CC BY
76
УДК 631.831+631.879
УТИЛИЗАЦИЯ ЗОЛЫ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Т.Ю. Бортник, к.с.-х.н., О.Г. Долговых, к.пед.н., Е.В. Лекомцева, к.с.-х.н., А С. Башков, д.с.-х.н.
Ижевская государственная сельскохозяйственная академия; e-mail: agrohim@izhgsha.ru
В 2013-2017 гг. на дерново-подзолистых почвах Удмуртской Республики были проведены полевые опыты по изучению эффективности использования золы льняной костры, птичьего помета и отходов древесины в качестве удобрения сельскохозяйственных культур. Схемы опытов включали варианты с различными дозами золы (по фосфору Р30-90) и с внесением смеси односторонних минеральных удобрений в аналогичных дозах. Выявлено существенное положительное влияние золы на урожайность картофеля; в среднем за три года оказалась эффективной доза внесения Р30-60; получены существенные прибавки урожайности 3,6-3,9 т/га относительно контроля. Действие золы не уступает эффективности смеси минеральных удобрений. Лен-долгунец показал высокую отзывчивость на внесение золы, особенно на фоне некорневой подкормки карбамидом в дозе N40; достоверные прибавки урожайности соломы составили 1,09-1,45 т/га. Получено существенное увеличение содержания элементов питания в соломе и семенах льна, а также возрос их вынос с урожаем. Нормативные показатели выноса находились в значительной связи с применением удобрений и составили: N 29,4-46,4 кг/т; Р2О5 12,6-17,6 и К2О 19,9-24,0 кг/т соломы. Выявлено существенное последействие золы на урожайность клевера лугового 1 и 2 года пользования. Эффективность золы органосодержащих отходов с учетом ее последействия выразилась в достоверном увеличении продуктивности культур севооборота в среднем за год на 0,28-0,44 т зерн.ед/га.
Ключевые слова: утилизация органосодержащих отходов, энергосбережение, зола, дерново-подзолистая почва, севооборот, картофель, лен-долгунец, урожайность.
UTILIZATION THE ASH OF ORGAN-CONTAINING WASTE IN AGRICULTURAL PRODUCTION
Ph.D. T.Yu. Bortnik, Ph.D. O.G. Dolgovykh, Ph.D. E.V. Lekomtseva, Dr.Sci. A.S. Bashkov
Izhevsk State Agricultural Academy, e-mail: agrohim@izhgsha.ru
Field experiments on the study of the efficiency of ash utilization of organ-containing wastes as a fertilizer for crops were conducted on soddy-podzolic soils of the Udmurt Republic in 2013-2017. The object of research was the ashes offlax sheave, bird litters and wood waste. Schemes of experiments included variants with different doses of ash (according to phosphorus P30-90) and with the introduction of a mixture of unilateral mineral fertilizers in similar doses. A significant positive effect of ash on potato yield is revealed. On average, for three years, the use of ashes for potatoes was effective at doses P30-60. Substantial addition yields increase 3.6-3.9 t/ha with respect to control were obtained. The effect of ash is not inferior to the effectiveness of a mixture of mineral fertilizers. Long-stalked flax showed high responsiveness to the ash applying, especially against the background offoliage spraying with carbamide in a dose of N40. Reliable increases in the yield of straw were 1.09-1.45 t/ha. A significant increase in the nutrients content in straw and flax seeds was obtained, and their removal increased with harvest. The statutory indicators of removal were in considerable connection with the use of fertilizers and amounted to: N 29.4-46.4 kg/t; P2O5 12.6-17.6 and K2O 19.9-24.0 kg/t of straw. A significant aftereffect of ash on the yield of clover meadow 1 and 2 years of use was revealed. The efficiency of the ash of organ-containing waste, taking into account its aftereffect, was expressed in a reliable increase in the crops productivity of crop rotation on average by 0.28-0.44 tons of grain units per hectare.
Keywords: utilization of organ-containing waste, energy saving, ash, soddy-podzolic soil, crop rotation, potatoes, long-stalked flax, yields.
Проблема утилизации органосодержащих отходов одна из актуальных в современных условиях. Разработан ряд технологий для ее решения, однако все они в той или иной мере оказывают существенное негативное влияние на окружающую среду [1, 2]. За рубежом довольно широко распространена техноло-
гия прямого сжигания, выбросы которой загрязняют атмосферу; кроме того при этом происходят безвозвратные потери биофильных элементов. Однако прямое сжигание возможно реализовать в том случае, если невозможен другой более эффективный способ утилизации [3]. Многие органосодержащие
отходы используют как биотопливо и получают при этом тепловую и электрическую энергию. Современные системы сжигания биомассы обеспечивают низкие уровни выброса СО, N02 и общего органического углерода. В связи с увеличением использования органосодержащих отходов в качестве топлива возрастает количество золы и возникает вопрос о необходимости ее использования [3].
В России льнозаводы в процессе производства продукции из льна накапливают большое количество отходов в виде костры, одно предприятие льнопереработки получает до 10000 т костры в год. Существует два способа ее утилизации: превращение в компост и вывоз на поля, либо использование в местной котельной в качестве биотоплива, с последующей утилизацией золы для внесения в почву. При этом важно замкнуть технологическую цепочку и использовать энергию, выделяемую при сжигании, на нужды предприятия. В то же время при использовании золы в качестве удобрения происходит возврат элементов питания в почву. Различные виды золы содержат полный набор зольных элементов питания, среди которых преобладают калий, кальций и фосфор, кроме того зола имеет щелочную реакцию и проявляет высокую эффективность на кислых почвах [4-7]. В связи с высокой ценой на минеральные удобрения применение золы в качестве удобрения становится актуальным.
Цель исследования - изучить эффективность применения золы органосодержащих отходов в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах.
Объекты, методы и условия исследований. Зола органосодержащих отходов (льняной костры, птичьего помета и отходов древесины) была получена в установке для сжигания биомассы, разработанной и сконструированной ООО «Энергоремонт» (г. Глазов, Удмуртская Республика). Химический состав различных видов золы представлен в таблице 1. Анализ золы птичьего помета (ПП) проведен в лаборатории ОАО «Агрохимцентр «Удмуртский»; золу отходов древесины (ОД) и льняной костры (ЛК) анализировали в лаборатории агрономического факультета ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА.
Представленные виды золы рассматривались как источники поступления в почву фосфора и калия, так как эти элементы содержатся в наибольшем количестве. Поэтому для расчета доз внесения за основу было взято содержание фосфора. Незначительное количество азота в составе золы птичье-
го помета связано с неполнотой сгорания биомассы. Это количество было учтено при расчетах доз смеси односторонних минеральных удобрений, варианты с которыми были введены в схемы опытов для сравнения с золой.
В 2013-2015 гг. проведены три однолетних микрополевых опыта с картофелем на дерново-подзолистых почвах Завьяловского района Удмуртской Республики. В опытах использована зола льняной костры. Схема опыта включала следующие варианты: 1. Без удобрений (контроль), 2. Зола (Рзо), 3. Зола (Рее), 4. Зола (Р90), 5. Р30К22, 6. Р60К44, 7. Р90К66.
Варианты РК - это смесь суперфосфата гранулированного и хлористого калия, дозы которых были аналогичны вариантам с внесением золы. По-вторность опыта пятикратная; учетная площадь делянки 2,1 м2. Расположение вариантов в повторениях рендомизированное. Учет урожая сплошной.
В 2013 г. на дерново-подзолистых почвах АО «Учхоз «Июльское» Ижевской ГСХА» был заложен стационарный полевой опыт по изучению эффективности использования золы в севообороте с целью выявления ее последействия. Использовали смесь золы отходов древесины (ОД) и птичьего помета (ПП) в разных соотношениях. Соотношения 0,5:1 и 1:1 были предложены для изучения заказчиком - ООО «Энергоремонт» в зависимости от количества отходов, накапливающихся в Глазовском районе Удмуртской Республики. Схема опыта: 1. Без удобрений (контроль); 2. Зола (Р30) ОД:ПП 0,5:1; в физической массе 1,03 т/га; 3. Зола (Р30) ОД:ПП 1:1; в физической массе 1,07 т/га; 4. Зола (Р60) ОД:ПП 0,5:1; в физической массе 2,06 т/га; 5. Зола (Р60) ОД:ПП 1:1; в физической массе 2,14 т/га; 6. Зола (Р90) ОД:ПП 0,5:1; в физической массе 3,09 т/га; 7. Зола (Р90) ОД:ПП 1:1; в физической массе 3,21 т/га; 8. №Р30К99, 9. №Р60Кш, 10. N<^296. В вариантах 8-10 добавлен азот в виде аммиачной селитры, так как в золе этот элемент содержится в небольшом количестве.
Исследования 2014-2017 гг. проводили в севообороте: лен-долгунец - яровая пшеница с подсевом клевера - клевер 1 года пользования - клевер 2 года пользования. Полевой опыт заложен в 2013 г. (зола и смесь минеральных удобрений внесены осенью после уборки предшествующей культуры-ячменя); на льне изучали прямое действие удобрений, а последующие культуры возделывали по последействию. Опыт заложен в четырехкратной
1. Химический состав золы органосодержащих отходов
Вид золы рИкс1 N Р2О5 К2О СаО М^О
%
Зола птичьего помета (ПП) 12,9 0,36 3,13 11,8 17,1 4,95
Зола отходов древесины (ОД) 8,2 - 2,50 6,48 29,8 1,80
Зола льняной костры (ЛК) 11,9 - 8,53 6,14 40,2 3,09
2. Агрохимическая характеристика дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почвы __перед закладкой опытов (Апах.)___
Место проведения исследований, год закладки Гумус, % pHkci S Нг V, % Р2О5 К2О
ммоль-экв/100 г почвы по Кирсанову, мг/кг почвы
Завьяловский р-н, 2013 г. 1,89 5,70 10,2 1,22 90 435 420
Завьяловский р-н, 2014 г. 1,91 6,50 8,40 0,70 92 425 421
Завьяловский р-н, 2015 г. 1,87 5,23 19,9 1,87 91 352 126
Боткинский р-н, 2013 г. 1,63 4,82 9,12 3,84 70 128 102
повторности, в два яруса, расположение вариантов рендомизированное; площадь учетной делянки 14 м2. Учет урожая сплошной. Почвы опытных участков дерново-среднепод-золистые среднесу-глинистые. Три однолетних опыта с картофелем проведены в Завьяловском районе и полевой стационарный опыт в севообороте в Воткинском районе. В опытах с картофелем почвы имели реакцию близкую к нейтральной, низкое содержание гумуса, очень высокое содержание подвижного фосфора и обменного калия (за исключением 2015 г., где обеспеченность обменным калием была повышенная). В стационарном опыте, где эффективность золы изучали в севообороте, почва перед закладкой была среднекислой, с низким содержанием гумуса; обеспеченность подвижным фосфором повышенная, обменным калием - средняя (табл. 2).
Результаты и обсуждение. Картофель предъявляет повышенные требования к калийному питанию, поэтому применение золы органосодержащих отходов под эту культуру может стать эффективным приемом. Согласно ранее проведенным исследованиям [4] положительные результаты были получены на почвах легкого гранулометрического состава, но обобщение большого количества полевых и производственных опытов показало, что действие золы на урожайность картофеля зависит также от доз и способа внесения (рисунок).
В 2013-2014 гг. в первой половине вегетации растения испытывали острый недостаток влаги при высоких температурах, при этом внесенная перед посадкой картофеля зола растворялась плохо, что не
могло не сказаться на усвоении элементов питания из нее и на формировании урожайности клубней. Относительно благоприятно сложились условия выращивания картофеля в 2015 г. Однако во все годы даже на среднесуглинистых почвах с высокой обеспеченностью доступными формами фосфора и калия выявлено достоверное положительное влияние золы льняной костры на урожайность клубней. В среднем за три года применение золы под картофель оказалось эффективным при дозах Р30-60; получены существенные прибавки 3,6-3,9 т/га при НСР05 2,6 т/га, увеличение дозы до Р90 не повышало урожайность. В целом применение золы льняной костры в качестве удобрения картофеля по эффективности не уступало минеральным удобрениям и положительно влияло на урожай клубней. При возделывании льна логично предположить, что энергию, получаемую при сжигании льняной костры на льнозаводах, можно использовать для производства продукции из льна, а золу - в качестве удобрения льна-долгунца. Лен-долгунец - культура, широко возделываемая в Удмуртской Республике [7], но в связи со слаборазвитой корневой системой очень требователен к питанию [8-11]. Таким образом, зола органосодержащих отходов может стать ценным источником элементов питания для растений льна. Поэтому использовали смесь золы птичьего помета и отходов древесины, которая была внесена с осени 2013 г.; в этот же срок внесли и фосфорно-калийные удобрения. Кроме того в опыте была предусмотрена некорневая подкормка карбамидом в фазе «елочки» в дозе N40 путем расщепления де-
25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0
16,3
19,9 2°'2 18,7 18,7 18,9
I I I Г"
~I Г"
r у у у у4 ^ у" у у у у у у
□ Урожайнос ть клубней, т/га
Влияние золы льняной костры на урожайность картофеля (2013-2015 гг.)
3. Влияние золы органосодержащих отходов на урожайность соломы и семян льна-долгунца _ (АО «Учхоз «Июльское» ИжГСХА», 2014 г.)_
Вариант (фактор А) Урожайность соломы, т/га Урожайность семян, ц/га
без подкормки N40 (фактор В) среднее по фактору А без подкормки N40 (фактор В) среднее по фактору А
Без удобрений (контроль) 0,93 1,30 1,1 1,0 1,3 1,1
Зола (Р30) ОД:ПП = 0,5:1 1,06 1,60 1,3 1,3 1,6 1,4
Зола (Р30) ОД:ПП = 1:1 1,22 2,75 1,9 1,0 1,4 1,2
Зола (Р60) ОД:ПП = 0,5:1 1,62 2,39 2,0 1,5 1,0 1,2
Зола (Р60) ОД:ПП = 1:1 1,29 2,75 2,0 1,3 1,5 1,4
Зола (Р90) ОД:ПП = 0,5:1 1,62 2,39 2,0 1,2 1,5 1,3
Зола (Р90) ОД:ПП = 1:1 1,36 1,39 1,3 1,0 1,2 1,1
№Р30К99 1,32 1,48 1,4 1,2 1,0 1,1
N^60^98 1,25 1,88 1,5 1,2 1,6 1,4
N^90^97 1,13 1,45 1,2 1,0 1,1 1,0
Среднее по фактору В 1,28 1,93 1,2 1,3
НСР05 по фактору А 0,69 0,2
НСР05 по фактору В 0,48 0,2
НСР05 по фактору А 0,48 0,1
НСР05 по фактору В 0,15 0,1
Примечание: ОД - отходы древесины; ПП - птичий помет.
лянок. Опыт можно рассматривать как двухфак-торный, где фактор А - дозы золы и минеральных удобрений; фактор В - подкормка карбамидом.
Начало вегетационного периода 2014 г. было жарким и засушливым; в мае выпадение осадков составило 41% от нормы, а температура на 4,2°С превысила среднемноголетний показатель. Последующее выпадение осадков в июне и июле соответственно 159 и 137% по отношению к среднемного-летнему показателю способствовало эффективному усвоению элементов питания. Применение азотной подкормки (фактор В) существенно повысило урожайность соломы льна в среднем на 0,65 т/га и семян - на 0,1 т/га (табл. 3). Повышение урожайности соломы под влиянием азота обусловлено достоверным увеличением общей и технической длины растений - в среднем по фактору В соответственно на 7,7 и 3,6 см относительно контроля. На фоне азотной подкормки ярко проявилась и эффективность золы: во всех вариантах с ее использованием (за исключением варианта 2) получены достоверные прибавки урожайности соломы - 1,09-1,45 т/га. При этом не выявлены существенные различия между вариантами с разным соотношением видов золы. Эффективность смеси минеральных удобрений проявилась лишь на уровне тенденции увеличения урожайности. Не выявлена закономерная связь урожайности семян с применением удобрений.
Результаты анализа семян льна на содержание жира методом обезжиренного остатка показали, что оно колеблется в пределах 36,4-43,7% и не зависит от внесенных удобрений. В то же время содержание элементов питания в продукции льна существенно изменялось. Так, содержание азота в соломе под влиянием азотной подкормки возросло в среднем на 0,11% при НСР05 главных эффектов
по фактору В = 0,04%. В семенах этот показатель увеличился в среднем на 0,13% при НСР05 главных эффектов по фактору В = 0,06%. От внесения различных доз фосфора и калия в составе золы или минеральных удобрений содержание азота в продукции льна не претерпевало изменений. Однако выявлены существенные изменения содержания фосфора и калия, как в соломе, так и в семенах льна. Среднее содержание фосфора в соломе составило 0,31% без азотной подкормки и 0,41% с подкормкой; в семенах соответственно 1,31 и 1,35%. Таким образом, опрыскивание растений раствором карбамида в дозе N40 способствовало более интенсивному усвоению фосфора. Применение различных доз фосфора и калия в составе золы и минеральных удобрений увеличивало содержание фосфора в соломе на 0,17%, в семенах - на 0,07-0,27%.
Такие же закономерности выражены и по содержанию калия. Так, содержание калия в соломе в среднем составило 1,51% без подкормки и 1,63% с подкормкой; в семенах соответственно 0,85 и 0,90%. Существенно возросло содержание калия в соломе и семенах также в зависимости от применения золы и смеси минеральных удобрений практически во всех вариантах. Достоверное увеличение относительно контроля в соломе составило 0,180,29% и 0,10-0,27% в семенах.
Полученные данные позволили рассчитать показатели выноса элементов питания с урожайностью льна-долгунца. Так, средний вынос азота составил 48,8 кг/га без азотной подкормки и 60,1 кг/га с применением N40; Р2О5 соответственно - 18,8 и 25,0 кг/га; К2О - 27,5 и 40,9 кг/га. Возрастал вынос и при различных дозах золы и смеси минеральных удобрений относительно контроля. Показатели выноса элементов питания в кг/т соломы с соответствующим
4. Влияние золы органосодержащих отходов на продуктивность культур севооборота,
зерн.ед/га ( АО «Учхоз «Июльское» ИжГСХА»)
Вариант Лен-долгунец (2014 г.) Яровая пшеница (2015 г.) Клевер 1 г.п. (2016 г.) Клевер 2 г.п. (2017 г.) Средняя продуктивность в год
т зерн.ед/га ± к контролю
Без удобрений (контроль) 0,75 1,31 2,71 2,29 1,58 -
Зола (Р30) ОД:ПП = 0,5:1 0,92 1,40 2,99 2,93 1,86 0,28
Зола (Р30) ОД:ПП = 1:1 0,95 1,45 3,05 2,90 1,89 0,31
Зола (Р60) ОД:ПП = 0,5:1 1,14 1,40 3,21 2,91 1,97 0,39
Зола (Р60) ОД:ПП = 1:1 1,38 1,38 3,18 3,13 2,01 0,43
Зола (Р90) ОД:ПП = 0,5:1 1,23 1,48 3,26 3,00 2,00 0,42
Зола (Р90) ОД:ПП = 1:1 1,18 1,39 3,28 3,35 2,02 0,44
№Р30Кда 0,77 1,41 2,92 2,48 1,72 0,14
^Р60К198 1,03 1,36 3,10 2,45 1,82 0,24
^Р90К297 0,78 1,36 3,15 2,70 1,86 0,27
НСР05 0,21
количеством семян зависели от внесения удобрений; по азоту изменялись в пределах 29,4-46,4; по фосфору - 12,6-17,6; по калию - 19,9-24,0 кг/т.
Применение золы органосодержащих отходов в севообороте. По последействию внесенной в 2013 г. золы в опыте выращивали яровую пшеницу с подсевом клевера, а затем в течение двух лет -клевер луговой. Культуры севооборота показали разную отзывчивость на удобрения (табл. 4). Так, в условиях 2015 г. при возделывании яровой пшеницы не выявлено последействие золы и смеси минеральных удобрений, отклонения от контроля находятся на уровне положительной тенденции. В то же время клевер луговой в течение двух лет хорошо отзывался на ранее внесенные удобрения; продуктивность этой культуры по последействию золы и минеральных удобрений существенно превышала показатели на контроле. Следует отметить, что не
выявлены достоверные различия по продуктивности клевера в зависимости от разных соотношений видов золы. Использование золы с учетом ее последействия существенно повышало продуктивность культур севооборота в среднем за год на 0,28-0,44 т зерн.ед/га. Использование минеральных удобрений оказало выраженное положительное влияние лишь при внесении в дозах по фосфору Р60-90.
Таким образом, полученные результаты позволяют рекомендовать сельскохозяйственному производству применение золы органосодержащих отходов в качестве удобрения картофеля, льна-долгунца и клевера в дозах по фосфору Р30-60 при возделывании на дерново-подзолистых почвах. С учетом последействия золу можно вносить 1 раз в четыре года, при этом следует предусмотреть использование азотной подкормки льна-долгунца.
Литература
1. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 311 с.
2. Белопухов С.Л., Сюняев Н.К., Сюняева О.И., Прохоров И.С. Применение отходов производства кофе для удобрения овса на дерново-подзолистой супесчаной почве // Агрохимия, 2016, № 2. - С. 65-70.
3. Wildbacher N. Утилизация золы котельных, работающих на древесном топливе. - Минск, 2007. - 28 с.
4. Соловьев П.П. Зола и ее применение на удобрение. -М.: Сельхозгиз, 1952. - 112 с.
5. Субботина М.Г., Михайлова Л.А., Алешин М.А. Влияние золы биологических отходов на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы / Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. - Материалы V Межд. Эколог. конф. -Краснодар: КубГАУ, 2017. - 473-476.
6. Яковлев Д.В., Бортник Т.Ю. Эффективность использования золы как продукта термической переработки орга-носодержащих отходов в качестве удобрения сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах // Пермский аграрный вестник, 2016, № 4 (16). - С. 65-70.
7. Бортник Т.Ю., Яковлев Д.В. Эффективность золы органосодержащих отходов в полевом севообороте на дерно-во-среднеподзолистой среднесуглинистой почве / Агрохимикаты в XXI веке: теория и практика применения: Материалы международной научно-практической конференции. - Н.Новгород: Нижегородская ГСХА, 2017. - С. 164-168.
8. Корепанова Е.В. Адаптивная технология возделывания льна-долгунца на волокно и семена в Среднем Преду-ралье: автореф. дисс. д.с.-х.н. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. - 40 с.
9. Башков А.С., Бортник Т.Ю. Система удобрения льна-долгунца // Вестник Ижевской ГСХА, 2006, № 2. - С. 59-62.
10. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Прохоров И.С., Сторчевой В.Ф. Активированные защитно-стимулирующие комплексы для обработки семян льна-долгунца // Научная жизнь, 2016, № 2. - С. 75-83.
11. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Прохоров И.С., Григораш А.И. Влияние биопрепарат Флоравит на рост, развитие и урожайность льна-долгунца // Агрохимический вестник, 2014, № 6. - С. 28-30.
