Influence of phosphogypsum on onion productivity when growing in the steppe zone of the Samara Zavolzhie

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of the research is to develop methods for increasing onion productivity and minimizing the content of heavy metals in products by introducing phosphogypsum on chernozem soils of the southern agroclimatic zone of the Samara region. It was revealed that the onion of the Coabo F1 hybrid under conditions of sufficient moisture on chernozem soils produces a sufficiently high yield – 53.0 t/ ha. Due to the application of FG, the sulfur content in the soil increases: at a dose of 2 t/ ha, it increases 1.6 times and grows dynamically with an increase in the dose of FG, the maximum increase (5.5 times) was noted with the application of 10 t/ha – 124.3 mg/kg. With a low availability of movable sulfur in the region and a shortage of the element in the soil, FG can be considered as a source of this element. Regarding the dynamics of the gross content of heavy metals, it was found that when FG is applied, there is practically no increase in the amount of Zn, Ni, Cu in the soil, and the Cd content decreases. The amount of Pb decreases by 1.7 times – from 13.0 to 5.0 mg/kg. The gross content of all heavy metals and the number of their movable forms in all variants does not exceed the established MPC. The application of phosphogypsum in combination with mineral fertilizers helps to increase the onion productivity. The application of phosphogypsum into the soil against the background of the use of mineral fertilizers provides an increase in the yield of onion of the Coaba F1 hybrid in the range of 14.0-19.5% (or 26.9-33.9 t / ha), the highest yield was obtained in the variant with the application of 8 t / ha of phosphogypsum – 57.5 t/ ha. The use of phosphogypsum helps to increase the calcium content, improve the structure of the soil and increase the yield and quality of vegetable crops.

Full Text

Современный уровень продуктивности лука в основных лукосеющих странах достигает 46,4-51,7 т/га. В России средняя урожайность лука составляет 22,6 т/га. Поэтому актуальной задачей современности является повышение урожайности репчатого лука, прежде всего, на высокоплодородных, орошаемых землях, с целевым уровнем продуктивности не менее 100 т/га и соблюдением принципов ресурсосбережения и экологической безопасности производства. Луку, как и большинству овощных культур, требуется регулярный полив, и в современном овощеводстве открытого грунта невозможно обойтись без использования орошения.

При орошении возможно вымывание почвенных коллоидов, растворимых солей кальция и магния в глубокие горизонты почвы, что ведет к разрушению структуры, уплотнению пахотного горизонта и образованию корки на поверхности почвы. Уменьшается общая и некапиллярная пористость, ухудшается аэрация.

В различных отраслях российской экономики образуется порядка пятидесяти видов кальцийсодержащих отходов, значительная доля которых приходится на неорганическое и органическое производство в химической промышленности. Примером может служить продукт побочного производства фосфорной кислоты – фосфогипс (ФГ), способствующий повышению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур [1-4, 7, 11].

Цель исследований – разработка приемов повышения продуктивности лука и минимализации содержания тяжелых металлов в продукции за счет внесения фосфогипса на черноземных почвах южной агроклиматической зоны Самарской области.

Задачи исследований – изучение влияния возрастающих доз ФГ (2,0, 4,0, 6,0, 8,0 и 10,0 т/га) на формирование продуктивности лука, агрохимические показатели плодородия почвы, особенности динамики валового содержания цинка (Zn), свинца (Pb), никеля (Ni), меди (Cu) и кадмия (Cd) в пахотном горизонте.

Материал и методы исследований. Фосфогипс содержит 80-90% гипса (CaSО4·2H2О), 2-3% Р2О5, до 15% SiО2, до 21% S, 20-22% Са. Также в его составе содержится: 1,4% Mg, 0,17-0,20% F, 0,1% B, 1% Mn, 0,01% Cu, 0,05% Zn, 0,03% Co, 0,05% Mo [5, 6].

Полевые опыты по исследованию действия ФГ в посадках лука и картофеля были заложены на полях крестьянско-фермерского хозяйства (КФХ), расположенного в Приволжском районе Самарской области.

Анализ метеорологических данных метеостанции «Безенчукская» показал, что сумма положительных температур за вегетационный период (май – июль) составила 2009ºС, при норме 1602ºС, ГТК равнялся 0,55.

Закладка и проведение полевых опытов проводились согласно методике опытного дела Б. А. Доспехова [10], методическим указаниям по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями [8], методическим требованиям к полевому опыту [9], основам научных исследований в агрономии [10].

Интенсивная технология производства лука велась на площади 100 га и включала следующие мероприятия: осенью готовили почву, производили вспашку, через месяц фрезерование почвы. В конце февраля, по снегу, на опытные делянки внесли ФГ в дозах 2,0, 4,0, 6,0, 8,0 и 10,0 т/га (табл. 1).

 

Таблица 1. Схема опыта на посадках лука

1

2

3

4

5

6

7

Контроль

Фон (N100 P100)

Фон + ФГ 2 т/га

Фон + ФГ 4 т/га

Фон + ФГ 6 т/га

Фон + ФГ 8 т/га

Фон + ФГ 10 т/га

 

Посев лука проводили 20 апреля 2022 г. Объект исследований – гибрид Каоба F1. Норма высева семян 1 млн/га, или 5 кг/га. До появления всходов проводили обработку гербицидами. Уборку лука проводили овощным комбайном Grimme. Норма полива за сезон составила 3200 кубометров. Полив осуществлялся за период вегетации растений 21 раз за сезон, дозой 150 кубометров.

В почвенных образцах определяли: рН сол. (ГОСТ 26483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО»); азот щелочногидролизуемый – по Корнфилду [5]; подвижный фосфор и обменный калий по Кирсанову (ГОСТ Р 54650-2011 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО»); содержание тяжелых металлов – цинка, свинца, кадмия, никеля, меди – определялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Математическая обработка экспериментального материала проводилась по Б. А. Доспехову [10].

Результаты исследований. Своевременному прорастанию и дружным всходам растений лука способствовал равномерный полив. Отличий в скорости появления проростков по вариантам не отмечено. К фазе образования пера прослеживалась разница в развитии растений. Наиболее быстро к этой фазе подошли растения контрольного варианта – на 35 дней после начала формирования луковиц. В фоновом варианте, а также в вариантах с дополнительным внесением 2,0, 4,0 и 6,0 т/га ФГ были сформированы луковицы на 3 дня позже, чем в контрольном варианте. Увеличение нормы ФГ до 8,0 т/га продлило период формирования до 6 дней. Растения в варианте с внесением 8 т/га ФГ отличались более густой надземной массой, перо было длиннее, чем в контрольном варианте в среднем на 3 см.

Особых различий в фазу полегания пера не отмечалось (в контрольном варианте это 55 день после прохождения растениями фазы образования луковиц). Полегание пера в фоновом варианте и с дозами 2,0, 4,0 и 6,0 т/га ФГ началось через 53 дня, в вариантах с дозами 8,0 и 10 т/га ФГ сократило до 50 дней.

Таким образом, полегание пера перед уборкой у среднеспелого гибрида лука Коаба F1 наступает на 50-55 день после посева. При этом какого-либо влияния минеральных удобрений и ФГ не прослеживается. Достоверное влияние проявляется позже. Внесение в почву ФГ в дозе 8,0 т/га сокращает межфазные периоды развития растений на этапе начала образования луковиц и полегания пера и сокращает вегетацию лука на 5 дней.

Отличие наблюдалось в количестве луковиц с длиной высушенной шейки более 5 см. Длинная шейка способствует тому, что вредители могут откладывать яйца на основания листьев или в почву рядом с шейкой лука, личинки прогрызают перо лука и выедают его изнутри либо поселяются в основании шейки луковицы, что приводит к её быстрому загниванию. Минимальная оценка приходилась на луковицы с делянок с внесением ФГ 8 т/га. У луковиц с опытных делянок наблюдалось сокращение длины шейки, что благоприятно для устойчивости к болезням и вредителям и обеспечивает долгосрочное хранение.

В луковицах, выращенных в условиях эксперимента, содержание сухого вещества колебалось в пределах 9,8-10,7%, максимальное значение было в контрольном варианте, содержание сахара достигало 14,5%, белка – 2,4%, клетчатки – 0,8 г (табл. 2).

 

Таблица 2. Биохимические показатели луковиц

Вариант

опыта

Содержание

Нитраты, мг/кг

(ПДК 250 мг/кг)

Сухое

вещество, % (норма 10-20%)

Сахар, %

(норма 6-12%)

Белок, %

(норма 1,5-2,0%)

Клетчатка, г

(норма до 1,2 г)

Витамин С, мг/%

(норма до 2-10 мг/%)

1

Контроль

55

10,7

13,0

2,0

0,7

9,3

2

Фон (Ф)

79

9,8

14,0

2,3

0,7

10,7

3

Ф + ФГ 2 т/га

75

10,1

14,0

2,1

0,8

10,3

4

Ф + ФГ 4 т/га

77

10,4

14,5

2,4

0,8

10,9

5

Ф + ФГ 6 т/га

101

9,8

14,0

2,3

0,8

10,3

6

Ф + ФГ 8 т/га

96

10,3

14,5

2,3

0,7

10,3

7

Ф + ФГ 10 т/га

100

10,2

14,5

2,4

0,8

10,9

 

Активизация процессов биосинтеза органических веществ в луке происходила на фоне внесения минеральных удобрений и ФГ, максимальное накопление отмечалось в пределах от 9,3 до 10,9 мг/%, что больше в сравнении контролем в 1,1-1,2 раза. Содержание нитратов колебалось от 77 до 101 мг/кг (при ПДК 250 мг/кг). С учетом приведенных показателей варианты удобрений и дозы ФГ можно считать оптимальными для рекомендаций производству.

Выявлено, что внесение ФГ положительно влияет на реакцию почвенной среды. Эффект рассоления почвы начинает проявляться уже при норме внесения мелиоранта 2 т/га.

Значения рН увеличивалось в пахотном горизонте в среднем с 6,0 единиц (на контроле) до 7,2. С увеличением нормы внесения ФГ с 2 до 10,0 т/га показатель достигал 7,1-7,2. Учитывая высокий уровень щелочности поливной воды (рН выше 8,0) внесение ФГ способствовало ее некоторой нейтрализации и стабилизировало рН почвенного раствора в слабощелочном интервале (табл. 3).

 

Таблица 3. Агрохимические показатели почв

Вариант опыта

рН (КСl)

Емкость катионного обмена, ммоль/100 г

Гумус, %

Нитраты, мг/100 г

S обм.

Mg обм.

Ca обм.

Na

P2O5

N ЛГ

K2O

Плотность почвы, г/см3

мг·экв./100 г

мг/кг

1

Контроль

6,0

28,4

4,9

17

22,4

2,0

20,0

0,05

125

75

123

1,48

2

Фон (N100 P100)

6,5

31,3

6,6

24

36,8

2,1

15,0

0,07

208

126

220

1,34

3

Фон + + ФГ 2 т/га

7,1

33,1

6,1

23

54,7

3,1

18,0

0,07

188

147

221

1,32

4

Фон + + ФГ 4 т/га

7,2

31,4

4,9

22

62,3

2,1

21,9

0,05

201

138

170

1,32

5

Фон + + ФГ 6 т/га

7,1

31,9

5,2

26

83,5

2,4

19,6

0,03

192

152

215

1,31

6

Фон + + ФГ 8 т/га

7,1

32,4

5,8

26

107,0

2,1

16,6

0,05

267

146

195

1,30

7

Фон + + ФГ 10 т/га

7,1

34,6

4,8

28

124,3

1,9

21,3

0,07

316

138

270

1,30

 

Анализ данных по содержанию гумуса в почве выявил влияние мелиоранта на его концентрацию, которая выше в сравнении с контрольным значением. Помимо естественной почвенной пестроты, возможно, внесение ФГ приостанавливает процессы гумификации, и этот показатель будет иметь положительную динамику в последующие годы, когда в результате последействия фосфогипса будет нарастать продуктивность фитоценоза и количество поступающей в почву органической массы.

В первый год действия ФГ оказал существенное влияние на доступность легкогидролизуемого азота почвы для растений, показатель увеличился с 75 мг/кг на контроле до 152 мг/кг при внесении минеральных удобрений и ФГ в дозе 6 т/га. Внесение ФГ оказало влияние также на фосфатный режим почвы, увеличивая содержание подвижного фосфора по мере возрастания нормы внесения мелиоранта. Так, в варианте с применением 6,0 т/га ФГ содержание фосфора повысилось в 1,2 раза, на фоне 2,0 т/га ФГ – в 1,6 раза, 4 и 8 т/га ФГ – в 1,5 раза, при внесении 10 т/га ФГ – в 2,5 раза.

Содержание обменного калия в почве также возрастало и находилось на максимальном уровне (270 мг/кг почвы) в варианте с внесением 10 т/га ФГ. Очевидно, запасы К2О были мобилизованы за счет усиления обменных процессов.

По содержанию кальция и магния закономерной динамики не выявлено. Отмечено, что внесение 10 т/га ФГ снижает содержание обменного магния. Максимальное содержание обменного кальция отмечено в варианте с внесением 4 т/га ФГ (табл. 3).

Внесение ФГ в почву значительно увеличивает емкость катионного обмена – от 28,4 ммоль/100 г на контроле до 34,6 ммоль/100 г при дозе 10 т/га.

Важным показателем мониторинга при использовании ФГ является плотность почвы. Подвергаясь действию поливной воды и тяжелой техники, уровень уплотнения достигает 1,48 г/см3. Действие ФГ уже в первый год применения повлияло на разуплотнение почвы – показатель снизился до 1,30 г/см3.

За счет внесения ФГ увеличивается содержание серы в почве: при 2 т/га оно возрастает в 1,6 раза и динамично растет с увеличением дозы ФГ, максимальное повышение (до 124,3 мг/кг – в 5,5 раза) отмечено при внесении 10 т/га ФГ. При низкой обеспеченности региона подвижной серой и дефиците элемента в почве ФГ можно рассматривать как источник этого элемента.

Относительно динамики валового содержания тяжелых металлов (табл. 4), установлено, что при внесении в почву ФГ практически не происходит увеличения в почве Zn, Ni, Cu, а содержание Cd уменьшается. Количество Pb снижается в 1,7 раза (с 13,0 до 5,0 мг/кг). Валовое содержание всех тяжелых металлов и количество их подвижных форм во всех вариантах не превышает установленных ПДК (табл. 5).

 

Таблица 4. Валовое содержание тяжелых металлов, мг/кг

Вариант опыта

Тяжелые металлы, мг/кг

Hg

Cd

Pb

Zn

Cu

Mn

Fe

Ni

As

1

Контроль

>0,005

> 1,0

13,0

13,0

9,1

220

3200

12,0

1,03

2

Фон (N100 P100 )

>0,005

> 1,0

7,6

17,0

9,3

210

4100

15,0

> 1,0

3

Фон + ФГ 2 т/га

>0,005

> 1,0

9,6

14,0

8,8

210

3300

13,0

> 1,0

4

Фон + ФГ 4 т/га

>0,005

> 1,0

9,6

14,0

8,4

220

3800

13

> 1,0

5

Фон + ФГ 6 т/га

>0,005

> 1,0

8,7

14,0

8,8

210

3100

15,0

> 1,0

6

Фон + ФГ 8 т/га

>0,005

> 1,0

5,0

14,0

8,1

180

3100

12,0

> 1,0

7

Фон + ФГ 10 т/га

>0,005

> 1,0

7,8

17,0

7,5

220

3800

15,0

> 1,0

ПДК

2,1

2,00

32,0

100,0

14,00

1500,00

ОДК 40000

85

2,0

 

Таблица 5. Содержание подвижных форм тяжелых металлов, мг/кг

Вариант

опыта

Тяжелые металлы, мг/кг

Cd

Pb

Zn

Cu

Mn

Fe

Ni

1

Контроль

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

5,40

>5,0

> 1,0

2

Фон (N100 P100 )

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

13,0

>5,0

> 1,0

3

Фон + ФГ 2 т/га

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

20,0

>5,0

> 1,0

4

Фон + ФГ 4 т/га

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

23,0

>5,0

> 1,0

5

Фон + ФГ 6 т/га

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

24,0

>5,0

> 1,0

6

Фон + ФГ 8 т/га

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

26,0

>5,0

> 1,0

7

Фон + ФГ 10 т/га

> 1,0

> 1,0

> 1,0

> 1,0

23,0

>5,0

> 1,0

ПДК

0,5

6,0

23,00

3,00

140,0

-

4,0

 

Внесение 2,0 т/га ФГ на фоне минеральных удобрений обусловило некоторое увеличение, в сравнении с контролем, Ni – на 19,1%, Cu – на 13,2% и Fe – в 1,9 раза. На фоне 4,0 и 6,0 т/га ФГ не установлено накопления тяжелых металлов в почве. Заметный рост валового содержания тяжелых металлов в почве, по отношению к контролю, прослеживается при внесении 6,0 т/га ФГ. По цинку прирост составляет 11,5%, никелю – 37,6%, меди – 47,9%, а кадмию – в 2,7 раза. Однако полученные значения находились значительно ниже ОДК. Таким образом, внесение в почву ФГ способствует снижению значений рН почвенного раствора и ведет к нейтрализации вредного действия солей в верхних слоях почвы.

Выявлено, что лук гибрида Коабо F1, в условиях достаточного увлажнения, на черноземных почвах, формирует достаточно высокую урожайность – на уровне 53,0 т/га (табл. 6).

 

Таблица 6. Урожайность лука, 2022 г.

Вариант опыта

Урожайность, т/га

Прибавка к контролю

т/га

%

1

Контроль

38,0

0

0

2

Фон (N100 P100 )

52,0

14,0

26,9

3

Фон+ ФГ 2 т/га

55,5

17,5

31,6

4

Фон+ ФГ 4 т/га

57,3

19,3

33,6

5

Фон+ ФГ 6 т/га

55,0

17,0

30,9

6

Фон+ ФГ 8 т/га

57,5

19,5

33,9

7

Фон+ ФГ 10 т/га

55,8

17,8

31,8

НСР 05

0,98

-

-

 

Применение 2,0 т/г ФГ способствовало увеличению урожайности лука с 1 га на 17,5 % – до 31,6 т/га. Повышение нормы до 8,0 т/га обеспечило повышение урожая еще на 2% – до 57,5 т/га, прибавка составила 33,9%. Продуктивность культуры при внесении 4,0 т/га ФГ примерно одинакова в сравнении с вариантом с внесением 8,0 т/га.

Заключение. Внесение в почву ФГ на фоне применения минеральных удобрений достоверно обеспечивает прибавку урожая лука гибрида Коаба F1 на 14,0-19,5%, или 26,9-33,9 т/га, максимальный урожай был получен в варианте с внесение 8,0 т/га ФГ – 57,5 т/га. По результатам исследований выявлено, что внесение в почву ФГ в сочетании с минеральными удобрениями обеспечивает прибавку урожая лука гибрида Коаба F1 в пределах 14,0-19,5% или 26,9-33,9 т. При этом максимальный урожай лука был получен в варианте с внесением 8,0 т/га ФГ и составил 57,5 т/га.

×

About the authors

Natalya I. Akanova

All-Russian Research Institute of Agrochemistry named after D. N. Pryanishnikov

Email: info@vniia-pr.ru
ORCID iD: 0000-0003-3153-6740

Doctor of Biological Sciences, Professor

Russian Federation, Moscow

Natalya M. Trots

Samara State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: troz_shi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3774-1235

Doctor of Agricultural Sciences, Professor

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

Lidia N. Kholomieva

JSC «Аpatit»

Email: info@phosagro.ru
ORCID iD: 0000-0001-7127-308X

Head of the Department for the implementation of phosphogypsum

Russian Federation, Moscow

Anatoly A. Solovyov

Samara State Agrarian University

Email: anatoliy.solovyev@icloud.com
ORCID iD: 0000-0002-6486-7899

post-graduate student

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

References

  1. Kolesnikov, S. I. & Aznauryan, D. K. et al. (2011). Studying the possibility of using urea and phosphogypsum as ameliorants of oil-contaminated soils in a model experiment. Agrohimiya (Agrochemistry), 9, 77–81 (in Russ.).
  2. Okorkov, V. V. (2012). The use of phosphogypsum in agriculture. Vladimirskii zemledelec (Vladimir agricolist), 4 (62), 12–19 (in Russ.).
  3. Isaichev, V. A. & Andreev, N. N. (2022). Influence of preparations of the MEGAMIX series on biometric indicators and productivity of spring wheat. Niva Povolzhiia (Niva Povolzhya), 3(63), 1005. (in Russ.).
  4. Kostin, V. I., Dozorov, A. V. & Isaichev, V. A. (2018). On the issue of stimulation of agricultural plants under the influence of physical and chemical factors during seed treatment. Vestnik Uliianovskoi gosudarstvennoi selis-kokhoziaistvennoi akademii (Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy), 2(42), 67–77 (in Russ.).
  5. Wildflush, I. R. (2019). Agrochemistry of fertilizers and their use in modern agriculture. Gorki : Belarusian State Agricultural Academy (in Russ.).
  6. Chekmarev, P. A., Obushchenko, S. V., Trots, V. B. & Trots, N. M. (2018). Influence of mineral fertilizers and biologically active substances on the productivity of wheat. Dostizheniia nauki i tekhniki APK (Achievements of Science and Technology of AICis), 8, 28–31 (in Russ.).
  7. Akanova, N. I., Trots, N. M. & Trots, V. B. (2021). Agro-ecological efficiency of the use of potassium-sodium clay fertilizer on crops in the conditions of the Middle Volga. Samara AgroVector (Samara AgroVector), 1, 32–39. doi: 10.55170/77962_2021_1_1_32 (in Russ.).
  8. Trots, N. M., Borovkova, N. V. & Soloviev, A. A. (2022). Evaluation of the effectiveness of phosphogypsum in agrocenoses of spring barley. Izvestiia Samarskoi gosudarstvennoi selskokhoziaistvennoi akademii (Bulletin Samara state agricultural academy, 1, 3–11 (in Russ.).
  9. Kireycheva, L. V., Nefedov, A. V. & Vinogradov, D. V. (2016). Substantiation of the use of a fertilizer-meliorating mixture based on peat and sapropel to increase the fertility of degraded soils. Vestnik Riazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P. A. Kostycheva (Herald of Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostycheva), 3 (31), 12–17 (in Russ.).
  10. Dospekhov, B. A. (1985). Methodology of field experience. Moscow : Agropromizdat (in Russ.).
  11. Trots, V. B., Trots, N. M. & Obushchenko, S. V. (2022). Effect of phosphogypsum on the yield of spring barley // Strategic directions for the development of the agro-industrial complex '22: proceedings of the conference. (pp. 32–35). Karavaevo : Kostroma State Agricultural Academy (in Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Akanova N.I., Trots N.M., Kholomieva L.N., Solovyov A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies