Высокоэффективные технологии возделывания зерновых колосовых культур в засушливых условиях нижнего Поволжья

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.17:633.1

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ

НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор Волгоградский государственный аграрный университет

Ю.А. Степкина, кандидат технических наук

ЗАО «Компания по защите природы «Экотор»

А.Е. Новиков, кандидат технических наук Всероссийский НИИ орошаемого земледелия

При возделывании озимой пшеницы в сухом земледелии варьировали основной обработкой почвы (мелкая, чизельная) и наличием или отсутствием илового осадка после очистки бытовых сточных вод. Осадок был глубоко переработан по новому методу, в нём органики 15-16 % при повышенном содержании фосфора, серы и микроэлементов. В засушливых условиях получены высокие урожаи после внесения осадка. Показаны микропроцессы в почве с осадком, выявлен эффект микромелиорации.

Ключевые слова: иловой осадок, озимая пшеница, засуха, урожайность, микропроцессы в почве.

Для поддержания плодородия пашни в условиях засухи требуются особые технологии обработки почвы и нетрадиционные удобрения и мелиоранты. При возделывании зерновых колосовых культур решение этих проблем возможно при реализации следующих агротехнических мелиораций:

- основная чизельная глубокая обработка почвы;

- использование в качестве органоминерального удобрения переработанного илового осадка после биологической очистки бытовых (канализационных) сточ-ных вод.

Чизельная обработка почвы широко известна и описана, в частности, в [1-2]. При полевых опытах использовали орудие с чизельными наклонными стойками, снабжённое отвалами. Последние монтировали на стойках с возможностью дискретного изменения глубины внедрения в почву в диапазоне 15-20 см. Отвалы (отнюдь не лемеха!) предназначены для оборота верхнего, уже взрыхлённого, слоя почвы обеспечивают дополнительное крошение наиболее плодородного горизонта и заделку на оптимальную глубину остатков культуры - предшественницы, удобрений и т.п. Максимальная глубина чизелевания почвы посредством стоек с долотом на конце - 38-42 см.

Полевые опыты по использованию иловых осадков в качестве удобрения опубликованы во многих изданиях, наиболее основательно в [5] - на примерах осадков очистных сооружений Подмосковья. Результаты опытов положительные, но скромные, поскольку действующие в России и во многих других странах технологии очистки бытовых сточных вод не обеспечивают глубокую переработку образующегося при этом осадка. После завершения технологического цикла осадок представляет гелеобразную массу и характеризуется повышенным содержанием - до 60 % - непереработанной (некондиционной) органики и некоторым повышением (в пределах ПДК) ряда тяжёлых металлов.

В ЗАО «Экотор» разработан и внедрён в промышленных масштабах принципиально новый аэробный ферментно-кавитационный метод очистки бытовых сточных вод и переработки илового осадка. Трубчатые, вертикального исполнения биореакторы и аэротенки станций очистки включают: простые, но весьма

эффективные генераторы кавитации низкой интенсивности; автоматически действующие эжекторы, засасывающие воздух из атмосферы.

Кавитация (с числом кавитации К < 0,05) превращает перерабатываемый субстрат в микропузырьковую неньютоновскую жидкость. Воздушные пузырьки (каверны) обволакивают патогенную микрофлору и частицы органики, которые разрушаются при схлопывании пузырьков. Поступающий в больших количествах кислород воздуха интенсивно окисляет субстрат, способствуя разложению органики:

С5Н7Ш2 + 502 ^ 5 СО2 + 2Н2О + №.

В этих условиях невидимую, но созидательную работу выполняют микроорганизмы и, в частности, ферменты. Для полезной микрофлоры микропузырьковая среда является весьма благоприятной; схлопывание каверн лишь стимулирует их жизнедеятельность. По современным представлениям, активный ил -это скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны густой «паутиной»; суммарная поверхность микроорганизмов достигает 100 м на 1 грамм сухого вещества (!). Это объясняет огромную сорбционную способность образующегося илового осадка.

После завершения цикла обработки органическое вещество осадка составляет 15-16 %, при этом «высвобождаются» биогенные элементы питания, микроэлементы и активные наночастицы. Высушенный до 35 % влажности осадок содержит [4]: общие формы азота - 2,54 %, фосфора - 4,20 %, калия - 1,25 %; впервые зафиксировано наличие в осадке высоких доз подвижной серы - 1950 мг/кг. Сера, как известно, является биогенным элементом, входит в состав аминокислот, белков, ферментов и т.п.; сульфат серы БО%~ - это важнейший источник минерального питания растений.

Полевые опыты по проверке эффективности переработанного илового осадка в качестве нетрадиционного удобрения проводили в сухом земледелии, на светлокаштановой почве в Нижне-Волжском НИИСХ - при возделывании озимой пшеницы сорта Дон-93. Были реализованы 4 варианта опытов:

1 - мелкая обработка почвы на глубину до 10 см, без осадка (контроль 1);

2 - чизелевание почвы на 37-40 см с оборотом верхнего слоя на глубину 15 см, без осадка (контроль 2);

3 - мелкая обработка почвы + осадок;

4 - чизелевание почвы + осадок.

Норму внесения осадка по вариантам 3 и 4 установили 20 т/га. Осадок вносили до основной обработки почвы: в варианте 3 осадок несколько смешивался с почвой при мелкой обработке, представляя мульчирующий слой; в варианте 4 отвалы чизеля заделывали осадок на глубину 10-15 см.

Во всех вариантах посев озимой пшеницы проводили однотипно. Посев вынужденно проводили в сухую почву (осень была засушливой). Это не повлияло на дружные всходы в опытах 3 и 4 с осадком. При отсутствии осадка в опытах 1 и 2 слабые всходы «появились» лишь в ноябре - после обильных дождей (осень была тёплой). Таким образом, после внесения осадка посев можно проводить при любой влажности почвы, поскольку осадок как высокоэффективный сорбент аккумулирует влагу из атмосферы. Следовательно, заделка осадка на большую глубину - свыше 15 см - нерациональна.

Результаты контроля почвы показали, что при наличии в почве осадка отмечается повышенное содержание фосфора (200-260 мг/кг) - весной и осенью, а азот, гумус и сера превалируют в основном осенью, в частности содержание подвижной серы достигает 2000 мг/кг. На опытных участках было повышенное содержание природного калия (свыше 500 мг/кг) и природного железа (свыше 20 тыс. мг/кг).

В период вегетации весна и лето следующего года были острозасушливыми. Поэтому на бедной гумусом светло-каштановой почве урожай практически не состоялся [4]:

- вариант 1 (мелкая обработка, без осадка) - 0,57 т/га;

- вариант 2 (чизелевание почвы, без осадка) - 0,83 т/га;

На участках по вариантам с внесением осадка получен небывалый для этой почвы, в условиях острой засухи, урожай:

- вариант 3 (мелкая обработка, с осадком) - 4,93 т/га;

- вариант 4 (чизелевание, с осадком) - 4,68 т/га.

Полученные данные свидетельствуют:

1) при отсутствии осадка некоторое превышение урожайности озимой пшеницы фиксируется в варианте 2 - после чизелевания почвы, которое, как известно, способствует некоторому сохранению почвенной влаги при более благоприятных условиях для развития корневой системы, хотя в обоих вариантах (1 и 2) засуха по существу погубила урожай;

2) при наличии осадка превышение урожайности отмечено в варианте 3 - после мелкой обработки почвы, это объясняется тем, что здесь осадок находился практически на поверхности пашни - в виде мульчирующего слоя, но в дальнейшем, при последействии осадка как удобрения, ситуация может измениться.

На этих же участках следующей весной (это был третий год использования осадка) посеяли яровой ячмень сорта Прерия. Перед этим основную обработку почвы не проводили, ограничились предпосевной культивацией - предотвращали заделку осадка в более глубокие горизонты. Каких-либо дополнительных удобрений не вносили, климатические условия для роста и развития растений были оптимальными.

В этом случае превалировало проведённое через два года назад глубокое рыхление (чизелевание) почвы с оборотом верхнего пласта. При наличии осадка урожайность ячменя составила 2,8 т/га, что на 73 % выше, чем на контроле (то же рыхление, без осадка). После мелкой обработки, в том числе с осадком, урожайность была ниже.

Столь высокая эффективность технологий возделывания зерновых колосовых культур в сухом земледелии (с использованием в качестве удобрения переработанного осадка) объясняется, на наш взгляд, следующими факторами.

1. В многочисленных полевых опытах используется иловой осадок низкого качества - с высоким содержанием непереработанной органики и с ограниченным количеством выделенных биогенных элементов N Р, К, сера, микроэлементы и т.п.).

2. После внедрения нового ферментно-кавитационного метода биологической очистки бытовых сточных вод и обработки образующегося при этом илового осадка (в том числе активного ила) обеспечивается получение - после сушки -нетрадиционного органоминерального продукта: содержание глубоко переработанной органики 15-16 %; сравнительно высокое содержание азота, фосфора и подвижной серы; наличие калия, микроэлементов и биогенных частиц наноуровня.

3. Важнейшими свойствами глубоко переработанного осадка являются его исключительно высокие сорбционные свойствами - опытами подтверждён процесс

аккумулирования из атмосферы и длительное удержание воздуха и влаги; это явление названо нами как эффект микромелиорации [4], следствием чего являются стабильно высокие урожаи зерновых культур даже в острозасушливых условиях; происходит также разуплотнение верхнего горизонта почвы.

4. По новому методу иловой осадок - это скопление микроорганизмов, после внесения в почву такого осадка продолжаются процессы развития полезной микрофлоры, что не может не сказываться на развитии растений, ведь новая концепция биологического земледелия утверждает [3]: «кормить надо не растения и не почву, которая является средой обитания растений, а их истинных кормильцев -бактерий».

5. Развитие микрофлоры подавляется переуплотнением почвы за счёт засухи и воздействия тяжёлой техники; одно из свойств осадка - разуплотнение верхнего горизонта почвы - способствует созданию приемлемых условий для корневой системы растений и для их «кормильцев» - почвенных микроорганизмов.

Библиографический список

1. Борисенко, И.Б. Модернизация и адаптация почвообрабатывающих орудий на основе чизеля [Текст]/ И.Б. Борисенко, В.И. Пындак, A.E. Новиков // Ремонт, восстановление модернизация. - 2011. - № 4. - С. 8-10.

2. Дринча, В.М. Aгротехнические аспекты развития почвозащитных технологий [Текст]: монография / В.М. Дринча, И.Б. Борисенко, Ю.Н. Плескачёв / Под ред. В.М. Кряжкова. - Волгоград: Перемена, 2004. - 145 с.

3. Новожилов, A.A. Органическое земледелие [Текст]/ A.A. Новожилов, A.A. Коблов // Aльманах-2011. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2011. - С. 91-105.

4. Пындак, В.И. Эффект микромелиорации и гумификации при использовании в качестве удобрения илового осадка [Текст]/ В.И. Пындак, ЮА. Степкина // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2008. - № 3. - С. 56-57.

5. Эффективное использование сточных вод и их осадков для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур [Текст]: монография / A^. Шуравилин, A.G Овчинников,

В.В. Бородычёв и др. - Волгоград: ИПК «Нива», 2009. - 636 с.

E-mail: mshaprov@bk.ru