CC BY
12ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОМПОЗИЦИЙ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ КОРЫ И ЦЕОЛИТА
О.А.Ульянова, к.б.н., ИХХТ СО РАН, КрасГАУ
В полевом опыте (2002-2004 гг.) в сосудах без дна исследовано влияние удобрительных композиций, приготовленных из коры и цеолита на процесс трансформации органического вещества в черноземе обыкновенном. Внесение удобрительных композиций в почву способствовало увеличению содержания гумуса и его подвижных форм. Тип подвижного гумуса изменился с фульватного, отмеченного на контроле, до гуматно-фульватного при дозе удобрительных композиций 150 т/га и до фульватно-гуматного — при дозе 300 т/га.
Ключевые слова: кора, цеолит, удобрительные композиции, трансформация, органическое вещество, гумус, подвижные гумусовые вещества.
Анализ основных тенденций развития сельского хозяйства в наиболее развитых странах показывает возрастающий интерес к идее биологизации, экологизации и устойчивости земледелия [8]. При этом целесообразно полнее использовать все резервы органических удобрений, различные компосты, в том числе на основе древесных и других нетоксичных отходов [4, 5]. Нами в качестве источника органического вещества для производства удобрений предлагается использовать крупнотоннажный отход деревообработки - древесную кору, запасы которой по РФ составляют 20-30 млн т в год, а используется из них не более 10 % [2, 7]. В то же время кора содержит более 85 % органических соединений, половина которых относится к легкоразлагаемым. Поэтому перспективным направлением ее использования является приготовление удобрительных композиций (УК). Для повышения качества и пролонгации действия удобрительных композиций на основе коры предлагаем вводить в состав композиций минеральное сырье - цеолит.
Цель работы - оценить влияние новых УК, приготовленных на основе осиновой коры и цеолита на содержание и состав органического вещества почвы.
Методика. Приготовление удобрительных композиций осуществляли путем измельчения осиновой коры до размера частиц 0,1-5,0 см и смешивания ее с КмРс - удобрениями (1,5 % NH и 0,25 % Рс по д.в. от массы коры) и с разным количеством цеолита по следующей схеме: 1) без внесения в нее минеральных добавок - контроль; 2) N^ (короминеральная композиция - КМК); 3) N^ + 10 % цеолита (короцеолитовая композиция - КЦК-10); 4) N^ + 20 % цеолита (короцеолитовая композиция - КЦК-20); 5) NP,. + 30 % цеолита (короцеолитовая композиция - КЦК-30). Полученные смеси компостировали в течение 5-ти месяцев. В работе по первому способу в технологическом цикле было предусмотрено компостирование смеси осиновой коры, минеральных удобрений и цеолита. Второй способ заключался в компостировании отдельно осиновой коры с минеральными удобрениями с последующей добавкой в корокомпост цеолита в тех же количествах непосредственно перед внесением в почву. Цеолитсодер-жащие руды относятся к агросырью местного значения [10], поэтому в опыте применяли цеолит Сахаптинского месторождения в Красноярском крае. Химический состав осиновой коры и цеолита определяли методом спектрального анализа, а элементный состав коры - на анализаторе «Flash EA-1112, Thermo Quest».
Полученные удобрительные композиции апробировали в полевом мелкоделяночном опыте в Красноярской лесостепи (560 с.ш.; 920 в.д.) в сосудах без дна диаметром 50 см и высотой 60 см по схеме: 1) контроль (почва без внесения УК); 2) кора осины; 3) КМК; 4) КЦК-10; 5) КЦК-20; 6) КЦК-30; 7) КМК + 10 % цеолита (Ц-10); 8) КМК + Ц-20; 9) КМК + Ц-30. Почва - чернозем обыкновенный [2]. В почве контрольного варианта содержалось 6,99 % гумуса, 0,25 % валового азота, 174 мг/кг легкогидролизуемого азота, 0,20 % валового фосфо-
Плодородие №2*2009
ра, рНн2о - 7,5. Повторность опыта четырехкратная. УК вносили в почву при закладке опыта весной в один прием в количестве 150 и 300 т/га (в расчете на 3 года исследований) перед посевом первой культуры в севообороте: кукуруза - пшеница (сорт Ветлужанка) - овес сорт (Мутант). Высокие дозы внесения УК в почву мы рассматриваем как основной источник пополнения гумуса в почве.
Трансформацию органического вещества почвы под действием внесенных УК оценивали по процессам минерализации и гумификации. Минерализацию органического вещества оценивали по продуцированию СО2 абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова. Суммарное продуцирование углерода в виде С-С02 за период наблюдений определяли методом линейного интерполирования. Для оценки процесса гумификации органического вещества, поступившего с удобрительными композициями в чернозем обыкновенный, были отобраны почвенные пробы до посева и после уборки каждой культуры в севообороте. В них определяли содержание углерода гумуса (Сгумуса) - по методу Тюрина и углерода подвижного гумуса (Спов). Определение Спов проводили из одной навески почвы последовательно: сначала водорастворимый углерод (Сн2о) методом бихроматной окисляемости, затем углерод, экстрагируемый 0,1 н щелочью (С01н №0Н и в его составе углерод гуминовых кислот - Сгк и углерод фульво-кислот - Сфк). Запасы гумуса и подвижных гумусовых соединений на единицу площади оценивали с учетом плотности сложения почвы. Плотность сложения определяли по Качин-скому. Определение содержания валовых азота, фосфора, калия проводили с использованием метода БИК - спектроскопии (аналитическая система на основе сканера №К-4250), легкогидролизуемый азот - методом Корнфилда. Количественные характеристики, полученные в результате эксперимента, были обработаны методом дисперсионного анализа.
Результаты и их обсуждение. Внесенные в чернозем обыкновенный кора осины, КМК и КЦК сразу же вовлекаются в процессы минерализации и гумификации. Известно [3], что интенсивность выделения СО2 из почвы является показателем скорости разложения органического вещества в ней. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о минимальном продуцировании СО2 на контроле и о максимальных значениях этого показателя из удобренной почвы в первый год наблюдения, что обусловлено высоким содержанием легкогидролизуемых соединений в УК в этот период. В дальнейшем, по мере их расходования было обнаружено снижение эмиссии углекислого газа в 1,7-2,2 раза в зависимости от варианта опыта.
Значительное снижение продуцирования С-СО2 во второй и третий года исследований может быть связано и с массой корневой системы выращиваемых растений [8]. Наибольшее количество углекислого газа выделяют корни кукурузы (именно эта культура была первой в севообороте), а меньше всего корни зерновых культур. При применении УК, приготовленных 1-м способом, выделилось углекислого газа из почвы меньше. Интенсивность продуцирования углекислоты зависит также от количества поступившего органического вещества с УК: чем выше доза УК в почву, тем больше продуцируется углекислого газа.
Наряду с минерализацией поступившего в почву органического вещества УК протекает процесс гумификации и происходит достоверное накопление гумуса. Исследуемая почва характеризуется высоким уровнем содержания (4270 мг С/100 г) углерода гумуса (табл. 1). Внесение в чернозем обыкновенный короцеолитовых удобрений приводит к улучшению гу-мусного состояния почвы: содержание углерода гумуса при этом повышается с высокого до очень высокого уровня. Вне-
23
This document was created using
Solid Converter PDF
сенные в почву в количестве 150 т/га кора, короцеолитовые удобрения, приготовленные любым способом, вовлекаются в процесс гумификации и способствуют достоверному повышению (в 1,2 раза) содержания Сгумуса по сравнению с контролем. При этом обнаружено низкое варьирование этого показателя (9-12 %). Содержание Сгумуса в почве, удобренной двойной дозой КЦК-20 и КЦК-30 возросло в 1,3 раза, осиновой корой - в 1,4 раза, КЦК-10, КМК, КМК+Ц-10, КМК+Ц-20, КМК+Ц-30 - в 1,5 раза, что обусловлено составом УК.
1. Статистические параметры содержания углерода гумуса и подвижных гумусовых веществ в черноземе обыкновенном (2002-2004 гг.), мг/100 г
№ вар. С ^-гумуса Сп ов
Удобрение, т/га Сн2о С 0,1 HNaOH
M m V, % M m V, % M m V, %
1 Контроль 4270 164 13 38 4 36 444 29 23
2 Кора, 150 4900 164 11 44 3 20 660 25 13
3 КМК, 150 4960 189 13 46 3 29 756 23 11
4 КЦК-10, 150 5266 167 11 44 4 32 702 32 16
5 КЦК-20, 150 4955 149 10 42 4 31 679 27 14
6 КЦК-30, 150 4807 193 14 43 4 35 615 27 15
7 КМК+Ц-10, 150 5162 179 12 49 2 16 725 39 19
8 КМК+Ц-20, 150 5013 132 9 54 2 15 748 30 16
9 КМК+Ц-30, 150 5054 172 12 54 3 19 705 32 13
10 Кора, 300 5830 263 15 50 4 30 931 35 10
11 КМК, 300 6250 343 18 56 5 34 1121 31 13
12 КЦК-10, 300 6197 220 12 54 5 31 1062 40 13
13 КЦК-20, 300 5724 275 17 51 4 27 928 22 8
14 КЦК-30, 300 5490 223 14 49 4 29 779 30 13
15 КМК+Ц-10, 300 6389 232 13 60 3 15 1069 26 8
16 КМК+Ц-20, 300 6491 179 10 61 3 15 1043 29 10
17 КМК+Ц-30, 300 6248 165 9 64 4 19 1048 32 11
Минимальное содержание подвижного гумуса выявлено на контроле, что составляет 11 % от запасов гумуса. Применение короцеолитовых удобрений способствует достоверному накоплению в почве этой формы органического вещества. Применение УК в количестве 150 т/га приводит к накоплению Спов в почве за трехлетний период наблюдений до 14-16 % от запасов гумуса. При двойной дозе этих удобрений доля Спов возрастает до 15-19 % от Сгумуса. Образующееся в период 2002-2004 гг. в процессе трансформации осиновой коры и КМК подвижное органическое вещество минерализовалось. Значительная часть Спов в почве, содержащей КЦК -10, также минерализовалась, но 250 мг С/100 г все-таки закрепилось в почве в составе стабильного гумуса (ССТаб). В почве, содержащей КМК+Ц-10 и КМК+Ц-30 (150 т/га) закрепилось в форме Сстаб 118 и 25 мг С/100 г соответственно. Двойная доза всех УК способствует возмещению «сработанных» в почве подвижных форм органического вещества и накоплению стабильных соединений.
В составе подвижного органического вещества преобладают соединения, экстрагируемые 0,1 н щелочью (92-95 % от Спов). В меньшем количестве образовываются водорастворимые продукты трансформации (5-8 %). Среднестатистическое количество углерода водорастворимых соединений в контрольном варианте составляет 38 ± 4 мг С/100 г (табл. 2). Коэффициент вариации - 36 %, что по оценкам [6] свидетельствует о средней изменчивости этого параметра. Внесение в почву 150 т/га УК способствует повышению содержания Сн2о в 1,1-1,4 раза по сравнению с контрольным вариантом, ошибка средних значений по вариантам опыта варьирует в пределах 2-4 мг С/100 г. Коэффициент вариации изменяется от низких до средних значений (15-35 %). Удвоение дозы УК приводит к достоверному повышению данного показателя.
Таким образом, статистически значимому накоплению содержания углерода водорастворимых соединений в среднем за три года исследования в почве способствуют короцеолито-вые удобрения, приготовленные вторым способом (КМК+Ц-10, КМК+Ц-20, КМК+Ц-30), и все остальные исследуемые УК, но только при двойной дозе внесения.
Содержание углерода, экстрагируемого из чернозема обыкновенного 0,1 н NaOH, было менее изменчиво, чем Сн2о.
Почва контрольного варианта имеет минимальное значение данного показателя и среднее варьирование параметра. Внесение 150 т/га КЦК-30, КЦК-20 и осиновой коры в почву приводит к увеличению среднестатистического значения этого показателя в 1,4-1,5 раза. Значения коэффициента вариации низкие. Внесение в чернозем обыкновенный в таком же количестве КМК, КЦК-10, КМК+Ц-10, КМК+Ц-20, КМК+Ц-30 достоверно повышает содержание С 0д н ыаон в 1,6-1,7 раза. Коэффициенты вариации соответствуют низкой степени варьирования. Применение двойной дозы КЦК-30, КЦК-20 и осиновой коры в почву приводит к повышению содержания углерода, экстрагируемого 0,1 н ЫаОН, в 1,8-2,1 раза, а внесение в почву такого же количества КМК, КЦК-10, КМК+Ц-10, КМК+Ц-20, КМК+Ц-30 увеличивает достоверно этот показатель в 2,3-2,5 раза. Доля соединений углерода, экстрагируемых 0,1 н щелочью, в составе Сгумуса в удобренных вариантах составляет 13-18 %, а доля водорастворимых соединений - около 1 %.
Применение УК в почву содействует и увеличению количества гуминовых кислот в черноземе обыкновенном, что приводит к повышению отношения Сгк:Сфк относительно контрольного варианта. В процессе трансформации УК в почве изменяется тип подвижного гумуса с фульватного (в контроле), до гуматно-фульватного в почве, удобренной в количестве 150 т/га, и до фульватно-гуматного в почве с двойной дозой их внесения.
Внесение высоких доз УК способствует увеличению запасов углерода гумуса в почве. В составе Сгумуса чернозема обыкновенного преобладают соединения, составляющие фонд стабильного гумуса: 84-89 % при одинарной дозе УК и 81-85 % при двойной дозе. При этом следует отметить повышение до 11-19 % доли подвижных органических соединений в составе гумуса.
Урожайность кукурузы возросла во всех вариантах опыта относительно контроля по мере увеличения доз УК в почву (табл. 3). Исключение составляют варианты с применением коры в любых дозах, где урожайность кукурузы была значительно ниже контроля, что вероятно связано с процессами иммобилизации азота [3]. В этих вариантах азот использовался микроорганизмами, по-видимому, для разложения коры, а не для питания выращиваемых растений. Эффективность УК была неодинаковой во все годы наблюдений и определялась в значительной степени погодными условиями. Наибольшую эффективность УК проявляют в первый год применения. Внесение 150 т/га УК в почву приводит к достоверному повышению надземной фитомассы кукурузы в 3,6-5,7 раз по сравнению с контролем. Удвоение дозы УК способствует статистически значимому увеличению урожайности кукурузы в 5,6-9,5 раз.
2. Запасы углерода в органическом веществе чернозема обыкновенного в слое 0-20 см, т С/га (2002-2004 гг.)
Плотность С ^-гумуса Спов
№вар. сложения почвы, г/см3 (Спов + Сстаб ) Сн2о С 0,1 н NaOH всего Сстаб
1 0,98 83,6 0,73 8,70 9,43 74,2
2 0,84 82,3 0,74 11,1 11,8 70,5
3 0,88 87,3 0,81 13,3 14,1 73,2
4 0,86 90,6 0,76 12,1 12,9 77,7
5 0,92 91,2 0,77 12,5 13,3 77,9
6 0,91 87,5 0,78 11,2 13,0 74,5
7 0,90 93,0 0,88 13,1 14,0 79,0
8 0,89 89,2 0,96 13,3 14,3 74,9
9 0,89 90,0 0,96 12,5 13,5 76,5
10 0,76 88,6 0,76 14,1 14,9 73,7
11 0,72 90,1 0,81 16,1 17,0 73,1
12 0,80 99,1 0,86 17,0 17,9 81,2
13 0,84 96,2 0,86 15,6 16,5 79,7
14 0,83 91,1 0,81 12,9 13,7 77,4
15 0,76 97,1 0,91 16,2 17,1 80,0
16 0,79 102,6 0,96 16,5 17,5 85,1
17 0,85 106,2 1,09 17,8 18,9 87,3
24
This document was created using
Плодородие №2*2009
Solid □onverterPDF
Высокая эффективность УК связана с их положительным влиянием на ряд показателей плодородия почвы: уменьшается плотность сложения почвы, повышаются запасы гумуса, улучшаются водно-физические свойства, происходит накопление легкогидролизуемого азота. Высокому урожаю кукурузы способствовало высокое содержание элементов минерального питания в УК и благоприятные метеорологические условия в первый год исследования (растения не испытывали недостатка влаги). При прямом действии УК наиболее эффективной является КЦК-10. Цеолитовая составляющая УК, по-видимому, стабилизирует приобретаемые свойства компостированной осиновой коры. Известно, что доступные формы питательных веществ обладают высокой подвижностью. Цеолит же, сорбируя питательные вещества, предохраняет их от вымывания и способствует формированию большего урожая кукурузы.
3. Влияние удобрительных композиций на количество надземной фитомассы различных культур (1 — г/сосуд, 2 — прибавка, в % к контролю)
№ар. Кукуруза Пшеница Овес
1 2 1 2 1 2
1 9б 43 54 -
2 2 - 43 - 49 -
3 420 338 б7 5б б4 19
4 544 4б7 б8 58 5б 4
5 539 4б1 б1 42 б5 20
б 345 259 50 1б 44 -
7 488 408 47 9 42 -
8 47б 39б 42 - 40 -
9 541 4б4 43 - 41 -
10 4 - 1б - 40 -
11 8б 1 801 51 19 54 -
12 908 84б 5б 30 б4 19
13 б10 535 45 5 б0 11
14 53б 458 44 2 7б 41
15 703 б32 50 1б 43 -
1б 773 705 49 14 55 2
17 90б 844 51 19 52 -
НСР05 89 - 23 - 37 -
В последействии УК (второй год исследования) получены достоверные прибавки надземной фитомассы пшеницы только в вариантах: П+КЦК-10, 150 т/га (на 58 %) и П+КМК, 150
т/га (56 %). В почве, удобренной 150 т/га КЦК-20, КЦК-30, КМК+Ц-10 и в вариантах с двойной дозой внесения всех УК выявлена тенденция роста урожая пшеницы, но на статистически незначимую величину. В варианте с корой в дозе 150 т/га в последействии получен урожай зерновых культур на уровне контроля, что обусловлено произошедшей трансформацией исходной коры. В третий год наблюдений (второй год последействия УК) обнаружена только тенденция увеличения надземной фитомассы овса под действием УК, приготовленных первым способом. Лимитирующим фактором получения более высоких прибавок урожая пшеницы и овса является недостаток влаги в начальные фазы развития зерновых культур.
За период наблюдений (2002-2004 гг.) урожайность трех культур в большей степени определялась погодными условиями и составом применяемой УК. Оптимальной для выращивания исследованных культур следует считать КЦК-10. Удобрение этого состава может быть рекомендовано для использования в сельском хозяйстве.
Литература
1. Бугаков П.С., Чупрова В.В. Агрономическая характеристика почв земледельческой зоны Красноярского края: Учеб. Пособие. Красноярск: Изд-во КрасГАУ. 1995. - 176 с. 2. Варфоломеев Л.А. Приготовление промышленных компостов на основе твердых отходов деревообработки /Обзор. инф. М.: ВНИИТЭИАгропром. 1992. -52 с. 3. Макаров Б.Н. Дыхание почвы и роль этого процесса в углеродном питании растений // Агрохимия. 1993. №8. - С.94-106. 4. Мерзлая Г.Е. Использование органических отходов в сельском хозяйстве. Российский химический журнал (Ж.Рос. хим. Об-ва им. Д.И. Менделеева). 2005. №3. - С.48-54. 5. Мерзлая Г.Е., Шевцова Л.К. Гумус и органические удобрения как основа плодородия // Плодородие. 2006. N°5. -С.27-29. 6. Савич В.М. Варьирование свойств почв во времени и пространстве // Доклады ТСХА.1971. Вып. 162. - С. 111-113. 7. Садовни-кова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. Учеб. пособие. М.: Высш. шк. 2006.- 334 с. 8. Тихонович И.А., Круглов Ю.В. Микробиологические аспекты плодородия почвы и проблемы устойчивого земледелия //Плодородие. 2006. N°5. - С.9-12. 9. Шилова Е.И. К вопросу о происхождении углекислоты почвенного воздуха и влиянии корней растений на химические свойства почвы // Почвоведе-ние.1967. N°5. - С.97. 10. Яковлев Е.Н., Нагорнова Л.М., Завойская О.А., Булычева Г.П. Цеолитсодержащие породы - почвоулучшители сорбционного типа // Агрохимия. 1990. N° 6. - С.68-75.
EFFECT OF NEW COMPOUND FERTILIZERS PREPARED FROM BARK AND ZEOLITE ON THE TRANSFORMATION OF ORGANIC MATTER OF SOIL
O.A. Ul'yanova, ICCT SD RAS, Krasnoyarsk SAU
Summary. Effect of new compound fertilizers prepared from bark and zeolite on the transformation of organic matter of chernozem was studied in a field pot experiment in 2002-2004. The application of compound fertilizers increased the content of soil humus and mobile humus. The type of mobile humus changed from fulvate in the control to humate-fulvate at a fertilizer rate of 150 t/ha and fulvate-humate at a rate of 300 t/ha.
Key words: bark, zeolite, compound fertilizers, transformation, organic matter, humus, mobile humus.
Плодородие №2*2009
25
This document was created using
Solid Converter PDF
