CC BY
202. Ковалёв В.М., Янина М.М. Методологические принципы и способы применения росторегулирующих препаратов нового поколения в растениеводстве // Аграрная Россия, 2009. № 1(2). С. 9-12.
3. Петрухина М.Т. Производство и применение микробиологических препаратов для борьбы с болезнями растений // Препараты микробиологического синтеза - сельскому хозяйству. М:, 2005. С. 3-11.
4. Сорокулова И.Б. Перспективы применения бактерий рода Bacillus для конструирования новых биопрепаратов // Антибиотики и химиотерапия. 2013. Т. 41. № 10. С. 13-15.
5. Смирнов В.В., Резник С.Р., Василевская И.А. Спорообразующие аэробные бактерии продуценты биологически активных веществ. Киев, 2012. 280 с.
6. Штерншис М.В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 2 (18). С. 92-100.
7. Degering C., Eggert T., Puls M., Bongaerts J., Evers S., Maurer K.-H., Jaeger K. Optimization of protease secretion in Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis by screening of homologous and heterologous signal peptides. Appl. Environ. Microb., 2010, 76: 6370-6376
8. Farace G., Fernandez O., Jacquens L., Coutte F., Krier F., Jacques Ph., Clément Ch., Barka E.A., Jacquard C., Dorey S. Cyclic lipopeptides from Bacillus subtilis activate distinct patterns of defense responses in grapevine. Mol. Plant Pathol., 2015, 16(2): 177-187
УДК 631.425.5
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ БИОГУМУСА НА СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЁМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО И РАСТЕНИЯ САЛАТА
Козупова А.Н., Будаева А. Ю., Мукомел Н.А., Киселева Д.Ю., бакалавры 2 курса направления подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение», Атменеев В.А., аспирант 3 года обучения направления подготовки 35.06.01 «Сельское хозяйство».
Кружок НИРС «Экология почвы».
Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П.
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Одним из основных показателей окультурирования почв, как показывает практика современного сельскохозяйственного производства, является увеличение содержания гумуса в почвах и изменение его качества. При этом следует иметь в виду, что низкий уровень гумусовых веществ внесением только одних минеральных удобрений не приводит к стабильному повышению плодородия почв. К тому же, применение высоких доз минеральных удобрений на бедных органическими веществами почвах часто сопровождается неблагоприятным действием их на почвенную микро- и макрофлору, накоплением в растениях нитратов и других вредных соединений, а во многих случаях и снижением урожая сельскохозяйственных культур. Исследованиями доказано, что гуминовые кислоты являются аккумуляторами органического вещества почвы -аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина. Кроме того, в гуминовых кислотах концентрируются ценные неорганические компоненты почвы-элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а также микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и т.д.). Гуминовые кислоты представляют собой продукт естественной биохимической трансформации органического вещества в биосфере и являются основной частью органического
вещества почвы - гумуса, играющего ключевую роль в круговороте веществ в природе и поддержании почвенного плодородия.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Биогумус, агрегативность, гранулометрический состав, механические элементы, насыщенность основаниями, плотность, гигроскопическая влажность, поверхность почвенных частиц.
ABSTRACT
As the practice of modern agricultural production shows, one of the main indicators of soil cultivation is the increase humus in soils and the change in its quality. At the same time, it should be kept in mind that the low level of humus substances by applying only mineral fertilizers does not lead to a stable increase in soil fertility. In addition, the use of high doses of mineral fertilizers on soils poor in organic matter is often accompanied by their adverse effect on the soil micro- and macroflora, the accumulation of nitrates and other harmful compounds in plants, and in many cases, a decrease in the yield of agricultural crops. Studies have proven that humic acids accumulates the soil organic matter - amino acids, carbohydrates, pigments, biologically active substances and lignin. In addition, humic acids concentrate valuable inorganic components of the soil - elements of mineral nutrition (nitrogen, phosphorus, potassium), as well as microelements (iron, zinc, copper, manganese, boron, molybdenum, etc.). Humic acids are a product of the natural biochemical transformation of organic matter in the biosphere and are the main part of the organic matter of the soil - humus, which plays a key role in the circulation of substances in nature and the maintenance of soil fertility.
KEYWORDS
Biohumus, aggregativeness, granulometric composition, mechanical elements, base saturation, density, hygroscopic humidity, surface of soil particles.
Введение. Процесс переработки органических отходов с использованием дождевых червей стал называться вермикультивированием, а полученный продукт -вермикомпостом или биогумусом. Метод вермикультивирования играет большую роль в решении природоохранных проблем, связанных с загрязнением окружающей среды [1].
Спрос на качественные органические удобрения в мире необычайно высок, потому что экологически чистые продукты питания остаются большим дефицитом. Только российским хозяйствам требуется ежегодно более 1,5 млн. т биогумуса. В настоящее время в России насчитывается около 200 мелких производителей биогумуса, которые произвели в 2003 году не более 3,5 тыс. т. При этом органического сырья для производства биогумуса более чем достаточно. Ежегодный объем только навоза КРС превышает 320 млн. т [2,3]. Переработка отходов животноводческих комплексов дождевыми червями является наиболее выгодной как с точки зрения экологии (отсутствие аммиака в атмосфере и избытка нитратов в почве и грунтовых водах), так и в плане соблюдения санитарных норм применения органических удобрений. Технология вермикультивирования является полностью безотходной, поскольку помимо основного своего продукта - биогумуса - позволяет использовать и биомассу интенсивно размножающихся дождевых червей, содержащую до 60% белка и до 14% жиров, в качестве ценной кормовой добавки птице, рыбам и свиньям [6,7,8].
Государственная политика по отношению к сельскому хозяйству меняется в сторону его экологизации и стимулирования биодинамических и органических систем земледелия, развития и внедрения экологически ориентированных систем сельского хозяйства, обеспечивающих развитие растений без ущерба для плодородия почв, таких, как органические удобрения, биопрепараты на основе полезных почвенных микроорганизмов, регуляторы роста и микроэлементы [4,5].
Цель исследований: установить эффективность действия биогумуса (вермикомпоста) на свойства чернозёма выщелоченного (пахотный слой) и особенности формирования урожая овощных культур (растений салата).
При этом решению подлежат следующие задачи:
1. Выявить характер действия биогумуса на изменение агрегатного состава пахотного слоя чернозёмных почв.
2. Установить степень изменения гранулометрического состава в пахотном слое почвы при воздействии вермикомпоста (биогумуса).
3. Доказать эффективность действия биогумуса на изменение физико-химических свойств чернозёмных почв.
4. Определить характер изменения водно-физических и сорбционных свойств пахотного горизонта чернозёма выщелоченного под воздействием биогумуса.
5. Показать особенности воздействия биогумуса (вермикомпоста) на формирование сырой и сухой массы урожая растений салата.
Материалы и методы исследования. В 2021 году были проведены исследования на чернозёмах выщелоченных пахотных земель при выращивании зелёной массы растений салата, сорта «Изумрудный» (Lactuca sativa 'izumrudniy'). Сортовые особенности растений салата: масса одного растения 55-65 г., сорт относится к листовым, рекомендуется для зимне-весеннего оборота, ценится за устойчивость к стеблеванию.
Отбор образцов почв на землях сельскохозяйственного назначения, на которых выращивали растения салата, проводили в соответствии с требованиями:
- ГОСТ 17.4.3.01-2017 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». Для отбора проб почвы использовали лопату копательную остроконечную «ГОСТ 19596-87».
Анализ исследуемых образцов почв выполняли по следующим методикам:
- Определение гранулометрического состава почвы методом пипетки по Н.А.Качинскому пирофосфатным методом. (ГОСТ) Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по ГОСТ 12536-2014-Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава почвы.
- Анализ агрегатного состава почвы методом Н.И.Савинова. (Сухое просеивание).
- Плотность сложения почвы из рассыпного образца.
- Гигроскопическую влажность методом высушивания образца при 105 0С до постоянной массы.
- Определение суммы обменных оснований почвы методом Каппена -Гильковица.
- Определение гидролитической кислотности с раствором 1н СН3СООNa с (рН
8,2)
- Определение углерода гумуса по методу И.В.Тюрина в модификации В.Н.Симакова.
Результаты и обсуждение. В современных интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур особую значимость приобретает проблема разработки технологии применения адаптированных ростовых регуляторов, особенно в зонах «рискованного» земледелия и парниковых хозяйствах. При этом часто возникает необходимость стимуляции роста и развития растений и повышения потенциальных возможностей их сопротивления к неблагоприятным агроклиматическим условиям (Иванова, Гладков, Соколова, 2006). Гуминовые кислоты, как составная часть гумуса, встречаются практически во всех типах почв. Они входят в состав твердых горючих ископаемых (твердые и мягкие бурые угли), а также торфа и сапропеля. Однако в естественном состоянии эти соединения малоактивны и практически полностью находятся в нерастворимой форме. Физиологически активными
являются лишь соли, образуемые гуминовыми кислотами со щелочными металлами -натрием, калием (гуматы).
На тяжелых глинистых почвах гуматы способствуют взаимному отталкиванию глинистых частиц за счет удаления излишних солей и разрушения компактной трехмерной структуры глины. В результате чего, почва становится более рыхлой, из нее легче испаряется излишняя влага, улучшается поступление воздуха, что облегчает дыхание и продвижение корней.
Сложившаяся ситуация в земледелии, характеризующаяся деградацией агроландшафтов, финансовыми трудностями предприятий, отсутствием бюджетных ассигнований, вынуждает искать альтернативные приемы хозяйствования. Разрабатываемые в настоящее время принципы перехода к биологизации земледелия и биологические средства повышения почвенного плодородия и увеличения урожайности культур нельзя противопоставлять известным средствам химизации (минеральным удобрениям, пестицидам и др.), так как при комплексном использовании всех средств действие биологических факторов усиливается.
Эти обстоятельства обусловили необходимость исследования влияния биогумуса на рост, развитие растений салата и свойства чернозёмных почв.
Таблица 1 - Влияние биогумуса на агрегатный состав чернозема выщелоченного
Варианты опыта Агрегатный состав, %, мм
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,50,25 <0,25
1. Контроль 11,14 8,76 8,36 13,39 12,06 24,45 7,81 8,34 5,69 4,94
2. Биогумус 30 кг/м2 13,23 9,77 8,91 17,79 13,64 25,04 4,93 3,96 2,73 5,26
Исследованиями доказано влияние биогумуса, внесённого в почву в дозе 30кг/м2, на изменение агрегатированности пахотного слоя чернозёма выщелоченного. Так, установлено улучшение агрегатного состава почвы и её оструктуренности, обусловленная возрастанием количества агрономически ценных агрегатов размером 10-0,25мм до 84,04%, что на 0,87% превышало количество агрегатов указанного размера в контрольной пробе почвы без внесения биогумуса (83,17%). При этом показано снижение количества агрегатов размером более 10мм и менее 0,25мм, содержание которых составило 15,96% при внесении биогумуса в сравнении с 16,83% содержанием агрегатов указанного размера в контрольной почве. Изменение агрегатированности чернозёма выщелоченного в пахотном слое обусловило изменение коэффициента структурности почвы, так, под действием биогумуса изменяется не только агрегатированность почвы, но и её оструктуренность, подтверждённая увеличением значение коэффициента структурности до 5,26 ед. в сравнении с уровнем оструктуренности пахотного горизонта чернозёма выщелоченного в контрольной пробе почвы - 4,94 ед.
В условиях полевого опыта доказано положительное действие биогумуса на оструктуренность и механическую прочность структурных агрегатов, что сказалось на изменении водно-физических свойств почвы, её гранулометрического состава и общих физических свойств пахотного горизонта почвы.
Так, в условиях полевого опыта с внесением биогумуса в максимальной дозе 30кг/м2 выявлен характер изменения фракций гранулометрического состава почв (табл. 2). Как видно из данных таблицы 2, установлено значительное сокращение фракции частиц размером 0,25-0,05мм (мелкий песок) в 5,34 раза в сравнении с контрольной пробой почвы при значительном увеличении частиц физической глины менее 0,01мм с 42,4% в контрольной пробе до 44,8% в пробах почвы варианта с использованием самой высокой дозы биогумуса 30кг/м2, что обусловило увеличение плотности и снижение пористости почвы и, как следствие, снижение водопроницаемости с закономерным ухудшением водно-воздушного режима почвы.
При этом доказано постоянство гранулометрического состава почвы, независимого от доз используемых органических удобрений - биогумуса.
Таблица 2 - Влияние биогумуса на изменение гранулометрического состава чернозема _выщелоченного_
Варианты опыта Фракции механических элементов, мм, %
10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01 Название гранулометрического состава
1. Контроль 1,20 9,52 46,88 12,12 14,0 16,28 42,4 Тяжелосугл ини стая иловато-крупнопылеватая
2. Биогумус 30 кг/:г 8,54 1,78 44,92 8,7 16,68 19,38 44,76 Тяжелосугл инистая иловато-крупнопылеватая
В условиях опыта показано влияние биогумуса на изменение фракций в гранулометрическом составе пахотного горизонта чернозёма выщелоченного, подтверждённая увеличением фракции частиц крупного и среднего песка в сравнении с контрольным содержанием в 7,2 раза, а именно с 1,2 % до 8,54 %. При этом резко сокращается масса фракции частиц среднего и мелкого песка с 9,52% в контрольном варианте до 1,78% в опытных делянках с внесением максимальной дозы биогумуса, или 5,3 раза. Установленные изменения в количественном содержании фракций механических элементов показаны для механических элементов почвы размером менее 0,01мм, а именно для частиц средней пыли 0,01-0,005мм, мелкой пыли 0,0050,001мм и фракции ила меньше 0,001мм. Их количество в сравнении с контрольной пробой почвы возрастает для мелкой пыли и ила, но снижается количественное содержание частиц средней пыли с 12,12% в контроле до 8,7% при внесении максимальной дозы биогумуса, а количество частиц мелкой пыли и ила возрастает на 2,68% и 3,1% соответственно, или в 1,2 раза.
Изменения в количественном содержании фракций механических элементов не оказали влияния на изменение гранулометрического состава пахотного горизонта чернозёма, выщелоченного при внесении в него максимальной дозы биогумуса в количестве 30кг/м2. Можно предположить проявление склеивающего, сорбционного действия на объединение более крупных частиц почвы и растворяющего, диспергирующего действия на частицы мелких фракций в гранулометрическом составе почвы.
Доказанные изменения в агрегатном и гранулометрическом составе пахотного горизонта чернозёма выщелоченного являются основанием для исследования характера изменения физико-химических свойств чернозёмных почв под действием биогумуса. Как видно из данных таблицы 3 при использовании максимальной дозы биогумуса отмечается изменение в количественном содержании органического вещества в пахотном слое почвы, составе обменных катионов, степени насыщенности основаниями и величины ёмкости катионного обмена. Под действием максимальной дозы биогумуса 30кг/м2 возрастает количество органического вещества в пахотном слое почвы на 1,3%, что обусловило увеличение количества органического вещества в опытном варианте до 5,3% в сравнении с контрольным его содержанием в пахотном слое 4,0%. Увеличение количественных веществ в почве под действием биогумуса способствует интенсивной их гумификации и возрастанию количества гумуса в пахотном слое чернозёма выщелоченного.
Так, содержание гумуса возросло в 1,3 раза в сравнении с контрольным его содержанием, а именно если в контрольной почве количество гумуса составило 6,9%, то, в опытном варианте с внесением максимальной дозы биогумуса количество органического вещества возросло на 2,3% и составило 9,2%.
Таблица 3 - Эффективность действия биогумуса на физико-химические свойства _чернозема выщелоченного_
Варианты ответа Гумус, % Б нг ЕКО Степень насыщенности основаниями, V, %
мг-экв/100 г
1. Контроль 6,9 4,0 31,5 6,1 37,6 83,8
2. Биогумус 30 кг/: 1 - 9,2 5,3 36,4 6,5 42,9 84,8
Исследованиями доказано не только изменение гумусового состояния почвы под действием биогумуса, но и изменение физико-химических свойств почвы пахотного горизонта. Как видно из данных таблицы положительное действие биогумуса проявляется в увеличении суммы обменных оснований на 4,9мг-экв/100г в опытном варианте в сравнении с фоновой, контрольной почвой. Также установлено незначительное увеличение величины гидролитической кислотности на 0,4мг-экв/100г в варианте при использовании самой высокой дозы биогумуса 30кг/м2 в сравнении с контрольным уровнем гидролитической кислотности пахотного горизонта чернозёма выщелоченного. Установленное варьирование в составе обменных катионов почвы под действием биогумуса обусловило изменение величины ёмкости катионного обмена и степени насыщенности пахотного горизонта чернозёмной почвы основаниями. Так, величина ёмкости катионного обмена при внесении биогумуса в почву возросла на 5,3мг-экв/100г почвы и составила 42,9мг-экв/100г почвы, а степень насыщенности основаниями возросла на 1% и составила 84,8%.
Таблица 4 - Влияние биогумуса на изменение физических свойств почв
Варианты опыта Плотность, W гигроскопическая Б свободная
г/см3 влажность,% поверхность почвенных
d частиц, м"/г
1. Контроль 0,9 2,57 1,20 43,4
2. Биогумус 30 кг/:г 0,81 2,82 0,97 35,1
Доказанные изменения в гранулометрическом, агрегатном составе почвы и физико-химических свойствах чернозёма выщелоченного под действием биогумуса подтверждаются варьированием физических свойств пахотного горизонта почвы. Как видно из данных таблицы 4 максимальная доза биогумуса обусловливает снижение плотности почвы на 0,1г/см3, уменьшение гигроскопической влажности и снижение величины свободной поверхности почвенных частиц с 43,4м2/г до 35,1м2/г. Опытными данными установлено влияние биогумуса на агрегативную устойчивость почвенных частиц, а именно биогумус, обусловливая подщелачивание почвы, способствует диспергированию коллоидных частиц и повышению их миграционной способности.
Таблица 5 - Эффективность действия биогумуса на рост и развитие растений салата
_(г/м:)_
Варианты опыта Сырая масса растений, г/м2 Сухая масса растений, г/м2 Прибавка сырой массы Прибавка сухой массы
г/м2 % г/м2 %
1. Контроль 3000 1882 - - - -
2. Биогумус 30 кг/: 1" 4780 2373 1780 59,38 491 26,1
Установленное положительное действие биогумуса на свойства пахотного горизонта чернозёма выщелоченного проявилось в изменении роста и развития растений салата, а именно доказано увеличение урожайной зеленой массы салата, как сырой массы растений, так и сухой массы растений. Так, при внесении
максимальной дозы биогумуса и изменении состава и свойств почвы создаются благоприятные условия для увеличения роста и развития растений салата и формирования их сырой массы. Так, величина сырой массы растений с 1м2 достигала 4,78кг и превышала массу растений контрольного варианта на 1,78кг или в 1,6 раза. При этом величина сухой массы растений в варианте с внесением максимальной дозы биогумуса составила 2,37кг с 1м2, что превышало величину сухой массы растений салата контрольного варианта на 0,49 кг, или на 26,1%.
Таким образом, в условиях полевого вегетационного опыта доказано высокое удобрительное действие биогумуса как на изменение состава и свойств пахотного горизонта чернозема выщелоченного, так и рост, развитие растений салата и формирование его зеленой массы.
Выводы.
1. Доказано высокое мелиорирующее действие биогумуса на изменение физико-химических и агрофизических свойств пахотного горизонта чернозема выщелоченного.
2. Выявлены специфические особенности удобрительных свойств биогумуса на изменение состава и свойств пахотного слоя чернозема выщелоченного и усиление ростовых процессов растений салата.
Библиография:
1. Касатиков В.А., Лазуткина Е.В. Влияние вермигуматов на агробиологические свойства дерново-подзолистой почвы // Агрохимия и экология: история и современность: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Нижний Новогород, 2008. Т. 2. С. 96-99.
2. Лазуткина Е.В. Использование вермикомпостов как способа повышения урожайности зерновых культур // Агробиотехнологии и экологическое земледелие: Материалы молодежного форума. Владимир, 2005. С.24-26.
3. Лазуткина Е.В. Урожайность зерновых культур при использовании вермигуматов // Приложение к журналу «Плодородие». №3 (36). 2007. С.33-34.
4. Лазуткина Е.В. Влияние вермигумусовых соединений на свойства агроценоза: автореф. дис. М., 2009.
5. Раскатов В.А., Лазуткина Е.В., Касатиков В.А. Структурно- морфологические особенности гумусовых веществ вермикомпостов: Доклады ТСХА. М. , 2007. Вып. 279. С.694-697.
6. Ручин А.Б., Ревин В.В. Вермикультивирование как путь решения некоторых экологических проблем // Наука и инновации в Республике Мордовия. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 724-726.
7. Степанова Л.П., Петелько А.И., Наконечный А.Г., Халимон С.Ю. Агроэкологическая оценка эффективности различных систем удобрения и контурных лесозащитных полос при воспроизводстве плодородия склоновых почв // Плодородие. 2020. № 1 (112). С. 49-54.
8. Тиунов А.В. Компостные черви, вермикомпостирование и вермикомпост: направление научных исследований в последнее десятилетие // Дождевые черви и плодородие почв: материалы 11-й Междунар. конф. Владимир: Грин-ПИКь, 2004. С. 910.
