CC BY
33
ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ;
УДК 628.004; 631.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УДОБРИТЕЛЬНО-МЕЛИОРИРУЮЩЕЙ СМЕСИ
НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ МАЛОПРОДУКТИВНЫХ ПОЧВ
Л.В. Кирейчева, д.т.н.
ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, e-mail: [email protected]
С.В. Перегудов, к.с.-х.н., Е.Ю. Шилова
Мещерский филиал ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Статья поступила в редакцию 12.09.2009 г.
Рассмотрены вопросы эффективного использования органических отходов сахарного производства для восстановления деградированных почв. Предложена технология создания на основе дефеката удобрительно-мелиорирующих смесей, обеспечивающих повышение урожайности не менее чем на 30%, улучшение свойств почв и повышение их плодородия.
Ключевые слова: органические отходы, дефекат, удобрительно-мелиорирующая смесь, технологии компостирования.
USE OF FERTILIZING-RECLAIMING MIX ON BASIS OF SUGAR MANUFACTURE FOR RESTORATION OF THE DEGRADED SOILS
L. V. Kireycheva, S. V. Peregudov, E. Yu. Shilova
In article questions of an effective utilization of an organic waste of sugar manufacture for restoration of the degraded soils are considered. The technology of creation on a basis of defecation residue the fertilizing-reclaiming mixes providing increase ofproductivity not less than on 30%, improvement ofproperties of soils and increase of their fertility is offered.
Keywords: organic waste, defecation residue, fertilizing-reclaiming mix, technologies of composting.
Утилизация отходов - одна из важнейших проблем современности. Особое место в ее решении занимает использование отходов, содержащих большое количество аккумулированной энергии. Один из путей использования этой энергии превращение органосодержащих отходов в удобрительно -мелиорирующие смеси с заданными для конкретной почвы параметрами, что одновременно позволяет решать проблему сохранения и повышения почвенного плодородия. По данным Государственной агрохимической службы России, 56 млн. га пашни (45%) характеризуется низким содержанием гумуса, 43 млн. га (36%) - повышенной кислотностью (отмечается увеличение кислотности почв в лесостепной и черноземной зоне), 28 млн. га (23%) - низким содержанием фосфора и 12 млн. га (9%) - низким содержанием калия, что лимитирует уровень урожайности. Внесение в почву удобрительных смесей позволит активизировать почвенную микрофлору и максимально использовать нереализованную в предыдущем технологическом цикле энергию органического вещества, что, в свою очередь, способствует экономии минеральных удобрений и снижает экологический риск энтропийных потерь энергии при бесконтрольной минерализации органосодержащих отходов на свалках.
Примерами современных технологий, связанных с большими потерями биогенной энергии служат крупнотоннажные производства, одним из таких является производство сахара из сахарной свеклы, в результате которого образуется большое количество отходов. На сахарном заводе мощностью 3 тыс. т переработки свеклы в сутки образуется от 8 до 12% к массе свеклы фильтрационного осадка и около 18% транспортно-моечного
осадка [1]. Фильтрационный осадок (дефекат) содержит 75-80% СаС03 и 20-25% органических и минеральных соединений, в том числе белков и углеводов, кальциевые соли щавелевой, лимонной, яблочной кислот и др. Элементный состав осадка включает углекислый магний, азот (0,2-0,4 К), фосфор (0,3-0,5% Р205), калий (0,3-0,5% К2О) [2].
Исследования на содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке заводов Воронежской области показали, что концентрация большинства из обнаруженных в фильтрационном осадке металлов значительно ниже их нормативного значения [2]. Поэтому фильтрационный осадок может быть отнесен к допустимой по степени загрязнения категории веществ, вносимых в почву. Рациональное использование фильтрационного осадка или смеси его и транспортно-моечных осадков полностью согласуется с необходимостью уменьшения удельной поверхности полей фильтрации на единицу производственной мощности свеклосахарных заводов. Эти выводы особенно актуальны в виду возросшей в настоящее время оплаты за землепользование [3].
По влиянию на почву, растения и качество сельскохозяйственной продукции фильтрационный осадок равноценен стандартной известковой муке (ГОСТ Р 5026192), а иногда он бывает и более эффективен. Внесение фильтрационного осадка в почву улучшает ее структуру, интенсифицирует разложение соломы в навозе, повышает активность ферментов, содержащихся в почве и т.д. Однако применение фильтрационного осадка в качестве удобрения или мелиоранта имеет узкий диапазон в силу физико-химических характеристик данного продукта. Для расширения области его применения с целью вос-
становления плодородия различных видов почв необходимо изменить ряд исходных параметров дефеката.
На базе ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова разработана технология приготовления удобрительно-мелиорирую-щей смеси на основе дефеката Сотницинского сахарного завода Рязанской области, торфа, минеральных удобрений и микробных препаратов [4]. Удобрительно-мелиорирующие смеси (УМС) обеспечивают формирование в почве коллоидной структуры, увеличение ППК и ЕКО, повышение сорбционных свойств, активизацию почвенной микрофлоры, а самое главное, стимулирование процессов гумусообразования. Внесение в почву 1020 т/га смеси обеспечивает прибавку урожайности не менее 30% и позволяет получать экологически чистую продукцию, а также создает условия для расширенного воспроизводства почвенного плодородия [5]. Дефекат имеет сильнощелочную среду (рН 9-10) и высокое содержание кальция - до 80%. Для органического удобрения в смеси содержится недостаточное количество органического вещества (15%) и элементов питания растений, что служит обоснованием создания композиции УМС с дополнительным внесением органического вещества и минеральных удобрений. Таким образом, состав УМС на основе дефеката определяется составом и свойствами исходных составляющих смеси (табл. 1).
Технология приготовления смеси основана на нейтрализации высокой щелочности за счет увеличения содержания органического вещества, которое, в силу вещественного состава, как правило, имеет кислую среду, обогащении композита минеральными удобрениями и компостировании с привнесенными культурами почвенных микроорганизмов. Для получения компостов необходимо использовать торф, отвечающий требованиям ГОСТ. Массовая доля влаги не более 60%, зольность не более 25%, засоренность не более 10%, степень разложения не менее 15% [4].
Количественный состав компонентов рассчитывают на основе оптимального количества органического вещества (не менее 50%) и показателя рН 6,5-7,5. Для этого готовят смесь из дефеката и торфа в следующих весовых соотношениях: 1 часть дефеката и 3 части торфа при 15% влажности дефеката и 50-70% влажности верхового торфа. Содержание №К в смеси доводят до оптимального значения внесением минеральных удобрений, аналогично составу УМС [4]. В 1 т смеси должно содержаться 50-65 кг (5-6,5%) действующего вещества №К, в том числе: азота (Ы), для увеличения содержания фосфора - 13-20 кг фосфора (Р205), для повышения содержания калия - 8-13 кг калия (К20).
Высокое содержание олиго- и моносахаридов в дефе-кате вызывает бурное развитие гнилостных бактерий. Для подавления гнилостных процессов в смесь, после внесения торфа и нейтрализации щелочности, вносят композицию почвенных микроорганизмов на основе молочнокислых бактерий. Присутствие молочнокислых бактерий приводит к превращению моносахаридов в молочную кислоту, которая служит ингибитором гнилостных процессов в органических субстратах.
Таким образом, технология приготовления смеси включает следующие этапы. 1. Дефекат перемешивают с торфом в соотношении 1:3 и через сутки измеряют рН смеси (солевой раствор), через 3 суток измерение рН повторяют. Если рН составляет 6,5-7,5, смесь можно готовить к обработке раствором микробных препаратов. 2. Смесь торфа и дефеката обрабатывают гербицидами, а затем раствором микробных препаратов. 3. Субстрат доводят до 60% влажности. 4. Смесь компостируют 2 недели без доступа света при оптимальной температуре 20-250С и влажности 60%. 5. После компостирования в смесь вносят минеральные удобрения и тщательно перемешивают. Удобрительно-мелиорирующую смесь вносят в почву из расчета 1 -2 кг/м3 или 10-20 т/га.
В условиях вегетационного опыта проведены исследования по изучению влияния УМС на биомассу овса и обоснованно оптимальной дозы внесения.
Опыт проводили по 6 вариантам в пятикратной по-вторности. В качестве контроля был выбран вариант без внесения УМС. Исследование влияния чистого дефеката на растения осуществляли в варианте 2. Для обоснования оптимальной дозы в варианте 6 овес выращивали на чистой УМС.
Для исследований была взята почва со следующими водно-физическими и агрохимическими свойствами:
1. Состав основных компонентов удобри-тельно-мелиорирующей смеси на основе де-
феката и верхового торфа
Показатель Дефекат Верховой торф
Влажность, % 15,1 60,0-70,0
Зола, % 85,0 до 5
рНка 10,1 2,8-3,5
Органическое вещество, % 15,0 до 95,0
Азот общий (Ы), % сухого вещества 0,58 0,80-1,20
Фосфор (Р205), % сухого вещества 0,06 0,60-0,12
Калий (К20), % сухого вещества 0,10 до 0,10
Кальций и магний (Са2+, Mg2+), % 79,5 до 0,5
сухого вещества
2. Зеленая масса овса в вегетационном опыте, г сырого вещества/сосуд
Вариант Повто рность Прибавка
1 2 3 4 5 среднее г/сосуд % к контролю
1. Контроль (без внесения мелиоранта) 11,43 10,42 11,75 10,37 11,51 11,09
2. Дефекат в чистом виде 10,03 9,75 9,87 10,12 9,79 9,91
3. УМС, 10 т/га 13,17 13,68 12,74 14,91 13,16 13,53 2,44 22%
4. УМС, 20 т/га 15,38 16,79 16,87 16,43 17,37 16,56 5,47 49,3%
5. УМС, 40 т/га 19,71 17,73 16,42 19,77 16,93 18,11 7,02 63,3%
6. УМС в чистом виде 18,28 19,33 17,56 18,79 19,16 18,62 7,53 67,8%
НСР = 3,78
Рис. Влияние дозы внесения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе фильтрационного осадка сахарного производства на урожайность викоовсяной смеси
3
-О
о о
о а>
.о
I-
о о
о
400 350 300 250 200 150 100 50 0
316 ц/га
255 ц/га
/га
контроль 10 т/га 20 т/га
Доза внесения УМС
93ц/
40 т/га
объемная масса 0,8-0,9 г/см3, плотность сложения 1,641,85 г/см3, рН 5,1-6,5. В вегетационные сосуды помещали 5 кг почвы и добавляли УМС из расчета 10, 20 и 40 т/га (варианты 3-5). Продолжительность опыта составила 39 дней (с 5 июня по 13 июля 2009 г.).
По данным таблицы 2 видно, что использование де-феката в чистом виде приводит к уменьшению зеленой массы (ЗМ) по сравнению с контролем, а внесение УМС способствует увеличению. Применение дефеката в чистом виде угнетающе сказывается на развитии ЗМ и корневой системы (КС) овса и его применение в чистом виде нецелесообразно. Внесение мелиоранта в дозе 10 т/га способствует прибавке на 22% ЗМ и 15,3% КС; 20 т/га - 49,3% ЗМ и 50,1% КС; 40 т/га - 63,3% ЗМ и 67,7% КС; УМС в чистом виде - 67,8% ЗМ и 70% КС. Наилучшая прибавка наблюдается в вариантах 5 и 6. Так как доза внесения УМС 40 т/га практически не уступает по увеличению зеленой массы овса дозе, где УМС используют в чистом виде, то можно сделать вывод, что доза 40 т/га - наиболее оптимальная.
Исследования по изучению влияния УМС на урожай были проведены также в условиях полевого опыта на опытном участке Тинки II, расположенном на землях ОПХ «Полково» (Рязанская область, Рязанский район). Почвы ОПХ постторфяные, по гранулометрическому составу супесчаные. Мощность торфяного слоя 0,5-1,2 м степень разложения 40-45%, объемная масса 0,35-0,46 г/см3, плотность 1,64-1,85 г/см3, полная влагоемкость 30,5%, коэффициент фильтрации 1 м/сутки. Агрохимические показатели: рН 5,1-6,5, содержание азота 7070,5%, подвижного фосфора 18-25, калия 10-12 мг/100 г
почвы, гумуса 7%. Участок Тинки II осушается открытыми магистральными и нагорными каналами. Водоприемником служит река Старица. Участок оборудован наблюдательными скважинами. В качестве культуры использована викоовсяная смесь. Агротехника выращивания общепринятая для региона. Закладка опыта произведена по 4 вариантам в пятикратной повторности по схеме, представленной на рисунке.
По результатам фенологических наблюдений викоов-сяная смесь отзывчива на внесение мелиоранта, причем с увеличением дозы УМС увеличивается прибавка как зеленой массы, так и корневой системы растений. Наилучший результат заметен в варианте с дозой УМС 40 т/га. Урожайность в варианте без внесения УМС наименьшая -185 ц/га, с дозой УМС 10 т/га - 255 ц/га, УМС 20 т/га -316 ц/га и наибольшая УМС 40 т/га - 393 ц/га (рис.).
Таким образом, использование отходов сахарного производства в качестве компонента для производства удобрительно-мелиорирующих смесей с заданными параметрами (УМС) решает конкретные проблемы как экологической, так и сельскохозяйственной направленности, связанные с утилизацией отходов, повышением плодородия малопродуктивных и деградированных почв, а также увеличением урожайности сельскохозяйственных культур. Использование органосодержащих отходов для повышения эффективности аккумуляции солнечной энергии в процессе фотосинтеза приводит также к увеличению интенсивности вещественно-энергетического потока, что в конечном итоге способствует стабилизации развития современного общества.
Литература
1. Чубукин В.А., Климахин Н.А., Маслов Ю.К. и др. / Образование отходов в сахарной промышленности РСФСР и вопросы охраны окружающей среды // Сахарная промышленность, 1982, № 4. - С. 33-36.
2. Славянский А.А., Кирейчева Л.В., Пузанова Л.Н. / Отходы сахарного производства и их использование в сельском хозяйстве // Сахар, 2009, № 10. - С. 48-49.
3. Молотилин Ю.И., Орлова Н.В., Даишева Н.М. О возросшей актуальности использования вторичных ресурсов свеклосахарного производства. Сб. научн. трудов участников VII ежегодн. научн.-практ. конф. «Энерго- и ресурсосберегающие технологии сахарного производства» (16-21 апреля 2007 г.). - М.: МГУПП, 2007. - С. 147-150.
4. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Способ приготовления удобрительно-мелиорирующей смеси на основе сапропеля. Патент № 2286321.
5. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Удобрительно-мелиорирующие смеси на основе сапропелей // Плодородие, 2004, № 4. - С. 26-28.
