Эффективность использования золошлаковых материалов при выращивании огурцов на лугово-черноземной почве

DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11008 УДК 631.831:635.63:631.445.4

Эффективность использования золошлаковых материалов при выращивании огурцов на лугово-черноземной почве

Н. М. НЕВЕНЧАННАЯ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

А. М. ГИНДЕМИТ, кандидат биологических наук, доцент

Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, Институтская пл., 1, Омск, 644008, Российская Федерация

Резюме. Цель исследования - оценить характеристики лугово-черноземной почвы, урожайность огурца и качество продукции огурца при удобрении золошлаковыми материалами теплоэлектростанции. Работу проводили в 2012-2016 гг. в южной подзоне лесостепной зоны Омской области на лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжелосуглинистой почве с мощностью гумусового слоя 37см. Плотность почвы в слое 0...30 см - 1,20 г/см3, реакция среды водной вытяжки - 6,9.7,3 ед. рН; содержание в пахотном горизонте гумуса - 4,5.5,0 %; нитратного азота - 17,9.20 мг/кг, подвижного фосфора - 70,5. 78,5 мг/кг, калия - 208.217 мг/кг. Схема опыта предусматривала изучение следующих вариантов: контроль (лугово-черноземная почва); помёт, 5 т/га; зола порошковидная, 5 т/га; Гранзол (зола гранулированная), 5 т/га; зола порошковидная, 5 т/га + помёт, 5 т/га; Гранзол-П (зола гранулированная с помётом), 10 т/га. Удобрение и мелиорант вносили однократно в 2012 г. до посева на глубину 0.20 см. Площадь делянок - 5 м2, повторность - трехкратная, предшественник - картофель. Объект для исследования -огурец сорта Изящный. Содержание тяжелых металлов в золошлаковых материалах и огурцах, выращенных с их использованием, не превышало предельно допустимых концентраций. Внесение Гранзол-П позволило улучшить структурное состояние почвы: содержание агрегатов 0,25.10,00 мм увеличилось на 20 %, по сравнению с контролем, количество водопрочных агрегатов достигло 90 %, содержание нитратного азота составляло 25,4 мг/ кг, подвижного фосфора - 130,1 мг/кг, калия - 190,2 мг/ кг. В этом варианте прибавка урожая была наибольшей -27,4 т/га при содержании сухого вещества 4,97 %, аскорбиновой кислоты 12,81 мг/ %. Использование мелиоранта Гранзол-П, по сравнению с вариантом помета, привело к увеличению чистого дохода в 2,8 раза и уменьшению себестоимости в 1,2 раза.

Ключевые слова: золошлаковый материал, птичий помет, лугово-черноземная почва, огурец, тяжелые металлы, свойства почвы, урожайность, качество продукции, экономическая эффективность.

Для цитирования: Невенчанная Н. М., Гиндемит А. М. Эффективность использования золошлаковых материалов при выращивании огурцов на лугово-черноземной почве // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 10. С. 37-40. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11008.

Сегодня в Российской Федерации действуют 172 теплоэлектростанции (ТЭС) на угольном топливе, а золоотвалы занимают большие территории, загрязняют атмосферный воздух и водные объекты, увеличивают минерализацию грунтовых вод. В золоотвалах накоплено более 1,5 млрд т золошлаковых материалов (ЗШМ), при этом утилизируют и используют не более 8 % годового выхода [1]. После извлечения из золы ценных компонентов оставшуюся массу можно использовать для производства удобрений и мелиорантов [2, 3].

Огурец (Cucumis sativum L.) - овощная культура, получившая широкое распространение почти во всех странах мира. Ее плоды отличаются повышенным содержанием влаги и низким сахаров [4]. Проблема увеличения урожайности культуры связана с интенсификацией производства и сопровождается увеличением затрат, в том числе из-за возрастающего применения удобрений. Поэтому важно разрабатывать и использовать экономически эффективные технологии производства, при которых уменьшаются материальные и энергетические затраты на ее выращивание.

В Омском ГАУ в 2015 г. разработан и запатентован способ повышения плодородия почв, который осуществляется с использованием гранулированной смеси ЗШМ и птичьего помета (Гранзол-П) [5]. Однако необходимо установить продолжительность действия мелиоранта Гранзол-П, а также подтвердить его экологическую безопасность и экономическую эффективность при возделывании сельскохозяйственных культур, в частности огурца.

Цель исследования - оценить изменение характеристик лугово-черноземной почвы, урожайность и качество продукции огурца при использовании удобрения на основе золошлаковых материалов теплоэлектростанции.

Для ее достижения решали следующие задачи: определить содержание подвижных форм тяжелых металлов в ЗШМ для обоснования экологической безопасности их применения при выращивании сельскохозяйственных культур;

изучить изменения агрохимических и агрофизических свойств лугово-черноземной почвы при внесении ЗШМ;

установить влияние ЗШМ на урожайность и качество огурцов;

рассчитать экономическую эффективность применения комплексного мелиоранта Гранзол-П при возделывании огурцов.

Условия, материалы и методы. Работу проводили в южной подзоне лесостепной зоны Омской обл. в 2012-2016 гг. Почвенный покров опытного участка представлен лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжелосуглинистой почвой (по классификации 2004 г. - агрочернозем гидрометаморфизированный квазиглеевый). Мощность однородного гумусового слоя составила 37 см (Апах 0...21 см). Оглеение хорошо выражено в виде ржавых и сизых пятен, начиная с 157 см. Плотность почвы в слое 0.30 см составляет 1,20 г/см3 [6].

Агрохимические показатели почвы: реакция среды водной вытяжки 6,9.7,3 ед. рН; содержание в пахотном горизонте гумуса 4,5.5,0 %, постепенно убывающее с глубиной; нитратного азота - 17,9.20 мг/кг (низкое), подвижного фосфора - (Р2О5) 70,5.78,5 мг/кг (очень низкое), калия (К2О) - 208.217 мг/кг (недостаточное) [7]. Определение агрохимических

100

80

eg о

I-

га i_ ш а

л ш s

X

л *

а ш И о О

60 --

40 --

20

0

Контроль Помет

показателей в почвенных образцах выполняли стандартными методами: реакция среды водной суспензии - на потенциометре; содержание гумуса - по методу И. В. Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-84); содержание нитратного азота - дис-ульфофеноловым методом по Грандваль-Ляжу; содержание подвижных форм фосфора и калия - по методу Ф. В. Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204) [8]. Структурно-агрегатный состав определяли методом Н. И. Сав-винова, водопрочность почвенных агрегатов - П. И. Андрианова [6]. Отбор образцов осуществляли в двух повторностях после уборки урожая.

В качестве объекта для исследования выбран огурец сорта Изящный.

Схема опыта включала следующие варианты: контроль (лугово-черноземная почва); помёт, 5 т/ га; зола порошковидная, 5 т/га; Гранзол (зола гранулированная), 5 т/га; зола порошковидная, 5 т/га + помёт, 5 т/га; Гранзол-П (зола гранулированная с помётом), 10 т/га.

Гранзол - мелиорант, который производят путем смешивания порошковидной золы ТЭС и вяжущего вещества (алебастр) [9]. Гранзол-П был изготовлен в соответствии с [5] из равных по массе частей золы и помета, то есть с его дозой (10 т/га) вносили по 5 т/га каждого компонента.

Удобрение и мелиорант вносили однократно в 2012 г. до посева на глубину 0...20 см. В последующие годы изучали их последействие. Площадь опытных делянок составляла 5 м2, повторность - трехкратная, предшественник - картофель.

Учет урожая проводили в стадии зеленцов. Наличие тяжелых металлов в продукции определяли по ГОСТ 30178-96, содержание подвижных форм основных тяжелых металлов в ЗШМ - с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора с pH 4,8, токсичных элементов - атомно-абсорбционным методом ГОСТ 26930-86, мышьяк - колориметрическим методом, содержание общей ртути - методом беспламенной атомной абсорбции МУ 5178-90. Также в зеленцах определяли содержание аскорбиновой кислоты методом И. К. Мурри [4]. Анализы по определению содержания тяжелых металлов в золошлако-вом материале и в зеленцах огурцов осуществляли в ФГБУ «Центр агрохимической службы «Омский».

Статистическую обработку данных проводили методом дисперсионного и корреляционного анализов [10] с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.

Для определения экономической эффективности применения мелиоранта Гранзол-П был проведен расчет показателей, отражающих затраты на его производство и использование, чистый доход и себестоимость. Для сравнения были рассчитаны такие

Зола Гранзол Зола+помет Гранзол-П Вариант

Рисунок. Анализ структурно-агрегатного состава пахотного горизонта лугово-черноземной почвы (по данным 2016 г.):  - агрегаты <0,25 мм (пыль),  - агрономически ценные агрегаты (0,25...10 мм),  - агрегаты >10 мм (глыбы).

же показатели в варианте с внесением помета, как традиционного средства повышения плодородия почв и повышения урожайности огурца. При определении экономической эффективности выращивания огурцов оперировали средней за годы исследований прибавкой урожая в ценах 2016 г.

Результаты и обсуждение. В соответствии с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» [11], для оценки возможности использования ЗШМ в качестве мелиоранта, перед закладкой опыта в них было установлено содержание основных тяжелых металлов (табл. 1). Оно не превышало предельно допустимых концентраций. Следовательно, можно использовать ЗШМ, как в чистом виде, так и для создания комплексного мелиоранта Гранзол-П.

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в золошлаковом материале

Элемент Содержание, мг/кг Погрешность Предельно допустимая концентрация

Свинец 1,43 ±0,20 6,0

Медь 0,56 ±0,12 3,0

Цинк 1,97 ±0,55 23,0

Никель 0,24 ±0,04 4,0

Анализ структурно-агрегатного состава пахотного горизонта лугово-черноземной почвы 2016 г. показал, что самое большое содержание пыли (24 %) и глыб (17 %) характерно для контроля. Использование помета и золы положительно повлияло на структурно-агрегатный состав почвы. Во всех опытных вариантах преобладали агрономически ценные агрегаты, их содержание изменялось от 70 % на фоне внесения золы с пометом до 78 % в варианте с применением Гранзола. Связь урожайности со структурно-агрегатным составом лугово-черноземной почвы характеризовалась средней корреляционной зависимостью (г=0,68).

На наш взгляд, хорошая водопрочность агрегатов оказывала влияние на поступление элементов минерального питания в растения и их доступность, улучшала аэрацию, что способствовало увеличению

Таблица 2. Влияние ЗШМ на свойства лугово-черноземной почвы при выращивании огурцов

Вариант Содержание гумуса, % Водопрочость Содержание в почве, мг/кг РНвод

% оценка м-ыо3 Р О 2 5 кр

по данным 2016 г. среднее за 2012-2016 гг.

Контроль 4,14 69 средняя 9,5±0,8 84,0±1,5 135,4±1,3 7,02±0,04

Помет 4,24 88 хорошая 23,0±0,6 78,0±0,9 215,0±1,8 7,05±0,03

Зола 4,00 65 средняя 13,0±1,0 50,0±1,2 175,3±2,0 7,45±0,03

Гранзол 4,22 84 хорошая 16,0±0,9 73,7±0,7 218,0±2,2 7,35±0,02

Зола + помет 4,16 86 хорошая 18,2±1,2 69,0±1,2 185,5±1,6 7,30±0,04

Гранзол-П 4,87 90 хорошая 25,4±1,1 130,1±1,3 190,2±1,5 7,20±0,02

урожайности. Водопрочность почвенных агрегатов в контроле и в варианте с внесением золы была средней - 69 % и 65 % соответственно (табл. 2). Величина этого показателя в других вариантах оценивалась как хорошая и изменялась от 84 % до 90 %. Самое большое количество водопрочных агрегатов отмечено при использовании Гранзол-П - 90 %, или на 21 % выше контроля. Улучшение структурного состояния почвы способствовало росту качества продукции. Наибольшее содержание сухого вещества (4,97 %) и аскорбиновой кислоты (12,81 мг/ %) в зеленцах огурца установлено при внесении мелиоранта Гранзол-П (табл. 3).

этим повышенным поступлением в почву органических остатков - источников гумуса.

Использование ЗШМ способствовало смещению реакции среды в щелочную сторону, поэтому необходимо контролировать этот показатель и повышать буферную способность почвы с помощью органических удобрений и увеличения содержания гумуса.

Оптимальное содержание и соотношение элементов минерального питания в почве для выращивания огурцов отмечено в варианте с внесением комплексного мелиоранта Гранзол-П: содержание нитратного азота - 25,4 мг/кг, подвижного фосфора - 130,1 мг/кг, калия - 190,2 мг/кг.

Таблица 3. Урожайность и качество зеленцов огурцов

Вариант Урожайность, т/га Прибавка Содержание

2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. среднее т/га % сухого вещества, % аскорбиновой кислоты, мг/%

Контроль

Помет

Зола

Гранзол

Зола + помет

Гранзол-П

НСР„с

48,0 59,0 47,7 50,4 51,2 71,0 8,1

52,6 61,9

56.0

59.1 60,5 78,1 9,3

60,0 74,0 61,0 63,0 62,2 85,4 24,0

54,0

65.0

64.1 81,5 80,5 91,9 28,7

55.8 62,0 59,0 57,7 64,6

80.9 12,0

54,1

64.1 58,3 62,5 63,7 81,5

25.2

10,0 4,2 8,4 9,6 27,4

18,5 7,7

15.5 17,7

50.6

4,61 4,40 4,47

4.74

4.75 4,97

11,0 12,4 11,27 11,45 11,8 12,81

Во всех вариантах содержание гумуса было средним (см. табл. 2). Наименьшая величина этого показателя отмечена при внесении золы и в контроле - 4,00 и 4,14 % соответственно. На фоне с комплексным

Таблица 4. Содержание тяжелых металлов в зеленцах огурцов сорта Изящный при выращивании с использованием ЗШМ, мг/кг

Наименование Фактическое значение Погрешность ПДК

Свинец 0,12 ±0,06 0,5

Мышьяк <0,025 — 0,2

Кадмий 0,013 ±0,09 0,03

Ртуть <0,005 - 0,02

мелиорнантом Гранзол-П она была самой высокой -на 0,73 % больше контроля, что, на наш взгляд, можно объяснить увеличением урожайности и связанным с

В почвоведении большой интерес представляет нахождение и количественное выражение взаимосвязей между свойствами почвы и урожаем сельскохозяйственных культур [10]. Мы установили тесную зависимость урожайности от содержания азота (г=0,88) и фосфора (г=0,86) в почве. Кроме того, ее величина тесно коррелировала с водопрочностью почвенных агрегатов (г=0,75).

В среднем за годы исследования самую низкую урожайность отмечали в контроле (54,1 т/га). Достоверная прибавка 27,4 т/га, или 50,6 % была установлена при внесении Гранзол-П. В других опытных вариантах разница с контролем была несущественной. При использовании Гранзол-П, наряду с высокой урожайностью, отмечено наибольшее содержание сухого вещества (4,97 %) и аскорбиновой кислоты (12,81 мг/%).

Таблица 5. Экономическая эффективность применения Гранзол-П при выращивании огурцов сорта «Изящный»

Показатель I Помет Гранзол-П

Прибавка урожая, т/га 10,0 27,4

Средняя текущая цена единицы продукции, руб./т 30000 30000

Стоимость прибавки урожая, руб./га 300000 822000

Норма внесения удобрений, т/га 5 10

Стоимость удобрений:

ЗШМ, руб./т - 1500

птичий помет, руб./т 3000 3000

Затраты на применение удобрений, руб./га 15000 22500

Затраты на уборку прибавки урожая, руб./га 30000 82200

Затраты, связанные с применением удобрений и уборкой урожая, руб./га 45000 104700

Доля урожая, сформированного за счет удобрений, % 15,07 33,62

Чистый доход от применения удобрений, руб./га 255000 717300

Себестоимость прибавки урожая, руб./т 4500,0 3821,2

Анализ на содержание тяжелых металлов в готовой овощной продукции показал, что их количество не превышает предельно допустимые концентрации (табл. 4).

Использование мелиоранта Гранзол-П при возделывании огурцов сорта Изящный на лугово-черноземной почве экономически оправдано. Затраты, связанные с его применением и уборкой прибавки урожая возросли в 2,3 раза, по сравнению с использованием помета. В то же время чистый доход увеличился в 2,8 раза, а себестоимость снизилась в 1,2 раза (табл. 5).

Выводы. Использование мелиоранта Гранзол-П привело к увеличению количества агрономически ценной фракции на 20 %, содержания гумуса на 0,73 %, по сравнению с контролем. В этом же варианте отмечено самое большое количество водопрочных агрегатов (90 %) .

При использовании Гранзол-П установлено оптимальное для выращивания огурцов содержание и соотношение элементов минерального питания в почве: нитратного азота - 25,4 мг/кг, подвижного фосфора - 130,1 мг/кг, калия - 190,2 мг/кг. Самая высокая прибавка урожая, по сравнению с контролем, - 27,4 т/га была также зафиксирована в варианте с Гранзол-П. Зеленцы огурцов выращенные при внесении этого мелиоранта, отличались наибольшим содержанием сухого вещества (4,97 %) и аскорбиновой кислоты (12,81 мг/%). Анализ количества тяжелых металлов в овощной продукции показал, что оно не превышает ПДК. Затраты на применение Гранзол-П, по сравнению с пометом, возросли в 2,3 раза, при этом чистый доход увеличился в 2,8 раза, а себестоимость снизилась в 1,2 раза.

Литература.

1. Темникова Е. Ю., Лапин А. А., Богомолов А. Р. Выделение магнитной фракции золы уноса Кемеровской ГРЭС // Энергетика и энергосбережение: теория и практика: сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции. Кемерово, 2017. [Электронный ресурс]. URL: http://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/energ/2017/ energ/index.htm (дата обращения 18.04.2018).

2. Целыковский Ю. К. Экологические и экономические аспекты утилизации золошлаков ТЭС. 2009. [Электронный ресурс]. URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=117835

3. Золошлаковые отходы. Часть 2: экономическая выгода переработки. [Электронный ресурс]. URL: http://ect-center. com/blog/zoloshlakovie-othody-2. (дата обращения 30.11.2018).

4. Личко Н. М. Стандартизация и сертификация продукции растениеводства: учеб. для вузов. М.: Изд-во Юрайт-Издат, 2004. 596 с.

5. Способ повышения плодородия почвы: пат. 2635697 Рос. Федерация: МПК A01C21/00, C05F11/02/ Н. М. Невенчанная, Ю. А. Азаренко, А. М. Гиндемит, и др.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВО Омский ГАУ им. П. А. Столыпина. № 2016113210; заявл. 06.04.16; опубл. 15.11.17, Бюл. № 32.

6. Вадюнина А. Ф, Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агро-промиздат, 1986. 416 с.

7. Ермохин Ю. И., Бобренко И. А. Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур (на основе системы «ПРОД»): монография. Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. 284 с.

8. Практикум по агрохимии / В. В. Кидин, И. П. Дерюгин, В. И. Кобзаренко и др.; под ред. В.В. Кидина. М.: КолосС, 2008. 599 с.

9. Гранзол - перспективный мелиорант / А.М. Гиндемит, М.А. Ли, Л.В. Березин // Материалы докладов VI съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2012. Книга 1. С. 286-287.

10. Доспехов Б. А., Ващенко С. Ф., Набатчиков Т. А. Особенности методики эксперимента с овощными культурами в теплице: учеб. Пособие. М.: Изд-во ТСХА, 1974. Вып. 4. С. 117-127.

11. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002№7-ФЗ (последняя редакция). КонсультантПлюс. [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34823/(дата обращения 20.04.2018).

Efficiency of Ash and Slag Materials in Cucumber Growing on Meadow-Chernozemic Soil

N. M. Nevenchannaya, A. M. Gindemit

P. A. Stolypin Omsk State Agrarian University, Institutskaya pl., 1, Omsk, 644008, Russian Federation

Abstract. The purpose of the study was to assess characteristics of meadow-chernozemic soil, cucumber yield and product quality when ash and slag materials of a thermoelectric power station were used as fertilizer. The studies were carried out in the southern subzone of the forest-steppe zone of Omsk region on meadow-chernozemic low-thick low-humic heavy-loamy soil with the thickness of humus layer of 37 cm in 2012-2016. Soil density in the layer of 0-30 cm was 1.20 g/cm3; the medium reaction of aqueous extract was 6.9-7.3; the content of humus in the arable horizon was 4.5-5.0%; the content of nitrate nitrogen was 17.9-20.0 mg/kg, of mobile phosphorus - 70.5-78.5 mg/kg, of exchange potassium - 208-217 mg/kg. The design of the experiment included the following variants: a control (meadow-chernozemic soil); manure, 5 t/ha; powdered ash, 5 t/ha; granulated ash (Granzol), 5 t/ha; powdered ash, 10 t/ha + manure, 10 t/ha; granulated ash, 10 t/ha + manure (Granzol-P), 10 t/ha. Fertilizers and ameliorants were applied at a depth of 0-20 cm once in 2012 before sowing. The area of experimental plots was 5 m2; the replication was three-fold; the forecrop was potato. Experiments were carried out on cucumber 'Izyashchny' ("Elegant"). The content of heavy metals in ash and slag materials and cucumbers, grown with the use of them, did not exceed the maximum permissible concentrations. The use of Granzol-P allowed improving the structural condition of the soil: the content of agronomically valuable aggregates (0.25-10.00 mm) increased by 20%, compared with the control, the quantity of water-resistant aggregates reached 90%. With the use of Granzol-P the content of nitrate nitrogen was 25.4 mg/kg, of mobile phosphorus - 130.1mg/kg, of exchange potassium - 190.2 mg/kg. In this variant the yield increase was maximal and amounted of 27.4 t/ha with a content of dry matter of 4.97% and of ascorbic acid of 12.81 mg/%. The use of Granzol-P ameliorant, compared with the variant with manure, led to an increase in net income 2.8 times and a decrease in cost 1.2 times.

Keywords: ash and slag material; poultry manure; meadow-chernozemic soil; cucumber 'Izyashchny'; heavy metals; soil properties; productivity; product quality; economic efficiency.

Author Details: N. M. Nevenchannaya, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: nev-21@mail.ru); A. M. Gindemit, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.

For citation: Nevenchannaya N. M., Gindemit A. M. Efficiency of Ash and Slag Materials in Cucumber Growing on Meadow-Chernozemic Soil. Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2018. Vol. 32. No. 10. Pp. 37-40 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-24512018-11008.