АГРОХИМИЯ, 2008, № 12, с. 63-79
== ОБЗОРЫ :
УДК 631.823(479.22)
ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ГОРНЫХ ПОРОД
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
© 2008 г. Т. Г. Андроникашвили, Т. Ф. Урушадзе*
Институт физической и органической химии им. П.Г. Меликишвили
0186 Тбилиси, ул. Джикия, 5, Грузия *Тбилисский государственный университет им. Иванэ Джавахишвили 0128 Тбилиси, просп. Ильи Чавчавадзе, 3, Грузия E-mail: t_urushadze@yahoo.com Поступила в редакцию 07.05.2008 г.
Представлены результаты исследований, посвященных использованию в растениеводстве цеолит-содержащих горных пород в чистом виде и в сочетании с минеральными и органическими удобрениями, выполненных в Грузии за период 1976-2005 гг. При внесении таких пород улучшаются физико-химические и агрохимические свойства почв, повышается урожайность и улучшается качество сельскохозяйственной продукции. Это влияние заметнее проявляется на малоплодородных почвах. В ряде случаев в течение 2-3 лет отмечен положительный эффект последействия.
ВВЕДЕНИЕ
В научной литературе в последние годы появляются публикации, посвященные цеолитам. В настоящее время трудно найти область науки, техники, промышленности, сельского хозяйства, где бы не нашли применение эти удивительные минералы. Известный американский ученый Ф. Мамптон в недавно опубликованной статье назвал их "La roca magica" - волшебным камнем [1]. Это определение можно отнести не только к природным, но и к синтетическим цеолитам. Практическое применение каждого из них имеет свои плюсы и минусы. Синтетические цеолиты характеризуются хорошо и четко выраженной микроструктурой, содержание аморфной фазы в них незначительно. Они представлены различными типами строения, многие из которых не имеют аналогов в природе. Все они дефицитны и дорогостоящи, поэтому могут быть использованы только в ограниченных количествах для осуществления важных технологических процессов, таких как катализ, осушение, очистка различных газовых и жидких систем.
Используемые в практике природные цеолиты в основном относятся к минералам седимента-ционного происхождения, промышленные месторождения их распространены достаточно широко во многих странах. Содержание цеолитов в горных породах изменяется в большом диапазоне, т.к. кроме основного минерала в них присутствуют различные примеси в виде кварца, полевого шпата, монтмориллонита, вулканического пепла и др. Поэтому им не свойственна четко выраженная микроструктура, имеет место нарушение однородности пор (частичная потеря молекулярно-
ситового эффекта по сравнению с синтетическими цеолитами), но они дешевле синтетических цеолитов и более доступны. Они могут быть широко использованы как в сельском хозяйстве (растениеводство, животноводство), так и для решения природоохранных проблем и рекультивации загрязненных земель [2, 3].
Расширение применения природных цеолитов в растениеводстве в последнее время во многих странах вызвано целым рядом причин. XXI век выдвигает на первое место весьма актуальную проблему продуктов питания для человечества. По прогнозам ООН, население во всем мире к 2015 г. увеличится до 8 млрд., т.е. почти в 1.5 раза по сравнению с сегодняшним днем. Еще в тридцатых годах прошлого столетия профессор А.Я. Чаянов, сподвижник академика Н.И. Вавилова, писал: "Все будущее нашей Родины, вся прочность нашей демократической государственности будет зависеть от энергичного и быстрого подъема нашего земледелия, от того насколько удастся нам вырастить два колоса там, где теперь растет один" [4].
Вместе с тем площадь используемых в сельском хозяйстве земель катастрофически уменьшается под воздействием природной и техногенной деградации (эрозии), в основном вызванной неразумной человеческой деятельностью. В течение XX столетия в мире безвозвратно потеряно 2 млрд. га (27%) всех пригодных для сельского хозяйства земель [5]. Поэтому задача повышения урожайности сельскохозяйственных культур за счет как интенсивного и рационального использования минеральных удобрений,так и рекульти-
вации деградированных и загрязненных земель весьма актуальна.
Одним из показателей эффективности использования удобрений является отношение стоимости урожая к стоимости удобрения, что определяет интерес производителей к использованию последних. Во многих странах мира этот показатель остается довольно низким. Кроме того, из-за несовершенного использования минеральных удобрений (почти 50% их не усваивается растениями) они загрязняют окружающую среду. Исследования последних лет показали, что при правильном использовании минеральных удобрений и проведении других мероприятий (борьба с сорняками, использование качественных семян для посева) можно добиться практически 100%-ного усвоения растениями питательных веществ. Потенциально возможная урожайность некоторых основных сельскохозяйственных культур существенно отличается от реальной средней урожайности и составляет (в т/га) для пшеницы 14 (наивысшая реальная средняя урожайность - 5.9), для риса 14 (6.6), для кукурузы 22.0 (6.9) [5]. Рекультивация деградированных, так называемых "бросовых земель", пока довольно дорогой процесс, требующий больших капитальных вложений и финансовых издержек, зачастую себя оправдывающих.
Поэтому исследования, направленные на изучение возможности применения природных цеолитов в растениеводстве, хотя бы для частичного решения поставленных выше задач, вполне оправданы. Эти работы можно подразделить на 3 группы [6]. Первая группа - использование цео-литсодержащих горных пород с целью создания специальных субстратов для тепличных хозяйств. Вторая группа - использование этих горных пород в открытом грунте - внесение их в почву с целью ее кондиционирования, детоксикации от загрязняющих опасных веществ, а самое главное - для создания на их основе удобрений пролонгирующего действия. Обычно цеолитизированные горные породы вносят в почву по-разному: только измельченные породы; в смеси с минеральными удобрениями, последние в ряде случаев в количествах, ниже принятых агротехнических норм; в смеси с органическими удобрениями (с навозом КРС, со свежим птичьим пометом или со свиными экскрементами); в смеси одновременно с минеральными и с органическими удобрениями. Третья группа -использование цеолитсодержащих пород как носителей пестицидов, с целью повышения эффективности действия последних.
Первые исследования по применению природных цеолитов седиментиционного происхождения в растениеводстве были проведены в 1960-х гг. в Японии [7, 8]. Позднее подобные работы были проведены в Болгарии, Венгрии, Румынии, Словакии, Греции, Италии, Англии [9, 10]. Особенно
отметим работы болгарских ученых, которые систематически, начиная с 1976 г. [11] по настоящее время [12], интенсивно ведут исследования по применению природных цеолитов в растениеводстве.
На американском континенте исследования по применению природных цеолитов в растениеводстве главным образом проводятся в США [1, 13, 14], а с 1980 г. наиболее активно и эффективно - на Кубе [15-17]. С 2004 г. налажен экспорт кубинских природных цеолитов для их использования в растениеводстве стран Латинской Америки. Научный центр в Сан-Паулу (Бразилия) координирует эти работы в странах Южной Америки.
В республиках бывшего Советского Союза исследования по применению природных цеолитов в растениеводстве были начаты в 70-х гг. XX столетия: в России (в основном в Сибири и на Дальнем Востоке) [18-20], Украине [21] и Грузии [22]. Пик развития подобных исследований приходится на период 1980-1990 гг. [23-25].
До распада СССР работы по исследованию и применению природных цеолитов осуществлялись по специальным научно-техническим программам "Цеолиты Сибири", "Цеолиты Грузии", "Цеолиты России" (1987-1990 гг.). В настоящее время, несмотря на то, что эти программы финансируются только частично (1991-1995 гг.), в России проводятся подобные фундаментальные исследования с большим практическим выходом, подтверждающим несомненную перспективность использования данного минерального сырья в растениеводстве [26]. В Грузии работы по применению природных цеолитов в растениеводстве были начаты в 70-80 гг. и, несмотря на определенные трудности, продолжаются [27, 28].
МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ГОРНЫХ ПОРОД
Цеолиты в природе встречаются в виде гидротермальных и вулканогенно-осадочных геологических образований. Практическое значение имеют только вулканогенно-осадочные цеолиты, промышленные месторождения которых широко распространены во всем мире. К природным цеолитам, встречающимся в осадочных породах, относятся: анальцимы, клиноптилолиты, гейланди-ты, мордениты, филлипситы, эриониты, шабази-ты, ломонтиты. Запасы таких цеолитсодержащих горных пород велики. Только в западных областях США имеется 108 т клиноптилолита, 107 т эрионита, 5 х 106 т филлипсита, 5 х 106 морденита и 5 х 105 т шабазита с высоким их содержанием в породе [29]. Все эти месторождения отличает близкое залегание руд от земной поверхности, что в значительной степени облегчает их эксплуатацию. На огромных участках дна Тихого океа-
Таблица 1. Валовой химический состав цеолитсодержащих горных пород, характерных для некоторых месторождений Грузии,%
Порода, месторождение Б102 Т102 Л12О3 Ре2О3 РеО МпО Mg0 СаО №20 К2О Р2О5 Н2О
Анальцимсодержащая порода, Кута-иси-Гелати, Западная Грузия 53.9 Нет 20.7 1.77 1.22 0.01 0.65 1.05 9.43 2.82 Нет 9.00
Гейландит-клиптилолитсодержащая горная порода Тедзами, Восточная Грузия 56.3 0.25 14.8 4.09 0.54 0.03 1.71 6.01 1.59 1.01 Следы 14.3
Морденитсодержащая горная порода, Болниси (Восточная Грузия) 70.7 0.20 9.25 3.85 0.38 0.003 0.38 3.30 1.60 1.25 0.20 8.52
Филлипситсодержащая горная порода, Шухути (Западная Грузия) 50.0 0.39 16.4 3.89 0.36 0.07 1.90 4.56 0.40 7.50 Нет 14.0
Ломонтитсодержащая горная порода, Тбилиси, Ботанический сад (Восточная Грузия) 67.3 0.31 13.0 1.98 0.44 0.03 0.86 4.90 2.39 0.99 0.16 7.52
Примечание. Основные сопутствующие минералы: кальцит. монтмориллонит, плагиоклаз, роговая обманка, рудные минералы, пироксен, полевой шпат, хлорит, кварц.
на обнаружены осадки, содержащие более 50% филлипсита [29].
На территории бывшего Советского Со
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.