Агроэкологические аспекты при выделении гуматов из биомассы растений и органических удобрений. 5. Влияние органоминеральных компостов на свойства, процессы и режимы системы почва-растение

С. Л. Белопухов, В. И. Савич, В. В. Гукалов, В. А. Седых, А. И. Бурдакова, И. Г. Шайхиев

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ГУМАТОВ ИЗ БИОМАССЫ РАСТЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ. 5. ВЛИЯНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОСТОВ НА СВОЙСТВА, ПРОЦЕССЫ И РЕЖИМЫ СИСТЕМЫ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

Ключевые слова: компосты, удобрения, плодородие черноземов, урожай сельскохозяйственных культур.

В работе показано, что применение органоминеральных компостов на основе навоза, отходов сельскохозяйственного производства и фосфогипса на черноземах привело к повышению плодородия почв и урожая кукурузы. Установлены математические закономерности взаимосвязей свойств почв, применения компостов и урожая, влияния компостов и свойств почв на качество продукции растениеводства. Показано влияние растений и их пожнивных остатков на агрохимические и физико-химические свойства почв. Выявлено значительное влияние на урожай кукурузы водно-физических свойств почв. Разработаны способы приготовления компостов с заданными свойствами из купажа исходных продуктов отходов сельскохозяйственного производства для заданных целей оптимизации системы почва-растение.

Keywords: compost, fertilizer, the fertility of chernozems, harvest crops.

It is shown that the use of organic-based composts manure, agricultural waste and phosphogypsum on the black earth lead to an increase in soil fertility and crop of corn. Established the mathematical laws of the relationships of soil properties, the use of compost and harvest, the impact of compost and soil properties on the quality of crop produc-tion.The influence ofplant and crop residues on agrochemical and physico-chemical properties of soils. There was a significant effect on the corn crop water-physical properties of soils. Methods for the preparation of composts with the desired properties of the blend precursors agricultural waste soil-plant system for the specified purposes of optimization.

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 631.41

Повышение эффективности ведения сельскохозяйственного производства имеет важное практическое значение. Одним из перспективных приемов достижения этой цели является применение органических удобрений и компостов из навоза, помета и отходов предприятий агропромышленного комплекса. В соответствии с теоретическими положениями, более эффективно применение компостов из купажа смеси отходов сельскохозяйственного производства с определенными свойствами для заданных целей оптимизации системы «почва-растение». При этом, применение компостов изменяет свойства, процессы и режимы почв, урожай сельскохозяйственных культур и их химический и биохимический состав, что, в свою очередь, влияет на свойства почв и процессы разложения компостов в почве.

Объектом исследования являлись обыкновенные мощные малогумусные глинистые черноземы Краснодарского края, в которые в производственных условиях вносили в контрольном варианте минеральных удобрений: в 1 варианте - полуразложившийся навоз 25 тонн + во 2-ом варианте - сложный компост, состоящий из полуперепревшего навоза 25 т/га, фосфогипса 3,5 т, растительных остатков 4 т/га, послеуборочных остатков подсолнечника, сахарной свеклы, отходов кормления животных, отходов очистки зерна, древесных опилок в соотношении 7 : 1,5 : 1,0 +

Методика исследования состояла в оценке агрохимических, физико-химических и водно-физических свойств почв принятыми для черноземов методами, в оценке урожайности, биопродуктивности и качества зерна (2) в 3-летних полевых опытах [1], в статисти-

ческой обработке полученных материалов. Принятый уровень вероятности Р = 0,95.

Эффективность использования в сельском хозяйстве комплексных органоминеральных удобрений определяется следующими факторами: комплексообра-зующей способностью и сорбционной емкостью органических компонентов смеси, уменьшающей необменную сорбцию почвой элементов питания и миграцию их в грунтовые воды, способствующей переходу биофильных элементов из необменного состояния в доступные для растений формы соединений, влагоем-костью компонентов, оптимизирующих водный режим почв, структурообразующей способностью компонентов, улучшающих структурное состояние почв, биологической активностью компонен-

тов(стимулирующей способностью и антипатогенной функцией), оптимальным соотношением N : Р : К и микроэлементов для определенных типов почв, уровня плодородия, отдельных сельскохозяйственных культур и периода вегетации.

Высокая эффективность применения сложных ор-ганоминеральных компостов достигается созданием удобрений с заданными свойствами для разного характера их сельскохозяйственного использования, повышенной концентрацией элементов питания, исключением из состава смеси балластных компонентов ^а, С1, 804) локальным внесением удобрений для кормления растений, а не почв, физико-химическим прогнозом взаимодействия удобрения со свойствами почв [3, 4].

Все свойства почв взаимосвязаны друг с другом, и изменение одного показателя состояния почв влияет на другие показатели. Так, по полученным данным,

зависимость структурного состояния почв от содержания органического вещества, рН и содержания подвижных фосфатов описывалась следующим уравнением:

У = -0,99 + 0,68Г + 0,08рН + 0,01 Р2О5 г = 0,69; Б = 4,3.

Следовательно, структурное состояние почв прямо пропорционально зависело от содержания органического вещества и в меньшей степени от рН среды и содержания подвижных фосфатов.

Зависимость пористости почв от структурного состояния и содержания органического вещества определялась следующей зависимостью:

У = 11,03 + 8,8 КС + 3,3Г

г = 0,32, т.е. пористость почв в большей степени зависела от структуры почв и в меньшей от содержания органического вещества.

Однако, следует отметить, что увеличение содержания гумуса в почве (общего содержания органического вещества) обусловлено внесением в почву компоста, включающего биофильные элементы в доступной для растений форме.

Изменение структуры почв при внесении в них органических и минеральных удобрений определяется

химическим и биохимическим составом вносимых удобрений, свойствами почв, пожнивными остатками растений и климатическим условиями. Поступающие в почву одновалентные катионы, в т.ч. К+ и ЫН4+ способствуют диспергированию почв, обогащению почв Са, Мд в определенных пределах, что приводит к оструктуриванию почв. В большей степени способствуют образованию структуры компоненты поверхностно-активных веществ и комплексоны, образующие комплексы с поливалентными катионами. При этом в образовании структуры участвуют, как гидрофильные, так и гидрофобные органические соединения. Образование водопрочной структуры уменьшается, как при избыточной влажности, так и при повышенной аэрации почв и увеличивается при увеличении периода биологической активности почв. Как правило, для образования структуры необходимо сначала разложение растительных остатков, а затем их консервация при недостатке влаги и в контакте с минеральной частью почвы.

Для образования из сложных компостов гумуса, а, следовательно, и для улучшения структуры оптимально соотношение С : N = 12-15. Однако, как следует из практики, это соотношение должно быть определенным для отдельных типов почв [3, 4].

Внесение в почву компоста привело к изменению физико-химических свойств почв (таблица 1).

Таблица 1 - Изменение физико-химических и агрохимических свойств черноземов при внесении органических удобрений

Вариант Органическое вещество, % ^бщ, % Р2О5 рН С^

Контроль+М60 3,7±0,1 0,33±0,02 29,1±1,1 8,1±0,1 6,7

+ навоз 3,8±0,1 0,33±0,01 36,9±1,7 8,1±0,1 6,8

+ компост 4,2±0,1 0,40±0,01 47,8±1,5 7,3±0,1 6,2

*) для кукурузы, пшеницы, сахарной свеклы

Как видно из представленных данных, внесение в почвы компоста, по сравнению с контролем и внесением навоза, увеличило в почве содержание органического вещества, общего азота, фосфора и снизило величину рН. Данное обстоятельство, очевидно, обусловлено, как более широким отношением С:М в компосте по сравнению с контролем и с навозом, так и наличием в компосте фосфатов.

В то же время, увеличение биопродуктивности угодий при внесении в почву компоста сопровождается, как подтягиванием биофильных элементов из нижних слоев почвенного профиля, так и усилением биохимического выветривания и переходом фосфатов в более подвижные формы. Внесение в почву компоста привело к изменению влажности почв (табл. 2).

Как видно из представленных данных, внесение в почву навоза и сложного компоста достоверно увеличило полную влагоемкость почв. В большей степени данное обстоятельство отмечается при при-

менении, в качестве удобрения, сложного компоста. При этом отмечается и тенденция увеличения влажности почв в течение вегетационного периода.

Таблица 2 - Изменение влажности и полной вла-гоемкости пахотного слоя чернозема при внесении в него навоза и сложного компоста *

Вариант Влажность, % Полная влаго-емкость, %

контроль - М60 + навоз + компост 22,5±0,6 23,5±0,6 25,8±0,9 38,0±0,5 43,6±0,6 46,7±0,7

*) под кукурузой, пшеницей и сахарной свеклой

Значимые изменения произошли при внесении компоста в почву и структурного состояния почв (табл. 3).

Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №11 Таблица 3 - Структурный анализ пахотного слоя обыкновенного чернозема

Вариант Размер агрегатов в мм и их содержание в %

> 10 5-2 2-1 1-0,5 < 0,25 КСТ

контроль + навоз N<<0 + компост 23,7±1,0 22,0±0,9 21,4±0,5 16,1±0,8 15,5±0,8 16.3±0,6 15,5±0,6 16,8±0,9 18,8±0,4 11,6±0,5 13,0±0,5 15,0±0,7 4,8±0,5 4,1±0,5 3,4±0,1 2,5±0,4 2,8±0,1 3,0±0,1

*) под кукурузой, озимой пшеницей и сахарной свеклой

Как видно из представленных данных, внесение в почвы навоза и сложного компоста, по сравнению с контролем, уменьшило содержание частиц > 10 мм и < 0,25 мм, увеличило коэффициент структурности. При этом, внесение в почву сложного компоста, по сравнению с внесением навоза, в большей степени увеличило процентное содержание частиц 2-1, 1-0,5 мм и коэффициент структурности.

Полученные данные подтвердили теоретические положения, состоящие в том, что урожайность сельскохозяйственных культур и биопродуктивность посевов существенно зависят от свойств почв. Согласно экспериментальным данным, зависимость урожайности (У) ц/га от содержания гумуса (Г), общего азота (Ы), содержания подвижных форм Р2О5 (Р) и пористости (П), коэффициента структурности (КС) и полной влагоемкости (ПВ) описывалась следующим уравнением:

У = -377,7 + 18,9

г = 0,99; Б = 19,2. Таким образом, в наибольшей степени урожайность кукурузы зависела от содержания органического вещества и пористости почв.

Зависимость биопродуктивности (У) кг/м2 от содержания органического вещества (Г), общего азота (Ы), содержания подвижных форм Р2О5 (Р), коэффициента структурности (КС), пористости (П), полной влагоемкости (ПВ) описывалась уравнением:

У = 0,16 + 0,28

г = 0,99; Б = 19,2, т.е. биопродуктивность также в наибольшей степени зависела от содержания в почвах органического вещества.

Полученные данные подтверждают, что урожайность зависит от свойств почв, а свойства почв зависят от потребления растениями элементов питания, корневых выделений растений и от продуктов разложения пожнивных и корневых остатков.

По полученным данным, содержание протеина в зерне кукурузы зависело от содержания азота в почве:

У = 7,5 + 11,9814; г = 0,41

Содержание Р2О5 в зерне зависело от содержания подвижных фосфатов в почве. Так, при содержании Р2О5 30,6±1,7 мг/кг, содержание Р2О5 в зерне в мг/кг составляло 33,1±1,2, а при содержании в почве 46,4±2,1 мг/кг содержание в зерне было 40,5±0,6 мг/кг.

Наличие в сложных компостах биофильных элементов, в т.ч. Ы, Р, К в другом количестве и в соотношениях, по сравнению с контролем и с полуперепревшим навозом, влияет на физиологические процессы в растениях и изменяют продолжительность отдельных фаз развития и длину вегетационного периода.

В сложном компосте, по сравнению с навозом и контрольным вариантом (внесением только N<50), больше фосфора и калия. Теоретически это увеличивает устойчивость растений к засухе. Однако, эффект влияния зависит от свойств почв и погодных условий. Увеличение продолжительности вегетационного периода соответствует большему использованию фотосинтетически активной радиации, и, следовательно, росту урожайности (однако при отсутствии в осенний период экстремальных погодных условий).

По полученным данным, увеличение под влиянием сложного компоста продолжительности межфазных периодов и периода вегетации отмечалось только в более поздних фазах развития растений. Это подтверждается данными таблицы 4.

Таблица 4 - Изменение продолжительности межфазных периодов развития кукурузы и вегетационного периода при внесении в почву сложного компоста

Вариант % измене- % измене-

ния длины ния перио-

межфазных дов вегета-

периодов * ции

контроль 100 100

+ полуперепре-

вший навоз

+ сложный ком- 107,4±0,8 104,1

пост

117,4±4,0 108,1

*) цветение метелки - созревание, молочная, восковая, полная спелость

Влияние растений на свойства почв обусловлено потреблением ими элементов питания и продуктами разложения растительного опада [5-7, 10-12]. При этом, при большей площади корневой системы, биофильные элементы переходят из нижних слоев почв в верхние, т.к. масса корневой системы больше в Ап, а площадь - в нижних слоях почв. Увеличивающееся количество биомассы в Ап вызывает усиление биохимического выветривания, что приводит к переходу биофильных элементов из необменного в подвижное состояние. Такое явление установлено в

40-летних опытах академика Шатилова И.С. [8] и в опытах кафедры почвоведения РГАУ-МСХА [9-12].

По полученным данным, объем корней растений в см3 на растение составлял в фазу созревания зерна в контроле 114,6±10,9; при внесении навоза - 121,4±11,0 и при внесении компоста - 147,1±12,1. При этом содержание подвижных форм фосфатов в почве соответственно составляло 19,4; 22,0 и 32,4 мг/кг.

Заключение.

Чем выше степень оптимизации всех звеньев систем земледелия, тем выше эффективность применения создаваемых удобрений. При этом особенностями конструирования состава комплексных удобрений и способов их приготовления обязательным являются: сертификация исходного сырья, технологии приготовления получаемых продуктов для разного характера сельскохозяйственного использования удобрений; приготовление купажа из смеси продуктов, учитывая отношение в них С:^ ^Р:К, рН, ЕЙ, емкость поглощения по отношению к различным типам сорбции, биохимический состав, оценка комплексообразующей, структурообразующей способности удобрений, их биологической активности в единицах известных стимуляторов, ингибиторов, антибиотиков, применение анодного обогащения смеси микроэлементами, использование в смеси локальных очагов сорбентов с заданными свойствами.

Литература

1. В.В. Гукалов, Д.А. Славгородская, Труды Кубанского ГАУ, 5(44), 53-59 (2013).

2. Практикум по агрохимии, под ред. В.Г. Минеева, МГУ, М., 2001. 689 с.

3. В.А. Седых, В.И. Савич, Агроэкологическая оценка почвообразовательных процессов, РГАУ-МСХА, ВНИИА, М., 2014. 400 с.

4. В.А. Седых, Экологическая оценка использования птичьего помета в земледелии на почвах таежно-лесной зоны, РГАУ-МСХА, М., 2013, 490 с.

5. Белюченко И.С., Славгорордская Д.А., Гукалов В.В. Влияние органно-минерального компоста на плотность сложения и порозность чернозема обыкновенного // Труды Кубанского ГАУ, 2012, №34, С. 88-90.

6. Г.Е. Мерзлая, Плодородие, 2, 23-26 (2005).

7. В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова, Обоснование использования отходов в качестве вторичного минерального ресурса в сельскохозяйственном производстве, ВВАГС, Нижний Новгород, 2009, 175 с.

8. И.С. Шатилов, А.Г. Замараев, Ю.А. Духанин, Энерго-массообмен в звене полевого севооборота, ч.1, Агрокон-салт, М., 2004. 368 с.

9. Н.П. Панов. В.И. Савич, Экологически и экономически обоснованные модели плодородия почв, РГАУ-МСХА, ВНИИА, М., 2014. 380 с.

10. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, М.Д. Алифиров, Г.Н. Кушнир, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 18, 20, 238-242 (2015).

11. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, В.В. Гукалов, М.Д. Конах, А.Г. Селиванова, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 19, 1, 135-137 (2016).

12. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, В.В. Гукалов, Д.С. Скрябина, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 18, 12, 185-189 (2015).

© С. Л. Белопухов - д.с-х.н., профессор, заведующий кафедрой физической и органической химии Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева, belopuhov@mail.ru,; В. И. Савич - д.с-х.н., профессор, кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения того же вуза, savich.mail@gmail.com; А. И. Бурдакова - инженер кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения того же вуза; В. В. Гукалов - к.с-х.н., старший преподаватель кафедры общей биологии и экологии Кубанского государственного аграрного университета; В. А. Седых - д.с-х.н., директор птицефабрики «Петелинка», Московская обл.; И. Г. Шайхиев - д.т.н., заведующий кафедрой инженерной экологии КНИТУ.

© S. L. Belopukhov - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Head of the Department of Physical and Organic Chemistry of the Russian State Agrarian University, belopuhov@mail.ru; V. I. Savich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Department of Soil Science, Geology and Landscape of the same University, savich.mail@gmail.com; A. I. Burdakova - engineer of the Department of Soil Science, Geology and Landscape of the same university; V. V. Gukalov - PhD, Agricultural Sciences, Senior Lecturer, Department of General Biology and Ecology of the Kuban State Agrarian University; V. A. Sedykh - Doctor of Agricultural Sciences, director of the poultry farm "Petelinka" Moskow region;. I. G. Shaikhiev - PhD, Head of the Department of Environmental Engineering, Kazan National Research Technological University.