Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

Красноярский край обладает высоким лесоресурсным потенциалом. В результате деятельности деревообрабатывающих предприятий на свалки региона ежегодно вывозится около 2-х млн.т. коры, что является серьезным фактором загрязнения окружающей среды. Проблема вторичного использования этих отходов имеет не только хозяйственное, но и экологическое значение. Осиновая кора - крупнотоннажный отход Красноярского ЦБК, содержит все основные биогенные элементы в %: С (40.00), Si (17.74), K (2.86), Ca (9.30), Fe (2.50), Na (1.97), Mg (1.39), N (0.41), P (0.44), Mn (0.04), Zn (0.04), B (0.01), которые в процессе её минерализации могут быть доступны растениям. Осиновая кора характеризуется высоким содержанием органического вещества, при этом недостатком является низкое содержание азота, поэтому при её использовании необходимо обогащение этим элементом или компонентами, содержащими его в достаточном количестве. Проведенными исследованиями показана возможность использования осиновой коры в комплексе с местными агрорудами: сапропелем и природным цеолитом (в виде органо-минеральных композиций) для улучшения плодородия истощенных почв региона. Изучен компонентный состав органо-минеральных композиций. Сапропель, используемый нами в опытах по составу - известково-кремнистый (CaO -24.9%, SiO2 -50%), имеет нейтральную реакцию среды, низкий запас органического вещества (26-28%), но отличается высоким содержанием азота (1.9%). Исходя из состава коры и сапропеля, видно, что эти два компонента при совместном использовании могут увеличить все свои полезные свойства. Интерес к природным цеолитам обусловлен их уникальными адсорбционными, ионообменными свойствами и пролонгирующим эффектом.

Цеолит Сахаптинского месторождения представлен минералами группы гейландит-клиноптилолит, содержание которых в породе составляет около 40 %. Важным параметром цеолитсодержащего сырья является элементный состав, что особенно значимо при сельскохозяйственном использовании, поскольку существуют максимально допустимые уровни микроэлементов, которые регламентируются различными ТУ и методическими ограничениями. Методом спектрального анализа цеолитсодержащих образцов Сахаптинских пород установлен следующий микроэлементный состав в массовых процентах: Pb (0.002), Сd (<0.003), Sr (0.025), F (0.010), Mn (0.028), Zn (0.008), Cu (0.0055), B (<0.0003), Ni (0.0024), Mo (0.00015), V (0.0095). Не обнаружены мышьяк и ртуть. Видно, что содержание токсичных элементов в цеолитовом сырье значительно ниже ПДК. Это подтверждает экологическую безопасность их применения в составе удобрительных органо-минеральных композиций.

Изучен процесс трансформации органического вещества осиновой коры и следующих органо-минеральных композиций: короминеральных (Кора (К)+NмPc ), короцеолитовых (К+ NмPc + цеолит, внесенный в разных дозах 10,20 и 30% по весу) и коросапропелевых (К + NмPc : сапропель = 2:1). Процесс деструкции осиновой коры по конечным продуктам можно разделить на две ветви: минерализация и гумификация. В процессе минерализации происходит «биологическое сгорание» субстрата с выделением диоксида углерода и воды. Суммарное годовое количество СО2, выделившегося в процессе минерализации исследуемых композиций варьировало в пределах от 1409 г С/м2 до 1808 г С/м2 , образуя следующий ряд: К - контроль > К + NмPc + цеолит10%, > К + NмPc + цеолит 20%,> К + NмPc + цеолит 30%, > К + NмPс: сапропель = 2:1. Следует отметить, что наиболее интенсивно минерализация проходила в начальный период разложения (в течение первых трех мес. компостирования). По мере расходования легкогидролизуемых соединений интенсивность минерализационных процессов снижалась. Нашими исследованиями показано, что присутствующий цеолит в органо-минеральных композициях, сорбируя в своих порах и каналах промежуточные продукты разложения осиновой коры, тем самым, снижает минерализацию и создает условия для процессов гумификации. При гумификации же происходит трансформация органического вещества в новые, устойчивые к разложению продукты - гумусовые вещества, которые являются аккумулятором огромных запасов элементов питания и энергии. Проведенными исследованиями показано, что процесс трансформации органической массы одной коры (без внесения в нее каких - либо добавок) происходит медленно и характеризуется низкими показателями гумификации, что обусловлено широким отношением C:N (98), кислой рН и т.д. Внесение в кору в качестве компенсирующей добавки - сапропеля ликвидирует эти недостатки. В процессах трансформации бедной азотом коры происходит обогащение этим элементом за счет легкогидролизуемой фракции органического вещества сапропеля, содержание которой высокое и составляет 1376 мг/100 г. В результате отношение C:N сужается до 21, улучшается качество подготовленной удобрительной коросапропелевой смеси. Внесенные в кору минеральные удобрения вместе с цеолитом концентрируются на нем и не вымываются, а используются микроорганизмами для клеточных синтезов. Входящий в композиции цеолит нейтрализует, кислую реакцию среды исходной коры, создает благоприятные гидротермические условия, способствующие росту численности целлюлозоразлагающих и аммонифицирующих групп микроорганизмов, участвующих в биодеструкции органической массы осиновой коры и тем самым обеспечивает высокую интенсивность биохимических процессов, способствующих гумусонакоплению в этих композициях.

Углерод микробобиомассы (Смб) в короцеолитовых композициях превышал контрольный вариант в первые 3 мес. компостирования в 2.6-6.6 раз в зависимости от варианта и составлял 894 - 2292 мг/ 100 г по сравнению с контролем, где Смб составил 346 мг/100г.

В процессе трансформации органической массы осиновой коры под влиянием, внесенных в нее добавок, увеличивается количество подвижных форм органического вещества: щелочногидролизуемой (СNaOH ) и водорастворимой (СН2О ). В динамике в первые месяцы компостирования во всех исследуемых композициях преобладали водорастворимые формы органического вещества, которые служили ближайшими резервами минерализации, по мере увеличения срока компостирования их количество закономерно снижалось. Количество СNaOH в короминеральных увеличилось в динамике в 1.3-2.2 раза, в короцеолитовых - в 1.2-2.3 раза, по сравнению с контролем. В процессе трансформации в органо-минеральных композициях закономерно увеличивалось количество гуминовых кислот, и отметили снижение содержания фульвокислот. Объективным свидетельством произошедшей гумификации органо-минеральных композиций явилось изменение соотношения гуминовых (Сгк) и фульвокислот (Сфк) от 1.4 в 3-х месячном компосте до 2.0 в 1-годичном компосте короминеральной композиции и от 1.4-1.5 в 3-х месячных компостах до 2.0 - 2.1 в 1-годичных компостах короцеолитовых композициях.

Из-за изначально меньшего общего содержания органического вещества и высокого содержания N в коросапропелевой композиции, по-видимому, происходит быстрая минерализация новообразованного гумусоподобного вещества, что и обуславливает меньшее, по сравнению с короцеолитовыми композициями, содержание СNaOH , Сгк и узкое отношение Сгк:Сфк, которое составляет 1.2 в 3-х месячном компосте увеличиваясь до 1.5 в 1- годичном компосте.

Применение изученных органо-минеральных композиций в сельскохозяйственном производстве, с одной стороны, позволит увеличить количество доступных, дешевых нетрадиционных удобрений и стабилизировать почвенное плодородие, с другой, утилизировать крупнотоннажные отходы деревообрабатывающей промышленности совместно с местными агрорудами - природным цеолитом и сапропелем, тем самым улучшить экологическую обстановку региона. Кроме этого, добыча сапропеля и применение его в изученных композициях одновременно позволит провести оздоровления водоёмов, улучшить качество их вод, создать благоприятные условия для рыборазведения и мест отдыха.