ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕДЛЕННОДЕЙСТВУЮЩИХ УДОБРЕНИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕДЛЕННОДЕЙСТВУЮЩИХ УДОБРЕНИЙ 1Мячина О.В, 2Мамасалиева Л.Э, 3Ким Р.Н, 4Рахмонов А.Х, 5Пулатов Б.А, 6Нарзуллаев О.С, 7Буриева С. А., https://doi.org/10.5281/zenodo.10935388

Аннотация. Описываются пролонгированные минеральные и органоминеральные удобрения, разработанные и изученные в ИОНХ АН РУз, дается их оценка с точки зрения питательной ценности, а также агроэкологической безопасности. Основной критерий - снижение минерализационных процессов в почве (за счет уменьшения количества и доли почвенных микробных деструкторов), т.е. создание условий для иммобилизации питательных элементов и сохранения гумуса.

Ключевые слова: Орошаемое земледелие, удобрения, пролонгированные свойства, микроорганизмы, минерализация, гумификация, плодородие, хлопчатник.

Abstract. Slow-released mineral and organic mineral fertilizers, which developed and studied at the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan are described, and their assessment in terms of nutritional value and agro-ecological safety is given. The main criterion is a decrease of mineralization processes in the soil (due to diminution of amount and rate of soil microbial destructors), i.e. creating conditions for the nutrients immobilization and humus protection.

Keywords: Irrigated agriculture, fertilizers, prolonged properties, microorganisms, mineralization, humification, fertility, cotton.

Аннотация. Мацолада УзР ФА Умумий ва ноорганик кимё институтида ишлаб чицилган ва урганилаётган узоц муддатли таъсирга эга булган минерал ва органоминерал угитларга тавсиф берилиб, уларнинг озуцавий циймати, шунингдек, агроэкологик хавфсизлиги нуцтаи назаридан ба^оси берилган. Асосий мезон -тупроцдаги минерализация жараёнларининг пасайиши (тупроц микробиал деструкторларининг сони ва нисбати камайиши туфайли), яъни озуца моддаларининг иммобилизацияси ва гумуснинг сацланиши учун шароит яратиш.

Калит сузлар: Сугорма дещончилик, угитлар, пролонгик хусусиятлари, микроорганизмлар, минераллашув, гумификация, унумдорлик, пахта усимлиги.

Широко известно, что низкое содержание гумуса почв полузасушливых и засушливых регионов часто связано с многолетним орошением и интенсивным бессменным возделыванием культур. Безусловно, орошение засушливых почв оптимизирует развитие сельскохозяйственных культур, способствует реализации их биологического потенциала.

Согласно [1], около 17 % орошаемых площадей Земли дают до 50 % всей растениеводческой продукции. Однако интенсивная эксплуатация земель без научно обоснованных и сбалансированных агротехнологий, учитывающих климатические условия, свойства почв, вид сельскохозяйственной культуры, способна оказать негативное влияние как на состояние почвенного плодородия, так и на качественные и количественные характеристики растительной продукции.

Решение проблемы деградации почв ставит перед специалистами - учеными и практиками задачу оптимизации водно-физических, химических и биологических характеристик почвы. Поскольку основным инструментом воздействия на почвенное плодородие и продуктивность культур являются удобрения, необходима разработка новых специализированных удобрений с «правильным» содержанием действующих веществ, используемых в «правильной» пропорции в «правильное» время и в «правильном» месте (4Я -стратегия) [2].

В частности, необходимо учитывать высокую биологическую активность орошаемых почв Узбекистана, связанную с ней ускоренную трансформацию питательных элементов, Главенствующая роль в преобразовании гумуса принадлежит деятельности микроорганизмов и, соответственно, высокая их численность часто ответственна за потери углерода и др. элементов. Большая проблема заключается также в том, что внесение какого-либо биогенного элемента, например, N в виде азотных удобрений, выводит из равновесия цикл других важных элементов (С, Р, Са, S и др.) и микроэлементов [3].

Именно поэтому одним из приоритетных направлений деятельности ученых Института общей и неорганической химии АН РУз является разработка и применение эффективных современных удобрений для сохранения и повышения плодородия почв Узбекистана, обеспечения продовольственной независимости и безопасности Республики. Определяющей основой в этой области является особо выделенная цель «Повышение плодородия почвы и защита ее от деградации», указанная в шестом направлении «Подход к глобальным проблемам, исходя из национальных интересов» согласно государственной программе «Стратегия развития нового Узбекистана на 2022-2026 гг.». Фундаментальные и научно-практические исследования, осуществляемые сотрудниками ИОНХ, способствуют реализации этих целей.

Для снижения потерь питательных элементов удобрений и увеличения коэффициента их использования разрабатываются специализированные удобрения, предназначенные для орошаемого земледелия и отвечающих современным требованиям. Весьма активно в сельскохозяйственной практике применяют ингибиторы нитрификации и ингибиторы уреазы в качестве модификаторов азотных удобрений. Ингибиторы уреазы снижают скорость гидролиза мочевины и тем самым уменьшают выделения аммиака; ингибиторы нитрификации задерживают превращение аммиака в нитраты (главным образом за счет снижения микроорганизмов-нитрификаторов), снижают вымывание и потери нитратов [4].

Так, применение ингибиторов нитрификации АТГ, ДЦДА, ^Бегуе и КМП (2% от массы туков) под хлопчатник на орошаемом сероземе и лугово-серозёмной почве позволило снизить интенсивность нитрификационного процесса и потери азотных соединений, уменьшить нормы внесения карбамида на 25% без ущерба для величины урожая и питательного режима почвы. Ингибиторы нитрификации, введенные в состав карбамида, как в модельном, так и в полевом опытах вызывают временное угнетение размножения микроорганизмов цикла азота, особенно нитрификаторов и денитрификаторов. Ингибиторы нитрификации на низком фоне азотных удобрений способствуют накоплению аммонийного и снижению легкорастворимого нитратного азота в течение 15-20 дней. При этом при внесении низкой дозы азотных удобрений (150 кг/га) с ингибиторами нитрификации получен больший урожай хлопка-сырца, чем при внесении высокой дозы (250 кг/га) азота без ингибиторов (41,9 ц/га против 40,4 ц/га) [5].

Для снижения гидролитической активности почвы и уменьшения скорости круговорота питательных элементов в сельскохозяйственном производстве широко используются удобрения пролонгированного действия. Они обеспечивают более медленный и постепенный выход питательных веществ из гранул в почвенный раствор, а макроэлемнты более длительное время задерживаются в корнеобитаемом слое.

В частности, применение азотных и фосфорных удобрений, модифицированных бентонитом и глауконитом (агрорудами, обладающими ценными свойствами и составом) счет большей прочности и более медленного растворения гранул удобрений позволяет увеличить коэффициент использования N и P, и минимизировать их потери. Благодаря наличию бентонита и глауконита, введенных в плав удобрений из расчета 15-20%, время распада гранул увеличивается в 1,7-2,5 раза, позволяя питательным элементам находится в корнеобитаемом горизонте более длительное время. Учитывая также, что после увлажнения бентонит и глауконит проявляют высокую сорбционную и водоудерживающую способность, можно предположить, что режим увлажнения в пахотном горизонте будет более благоприятный, чем в контрольной почве без агроруд [6]. По подсчетам, применение агрорудосодержащих удобрений позволит накопить в 1 га пахотного горизонта до 1,3-2,1 тонн воды за один полив, оптимизировать процесс промачивания слоя почвы, в котором располагается основная масса корневой системы растений, снизить интенсивность испарения влаги, и, соответственно, повысить эффективность орошения. Бентонит- и глауконитсодержащие удобрения могут являться также стабилизаторами почвенных агрегатов.

Важно, что внесение бентонит- и глауконитсодержащих удобрений оказывает большое влияние на микробный компонент почвы, при этом значительно изменяется структура микробных комплексов. Наблюдаются сукцессионные изменения, смена доминирующих групп, пропорций гидролитиков и т.д. Так, в начале эксперимента (до воздействия рудосодержащих удобрений) олиготрофная группа микроорганизмов была доминирующей (доля их составляла от 43 до 78% от общего числа культивируемых микроорганизмов), тогда как численность олигонитрофильных и амилолитических микроорганизмов была значительно меньше - 10-40 и 5-30%, аммонифицирующих микроорганизмов - лишь 5 -10% в составе микробного комплекса. Применение бентонит- и глауконитсодержащих удобрений обеспечило изменение состава микробных сообществ за счет смены доминирующей группы, сформировался более сбалансированный состав (олиготрофы, амилолитики, олигонитрофилы по 35-25%; аммонификаторы и актиномицеты по 5-7%) [7].

Вегетационные эксперименты на хлопчатнике показывают, что удобрения, модифицированные глауконитом и бентонитом, проявляют позитивное воздействие на рост и развитие растений хлопчатника: за счет стимуляции роста органов растений на 3-19% происходит повышение урожайности на 4,9-8,5%. Оптимальные условия для роста обеспечивает применение бентосодержащего аммофоса, бентосодержащей аммиачной селитры и глауконитсодержащей селитры, поскольку прибавка урожая составила 8,5, 7,9 и 4,9%, что может в полевом опыте дать до 3,4; 3,16 и 1,96 ц/га, соответственно.

Перспективным приемом повышения плодородия и качества почв без увеличения биологической деструктивной активности является внесение комплексных и медленнодействующих удобрений с органическими компонентами - углями и биоуглями, золой (coal and biochar, соа1 ash), сбалансированных по питательным элементам,

комплексные органоминеральные удобрения на основе продуктов переработки природного гуминсодержащего сырья - бурого и древесного угля. В процессе его многоступенчатой активации извлекаются гуминовые кислоты, которые могут использоваться как рост-стимуляторы растений, так и в сочетании с минеральными и органическими веществами как гуматизированные удобрения. Гуминовые препараты применяют в качестве стимуляторов роста, регуляторов мобилизации питательных веществ из почвенных минералов, для фиксации элементов тяжёлых металлов и радиоактивных элементов [8-9]. Важно, что использование гуминовых органоминеральных удобрений позволяет управлять продукционным процессом растений, восстанавливать и накапливать органическое вещество, а также регулировать ряд ценных физико-химических и агробиологических показателей плодородия почв.

В трехлетних вегетационных и лизиметрических экспериментах установлено воздействие гуминовых удобрений на основе окисленных бурых углей на численность микроорганизмов эколого-трофических групп, осуществляющих трансформацию питательных элементов в почве. наблюдается значительное преобразование микробных комплексов почвы [10]. При внесении гуминсодержащих удобрений снижается интенсивность минерализационных процессов в почве за счет уменьшения численности олиготрофов (в 2,7 раза), процентного содержания бацилл от аммонификаторов (в 3,2 раза), бактерий, растущих на минеральном азоте (в 2,6 раза) и олигонитрофилов (в 1,3 раза). Подобная структура микробиома обеспечивает доминирование процессов иммобилизации макроэлементов, более полное усвоение растениями легкодоступных азот- и фосфорсодержащих соединений, а также увеличение КПД удобрения за счет отсутствия потерь макроэлементов [11]. Предположение, что коэффициент использования ГК и ГС значительно выше, чем традиционных удобрений подтверждается снижением индекса олиготрофности в 4,4- 7,6 раза, а также повышением урожайности хлопчатника. Доказана агрохимическая эффективность ГК и ГС: позитивное их влияние на рост и развитие растений хлопчатника обеспечивало достоверную прибавку хлопка-сырца 16,3 и 21,8%, что в полевых условиях позволит получить 5,04-8,3 ц/га дополнительного урожая. Следует отметить также более дружное и раннее созревание хлопка-сырца в вариантах с гуминовыми удобрениями, и, соответственно, высокое качество урожая и большую эффективность его уборки. Двухфакторный дисперсионный анализ подтвердил тесную взаимосвязь биологических и агрохимических характеристик почвы [12].

Органоминеральные удобрения ОМУ представляют собой комплексные препараты или смеси неорганических и органических компонентов. Матрицей, т.е. основой, является органическая часть разного состава, степени переработки, активации, которая, соответственно, обладает большим многообразием свойств и функций. Рецептура органоминеральных удобрений ограничивается лишь наличием и доступностью исходного сырья, эффективностью технологий его переработки и целесообразностью состава для применения в определенных условиях.

Классическим примером органоминеральных удобрений являются различные смеси органических компонентов животного происхождения (навоза крупного рогатого или мелкого домашнего скота, помета птиц, а также материалов растительного происхождения: сидераты, а также торф, применяют также илы, осадки сточных вод, разнообразные отходы производства. Каждый из этих удобрений имеет как преимущества, так и недостатки, связанные со специфическими свойствами исходного сырья [13].

Так, получение органоминеральных удобрений ОМУ путем компостирования навоза и фосфоритной муки позволяет решить две очень важные проблемы: это 1) утилизация низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов, малопригодных для химической переработки и 2) повышение плодородия почв за счет внесения в почву органоминеральных комплексов.

Установлено, что в результате деятельности микроорганизмов в компосте значительно увеличивается количество водорастворимых веществ, гуминовых и фульвокислот. Содержание гуминовых кислот выросло с 9,94% в исходном навозе до 13,11% - в компосте; фульвокислот с 20,46% в навозе до 35,37% в компосте; органических веществ увеличилось в 2 раза, а водорастворимых веществ на 4% [14].

Выявлено, что ОМУ оказывают непосредственное влияние на плодородие - часть из использованных растениями макроэлементов возвращает в почву, способствуя накоплению гумуса, валовых форм азота и фосфора (на 5-12,5%), а также усвояемых форм азота, фосфора и калия (на 9-18; 6-9,5 и 18-22%, соответственно).

В рамках комплексных исследований изучение воздействия ОМУ на рост, развитие и формирование урожая хлопка-сырца сопровождались непрерывным мониторингом микробиологической активности почвы под хлопчатником. Так, установлено, что внесение органоминерального удобрения ОМУ способствует уменьшению численности олиготрофов, бацилл (в 1,5 раза), бактерий, ассимилирующих минеральный азот, (в 2.8 раза), олигонитрофилов (в 1,6 раза), актиномицетов (в 15,3-71,9 раза), денитрифицирующих микроорганизмов (в 6,8 раза), что свидетельствует о снижении интенсивности минерализационных процессов в почве. Следует отметить, что ОМУ, по своим агрономическим, агрохимическим и биологическим свойствам значительно превосходят традиционные минеральные и органические удобрения - аммофос и навоз, вносимый на фоне NK. Помимо формирования дополнительного урожая хлопка-сырца, ОМУ оказывают непосредственное влияние на плодородие за счет снижения скорости трансформации азот-и углеродсодержащих соединений, возвращения части из них в почву, что способствует накоплению как гумусовых веществ, так и общего содержания биогенных элементов.

Таким образом, суммируя вышеизложенное, можно заключить, что достоинствами всех описываемых объектов: минеральных удобрений, модифицированных ингибитором нитрификации или агрорудами, гуминовых и органоминеральных удобрений являются их пролонгированные свойства. Указанные удобрения предназначены для выращивания сельскохозяйственных культур в поливном земледелии на низкогумусных почвах. Изменение физико-химических свойств удобрений, таких как плотность гранул, скорость их разложения и растворения в водных растворах, позволяет снизить скорость миграции макроэлементов из прикорневой зоны при поливах, уменьшить их потери, при увеличении коэффициента использования макроэлементов.

Применение пролонгированных удобрений за счет снижения химической нагрузки на сельскохозяйственные земли, уменьшения загрязнения грунтовых и поверхностных вод, эмиссии парниковых газов (в том числе СО2), создаст условия для предотвращения деградации почв, а также повышения и восстановления их естественного плодородия.

REFERENCES

1. Мамонтов В.Г. (2009) Орошаемые почвы засушливых регионов и процессы их трансформации.// Дисс... доктора биологических наук. Москва. 2009. -

2. Bruulsema, T.W., Fixen, P.E. & Sulewski, G.D., eds. (2012) IPNI. 4R Plant Nutrition Manual: A manual for improving the management of plant nutrition. International Plant Nutrition Institute, Norcross, GA, USA Norcross, GA: International Plant Nutrition Institute (IPNI). 130 pp. http://www.ipni.net/publications).

3. Marschner P., Kandeler E., Marschner B. Structure and function of the soil microbial community in a long-term fertilizer experiment // Soil Biology & Biochemistry. - 2003. -Vol. 35. - P. 453-461.

4. Биау Ф. Бабатунде Ебенезер Епифан (1998) Влияние систематического применения ингибиторов нитрификации на накопление нитратов в растениях и баланс меченого азота удобрений в прямом действии и последействии. Дисс...кандидата биологических наук, 1998, Москва. -126 с.

5. Мячина О.В. Биологическая активность лугово-сероземной почвы при внесении ингибиторов нитрификации. //Дис. ... канд. биологических наук. Алма-Ата, 1992. -168 С.

6. Болтаев С., Тунгушова Д. Нетрадиционные агроруды Узбекистана и их роль в сохране нии плодородия почв/ Ж."Узбекистон кишлок хужалиги",-Тошкент, 2011.-№ 2.Б.21.

7. Myachina О., Tashkuziyev M., Rakhmonov A., Mamasaliyeva L. Soil Microbial Community Under the Influence of Slow Release Bentonite Fertilizers International conference "Problems in the textile and light industry in the context of integration of science and industry and ways to solve them (PTLICISIWS-2022)". 3-4 мая 2022. Namangan. № 017-04 (Scopus & WoS) https://aip.scitation.org; https://nammti.uz/en/2021/10/14/4683

8. Frank G.A.Verheijen, Anna Zhuravel, Flavio C.Silva, Antonio AmaroMeni Ben-HurJan Jacob Keize (2019) The influence of biochar particle size and concentration on bulk density and maximum water holding capacity of sandy vs sandy loam soil in a column experiment.// Geoderma Volume 347, 1 August 2019, Pp. 194-202.

9. Cao, Y., Zhou, B., Wang, X., Meng, H., Zhang, J., Li, L., Hong, J., 2020. Different fertilization treatments in coal mining-affected soils change bacterial populations and enable soil reclamation// Annals of Microbiology 70. https://doi.org/10.1186/s13213-020-01589-2

10. Asatova, S., Myachina, O. Influence of Concentrated Slow-Acting Phosphate Fertilizers on the Growth Dynamics and Development of Plants and Cotton Yield.//Lecture Notes in Networks and Systems, 2024, 733, рр. 617-626

11. Shamuratov S., Baltaev U., Myachina O., Atashev E., Kuramboev T. Agrochemical efficiency of slow release phosphate fertilizers derived on the base of phosphorite activation.// E3S Web of Conferences, 2023, 434, 03014.

12. О.В. Мячина, Р. Н. Ким, Л. Э. Мамасалиева, С. А. Буриева, П. Х. Ганиев, А. Х. Рахмонов, Б. А. Пулатов, О. С. Нарзуллаев. Воздействие гуминовых удобрений на микробный потенциал сероземной почвы под культурой хлопчатника. // Узбекский химический журнал. -2022. -№3. -С.52-60.

13. Das S, Jeong ST, Das S, Kim PJ (2017) Composted cattle manure increases microbial activity and soil fertility more than composted swine manure in a submerged rice paddy. Front Microbiol 5(8):1702. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01702

14. Мячина О.В., Ким Р.Н., Мамасалиева Л.Э., Ибрагимов А.Б., Усманов С.У. Эколого -микробиологические критерии устойчивости агроценозов. Ташкент, 2023, 159 с.