научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ И ФОСФОГИПСА В КАЧЕСТВЕ МЕЛИОРАНТОВ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ В МОДЕЛЬНОМ ОПЫТЕ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ И ФОСФОГИПСА В КАЧЕСТВЕ МЕЛИОРАНТОВ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ В МОДЕЛЬНОМ ОПЫТЕ»

АГРОХИМИЯ, 2011, № 9, с. 77-81

Экотоксикология

УДК 632.122.2:547.912:631.841:631.85

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ И ФОСФОГИПСА В КАЧЕСТВЕ МЕЛИОРАНТОВ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ В МОДЕЛЬНОМ ОПЫТЕ

© 2011 г. С.И. Колесников, Д.К. Азнаурьян, К.Ш. Казеев, Т.В. Денисова

Южный федеральный университет, биолого-почвенный факультет 344006 Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, Россия E-mail: kolesnikov@sfedu.ru

Поступила в редакцию 22.11.2010 г.

Исследования в модельном опыте показали возможность использования мочевины и фосфогипса в качестве мелиорантов нефтяного загрязнения почв. Особенно эффективным было их совместное применение.

Ключевые слова: мочевина, фосфогипс, мелиоранты, нефтезагрязненные почвы, модельный опыт.

ВВЕДЕНИЕ

Фосфогипс - отход производства фосфорсодержащих удобрений. В зависимости от технологического процесса получения фосфорной кислоты фосфогипс выходит в форме дигидрата или полугидрата сульфата кальция.

В мире ежегодно образуется около 100 млн т фосфогипса, и он практически весь (99%) направляется в отвалы или сбрасывается в море. Это объясняется тем, что зарубежный фосфогипс, уступая по чистоте природному гипсу, содержит еще и радиоактивную составляющую, что значительно удорожает процесс его очистки. Отечественный фосфогипс, получаемый при переработке Кольского апатитового концентрата, нерадиоактивен, а по содержанию Са804 достигает ~ 90-95%. Основные вредные составляющие (фтор и остатки фосфорной кислоты) нейтрализуются в процессе его подготовки к использованию. Использование фосфогипса в России в прошлые годы достигало ~ 2.5 млн т/год (> 10% от текущего выхода). Были построены крупные производства по его переработке. Однако в настоящее время в силу сложившихся обстоятельств (дорогие энергоносители и транспортные перевозки, сокращение объемов строительства, нарушение связи производитель-

* Исследование выполнено в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 гг. (госконтракты П169, П322) и при государственной поддержке проекта "Ведущая научная школа" (НШ-5316.2010.4).

потребитель) производства по переработке фос-фогипса не работают, а поставка фосфогипса сельскому хозяйству и цементной промышленности не выгодна из-за высоких транспортных расходов.

Таким образом, использование фосфогипса как мелиоранта почв возможно, благодаря содержанию в нем кальция, а также фосфора и ряда других элементов питания. Фосфор является важным макроэлементом для растений, кальций улучшает структуру, водно-воздушный режим, окислительную способность и другие свойства почв, а именно эти свойства почвы нарушаются в первую очередь при загрязнении нефтью. Кроме того, использование фосфогипса в качестве мелиоранта способствует решению вопроса его утилизации.

Мочевина - одно из наиболее распространенных азотных удобрений - содержит 46% азота. Азот является одним из важнейших элементов в питании растений и микроорганизмов. Мочевину вносят для оптимизации соотношения углерода и азота (С : К) с целью стимуляции микробиологической активности почвы и разложения нефти. Это важно в связи с тем, что при загрязнении почвы нефтью содержание углерода увеличивается и изменяется его соотношение с азотом. В таких условиях микробиологическая активность резко снижается. Внесение азота восстанавливает оптимальное для микробиологической деятельности соотношение С : К, стимулирует активность микроорганизмов и увеличивает скорость разложения нефти.

Цель работы - изучение возможности использования фосфогипса и мочевины в качестве мелиорантов нефтезагрязненных почв.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Изучить воздействие нефти, фосфогипса и мочевины на традиционные биоиндикаторы состояния почвы: активность каталазы, дыхание почвы, целлюлозоразрушающую активность.

2. Установить наличие или отсутствие мелиоративного эффекта применения фосфогипса и мочевины раздельно и совместно.

3. Исследовать динамику восстановления почвы после внесения мелиорантов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленной цели был проведен модельный опыт, включавший 8 вариантов: 1) контроль - исходная почва, 2) нефть, 3) мочевина, 4) нефть + мочевина, 5) фосфогипс, 6) нефть + фосфогипс, 7) мочевина + фосфогипс, 8) нефть + мочевина + фосфогипс.

Нефть вносили в количестве 5% от массы почвы (табл. 1). Это доза хорошо изучена в ходе предыдущих исследований на кафедре экологии и природопользования и часто встречается при загрязнении почв нефтью.

Фосфогипс вносили в дозе 50 г/кг почвы. Доза рекомендована в работе [1]. Мочевину вносили в количестве, приводящем соотношение углерода и азота (С : К) к 5 : 1. Такое соотношение считается благоприятным для микробиологической деятельности.

В качестве объекта исследования был использован чернозем обыкновенный североприазовский. Отбор почвы для модельных опытов производили на территории Ботанического сада Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Мощность гумусового горизонта использованного чернозема составляла около 80 см, гранулометрический состав тяжелосуглинистый, реакция среды 7.7, содержание гумуса - 4.1%, общий азот (по Кьельдалю) - 0.25%; общий фосфор (по Гинзбург с соавт.) - 0.18, подвижный фосфор (по Ма-чигину) - 28.8 мг/кг, общий калий (по Берцелиу-су) - 2.06%.

Нефть и мелиоранты вносили во влажную почву. Модельные опыты проводили в трехкратной повторности. Почву инкубировали при оптимальной температуре и влажности. Лаборатор-но-аналитическое определение биологических

Таблица 1. Характеристики использованной в исследовании нефти (химическая лаборатория нефтебазы "Шесхарис", Новороссийск, 2000 г.)

Показатель Метод определения Показатель

Плотность при 20°С, кг/м3 ГОСТ 3900-85 0.8616

Массовая доля Б, % ГОСТ 1437-75 1.34

Массовая доля Н20, % ГОСТ 2477-65 0.27

Концентрация хлористых солей, мг/дм3 ГОСТ 21534-76 73.0

Массовая доля механи- ГОСТ 6370-83 0.0060

ческих примесей, %

Массовая доля парафина, % ГОСТ 11851-85 4.46

Выход фракций, % до 200°С до 300°С до 350°С ГОСТ 2177-82 25 46 55

показателей проводили через 10, 30 и 90 сут после загрязнения. Исследовали воздействие нефти, фосфогипса и мочевины на традиционные биоиндикаторы состояния почвы: активность каталазы, "дыхание" почвы, целлюлозоразрушающую активность.

Активность каталазы измеряли по скорости разложения перекиси водорода по методу Галстя-на [2]. Целлюлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 10 сут [3]. Актуальное дыхание почвы определяли по методу Карпачевского в модификации Казе-ева и Колесникова [4].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Загрязнение чернозема обыкновенного нефтью значительно снизило его каталазную активность -на 25-30% (вариант 2) (табл. 2). Внесение фосфо-гипса и мочевины как раздельно, так и совместно также несколько уменьшало активность фермента (варианты 3, 5, 7). Но при этом во всех исследованных случаях использование фосфогипса и мочевины как раздельно, так и совместно увеличивало активность каталазы в загрязненной нефтью почве (варианты 4, 6, 8) по сравнению с вариантом загрязнения нефтью без использования мелиорантов (вариант 2). Наилучший мелиорирующий эффект оказала мочевина (вариант 4). Она увеличила исследованный показатель на 20-30% по сравнению с вариантом загрязнения нефтью

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ И ФОСФОГИПСА... 79

Таблица 2. Активность каталазы нефтезагрязненного чернозема при его мелиорации мочевиной и фосфогип-сом, мл О2/г почвы/мин

Время экспозиции, сут

Вариант 10 30 90

1 2 1 2 1 2

1. Контроль 14.4 0.2 14.6 0.5 14.0 0.3

2. Нефть 10.8 0.2 10.7 0.6 9.8 0.4

3. Мочевина 14.1 0.4 13.6 0.6 13.4 0.5

4. Нефть + мочевина 12.0 0.3 13.1 0.5 12.2 0.4

5. Фосфогипс 14.0 0.1 13.9 0.2 13.2 0.2

6. Нефть + фосфогипс 11.2 0.1 12.6 0.4 10.5 0.3

7. Мочевина + фосфогипс 13.7 0.1 13.1 0.4 12.5 0.3

8. Нефть + мочевина + фосфогипс 12.2 0.3 11.8 0.5 11.1 0.4

Примечание. В графе 1 - среднее, 2 - ошибка среднего. То же в табл. 3, 4.

без использования мелиорантов (вариант 2). Внесение фосфогипса или мочевины и фосфогипса совместно увеличивало активность каталазы на 10-20% (варианты 6, 8).

Однако ни в одном случае активность каталазы не восстановилась полностью до величин ее активности в незагрязненной почве. Не было зафиксировано какой-либо однозначной динамики изменения активности каталазы с момента загрязнения нефтью и внесения мелиорантов. Величина ошибка опыта, т.е. варьирование величины активности фермента, была меньше в 1-й срок экспозиции - 10 сут, после чего она увеличилась.

Загрязнение чернозема обыкновенного нефтью понизило целлюлозолитическую активность на 22-35% (вариант 2) по сравнению с контролем (вариант 1) (табл. 3). При внесении фосфогипса и мочевины раздельно (варианты 3, 5), а также совместно (вариант 8) в незагрязненный нефтью чернозем была зарегистрирована стимуляция цел-люлозоразрущающей способности почвы во всех исследованных случаях от 1 до 18%. Также наблюдали увеличение скорости разложения целлюлозы при внесении этих мелиорантов в нефтезаг-рязненню почву (варианты 4, 6, 8) по сравнению с загрязненной нефтью почвой без использования мелиорантов (вариант 2). Внесение в нефте-загрязненную почву мочевины (вариант 4) и мочевины с фосфогипсом (вариант 8) в отдельные сроки привело к увеличению целлюлозолитичес-кой активности по сравнению с незагрязненной почвой (вариант 1) до 10%. Загрязнение почв нефтью оказало не столь заметное воздействие на интенсивность выделения из почвы углекислого газа (вариант 2). Достоверное снижение зарегистрировано только на 10-е сут после загрязнения.

При внесении фосфогипса и мочевины раздельно (варианты 3, 5), а также совместно (вариант 8) в незагрязненный нефтью чернозем было зарегистрировано усиление дыхания почвы во всех исследованных случаях от 1 до 26% (табл. 4). Также наблюдали увеличение выделения углекислого газа из почвы при внесении этих мелиорантов в нефтезагрязненню почву (варианты 4, 6, 8) по сравнению с загрязненной нефтью почвой без использования мелиорантов

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.

Показать целиком