Оценка поглотительной способности углей различной степени метаморфизации на примере фиксации калия | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. № 44. DOI: 10.17223/19988591/44/1

Оценка поглотительной способности углей различной степени метаморфизации на примере фиксации калия

Приведены результаты лабораторного опыта по изучению калийфиксирующей способности трех видов угля различной степени метаморфизации (антрацит, каменный, бурый) крупнейших месторождений Западной Сибири, а также лессовидного суглинка и гумусового горизонта агрочернозема для сравнительной оценки. Калийные удобрения (в форме KCl) вносили однократно в дозах 25 и 50 мг К на 100 г субстрата (варианты К25 и К50). Также предусмотрен вариант без внесения удобрений (К0). Опыт проведен в режиме попеременного увлажнения-высушивания субстратов с удобрениями и отбором проб через 1, 5, 15, 30 и 150 дней. Установлено, что в среднем за 5 месяцев проведения эксперимента субстраты по калийфиксирующей способности выстраиваются в следующий ряд (в процентах): лессовидный суглинок (80) → агрочернозем (38) → антрацит (36) → каменный уголь (30) → бурый уголь (10). При внесении калийных удобрений содержание калия в субстратах увеличивалось в следующих формах: лессовидный суглинок - в необменной, агрочернозем - в обменной, бурый и каменный угли - в обменной и водорастворимой, антрацит - в водорастворимой, подверженной вымыванию. Через 150 дней внесенный с удобрениями калий извлекался из субстратов суммарно в водорастворимой, обменной и необменной формах элемента по-разному: полностью из бурого угля, до 90% из каменного угля и лессовидного суглинка, до 50 и 40% из агрочернозема и антрацита. В период фиксации калия субстратами (за исключением бурого угля) переход катионов К+ осуществлялся не только в необменную форму (извлекаемую 1 М HNO3 с кипячением), но и в более прочно связанное состояние.

Estimation of absorption capacity of coals metamorphosed to a different extent using the example of potassium fixation.pdf Введение Добыча угля в России постоянно растет и в 2017 г. составила 407,8 млн т [1]. Ценность различных видов угля определяется не только энергетическими свойствами, но и возможностью попутного извлечения из углей ряда редких и рассеянных элементов, добычи угольного метана, а также получения многочисленных важных продуктов технологической переработки (углеродистые материалы, адсорбенты, гуминовые препараты и др.) [2-3]. Но не стоит забывать о том, что значительная часть углей маломощных пластов, а также входящих в состав углевмещающих пород остается в пределах месторождений и складируется в отвалы вместе с отходами добычи [4]. На поверхности таких отвалов в результате процессов почвообразования формируются молодые почвы, свойства которых обусловлены сочетанием разных факторов, в том числе присутствием в них углистых частиц [5-7]. Состав и свойства различных видов угля, в том числе добываемого в Сибири, многосторонне изучены [8-9], однако экологические аспекты влияния углей на процессы почвообразования и восстановления техногенных ландшафтов остаются без должного внимания. Большинство работ направлено на выявление литогенной [10-13] и педогенной [14-16] составляющих в органическом веществе почв техногенных ландшафтов. Вместе с тем одним из основных свойств углей, определяющих их экологические функции, является поглотительная способность [17-19]. Известно, что поглотительная способность естественных почв зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества. В техногенных ландшафтах, где вышеперечисленные свойства лимитируют развитие почвообразовательных процессов [20], поглотительная способность молодых почв определяется также присутствием в них углистых частиц [21] и степенью их метаморфизации. Перспективным представляется исследование поглотительной способности различных видов угля посредством оценки их калийфиксирующей способности [22-23], так как, с одной стороны, калий является одним из важнейших биогенных элементов [24-26], с другой - соединения калия наиболее часто используются для получения из углей гу-миновых препаратов - веществ, применяемых для увеличения емкости поглощения почв, активизации биохимических почвенных процессов и повышения доступности растениям элементов питания [3, 27]. По литературным данным [24-25], под фиксацией калия понимают переход катионов К+, находящихся в почвенном растворе или в обменной форме, в необменную форму, т.е. в более прочно связанное состояние. Калийфиксирующая способность почв может сильно различаться в зависимости от их минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, емкости катионного обмена, насыщенности поглощающего комплекса этим элементом, направленности почвообразовательных процессов и других факторов [26, 28-29]. Представляет интерес изучение калийфиксирующей способности различных видов угля для оценки их поглотительной способности, а также распределение вносимого с удобрениями калия по его формам. Цель работы - оценить калийфиксирующую способность углей различной степени метаморфизации в сравнении с лессовидным суглинком и авто-морфными почвами Западной Сибири. Материалы и методики исследования В качестве объектов исследования выбраны образцы трех видов угля крупнейших месторождений Западной Сибири, различающихся по степени метаморфизации: - антрацит Горловского месторождения одноименного бассейна (54°34'N, 83°35'E); - каменный уголь Листвянского месторождения Кузнецкого бассейна (53°39'N, 86°53'E); - бурый уголь Назаровского месторождения Канско-Ачинского бассейна (55°58'N, 90°23'E). Для сравнительной оценки калийфиксирующей способности углей на территории рассматриваемых угольных бассейнов также взяты образцы гумусового горизонта и почвообразующей породы агрочернозема глинисто-иллювиального среднегумусированного среднесуглинистого на лессовидном карбонатном суглинке [по 30] (Luvic Chernozem [по 31]) (далее -агрочернозем). Далее по тексту статьи все изученные образцы обозначены общим термином - «субстраты». Изучение калийфиксирующей способности субстратов проводили в условиях лабораторного опыта. Пробоподготовка субстратов к опыту включала доведение их до воздушно-сухого состояния и просеивание через сито с диаметром отверстий 1 мм. До постановки опыта из подготовленных субстратов взяты навески для проведения химико-аналитических исследований (табл. 1). Затем навески субстратов по 100 г помещали в стеклянные химические стаканы и однократно добавляли к ним водный раствор калийных удобрений. В качестве удобрений использовали калий хлористый (KCl) в дозах 25 и 50 мг К на 100 г субстрата соответственно (варианты К25 и К ). Для этого навески KCl растворяли в 50 мл дистиллированной воды (Н2Одист) и вносили в стаканы с субстратами. Схемой опыта предусмотрен также вариант без внесения удобрений (К0), когда к субстратам приливали только 50 мл Н2Одист. Далее субстраты тщательно перемешивали стеклянной палочкой и через 1, 5, 15, 30 и 150 дней после внесения удобрений отбирали навески для проведения химико-аналитических исследований (табл. 2-4, рис. 1). Для более полного проявления способности субстратов к фиксации калия эксперимент после внесения удобрений проводили в режиме попеременного намачивания Н2Одист до наименьшей влагоемкости и высушивания при комнатной температуре как процесс, принципиально сходный с тем, которому подвергается верхний почвенный слой в естественных условиях. Повторность опыта 2-кратная, следовательно, объем выборки для каждого субстрата с тремя вариантами (К0, К25 и К50) за пять отборов (1, 5, 15, 30 и 150 дней) составил n = 30 (2*3*5). Содержание калия рассчитано на элемент (К) в абсолютно сухих субстратах и определено общепринятыми в почвенно-агрохимических исследованиях методами [32-34] с использованием следующих экстрагентов: водорастворимый калий (Квод) - при соотношении субстрат : вода, равном 1 : 5, обменный калий (К , ) - 1 М CH,COONH„ необменный калий (К _ ) - 1 М 4 обм' 3 4' 4 необм' HNO3 с кипячением. Измерение величины рН водной суспензии (рНН2О) субстратов выполнено потенциометрическим методом, стандартная емкость ка-тионного обмена (ЕКО) - по Бобко-Аскинази в модификации ЦИНАО [34]. Содержание обменного калия до закладки опыта (см. табл. 1) и за весь период после внесения удобрений (см. табл. 2-3) рассчитано вместе с водорастворимой формой элемента, так как более сильный экстрагент извлекает и калий, переходящий в относительно слабые вытяжки. В конце эксперимента (150 дней) в субстратах определено содержание калия в трех формах (Квод, Кобм, Кнеобм), в данном случае для вычисления конкретной формы элемента использован метод разности. Поэтому расчет обменного калия выполнен с учетом вычета водорастворимой формы, а необменного калия - с учетом вычета водорастворимой и обменной форм элемента (см. табл. 4, рис. 1). Фиксированным считался калий, не переходящий в вытяжку 1 М CH3COONH4. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена с использованием пакета программ Microsoft Office Excel 2007 и SNEDECOR V. 5.80 [35]. Результаты исследования представлены в виде среднего арифметического значения (М) со стандартной ошибкой (m) и стандартным отклонением (SD), а также объема выборки (n). Анализ различия факторных средних проведен методом дисперсионного анализа с применением критерия Шеффе (самым строгим по сравнению с критериями Стьюдента и Тьюки) и расчетом наименьшей существенной разницы на уровне значимости а = 0,01 (НСР01). Результаты исследования и обсуждение Характеристика субстратов. Изначально до постановки лабораторного опыта субстраты различались между собой по ряду изученных свойств (см. табл. 1). Например, бурый уголь имел слабокислую реакцию среды; антрацит, каменный уголь и агрочернозем - близкую к нейтральной; суглинок - щелочную. Бурый уголь по величине ЕКО обладал самой высокой поглотительной способностью, которая может быть типична только для отдельных компонентов почвенной массы (гумусовые вещества, смектитовые минералы и т.д.), и очень низким уровнем насыщенности ЕКО обменным калием. Антрацит и каменный уголь по величине ЕКО имели близкие значения и самую низкую поглотительную способность; суглинок и агрочерно-зем обладали средней поглотительной способностью, характерной для почв с невысоким содержанием гумуса. Насыщенность ЕКО обменным калием в агрочерноземе соответствовала неустойчивому уровню, в суглинке - оптимальному уровню [25, 36]. Следовательно, можно предположить, что в буром угле большая часть вносимого с удобрениями калия будет переходить в обменную форму, в остальных субстратах - преобладать фиксация калия. Таблица 1 [Table 1] Исходные свойства субстратов до постановки опыта [Initial properties of substrates before the experiment] Свойства [Properties] Антрацит [Anthracite] Каменный уголь [Coal] Бурый уголь [Brown coal] Cynraнок [Loam] Агрочернозем [Agrocher-nozem] рнН2О 6,4 6,7 5,4 8,1 6,5 *ЕКО, мг-экв/100 г [*СЕС, mg-eq/100 g] 3,0 3,9 63,3 30,2 39,8 К обменный (К „ ), мг/кг v обм7' [Exchangeable K (Ex-K), mg/kg] 18 76 27 209 224 Уровень насыщенности ЕКО К. [CEC saturaобм tion of Ex-K level], % 1,6 5,0 0,1 1,8 1,4 Примечание. * - емкость катионного обмена. [Note. * - Cation exchange capacity]. Таблица 2 [Table 2] Результаты лабораторного опыта по изучению калийфиксирующей способности субстратов [Results of the laboratory experiment for studying the potassium fixation capacity of substrates] Вариант [Variant] Содержание Кобм (мг/кг) после внесения удобрений (дни) [Content of Ex-K (mg/kg) after fertilization (days)] "Фиксация калия [**Fixed potassium] мг/кг % [mg/kg] 1 1 5 1 15 1 30 1 150 1 1-150* Антрацит [Anthracite] К0 22 39 19 12 14 21 - - К,. 263 227 217 130 65 181 91 36 к.„ 442 401 397 367 122 346 175 35 Каменный уголь [Coal] К0 87 82 72 59 66 73 - - 267 274 234 218 215 242 81 33 К.„ 460 406 413 481 420 436 137 27 Бурый уголь [Brown coal] К0 31 46 39 26 27 34 - - 284 274 249 260 233 260 24 10 Кп 458 453 475 532 494 483 51 10 Cyглинок [Loam] К0 205 181 168 180 190 185 - - 242 238 232 207 203 224 210 84 Кп 358 326 339 268 229 304 381 76 Агрочернозем [Agrochernozem' К0 204 192 168 180 190 187 - - К„ 396 357 342 390 243 345 91 37 К50 526 527 492 601 319 493 194 39 считана в среднем за 5 месяцев эксперимента относительно варианта К0 в абсолютных величинах и в процентах от внесенной дозы удобрений. [Note. * - On average during the experiment. ** - Potassium fixation was calculated, on average, for 5 months of the experiment relative to K0 variant in absolute values and as a percentage of the applied dose of fertilizers]. Калийфиксирующая способность субстратов. В проведенном опыте фиксированным считался калий, первоначально добавленный в субстраты в виде водного раствора соли (KCl) и далее перешедший в форму, не поддающуюся извлечению 1 М раствором ацетата аммония (CH3COONH4). Фиксацию калия (см. табл. 2) рассчитывали относительно варианта без внесения удобрений (К0) как в абсолютных величинах (мг/кг), так и в процентах от внесенной дозы удобрений (процент фиксации). Независимо от дозы удобрений вносимый калий не фиксировался субстратами полностью (см. табл. 2). В среднем за 150 дней эксперимента самой высокой калийфиксирующей способностью обладал суглинок, самой низкой - бурый уголь. Такие же закономерности получены нами и ранее по результатам за 30 дней проведения эксперимента [37]. В каменном угле и антраците фиксация калия значительно выше по сравнению с бурым углем, в то же время они имели довольно близкие значения по данному параметру к агрочернозему. При повышении дозы удобрений (К50) абсолютная величина фиксируемого калия в субстратах значительно увеличивалась (в 1,7-2,1 раза), однако процент фиксации элемента оставался примерно на уровне дозы К^ или несколько снижался. В суглинке большая часть внесенного с удобрениями калия зафиксирована в первый день наблюдений - 70-85%, к концу опыта она увеличилась до 95%. В агро-черноземе в течение первых 15 дней опыта после внесения удобрений фиксация калия составила 30-35%, через месяц она резко снизилась до 16%, а в последний отбор (150 дней) увеличилась до 75-80%. Подобная закономерность по усилению фиксации калия почвами при их длительном компостировании отмечалась и ранее [25, 28-29], что связано, по-видимому, с качественными изменениями, произошедшими с минеральной основой при многократном периодическом намачивании и высушивании почв (агрегация коллоидов и т.п.). Если сравнить величины калийфиксирующей способности изученных субстратов с автоморфными почвами на лессовидных суглинках в условиях Западной Сибири, то в исследованиях В.П. Серединой [26] серые лесные почвы фиксировали 32-35% внесенного калия, черноземы выщелоченные -до 47%, дерново-подзолистые - до 26%. В опытах В.Н. Якименко [25, 28] фиксация калия в серых и темно-серых лесных почвах составила 53-67%, в черноземах выщелоченных и дерново-подзолистых почвах - 33-46%, и при самых высоких дозах калийных удобрений процент фиксации снижался. Следовательно, угли более высокой степени метаморфизации (каменный и антрацит) не уступают по калийфиксирующей способности наиболее распространенным и используемым в земледелии автоморфным почвам. Результаты дисперсионного анализа (см. табл. 3) показали, что содержание обменного калия во всех субстратах, с одной стороны, повышается с увеличением дозы калийных удобрений (в 2,5 и 4,1 раза соответственно в вариантах К25 и К50), с другой стороны, снижается с увеличением продолжительности опыта (в 1,4 раза через 150 дней). В антраците содержание обменного калия существенно ниже по сравнению с другими субстратами. Таблица 3 [Table 3] Результаты дисперсионного анализа факторных средних по содержанию обменного калия в субстратах [Results of the factorial analysis of variance for exchangeable potassium content in substrates] Вариант [Variant] n М SD m Наименьшая су-щест. разница [Least significant difference] К „ , мг/кг оом^ [Ex-K, mg/kg] Различия статистически значимы [Statistically significant] НСР01 [LSD0J Субстрат [Substrate] Антрацит [Anthracite] 30 182 157 286 Контроль [Control] Каменный уголь [Coal] 30 250 153 279 Да [Yes] 14,4 Бурый уголь [Brown coal] 30 259 188 342 Да [Yes] Суглинок [Loam] 30 238 60 110 Да [Yes] Агрочерно-зем [Agro-chernozem] 30 342 143 261 Да [Yes] Доза удобрений [Fertilizer dose] Ко 50 100 74 10 Контроль [Control] К,. 50 250 71 10 Да [Yes] 9,2 К50 50 412 106 15 Да [Yes] Период после внесения удобрений, дни [Period after fertilization, days 1 30 283 156 28 Контроль [Control] 5 30 268 144 26 Да [Yes] 14,4 15 30 257 149 27 Да [Yes] 30 30 261 178 32 Да [Yes] 150 30 202 134 24 Да [Yes] Примечание. n - объем выборки, М - среднее арифметическое значение, SD и m - стандартное отклонение и стандартная ошибка среднего арифметического значения. [Note. n - Sample size, М - Arithmetic mean value, SD and m - Standard Deviation and Standard error of mean]. Долевое участие факторов по их влиянию на содержание обменного калия в субстратах выстраивается в следующий ряд (в %): доза удобрений (69,6) ^ субстрат (11,2) ^ период после внесения удобрений (3,2). Если учитывать взаимодействие факторов, то наибольшее долевое участие оказали доза удобрений и субстрат - 8,5%, в остальных случаях - менее 3%. Формы калия в субстратах. Представляет интерес рассмотрение содержания и распределения калия по его формам в субстратах через 150 дней после внесения калийных удобрений (см. табл. 4). Таблица 4 [Table 4] Распределение калия по его формам через 150 дней после внесения удобрений [Distribution of potassium forms 150 days after fertilization] Вариант [Variant] Содержание форм калия, мг/кг [Content of potassium forms, mg/kg] Водорастворимая (Квод) [Water-soluble (Ws-K)] Обменная (К _ ) v обм' [Exchangeable (Ex-K)] Необменная (К _ ) v необм' [Non-exchangeable (Nex-K)] Всего [Total] Дополнительно [*Additionally] Всего [Total] Дополнительно [*Additionally] Всего [Total] Дополнительно [*Additionally] Антрацит [Anthracite] Ко 8 - 6 - 92 - К25 76 68 (27%) 1о 4 (4%) 125 34 (14%) К25 127 119 (24%) 5 о 171 79 (16%) Каменный уголь [Coal] Ко 31 - 35 - 11о - К25 78 47 (19%) 137 Ю2 (41%) 193 83 (33%) К,5 17о 138 (18%) 25о 215 (43%) 18о 7о (14%) Бурый уголь [Brown coal] Ко 1о - 17 - 46 - К,. 99 89 (35%) 134 117 (47%) 91 44 (18%) 22о 21о (42%) 256 239 (48%) 98 51 (1о%) Суглинок [Loam] Ко 7 - 183 - 899 - К,. 9 2 (1%) 194 11 (4%) 1119 22о (88%) К50 14 7 (1%) 214 31 (6%) 1155 256 (51%) Агрочернозем [Agrochernozem] Ко 13 - 177 - 1626 - К2. 21 7 (3%) 222 45 (18%) 1626 о К5о 31 18 (4%) 288 111 (22%) 1771 145 (29%) _iba_LLL _iZ Примечание. * - в скобках указано в процентах от внесенной дозы удобрений. [Note. * - In brackets, the amount is indicated as a percentage of the applied fertilizer]. Внесенный с удобрениями калий частично или полностью извлекался тремя используемыми экстрагентами (Н2О, 1 М CH3COONH4, 1 М HNO3) и накапливался в определенных пропорциях между водорастворимой, обменной и необменной формами, что, вероятно, зависит от содержания природных носителей той или иной формы калия в субстратах и степени их насыщенности данным элементом. Например, в буром угле внесенный калий полностью извлекался тремя экстрагентами, в каменном угле - основная его часть (около 85-90%), в антраците - менее половины (около 40%). При внесении калийных удобрений в буром и каменном углях увеличивалось, прежде всего, содержание калия в обменной и водорастворимой формах; в антраците - в водорастворимой форме, подверженной вымыванию. В каменном угле и антраците переход катионов калия в период фиксации осуществлялся не только в извлекаемую 1 М HNO3 необменную форму, но и в более прочно связанное состояние. В антраците фиксация калия значительно выше в сравнении с другими видами угля. В агрочерноземе внесенный калий накапливался преимущественно в обменной форме, что согласуется с неустойчивым уровнем насыщенности ЕКО обменным калием (см. табл. 1, 4), а фиксация калия преобладала на более высокоселективных к нему позициях, по сравнению с необменной формой (извлекаемой 1 М HNO3). В суглинке, характеризующемся повышенной насыщенностью поглощающего комплекса обменным калием, максимальное накопление внесенного калия отмечено в необменной форме (извлекаемой 1 М HNO3), однако при повышении дозы удобрений усиливалась фиксация калия в более прочно связанное состояние. Из всех субстратов наибольшая фиксация калия установлена в суглинке, что обусловлено, вероятно, присутствием глинистых минералов, обладающих высокой калийфиксирующей способностью [25-26, 38]. Если условно принять содержание водорастворимого, обменного и необменного калия в субстратах в общей сумме за сто процентов, то значительная доля приходится на необменную форму (см. рис. 1). 0 75 t 50 25 КО I К25 I К50 КО | К25 | К50 КО | К25 | К50 КО | К25 | К50 Антрацит Каменный уголь Бурый уголь Суглинок [Anthracite] [Coal] [Browii coal] [Loam] та- Агрочернозем [Agrochemozem] □ Киевом [Nex К] ВКоби [Ех-К| ИКвод [Ws К] Рис.1. Соотношениемеждуформамикалия в субстратах через 150днейпосле внесенияудобрений [Fig. 1. The ratio between potassium forms in substrates 150 days after fertilization. The sumof potassium formsisconsideredas100%] С уменьшением степени метаморфизации углей (антрацит ^ каменный ^ бурый) доля необменного калия снижается при значительном увеличении доли как обменной, так и водорастворимой форм элемента. Так, в варианте без внесения удобрений (К0) соотношение между Квод-Кобм-Кнеобм в антраците составило 7-6-83%, в каменном и буром углях - 17-20-63 и 14-23-63% соответственно. В агрочерноземе и суглинке после внесения удобрений (варианты К25 и К50) соотношение между формами калия оставалось таким же, как и в варианте без удобрений (К0), тогда как в антраците значительно увеличилась доля водорастворимого калия в удобренных вариантах, в каменном и буром углях - обменного и водорастворимого калия. Следовательно, можно предположить, что в агрочерноземе и суглинке, в отличие от трех видов угля, соотношение между формами калия находится на определенном стабильном уровне, сформировавшемся в процессе их эволюции. При нарушении данного равновесия, в результате внесения калийных удобрений, превращение форм калия протекает в направлении восстановления первоначальных пропорций между ними, что также отмечено и в других исследованиях [24-26, 28-29, 38-39]. Таким образом, как показал опыт по фиксации калия, угли различной степени метаморфизации способны к депонированию биогенных элементов и, обладая поглотительной способностью, оказывают влияние на питательный режим и свойства молодых почв отвалов угольных месторождений, тем самым определяя скорость восстановления техногенных ландшафтов. Так, калийфиксирующая способность бурого угля, несмотря на высокую емкость катионного обмена, почти в три раза ниже таковой каменного угля и антрацита. По всей видимости, обменные позиции поглощающего комплекса бурого угля заняты другими элементами, предположительно кальцием и / или магнием. Влияние углей высокой степени метаморфизации на процессы функционирования молодых почв осуществляется благодаря тому, что до семи и более процентов мелкозема составляют тонкодисперсные частицы угля [10, 14]. К тому же в отвал как каменный уголь, так и антрацит попадают вместе с крупнообломочными породами, обладающими незначительной поглотительной способностью. Бурый уголь отсыпается вместе с суглинистыми и глинистыми породами [14], что минимизирует его участие в обменных процессах, протекающих в молодых почвах техногенных ландшафтов. Полученные результаты демонстрируют пригодность различных видов угля к обменным процессам, протекающим в почвах. Их использование позволит более детально оценивать почвенно-экологическое состояние и перспективы восстановления техногенных ландшафтов и тем самым корректировать задачи и обоснованно определять направленность рекультива-ционных мероприятий. Выводы 1. В среднем за 5 месяцев проведения эксперимента изученные субстраты по калийфиксирующей способности выстраиваются в следующий ряд по убыванию: лессовидный суглинок ^ агрочернозем ^ антрацит ^ каменный уголь ^ бурый уголь. Фиксация калия в антраците и каменном угле составила 36 и 30%, что приближает их к агрочернозему (38%) и другим авто-морфным почвам на лессовидных суглинках в условиях Западной Сибири. Самой низкой калийфиксирующей способностью характеризовался бурый уголь (10%), высокой - лессовидный суглинок (80%). 2. Независимо от дозы удобрений (К25 или К50, что соответствует 25 и 50 мг К на 100 г субстрата) внесенный калий не фиксировался субстратами полностью. При дозе К50 абсолютная величина фиксируемого калия в субстратах значительно увеличивалась, однако процент фиксации элемента оставался на уровне дозы К25 или несколько снижался. В период фиксации калия субстратами (за исключением бурого угля) переход катионов К+ осуществлялся не только в необменную форму (извлекаемую 1 М HNO3 с кипячением), но и в более прочно связанное состояние. 3. Через 5 месяцев эксперимента внесенный с удобрениями калий извлекался из субстратов суммарно в водорастворимой, обменной и необменной формах элемента по-разному: полностью из бурого угля, до 90% из каменного угля и лессовидного суглинка, до 50 и 40% из агрочернозема и антрацита. При внесении калийных удобрений увеличивалось содержание калия в субстратах преимущественно в следующих формах: лессовидный суглинок - в необменной; агрочернозем - в обменной; бурый и каменный угли - в обменной и водорастворимой; антрацит - в водорастворимой, подверженной вымыванию.

Ключевые слова

антрацит, каменный и бурый угли, калийфиксирующая способность, формы калия, Западная Сибирь, coal, anthracite, brown coal, potassium fixation capacity, potassium forms, West Siberia

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Нечаева Таисия ВладимировнаИнститут почвоведения и агрохимии СО РАНканд. биол. наук, с.н.с. лаборатории агрохимииnechaeva@issa-siberia.ru
Соколов Денис АлександровичИнститут почвоведения и агрохимии СО РАНканд. биол. наук, с.н.с. лаборатории рекультивации почвsokolovdenis@issa-siberia.ru
Соколова Наталья АлександровнаИнститут почвоведения и агрохимии СО РАНвед. инженер лаборатории географии и генезиса почвnsokolova@issa-siberia.ru
Всего: 3

Ссылки

Нефтяная отрасль: итоги 2017 года и краткосрочные перспективы / Выпуск подготовлен авторским коллективом под руководством Л. Григорьева // Энергетический бюллетень. 2018. № 56. 28 с.
Голицын М.В., Вялов В.И., Богомолов А.Х., Пронина Н.В., Макарова Е.Ю., Митронов Д.В., Кузеванова Е.В., Макаров Д.В. Перспективы развития технологического использования углей в России // Георесурсы. 2015. Т. 61, № 2. С. 41-53.
Khaibullin M.M., Kirillova G.B., Yusupova G.M., Kagirov E.S., Ismagilov R.Z., Rachimov R.R., Sergeev V.S., Khaziev F.H., Gaifullin R.R., Bagautdinov F.Y. Influence of percentage fertilizer systems on change of agrochemical properties of the arable layer of leach Chernozem and on the crops productivity of crop rotation // Journal of Engineering and Applied Science. 2018. Vol. 13. PP. 6527-6532. doi: 10.3923/jeasci.2018.6527.6532
Androkhanov V.A., Sokolov D.A. Fractional composition of redox systems in the soils of coal mine dump // Eurasian Soil Science. 2012. Vol. 45, № 4. РР. 399-403. doi: 10.1134/ S1064229312020032
Zharikova E.A., Kostenkov N.M. Physicochemical properties and potassium state of the soils developed on dump rocks of coal mines // Eurasian Soil Science. 2014. Vol. 47, № 1. PP. 26-34. doi: 10.7868/S0032180X14010146
Середина В.П., Алексеева Т.П., Сысоева Л.Н., Трунова Н.М., Бурмистрова Т.И. Исследование процессов формирования органического вещества в нарушенных при угледобыче почвах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 1 (17). С. 18-31.
Verma M.K., Pandey P., Mukhopadhyay R., Dwaivedi R., Karmakar N.C., Bajaj V.K. Chemical characterization of selected overburdens of Singrauli coalfields // Ecology, Environment and Conservation. 2016. Vol. 22. PP. S207-S211.
Угольная база России. Т. III: Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири (южная часть) / гл. ред. В.Ф. Череповский. М. : ООО «Геоинформцентр», 2002. 488 с.
Угольная база России. Т. II: Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай) / гл. ред. В.Ф. Череповский. М. : ООО «Геоинформцентр», 2003. 604 с.
Ussiri D.A.N., Jacinthe P.A., Lal R. Methods for determination of coal carbon in reclaimed minesoils // Geoderma. 2014. № 214-215. РР. 155-167. doi: 10.1016/j. geoderma.2013.09.015
Maharaj S., Barton C.D., Karatkanasis T.A.D., Rowe H.D., Rimmer S.M. Distinguishing "new" from "old" organic carbon on reclaimed coal mine sites using thermogravimetry: I. Method development // Soil Science. 2007. № 172. РР. 292-301. doi: 10.1097/ SS.0b013e31803146e8
Rumpel C., Knicker H., Kogel-Knabner I., Skjemstad J.O., Huttl R.F. Types and chemical composition of organic matter in reforested lignite-rich mine soils // Geoderma. 1998. № 86. РР. 123-142. doi: 10.1016/S0016-7061(98)00036-6
Schmidt M.W.I., Skjemstad J.O., Czimczik C.I., Glaser B., Prentice K.M., Gelinas Y., Kuhlbusch T.A.J. Comparative analysis of black carbon in soils // Global Biogeochemical Cycles. 2001. № 15. РР. 163-167. doi: 10.1029/2000GB001284
Соколов Д.А., Кулижский С.П., Лим А.Г., Гуркова Е.А., Нечаева Т.В., Мерзляков О.Э. Сравнительная оценка методов определения педогенного органического углерода в углесодержащих почвах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017. № 39. С. 29-43. doi: 10.17223/19988591/39/2
Brodowski S., Amelung W., Haumaier L., Abetz C., Zech W. Morphological and chemical properties of black carbon in physical soil fractions as revealed by scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy // Geoderma. 2005. № 128. РР. 116129. doi: 10.1016/j.geoderma.2004.12.019
Skjemstad J.O., Janik L.J., Head M.J., McClure S.G. High-energy ultraviolet photooxidation: a novel technique for studying physically protected organic-matter in clay-sized and silt-sized aggregates // Journal of Soil Science. 1993. № 44. РР. 485-499. doi: 10.1111/j.1365-2389.1993.tb00471.x
Bota K.B., Abotsi G.M.K., Sims L.L. Electrokinetic and Adsorptive Properties of a Lignite in Aqueous Solutions of Catalytic Salts // Energy and Fuels. 1994. Is. 4, vol. 8. PP. 937-942. doi: 10.1021/ef00046a018
Cornelissen G., Gustafsson O. Importance of unburned coal carbon, black carbon, and amorphous organic carbon to phenanthrene sorption in sediments // Environmental Science and Technology. 2005. Is. 3, vol. 39. PP. 764-769. doi: 10.1021/es049320z
Wang R., Ma Q., Ye X., Li C., Zhao Z. Preparing coal slurry from coking wastewater to achieve resource utilization: Slurrying mechanism of coking wastewater-coal slurry // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 650. PP. 1678-1687. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.09.329
Sokolov D.A., Androkhanov V.A., Kulizhskii S.P., Loiko S.V., Domozhakova E.A. Morphogenetic diagnostics of soil formation on tailing dumps of coal quarries in Siberia // Eurasian Soil Science. 2015. Vol. 48, № 1. PP. 95-105. doi: 10.1134/S1064229315010159
Otremba K. Effect of addition of brown coal on the structure of soils developing from post-mining grounds of Konin brown coal mine // Rocznik Ochrona Srodowiska. 2012. Is. 14. PP. 695-707.
Godfried M.K., Kofi A., Bota B., Saha G. Effects of coal surface charge on the adsorption and gasification activities of calcium and potassium // Fuel Science and Technology International. 1993. Is. 2, vol. 11. PP. 327-348. doi: 10.1080/08843759308916071
Yoon T.H., Benzerara K., Ahn S., Luthy R.G., Tyliszczak T., Brown Jr. G.E. Nanometer-scale chemical heterogeneities of black carbon materials and their impacts on PCB sorption properties: Soft X-ray spectromicroscopy study // Environmental Science and Technology. 2006. Is. 19, vol. 40. PP. 5923-5929. doi: 10.1021/es060173+
Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. М. : Ледум, 2000. 185 с.
Якименко В.Н. Калий в агроценозах Западной Сибири. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2003. 231 с.
Середина В.П. Калий и почвообразование. Томск : Изд-во ТГУ, 2012. 354 с.
Yakimenko O.S., Terekhova V.A. Humic preparations and the assessment of their biological activity for certification purposes // Eurasian Soil Science. 2011. Vol. 44, № 11. РР. 12221230. doi: 10.1134/S1064229311090183
Якименко В.Н. Фиксация и десорбция калия некоторыми автоморфными почвами // Агрохимия. 1995. № 2. С. 12-18.
Пивоварова Е.Г. Влияние калийных удобрений на содержание форм калия в почве и урожайность сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 1993. № 2. С. 44-49.
Полевой определитель почв России / под ред. Н.Б. Хитрова. М. : Почвенный институт имени В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
IUSS Working Group WRB World Reference Base for Soil Resources International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome : FAO, 2014. 181 р.
Агрохимические методы исследования почв / под ред. А.В. Соколова. 5-е изд., доп. и перераб. М. : Наука, 1975. 656 с.
Pansu M., Gautheyrou J. Handbook of soil analysis: Mineralogical, organic and inorganic methods. Вerlin : Springer, 2006. 993 p.
Теория и практика химического анализа почв / род ред. Л.А. Воробьевой. М. : ГЕОС, 2006. 400 с.
Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. 2-е изд. Новосибирск : ГУП РПО СО РАСХН, 2012. 282 с.
Якименко В.Н., Нечаева Т.В. Действие и последействие калийных удобрений в Западной Сибири // Вестник Международного института питания растений. 2016. № 2. С. 9-13. doi: http://eeca-ru.ipni.net/article/EECARU-2340
Нечаева Т.В., Соколов Д.А. Оценка К-фиксирующей способности различных видов углей // Материалы международной научной конференции «Природно-техногенные комплексы: современное состояние и перспективы восстановления». Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2016. С. 173-179.
Середина В.П. Геохимические особенности поведения калия в почвах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2007. № 1. С. 106-118.
Павлов К.В., Егоров В.С., Пулин А.В. Характеристика фиксации калия дерново-подзолистой почвой // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2003. № 3. С. 49-51.
 Оценка поглотительной способности углей различной степени метаморфизации на примере фиксации калия | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. №  44. DOI: 10.17223/19988591/44/1

Оценка поглотительной способности углей различной степени метаморфизации на примере фиксации калия | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. № 44. DOI: 10.17223/19988591/44/1