IG N A C Y D E C H N IK , R Y S Z A R D D Ę B IC K I
O D D Z IA Ł Y W A N IE Ś R O D K Ó W S Y N T E T Y C Z N Y C H I O D P A D O W Y C H Z P R Z E M Y S Ł U N A A G R E G A C JĘ G L E B Y I JEJ W O D O O D PO RNO ŚĆ
Zakład A g r o fiz y k i P olsk iej A k ad em ii Nauk w Lu b lin ie
Poszukiwanie nowych efektyw n ych sposobów poprawy właściwości fizycznych i fizykochem icznych gleb budzi ostatnio ponownie zaintere sowanie w w ielu krajach z trzech co najmniej powodów:
— poznane środki syntetyczne nie dają jeszcze w pełni spodziewa nych wyników,
— środki syntetyczne stanowią szybką metodę przeciwdziałania nie korzystnym procesom, takim jak erozja wodna i powietrzna, spływ po wierzchniowy, zaskorupianie itp.,
— istnieje możliwość wykorzystania poznanych środków chemicz nych do takiego przygotowania w ielu produktów odpadowych z prze mysłu i rolnictwa, aby m ogły one być wykorzystane rolniczo, co wiąże się także z ochroną środowiska [1, 4, 5, 9].
Na podstawie wielu pozytyw nych badań sądzono, że n ajefek tyw n iej szym sposobem poprawy gleb i wzrostu plonów roślin będzie w prow a dzanie do gleby syntetycznych środków, których działanie zbliżone jest do zachowania się polisacharydów i innych naturalnych lepiszczy w y stępujących w środowisku glebowym . Niestety, mimo przebadania dużej ilości związków typu wysokocząsteczkowych polim erów liniowych, emul sji bitumicznych i innych substancji pienistych, żyw ic m ocznikowo-for- maldehydowych, substancji powierzchniowo-czynnych i wykazaniu ich dodatniego oddziaływania na strukturę gleby i właściwości fizykoch e miczne oraz plonowanie roślin, nie znaleziono dotychczas środka, którego zastosowanie byłoby ekonomicznie opłacalne w produkcji rolniczej. Zna lazły one jednak szerokie zastosowanie w walce z erozją, do stabilizacji brzegów rzek, kanałów i poboczy nowych arterii kom unikacyjnych oraz w uprawie niektórych roślin w arzyw nych [2, 3, 4].
Optymalne dawki poznanych środków syntetycznych wynoszą od 0,2 do 1% w stosunku do masy gleby, w zależności od typu środków i celu zabiegu. Są to więc znaczne ilości tych substancji i dlatego ostatnio powstała nowa koncepcja w ykorzystyw ania najlepszych środków synte
tycznych do utylizacji odpadów z przemysłu i rolnictwa i wprowadza nia tak powstałych preparatów do gleby w celu poprawy niektórych je j właściwości. P rzy u tylizacji odpadów dawki stosowanych środków syn tetycznych ulegają znacznemu obniżeniu. Badania takie podjęto także w Zakładzie A g ro fizy k i Polskiej Akadem ii Nauk w Lublinie, których częścią są w yniki przedstawione w tej pracy.
Celem badań było określenie zmian zachodzących w glebie płow ej w ytw orzonej z lessu pod w pływ em kilku wybranych środków synte tycznych i odpadowych i ich w pływ u na wschody i plon fasoli szpara7 gowej.
M E T O D Y K A B A D A Ń
Badania polowe przeprowadzono w roku 1978 na glebie płow ej w y tw orzonej z lessu (tab. 1), której właściwości fizyczne ulegają w sezonie w egetacyjnym pogorszeniu, szczególnie z powodu zaskorupienia i erozji wodnej. Do badań wybrano następujące środki:
— rokrysol WF-2, tj. wysokocząsteczkowy polim er lin iow y o cięża rze cząsteczkowym około 1 ООО 000, o charakterze obojętnym, h ydrofi- low y, który produkowany jest przez Nadodrzańskie Zakłady Przem ysłu Chemicznego „R ok ita” ,
— odpady po flotacji siarki w postaci szlamu,
— odpady po flotacji siarki sflokulowane rokrysolem W F-2 [6],
Г a b o 1 a 1
N iek tó re w ła ś c iw o ś c i g le b y płow ej /Sław inek/ oraz dawki badanych środków syntetycznych i odpadowych Some p r o p e r t ie s o f s o i l le s s iv e ' /S ław inek / and doses o f s o i l c o n d itio n e rs and w astes prod ucts under study
W ła śc iw o ś ci g le b y p ło w e j.
P r o p e r t ie s o f s o i l le s e i v e KombinacjeTreatments ła w k i w p r z e lic z e n i u n.j 1 ha Dose-; per 1 h e cta re S kład mechaniczny /%/, mm
M ech anical com position
1 - 0 , 1 4 0,1 - 0,05 10 0,05 - 0,02 46 0,02 - 0,005 21 0,005 - 0,002 5 < 0 ,0 0 2 14 P y ł i l a s t y - C layey s i l t P ró ch n ica - Humus, % 1,37 P ow ierzch n ia w ła ś c iw a , S p e c i f i c su rfa c e a r e a ; m2/g 30,58 pH w 1 N KC1 5,8 pH in P2° 5 , mg/100 g 14,0 KgO, mg/100 g 17t0 MgO, mg/100 g 2 ,3 K on trola C o n t ro l r o k r y s o l WF-2 - R ok rysol NY-2 Odpady po f l o t a c j i s i a r k i Sulphur post f l o t a t i o n wasten Odpady po f l o t a c j i s i a r k i + r o k r y s o l
S ulphur post f l o t a t i o n w astes + + R o k ry so l Gnojowica - L iq u id manure Gnojow ica + r o k r y s o l L iq u id manure + R ok rysol P ie r z e z d ro b iu preparowane mocznikiem P o u ltr y fe a t h e r s t re a t e d w ith u rea 0 4 kg 3 t 3 t 4 9 kg 4500 1 4500 1 4- 9 kg 100 kg
— gnojowicę,
— gnojowicę, której części stałe zagregowano rokrysolem W F-2 oraz — pierze z drobiu, których strukturę keratynową zniszczono przez dodatek mocznika [11]. Środki te wprowadzono do powierzchniowej w ar stw y gleby według dawek podanych w tab. 1.
Jako roślinę wskaźnikową wybrano fasolę szparagową odmiany Złota Saxa — niska, która jest w rażliw a na zaskorupianie i niekorzystne zm iany właściwości fizycznych w okresie sezonu wegetacyjnego. W trzech terminach: czerwiec — I, sierpień — II i październik — III, po bierano do analiz laboratoryjnych próbki glebowe z mikropoletek o pow. 8 m2 z w arstw y ornej 0-20 cm. Badano następujące właściwości gleby:
— skład agregatow y gleby w stanie powietrznie suchym przy użyciu zestawu sit o średnicy oczek 7, 5, 3, 1, 0,5 i 0,25 mm,
— wodoodporność agregatów każdej frak cji oddzielnie według zmo dyfikow anej m etody Bakszejewa,
— po uzyskaniu danych co do składu agregatywnego oraz wodood- porności wyliczano wskaźniki struktury: L W A s — liczbow y wskaźnik agregacji na sucho, L W A m — liczbow y wskaźnik agregacji na mokro oraz W W — wskaźnik wodoodporności według D o b r z a ń s k i e g o i in. [8],
— współczynnik pęknięcia, który charakteryzuje podatność gleby na zaskorupianie według m etody opisanej przez D e c h n i k a i in. [7],
— rejestrowano także wschody oraz plony fasoli (tab. 2, rys. 1 i 2).
O M Ó W IE N IE W Y N IK Ó W B A D A Ń
S k ł a d a g r e g a t o w y . P o wprowadzeniu badanych środków do gleb y nastąpiła poprawa je j stanu agregatowego. Stwierdzono znaczny wzrost zawartości agregatów frak cji o średnicy 3*-l mm, a więc tej frak cji agregatów, która przez wielu uważana jest za szczególnie cenną z rolniczego punktu widzenia, gdyż decyduje o w ytw orzeniu się k orzy stnych stosunków wodno-powietrznych w glebie [10].
N a jw ięk szy w p ływ na agregację w y w a rły odpady po flotacji siarki oraz gnojowica (rys. 1 A ). Efekt ten obserwowano także w dalszych dwóch terminach badań (rys. 1 В i 1 C). W p ły w pozostałych środków na agregację gleby był nieistotny w porównaniu z kontrolą. Jest to oczywiste, gdyż ilości np. wprowadzonego rokrysolu W F-2 w ynosiły 1 g/m2 gleby, gdy tymczasem optymalna dawka tego środka, jak w y nika z literatury, wynosi 2 g/m2 gleby [2, 3, 9]. W prowadzenie do gleby niższej od optymalnej dawki polimeru wynikało z konieczności porów nania je j z najbardziej efektyw ną ilością polimeru używaną do floku- lacji odpadów po flotacji siarki oraz gnojowicy.
N ajw iększy udział procentowy w pierw szym terminie badań w skła dzie agregatowym m iały frakcje 3-1 i 1-0,5 mm, w sierpniu wystąpił
Zm iany w składzie agregatow ym gleb y płow ej w badanych term inach w poszcze gólnych kom binacjach
A — c z e r w ie c , В — s ie rp ie ń , С — p a ź d z ie r n ik , К — k o n tro la , R — r o k r y s o l W F -2 , O — o p a d y p o f l o t a c j i s ia rk i, K + O — r o k r y s o l + o p a d y po f l o r a c j i s ia rk i, G — g n o jo w ic a , G + R — g n o jo
w ic a + r o k r y s o l, P + M — p ie r z e p r e p a r o w a n e m o c z n ik ie m
Changes in the aggregate com position o f soil lessivé in the periods studied, in particular treatm ents
A — J u n e, В — A u g u st, C — O c to b e r, К — c o n tro l, R — R o k r y s o l W F-2, О — su lp h u r p o s t - flo t a t io n w a s te s, R -f- О — R o k r y s o l W F -2 + S u lp h u r p o s t - flo t a t io n w a s te s, - f G — liq iu d m a n u re ,
G R — liq u id m a n u re + R o k r y s o l W F -2 , P + M — u r e a - t r e a te d fe a t h e rs
wzrost zawartości frak cji > 7 mm. Podobne tendencje w ystąpiły w paź dzierniku, przy czym zawartości agregatów frak cji o większej średnicy b yły wyższe niż frak cji agregatów mniejszych (rys. 1). N ależy stw ier dzić, że większy w p ływ na skład agregatow y w y w iera ły warunki k li matyczne niż działanie środków syntetycznych i odpadowych. S tw ier
dzono na przykład wzrost zawartości agregatów frak cji o średnicy ponad Д mm, lecz był on w yższy na poletku kontrolnym, a nie na poletkach traktowanych badanymi środkami. W yn iki te potwierdzają także w ar tości liczbowego wskaźnika agregacji na sucho, którego większe w ar tości odzwierciedlają korzystniejszy stan agregatow y gleb w pierwszym terminie badań w kombinacjach z odpadami po flotacji siarki i gnojo wicą, w drugim w kombinacjach z rokrysolem i gnojowicą. Oznacza to, że już niewielka dawka rokrysolu zwiększa trwałość agregatów o w ięk szej średnicy.
W o d o o d p o r n o ś ć a g r e g a t ó w . W ybrane środki różnie oddzia ły w a ły na wodotrwałość agregatów glebow ych (rys. 2). Analizując w o
-Rys. 2. Zmiany wodoodporności agregatów glebowych w badanych terminach) w poszczególnych kombinacjach
o b ja ś n ie n ia ja k w ry s. 1
W ater-stability changes of soil aggregates in the periods studied, in particular treatments
doodporność agregatów poszczególnych frak cji stwierdzono, że w I ter minie badań najskuteczniej działał rokrysol na agregaty o średnicy 3-1 mm, odpady po flotacji siarki na frakcję agregatów o średnicy > 7 mm, a pierze preparowane mocznikiem — na frakcje o średnicy 7-5 mm (rys. 2 A ). W sierpniu ujawniło się w yraźnie korzystne działa nie prawie wszystkich badanych środków na trwałość agregatów (rys. 2 B); szczególnie dotyczy to rokrysolu, rokrysolu z odpadami po flo tacji siarki, gn ojow icy oraz pierza z dodatkiem mocznika, ale tylko dla niektórych frak cji agregatów. W październiku, a więc po zbiorze fasoli, jedyne działanie dodatnie na trwałość gruzełków stwierdzono w kom bi nacji z gnojowicą płynną — nie agregowaną. W pozostałych przypad kach wodotrwałość agregatów wszystkich frak cji zbliżona była do trw a łości agregatów z poletka kontrolnego. Nieco inny pogląd na wodood porność struktury uzyskano po wyliczeniu wskaźników wodoodporności, które opisują trwałość gleby kompleksowo. Z wartości L W A m i W W (tab. 2) wynika, że pod koniec sezonu wegetacyjnego tylko gnojowica oddziaływała jeszcze korzystnie na wodoodporność gruzełków w porów naniu z kontrolą (W W dla kontroli — 0,63, dla kombinacji z gnojowicą — 0,72). Jednak w okresie sezonu, w czasie wzrostu i rozw oju fasoli trwałość gleby była znacznie lepsza na poletkach traktowanych odpa- daüni po flotacji siarki z dodatkiem rokrysolu i pierza z mocznikiem w terminie I oraz w terminie II na poletkach wszystkich kombinacji, z w yjątkiem czystych odpadów po flotacji siarki w postaci szlamu. Stwierdzić więc należy, że mimo krótkiego okresu korzystnego oddzia ływania badanych preparatów na trwałość struktury gleby lessowej było ono w okresie intensywnego wzrostu i rozw oju fasoli tak istotne, że znalazło potwierdzenie we wschodach i plonach tej rośliny (tab. 2).
W s c h o d y i p l o n f a s o l i s z p a r a g o w e j . Uzyskane w yniki badań dowodzą, że właściwości fizyczne istotnie w p ływ ają na rozw ój i plonowanie fasoli (tab. 2). Na poletkach traktowanych badanymi środ kami W schody fasoli b yły bardziej wyrównane i procentowo wyższe o 20 do 80% w stosunku do poletka kontrolnego, z w yjątkiem kombinacji z pierzem, gdzie jednak obniżenie wschodów spowodowane było nisz czącym działaniem kretowisk. Rów nież plon był większy o 25 do 81% nawet na poletkach, gdzie wschody b yły obniżone z powodu kretowisk. N ajw iększy plon uzyskano w kombinacji z rokrysolem WF-2. Można w ięc powiedzieć, że wprowadzone środki w y w a rły korzystny w p ływ na właściwości fizyczne, a w tym także na zmniejszenie zaskorupienia, co w yraziło się w lepszych wschodach i plonach fasoli. Wartości współ czynnika pęknięcia potwierdzają, że czas działania badanych środków syntetycznych i odpadowych na glebę był stosunkowo krótki, ale w y starczający do zapewnienia roślinie korzystnych warunków wzrostu i plo nowania. W artości współczynnika pęknięcia nie różniły się zarówno z kontrolą, jak i m iędzy poszczególnymi kombinacjami.
W a rto ś c i bred nie w yliczon ych wskaźników огаг wschody i p lo n f a s o l i szparagow ej Mean v a lu e s o f c a lo u la t e d In d i c e s a s w e l l as s p ro u t in g and y i e l d s o f asp a ra gu s beans
Wskaźniki In d ic e s LWAs LWAm WW W spółczynnik p ę k n ię c ia Modulus o f ru p tu re G/cm2 Wschody szt/8 m2 S p ro u tin g , p la n t s per 8 m2 P lon Y i e l d q/ha Terminy D ates I I I I I I I I I H I I I I I I I Kombinacje Treatments K o n tro la C o n tro l 490,8 395,6 351,3 180,9 165,2 2 21,3 0 ,3 7 0,41 0 ,6 3 596,1 86 17,1 R o k ry s o l WP-2 R o k ry s o l WP-2 426,8 445,0 358,0 159,3 241,7 186,4 0 ,3 7 0,54 0,5 2 590,0 115 31,0 Odpady po f l o t a c j i s i a r k i Sulphur post f l o t a t i o n w astes 533,0 371,3 296,9 365,2 146,8 1 6 1 ,6 0 ,6 9 0,39 0,5 4 583,0 103 25,6 Odpady po f l o t a c j i + r o k r y s o l S ulphur post f l o t a t i o n w astes + R ok rysol 463,6 370,0 413,1 177,4 315,0 175,7 0 ,3 8 0,85 0 ,4 2 593,4 152 23,1 Gnojowica L iq u id manure 631,4 515,5 372,8 203,1 379,7 271,5 0,3 2 0 ,72 0,72 594,7 125 2 3,5 G nojowica + ro k r y s o l L iq u id manure + Rokry s o l 451,2 290,0 390,1 141,4 194,6 169,9 0,31 0 ,67 0 ,4 3 591,6 128 2 5,5 P ie r z e + mocznik F e ath e rs + u rea 455,8 361,9 338,8 196,7 236,7 197,4 0,46 0 ,6 5 0,51 591,4 77 21,3
LWAs - liczbo w y wskaźnik a g r e g a c j i na sucho - num erical in d e x o f a g g r e g a t io n a f t e r d ry s ie v in g LWAm - liczbo w y w skaźnik a g r e g a c j i na mokro - n u m erical in d e x o f a g g r e g a t io n a f t e r wet s ie v in g WW - wskaźnik wodoodporności - w a te r s t a b i l i t y in d ex
I - czerw iec - June, I I - s i e r p ie ń - A u gust, I I I - p a ź d z ie r n ik - Ootober
T e c h n o lo g ia g le b y
P O D S U M O W A N IE
. Uzyskane w yniki wskazują, że badane środki syntetyczne i odpado we w różnym stopniu oddziałują korzystnie na właściwości fizyczne gleby i rozw ój fasoli. Poprawiają one wodoodporność agregatów gle
bowych, zmniejszają zaskorupienie powierzchniowe gleby, przez co w p ły w ają korzystnie na wschody i plonowanie fasoli. Spośród badanych środ ków szczególnie korzystne w stosowaniu okazały się odpady po flotacji siarki i gnojowiska flokulowana rokrysolem W F-2 oraz pierze preparo wane mocznikiem. W ykorzystanie omawianych środków odpadowych z przemysłu do polepszania żyzności gleby może być też bardzo k orzy stne ze względu na rozładowywanie składowisk odpadów zanieczyszcza jących środowisko. W ym aga jednak potwierdzenia w dalszych bada niach, że środki te korzystnie oddziałują na właściwości chemiczne i bio logiczne gleb.
L IT E R A T U R A
[1] De B o o d t M.: Use o f soil conditioners around the w orld. Proc. Int. Symp. ’’Soil Conditioners” , Las Vegas 1973, SSSA Spec. Publ. 7, 1975, 1-12.
[2] De B o o d t M.: Proc. Int. Symp. "S o il C onditioning” , Ghent 1972, Med. Fac. Landbouw w . R ijksuniv, Ghent, 37, 1972, 3, 897-1165.
[3] De B o o d t M.: Proc. Int. Symp. ’’Soil C onditioning” , Ghent 1976, Med. Fac. Landbouw w . Rijksuniv, Ghent, 41, 1976, 1, 1-563. , i[4] D e c h n i k I., D ę b i c k i R.: W yk orzystyw an ie syntetycznych środków do
ulepszania gleb. Probl. A g ro f. 23, 1977, 1-201.
[5] D e c h n i k I., D ę b i c k i R.: The possibilities of the use of post flotation waste products fo r im provin g some soil properties and plant yields. Proc. Int. Symp. ’’S oil F e rtility Im provem ent and C lay M in erals” , Prague 1978, 50-58.
[6] D e c h n i k I., S z c z y p a J., D ę b i c k i R., S o k o ł o w s k a Z.: The influence of conditioners on some properties of soils and th eir use fo r im provin g some fertilizers. Proc. 8th Int. F ertilizer Cong., M oskw a 1976, III.
;[7] D e c h n i k I., D ę b i c k i R.: Th e influence o f moisture, tem perature, and drying tim e on the form ation o f soil crust. Zesz. probl. Post. Nauk rol. 220, 1979, I [w druku].
[8] D o b r z a ń s k i В., W a l c z a k R., W i t k o w s k a В.: S oil-aggregation and w ater-stab ility index. Pol. J. Soil Sei. 8, 1975, 1, 3-8.
[9] K u l i m a n n A .: Synthetische Bodenverbesserungsm ittel. Veb. Dtsch. Lan d - wirstsch. B erlin 1972, 1-132.
[10] W a l c z a k R., W i t k o w s k a В.: M etody badania i opisywania a gregacji gleby. Probl. A g ro f. 19, 1975, 1-75.
[11] W o l s k i T., D e c h n i k I., G l i ń s k i J.: Sposób otrzym yw ania w olno dzia łających naw ozów organiczno-m ineralnych. Patent N r P-207880, B iuletyn U. P. P R L nr 10/79.
И. Д Е Х Н И К , Р. Д Е М Б И Ц К И ВО ЗД Е Й С ТВ И Е С И Н Т Е Т И Ч Е С К И Х В Е Щ Е С ТВ И П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Х О Т Х О Д О В Н А А Г Р Е Г И Р О В А Н И Е П О Ч В Ы И ЕЁ В О Д О П Р О Ч Н О С Т Ь Агроф изический Институт П ольской академии наук в Л ю бли не Р е з ю м е На лессивированной почве образованной из лёсса применяли: Рок р ы соль ВФ -2, полиакрилоамид — вы соком олекулярны й линейны й полимер; поф лота- ционные серные отходы в сыром виде; отходы ф локулирован ны е названным полимером; навозную ж и ж у в сыром виде и ф локулированную полимером; перья обработанные мочевиной. П олучен ны е результаты показывают, что испытанные вещества сказываются полож ительно, хотя не в одинаковой сте пени, на ф изических свойствах почвы и на развитии фасоли. Они улучш аю т водопрочность почвенны х агрегатов, способствуют понижению образования ком пактной корки на поверхности почвы, благадаря чему полож и тельн о влияю т на всходы и урож ай фасоли. Среди испытанных веществ особо п о л о ж и т ель ным влиянием отли чали сь пофлотационыые серные отходы и навозная ж иж а ф локулированная полимером Рокры соль, а такж е перья обработанные мочеви ной. И спользование обсуж даемых промы ш ленны х отходов для улучш ени я плодородия почвы может представлять интерес и с точки зрения разгрузки складов с отходами загрязняющими среду. П олож и тельн ое действие назван ны х веществ на химические и биологические свойства почв требует однако подтверждения в дальнейш их исследованиях. I. D E C H N IK , R. D Ę B IC K I E F F E C T OF S O IL C O N D IT IO N S A N D IN D U S T R IA L W A S T E S O N T H E A G G R E G A T IO N A N D W A T E R — S T A B I L I T Y OF S O IL v
Institute of A grophysics in Lu blin Polish A cad em y of Sciences
S u m m a r y
On soil lessivé developed fro m loess the fo llo w in g m aterials w ere applied: R okrysol W F-2 — h ighly-m olecular linear polyacrylam ide polym er, sulphur post- -flotation wastes in ra w state and flocculated w ith R okrysol, liquid manure in raw state and flocculated w ith R okrysol as w e ll as feathers treated w ith urea. The results obtained prove thąt the synjthetic substances and waste products exert a d ifferen t favou rable e ffect on physical properties of soil and the grow th o f asparagus beans. T h ey increase the w a ter-stab ility of soil aggregates, what affects favou ra b ly the sprouting and yields of beans. P articu larly advantageous among the m aterials tested proved to be sulphur post-flotation wastes, liquid manure flocculated w ith R okrysol and urea-treated feathers. The application of the above industrial wastes fo r the soil fe r tility im provem ent can also be o f
advantage in liquidation of dumps o f wastes polluting the environm ent. H ow ever, the presumption that the above m aterials would a ffect fa vou ra b ly chem ical and biological properties of soils w ill requ ire v erifica tio n in fu rther investigations.
Prof. dr hab. lunacy Dec hnik Zakład A gr ofi zyk i P A N
