Основные и косвенные виды агрохимического сырья

В России месторождения такого типа практически не разрабатывают, в них сосредоточено около 4% запасов.

Желваковые фосфориты представляют собой включения различного размера и формы (конкреции, псевдоморфозы по органическим остаткам, их окатанные обломки и т. п.) в осадочных горных породах - глауконито-кварцевых песках; алевритах, глинах, иногда в мелу и опоке и других породах. В этих стяжениях (размером 0,5...30 см) фосфатным веществом цементируются другие минералы, чаще всего кварц (6...35%) и глауконит (10...30%). Содержание Р2О5 в желваках 16...25%. Иногда они соединяются фосфатным же цементом друг с другом, образуя «фосфоритные плиты». Пласты фосфоритов, мощностью до 2 м, прослеживаются на несколько десятков километров, желваковые фосфориты залегают на платформе среди обломочных и карбонатных отложений различного возраста - ордовикского, юрского, мелового, палеогенового. Добывают их во многих месторождениях - Вятско-Камском, Егорьевском (под Москвой), в Брянской области, Среднем Поволжье. В желваковых фосфоритах сосредоточено около 270 млн т P2O5, что составляет около 20% запасов.

Ракушечные фосфориты представляют кварцевый песок или песчаник с целыми раковинами брахиопод или их обломками. Эти раковины изначально были фосфатного состава, а не псевдоморфозы по карбонатным раковинам, как в других типах фосфоритов. Запасы Р2О5 в месторождениях могут достигать 100 млн т при мощности пластов до 12 м. Встречаются в ордовикской системе в северо-западной части восточно-европейской платформы - в Эстонии и Ленинградской области.

Остаточные фосфориты (фосфориты коры выветривания, элювиальные) образуются при выветривании морских фосфоритов и представляют собой рыхлый песчано-глинистый материал с переменным количеством каменистых обломков (дресвы, щебня и т. п.). В тех случаях, когда продукты выветривания накапливаются в карстовых воронках и пустотах, фосфориты называют карстовыми. Содержание Р2О5 в разных частях коры выветривания может колебаться в широких пределах и часто превышает его количество в исходной породе.

Инфильтрационные фосфориты образовались, как считают, при выветривании и разложении залежей гуано, в результате вмывания фосфатного вещества в нижележащие породы. Среди них различают островные и пещерные фосфориты.

Островные фосфориты -- корки на доломитах, фосфатизированные раковины или кораллы, фосфатный песок и конкреции, а также фосфатизированные известняки или мел. Нередко они имеют белый цвет и мраморовидный облик. Залежи достигают 24 м мощности и встречаются, как правило, среди закарстованных доломитизированных известняков. Возраст-нижний неоген (миоцен). Они приурочены к кольцевым атоллам и вершинам подводных гор - гайотов.

В нашей стране месторождения такого типа отсутствуют. Широко известны залежи в Тихом (острова Ошен и Науру) и Индийском океанах (остров Рождества).

Считают, что образование фосфоритов связано с жизнедеятельностью птиц, гнездившихся на атоллах. Накапливающиеся здесь огромные массы помета содержали значительное количество фосфора и азота, легкорастворимые соединения азота уносились в море, а фосфорсодержащие растворы взаимодействовали с подстилающими известняками и частично их замещали (фосфатизировали).

Однако такая точка зрения не является общепринятой. Отмечают, например, что на названных островах нет скоплений гуано. А на океанических островах у берегов Перу и Намибии, где добывают гуано, отсутствуют и следы фосфоритизации подстилающих отложений. Кроме того, аналогичные фосфориты были извлечены при драгировании дна океанов с глубин около 2000 м с плоских вершин подводных гор (гайотов), где присутствием птиц объяснить такие находки невозможно.

Пещерные фосфориты образуются при минерализации экскрементов летучих мышей и других животных в пещерах. Из-за небольших размеров залежи практического значения не имеют.

Месторождения фосфоритов в нашей стране многочисленны, качество сырья в них различно, отличаются они и по размерам. Встречаются в разных районах и приурочены к фосфоритоносным бассейнам.

Многие фосфориты по внешнему виду не отличаются от обычных, широко распространенных пород: песчаников, известняков, доломитов, песков.

Эти мелкозернистые, хорошо сортированные полевошпато-кварцевые пески содержат, в среднем 8... 12% Р2О5. 35% фосфатов содержится в виде монофосфатных песчинок, а 65% образуют оторочки на обломочных зернах других минералов.

Из фосфоритов и апатитов изготавливают следующие виды минеральных удобрений: фосфоритовую муку (тонкоразмолотый фосфорит); простой и двойной суперфосфаты. В последнее время на основе фосфоритов, изготаляют комплексные удобрения пролонгирующего действия. Например учеными Западной Сибири разработано удобрение, которое включает измельченные до размера 0,25-0,5 мм природный фосфорит и окисленный бурый уголь в соотношении 1:5-1: 10, которые подвергли компостированию при влажности смеси на уровне 60% от ее полной влагоемкости в течение 60-70 дней, содержащее элементы-биофилы, мас. %: Р 2О5 - 1,72-3,81; К 2О - 1,38-3,62; СаО - 14,02-28,04; MgО - 8,06-16,17; Мn - 0,16-0,27; Zn - 0,024-0,038; Cu - 0,016-0,018; Сo - 0,009-0,035; Ni - 0,03-0,05; Мo - 0,006-0,023; гуминовые кислоты - 31-67. Комплексное удобрение при использовании увеличивает урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

Соединения фосфора используют также в керамической и химической промышленности (изготовление спичек, лекарств, препаратов для борьбы с вредителями сельского хозяйства) металлургии и т.д.

Вивианит - водный фосфат железа Fe3(H2О)8 [PО4]2, третий после апатита и франколита источник фосфора.

Образуется в условиях восстановительной среды. В неизмененном виде светлых оттенков и белый, в кристаллах -- прозрачный, бесцветный. При частичном окислении на воздухе быстро становится серовато-зеленым или серовато-синим до темно-синего. Встречается в железорудных месторождениях (керченит) и в виде землистых агрегатов в заболоченных участках («болотные фосфаты»).

Широко известным месторождением железных руд, богатых вивианитом, является керченское месторождение в Крыму. Оолиты бурого железняка (лимонита) этого месторождения постоянно содержат 0,9... 1,3% фосфора. Кроме того, вивианит здесь часто образует кристаллические лучистые агрегаты в раковинах моллюсков и в пустотах среди бурого железняка. При разработке месторождения около двух третей всего фосфора остается в железном концентрате. При металлургическом переделе 35% фосфора попадает в шлаки, где содержание Р2О5 достигает 15%. В настоящее время доказана возможность эффективного применения в сельском хозяйстве металлургических шлаков и при содержании окиси фосфора 7%. Общие запасы Р2О5 по трем месторождениям Керченского железорудного бассейна оцениваются в 10 млн т.

Болотные фосфаты - торфовивианит. Землистые порошковидные агрегаты вивианита, часто встречающиеся в торфе, могут использоваться в сельском хозяйстве.

Торф, содержащий от 0,5 до 2,5% P2O 5, называют вивианитовым, от 2,5 до 15% - торфовивианитом, а более 15% - вивианитом (в «чистом» вивианите - около 28% Р2О5).

Эффективность использования торфовивианита в сельском хозяйстве активно изучалась в 30-40-е годы. Было установлено, что на почвах Нечерноземной полосы под зерновые и овощные культуры, картофель и лен торфовивианит, как правило, не уступает в эффективности промышленным удобрениям. Однако высказывались и другие мнения. В частности, в одной из работ профессора кафедры агрохимии Тимирязевской академии В. М. Клечковского (1939 г.) было отмечено, что коэффициент использования фосфора вивианита ниже 10% и, следовательно, нет оснований для такой высокой оценки «болотных фосфатов».

В последние годы вновь возрос интерес к сельскохозяйственному использованию торфовивианитов в тех районах, где есть многочисленные залежи этого полезного ископаемого -- в Западной Сибири.

Фосфаты торфовивианита идут главным образом на построение продуктивной части растений (в частности, повышается отношение зерна к соломе, улучшается качество зерна). Килограмм фосфора торфовивианита позволяет получить 1,5... 1,8 кг протеина. Эффективность увеличивается при одновременном известковании почвы.

Кроме фосфора, болотные фосфаты содержат еще ряд полезных компонентов - азот, кальций, органический углерод. Торфовивианиты оказывают на почву многостороннее агрохимическое и агрофизическое действие.

В 80-е годы, когда вновь появился интерес к удобрениям, альтернативным легкорастворимым соединениям, был установлен положительный эффект от внесения торфовивианита не только на подзолистой почве, но и на черноземах и других типах почв.

Фосфаты железа повышают уровень фосфатного питания не только в год внесения, но и в течение ряда последующих лет, поскольку их трансформация в более подвижные соединения происходит постепенно. Вместе с тем торфовивианит способствует увеличению содержания минерального азота в результате аммонификации и нитрификации органического вещества торфа.

Эффективность торфовивианита в год внесения возрастает с увеличением дозы Р2О5 до 180 кг/га. Дальнейшее повышение дозы до 320 кг/га дает дополнительную прибавку урожая только на третий год. Значительный размер прибавки (16% к контролю) указывает на неисчерпаемые возможности удобрения. Биологические особенности культур (в частности, продолжительность вегетационного периода) определяет различную их реакцию на торфовивианит. Яровая пшеница и кукуруза проявляют большую отзывчивость; овес и гречиха, как культуры менее продолжительного вегетационного периода, сравнительно меньшую. Большую отдачу может быть получена на почвах, бедных подвижными фосфатами, на почвах средней, а тем более высокой обеспеченности фосфатами эффективность торфовивианита падает.

К недостаткам «болотных фосфатов» относится высокое содержание железа, окислы которого уплотняют почву и снижают усвояемость фосфора растениями. По мнению исследователей, отношение железа к фосфору не должно превышать четырех (при оптимальном значении 1,5). При таких ограничениях большая часть торфовивианитов может быть использована как удобрение. Если же считать допустимой нормой не более 5% железа, то большая часть торфовивианитов оказывается вредной агрорудой.

Второй недостаток «болотных фосфатов» - малое содержание питательных веществ при высокой естественной влажности--накладывает существенные экономические ограничения на применение, поскольку их добыча, транспортирование и применение требуют значительного объема работ. При средней влажности торфа 60% и норме внесения 180 кг/га Р2О5 (содержание этого компонента в торфовивианите 5%) необходимо внести 9 т торфа. Торфовивианит используют в качестве удобрения после предварительного проветривания и тщательного измельчения.

Кроме земледелия, вивианит (а также торфовивианит с содержанием Р2О5 не менее 4%) может использоваться как инсектицид - для борьбы с амбарными вредителями (клещом и долгоносиком). Для этого применяют сухой вивианит из расчета 5 кг на 1 кг зерна. Через две-три недели погибают практически все вредители и их личинки.

Для образования месторождений вивианита необходимо сочетание следующих факторов:

-наличие фосфоритов и глауконитовых отложений в областях питания подземных вод (в присутствии глауконита снижается жесткость воды, в том числе и количество растворенных карбонатов);

-повышенное по сравнению с фоновым количество фосфора в грунтовых водах (образование вивианита происходит при содержании фосфора 1...4 мг/л, в Западной Сибири его количество достигает 0,4 г/л);

-высокая зольность торфа (более 20%) и повышенное содержание в нем фосфора (более 0,2%);

-низинный тип торфяников, приуроченность их к поймам рек и низким (первой и второй) надпойменным террасам.

Торфовивианиты не образуют больших месторождений. В торфяниках они залегают в виде линз площадью от нескольких десятков квадратных метров до нескольких гектаров и только иногда достигают нескольких квадратных километров, запасы в таких случаях составляют сотни тысяч тонн. Учитывая небольшие размеры месторождений и большую естественную влажность торфовивианитов, их целесообразно использовать только вблизи от залежей, экономически выгодным это оказывается при удалении полей от места добычи не далее 30...50 км.

Залежи торфовивианита в европейской России встречаются от Карелии на севере до Тамбова на юге, от Беларуси и Волыни на западе до Урала на востоке. Прогнозные ресурсы фосфатов оцениваются здесь в 30 млн т Р2О5, а в Западной Сибири --более 1200 млн т.

· Почему фосфор называют элементом дарующим плодородие?

· Какие горные породы можно использовать для производства фосфорных удобрений?

· Какие элементы - загрязнители, содержатся в апатитах?

· Чем вызван интерес зарубежных стран к Российским апатитам?

· Где находится самое крупное в России месторождение апатитовых руд?

· Какими запасами фосфорнокислых горных пород обладает Россия?

· Что представляет собой торфовивианит?

5. Природные органические агроруды

К природным органическим агрорудам относятся сапропель, торф.

Сапропелем (от греческого слова - «гнилостный ил») называют илистые отложения пресных континентальных водоемов, содержащие свыше 15% (по массе) органического вещества. В отличие от торфа формируется в основном из остатков низших растений и животных микроорганизмов (фито- и зоопланктона). Накапливается в тихих зарастающих водоемах со стоячей водой. Ископаемые илы четвертичного возраста обычно называют гиттией.

Чистый сапропель представляет собой студневидную, желеобразную однородную массу, консистенция которой в верхних слоях приближается к сметанообразной, а в нижних, более уплотненных, уже может хорошо резаться ножом. Минеральные примеси, присутствующие нередко в значительном количестве, делают сапропели похожими на обычные глинистые, песчаные или карбонатные отложения.

Цвет сапропеля имеет определенное диагностическое значение, поскольку указывает на характерную особенность состава: зеленый цвет обязан присутствием хлорофилла, розовый - каротина, голубоватый - вивианита, черный, быстро темнеющий на воздухе - восстановленного железа, сероватый - примесь глины или карбонатного материала.

Сапропели обладают рядом специфических свойств-медленно сохнут, с трудом отдавая воду, но, высохнув, они делаются очень твердыми и даже размолотые в порошок вновь не намокают. Только некоторые известковистые сапропели в сухом виде становятся рыхлыми.

Промороженный или предварительно разболтанный в воде сапропель значительно легче отдает воду и довольно быстро высыхает до 18...20% влажности. После промораживания сапропель приобретает рыхлость.

Сапропели обладают хорошей пластичностью, вязкостью, липкостью, адсорбционными свойствами - их поглотительная способность, составляет 64...75 мг-экв/100 г сухого сапропеля. Средняя плотность сапропелей 1050 кг/м3, содержание воды от 1,5 до 30 г на 1 г сухого вещества и зависит от степени уплотнения и минерализации. Естественная влажность достигает 97%, рН (КСI) в среднем 6,5 (4,4...8,3).

Выделяют два основных типа - органические и минерализованные, последние, содержащие не менее 50% зольных элементов. Среди них различают кремнистые и карбонатные, а также глинистые и смешанные сапропели.

В составе сапропелей могут быть представлены различные группы организмов.

Биологический состав сапропелей

Компонент	Содержание в разных типах сапропелей, %
	органический	кремнистый	карбонатный	смешанный
Водоросли: диатомовые сине-зеленые протококковые золотистые Животный остаток Высшие растения Пыльца и споры	0...65 1...75 1....45 0...12 1...21 I...85 1.. .19	0...80 3...29 2...37 2...19 1...13 3...61 0...10	0...46 5...35 1…35 1...17 4...20 4...25 I...19	0...72 6...34 0...28 0...8 1...19 10…58 2... 17

Кроме того, обычно в незначительных количествах присутствуют десмидиевые (0...2%), а в карбонатных сапропелях также вольвоксовые (1... 10%) водоросли.

Важная роль в образовании сапропелей принадлежит бактериям. Количество их, особенно в верхних частях залежей, очень велико -180...250 млн микробных тел на 1 г сырого сапропеля. Среди них обнаружены: гнилостные микробы, возбудители брожения клетчатки и пектиновых веществ, бактерии маслянокислого брожения, уробактерии, денитрифицирующие микроорганизмы, грибы и актиномицеты. С глубиной анаэробные формы сменяют аэробные, количество бактерий уменьшается, а в нижних частях пластов они практически отсутствуют. Патогенные микроорганизмы в сапропеле не обнаруживаются, напротив, присутствуют формы, выделяющие антибиотики. Кроме того, здесь синтезируются различные ферменты, витамины (В, Е, С, D, Р) и другие биологически активные вещества.

Органическое вещество сапропелей содержит битумы, гуминовые вещества и др.

Состав органического вещества сапропелей (в % от органического вещества)

Тип сапропеля	Битумы	Гуминовые вещества	Гидролизуемые вещества	негидроли-зуемый остаток
		Всего	в т.ч.гуминовые кислоты
Органический Кремнистый Карбонатный Смешанный	4,4 3,9 3,0 2,8	33,6 49,5 39,8 47,0	25,5 26,3 19,1 28,6	34,4 28,3 36,4 31,4	29,0 16,2 22,9 10,8

Для элементного состава сапропелей характерно повышенное (по сравнению с торфом) содержание водорода и азота.

Элементный состав органического вещества сапропелей (в % на органическое вещество)

Тип сапропеля	С	Н N	S
Органический Кремнистый Карбонатный Смешанный	50...61 47...65 48...67 42…65	6...8 6...8 6...8 6...7	3...6 3...5 3...5 3...6	0,2... 1 0,3...4 0,1.. 1 0,2...2

Среди обломочных минералов в сапропелях преобладают обычные для четвертичных отложений кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы, глинистые минералы. Среди аутигенных (т.е. образовавшихся непосредственно в озере или в самом осадке - сапропеле)-кальцит, сидерит, пирит, марказит, вивианит, франколит, гетит и гидрогетит (лимонит).

В сапропелях встречаются различные микроэлементы. Их содержание может колебаться в широких пределах (в расчете на 1 кг воздушно-сухого сапропеля): марганец -400... 1000 мг, медь - 5... 16 мг, кобальт - 0,5...20 мг, молибден - 0,5... 10 мг, йод - до 87 мг; в кремнеземистых сапропелях отмечается повышенная концентрация бора - до 80 мг, никеля - до 19 мг и ванадия - до 38 мг; цинка - до 148 мг.

Высокое содержание органического вещества, в том числе гуминовых соединений, азота и микроэлементов, позволяет использовать сапропель как органо-минеральное удобрение. Благодаря высокой емкости поглощения (превышающей емкость поглощения черноземов) сапропели являются хорошим средством для мелиорации малопродуктивных (в первую очередь песчаных) почв. Кроме того, сапропели с высоким содержанием кальция (известковые) применяют для нейтрализации кислотности почвы.

калийный удобрение торф гипс

Химический состав сапропелей (в % на сухое вещество)

Компонент	Тип сапропеля
	органический	кремнистый	карбонатный	смешанный
Потери при прокаливании Si02 А1203 Fe,03 СаО MgO Р205 К2О SО3	6...31 3...24 0,2...4,5 0,3...10 0,6...5 0,1...1 0,1...2,4 0,2,…2 0,I...2	48...85 30...68 0,5... 11 1...11 1...15 0,7...2 0,2... 1,7 0,1…3 0,1...4	32...66 0,3...29 0...3 0,5...11 16...48 0,6..5 0,1. ..1,5 0...1 0,3...3	33...55 12…28 0,1…4 1...20 1...11 0...2 0,2...4,5 0,2... 1 0,1...3

Сапропель как органо-минеральное удобрение может вноситься в чистом виде - непосредственно из месторождения (со дна озера) и в виде компостов с навозом, куриным пометом и другими органическими удобрениями. По подсчетам; 1 т сапропеля оз. Неро (г. Ростов Великий) обеспечивает прибавку урожая лука на 70...80 кг, картофеля - на 60...95 кг, цикория - на 70... 100 кг, морковина 70...80 кг, озимых зерновых - на 8...13 кг.

В Беларуси проведены опыты по изготовлению гранулированных сапропелевых удобрений с использованием навоза. Гранулы размером 3...5 см содержат полный набор, элементов питания, удобны для транспортировки, их можно вносить локально, а не разбрасывать, что позволяет снизить дозы в 2...3 раза. Урожайность с использованием гранул возрастает на 60...80%. Применение таких удобрений, как подчеркивают авторы этой работы, особенно эффективно на тяжелых по механическому составу почвах, а также в тепличном и парниковом хозяйстве, в цветоводстве.

Сапропель применяют для увеличения в малопродуктивных почвах поглотительной способности и насыщенности обменными основаниями, а также с целью повысить содержание нитратного азота и гумуса.

На поля вносится от 50 до 150 т/га сапропеля, а после него - солома с навозом и зеленые удобрения. Потребность в азотных удобрениях в год внесения сапропелей сильно снижается. Прибавка урожая зерновых составляет более 15%, при этом улучшается качество урожая - в зерне ячменя и озимой ржи возрастает содержание белка, в зеленой массе гороха - каротина и протеина, улучшается товарность корнеплодов.

Сапропель особенно эффективен для мелиорации песчаных почв, обедненных гумусом, с малым содержанием тонкой фракции. Восстановление органического вещества почвы при этом происходит быстрее, чем при внесении навоза.

Другой прием коренного улучшения почвы используют для повышения плодородия земель, расположенных вблизи богатых сапропелем озер. При таком способе на 1 га методом намыва вносят от 300 до 1000 и более тонн сапропеля, который покрывает почву слоем в несколько десятков сантиметров (до 1,5 м). Сапропели, намываемые на поля, должны иметь сухого вещества не менее 3%, зольность -- не более 70 %, кислотность - не ниже 5,5.

При внесении 960 т/га сапропеля, (влажность 60%) урожайность зерна ячменя увеличивается на 65...82%, зеленая масса овса - на 158%. При внесении 1800 т/га сапропеля урожай укропа вырос на 49%, а урожай лука - на 52% при дозе 2800 т/га.

При внесении высокоорганического сапропеля в виде пульпы непосредственно в пахотный слой улучшаются его водно-физические свойства, полевая влажность, общая пористость, запасы продуктивной влаги. Он оказывает положительное влияние на агрохимические свойства почвы - содержание гумуса, валовое содержание азота, подвижность фосфора, калия, микроэлементов, емкость катионного поглощения.

Известковые сапропели, содержащие не менее 12% СаО в золе, используют для снижения кислотности. Для хорошего известкового сапропеля суммарное содержание СаСО3 и MgCО3 составляет не менее 70%, а минимально допустимое - 30% (при влажности 40%). Карбонатный сапропель, как и в других случаях применения сапропелей, воздействует комплексно - не только уменьшает кислотность почвы, но и обогащает почву органикой, микро- и макроэлементами. Установлено, что кальций сапропелей в минеральной форме органогенных карбонатов действует эффективней, чем кальций известковой муки.

Применение сапропеля в виде компостов с навозом, куриным пометом увеличивает прибавку урожайности сельскохозяйственных культур на 60-80%. Считается, что сапропелевые удобрения в действии и последействии эквивалентны 40 т/га навоза.

В последнее время все более широко используется сапропель для приготовления универсальных комплексных удобрений. Например, ООО «Гектар» из г.Тамбова реализует на рынке органическое удобрение «Сапропель», которое можно использовать для выращивания рассады, комнатных растений, под огородные культуры.

Месторождения сапропелей бывают двух типов -- залегающие на дне современных озер и в болотах под елеем торфа. Все они образовались в четвертичное время в районах, подвергавшихся покровным оледенениям. Возраст сапропелей обычно не превышает 12 тыс. лет.

На дне озер мощность сапропелей чаще всего составляет несколько метров, но может достигать 40 м (оз. Сомино в Ярославской области). В торфяниках толщина слоя сапропеля, как правило, меньше, иногда менее 1 м. Площадь месторождений от 1...2 до нескольких тысяч гектаров. Среднее месторождение сапропеля в озерах занимает территорию 1586 га, средняя глубина залежей 2 м. Потенциальные запасы сапропеля в России около 2.50 млрд м3, или 92 млрд т (при 60% влажности). Но подготовленных к эксплуатации месторождений намного меньше - разведенные запасы составляют всего 2% прогнозных.

По современным представлениям, сапропель является чуть ли не единственным полезным ископаемым, разработка которого не только не приводит к экологически вредным последствиям, но и, наоборот, способствует улучшению окружающей среды, разработка оздоровляет озера, так как накопление в них большого количества биомассы в виде сапропеля приводит к обмелению, зарастанию и преждевременному старению.

Торф. На огромных пространствах Европы, Сибири, Дальнего Востока и Северной Америки много болот. Они занимают площадь почти в 180 млн. га. В центральных и северных областях России болотами покрыто от 10 до 30% земель, а в Западной Сибири - ещё больше. В болотах постоянно наблюдаются недостаток кислорода и высокая влажность. Они предохраняют от полного разложения остатки растений, которые, накапливаясь из года в год, постепенно превращаются в однородную массу чёрного или коричневого цвета. Это торф. Обычно он насыщен водой на 85-95%. Для того чтобы остатки погибших растений могли сохраняться длительное время и образовывать залежи торфа большой мощности, необходимы особые условия. Если дно опускается быстрее, чем накапливаются остатки растений, то болото превращается в озеро и торф больше не образуется. Дно заносится илом и песком. Если же прогибание дна отстаёт от накопления растительного материала, то он начинает разлагаться. Только совпадение скоростей накопления остатков растений и прогибания дна порождает удивительное создание природы - торф. В нём собраны ценнейшие органические и неорганические вещества. Они могут использоваться в самых различных областях - сельском хозяйстве, химии, медицине, металлургии, энергетике.

Торфяники, в которые не проникает воздух, представляют собой настоящий кладезь для археологов, идеальные естественные хранилища древностей: оружия, одежды, жилищ, предметов обихода живших до нас людей. В Германии близ Гамбурга в слоях торфа были обнаружены настил древней дороги и монеты эпохи Римской империи. В одном из австрийских торфяников была найдена монета с изображением римского императора, относящаяся к I в. н.э. В Швеции в залежах торфа сохранились предметы времён викингов (VIII - XI вв.). В 1958 г. близ Ярославля была найдена стоянка первобытного человека: жилище его стояло на высоких сваях посередине большого озера, которое со временем превратилось в болото. Свайные постройки были погребены под толстым слоем торфа, в котором сохранились выточенные из костей животных гарпуны, каменные мотыги, топоры, наконечники для стрел и глиняные черепки.

Первые сведения о торфе как о «горючей земле», используемой для нагревания пищи, приведены в «Естественной истории» Плиния Старшего (46 г. н.э.). В Европе торф добывался уже в XII веке. В России добыча торфа была начата при Петре I, который в 1703 г. предписал: «Искать всемерно торфу, чтобы было подспорье дровам». М.В. Ломоносов, впервые применивший микроскоп для изучения торфа («турфа»), писал в книге «О солях земных» (1763 г.): «Он подлинно есть некоторая порода подземного мху, которой великое множество... Турфовая материя есть весьма мелкий мох по своему строению и частей расположению».

Болота-торфяники обычно располагаются в долинах рек или на приморских низменностях (низинные болота), водоразделах (верховые болота) или на склонах возвышенностей (переходные болота). Тысячелетиями в этих болотах накапливались остатки растений. Вроде бы немного - по 1 мм в год. Но известны торфяники, где толщина залежей торфа достигает нескольких десятков метров. Для каждого типа торфяника характерны определённые растительные сообщества и состав торфа. Например, помимо типичных болотных растений характерным для верховых болот является мох сфагнум, а для низинных - мох гипнум.

Основные залежи торфа образовались и накопились в областях с умеренным климатом, а не в тропиках. Дело в том, что в тропиках, в условиях тёплого и влажного климата, растения не только во много раз быстрее растут, но и, погибая, гораздо быстрее разлагаются. Поэтому накопления их органических остатков почти не происходит. В средних и высоких широтах - в зонах лесостепей, тайги и тундры - условия образования торфяников более благоприятны, т.к. процессы роста и разложения растений замедлены.

Торф образуется как из погибших растений, произраставших на самом торфяном болоте или его берегах, так и из остатков растительности, принесённых водными потоками или ветром. В основании торфяных залежей иногда встречаются слои сапропеля - перегнившего ила, состоящего из остатков водорослей и низших растений.

Толщина пластов торфа меняется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. На некоторых месторождениях она достигает 10 и даже 25 м. Торфяная залежь может состоять из одного вида торфа или из чередования слоев торфа разного вида. Месторождения торфа разделяются и по размеру: мелкие - площадью до 100 га, средние - 100-1000 га и крупные - более 1000 га; и по величине запасов: мелкие - до 10 млн т, средние - 10 -100 млн т, крупные - более 100 млн т. Для изучения месторождений проводятся поисковые и разведочные работы, подсчитываются запасы торфа, оценивается подготовленность их для разработки.

Общие ресурсы торфа в мире, большая часть которых находится в Европе, Азии и Северной Америке, достигают 0,5 трлн т.

Биогенные отложения, возникшие в результате накопления полуразложившихся остатков растительности при медленной их гумификации и минерализации в условиях избыточного застойного увлажнения и недостатка кислорода воздуха. Такие специфические условия возникают в болотах, которые образуются двумя способами при зарастании озер либо в результате заболачивания суши (атмосферными или подземными водами). В озерах стадии торфообразования обычно предшествует накопление сапропелей.

Среди торфа различают три основных типа (в соответствии, с тремя типами болот): низинный, переходный и верховой. В каждом типе выделяют три подтипа: лесной, лесо-топяной и топяной, которые затем делятся на группы (древесная, травяная, моховая и т. п.) и виды (ольховый, осоковый, сфагновый и т. п.) в зависимости от состава исходной растительности.

Образование низинных болот связано обычно с выходом на поверхность подземных вод; они располагаются в понижениях рельефа - в поймах- рек, на дне оврагов и балок. Растительность чаще всего представлена осокой, гипновым мхом, тростником, камышом, хвощом и т. п. Низинный торф содержит максимальное количество питательных веществ: азота, зольных элементов, имеет слабокислую или нейтральную реакцию, часто высокую степень разложения.

Верховые болота - источником водного питания являются атмосферные осадки; они располагаются на водораздельных пространствах, а в речных долинах - на высоких надпойменных террасах. Растительный покров состоит из сфагновых мхов, нетребовательных к минеральному питанию и способных удерживать большое количество воды, в 20...30 раз превышающих их массу в сухом состоянии. Торфообразователями здесь являются также пушица, шейхцерия болотная, багульник, осока топяная и др. Верховой торф характеризуется повышенным количеством органического вещества, кислой реакцией среды, слабой степенью разложения, низким содержанием золы, азота и других питательных элементов, большой поглотительной способностью.

Переходные болота по всем показателям занимают промежуточное положение между верховыми и низинными. По ботаническому составу среди переходного торфа различают древесный, сфагновый, тростниковый, гипновыи и другие виды.

Для оценки и правильного сельскохозяйственного использования торфа важны следующие его свойства:

Ботанический состав определяют по процентному соотношению отдельных видов растений-торфообразователей. Это один из основных показателей, определяющих качество торфа - сфагновые торфа, например, пригодны для подстилки скоту, хранения плодов; древесные и древесно-осоковые - удобрения.

Степень разложения - процентное отношение разложившейся части торфа (т. е. утратившей клеточное строение) ко всей массе торфа. У слаборазложившегося торфа (менее 20%) желтая или светло-коричневая окраска, в нем хорошо видны растительные волокна. Он не пачкает рук, при сжимании комка не проходит сквозь пальцы, отжимаемая вода светло-желтая. У сильноразложившегося торфа (более 45%) темно-коричневый или черный цвет, он пачкает руки, при сжимании комка проходит сквозь пальцы, в нем заметны лишь некоторые растительные остатки, отжимаемая вода темно-коричневая. При повышении степени разложения снижается воздухопроницаемость, влагоемкость, буферность, влаго- и газопоглотительная способность торфа. Слаборазложившийся торф используют для химической переработки, хранения плодов, подстилки для скота; высоко-разложившийся -- используют на удобрения.

Зольность - это содержание золы (в процентах к сухому веществу). Нормальная зольность, т. е. возникшая за счет растений-торфообразователей (без дополнительного привноса минерального вещества), составляет, %: для низинного - 6... 12, переходного - 4...6, верхового - до 4.

Влажность торфа (относительная)-содержание влаги в процентах к общей массе торфа. Естественная влажность неосушенной залежи 85...95% и зависит от типа торфа (у верхового больше, чем у низинного) и степени его разложения (при большей степени разложения влажность меньше). Перед применением торф просушивают. Оптимальная влажность при использовании на подстилку скоту 25...40%, при компостировании-- 65...75%.

Влажность торфа -- способность поглощать и удерживать воду также зависит от типа, вида торфа и степени его разложения. У верхового типа влагоемкость от 600 до 1800 %, у переходного -- 350...950%, У низинного -- 460... 870%- Чем меньше степень разложения, тем выше его влагоемкость. Для использования в качестве подстилки необходим торф влагоемкостью более 700...800%.

Кислотность. рН солевой вытяжки при нормальной зольности торфа составляет для верхового 2,6...3,2; переходного -- 3,4...4,2; низинного -- 4,8...5,6 (у высокозольных -- до 7,5). Если рН ниже 4,5, торф используют как подстилочный материал, при более высоком -- для компостирования. Торф с рН ниже 4,8 может отрицательно влиять на развитие сельскохозяйственных культур и снизить их урожайность. Кроме отрицательного воздействия самой кислотности, это связано с наличием в торфе подвижного алюминия, токсичного для растений.

Органическое вещество торфа по элементному составу близко к органической части исходной растительности.

Химический состав торфа и наземных растений, %

	Содержание элементов
Вещество	С	О	Н	N	S
Торф Растения	50...60 45	30...40 41	5...6 5,5	1...4 3,0	0,1...1 0,3

При торфообразовании происходит распад углеводородов, при этом увеличивается относительное количество углерода и соответственно уменьшается количество кислорода.

С увеличением степени разложения торфа содержание битумов в нем возрастает. Количество водно-растворимых и легкогидролизуемых веществ уменьшается. Торфяные гидролизаты содержат значительное количество Сахаров, служащих питательной средой в производстве кормовых дрожжей.

На долю гуминовых кислот в составе органического вещества приходится 18...43%, а фульвокислот--13...17%. Максимальное их количество, в торфе низинного типа сильной степени разложения.

Основная часть азота в торфе находится в органической форме и становится частично доступной растениям по мере их минерализации. Остальной азот (8...27%) представлен легкоусвояемыми формами -- аммиачной, нитратной, амидной и аминной.

Сложная природа органического вещества торфа предопределяет его сорбционную способность, обменная емкость 120... 130 мг-экв/100 г почвы.

Торф содержит все физиологические группы микроорганизмов, способных участвовать в разложении органического вещества. Исключение составляют нитрифицирующие бактерии и азотобактер. Наиболее богат микрофлорой низинный торф. Для торфа верхового типа, характерно снижение численности микроорганизмов и общей биологической активности из-за повышенной концентрации токсичных органических соединений, а также закисных форм железа и алюминия и большой кислотности. Для освобождения от токсичных веществ торф перед употреблением проветривают или промораживают.

Торф не содержит в себе болезнетворных микроорганизмов, поэтому использование его в, виде удобрений, а также в качестве субстрата в теплицах и парниках резко снижает заболеваемость растений. Верховой торф из-за высокой кислотности обладает антисептическими свойствами, что особенно ценно при использовании его на подстилку.

Благодаря высокому содержанию органического вещества, в том числе гуминовых кислот, азота, некоторых макро и микроэлементов, адсорбционным свойствам, торф используют как удобрение, субстрат в теплицах и для хранения продукции.

В чистом виде торф используется в ограниченных размерах. Обычно его применяют для получения сложных органических или органо-минеральных удобрений. Из торфа готовят компосты, смешивая его (в соотношении 1:1 или 2:1) с биологически активными компонентами (птичий помет, навозная жижа, растительные остатки, фекалии и т. п.), подвергают аммонизации (обрабатывают аммиачной водой из расчета 1,1...2,2% NH3 на сухой торф), в результате чего в 10..15 раз увеличивается подвижность органических веществ, а также подвижных форм азота. При приготовлении органо-минеральных удобрений на основе торфа в него добавляют известковую муку (10...45 кг на 1 т торфа), фосфатные (20...60 кг), калийные (20...50 кг) удобрения.

Для этих целей более пригоден низинный и переходный торф (используется также верховой) со степенью разложения не менее 15%, зольностью не более 25% и влажностью 50...60%; ограничивается и содержание подвижных форм оксидов железа -- не более 1% (или не более 5% оксида железа в золе).

В зависимости от степени окультуренности почвы, выращиваемой культуры и других обстоятельств на поля вносят от 10 до 80 т на 1 га сложных удобрений, приготовленных на основе торфа.

Основным компонентом для многих разновидностей почвогрунтов в теплицах является торф, составляющий в них от 30 до 100% по объему. Торфяной грунт сравнительно дешев, обладает благоприятными водно-воздушными свойствами, имеет пористую текстуру, создающую хорошие условия для развития корневой системы растений, не содержит семян сорняков и возбудителей болезни растений. Сорбционные свойства и его высокая влагоемкость позволяют увеличивать содержание элементов питания, не создавая повышенную концентрацию солей. Органическое вещество торфа в процессе разложения продуцирует углекислый газ, необходимый растениям при выращивании в теплицах.

Для приготовления грунта пригодны все типы торфа, однако не рекомендуется применять низинный торф с высокой степенью разложения (более 30%) и зольностью (более 20%), содержащий карбонаты кальция (рНсол более 6,0) и более 5% валового железа. Такой торф быстро ухудшает физико-химические свойства грунта. Лучшим является верховой торф с низкой ( до 15..20%) степенью разложения. Он содержит до 60...75% и более неразложившихся сфагновых мхов и обладает антисептическими свойствами, обусловленными сильнокислой реакцией среды (рН 2,5...3,2) и наличием фенольных соединений. Благодаря значительной буферности и высокой сорбционной способности можно применять повышенные нормы минеральных удобрений без опасности создания вредной для растений концентрации солей. Сфагновый верховой торф сочетает высокую пористость и влагоемкость. Даже при обильном поливе грунт содержит в порах до 20% воздуха. У низиного разложившегося торфа гораздо худшие показатели, хотя по емкости поглощения и запасу доступной влаги он превосходит верховой сфагновый мох. Верховой торф обладает структурой, сравнительно долго не поддающейся действию микробиологического разложения и заиливания, в связи с чем его можно использовать в теплицах более трех лет. Обязательным условием при этом должно быть малое, содержание в торфе древесных остатков, так как высокое содержание лигнина (более 3%) приводит к быстрому ухудшению структуры торфа.

Бедность питательными веществами и высокая кислотность верхового торфа не только не являются его недостатками, а, напротив, в известной степени оборачиваются достоинствами, позволяя путем внесения извести и удобрений создавать любой уровень питания в соответствии с потребностями выращиваемых растений.

«Садовый торф» -- верховой торф моховой группы с низкой степенью разложения используется в цветоводстве, растениеводстве, декоративном и любительском садоводстве. С его помощью можно улучшить физические и химические свойства песчаных и глинистых почв, так как он хорошо удерживает влагу и питательные вещества, увеличивает аэрацию почвы вокруг корней, предохраняет ее от избыточного солнечного излучения, мороза и перепадов температуры, способствует росту корневой системы. Для выращивания сеянцев плодовых, декоративных, лесных и других культур применяют торфяные полые горшочки, которые предохраняют корневую систему от механических повреждений и деформаций как при выращивании, так и при пересадке.

Хранение продукции. Консервирующее действие торфа обусловлено его бактерицидными свойствами, большой влаго- и газопоглотительной способностью, низкой теплопроводностью. Лучшим консервантом при хранении плодов и овощей являются верховые торфа моховой (сфагновой) группы с низкой степенью разложения, имеющие волокнистую малонарушенную структуру. Такой торф имеет высокую влагоемкость (800...1500%). Это обеспечивает поглощение торфом экссудата гниющей продукции и препятствует распространению гнили. Благодаря высокой газопоглотительной способности торф поглощает углекислый газ, образующийся при дыхании фруктов и овощей, в результате чего обеспечивается хороший консервирующий эффект. Присущая этому торфу высокая кислотность (рНсол 2,5...3,6) обуславливает его бактерицидную (антисептическую) способность.

Из-за высокой пористости, хорошей эластичности и упругости верховой торф при переслаивании выполняет роль механической прокладки, которая предохраняет плоды от давления друг на друга. Низкая теплопроводност верхового торфа защищает продукцию от резких колебаний температуры.

При хранении фрукты и овощи переслаивают с торфом-слой продукции (толщиной 1...2 плода, у картофеля - 5...6 клубней) - слой торфа (2...3 см). После хранения продукции торф может быть использован для приготовления различных компостов. Торф используется также для изготовления торфоперегнойных горшочков (горшки рассадные), служащих для выращивания рассады овощных и цветочных культур.

На основе торфа производят ценные эффективные комбинированные удобрения. В г.Новосибирске группой компаний (ООО «Репликар», ЗАО «Центр информационной безопасности») разработана высокоэффективная, экологически чистая технология изготовления дешевого, биологически активного вещества на основе торфа - торфогеля. Технология основана на выработке высококонцентрированных коллоидных растворов из торфяного вещества и получением на их основе стимуляторов роста растений и рекультиваторов почв, а также производства кормовых добавок высокой пищевой ценности. Торфргель используется для повышения плодородия и рекультивация почвы: восстановление гумусного слоя; восстановление полезной микрофлоры почв; повышение водоудерживающей способности почвы: повышение усвояемости питательных веществ почвы; восстановление кислотности почв; восстановление истощенных почв; нейтрализация продуктов техногенного загрязнения (тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды и др.); нейтрализация токсичного действия засоления почв. Стимулирование роста и иммунитета растений: повышение всхожести семян и укрепление иммунитета растений; увеличение эффективности усвоения питательных веществ и активизация процессов роста растений; увеличение поверхности и объема корневой системы растений; увеличение биологической ценности сельхозпродукции. В целом применение торфогеля способствовало увеличению урожайности от 15-20% (ячмень, овес, пшеница), до50% (сахарная свекла,картофель, овощи), при повышении качественных показателей продукции и стабилизации почвенного плодородия.

Запасы торфа в нашей стране очень большие. Площадь торфяников с глубиной залежи, пригодной для промышленной разработки, составляет 60415,5 тыс. га, т. е. 604 тыс. км2. Запасы воздушно-сухого торфа (при влажности 40%) составляют около 200 млрд т.



· Что такое сапропель и как он образуется?

· Как можно использовать сапропель в сельском хозяйстве?

· Химический состав сапропелей?

· Что представляет собой торф и как он образуется?

· Какие свойства торфа необходимо учитывать для его оценки и правильного сельскохозяйственного использования?

· Как используется торф в сельском хозяйстве?

· Какие другие виды удобрений можноприготовить на основе торфа?

6. Кальцийсодержащие (карбонатные) агроруды

Кальцит СаСОз -- широко распространенный минерал из класса карбонатов, содержит 56% СаО и 44% СО2, в виде изоморфной примеси к кальцию часто встречается магний, железо, марганец (до 8%), иногда цинк (до 2%) и стронций (до 6%). Название произошло от латинского calcis-известь.

Относительно неустойчивый минерал, его растворимость-- около 0,02 г/л. Она резко возрастает в присутствии СО2 -- более чем в 100 раз. В сельском хозяйстве кальцит используют для обогащения почвы ионом кальция, но не как элементом питания растений, а для улучшения свойств почвы -- снижения ее кислотности.

У кальцита может быть эндогенное (магматическое, метаморфическое, гидротермальное) и экзогенное (гипергенное и осадочное) происхождение. Наибольшее практическое значение, особенно для сельского хозяйства, имеет кальцит осадочного происхождения, слагающий широко распространенные породы -- известняки (включая все их разновидности, например, мел, известковый туф), а также смешанные карбонатно-глинистые (мергели), карбонатно-кремнистые и другие породы.

Известняки. Различают морские и континентальные (пресноводные) породы, а среди тех и других -- биогенные и хемогенные разновидности.

Морские биогенные известняки в настоящее время и в древние геологические периоды накапливались в условиях теплого гумидного климата, нормальной солености воды и обычно небольших глубин. Кальций, поступающий в море с суши, активно поглощается водорослями и беспозвоночными, многие из которых формируют скелетные части на 30...90% из карбоната кальция. Организмы постепенно отмирают, их органическое вещество разлагается, а твердые карбонатные частицы накапливаются на дне. При диагенезе этих осадков и образуются биогенные известняки, которые обычно называют в зависимости от вида слагающих их организмов-- коралловыми, рифовыми, мшанковыми, оолитовыми, пизолитовыми, ракушечными, фузулиновыми и т. п. Скелетные остатки цементируются пелитоморфным кальцитом (размер частиц менее 2 мк). Скопление створок раковин моллюсков или обломки разрушающихся коралловых построек образуют рыхлые породы.

Морские хемогенные известняки (обычно с пелитоморфной структурой) накапливаются в аридных климатических условиях. В настоящее время, например, химическое осаждение кальцита происходит в Каспийском и Аральском морях, в озере Балхаш.

Химический состав чистых известняков близок к составу по-родообразующего минерала -- кальцита. Но в них обычно содержится то или иное количество некарбонатной примеси -- глинистых минералов, кварца, опала, халцедона, иногда гипса, пирита. Они связаны постепенными переходами с различными породами, образуя, например, песчаные (или алев- ритовые, кремнистые, доломитовые и т. п.) известняки. Некоторые из таких смешанных пород получили особые названия.

Мергель -- тонкозернистая или пелитоморфная кальцитовая (иногда доломитовая) порода, содержащая 25...50% глинистых частиц (т. е. это глинистый известняк).

Известняки морского происхождения слагают пласты мощностью в десятки и сотни (иногда тысячи) метров в отложениях разного геологического возраста.

Пресноводные известняки образуются в местах выхода на поверхность подземных вод (у родников), а также в болотах и озерах. Обычно это несцементированные сыпучие горные породы с пелитоморфной структурой, залегающие неглубоко от поверхности земли. В почве они более растворимы по сравнению с морскими известняками. Поэтому при возможности выбора лучше использовать в качестве источника кальция именно эти породы.

Среди известняков и мергелей часто встречаются породы со значительной примесью кремнезема, их называют кремнистые известняки и кремнистые мергели.

Известковый туф (травертин) образуется при выходе на поверхность подземных вод, богатых растворенным бикарбонатом кальция, поступающим в подземные воды при выщелачивании из древних карбонатных пород (известняков, доломитов, мергелей, мраморов), а также из обломков этих пород, содержащихся в четвертичных отложениях. Из подземных вод, выходящих на поверхность, в атмосферу выделяется углекислый газ, бикарбонат в результате переходит в монокарбонат кальция, растворимость которого во много раз меньше, поэтому он и выпадает в осадок.

Карбонатные отложения озер и болот известны под разными названиями -- озерный (болотный, луговой) известняк (мергель), озерная известь, гажа. Кроме обособленных прослоев известковых пород, карбонатная примесь может быть рассеяна в биогенном осадке -- соответственно в сапропеле (известковый сапропель) или торфе (известковый торф, торфяно-карбонатная порода). Количество СаСО3 может достигать 35...70%. Нередко в таких породах отмечается и фосфатная примесь -- в торфе Западной Сибири, например, около 1...2% Р2О5.

Залежи пресноводных известняков приурочены к понижениям рельефа -- основанию склонов речных долин и оврагов, низким надпойменным террасам (чаще всего первой) и пойме рек, дну оврагов и балок, низинным болотам, зарастающим озерам. По площади они невелики -- обычно несколько гектаров, мощность отложений -- несколько метров.

Известняки для снижения кислотности почвы вносят после механического измельчения -- в виде известковой муки. Доза зависит от степени кристалличности исходной породы, типа и кислотности почвы. Для сильнокислой супесчаной почвы -- примерно З...3,5 т/га, для умеренно кислых--1,2... 1,5 т/га. На глинистых почвах доза увеличивается в 2...3 раза. Изменение кислотности, вызванное известкованием, сохраняется до 8... 10 лет, иногда более.

По современным представлениям, присутствие примеси в известняках является нежелательным, поскольку снижается содержание действующего вещества -- карбоната кальция. Поэтому сейчас не рекомендуют применять мергель для известкования почвы. Однако эта порода, возможно, была одной из первых агроруд, ее использовали еще древние римляне. В восточной части США, где имеются значительные залежи мергеля, в 19 веке фермеры вносили по 20-30 т на 1 акр (0,4га) и получали высокие урожаи зерна, картофеля и особенно клевера. Мергель -- обычно некрепкая порода, которая на воздухе под влиянием смены влажности я температуры постепенно рассыпается на мелкие части, т. е. не требует предварительного измельчения. Если мергель вывозят на поле с осени, то в течение зимы он рассыпается настолько, что может быть разбросан и запахан. Нормы внесения мергеля больше, чем чистых известняков (10...30 т/га).