CC BY
90
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 621.744.33: 628.381.4
НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ УДОБРЕНИЯ, ИХ ДЕЙСТВИЕ И ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ КАРТОФЕЛЯ
В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор Е.Ф. Помогаев, аспирант
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Ю.А. Степкина, кандидат технических наук
ЗАО Компания по защите природы «Экотор»
При выращивании семенного картофеля в условиях орошения в качестве комплексного удобрения используют глубоко переработанный иловый осадок после биологической очистки канализационных сточных вод и природный глауконит; на второй год удобрения не применяют, но урожайность высокая. Выявлено эффективное действие наночастиц осадка и глауконита, главным образом на основе серы, магния, микроорганизмов и микроэлементов.
Ключевые слова: иловый осадок, глауконит, удобрения,
картофель, капельное орошение, последействие, урожайность, сера, магний, микроорганизмы, наночастицы.
Во всех городах и многих районных центрах имеются сооружения для биологической очистки бытовых сточных вод. Большинство технологий очистки сточных вод базируется на анаэробном методе метанового сбраживания. Несмотря на длительность и высокую энергоемкость процессов очистки, подобные технологии не обеспечивают качественной переработки образующегося илового осадка. После выгрузки его влажность составляет 98...99 %, а в осадке содержится до 60 % (иногда до 80 %) непереработанной органики, полученный субстрат длительное время находится в гелеобразном состоянии, в нем присутствует патогенная микрофлора. Такой осадок негативно воздействует на окружающую среду и не пригоден для использования в сельском хозяйстве.
Разработан и внедрен принципиально новый аэробный ферментно-кавитационный метод очистки бытовых сточных вод и обработки активного ила - осадка [7, 8]. Здесь, наряду с процессом аэробной деструкции органических веществ, происходят процессы удаления соединений азота, который в сточных водах находится в виде ионов аммония . Преобразование аммония в нитриты
осуществляется в две стадии:
А7/4 +3120-, -> NО“ + Н20 + 2Н+; М)2 +1 /202 -> N0, .
Суммарно процесс нитрификации выражается уравнением:
NH¡ + 202 -> NО3~ + Н20 + 2Н+ .
Энергоемкость процесса снижается более чем в 6 раз; реакции происходят под действием кислорода в 8... 10 раз быстрее за счет работы эжекторов (без энергозатрат). Осадок характеризуется наличием
глубоко переработанной органики, доступной корням растений, - в количестве 15... 16 %.
Г енерируемая кавитация низкой интенсивности (с числом кавитации К. < 0,05) подавляет патогенную микрофлору и
способствует развитию ферментов - наноосновы жизнедеятельности полезных микроорганизмов. По современным представлениям активный ил - это скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны густой «паутиной». Суммарная поверхность микроорганизмов достигает 100 м2 на 1 грамм сухого вещества; это объясняет огромную сорбционную способность ила.
Физико-химические показатели глубоко переработанного и высушенного илового осадка и наличие в нем в незначительных количествах тяжелых металлов сведены в таблицы 1 и 2 [8].
Таблица 1 - Физико-химические показатели илового осадка
Контролируемые показатели Значения
по НТД Фактич.
pH солевой, ед. 5,5-8,5 6,7
Влага, % <82 35
Орган, вещество, % >20 15
Азот общий, % > 1,0 2,54
Фосфор общий, % >4,0 4,2
Калий общий, % >0,3 1,25
Сера подвиж., мг/кг не норм. 1950
Медь подвиж., мг/кг не норм. 8,2
Цинк подвиж., мг/кг не норм. 35,0
Кобальт подвиж., мг/кг не норм. 0,18
Марганец подвиж., мг/кг не норм. 56,5
Уместно подчеркнуть, что:
1) некоторые тяжелые металлы, присутствующие в осадке (медь, марганец, цинк, кобальт), в несколько меньших дозах являются микроудобрениями, после внесения в почву осадка их соотношение существенно снижается;
2) наличие в осадке кадмия и никеля свидетельствует о сбросе в канализацию неочищенных промышленных отходов гальванических цехов (участков) - после кадмирования и никелирования деталей;
3) подвижные формы ряда металлов (табл. 1) легко доступны растениям и являются их стимуляторами;
4) недостаточное количество органики (15 % вместо 20 % по НТД) - это следствие несовершенства стандарта, который принимался в угоду многочисленным «производителям» некондиционированных осадков;
5) после нового метода очистки сточных вод впервые зафиксировано наличие в осадке огромного количества (около 2 г на 1 кг) подвижной серы - известного биогенного, трансформируемого в почве и доступного растениям элемента;
6) отмечено повышенное содержание в осадке азота и калия;
7) в табл. 1 не показано, но в осадке присутствует комплекс жизненно необходимых для растений микроэлементов и миллиарды микроорганизмов, активируемых ферментами.
Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в иловом осадке
Контролируемые показатели Значения
поНТД фактически
Свинец, мг/кг 1000 68,0
Кадмий, мг/кг 30 30,0
Цинк, мг/кг 4000 684,3
Медь, мг/кг 1500 137,1
Ртуть, мг/кг 15,0 0,10
Кобальт, мг/кг не норм. 6,10
Мышьяк, мг/кг 20,0 2,3
Марганец, мг/кг 2000 390,0
Никель, мг/кг 400 136,9
Фтор, мг/кг 10,0 1,20
Радий - цезий, Бк/кг не норм. 10,8
Известно [1], что в почве сера может быть представлена многочисленными сераорганическими соединениями типа НгБх. В виде органических и неорганических соединений сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом; ее содержание в растениях составляет в среднем 0,3 %. Биологическая роль серы проявляется в том, что она входит в состав аминокислот и, следовательно, белков и пептинов, витаминов, глаутатиона и др. Сульфгидрильные группы (-БН) - подлинные, но живые наночастицы - играют важную роль в структуре и каталитической активности многих ферментов. Образуя дисульфидные связи (-Б-Б-), эти группы участвуют в поддержании пространственной структуры молекул белков.
Для растений и многих микроорганизмов ионы сульфата серы
Л’<942 , наряду с фосфором и нитратами, служат важнейшим источником минерального питания. Участвуя в жизнедеятельности растений, соединения серы весьма эффективно стимулируют окислительновосстановительные реакции в клетках. Катализирующий эти реакции фермент сульфурилазд широко распространен в природе. Большая роль в круговороте серы в природе принадлежит микроорганизмам -десульфирующим бактериям и серобактериям. БН-группы органических соединений обладают реакционной способностью, участвуют в биохимических процессах и ферментативных реакциях.
Такова, вкратце, роль подвижной серы, которая стала составной частью илового осадка, полученного по новому аэробному ферментнокавитационному методу очистки сточных вод. Не случайно, что в некоторых странах, в частности США, получают распространение сернистые удобрения.
Обладая высокими адсорбционными свойствами, иловый осадок - после его внесения в почву - способен аккумулировать влагу и воздух, существенно улучшая водно-воздушный режим почвы, при этом
плодородный слой разуплотняется. Вследствие этого проявляется не имеющий аналогов эффект микромелиорации и гумификации почвы [6]. Осадок как удобрение с прекрасными агрофизическими свойствами обеспечивает высокую урожайность сельхозкультур как в сухом земледелии, так и при малообъемном (например, капельном) орошении.
Некоторые исследователи - при возделывании преимущественно технических и кормовых культур - установили, что после завершения цикла вегетации растений в почве фиксируется дефицит калия и некоторый избыток фосфора. В связи с этим, предложено совместно с осадком использовать сыпучий природный минерал глауконит (соотношение осадка и глауконита 10:1), не применяя других удобрений [3, 5].
В составе глауконита имеются кремнезем, закись и окись железа БеО, БегОз, окись алюминия АЬОз, калийное КгО и магниевое М§0 удобрения (суммарно < 17 %). Глауконит обладает способностью к поглощению влаги и катионному обмену, улучшает структуру почвы, уменьшает жесткость воды, в нем присутствуют биологически активные микроэлементы; из-за наличия калия и магния глауконит - это минеральное удобрение.
Магниевое удобрение изучено недостаточно, хотя известно, что магний активирует многие ферменты, усиливает синтез белков, углеводов, липидов и др., стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями; недостаток магния вызывает хлороз растений. В качестве удобрения используется калийно-магниевый концентрат К2О + М§0 и другие соединения.
На юге России, в том числе на «жирных» черноземах, приемлемые урожаи картофеля возможны лишь в условиях орошения и высоких доз удобрений; в последние годы для этой широкорядной пропашной культуры получает распространение ресурсосберегающее капельное орошение [4]. На черноземах Ростовской области при орошении дождеванием (средняя оросительная норма за 2 года 2470 м3/га - при глубине промачивания почвы 40 см и 80 % НВ), на фоне минеральных удобрений N12(^88,5К88,5 наибольшая урожайность картофеля (сорт не указывается) достигала 37,6 т/га [2]. Снижение глубины промачивания, даже при увеличении оросительной нормы, приводит к уменьшению урожая; без орошения урожайность составляет всего 9,0 т/га.
Наши полевые исследования проведены на бедных гумусом светло-каштановых почвах Волгоградской области: сначала для
выращивания семенного картофеля сорта «Ароза» при капельном орошении; на второй год - для получения продовольственного картофеля, с орошением. Схема исследований для семенного картофеля предусматривала 5 вариантов опытов [3, 5]: 1а - без удобрений (контроль I); 1 - с минеральными удобрениями МюоР-иК-кю (контроль II); 2 - осадок 20 т/га + 10 % глауконита (от массы осадка); 3 - осадок 40 т/га + 10 % глауконита; 4 - осадок 60 т/га + 10 % глауконита.
В условиях орошения иловый осадок и глауконит не только аккумулируют влагу из атмосферы, но и «отбирают» и длительно удерживают часть оросительной воды. Поэтому, по мере увеличения дозы осадка и глауконита, опыты предусматривали снижение оросительной нормы (см. табл. 3); в этой таблице представлены также данные по урожайности семенного картофеля по вариантам опытов.
Таблица 3 - Результаты возделывания семенного картофеля по новой технологии (с осадком и глауконитом)
Варианты опытов Урожайность, т/га Прирост урожайности, % Оросительная норма, м3/га Экономия поливной воды, %
1а 13,4 ... 2200 ...
1 20,6 ... 2200 ...
2 23,9 16,0 1900 13,6
3 35,9 74,3 1650 25,0
4 43,6 111,7 1450 34,1
Таблица 4 - Результаты возделывания продовольственного картофеля (без осадка и глауконита)
Варианты опытов Урожайность, т/га Прирост урожайности, % Оросительная норма, м3/га Экономия поливной воды, %
1 17,5 ... 2400 ...
2 22,2 26,9 2280 5
3 30,0 71,4 2160 10
4 33,3 90,3 2040 15
В таблице 3 прирост урожайности картофеля дан в сравнении с вариантом 1, характеризующимся более высокой урожайностью (за счет минеральных удобрений) относительно варианта 1а. Весьма важно, что столь существенный прирост - на 74,3 % и 111,6 % соответственно в вариантах 3 и 4 - достигнут без увеличения крупности клубней, что и требуется для семенного картофеля. Этому способствовало и снижение оросительной нормы по мере увеличения дозы вносимых осадка и глауконита.
На следующий год семенной картофель использовали по прямому назначению - высаживали на другом участке со светло-каштановой почвой, с поверхностным (по бороздам) орошением, без применения удобрений. Семенной материал по вариантам 1...4 табл. 3 высаживали на отдельных делянках. Результаты возделывания теперь уже продовольственного картофеля сведены в таблицу 4. Получен неожиданный и весьма приятный результат - урожайность существенно возрастает по вариантам предыдущего года, которые отличались количеством внесенного нетрадиционного удобрения, при некотором снижении оросительной нормы для более урожайных кустов.
На наш взгляд, достигнутый эффект можно объяснить тем, что при возделывании семенного картофеля клубни получили определенные
дозы биогенных наночастиц - микроэлементов, ионов различных веществ и, главным образом, серы и магния, а также общих (активных) форм органики и триады NPK. Произошла мутация клубней -изменилась их наследственность тем больше, чем выше концентрация осадка и глауконита. Этот феномен мы называем последействием нетрадиционных удобрений.
Очевидно, что такой эффект (как и новую технологию возделывания картофеля) необходимо всесторонне изучать и по возможности распространять на другие культуры. Но уже накопленные результаты свидетельствуют о ранее неизвестных возможностях биоземледелия при использовании по существу отходов производства, к которым до переработки относили иловый осадок, и открытии нового спектра действия давно известного природного минерала - глауконита.
Библиографический список
1. Беленький, Л.И. Сера [Текст]/ Л.И. Беленький // Большая Советская Энциклопедия. -М.: Сов. Энциклопедия, 1976. - Т. 23. - С. 273-274.
2. Евтухов, М.В. Режимы орошения картофеля и его продуктивность на черноземах Ростовской области [Текст]/ М.В. Евтухов, Г.Т. Балакай // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. статей/РосНИИПМ. -Новочеркасск, 2007. -Вып. 37. -С. 112-115.
3. Заявка №2010135190. Способ возделывания картофеля [Текст]/ В.И. Пындак, Ю.А. Степкина, А.Е. Новиков, Е.Ф. Помогаев, П.И. Кузнецов. - Заявлено 23.08.2010.
4. Овчинников, A.C. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур [Текст]/ A.C. Овчинников, М.П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2007. - №1 (5). - С. 46-49.
5. Пындак, В.И. Нетрадиционные комплексные удобрения для выращивания картофеля при капельном орошении [Текст]/ В.И. Пындак, Е.Ф. Помогаев, Ю.А. Степкина // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010. - №3. - С. 29-30.
6. Пындак, В.И. Эффект микромелиорации и гумификации при использовании в качестве удобрения илового осадка [Текст]/ В.И. Пындак, Ю.А. Степкина // Международный сельскохозяйственный журнал. -2008. -№3. - С. 56-57.
7. Пындак, В.И. Создание не имеющих аналогов станций очистки бытовых сточных вод с получением илового осадка как уникального удобрения для любых почв [Текст]/ В.И. Пындак, Ю.А. Степкина, Е.Ф. Помогаев // Достижения науки в Волгоградской области. 2004 -2009 / Администрация Волгоградской области. - Волгоград: Панорама, 2010. - С. 321-323.
8. Степкина, Ю.А. Совершенствование технологий и систем обработки осадка при очистке сточных вод, получение и апробация комплексного удобрения [Текст]: автореф. дис. ... к.т.н. / Ю.А. Степкина. - Волгоград, 2009. -23 с.
E-mail: ksuha@velpost.ru
