Озерні відкладення сапропель і гіттія як агрохімічний ресурс

Озерні відкладення – осадові утворення на дні озер, як результат біохімічних, мікробіологічних і фізико-механічних процесів із залишків тварин і рослинних організмів, що населяють їх, а також принесених у водойми водою та вітром органічних і мінеральних домішок.

Відповідно до характеру утворення озерні відкладення поділяють на:

• гітію, що являє собою субгідрогенізовану гумусну форму в багатих на кисень водах;
• сапропель (гниючий органічний мул), який виникає при нестачі кисню.

Між обома формами озерного мулу є плавні переходи. Гітія являє собою пухкий, з переходом у пластичний стан матеріал, збагачений дрібнозернистими частинками ґрунту, містить у більшості випадків вапно і має близько 15–25 % органічної речовини в перерахунку на суху масу.

Сапропель зовні має вигляд желеподібної маси з консистенцією, близькою до сметаноподібної, з поступовим ущільненням при збільшенні глибини відкладень. Забарвлення сапропелю дуже різноманітне: коричневе, темно-оливкове, майже чорне, сіро-жовте, зеленкувате, блакитнувате, рожеве і навіть червонувате. Колір відіграє велику роль при оцінці сапропелю, оскільки вказує на наявність деяких органічних і неорганічних речовин:

• зеленкуватий – хлорофілу;
• рожевий – каротину;
• блакитнуватий – вівіаніту;
• чорний, що швидко темніє на повітрі – відновленого заліза;
• сіруватий – вапна.

Вийнятий із покладу сапропель на повітрі швидко окислюється і втрачає природне забарвлення. Відмінні його ознаки – колоїдна структура і високе вологонасичення в природному стані.

Природна вологість основної маси відкладень становить 84–96 %. Нижній поріг вологості сапропелю 60 %, верхній – 97 %, середня статистична вологість – 88,4 %.

Вміст органічної речовини в сапропелі сягає до 80 % від сухої речовини. Склад органічної маси сапропелю залежно від родовищ змінюється в широких межах:

Один із основних класифікаційних показників сапропелю – зольність, яка в середньому коливається від 20 до 60 %. Верхній поріг зольного залишку 85 %, нижній – 4–7 %. Особливо цінний сапропель, що містить менше 10 % золи. Величина і характер золоутворюючих компонентів сапропелю зумовлюються особливістю його формування і залежать від хімічного складу вод, що живлять водойми, надходження мінеральних речовин із річковими наносами в результаті ерозійних і біохімічних процесів, а також антропогенного впливу.

За зольністю або вмістом органічної речовини А.Я. Рубінштейн (1964) ділить сапропелі на:

• малозольні – до 30 % золи;
• середньозольні – 30–50 %;
• підвищенозольні – 50–70 %;
• високозольні – 70–85 % золи.

При вмісті її понад 85 % відкладення називають мулом.

Хімічний склад сапропелів різних родовищ і навіть одного й того самого родовища неоднаковий. Сапропелеві добрива дуже різноманітні, містять 1,3–2,9 % азоту (N), 0,18–0,43 – фосфору (P2O5), 2,1–36,6 % кальцію (СаО) на суху речовину, рН 2,4–8,5. Вміст у них макроелементів варіює в широких межах (табл. 116; Васильєв В.А., 1984).

Таблиця 116 – Середній хімічний склад озерного мулу, % сухої речовини Органічна Група сапропелевих речовина Зола N P2O5 СаО MgO відкладень

 Малозольні 80 19 3,4 0,14 2,5 0,50 Середньозольні 63 38 2,6 0,18 2,3 0,70 Підвищенозольні: глинисті, піщані 37 63 1,9 0,19 2.7 1,50 вапнякові 40 60 1,6 0,14 16,0 1,20 Мул: вапняковий 13 87 0,6 0,15 15,0 2,30 глинистий, піщаний 12 88 0,6 0,17 4.5 1,30

За складом і властивостями сапропелі поділяються на кремнеземисті, що містять понад 50 % кремнезему, карбонатні, що містять понад 30 % оксиду кальцію, та органічні із зольністю менше 30 %. Карбонатні сапропелі за ефективністю не поступаються крейді та доломітовому борошну, особливо на піщаних і супіщаних ґрунтах.

Застосування сапропелю в землеробстві відоме з глибокої давнини. У Росії вже у XVIII ст. озерний мул використовували в сільському господарстві. Широкий розвиток городництва на землях навколо таких великих озер, як Неро в Ярославській області та Галицьке в Костромській області пов'язаний із використанням сапропелю цих водойм. Найкращі городні приозерні землі були створені на бідних супіщаних підзолистих ґрунтах шляхом багатовікової культури та систематичного вивезення на них озерного мулу.

Перша дослідницька робота про використання сапропелю як добрива в Росії належить до 1912 р. Починаючи з 30-х рр., вони отримують більш широкий розвиток. Експериментальними даними була доведена добривна цінність сапропелю при вирощуванні ячменю, озимої жита, картоплі, цибулі та капусти.

Ефективність сапропелів як добрива залежить найчастіше від вмісту в них азоту, фосфору та калію. Їхні азотисті речовини представлені в основному важкодоступними для живлення рослин високомолекулярними сполуками, міцно зв'язаними з гуміновими речовинами. Вміст доступного фосфору дуже низький, а калію — мізерний. Доступного азоту і фосфору у свіжовидобутому сапропелі зазвичай у 2–3 рази менше, ніж у гної.

Фізико-хімічні властивості сапропелю та його вплив на ґрунт

Сапропель — це цінне джерело органіки, яке формується на дні озер. Основні його запаси зосереджені в областях колишнього зледеніння, переважно в Ленінградській, Архангельській, Псковській, Свердловській областях і в Карелії. Потужність озерних відкладень зазвичай становить від 3 до 10 метрів, але в окремих водоймах може досягати 20–40 метрів. Усі запаси поділяють на балансові (доцільні для видобутку при нинішніх технологіях) і забалансові, які можуть бути переведені в балансові в майбутньому.

• Загальні запаси (при 60% вологості) — 92 млрд т
• Звичайна потужність відкладень — 3–10 м
• Максимальна потужність відкладень — 20–40 м
• Цільова вологість готового добрива — 50–60%

Сапропель має унікальні фізичні властивості, які визначають особливості його застосування. У природному стані він повільно віддає воду. Після звичайного висихання матеріал стає надзвичайно твердим, а після подрібнення в порошок повністю втрачає здатність вбирати вологу (виняток становлять лише деякі види вапнякового сапропелю, які залишаються пухкими). Зовсім інакше поводиться проморожений сапропель: він швидко сохне до вологості 18–20% і набуває стійкої пухкої структури, яка не втрачається навіть після відтавання.

Для агронома сапропель цінний тим, що він кардинально покращує водно-фізичні властивості легких ґрунтів. Завдяки високій водоутримувальній і низькій фільтраційній здатності він зв'язує піщані ґрунти. Його природна клеюча здатність допомагає сформувати грудкувату структуру ґрунту, підвищити його розпушеність і повітропроникність. Використовувати це добриво можна як у чистому вигляді, так і для приготування компостів з гноєм, гноївкою або фекаліями.

Технологія видобутку та переробки озерних відкладень

Видобувають сапропель екскаваторами або установками гідромеханізації. Залежно від умов виробництва сировину вносять безпосередньо на поля або прибережні луки, вивозять у відстійники або використовують для кольматації заболочених заплав. Конкретний спосіб вибирають виходячи з в'язкості та потужності мулу, ступеня його мінералізації та можливостей техніки. Найбільш технологічним вважається гідромеханізований метод з використанням землесосних снарядів.

При гідромеханізованому способі видобутку технологічний процес розділений на кілька обов'язкових етапів.

1. Розробка сапропелю з дна озера земснарядами.
2. Гідротранспорт пульпи по трубах на спеціальні поля згущення та сушіння.
3. Пошаровий намив маси у відстійники шарами по 20 см.
4. Згущення маси, скидання відстояної води в кінці сезону та зимове проморожування.
5. Сушіння в польових умовах до вологості 50%, фрезерування та розпушування верхнього шару.
6. Збирання готового сипкого матеріалу на склади зберігання.

Технологія намиву потребує суворого дотримання регламенту. Намитий 20-сантиметровий шар відстоюється 4–5 днів, при цьому його вологість знижується до 82%, а товщина зменшується до 4,5 см. Тільки після цього наносять наступний шар — щоб намити один метр сапропелю, операцію повторюють до 22 разів. Воду під час намиву скидати не можна, її спускають з полів згущення тільки перед зимовими морозами. У процесі подальшого підсушування вологість падає до 75%, а висота метрового шару зменшується до 0,75 метра.

Пошаровий намив у поєднанні з фрезеруванням і ворушінням забезпечує відмінну аерацію маси. Завдяки постійному контакту з киснем закисні сполуки заліза та марганцю повністю окиснюються і стають безпечними для рослин. Активізація мікроорганізмів у процесі сушіння збільшує кількість доступного азоту та інших поживних речовин. У результаті виходить сипка крихта з розміром частинок переважно 3 мм (зустрічаються фракції 1–3 мм) і вологістю 50–60%. Таке добриво не містить насіння бур'янів, легко вноситься стандартними машинами для органіки і швидко розподіляється в пахотному горизонті.

Основним недоліком цієї технології є висока трудомісткість будівництва відстійників і дворічний цикл виробництва. Процес також потребує значних витрат на вантажно-розвантажувальні роботи та транспортування готового продукту. Весь комплекс операцій із внесення отриманих добрив здійснюється серійними машинами для органіки.

Строки внесення та способи загортання сапропелю під усі культури принципово не відрізняються від таких для інших органічних добрив. Разом з тим, сапропелеві добрива не обов'язково загортати в ґрунт відразу ж після розподілу по полю, це можна зробити через 3–7 днів. Доцільніше використовувати сапропель на піщаних і супіщаних ґрунтах, оскільки ефективність його тут значно вища, ніж на ґрунтах більш важкого гранулометричного складу.

Сапропель вносять під культури, що удобрюються, у нормах, які визначаються для кожного поля, виходячи з конкретних умов, біологічних особливостей вирощуваної культури, агрохімічної характеристики добрива. Доцільно визначати норми сапропелю за еквівалентом елементів живлення рослин, що містяться в ньому, і насамперед азоту. Орієнтовна норма внесення сапропелю на поля – від 210 до 150 т/га.

Намив безпосередньо з водойми на поля дозволяє внести у ґрунт сапропелю від 200 до 1000 т/га у перерахунку на 60 %-ну вологість. У таких кількостях сапропель – не лише добриво, а й меліорант слабоокультурених ґрунтів. Оптимальна норма коливається в межах 600–1000 т/га. Така кількість дуже ефективна, і витрати на внесення окупаються протягом 2– 4 років. Сапропель, намитий у великих кількостях, поступово мінералізуючись, на тривалий строк створює високий агрофон на поліпшуваних ґрунтах.