CC BY
21
УДК / UDC 633.24:631.524.84+631.427]:631.811.98.003.12
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ УДОБРЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ
ТИМОФЕЕВКИ ЛУГОВОЙ
ESTIMATION OF THE IMPACT OF ALTERNATIVE FERTILIZERS ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF SOIL AND THE PRODUCTIVITY OF TIMOTHY GRASS
Евдакова M.B., аспирант Evdakova M.V., Postgraduate Student E-mail: [email protected] Турин А.Г., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Gurin A.G., Doctor of Agricultural Sciences, Professor E-mail: [email protected] ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
В данной работе приведены данные о применении нетрадиционного органического удобрения на посевах тимофеевки луговой. Целью исследования было выявление реакции почвенной микрофлоры на внесение фильтрата спиртовой барды и разработка эколого-биологических основ применения нетрадиционных органических удобрений для использования на посевах многолетних трав. После внесения альтернативного удобрения, в первый год кислотность почвы в вариантах изменилась незначительно с 6,53 в контроле до 6,31 в варианте с дозой 312 кг N. На следующий год после внесения удобрения наблюдалось более существенное изменением рН. Применение нетрадиционного органического удобрения - фильтрата спиртовой барды, оказало положительное влияние на целлюлозоразрушающую активность микроорганизмов. Так, в исследовании, где изучалось действие фильтрата, неподверженного нейтрализации, на рост и урожайность тимофеевки луговой, в контрольном варианте процент разложения льняного полотна в среднем за два года исследований составил 24,4%. На исследуемых делянках с внесением удобрения в дозе 78 кг N - 26,6%. На делянке с дозой внесения фильтрата 156 кг N - 29,0%, на делянке с дозой внесения 234 кг N - 30,3% и на делянке с дозой внесения 312 кг N - 30,9%. Отмечено, что внесение фильтрата спиртовой барды в дозе 78 кг N не оказало существенного влияния на урожайность тимофеевки. Внесение барды в более высоких дозах обеспечило увеличение урожайности на 78-144%. Оптимальной дозой внесения фильтрата спиртовой барды в пересчёте на азот является N 234 кг. Увеличение доз вносимого фильтрата спиртовой барды приводит к повышению нитрата азота. Внесение N 312 кг в виде нетрадиционного органического удобрения является неприемлемой дозой, так как это ведёт к превышению ПДК по содержанию нитратного азота.
Ключевые слова: альтернативное удобрение, биологическая активность почвы, азотные удобрения, кислотность почвы, нетрадиционное органическое удобрение, фильтрат спиртовой барды, агроэкосистемы.
This paper presents data on the use of unconventional organic fertilizer on timothy grass crops. The aim of the study was to identify the reaction of soil microflora to the introduction of distillery stillage filtrate and the development of ecological and biological bases for the use of unconventional organic fertilizers for use on perennial grasses. After the introduction of alternative fertilizer, in the first year the soil acidity in the options changed slightly from 6.53 in the control to 6.31 in the option with a dose of 312 kg N. The following year, after fertilization, there was a more significant change in pH. The use of unconventional organic fertilizer -
distillery stillage filtrate, had a positive effect on the pulp-destroying activity of microorganisms. Therefore, in the study, which examined the effect of filtrate without neutralization, on the growth and yield of timothy grass, in the control option, the percentage of decomposition of the flax linen on average for two years of research was 24.4%. On the studied plots with the introduction of the fertilizer at a dose of 78 kg N it was 26.6%. On the plot with a dose of filtrate 156 kg N it was 29.0%, on the plot with a dose of 234 kg N it was 30.3% and on the plot with a dose of 312 kg N it was 30.9%. It is noted that the introduction of distillery stillage filtrate in a dose of 78 kg N did not have a significant impact on the yield of timothy grass. The introduction of bard in higher doses provided an increase in yield by 78-144%. The optimum dose of making distillery stillage filtrate in terms of nitrogen is N 234 kg. The increase of the dose of the inserted distillery stillage filtrate leads to an increased nitrate nitrogen. The introduction of N 312 kg in the form of unconventional organic fertilizer is an unacceptable dose, as this leads to an excess of MPC in nitrate nitrogen content.
Key words: alternative fertilizer, the biological activity of the soil, nitrogen fertilizers, soil acidity, unconventional organic fertilizer, the distillery stillage filtrate, agro-ecosystems.
Введение. В настоящее время из исследований, проводимых по минеральным и органическим удобрениям при выращивании сельскохозяйственных культур, можно получить достаточно обширную информацию о воздействии разных удобрений на урожай [2, 6]. Актуальным остается вопрос о применение спиртового фильтрата барды как нетрадиционное органическое удобрение.
Проведенный аналитический сбор данных об изучение данного вопроса, показал, что, несмотря на значительный объем экспериментальной информации по применению минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур, крайне недостаточно сведений об использовании спиртового фильтрата барды в качестве удобрений. Также мало целенаправленных экспериментов, выполненных в полевых условиях на разных культурах и в разных почвенно-климатических условиях. В то же время, в силу того, что уже ведутся исследования, как по применению спиртового фильтрата барды в качестве нетрадиционного органического удобрения, знания о его влиянии на урожай разных сельскохозяйственных культур и изменении почвенных условий важны не только в научном плане, но и имеют большую практическую ценность [1, 3, 4, 7, 9, 10].
Целью исследования являлась разработка эколого-биологических основ для применения нетрадиционных органических удобрений, в частности спиртового фильтрата барды, в агроэкосистемах.
Условия, материалы и методы. Для проведения данного исследования был заложен опыт с 4 кратной повторностью, размещение делянок -рендомизированное, площадь делянки 90 м2. Объектом исследования являлась многолетняя культура - тимофеевка луговая. Исследования проведены в 20172018 гг. Были применены следующие варианты:
1) Контроль (без внесения);
2) 78 кг N;
3) 156 кг N;
4) 234 кг N;
5) 312 кг N.
Дозы указаны в пересчете на количество спиртового фильтрата барды.
Биологическую активность почвы определяли аппликационным методом по разложению целлюлозы и по выделению углекислого газа (по Карпачевскому).
Сырой протеин по ГОСТу 13496.4-93, сырую золу по ГОСТу 26226-95, клетчатку по ГОСТу 13496.2-91, сырой жир по ГОСТу 29033-91.
Внесение альтернативного удобрения в виде спиртового фильтрата барды производилось в предпосевной период на специальной сельскохозяйственной технике для розлива жидких удобрений и химических средств защиты растений.
Результаты и обсуждение. Сельскохозяйственные культуры лучше развиваются при рН почвы порядка 6,0-6,5. На подкисленных и кислых почвах на 30-40% уменьшается эффективность применения минеральных удобрений, в результате возникают нежелательные последствия, такие как, увеличение потери азота, нарушение поступления элементов питания в культурные растения, в продукции интенсивно происходит накапливание тяжелых металлов и радионуклидов, происходит снижение устойчивости агроценозов к неблагоприятным условиям [5, 6].
Большинство минеральных удобрений имеют кислую реакцию среды (рН<7). К ним относятся азотные удобрения, ежегодное применение которых, особенно в повышенных дозах, как правило, приводят к подкислению почвы [6].
Как показали наши исследования в результате ежегодного внесения фильтрата спиртовой барды, которая имеет кислую реакцию среды, произошло небольшое увеличение кислотности почвы (рис. 1).
X
£1
т у
о с
А I-
О
0
1 н
о с
о
Рисунок 1 - Эффект после внесения доз нетрадиционного органического удобрения на кислотность почвы под многолетними травами
Для проведения опыта в почву вносили определенное количество фильтрата спиртовой барды под многолетние травы (тимофеевка луговая). Двухгодичное применение удобрения на одном и том же исследуемом участке приводило к более заметному изменению кислотности почвы, особенно в вариантах с повышенными дозами внесения.
После внесения альтернативного удобрения, в 2017 году кислотность почвы в вариантах изменилась незначительно с 6,53 в контроле до 6,31 в варианте с дозой 312 кг N. На следующий год после внесения удобрения наблюдалось более существенное изменением рН. Так, если в контроле рН составила 6,49, то в варианте с внесением фильтрата в дозе 78 кг N - 6,26, в варианте с внесением 156 кг N - 6,21, в варианте с внесением 234 кг N - 6,08 и наибольшее подкисление наблюдалось в варианте с внесением 312 кг N которое составило 5,95.
Биологическая активность почвы является косвенным показателем плодородия почвы. Общеизвестный факт, что накопление усваиваемых форм элементов минерального питания происходит при помощи биологической
6, 53 6, 48 6, 55 6, 65
6, 31
6, 49
6, 26 6, 21
6, 09 5 95
Контроль (без 78 кг N 156 кг N 234 кг N 312 кг N
внесения)
2017 2018
деятельности почвенных микроорганизмов. В частности, азотное питание целиком зависти от деятельности почвенной микрофлоры [2, 8].
В исследованиях, как указывалось, в вариантах с внесением альтернативного удобрения происходило некоторое увеличение кислотности почвы. Вследствие этого, было проанализировано, в какой степени внесение фильтрата спиртовой барды оказывало влияние на деятельность почвенной микрофлоры. Для характеристики биологической активности почвы, применяли показатель - скорость разложения целлюлозы. Были получены следующие результаты целлюлознообразующей активности, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты целлюлозоразрушающей активности микроорганизмов с использованием нетрадиционного органического удобрения_
Варианты Степень разложения клетчатки, % Среднее, % Отклонение к контролю, %
2017 2018
Контроль (без внесения) 20,1 28,8 24,4 100
78 кг N 23,7 29,5 26,6 106,6
156 кг N 24,8 33,2 29,0 115,8
234 кг N 25,4 35,3 30,3 122,4
312 кг N 25,8 36,1 30,9 124,7
Из данных таблицы видно, что применение нетрадиционного органического удобрения - фильтрата спиртовой барды, оказало положительное влияние на целлюлозоразрушающую активность микроорганизмов. Так, в исследовании, где изучалось действие фильтрата, неподверженного нейтрализации, на рост и урожайность тимофеевки луговой, в контрольном варианте процент разложения льняного полотна в среднем за два года исследований составил 24,4%. На исследуемых делянках с внесением удобрения в дозе: 78 кг N - 26,6%; 156 кг N -29,0%; 234 кг N - 30,3%; 312 кг N - 30,9%.
Плодородие почвы зависит от различных групп микроорганизмов. От их биохимической деятельности зависит трансформация биогенных веществ в усвояемые для растений формы [13, 16]. При исследовании биологической активности почвы было выявлено, что внесение фильтрата спиртовой барды под тимофеевку луговую оказывает благоприятное воздействие на численность грибов (рис. 2).
со" о о I
« о *
■ООО н ю С
й я -
0 . >5
1 о
1 э £
® 3 >
^ о ° о =
5 -0 Т
Контроль (без 78 кг N 156 кг N 234 кг N 312 кг N внесения)
2017 год 2018 год
Рисунок 2 - Биологическая активность почвы при внесении доз фильтрата спиртовой барды для определения численности почвенных грибов (Среда Чапека)
Так, в варианте с дозой внесения 78 кг N нетрадиционного органического удобрения численность грибов составила от 46,1 до 46,6 тыс. шт./г, в варианте с дозой внесения 156 кг N - от 47,9 до 49,8 тыс. шт./г, в варианте с дозой внесения 234 кг N удобрения численность грибов колебалась по годам от 48,7 до 51,7 тыс. шт./г и в варианте с дозой 312 кг N численность грибов составила от 49,9 до 55,3 тыс. шт./г.
В результате этого исследования, можно выдвинуть такое предположение, что использование в качестве нетрадиционного органического удобрения фильтрата спиртовой барды может оказывать стимулирующее действие на биологическую активность микроорганизмов, то есть способствует увеличению численности грибной микрофлоры.
Также при использовании альтернативного удобрения уделяли внимание бактериальной группе почвенных микроорганизмов, усваивающих органические формы азота (рис. 3).
о
■п Эх
Б х £
° с « з | &§
^ ь °
со 113
ю я Контроль (без
78 кг N
156 кг N
234 кг N
312 кг N
внесения)
2017 2018
Рисунок 3 - Биологическая активность почвы при внесении доз фильтрата спиртовой барды (на МПА) для определения численности бактерий
Численность бактерий, выделенных на МПА, зависит от дозы вносимого фильтрата спиртовой барды [11]. По итогам исследований в 2017 году на контрольной делянке, то есть без внесения удобрения, численность почвенных бактерий в одном грамме абсолютно сухой почвы составила 3,82 млн. шт. На делянке с внесением удобрения в дозе 78 кг N количество бактерий было больше и составило 4,46 млн. шт. В варианте с дозой внесения фильтрата 156 кг N бактерий было 5,84 млн. шт. На делянке с дозой внесения удобрения 234 кг N бактерий было 6,03 млн. шт. и наибольшее количество бактерий было в пятом варианте (312 кг которое составило 6,76 млн. шт. Идентичную ситуацию наблюдали и в 2018. Можно сделать вывод, что при внесении фильтрата спиртовой барды происходит увеличение численности почвенной микрофлоры и, в частности, численности грибов и бактерий.
Таким образом, при внесении альтернативного удобрения (фильтрата спиртовой барды) под сельхоз культуру (тимофеевку луговую) способствует биологической активизации деятельности почвенной микрофлоры. По результатам исследований, наибольшая биологическая активность наблюдается при внесении 234 кг N - 312 кг N фильтрата спиртовой барды, нейтрализованной аммиаком.
Основными показателями жизнедеятельности растений являются ростовые процессы. На рост растений оказывают влияние многие факторы и, в том числе, обеспеченность элементами питания, прежде всего азотом, от которого зависит линейный рост [8, 15].
При проведении исследований, пришли к такому выводу, что внесение нетрадиционного органического удобрения, в виде фильтрата спиртовой барды, оказало существенное влияние на ростовые процессы сельскохозяйственных культур (рис.4).
Контроль (без 78 кг N 156 кг N 234 кг N 312 кг N НСР05 внесения) 2017 2018 ■ Среднее за 2 года
Рисунок 4 - Влияние доз удобрения на ростовые процессы тимофеевки луговой при внесении нейтрализованного аммиаком фильтрата спиртовой барды
Высота растений тимофеевки луговой существенно отличалась в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды. За два года наблюдений в контрольной делянке высота тимофеевки луговой составила 63,1 см; в варианте с внесением 78 кг N удобрения - 73,3 см; 156 кг N фильтрата - 76,9 см; 234 и 312 кг N - соответственно 84,9 и 94,7 см. Как видно из данных, наибольшая высота растений тимофеевки луговой была в вариантах с дозой внесения 234 и 312 кг N фильтрата спиртовой барды. Такая закономерность наблюдалась во все годы проведения исследований.
Основным показателем, наиболее характеризующим отклик растений на воздействие агротехнических факторов, является урожай [12, 13]. Внесение фильтрата спиртовой барды в качестве нетрадиционного органического удобрения оказало существенное влияние на урожайность тимофеевки луговой на сено (табл. 2).
Таблица 2 - Урожайность сельскохозяйственной культуры (тимофеевки луговой) на сено
Варианты Урожай, ц/га
2017 год 2018 год в среднем % к контролю
Контроль (без внесения) 8,4 15,7 12,05 100
78 кг N 9,1 16,3 12,7 105,4
156 кг N 14,5 25,6 20,05 178,4
234 кг N 18,1 37,4 27,7 243,2
312 кг N 17,8 38,1 27,9 244,1
НСР05 1,9 2,5 2,2 -
По результатам учета урожая отмечено также, что внесение фильтрата спиртовой барды в дозе 78 кг N не оказало существенного влияния на урожайность тимофеевки. Внесение барды в более высоких дозах обеспечило увеличение урожайности 78-144%. Сравнительная оценка сена по содержанию зольных элементов показала, что количество фосфора, калия и кальция возрастало при увеличении дозы внесения фильтрата спиртовой барды (табл. 3). Так, на первый год внесения фильтрата (2017 год) в контрольном варианте содержание Р2О5 было 0,43%, в вариантах с внесением фильтрата 0,45-0,49%. На второй год внесения фильтрата (2018 год) в вариантах, где вносили нетрадиционное органическое удобрение, содержание фосфора составило 0,42-0,48%, против 0,42% в контрольном варианте. Что касается магния, закономерностей по данному элементу среди изучаемых вариантов не установлено.
Таблица 3 - Химический состав тимофеевки луговой при внесении различных доз удобрения__
Варианты % в сухом веществе
Р2О5 К2О CaO MgO NO2
2017 год
Контроль (без внесения) 0,43 1,71 0,37 0,20 0,12
78 кг N 0,45 1,89 0,39 0,19 0,17
156 кг N 0,46 2,11 0,43 0,23 0,20
234 кг N 0,48 2,17 0,46 0,21 0,22
312 кг N 0,49 2,15 0,48 0,19 0,24
2018 год
Контроль (без внесения) 0,42 1,77 0,42 0,19 0,14
78 кг N 0,44 1,99 0,45 0,21 0,16
156 кг N 0,45 2,18 0,46 0,18 0,19
234 кг N 0,46 2,15 0,45 0,22 0,21
312 кг N 0,48 2,11 0,44 0,19 0,27
Увеличение доз вносимого фильтрата спиртовой барды приводит к повышению нитрата азота. Так, в 2017 году на контрольной делянке содержание нитратов составило 0,12%; в варианте с внесением 78 кг N удобрения - 0,17%; 156 кг N - 0,20%; 234 кг N - 0,22% и в варианте с внесением 312 кг N - 0,24%. Следует заметить, что токсичным пределом содержания нитратного азота считается 0,22%. Таким образом, внесение 312 кг N нетрадиционного органического удобрения, в виде спиртового фильтрата барды, является неприемлемой дозой. На второй год внесения удобрения (2018 год) в указанном варианте содержание нитратного азота составило 0,27%.
При применении фильтрата спиртовой барды выявили, что он оказывает положительное влияние на повышение питательных веществ (табл. 4).
Таблица 4 - Выявление состава основных питательных веществ в тимофеевке луговой после внесения^ различных доз фильтрата спиртовой барды_
Варианты % в сухом вей естве
Сырой протеин Сырая клетчатка Сырая зола Сырой жир
20' 7 год
Контроль (без внесения) 11,9 22,7 7,7 2,9
78 кг N 13,7 24,0 8,5 3,0
156 кг N 16,1 26,1 8,4 3,4
234 кг N 17,4 24,7 8,8 3,7
312 кг N 17,9 24,9 8,9 3,8
20- 8 год
Контроль (без внесения) 12,5 23,3 7,7 2,4
78 кг N 13,3 23,8 8,2 2,3
156 кг N 14,8 24,1 8,4 2,7
234 кг N 14,9 24,4 8,7 3,3
312 кг N 15,1 24,4 8,8 3,4
В вариантах с внесением альтернативного удобрения увеличивается содержание сырого протеина, клетчатки, золы и жира. При этом наибольшее накопление отмечено в вариантах с внесением фильтрата барды в дозах 234 кг N и 312 кг N. Таким образом, в опыте оптимальной дозой внесения фильтрата спиртовой барды является 234 кг N.
Выводы. Ежегодное внесение высоких доз нетрадиционного органического удобрения, в виде фильтрата спиртовой барды, на одном участке увеличивает кислотность почвы. Чередование полей снижает вероятность подкисления почвы. Использование нейтрализованного аммиаком фильтрата спиртовой барды исключает возможность подкисления почвы.
Альтернативное удобрение существенно активизирует ростовые процессы сельскохозяйственной культуры (тимофеевки луговой). Наиболее эффективная доза внесения для тимофеевки луговой - 234 кг N.
Применение азотосодержащего альтернативного удобрения активизирует метаболические процессы в растениях в период закладки и формирования основных элементов продуктивности, что оказывает положительное влияние на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Видякин М.Н., Лазарева Ю.Н. Технология утилизации спиртовой барды с использованием баромембранных процессов // Хранение и переработка сельхозсырья 2007. № 6. С. 53-58.
2. Власова Т.А., Кузин E.H. Азотный режим черноземных почв под влиянием органических удобрений // Бюл. ВНИИ удобр. и агропочвовед М., 2001. № 115. С. 179-180.
3. Гурин А.Г., Резвякова C.B. Биологическая активность черноземной почвы при возделывании ячменя на фоне использования спиртовой барды // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 4 (12). С. 125-128.
4. Гурин А.Г., Резвякова C.B. Эффективность использования фильтрата спиртовой барды под многолетние травы // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 1 (9). С. 79-84.
5. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Агроэкологические аспекты применения нетрадиционных видов органических удобрений // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2006. № 8. С. 101-105.
6. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на трансформацию органического вещества дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. 2005. № 6. С. 5-10.
7. Влияние послеспиртовой мелассной барды на почву, урожайность и качество яровой пшеницы в условиях Рассказовского района Тамбовской области/ Л.В. Степанцова, В.Н. Красин, И.Н. Мацнев, Т.В. Красина, Гриднева Л.Т. // ТППП АПК. 2016. № 1 (9). С. 14-20.
8. Картамышев Н.И., Колосов Н.Я. Пожнивная сидерация на серых лесных почвах // Земледелие. 2000. № 6. С. 23.
9. Кручина-Богданов И., Сизов А., Высоцкий В. Полная переработка послеспиртовой барды - дело решённое // Индустрия напитков. № 6 (54). 2007. С. 67-69.
10. Лисицкая М.П. Брожение вокруг барды // Ликероводочное производство и виноделие. 2008. № 1 (97). С. 15-17.
11. Милюков П.А. Барда - проблема и решения // Винтэк. 2006. № 2. С. 6-8.
12. Плешкова Н.К. Влияние внесения фильтрата спиртовой барды на свойства почвы: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Орел, 2010. 28 с.
13. Семенов A.A. Изменение физических свойств дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при длительном сельскохозяйственном использовании // Преобразование почв Нечерноземья при сельскохозяйственном освоении. М, 1981. С. 89-101.
