.0 1.5 10.0 79 15.3 Супесь
Ск(100-120) 8.3 0.08 21.7 1.0 11.7 67 14.7 Супесь
в пределах средних содержаний этих элементов в почвах мира (табл. 4).
Применение практически всех доз ОГОП привело к некоторому увеличению содержания в почве валовых форм Мо, Zn, Си, РЬ, W и Сг относительно фонового варианта. Максимальные величины коэффициента концентрации были отмечены в вариантах опыта при внесении в почву отходов горно-обогатительного производства в дозах ОГОП4 и ОГОП5: для Мо - 2.35 и 3.25, Zn - 1.09 и 1.06, РЬ - 1.20 и 1.47, W - 1.24 и 2.80 соответственно (табл. 5). Повышение содержания в почве валовых форм Мо, Zn, Си, РЬ и W объясняется нахождением в составе отходов горно-обогатительного производства таких минералов, как молибденит, сфалерит, халькопирит, гюбнерит, галенит, а также оксидов вышеперечисленных элементов.
Накопления Бе, Бп, У и Ва в почве не происходило; их содержание во всех вариантах опыта находилось в целом на уровне или чуть меньше
фонового (табл. 4). Содержание Со, N1, Rb и Бг незначительно повышалось при использовании всех доз ОГОП (максимально - при применении ОГОП3, Кс = 1.07, 1.09, 1.18 и 1.10 соответственно). Уровень суммарного загрязнения почв химическими элементами от внесения в почву исследованных доз ОГОП был незначителен и отвечал уровню слабого загрязнения по сравнению с фоном < 10).
Применение отходов горно-обогатительного производства в качестве удобрения способствовало увеличению урожайности зеленой массы гороха в 1.13-1.36 раза по сравнению с фоновым вариантом (табл. 6).
Применение ОГОП в дозе Мо0.05 дало прибавку урожая зеленой массы гороха в среднем за 2 года 11.7 г/сосуд, или 21%. В год внесения отходов горно-обогатительного производства в почву урожайность повысилась относительно фонового варианта на 8.3 г/сосуд (14%), на второй год -на 15.1 г/сосуд (29%).
Таблица 4. Влияние ОГОП на среднее валовое содержание химических элементов в каштановой мучнистокарбонатной почве, мг/кг воздушно-сухой массы
Бе,% Мо 2П Си Со N1 РЬ Сг БП W ЯЬ Бг У Ва
Вариант
п = 5 п = 2
Фон 3.8±0.4 2.0±0.5 72.6±4.5 17.6±3.0 10.7±0.9 22.8±2.0 25.4±3.6 46.6±4.3 4.0±0.9 5.0 11 471 25 1040
Фон + ОГОП1 3.7±0.6 2.3±0.8 74.2±4.0 20.8±4.2 10.8±0.7 23.9±1.9 25.6±2.1 49.4±4.6 3.9±1.0 5.0 11 491 22 1010
Фон + ОГОП2 3.8±0.5 3.2±0.5 73.4±7.5 18.8±3.1 10.9±0.8 24.2±1.7 25.8±3.9 51.2±4.9 3.8±1.0 5.0 12 478 25 1000
Фон + ОГОП3 3.7±0.4 3.6±0.6 78.0±4.2 19.4±3.4 11.5±0.5 24.9±1.1 27.6±2.1 51.4±4.7 3.5±0.6 5.0 13 519 24 1010
Фон + ОГОП4 3.8±0.5 4.7±0.6 79.0±1.2 20.0±3.5 11.0±1.3 24.1±2.8 30.4±2.7 49.0±5.4 3.7±0.7 6.2 12 472 22 1010
Фон + ОГОП5 3.6±0.5 6.5±1.7 84.4±5.4 20.4±3.6 10.5±0.9 23.0±1.8 37.4±3.8 49.4±6.4 4.0±1.2 14.0 11 474 26 967
ОДК [14] - - 220 132 - 80 130 - - - - - - -
Среднее со- 3.8 2.0 50 20 8 40 10 200 10 - - 300 50 500
держание
в почвах мира
по [15]
То же по [16] 3.5 1.1 70 38.9 8 29 27 60 2.5 1.7 50 147 12 362
Примечание. Прочерк - нет данных.
Таблица 5. Влияние ОГОП на коэффициенты концентрации (Кс) и показатель суммарного загрязнения ^с)
каштановой мучнистокарбонатной почвы химическими элементами
Вариант Кс
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.