2. Experiment
Kopa is a typical continental lake of the arid zone [4]. Investigated Lake Kopa is in
Akmola oblast, and is located near the foot of Kokshetau Upland, near the north-western part of
city of Kokshetau. The catchment area of the lake basin is 3860 km
2
. Most of it falls on the share
of inflows to the lake: from the southwest – Chaglinka river, from the southeast – Kylshakty
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
165
river, and only a very small part (80 km) is the share of lake itself. Maximum depth is equal to
3.1 m; length is 5.3 km; width is 3.6 km.
The water surface of the lake is mainly open. The bottom is smooth, viscous, covered with
a layer of silt clay loam and sand with silt, ranging from 0.5 to 2.8 m, sometimes 6 m (northern
part), with average 2 m. Due to shallowing of the lake and the resulting stronger solar irradiation
and warming of the water, increasing pollution by sewage by and agricultural fertilizers washed
into the lake, the water vegetation is encroaching intensely upon the open water area and already
covers approximately 50% the lake [1].
In 2009-2010 we undertook 6 field expeditions and carried out 6 hydrochemical surveys of
the lake area, taking ca. 100 samples of lake water for chemical analysis. The chemical
components were analysed by standard hydrochemical methods, as described in [5]. Every
sample was analyzed at least in triple; variation of the results shows statistically meaningful
dispercion comparable with usual instrumental errors.
Natural waters being essentially dilute aqueous solutions of mineral and organic
substances, we regarded them as naturally equilibrated physical-chemical systems, to which the
standard theories of solutions are applicable. The theory and technique of analysing antropogenic
transformation of hydrochemical regime of water bodies in arid zones were described in [6].
Physical-chemical classification of components of natural waters’ chemical composition defines
conservative, non-conservative and heterophase components. Conservative components include
such macro-components as chlorides, sodium, calcium and some others, the concentrations of
which are defined by the balance of inflow, dilution and dispersion.
Since the complex hydro-chemical studies on the waters of the lake has not been since
1993, we restarted hydrochemical study of Kopa lake in 2009- 2010 years. The concentrations of
the chemical composition of the lake water components that exceed their maximum allowable
values for the next period 2011-2013 were taken from a newsletter on the state of the
environment of the Republic of Kazakhstan (2010-2013).
The quality of surface waters was quantified using the Water Pollution Index (WPI), the
approach developed by the group of Kazakhstan environmental scientists headed by
Academician M. Zh. Burlibayev, and adopted by the Ministry of the Environment of Kazakhstan
in March 2003 [7].
3. Results and discussions
It was found that the turbidity of the lake is higher in spring than in summer, the turbidity
index averaging 4.05 and 4.75 mg/l, respectively. The difference is due to the run-off of water
from melting snow in urban areas, bringing with it various insoluble and colloid particles of
organic and inorganic pollutants. Besides, the lake’s main tributary, the Chaglinka river, is
turbid (4.38-19.45 mg/l) throughout the year. Thus the concentration of suspended solids in the
lake (26.20 – 31.10 mg/l) is well above the standard of 0.75 mg/l. Water transparency (in various
years) ranged from 2.0 to 5.0 cm. Water smell is about 2-5 points, cf. the standard of 0 points.
Water colour varied from 165 to 325
0
, cf. the standard of 35
0
.
The concentration of dissolved oxygen varied from 1.79 to 12.22 mg/l, averaging 7.01
mg/l over 2009-2013, which satisfies the standards for fishing purposes. Low oxygen levels are
usually observed in spring. The biochemical oxygen demand over 5 days (BOD
5
) varies in the
range 0.83 – 4.46 mg/l, with annual averages of 1.32 to 4.00 mg/l. Lake water has weakly basic
reaction, pH 7.48 – 9.27, with the all-season average of 8.39.
It is known that the presence in water of the major ions (НСО
3
-
, СО
3
2-
, SO
4
2-
, Cl
-
, Са
2+
,
Na
+
, K
+
) defines the level and character of water mineralization. After the spring-flood filling of
the lake, water mineralisation increased from 0.61 to 1.44 g/l and its hardness decreased from
12.94 to 1.85 mmol/l eqv. By the average hardness (8.25 mmol/l eqv) the lake water qualifies as
medium-hard. The ionic content of water at present is characterized by strong prevalence of Na
+
(12.0 mmol/l eqv) and SO
4
2-
(4.76 mmol/l eqv) ions. According to the Alyokin classification [8],
Lake Kopa water belongs to the sulphate class, sodium group, type II, water index S
Na
II
. Type II
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
166
waters are mixed, as their composition relates to sediments from which various salts are leached.
Water chemical composition indices vary significantly over the lake basin in horizontal
direction. The alkali ions and sulphate concentrations are fairly constant across the lake, but
those of carbonate, chloride, calcium and magnesium ions show very large variations. On the
other hand, we did not observe vertical stratification of mineralization and major ions
distribution, which can be explained by shallowness of the basin, aridity of the area, intense
wind-driven mixing of water masses, and intense solar irradiation. Similar situation has been
found in other lakes of Kazakhstan [3], in contrast to lakes of humid regions.
For the first time, seasonal variations of the WPI on major ions (Figure 1) in a multi-year
sequence were calculated, using the hydrochemical data for 2009-2013 and the improved
calculation methods. Concentrations of contaminants and excess of the maximum allowable
concentration in different seasons of the years 2010-2013 were found. WPI varies between 0.89-
1.59 mg/l. Among the main components, the main pollutants are ions of Mg
2+
(WPI=0.265-
2.270) and SO
4
2-
(WPI=2.270-2.300). WPI on the length of the lake varies from 0.9 to 1.59 and
corresponds to an increase of total mineralization of water. Average seasonal value of the WPI
for the main ions was 1.16, which corresponds to the third class and the water is moderately
polluted.
Exceeding of the maximum permissible concentrations of petroleum products for spring
2009 was 4.6 times.
Over the studied period, WPI in winter varied from 1.65 to 2.65, which corresponds to the
water quality level (WQL) 3 to 4, i.e. moderately impure to impure. In spring, WPI is at the
lowest, from 0.61 to 1.68 (WQL 2 to 3, i.e. pure to moderately impure), rising to 1.13–2.35 in
summer (WQL 3 entirely) and to 1.44 – 3.74 in autumn (WQL 3 to 4). The annual average WPI
increased from 1.44 in 2009 before stabilising at 2.0-2.1 in the following years, hence the mean
WQL is 3, or moderately impure. The all-season average WPI is 1.16 (WQL 3) for the whole of
the lake; however, this parameter varies substantially accross the lake, from 0.89 to 1.59, in line
with general increase of water mineralisation.
As a result of analysis significantly exceeding the maximum permissible concentration
(MPC) limits for fishing water bodies (i.e. WPI>>1) were found. Among them are sulphates
(268.5-406.3 mg/l, WPI=2.7-4.0), magnesium ions (61.3-83.6 mg/l, WPI=1.6-2.1), copper (3.4-
4.8 µg/l, WPI=3.4-4.8), chloride ions (238.5-457.6 mg/l, WPI=1.1-1.6) and manganese (0.039-
0.076 mg/l, WPI=3.9-7.6). The oil products concentration was monitored throughout 2009,
giving the maximum WPI=4.6 in the spring.
The heavy metals (Sr, Ag,Mn, Zn, Cd, Cr, Mo, Pb, Be, Co, Ni, Cu) were analyzed and
included in calculation of WPI, presented in Figure 1.
Figure 1 - WPI changes in Lake Kopa in a multi-year cycle (2009-2013)
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
167
4. Conclusions
In the lake Copa, which accumulates runoff of different types and concentrations, in 2009-
2013, the horizontal stratification of mineralization (increased 2.2 times) and the ionic
composition of (increased unequal) were identified. Shallow water of lake Copa as arid reservoir,
intense wind mixing of water masses, solar radiation effects contribute to the absence of most of
the vertical stratification of almost all the components of the chemical composition, which
distinguishes them from reservoirs humid regions. Values of WPI, excess of MPC of sulfates,
magnesium ions, chloride ions, copper, manganese and oil products in Lake Kopa indicate
human impact on the lake Kopa. We can assume the manifestation of geoecological aspects of
hydro-ecological crisis.
References
1.
Мустафина А. Еще раз о состоянии озера Копа // Газета Экологический вестник:
Кокшетау. – 2005. - №6.- С.6-8
2.
Информационные бюллетени о состоянии окружающей среды Республики Казахстан.-
Астана: РГП Казгидромет. Департамент экологического мониторинга.- 2010.- С.15-39;
2011.- С.14-28; 2012.- С.14-33; 2013.- С.16-49.
3.
Romanova S.M., Tursunov A.A. Analysis of the current situation and tendencies of further
development of worldwide and local science “safety of water»//International Journal of Biology
and Chemistry.- 2012.- № 4. - P.82-86.
4.
Статистические данные Центра за охраной недр, поверхностных и подземных вод
Акмолинского областного территориального управления охраны окружающей среды.-
Кокшетау, 2009.- 125с.
5.
Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты. ИСО 14000.
Основы экологического управления.- М.: ВНИИ стандарт, 1997.- 178с.
6.
Romanova S.M., Preisner L. The Theoretical Basis and Methodology of Reseach of
Antropogenic Transformation of Hydrochemical Regime of Reservoirs of Arid Zones – Case of
Kazakhstan//Polish Journal of Environmental Studies, Ed. Hard Olsztyn.- 2011.- Vol. 20, No.
4A.-Р. 277-281.
7.
Бурлибаев М.Ж., Тажмагамбетов Е.А., Байманов Ж.Н. Комплексная оценка качества
поверхностных вод по гидрохимическим показателям.- Алматы: Гылым, 2007.- 92 с.
8.
Никаноров А.М. Гидрохимия.- Л.: Гидрометеоиздат, 1989.- 351 с.
References
1.
Mustafina A (2005) Ecological Bulletin Newspaper [Gazeta EHkologicheskij vestnik] 6:6-8
(in Russian)
2.
(2010) Information bulletins on the environmental situation of the Republic of Kazakhstan
[Informacionnye byulleteni o sostoyanii okruzhayushchej sredy Respubliki Kazahstan]. Astana,
Kazakhstan. (in Russian)
3.
Romanova SM, Tursunov AA (2012) International Journal of Biology and Chemistry 4:82-
86.
4.
(2009) The statistical data of the Center for the protection of mineral resources, surface and
ground waters the Akmola Oblast Territorial Department of Environmental Protection
[Statisticheskie dannye Centra za ohranoj nedr, poverhnostnyh i podzemnyh vod Akmolinskogo
oblastnogo territorial'nogo upravleniya ohrany okruzhayushchej sredy]. Kokshetau, Kazakhstan.
(in Russian)
5.
(1997) Basics of Environmental Management [Osnovy ehkologicheskogo upravleniya].
Moscow, Russia. (in Russian)
6.
Romanova SM, Preisner L (2011) Polish Journal of Environmental Studies 4A:277-281.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
168
7.
Burlibaev M Zh, Tazhmagambetov EA, Baimanov ZhN (2007) Comprehensive assessment of
quality of surface water on hydrochemical indicators [Kompleksnaya ocenka kachestva
poverhnostnyh vod po gidrohimicheskim pokazatelyam]. Gylym, Almaty, Kazakhstan (in
Russian)
8.
Nikanorov AM (1989) Hydrochemistry [Gidrohimiya]. Gidrometeoizdat, Leningrad, Russia
(in Russian)
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
169
УДК 631.8:635.21
Рыспеков Т.Р., Бектембаева М.К.
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан
Е-mail: rispekov_t
Подходы к определению норм минеральных удобрений при возделывании
картофеля на темно-каштановых почвах предгорий Иле Алатау
В статье использованы научные материалы по определению норм минеральных
удобрений с использованием нормативов баланса питательных веществ, при
выращивании картофеля и сахарной свеклы. Авторы считают, что использование
литературных данных по расчетно-балансовым методам позволят рационально приманять
удобренияв короткоротационном овощном севообороте.
Ключевые слова: удобрения, вынос, картофель, свекла, питательные вещества,
нормы.
Рыспеков Т.Р., Бектембаева М.Қ.
Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан
Іле Алатауының тау етегіндегі қоңыр қошқыл топыраққа картоп өсіру кезінде
минералды тыңайтқыштың нормаларын анықтау тәсілдері
Мақалада картоп пен қант қызылшасын өсіру кезіндегі нормативтік баллансты
қолдану арқылы минералды тыңайтқыштардың нормасын анықтау бойынша ғылыми
деректер қолданылған.Авторлар дереккөздерге сүйене отырып, есептек-баланс әдісін
қолдану арқылы қысқа мерзімді уақытта көкөніс айналымында тыңайтқышты ұтымды
пайдалануға мүмкіндік береді дейді.
Түйін сөздер:
тыңайтқыштар,
өнім
, картоп, қызылша, қоректік заттар, нормалары.
Ryspekov T.R., Bektembayeva M.K.
Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan
chestnut soils of the foothills of Ile Alatau
The article draws scientific data to determine the rules of mineral fertilizers with nutrient
balance ratios in growing potatoes and sugar beet. The authors believe that the use of published
data on the cash-balance method will allow rational use of fertilizers in the short rotary vegetable
rotation.
Keywords: fertilizers, loss, potatoes, beet, nutrients, norms.
Современные исследования плодородия почвы позволяют обобщить имеющие
сведения об элементах плодородия, о требованиях культур к условиям плодородия и
планировать урожаи культур. Ранее планируемые урожаи культур не всегда учитывали
рыночных условий, но всегда были направлены на максимальное получение прибыли при
наименьших затратах.
Возникли новые короткоротационные севообороты (зерно-овощные, овоще-
травопольные и другие). При внесении удобрений требуются точные расчеты доз, строгое
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
170
соблюдение техники и последовательности их применения, с учетом их потребления
растениями в разные периоды вегетации. Исходными данными для применения
различных удобрений является определение содержания питательных элементов в почве.
Подходы к созданию оптимальных условий возделывания картофеля на темно-
каштановых почвах предгорий Иле Алатау является важной задачей, так как позволяют
производить применение норм минеральных удобрений в рациональных количествах.
Целью работы является определение норм минеральных удобрений с использованием
нормативов баланса питательных веществ в короткоротационном овощном севообороте
на каштановых почвах предгорий Иле Алатау.
Задачи исследования:
- рассчитать вынос питательных веществ на планируемую прибавку урожая культур;
- определить количество внесения минеральных удобрений с учетом коэффициентов
выноса.
Методы
исследования:
Расчетно-балансовые
методы
определения
норм
минеральных удобрений.
На изучаемых темно-каштановых почвах предгорий Заилийского Алатау
содержание: гумуса - 1,85-2,34%, валового фосфора 0,12-0,16%, валового калия – 2,31-
2,58%, общего азота - 0,112-0,140%. Опытный участок, который был расположен на
экспериментальных полях Института картофельного и овощного хозяйства Аграрного
центра, характеризуется повышенным и высоким уровнем содержания подвижного
фосфора 33-46 мг/кг почвы и высоким уровнем обменного калия – 400-500 мг/кг.
Такое содержание доступных элементов почвы для питания растений позволяет
обеспеченность высокие урожаи выращиваемых культур. На этом фоне применялись и
орошение, и внесение минеральных удобрений в обработанную почву. Согласно данным
таблицы 1 урожай овощных культур в полевом короткоротационном севообороте на
различных вариантах опыта растет с увеличением норм удобрений.
Таблица 1 - Урожай овощных культур в полевом короткоротационном севообороте на
различных вариантах опыта, ц/га [1, 2]
№ п\п
Варианты
опыта
Огурцы
Капуста
Томаты
Лук
Продуктивность
севооборота
ц/га
%
1
2
3
4
Контроль
Солома С
С+Н40+NРК
С+Н60+NРК
Р
НСР
182
195
220
229
5,1
18
242
260
325
300
280
295
320
355
6,4
29
260
295
356
345
964
1035
1221
1229
100
107
126
127
Для получения выше перечисленных урожаев применялись различные варианты.
Обозначения схемы опыта: Контроль – вспашка стерни без удобрений. Солома (С) –
солома урожая. Навоз (Н) – 40 и 60 т/га. Азот – 20, фосфор – 60 и калий 60 кг/га.
Условия развития этих культур требует более высокой обеспеченности почв
элементами питания. Если содержание обменного калия в 0-30 см слое почвы на
вариантах, где выращивают зернове культуры, характеризует почву повышенным и
высокообеспеченным уровнем, то для овощных и пропашных культур этот урівень
характеризуется еще большим количеством потребления этого элемента [3]. Подходы к
созданию оптимальных условий возделывания картофеля на темно-каштановых почвах
предгорий Иле Алатау требуют всестороннего учета элементов питания. Первым делом
это содержании каждого основного элемента в почве, второе – их вынос с планируемым
урожаем. Третье это учет коэффициента выноса из почвы и удобрений.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
171
Таким образом, высоко обеспеченные фосфором почвы способствуют повышению
плодородия темно-каштановой зоны. Они способны обеспечить многие культуры
севооборота и в любой период вегетации водорастворимым фосфором для получения
высоких урожаев. На таком фоне нет необходимости применения минеральных
фосфорных удобрений, так как при этом снижается коэффициент его использования
растениями. В тоже время создаются оптимальные условия для применения других видов
удобрений, вызывающих дальнейший рост урожайности и качества культур.
Нормы внесения минеральных удобрений предварительно сопровождаются
расчетными данными по использованию из них питательных веществ, превращений и
миграций соединений.
Коэффициент использования питательных веществ из минеральных удобрений
может достигать 60% по азоту и калию, до 30% фосфора. Чрезмерное количество
вносимых в почву азота, фосфора и других элементов привело к их неполному
использованию культурными растениями и выносу части их в водоемы.
Наши наблюдения показывают, что применение фосфорных удобрений в течение
длительного времени без учета его выноса, привело к его накоплению в почве на
некоторых объектах. На полях некоторых хозяйств уровень обеспеченности фосфором
повысился и стал повышенным (31-45 мг) и высоким (более 60 мг/кг). Напочвах с
орошаемым или богарным земледелием можно получать прибавку урожая согласно
методам системы применения удобрений. Приведем классическую формулу определения
балансового коэффициента использования питательных элементов из почвы и
минеральных удобрений:
В
у
К
б
= ——— ·100, (1)
Н
где К
б
– балансовый коэффициент, %;
В
у
– вынос элемента с урожаем в удобренном варианте, кг/га;
Н - норма удобрения в удобренном варианте, кг/га д.в.
Приведем классическую формулу определения разностного коэффициента:
В
у
- В
о
К
р
= ——— ·100, (2)
Н
гдеК
р
– разностный коэффициент, %;
В
у
– вынос элемента с урожаем в удобренном варианте, кг/га;
В
о
- вынос элемента с урожаем в варианте без удобрений, кг/га;
Н - норма удобрения в удобренном варианте, кг/га д.в.
Наиболее полно применяют такие удобрения в южных орошаемых регионах страны.
Особенно эффективно их применение под овощные, где получают большие прибавки к
урожаю.
Применение балансовых расчетов для учета миграции и накопления химических
соединений в почвах и растениях дают большой шанс для точной оценки и прогноза их
количественного содержания. Это процесс количественного определения концентраций
химических соединений в среде путем эмпирических или теоретических вычислений,
который позволит прийти к созданию модели распространения и поведения веществ.
Наиболее целесообразно проведение моделирования поведения и распространения
химического вещества в сельскохозяйственной среде при невозможности целостного
определения концентрации в каждом компоненте.
Определение норм минеральных удобрений на планируемый урожай (метод
элементарного баланса). В этом методе используют данные по выносу питательных
веществ на единицу основной продукции урожая (на 1 т или на 10 т) с учетом побочной.
Среднее содержание К
2
О в корнеплодах сахарной свеклы 1% наабсолютно сухое
вещество, а в ботве 3. То есть на 1 т абсолютно сухой продукции, приходится около 40 кг
|