Оценка вымывания фосфора в зависимости от разновидности почвы и степени минерализации удобрения

11. Freidkin I.A. Agroekologicheskaya otsenka effectivnosti primeneniya novogo organo-mineralnodo udobreniya v usloviyakh Severo-Zapada RF [Agroecological assessment of new

organomineral fertiliser efficiency under conditions of the North-West Region of RF]. Author's summary of Cand.Sc

УДК 631.4 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10108

ОЦЕНКА ВЫМЫВАНИЯ ФОСФОРА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗНОВИДНОСТИ ПОЧВЫ

И СТЕПЕНИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ УДОБРЕНИЯ

И.А. Субботин; Э.В. Васильев, канд. техн. наук;

А.Ю. Брюханов, д-р техн. наук; А.Е. Маркова, канд. с.-х. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

Проведено лабораторное исследование движения фосфора через пахотный горизонт в зависимости от разновидности почвы по механическому составу и степени минерализации используемого органического удобрения. Исследовалось движение в почве минеральных форм фосфора. Исследование проводилось в соответствии с разработанной программой и методикой в течение пяти месяцев. Была создана лабораторная установка, были отобраны и подготовлены почвы с использующихся сельскохозяйственных полей Ленинградской области. Лабораторная установка включала в себя 36 сосудов с почвой (12 вариантов, трёхкратная повторность). Было произведено 7 промывок с объёмом воды, который соответствует объёму воды в период её активного движения через пахотный горизонт с мая по октябрь. В качестве имитации пахотного слоя использовался слой почвы толщиной 20 см в сосудах лабораторной установки. Полученные результаты показывают наличие зависимости скорости вымывания фосфора от разновидности почвы по механическому составу: скорость вымывания фосфора в пахотном слое выше в лёгких почвах, чем в тяжёлых минимум в 1,17 раза, максимум в 2,39 раз, в среднем в 1,78 раз. Анализ влияния фактора степень минерализации органического удобрения на вымывание фосфора не выявил его значимости. Полученные данные могут быть использованы для расчёта и сравнительной оценки диффузной нагрузки по фосфору на водные объекты от сельскохозяйственных полей, в частности, с помощью Методики определения биогенной нагрузки сельскохозяйственного производства на водные объекты, ранее разработанной в ИАЭП.

Ключевые слова: вымывание фосфора, биогенная нагрузка, потери фосфора почв, экологическая безопасность, агроэкология.

Для цитирования: Субботин И.А., Васильев Э.В., Брюханов А.Ю., Маркова А.Е. Оценка вымывания фосфора в зависимости от разновидности почвы и степени минерализации удобрения // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 4(97). С.208-214

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениеводства_

ESTIMATION OF PHOSPHORUS LEACHING DEPENDING ON SOIL TYPE AND DEGREE

OF FERTILIZER MINERALISATION

I.A. Subbotin; E.V. Vasilev, Cand. Sc. (Engineering);

A.Yu. Briukhanov, DSc

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

Phosphorus leaching from arable horizon depending on mechanical composition of soil and degree of organic fertilizer mineralization was estimated in a laboratory study. The movement of mineral forms of phosphorus in the soil was investigated. The study was conducted for five months following the developed program and methodology. A laboratory installation was created; the soils were selected from the cultivated agricultural fields in Leningrad Region and the samples were prepared. The laboratory installation included 36 vessels with soil (12 variants, threefold repetition). The soil samples were flushed seven times with the water volume, which corresponded to that in the period of its active moving through the arable horizon from May to October. The soil layer 20 cm thick was used in the vessels of the laboratory installation to imitate the arable layer. The obtained results showed the dependence of phosphorus leaching rate on the soil mechanical composition: it was found at least 1.17 times higher in the light soils against the heavy soils, with the maximum value being 2.39 times and the average value being 1.78 times. Analysis of the effect of organic fertiliser mineralization degree on the phosphorus leaching did not reveal any significance. The obtained data can be used to calculate and make comparative assessment of the diffuse phosphorus load on the water bodies from agricultural fields, in particular, using the calculation method of agricultural nutrient load on the water bodies, previously developed at IEEP.

Key words: phosphorus leaching, nutrient load, soil phosphorus loss, ecological safety, agroecology.

For citation: Subbotin I.A., Briukhanov A.Yu., Vasilev E.V., Markova A.E. Estimation of phosphorus leaching depending on soil type and degree of fertilizer mineralisation. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 4

Введение

При оценке негативного воздействия на окружающую среду от сельхозпроизводства одним из недостаточно изученных вопросов является диффузная биогенная нагрузка от сельскохозяйственных полей на водные

биогенных элементов, особенно фосфора, в водные объекты приводит к их

диффузной нагрузки азота и фосфора на

сельскохозяйственных территорий

необходимо учитывать много факторов, влияющих на этот процесс, но одним из

наиболее значимых факторов величины диффузной нагрузки является тип почвы, от которого зависит водная проницаемость пахотного горизонта [4]. Цель данного исследования - изучить и получить численные значения зависимости скорости вымывания фосфора из пахотного горизонта от типа почвы и проверить гипотезу о влиянии степени минерализации

используемого органического удобрения на скорость вымывания фосфора из почвенного горизонта.

Материалы и методы

Почва для эксперимента была отобрана с действующих сельскохозяйственных полей

Ленинградской области. Были взяты четыре типа почв: песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. Непосредственно в поле механический состав почв определялся методом скатывание шнура (по

эксперимента почва высушивалась, размельчалась в ступке и просеивалась через сито 2 мм. В лабораторных условиях определялось соотношение фракций физической глины (менее 0,01 мм) и физического песка (более 0,01 мм). Соотношение физической глины к физическому песку для песчаных почв 510/95-90, супесчаных 10-20/90-80, суглинистых 20-50/80-50, глинистых >50/<50. Разделение почвенных частиц по крупности проводилось механическим анализом по методу Качинского, основанному на неоднородности скорости падения в воде частиц разного диаметра.

Для проведения эксперимента была создана установка, представляющая собой набор ёмкостей, закреплённых на стойке (Рисунок 1). Каждая ёмкость прикрыта сверху крышкой, а снизу имеет отверстие, закрытое пробкой со стеклянной трубкой. В нижней части ёмкости уложен фильтрующий слой стекловаты, сверху которого ёмкость заполнена подготовленной почвой. Суть лабораторных исследований заключалась в проведении промывки образцов почвы, отличающихся по механическому составу и степени минерализации вносимого удобрения. Промывка производилась с периодичностью один раз в три недели. Количество исходной промывной воды было рассчитано исходя из среднемноголетнего количества осадков в регионе и составило 174 мл на один сосуд на одну промывку. После каждой промывки для каждого сосуда замерялся объём вышедшей воды и концентрация содержащегося в нём фосфора.

В эксперименте использовалось четыре типа почв по механическому составу: песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые и два вида органических удобрений разной степени минерализации. В качестве маломинерализованного

органического удобрения использовался выдержанный в течение 2-3 месяцев птичий помёт из буртов ЗАО «Агрокомплекс «Оредеж» (д. Батово, Гатчинский район) в качестве минерализованного органического удобрения - птичий помёт этой же

биоферментацию. Степень минерализации определялась по зольности органического удобрения по ГОСТ 26714-85 «Удобрения органические. Метод определения золы» [6].

Фильтрующий слой стекловата (шлаковата) — Пробка ТруОка ПроОка

исследования

Варианты эксперимента:

1. Почва песчаная без внесения удобрений;

2. Почва супесчаная без внесения удобрений;

3. Почва суглинистая без внесения удобрений;

4. Почва глинистая без внесения удобрений;

5. Почва песчаная, удобрение органическое маломинерализованное;

6. Почва супесчаная, удобрение органическое маломинерализованное;

7. Почва суглинистая, удобрение органическое маломинерализованное;

8. Почва глинистая, удобрение органическое маломинерализованное;

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

9. Почва песчаная, удобрение органическое минерализованное;

10. Почва супесчаная, удобрение органическое минерализованное;

11. Почва суглинистая, удобрение органическое минерализованное;

12. Почва глинистая, удобрение органическое минерализованное.

Повторность эксперимента трёхкратная. Общее количество ёмкостей - 36 шт.

В эксперименте исследовались минеральные формы фосфора, так как подвижность органических форм фосфора несущественна.

Результаты и обсуждение

В ходе эксперимента, в соответствии с разработанными программой и методикой, было произведено 7 промывок сосудов объёмом воды, соответствующим количеству осадков за время проведения эксперимента. Динамика изменения вымываемой массы азота и фосфора показана на рисунке 2. Была произведена "очистка данных", то есть из всего массива собранных при проведении эксперимента данных были удалены данные сосудов, для которых были получены

аномальные данные, получившиеся в силу неблагоприятного стечения обстоятельств, ведущих к нетипичным ситуациям,

фильтрующего слоя и отсутствия протечки воды или наоборот - в случае появления в почве трещин, через которые вода проходила слишком быстро.

Рис. 2. Динамика изменения масс вымываемого фосфора из различных почв

Оставшиеся после "очистки" данные повторностей были усреднены в разрезе вариантов. Получившиеся средние значения вымытых веществ всех промывок были просуммированы и получены итоговые значения масс питательных веществ, вымываемых из пахотного горизонта, характеризующие почвы и удобрения (приведены в таблице 1).

Таблица 1

Суммарные значения выноса фосфора за период проведения исследования

Почва Почва + ТОУ1 Почва + ТОУ2

Песчаная 0,018325 0,025038 0,025238

Супесчаная 0,024792 0,028118 0,025814

Суглинистая 0,017217 0,024339 0,021567

Глинистая 0,011312 0,020653 0,019784

Полученные результаты показывают наличие зависимости скорости вымывания фосфора от типа почв по механическому составу: скорость вымывания фосфора в пахотном слое выше в лёгких почвах, чем в тяжёлых минимум в 1,17 раза, максимум в 2,39 раз, в среднем в 1,78 раз. Данные значения зависимостей могут быть использованы в качестве уточнённых в разработанных ранее методике определения

биогенной нагрузки сельскохозяйственного производства на водные объекты [7] и модели диффузной нагрузки IEEPAgrDLM [4]. Анализ влияния фактора степень минерализации органического удобрения на вымывание фосфора не выявил его значимости. Различия для обоих суммарных значений выноса фосфора между обоими удобрениями оказались несущественными

Выводы

1. Была выявлена зависимость скорости вымывания фосфора от типа почв по механическому составу: скорость

вымывания фосфора в пахотном слое выше в лёгких почвах, чем в тяжёлых минимум в 1,17 раза, максимум в 2,39 раз, в среднем в 1,78 раз. Данные численные значения могут быть использованы при расчётах и 3.

моделировании диффузной нагрузки, в том числе в разработанной ранее Методике определения биогенной нагрузки

сельскохозяйственного производства на водные объекты.

2. Гипотеза о значимом влиянии на вынос из почвы фосфора степени минерализации органического удобрения не подтвердилась.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Popov V.D., Briukhanov A.Y., Subbotin I.A. Influence of agrotechnical factors on diffuse pollution of aquatic ecosystems // Proceedings of 2017 XX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM) 2017. C. 655-657.

2 Субботин И.А., Брюханов А.Ю. Рекомендации по планированию природоохранных инвестиций в интенсивном животноводстве. Санкт-Петербург: ФГБНУ ИАЭП. 2016. 76 с.

3 Брюханов А.Ю., Субботин И.А. Критерии оптимальности систем подготовки навоза и помёта к использованию // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2014. №3 (15). С. 168-169.

4 Subbotin I., Briukhanov A., Ogluzdin A. Comparison of phosphorus leaching on different soils to tuning IEEPAgrDLM model. Proc. 17th Int. Sc. Conf. "Engineering for Rural Development". 2018. Vol. 17. pp. 665-669.

5 Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы определения физических свойств почв и грунтов. (В поле и лаборатории). М.: Высшая школа, 1961.-345 с.

6 ГОСТ 26714-85. Удобрения органические. Метод определения золы. - М.: Изд-во стандартов, 1985. 8 с.

Обломкова Н.С., Оглуздин А.С., Субботин И. А. Методика определения биогенной

нагрузки сельскохозяйственного

производства на водные объекты // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 89. С. 175-183.

8 Брюханов А.Ю., Спесивцев А.В., Субботин И.А. Оценка экологической безопасности на основе логико-лингвистического моделирования процессов утилизации жидкого навоза // Технологии и технические средства механизированного производства

животноводства. 2015. № 86. С. 129-139.

9 Минин В.Б., Субботин И.А. Оценка содержания питательных веществ в отходах животноводства в Ленинградской области // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2015. № 87. С. 212-218.

10 Subbotin I.A., Briukhanov A.Yu., Uvarov R.A. Losses of nutrients at intensive processing of poultry manure // Международный научно-исследовательский журнал [International Research Journal], 2016. № 1-3 (43). C. 41-42.

11 Briukhanov A.Yu., Minin V.B., Subbotin I.A. The assessment of nutrients content of manure in Russian part of Baltic region // Международный научно-исследовательский журнал [International Research Journal], 2016. № 1-3 (43). C. 11-12.

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

12 Minin V., Ustroev A., Mbaiholoie E., Subbotin I. Technical provision of organic farming in Russia: problems and prospects // NJF Report. 2017. T. 13. № 1. C. 133-134.

13 Palm O., Granholm K., Norman Halden A., Briukhanov A., Surovtsev V.N., Ponomarev M., Subbotin I., Melnalksne Z. The ultimate challenge or just common sense. The present practices and future opportunities to increase the

utilization of livestock manure as organic fertilizer in North West Russia. Uppsala: RISE. 2017. 79 c.

14 Брюханов А.Ю., Уваров P.А., Субботин И.А. Опыт освоения наилучших доступных технологий утилизации помета в

птицепродукты. 2018. № 3. С. 26-28.

REFERENCES

1. Popov V.D., Briukhanov A.Y., Subbotin I.A. Influence of agrotechnical factors on diffuse pollution of aquatic ecosystems. Proc. 2017 XX IEEE Int. Conf. on Soft Computing and Measurements

2. Subbotin I.A., Bryukhanov A.Yu. Rekomendatsii po planirovaniyu prirodookhrannykh investitsii v intensivnom zhivotnovodstve [Recommendations how to plan environmental investments into intensive livestock farming]. Saint Petersburg: IEEP. 2016: 76.

3. Bryukhanov A.Yu., Subbotin I.A. Kriterii optimal'nosti sistem podgotovki navoza i pometa k ispol'zovaniyu [Criteria of optimal systems for animal and poultry manure preparation for use]. Vestnik Vserossiiskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. 2014. N 3

4. Subbotin I., Briukhanov A., Ogluzdin A. Comparison of phosphorus leaching on different soils to tuning IEEPAgrDLM model. Proc. 17th Int. Sc. Conf. "Engineering for Rural Development". 2018. Vol. 17. pp. 665-669.

5. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Metody opredeleniya fizicheskikh svoistv pochv i gruntov.

6. GOST 26714-85. Udobreniya organicheskie. Metod opredeleniya zoly [State Standard 2671485. Organic fertilizers. Method for determination of ash content]. Moscow: Standards Publ. 1985: 8.

7. Bryukhanov A.Yu., Kondrat'ev S.A., Oblomkova N.S., Ogluzdin A.S., Subbotin I.A. Metodika opredeleniya biogennoi nagruzki sel'skokhozyaistvennogo proizvodstva na vodnye ob"ekty [Calculation method of agricultural nutrient load on water bodies]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. N 89: 175-183.

8. Bryukhanov A.Yu., Spesivtsev A.V., Subbotin I.A. Otsenka ekologicheskoi bezopasnosti na osnove logiko-lingvisticheskogo modelirovaniya protsessov utilizatsii zhidkogo navoza [Environmental safety assessment of liquid manure treatment processes by logical-linguistic modeling]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2015. N 86: 129-139.

9. Minin V.B., Subbotin I.A. Otsenka soderzhaniya pitatel'nykh veshchestv v otkhodakh zhivotnovodstva v Leningradskoi oblasti [Assessment of nutrients content in animal waste in Leningrad Region]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i

zhivotnovodstva. 2015. N 87: 212-218.

10. Subbotin I.A., Briukhanov A.Yu., Uvarov R.A. Losses of nutrients at intensive processing of poultry manure. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal. [International Research Journal]. 2016. N 1-3

11. Briukhanov A.Yu., Minin V.B., Subbotin I.A. The assessment of nutrients content of manure in Russian part of Baltic region. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal. [International Research Journal]. 2016. N 1-3

12. Minin V., Ustroev A., Mbaiholoie E., Subbotin I. Technical provision of organic farming in Russia: problems and prospects. NJF

Report. 2017. vol. 13. N 1: 133-134.

13. Palm O., Granholm K., Norman Halden A., Briukhanov A., Surovtsev V.N., Ponomarev M., Subbotin I., Melnalksne Z. The ultimate challenge or just common sense. The present practices and future opportunities to increase the utilization of livestock manure as organic fertilizer in North West Russia. Uppsala: RISE. 2017:79.

14. Bryukhanov A.Yu., Uvarov R.A., Subbotin I.A. Opyt osvoeniya nailuchshikh dostupnykh tekhnologii utilizatsii pometa v Leningradskoi oblasti [The practice of best available technologies of poultry manure utilization in Leningradsky Region]. Ptitsa i ptitseprodukty. 2018. N 3: 26-28.