01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
19.06.2017
15.06.2017
12.06.2017
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)
 27.10.2015

Лантан. Модифицированные цеолиты являются мощным средством, способным воздействовать на биологические процессы в системе почва — растение. Размеры полостей в цеолитах сопоставимы с размерами ионов лантана, поэтому ионы лантана, будучи внедренными в структуру цеолита, могут выполнять функции биокатализаторов, участвуя в ферментных системах, связанных с фиксацией атмосферного азота, активизировать азотный и углеводный обмен, воздействовать на процессы гумусонакопления и интенсифицировать продукционный процесс в агроценозах.
Применение редкоземельных элементов (РЗЭ) в качестве микроудобрений обосновано их активной ролью в формировании почвенного плодородия. Установлено, что под действием таких элементов, как лантан, самарий, неодим, сокращается на 10-15 суток вегетационный период растений, повышается всхожесть семян и урожайность гороха, пшеницы, сахарной свеклы, улучшается пищевое и кормовое качество сельскохозяйственных культур. Соединения лантана и других редкоземельных элементов катализируют фиксацию атмосферного азота азотобактером в посевах бобовых культур, интенсифицируют азотный обмен, участвуют в процессе гумусонакопления.
Известно, что эффективность микроудобрений во многом обусловлена технологией их внесения. Использование РЗЭ в виде солей может сопровождаться их вымыванием по почвенному профилю при обильном увлажнении или образованием ими труднодоступных для растений соединений в почве. Во избежание этого необходимо, чтобы микроэлемент выделялся в почвенный раствор постепенно, по мере потребления его растениями, для чего была разработана технология получения биологически активного микроудобрения (МУ) путем введения в матрицу природного цеолита катионов лантана.
Агрохимическую оценку МУ проводили в лабораторных и вегетационно-полевых опытах на каштановой почве с рНводн 6,8, с содержанием гумуса 1,42 %, общего азота — 0,10 %, с количеством подвижного фосфора 2,24 мг/100 г, обменного калия — 11 мг/100 г почвы. Валовое содержание лантана в почве 26,8 мг/кг, подвижной формы -0,6 мг/кг. В качестве опытных культур выбраны редис сорта Французский завтрак и листовой салат сорта Московский парниковый.
Лантан вносили в почву из расчета 3 и 6 мг элемента на 1 кг почвы в форме сульфата лантана La2(SO4)3 и в составе лантансодержащего микроудобрения (1 и 2 г МУ на 1 кг почвы). В качестве фона использовали нитрат аммония, двойной суперфосфат, сульфат калия из расчета N150P150K150.
Вследствие ограниченности биологических ресурсов, малой численности и обедненного видового состава микроорганизмов почвы Забайкалья характеризуются низким уровнем и замедленностью минерализации клетчатки. В ходе эксперимента обнаружено повышение степени разложения льняного полотна в каштановой почве под влиянием соединений лантана (рис. 3.26а), что свидетельствует об активизации деятельности целлюлозоразлагающих микроорганизмов и наиболее значительно - в составе МУ. Кроме того, прослеживается связь с количеством вносимого лантана - максимальная степень разложения (42,6 %) приходится на дозу 6 мг/кг. Внесение 3 мг/кг лантана в составе МУ эффективнее, чем использование микроэлемента в виде соли, и только двойная доза лантана в составе сульфата уравнивает их влияние на распад целлюлозы, поскольку оба варианта имеют одинаковую степень разложения - 39 %.
Действие других удобрений не имело явного преимущества перед модифицированным цеолитом. В соответствии со шкалой оценки интенсивности разрушения клетчатки, минеральные удобрения, а также чистый сульфат лантана повысили распад от слабой (28 % на контроле) до средней степени - 31,3-35,7 %. Морденитовый туф на фоне NPK несколько уступает по эффективности сульфату лантана.
Изменения целлюлозолитической активности под действием лантана коррелируют с уровнем нитратного азота в почве (r=0,62), что согласуется с выводом о тесной связи минерализации клетчатки с содержанием азота в растительных остатках.

Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Известно, что протеолитическая активность почвы рассматривается как показатель скорости гидролиза соединений белковой природы. Следовательно, протеазы играют существенную роль в превращении органических веществ в доступные для питания растений формы.
В контрольном варианте степень разложения эмульсионного слоя фотобумаги составила 0,72 % в сутки, минеральные удобрения и морденитовый туф повысили его деструкцию соответственно до 0,78 и 0,84 % (рис. 3.26,б). Соединения лантана активизировали протеолиз в большей мере; в вариантах с МУ влияние имела доза внесения - наибольший уровень разложения эмульсии, равный 1,6 % в сутки, отмечен при дозе лантана 6 мг/кг. Сульфат лантана по действию уступает МУ (степень деструкции 0,88-0,98 %), однако более эффективен, чем минеральные удобрения.
Высокая протеолитическая активность почвы в вариантах с лантаном, вероятно, обусловлена активацией ферментов протеолиза данным элементом. Лантаноиды, заменяя кальций, значительно ускоряют ферментативные процессы.
Протеазная активность определяет динамику усвояемых форм азота. В опыте о сопряженности процессов превращения азотсодержащих веществ в почве и активности ферментов азотного обмена свидетельствует корреляционная связь протеолитической активности с нитратной формой азота (r=0,61).
Исходное содержание нитратного азота в почве составило 2,11 мг/кг почвы. Создание благоприятных водно-температурных условий активизировало образование нитратного азота во всех вариантах. Максимум N-NO3- отмечен при 14-суточном инкубировании, кроме варианта с сульфатом (6 мг/кг), где пик нитратонакопления обнаружен после 7 суток (рис. 3.27).
Наибольшее количество N-NO3- обнаружено в варианте с МУ, при этом доза лантана не имеет существенного влияния. Действие морденитового туфа на фоне NPK на уровень нитратонакопления имело сходный характер с действием минеральных удобрений.
По мере затухания микробиологической деятельности вследствие исчерпания энергетических ресурсов происходит постепенное снижение нитрификации при более поздних сроках (30 и 45 сут.), кроме вариантов с МУ и сульфатом лантана (6 мг/кг), где наблюдается рост уровня нитратонакопления в конце опыта, и его стабильное повышение в почве после уборки гороха (рис. 3.27в), что свидетельствует о пролонгированном действии лантансодержащих микроудобрений на нитрифицирующую способность почвы, вероятно, в связи с активным вовлечением в процесс нитрификации резервных форм азотсодержащих органических веществ почвы.
Исходное содержание аммонийного азота в почве составляло 2,75 мг/кг. При компостировании почвы в вариантах с удобрениями количество N-NH4+ было низким в течение всего периода, что указывает на его вовлечение в процесс нитрификации (рис. 3.27в).
Микроэлементы для роста и развития растений имеют важное значение, активизируя протекание различных биологических процессов. Однако если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы, наблюдается угнетение жизнедеятельности растений. Для оценки влияния лантана на урожайность и качество выращиваемой продукции были выбраны редис и салат, как индикаторы, реагирующие на изменения плодородия почвы и имеющие наименьшие природные защитные барьеры от накопления тяжелых металлов.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Соединения лантана не оказали негативного влияния на урожайность редиса (табл. 3.30). Внесение в почву МУ (6 мг/кг) обеспечило получение наибольшей в опыте прибавки корнеплодов - 31,5 % к фону. Вариант с сульфатом лантана характеризовался снижением урожайности, по сравнению с МУ. Понижение дозы лантана до 3 мг/кг является не столь эффективным - прибавка урожая составила 20,8-26,4 % в зависимости от формы внесения. Однако в этих вариантах, по сравнению с внесением морденитового туфа совместно с NPK (прибавка 11,1 % к фону), урожайность выше, что свидетельствует о положительном влиянии лантана на продукционный процесс.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Внесение сульфата лантана в чистом виде не обеспечило увеличения массы корнеплодов по отношению к фону даже при двойной дозе лантана; наблюдалось повышение урожайности только по сравнению с контрольным вариантом. Следовательно, для увеличения эффективности лантансодержащих микроудобрений необходимо их совместное применение с минеральными.
Для изучения последействия МУ после уборки редиса был посеян листовой салат. Пролонгированное действие выразилось в увеличении зеленой массы салата с повышением дозы микроэлемента на 45,5-56,5 % и сухой массы на 25,0-32,1 % к фону (табл. 3.30). В вариантах с сульфатом лантана в сравнении с другими вариантами на фоне NPK также отмечается заметная прибавка зеленой массы салата: двойная доза лантана (6 мг/кг) по эффективности превысила МУ с дозой лантана 3 мг/кг. Однако максимальная в опыте прибавка урожая, зафиксированная в варианте с МУ с двойной дозой элемента, свидетельствует о более выраженном последействии модифицированного лантаном цеолита.
Применение лантансодержащего микроудобрения не только повлияло на урожайность овощных культур, но и обеспечило благоприятные условия для роста и развития растений, в связи с чем качественный состав корнеплодов редиса заметно улучшился, по сравнению с контрольным вариантом (табл. 3.31). Наиболее заметное влияние на содержание сахаров и аскорбиновой кислоты оказали варианты с лантаном. Максимальное содержание сахаров и аскорбиновой кислоты в корнеплодах редиса отмечено при использовании двойной дозы лантана в составе МУ: рост к фону происходил соответственно в 1,3 и 1,4 раза. Уменьшение дозы лантана в форме МУ до 3 мг/кг увеличило содержание сахаров и витамина С только в 1,2 и 1,3 раза, уступая по эффективности сульфату (6 мг/кг). По этим показателям внесение сульфата лантана превосходило полное минеральное удобрение и морденитовый туф в 1,1 раза.
Внесение микроудобрений несколько повысило количество нитратов, однако по вариантам опыта не обнаружено превышения ПДК (табл. 3.31). Уровень нитратонакопления, вероятно, обусловлен активизацией нитрификационных процессов в почве, вследствие чего максимум N-NO3- зафиксирован в варианте с МУ (6 мг/кг лантана) -239 мг/кг, а с минеральными удобрениями и морденитовым туфом на фоне NPK наблюдалось незначительное накопление нитратов в пределах 132,1-136,4 мг/кг.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Внесение лантана в почву с микроудобрениями способствовало повышению его уровня в корнеплодах до 0,11-0,13 мг/кг сырой массы в зависимости от условий опыта, причем наиболее заметно в вариантах с сульфатом и МУ с двойными дозами элемента (табл. 3.31). С минеральными удобрениями и морденитовым туфом уровень накопления лантана, по сравнению, с контролем практически не изменился.
Существенное увеличение общего азота в составе зеленой массы салата в варианте с МУ (в 2,5-2,9 раза по сравнению с фоном), на наш взгляд, также обусловлено активизацией азотного обмена в растениях под действием лантана (табл. 3.32). Использование сульфата лантана сопровождалось повышением общего азота только при внесении двойной дозы элемента. В остальных вариантах уровень содержания азота в растениях салата не превысил 0,56 %.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

В зеленой массе салата увеличилось содержание сырой золы, особенно в вариантах с сульфатом и МУ с дозой 6 мг/кг (табл. 3.32). Увеличение зольности обусловлено ростом содержания минеральных веществ: фосфора в 1,4-1,6 раза, калия - в 1,1, кальция - в 1,2 и магния в 1,1-1,2 раза по сравнению с контролем. Максимальное накопление этих элементов отмечено при использовании модифицированного лантаном цеолита.
Из литературных источников известно, что по распространенности в земной коре РЗЭ сравнимы с Co, Cu, Pb и содержание их составляет в среднем 8-10в-5 %. Значительные количества РЗЭ находятся в фосфатсодержащих породах - от 0,05 до 0,3 %. В почвах уровень РЗЭ зависит от состава почвообразующих пород и колеблется в пределах 0,001-0,003 %.
Сведения о содержании редкоземельных элементов (РЗЭ) в растениях малочисленны и противоречивы, что обусловлено как биологическими особенностями отдельных видов растений, так и условиями их выращивания. В то же время известно, что соединения РЗЭ обладают повышенной биологической активностью и используются в качестве микроудобрений, увеличивая урожай культур на 20-40 %, сухого вещества на 10-13 %, содержание белкового азота, кальция, сахаров и аскорбиновой кислоты.
При изучении эффективности микроудобрений важно установить их влияние не только на урожай, но и на поступление отдельных элементов в растения, определить их пороговое содержание в различных культурах.
Ранее в наших исследованиях было показано влияние лантана на увеличение потенциальной нитрификационной способности каштановой почвы, характеризующейся неблагоприятными водно-физическими свойствами, низким содержанием гумуса (1,4-2,5 %) и общего азота (0,10-0,14 %). Содержание нитратного азота возрастало от 2 до 27 мг/кг почвы по мере роста продолжительности инкубирования до 45 суток. Лантан оказывает стимулирующее действие на продукционный процесс в системе почва - растение. Урожайность зеленой массы гороха повышалась на 20-55 %, томатов - на 30-35 %, сладкого перца - на 27-32 %. Отмечено увеличение в зеленой массе гороха и овощах содержания сахаров, аскорбиновой кислоты и белкового азота. Применение лантансодержащего микроудобрения способствует активации микробиологической деятельности в каштановой почве, повышая численность микробоценоза (актиномицетов, грибов, дрожжей) и усиливая ферментативную активность почвы: каталазы, дегидрогеназы, протеазы, уреазы.
В вегетационных опытах рассмотрены результаты влияния разных доз лантана на урожай кукурузы сорта Буковинский-3 и гороха сорта Пелюшка и поступление их в органы растения. Опыты с кукурузой проводили на темно-каштановой легкосуглинистой почве с содержанием гумуса 2,91 %, хорошо обеспеченной подвижным фосфором, со средним содержанием обменного калия. Валовое количество лантана в почве 30 мг/кг.
Горох выращивали на серой лесной легкосуглинистой почве с содержанием гумуса 3,82 %, хорошо обеспеченной подвижным фосфором и обменным калием. Валовое содержание лантана 32 мг/кг почвы.
Рассмотрим данные по содержанию лантана в разных частях кукурузы (табл. 3.33). Наибольшее его количество аккумулируется в корнях: La - 0,33-1,16 мг/кг сухой массы. Причем в варианте с внесением МУ с содержанием La 3 мг/кг почвы концентрация лантана в 1,8 раза превышала концентрацию лантана, внесенного в такой же дозе (3 мг/кг) в виде La2(SO4)3. Следовательно, интенсивность поступления лантана невелика и зависимость между его концентрацией в почвенной среде и в растениях непрямая, что характерно для барьерного механизма поступления микроэлементов.
В листьях и стеблях концентрация лантана ниже, чем в корнях (табл. 3.33), следовательно, этот элемент в надземной массе кукурузы не накапливается.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Наибольшая прибавка урожая зеленой массы кукурузы - 16 % к фону — получена при дозе La 6 мг/кг и меньшая - 11 % - при дозе 3 мг/кг. Лантан в матрице цеолита (МУ) практически не оказывал влияния на формирование вегетативной массы растений (табл. 3.34).
Зафиксировано увеличение выноса азота зеленой массой кукурузы и снижение выноса фосфора и калия под влиянием лантана (табл. 3.35).
По коэффициентам биологического поглощения лантан характеризуется слабым (листья) и средним (стебли) уровнем его поглощения надземными органами кукурузы (табл. 3.35-3.37).
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

В химическом составе кукурузы (табл. 3.35) отмечено заметное увеличение общего азота в листьях при дозе лантана 6 мг/кг в форме МУ. В других вариантах также наметилась тенденция увеличения количества азота в листьях, по сравнению с фоновым. Отмечены незначительные изменения и в содержании минеральных элементов.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

По данным А.А. Маладаева, лантансодержащие удобрения, внесенные под горох на серой лесной почве, увеличивали его урожайность (прибавка 23-29 % к фону NPK). Наибольшее накопление зеленой массы гороха отмечено при дозе La 6 мг/кг почвы (табл. 3.38).
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

В химическом составе гороха во всех вариантах с La существенно возрастало количество общего азота и кальция - максимум при дозе 3 мг/кг, содержание жира при дозе 6 мг/кг в вариантах с МУ (табл. 3.39).
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Концентрация La в растениях гороха несколько повышалась при внесении лантансодержащих микроудобрений. В корнях гороха уровень La был в 4 раза выше, чем в вегетативной массе. По коэффициенту биологического поглощения вегетативной массой гороха (0,075-0,091) лантан характеризовался его низким уровнем.
Изучено изменение содержания подвижного фосфора и обменного калия в каштановой почве при внесении лантансодержащего микроудобрения под редис и листовой салат. Валовое содержание фосфора и калия в почве составляло 0,2-0,3 % и 3,65-4,03 % соответственно.
Данные таблицы 3.40 указывают на повышение количества в почве подвижного фосфора и обменного калия под влиянием морде-нитового туфа и лантана, причем наиболее выраженное действие характерно для лантана, сорбированного цеолитом (МУ La3 - МУ La6). Лантансодержащие микроудобрения повышали урожайность редиса и листового салата соответственно на 20,8-31,5 % и 17,9-30,7 %.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Морденитовый туф, вносимый на фоне NPK (вариант 2), оказывал меньшее влияние на содержание подвижных Р2O3 и К2О в почве, увеличение P2O5 составило 7,5 %, K2O - 1,9 % по отношению к фону. Максимальное по результативности действие оказывало лантансодержащее микроудобрение (МУ Lа6), при дозе 6 мг La/кг почвы содержание P2O5 увеличилось на 44,5 %; K2O - на 9,5 %, по сравнению с фоном. Выявлена тенденция повышения содержания подвижных P2O5 и K2O в каштановой почве при внесении как природного туфа, так и модифицированного лантаном природного туфа под редис и листовой салат.
Исследованиями И.Б. Чимитдоржиевой с соавт., A.A. Maладаева с соавт. установлено положительное влияние доз лантана на содержание физиологических групп микроорганизмов в каштановой и серой лесной почвах и фракционный состав азота.
Неодим. Разработана технология и получено неодимсодержащее микроудобрение. Оценку агрохимических свойств неодимсодержащего микроудобрения проводили в вегетационных опытах по схеме: 1 — контроль (фон), 2 - Nd (3 мг/кг), 3 - Nd (6 мг/кг), 4 - NPK - фон, 5 - фон + цеолит, 6 - фон + Nd (3 мг/кг), 7 - фон + МУ (3 мг/кг), 8 - фон + Nd (6 мг/кг), 9 - фон + МУ (6 мг/кг). Горох сорта Неосыпающийся, редис Французский завтрак, листовой салат Московский парниковый выращивали на каштановой легкосуглинистой почве с содержанием гумуса 1,42 %, хорошо обеспеченной подвижным фосфором, со средним содержанием обменного калия. Валовое содержание неодима в почве составляло 17,4 мг/кг почвы.
Неодим вносили в почву на фоне полного минерального удобрения в форме сульфата (3 и 6 мг на 1 кг почвы в расчете на элемент) и в виде микроудобрения (МУ), полученного по сорбционной технологии.
Нами в лабораторном опыте изучена потенциальная нитрифицирующая способность каштановой почвы под влиянием неодимсодержащих микроудобрений. В почве с исходным содержанием N-NO3 -1,97 мг, N-NH4 - 2,71 мг на 1 кг почвы в процессе инкубирования в течение 7 суток количество нитратного азота повышалось до 4,52-6,09 при внесении неодима соответственно в дозе 3 и 6 мг/кг почвы. Наибольшая интенсивность нитрификации отмечена при 14-суточном компостировании. Содержание нитратного азота в этот срок самое высокое за весь период - 7,04-8,42 мг/кг почвы. При внесении МУ наибольшее количество N-NO3 отмечается также при 14-суточном инкубировании и составляет 7,42-8,74 мг/кг почвы. По мере увеличения продолжительности компостирования до 30 суток содержание нитратного азота уменьшалось до 2,27-2,68 мг/кг почвы. При 45-суточном инкубировании количество нитратного азота в почве, удобренной неодимом, составляло 2,54-2,57 мг/кг почвы, что выше, чем в контроле. Это может свидетельствовать о пролонгировании действия микроудобрения и активном вовлечении в нитрификационный процесс резервных форм азотсодержащих органических веществ почвы.
Содержание аммонийного азота в почве при ее инкубировании находилось на более низком уровне, по сравнению с нитратным азотом, и составляло 2,07-2,24 мг/кг почвы, что обусловлено активностью нитрификации аммонийного азота. Динамика N-NH4 в удобренных вариантах выражена слабо.
При использовании неодимсодержащих микроудобрений повышение урожайности зеленой массы гороха относительно фона наблюдалось только при совместном внесении их с минеральными удобрениями (табл. 3.41). Существенную роль играет доза микроэлемента: наибольшие показатели зафиксированы при внесении неодима в количестве 6 мг/кг почвы. Применение только сульфата неодима не имело столь заметного влияния и по эффективности сравнимо с морденитовым туфом. Повышение урожайности гороха под влиянием цеолита происходило только на фоне NPK.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Данные таблицы 3.42 указывают на возрастание общего азота в составе зеленой массы гороха в вариантах с МУ на 5,5-11,8 %, по сравнению с контролем, что позволяет судить об активизации азотного обмена в растениях, соответственно которому наблюдается увеличение белковой формы азота на 10,5-15,6 %.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Важным показателем качества растительной продукции является содержание в ней необходимых минеральных веществ: фосфора, калия, кальция и магния. В вариантах с соединениями неодима отмечено повышение в зеленой массе гороха сырой золы на 7,3-12,8 % по отношению к контролю, калия на 7,5-15,2 %, кальция на 7,8-11,4 % и магния на 16,2-17 % (табл. 3.42). Наиболее заметное влияние на увеличение количества зольных элементов оказывало внесение неодима в составе МУ. Также наблюдалось возрастание содержания фосфора на 9,2-44 %. Можно предположить, что ионы неодима способствуют доступности растениям фосфора или же неодим препятствует ретроградации с минеральными удобрениями фосфора.
Повышение содержания калия в растениях, вероятно, вызвано увеличением подвижности катионов калия минеральных удобрений под влиянием ионов неодима, причем наиболее выраженное действие характерно для неодима, сорбированного цеолитом. Аккумуляция калия в варианте с морденитовым туфом вызвана тем, что находящийся в цеолите или поглощенный им калий становится доступнее для растений при наличии в почвенном растворе избыточного количества противоионов - H+ или NH4-.
Морденитовый туф, вносимый на фоне NPK, практически не оказывал влияния на содержание кальция в зеленой массе гороха. Аккумуляция кальция происходит за счет неодима, причем независимо от формы применения. Подобная закономерность проявляется и в отношении магния.
В полученной растительной продукции, согласно рекомендуемым нормам концентрации минеральных веществ в травах и кормах, их содержание находится на оптимальном уровне, за исключением P и Mg, которого достаточно только в вариантах с МУ и сульфатом неодима (доза 6 мг/кг).
Содержание неодима в зеленой массе гороха в контроле составило 0,27 мг/кг сухой массы. Внесение неодима в почву не оказало заметного влияния на его количество в горохе, которое было равно 0,30-0,34 мг/кг. Вариант с МУ характеризуется несколько пониженным содержанием неодима, по сравнению с Nd2(SO4)2, вероятно, вследствие медленного и постепенного выделения элемента в почвенную среду из цеолита.
Редис и салат имеют наименьшие природные защитные барьеры от накопления микроэлементов, избыток которых неблагоприятно отражается на жизнедеятельности растений. Соединения неодима не оказали негативного влияния, напротив, внесение в почву МУ обеспечило получение наибольшей в опыте прибавки массы корнеплодов - 27,9-32,6 % к фону в зависимости от дозы элемента (табл. 3.41).
При использовании МУ (6 мг/кг) отмечается максимальное увеличение содержания сахаров и витамина С в корнеплодах - соответственно на 32,4 и 37,6 % к фону (табл. 3.43). Уменьшение дозы неодима до 3 мг/кг способствовало увеличению сахаров и витамина С на 20,4-28,2 %.
Применение неодимсодержащих микроудобрений несколько повысило количество нитратов в корнеплодах, что, вероятно, обусловлено активизацией нитратонакопления в почве. Максимальное содержание нитратного азота, зафиксированное в варианте с МУ (6 мг/кг почвы), - 225 мг/кг, что существенно ниже ПДК.
Содержание неодима в корнеплодах редиса составило 0,10-0,14 мг/кг сырой массы в зависимости от условий опыта: внесение соединений неодима несколько повышает его содержание в растениях, тогда как в вариантах с минеральными удобрениями и морденитовым туфом концентрация элемента практически не изменилась.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Неодимсодержащие микроудобрения проявили последействие на второй культуре: пролонгированное действие МУ выразилось в увеличении сухой массы листового салата на 24,1-31,0 % к фону в зависимости от дозы неодима (табл. 3.41).
Зеленая масса салата в контрольном варианте содержала 17,8 % золы на сухую массу; применение удобрений увеличило ее содержание по вариантам опыта до 18,1-20,3 % (табл. 3.44). Наибольшим повышением зольности характеризовались варианты с МУ. Внесение удобрений стимулировало аккумуляцию минеральных веществ (%): фосфора - на 38-59, калия - на 4,8-10,3, кальция - на 4,6-13,8, магния - на 16,3. Максимальное накопление этих элементов наблюдается при использовании МУ.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Существенное увеличение общего азота в составе зеленой массы салата при внесении МУ (в 2,5-2,8 раза, по сравнению с фоном) и сульфата неодима (доза 6 мг/кг) обусловлено активизацией азотного обмена в растениях.
Самарий. Изучено влияние самария на урожай гороха и его распределение в разных органах растения в зависимости от концентрации в почве, т. к. растения обладают способностью ограничивать избыточное накопление редкоземельных элементов; определен коэффициент биологического поглощения и устойчивость растений к высоким концентрациям самария.
Почва вегетационного опыта каштановая легкосуглинистая, характеризуется следующими агрохимическими показателями: гумус -1,46 %, pH - 6,9, подвижные P2O5 и K2O (по Мачигину) - соответственно - 21,4 и 133,4 мг/кг. Валовое количество самария в почве - 5,3 мг/кг.
Самарий вносили в почву на фоне полного минерального удобрения (фон NPK) в форме сульфата (0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 мг Sm/кг почвы) и в виде микроудобрения (МУ), полученного по сорбционной технологии насыщением природного морденитсодержащего туфа из 0,01-0,05 %-ного раствора Sm2(SO4)3. Массовая доля цеолита в туфе, определенная методом рентгеноструктурного анализа с помощью ПЦЛ-2, составила 60-62 %. Размер зерен туфа 1—2 мм, отношение масс цеолита и раствора сульфата самария 1:10. Содержание Sm в морденитовом туфе, сорбированное цеолитом, составляло 0,5-3 мг/г цеолита (Кожевникова и др., 2008ж). В почву вносили 1 и 2 г самарийсодержащего цеолита на 1 кг почвы.
Схема опыта: 1) N150P150K150 - фон (контроль); 2) фон+морденитовый туф; 3) фон+Sm0,5; 4) фон+Sm1,0; 5) фон+Sm2,0; 6) фон+Sm3,0; 7) фон+Sm4,0; 8) фон+Sm6,0; 9) фон+МУ (Sm0,5); 10) фон+МУ (Sm1,0); 11) фон+МУ (Sm2,0); 12) фон+МУ (Sm3,0); 13) фон+МУ (Sm6,0).
Внесение самария в форме сульфата Sm2(SO4)3 и микроудобрения МУ (Sm0,5-6,0), в котором самарий находится в сорбированном цеолитом виде, не оказывало существенного влияния на изменение содержания этого элемента в надземных органах гороха (табл. 3.45). В корнях самария накапливалось в 2,0-2,3 раза больше, по сравнению с листьями или стеблями. Под действием сульфата самария содержание самария в корнях оказалось больше, чем при внесении МУ. Следовательно, поступление элемента из сульфата в корни превышает его поступление из МУ, что обусловлено меньшей его доступностью корням в сорбированном виде, чем при внесении Sm в форме соли, которая растворима в почвенном растворе и не способствует закреплению самария каштановой почвой легкого гранулометрического состава. Количество вносимого в почву самария влияло на содержание элемента, как в надземных органах, так и в корнях, возрастая с увеличением дозы Sm от 0,5 до 6,0 мг на кг почвы. Интенсивность поступления самария была невелика, поэтому зависимость между его концентрациями в почвенной среде и в растениях непрямая, что характерно для «барьерного» механизма поступления микроэлементов.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

В контроле содержание самария в листьях и стеблях гороха было почти одинаково. При дозе элемента 4,0 и 6,0 мг/кг почвы отмечено его увеличение в надземных органах в 1,3-1,5 раза, а в корнях - в 1,8-2,2 раза (табл. 3.45).
По величине коэффициента биологического поглощения листьями и стеблями гороха установлено, что самарий, КБП которого изменялся в пределах 0,15-0,43, относится к элементам среднего уровня захвата, как и неодим. Для лантана же характерен слабый уровень поступления в надземные органы.
Наибольшая прибавка зеленой массы гороха (49 и 51 % к фону) получена при дозе самария 3 мг/кг. Модифицированный самарием цеолит (МУ) практически не оказывал влияния на формирование вегетативной массы растений, прибавка урожая, по сравнению с Sm2(SO4)3 (Sm3,0), не превышала 2,4 % (табл. 3.46). Вероятно, природный цеолит за счет высокой сорбционной способности уменьшал поступление питательных элементов, особенно азота и калия, в растения, снижая эффективность МУ. При дозе Sm 0,5-2,0 мг/кг влияние МУ на продуктивность гороха было более существенным, прибавка урожая, по сравнению с Sm2(SO4)3, составила 5; 8,8; 4,9 % соответственно для МУ (Sm0,5), МУ (Sm1,0), МУ (Sm2,0). При увеличении дозы Sm до 4 и 6 мг/кг наблюдалось снижение продуктивности гороха на 6-27 %. Значительное увеличение урожая надземной массы гороха в вегетационном опыте происходило только при низких дозах самария 0,5-3,0 мг/кг (табл. 3.46). При повышении концентрации самария в почве биомасса корней уменьшалась, а отношение надземной массы к подземной увеличивалось. Под влиянием самария в фитомассе гороха отмечены заметные изменения содержания азота. Во всех вариантах с Sm возрастало количество общего и белкового азота, особенно при дозах 2,0-3,0 мг Sm независимо от формы его внесения (табл. 3.46). Существенное увеличение общего и белкового азота в кормовых и овощных культурах установлено также при внесении лантан- и неодимсодержащих микроудобрений, что обусловлено активизацией азотного обмена в малоплодородных супесчаных и легкосуглинистых почвах под влиянием редкоземельных элементов.
Изучено влияние морденитсодержащего туфа на сорбцию самария каштановой почвы Забайкалья.
Концентрацию водорастворимой, ионообменной и кислоторастворимой форм самария определяли по последовательной схеме. Навеску почвы 6 г заливали раствором соответствующего экстрагента (бидистиллированная вода, ацетатно-аммонийный буфер (АББ) pH 4,8 и 1 M HCl) при соотношении почва:раствор = 1:10. Суспензию встряхивали на ротаторе в течение 1 часа, после чего фильтровали и анализировали на спектрофотометре.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Морденитсодержащий туф Мухор-Талинского месторождения вносили в почву в дозах 3,3; 6,7 и 10 г/кг в сухом виде (размер зерен 1-2 мм) и тщательно перемешивали.
Для исследования сорбционной способности почвы (в Са-форму почву не переводили) готовили растворы Sm2(SO4)3 разной концентрации - 0,001; 0,002; 0,005; 0,007; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 М, что позволило изучить сорбцию в широком диапазоне концентраций. Навески почвы массой 5 г помещали в колбы, добавляли по 50 мл растворов Sm2(SO4)3, встряхивали на ротаторе в течение 1 часа и отстаивали в течение 45 час. Затем растворы отфильтровывали, в фильтрате определяли равновесные концентрации ионов Sm3+. Количество поглощенных почвой рассчитывали по разности концентраций самария в растворе до и после сорбции из результатов трех параллельных опытов, относительная погрешность определения не превышала 3 %.
Образцы каштановой почвы были отобраны на участке, не подверженном техногенному воздействию. Полученные данные по сорбционной способности почвы по отношению к ионам Sm3+ не являются заниженными. Валовое содержание самария в почве составляло 6,5, водорастворимого - 0,11, обменного — 0,27, кислоторастворимого — 0,44 мг/кг.
Форма изотермы сорбции определялась взаимодействием ионов самария с водой и поверхностью почвенных частиц. В водных растворах Sm3+ протекали процессы гидратации, гидролиза, полимеризации и комплексообразования. В водных сульфатных растворах образовывались аква-, гидроксоаквакомплексы и анионные комплексы: [Sm(H2O)n]3+, [Sm(H2O)nOH]2+, n=5-8; [Sm(SO4)2]-.
Изотерму сорбции самария каштановой почвой хорошо описывает уравнение Лэнгмюра:
Q =X/m = Qmax * kС/(1+кС),

где Х/m - количество сорбированных ионов, приходящихся на единицу массы сорбента, Qmax - максимальное количество вещества, адсорбируемое сорбентом (его сорбционная емкость), к - константа равновесия, С - равновесная концентрация раствора (рис. 3.28).
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

При концентрации самария в растворе <0,01 ммоль/л количество поглощенного элемента быстро увеличивалось. При концентрации самария в растворе ≥0,02 ммоль/л кривая выходила на плато (участок насыщения). Форма изотермы подтверждает высокую избирательность почвы к элементу при низких концентрациях самария в ППК и растворе, избирательность уменьшается при увеличении доли самария в сумме обменных катионов.
Цеолиты — пористые каркасные алюмосиликаты, являющиеся эффективными сорбентами. Их уникальные сорбционные и ионообменные свойства обусловлены наличием крупных (3-7 А) полостей в структуре. Экспериментальные данные по влиянию цеолита на процессы сорбции Sm3+ каштановой почвой представлены на рисунке 3.29.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Внесение в почву указанных доз цеолита увеличивало количество сорбированных ионов самария в 2-2,3 раза. С увеличением концентрации растворов сульфата самария (≥0,025 ммоль/л) увеличение дозы цеолитов не вызывало роста количества поглощенного самария.
Параметры уравнения Ленгмюра для сорбции самария каштановой почвой и смесью почвы с цеолитом при их совместном присутствии приведены в таблице 3.47.
Агрохимическая оценка модифицированных природных цеолитов (на примере морденитсодержащих туфов)

Примечание. k - константа сорбции ионов самария (III), Qmax - максимальное количество ионов самария (III), адсорбируемое сорбентом (его сорбционная емкость).
Таким образом, показано увеличение сорбции ионов самария каштановой почвой при применении морденитсодержащего туфа, что может послужить основой для разработки технологии повышения плодородия этой почвы и применения самарийсодержащего удобрения при выращивании сельскохозяйственных культур.