Озерные отложения сапропель и гиттия как агрохимический ресурс

Озерные отложения – осадочные образования на дне озер, как результат биохимических, микробиологических и физико-механических процессов из остатков животных и растительных организмов, населяющих их, а также приносимых в водоемы водой и ветром органических и минеральных примесей.

В соответствии с характером образования озерные отложения подразделяют на:

• гиттию, представляющую собой субгидрогенизированную гумусную форму в богатых кислородных водах;
• сапропель (гниющий органический ил), который возникает при недостатке кислорода.

Между обеими формами озерного ила имеются плавные переходы. Гиттия представляет собой рыхлый, с переходом в пластичное состояние материал, обогащенный мелкозернистыми частицами почвы, содержит в большинстве случаев известь и имеет около 15–25 % органического вещества в пересчете на сухую массу.

Сапропель внешне имеет вид желеобразной массы с консистенцией, близкой к сметанообразной, с постепенным уплотнением при увеличении глубины отложений. Окраска сапропеля очень разнообразна: коричневая, темнооливковая, почти черная, серо-желтая, зеленоватая, голубоватая, розовая и даже красноватая. Цвет играет большую роль при оценке сапропеля, т. к. указывает на наличие некоторых органических и неорганических веществ:

• зеленоватый – хлорофилла;
• розовый – каротина;
• голубоватый – вивианита;
• черный, быстро темнеющий на воздухе – восстановленного железа;
• сероватый – извести.

Вынутый из залежи сапропель на воздухе быстро окисляется и теряет естественную окраску. Отличительные его признаки – коллоидная структура и высокое влагонасыщение в естественном состоянии.

Естественная влажность основной массы отложений составляет 84–96 %. Нижний предел влажности сапропеля 60 %, верхний – 97 %, средняя статистическая влажность – 88,4 %.

Содержание органического вещества в сапропеле достигает до 80 % от сухого вещества. Состав органической массы сапропеля в зависимости от месторождений изменяется в широких пределах:

Один из основных классификационных показателей сапропеля – зольность, которая в среднем колеблется от 20 до 60 %. Верхний предел зольного остатка 85 %, нижний – 4–7 %. Особенно ценен сапропель, содержащий менее 10 % золы. Величина и характер золообразующих компонентов сапропеля обусловливаются особенностью его формирования и зависят от химического состава питающих водоемы вод, поступления минеральных веществ с речными наносами в результате эрозийных и биохимических процессов, а также антропогенного влияния.

По зольности или содержанию органического вещества А.Я. Рубинштейн (1964) делит сапропели на:

• малозольные – до 30 % золы;
• среднезольные – 30–50 %;
• повышеннозольные – 50–70 %;
• высокозольные – 70–85 % золы.

При содержании ее более 85 % отложения называют илом.

Химический состав сапропелей различных месторождений и даже одного и того же месторождения неодинаков. Сапропелевые удобрения очень разнообразны, содержат 1,3–2,9 % азота (N), 0,18–0,43 – фосфора (P2O5), 2,1–36,6 % кальция (СаО) на сухое вещество, рН 2,4–8,5. Содержание в них макроэлементов варьирует в широких пределах (табл. 116; Васильев В.А., 1984).

Таблица 116 – Средний химический состав озерного ила, % сухого вещества Органи- Группа сапропелевых ческое Зола N P2O5 СаО MgO отложений вещество

 Малозольные 80 19 3,4 0,14 2,5 0,50 Среднезольные 63 38 2,6 0,18 2,3 0,70 Повышеннозольные: глинистые, песчаные 37 63 1,9 0,19 2.7 1,50 известковые 40 60 1,6 0,14 16,0 1,20 Ил: известковый 13 87 0,6 0,15 15,0 2,30 глинистый, песчаный 12 88 0,6 0,17 4.5 1,30

По составу и свойствам сапропели подразделяются на кремнеземистые, содержащие более 50 % кремнезема, карбонатные, содержащие более 30 % оксида кальция, и органические с зольностью менее 30 %. Карбонатные сапропели по эффективности не уступают мелу и доломитовой муке, особенно на песчаных и супесчаных почвах.

Применение сапропеля в земледелии известно с глубокой древности. В России уже в XVIII в. озерный ил использовали в сельском хозяйстве. Широкое развитие огородничества на землях вокруг таких крупных озер, как Неро в Ярославской области и Галичское в Костромской области связано с использованием сапропеля этих водоемов. Лучшие огородные приозерные земли были созданы на бедных супесчаных подзолистых почвах путем многовековой культуры и систематического вывоза на них озерного ила.

Первая исследовательская работа об использовании сапропеля на удобрение в России относится к 1912 г. Начиная с 30-х гг., они получают более широкое развитие. Экспериментальными данными была доказана удобрительная ценность сапропеля при выращивании ячменя, озимой ржи, картофеля, лука и капусты.

Эффективность сапропелей как удобрения зависит чаще всего от содержания в них азота, фосфора и калия. Их азотистые вещества представлены в основном труднодоступными для питания растений высокомолекулярными соединениями, прочно связанными с гуминовыми веществами. Содержание доступного фосфора очень низкое, а калия ничтожное. Доступного азота и фосфора в свежедобытом сапропеле обычно в 2–3 раза меньше, чем в навозе.

Физико-химические свойства сапропеля и его влияние на почву

Сапропель — это ценный источник органики, который формируется на дне озер. Основные его запасы сосредоточены в областях бывшего оледенения, преимущественно в Ленинградской, Архангельской, Псковской, Свердловской областях и в Карелии. Мощность озерных отложений обычно составляет от 3 до 10 метров, но в отдельных водоемах может достигать 20–40 метров. Все запасы разделяют на балансовые (целесообразные для добычи при нынешних технологиях) и забалансовые, которые могут быть переведены в балансовые в будущем.

• Общие запасы (при 60% влажности) — 92 млрд т
• Обычная мощность отложений — 3–10 м
• Максимальная мощность отложений — 20–40 м
• Целевая влажность готового удобрения — 50–60%

Сапропель обладает уникальными физическими свойствами, которые определяют особенности его применения. В естественном состоянии он медленно отдает воду. После обычного высыхания материал становится чрезвычайно твердым, а после измельчения в порошок полностью теряет способность впитывать влагу (исключение составляют лишь некоторые виды известкового сапропеля, которые остаются рыхлыми). Совершенно иначе ведет себя промороженный сапропель: он быстро сохнет до влажности 18–20% и приобретает устойчивую рыхлую структуру, которая не теряется даже после оттаивания.

Для агронома сапропель ценен тем, что он кардинально улучшает водно-физические свойства легких почв. Благодаря высокой водоудерживающей и низкой фильтрационной способности он связывает песчаные почвы. Его естественная клеящая способность помогает сформировать комковатую структуру грунта, повысить его рыхлость и воздухопроницаемость. Использовать это удобрение можно как в чистом виде, так и для приготовления компостов с навозом, навозной жижей или фекалиями.

Технология добычи и переработки озерных отложений

Добывают сапропель экскаваторами или установками гидромеханизации. В зависимости от условий производства сырье вносят напрямую на поля или прибрежные луга, вывозят в отстойники либо используют для кольматации заболоченных пойм. Конкретный способ выбирают исходя из вязкости и мощности ила, степени его минерализации и возможностей техники. Наиболее технологичным считается гидромеханизированный метод с использованием землесосных снарядов.

При гидромеханизированном способе добычи технологический процесс разделен на несколько обязательных этапов.

1. Разработка сапропеля со дна озера земснарядами.
2. Гидротранспорт пульпы по трубам на специальные поля сгущения и сушки.
3. Послойный намыв массы в отстойники слоями по 20 см.
4. Сгущение массы, сброс отстоявшейся воды в конце сезона и зимнее промораживание.
5. Сушка в полевых условиях до влажности 50%, фрезерование и рыхление верхнего слоя.
6. Уборка готового сыпучего материала на склады хранения.

Технология намыва требует строгого соблюдения регламента. Намытый 20-сантиметровый слой отстаивается 4–5 дней, при этом его влажность снижается до 82%, а толщина уменьшается до 4,5 см. Только после этого наносят следующий слой — чтобы намыть один метр сапропеля, операцию повторяют до 22 раз. Воду во время намыва сбрасывать нельзя, ее спускают с полей сгущения только перед зимними морозами. В процессе последующей подсушки влажность падает до 75%, а высота метрового слоя уменьшается до 0,75 метра.

Послойный намыв в сочетании с фрезерованием и ворошением обеспечивает отличную аэрацию массы. Благодаря постоянному контакту с кислородом закисные соединения железа и марганца полностью окисляются и становятся безопасными для растений. Активизация микроорганизмов в процессе сушки увеличивает количество доступного азота и других элементов питания. В результате получается сыпучая крошка с размером частиц преимущественно 3 мм (встречаются фракции 1–3 мм) и влажностью 50–60%. Такое удобрение не содержит семян сорняков, легко вносится стандартными машинами для органики и быстро распределяется в пахотном горизонте.

Основным недостатком этой технологии является высокая трудоемкость строительства отстойников и двухлетний цикл производства. Процесс также требует значительных затрат на погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку готового продукта. Весь комплекс операций по внесению полученных удобрений осуществляется серийными машинами для органики.

Сроки внесения и способы заделки сапропеля под все культуры принципиально не отличаются от таковых для других органических удобрений. Вместе с тем, сапропелевые удобрения не обязательно заделывать в почву сразу же после распределения по полю, это можно сделать спустя 3–7 дней. Целесообразнее использовать сапропель на песчаных и супесчаных почвах, т. к. эффективность его здесь значительно выше, чем на почвах более тяжелого гранулометрического состава.

Сапропель вносят под удобряемые культуры в нормах, которые определяются для каждого поля, исходя из конкретных условий, биологических особенностей выращиваемой культуры, агрохимической характеристики удобрения. Целесообразно определять нормы сапропеля по эквиваленту находящихся в нем элементов питания растений и прежде всего азота. Ориентировочная норма внесения сапропеля на поля – от 210 до 150 т/га.

Намыв непосредственно из водоема на поля позволяет внести в почву сапропеля от 200 до 1000 т/га в пересчете на 60 %-ную влажность. В таких количествах сапропель – не только удобрение, но и мелиорант слабоокультуренных почв. Оптимальная норма колеблется в пределах 600–1000 т/га. Такое количество очень эффективно, и затраты на внесение окупаются в течение 2– 4 лет. Сапропель, намытый в больших количествах, постепенно минерализуясь, на длительный срок создает высокий агрофон на улучшаемых почвах.