CC BY
17
УДК 633.11+633.49:631.8.022.3:579.64
ВЛИЯНИЕ КОМПОСТА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВЫ И КАЧЕСТВО РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
1А.А. Приказнова, аспирант, 2Т.М. Гусева, к.с.-х.н., 3Ю.А. Мажайский, д.с.-х.н., 3В.А. Игнатенок
1РГАТУ имени П.А. Костычева, e-mail: kaytemoss@yandex.ru 2РязГМУ имени академика И.П. Павлова, e-mail: guseva.tm@yandex.ru Мещерский филиал ВНИИГиМим. А.Н. Костякова, e-mail: vniigm@vniigm.ryazan.ru
Дана оценка эффективности применения компоста многоцелевого назначения (КМН) на почвах, подверженных техногенному загрязнению. Изучено влияние КМН при различных уровнях загрязнения почвы тяжелыми металлами (ТМ) на агрохимические почвенные показатели и качество растениеводческой продукции. Были разработаны 3 варианта опыта с разным уровнем загрязнения почвы ТМ и разными дозами КМН. В качестве поллютантов выбраны цинк, свинец и медь. Наиболее значительное положительное влияние на содержание Р2О5 и NO3- в почвах наблюдалось в варианте с опасным загрязнением ТМ на фоне разных доз КМН. Установлено, что применение КМН на почвах, загрязненных ТМ существенно не повлияло на их гумифициро-ванность. Внесение КМН в возрастающих дозах привело к увеличению урожайности: наибольшая прибавка (87%) получена в варианте с внесением КМН 24 т/га на фоне опасного загрязнения почвы ТМ. Внесение КМН позволило преодолеть негативное действие ТМ на образование белка и содержание минеральных веществ в травосмеси. Концентрация меди, цинка и свинца в травосмеси не превысила фитотоксичную, что, вероятно, объясняется положительным влиянием внесения КМН.
Ключевые слова: компост многоцелевого назначения, тяжелые металлы, почва, многолетние травы, агрохимические показатели, урожайность.
INFLUENCE OF MULTI-PURPOSE COMPOST ON AGROCHEMICAL PARAMETERS OF SOIL CONTAMINATED BY HEAVY METALS AND QUALITY OF PLANT OUTPUT
1Ph.D. student A.A. Prikaznova, 2Ph.D. T.M. Guseva, 3Dr.Sci. Yu.A. Mazhayskiy, 3V.A. Ignatenok
1 Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, e-mail: kaytemoss@yandex.ru 2Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov, e-mail: guseva.tm@yandex.ru 3Meshchera branch of ARSRI for Hydrotechnics and Melioration named after A.N. Kostyakov,
e-mail: vniigm@vniigm.ryazan.ru
Evaluation of the effectiveness of multi-purpose compost (MPC) on soils subjected to technogenic pollution is presented. The influence of MPC usage on agrochemical soil indicators and quality of crop products with different levels of soil pollution with heavy metals (НМ). 3 variants of experience with different levels of soil pollution with heavy metals and different doses of MPC usage were developed. The pollutants were zinc, lead and copper. The most significant positive impact on concentration of Р2О5 и NO3- in soils was observed in the variant with dangerous pollution with HM on the background of usage of different KMP doses. The results of the experiment showed that MPC usage on soils polluted with heavy metals didn't affect significantly their humification. Usage of increasing doses of MPC resulted in increase of yield in the experimental variants. The highest yield increase of 87% was observed in the variant with MPC introduction of 24 t/ha on the background of dangerous pollution of soil with HM. MPC usage allowed to overcome negative effects of HM on formation ofprotein and concentration of minerals in the herbage mixture. Concentration of copper, zinc and lead in the herbage mixture didn't exceed phytotoxic level due to positive effect of MPC usage.
Keywords: multi-purpose compost, heavy metals, soil, perennial grasses, agrochemical parameters, yield.
Проблема восстановления экологических функций почвы и улучшения ее физического состояния не утрачивает актуальности. Активно ведется поиск путей и методов преодоления потерь органического ве-
щества в почве, наращивания и поддержания ее плодородия. В последние годы широкую популярность приобрело приготовление различных компостов из отходов и дальнейшее их использование [1-6].
Во Всероссийском НИИ мелиорированных земель (ВНИИМЗ) разработано высококачественное биоудобрение КМН (компост многоцелевого назначения). Ценность и преимущество КМН как удобрения заключаются в высокой питательности, физиологичности, экологичности и биогенности, а комбинация его с другими агрохимическими и агромелиоративными мероприятиями позволяет повысить плодородие почв на 25-30%, сформировать оптимальный питательный режим и агрономически ценный микробоценоз [7, 8].
Цель исследования - оценка эффективности применения компоста многоцелевого назначения (КМН) на почвах, подверженных техногенному загрязнению, а также изучение влияния внесения КМН при различных уровнях загрязнения почвы тяжелыми металлами (ТМ) на агрохимические показатели почвы и качество растениеводческой продукции.
Объекты и методы. Исследования проводили в 2014-2016 гг. на опытном полигоне Мещерского филиала ВНИИГиМ (Рязанская обл.) на дерново-подзолистой почве, загрязненной ТМ. Были разработаны 3 варианта опыта с разным уровнем загрязнения почвы ТМ и разными дозами внесения КМН. В качестве поллютантов выбраны цинк, свинец и медь, как приоритетные загрязнители почвенного покрова Рязанской области. Результаты мониторинга дерново-подзолистых почв Мещерской низменности показали, что уровень загрязнения данных почв колеблется от умеренно опасного до опасного, что и обусловило схему опыта. Концентрация ТМ в почве смоделирована от умеренно опасной до опасной. Уровни загрязнения почвы создавались единовременным внесением солей тяжелых металлов, с учетом фонового содержания ТМ в почве (цинк - 28 мг/кг, свинец - 6 мг/кг, медь - 8 мг/кг). Для опыта использовали химически чистые соли тяжелых металлов: ZnSO4•7H2O (22,8% Zn2+), CuSO4•5H2O (25,5% ^2+), (CHзCOO)2Pb•3H2O (54,6% Pb2+). Опыт проводился в сосудах площадью 0,035 м2, повторность трехкратная. В опыте возделывали многолетние травы (клевер + тимофеевка) по схеме, приведенной в таблице 1.
Контрольная почва содержала только ТМ, в почву опытных вариантов, отражающих загрязнение ТМ, вносили разные дозы КМН. Компост многоцелевого назначения - биологический мелиорант,
новое органическое удобрение, получаемое методом биологической ферментации из естественного органического сырья. По агрохимическим свойствам - это комплексное удобрение, содержащее микро- и макроэлементы, отличающееся от других органических удобрений более высоким содержанием полезных микроорганизмов (аммонификато-ров, бацилл, актиномицетов, грибов). Компост многоцелевого назначения по свойствам и составу относится к полноценным высококачественным органическим удобрениям. Локальное и сплошное внесение КМН обеспечивает в среднем 2-3-кратную активизацию почвенной микрофлоры и дополнительную мобилизацию биогенных элементов, что повышает урожайность. Сбалансированный микробиологический состав КМН способствует поддержанию почвенного плодородия, как следствие, повышается не только продуктивность культур, но и качество продукции.
Для определения химических показателей почвы использовали стандартные методики: рН почвы определяли потенциометрическим методом, гумус - по методу И.В. Тюрина (вариант ЦИНАО), определение подвижных форм фосфора и калия - по методу А.Т. Кирсанова в модификации ЦИНАО, определение NO3" - ионометрическим методом. Кормовую ценность растительности оценивали по общепринятым методикам: содержание сырого протеина - по методу Кьельдаля, определение сырой золы - весовым методом, тяжелые металлы -атомно-абсорбционным методом.
Растениеводческая продукция, выращиваемая на загрязненных ТМ почвах, способна накопить такое количество поллютантов, которое негативно отразится на жизнеобеспечивающих функциях растения, а также превысит санитарно-гигиенические нормативы. Фитотоксичные свойства ТМ проявляются в уменьшении фитомассы. Многолетние травы возделывали в 2014 и 2015 гг. на фоне увеличения загрязнения почвы ТМ от умеренно опасного до опасного и внесения КМН в возрастающих дозах.
Результаты. Данные, представленные в таблице 2, показывают, что самая низкая урожайность наблюдалась в контролях, то есть при выращивании многолетних трав на почве, загрязненной ТМ. При увеличении степени загрязнения почвы урожайность снижалась на 49%. Внесение КМН в воз-
1. Схема опыта
Уровень загрязнения тяжелыми металлами Контроль Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Умеренно-опасный* ТМ ТМ + КМН, 8 т/га ТМ + КМН, 16 т/га ТМ + КМН, 24 т/га
Опасный** ТМ ТМ + КМН, 8 т/га ТМ + КМН, 16 т/га ТМ + КМН, 24 т/га
Высокоопасный*** ТМ ТМ + КМН, 8 т/га ТМ + КМН, 16 т/га ТМ + КМН, 24 т/га
* содержание в почве ^ - 90, 7п - 110, Pb - 40 (мг/кг); ** содержание в почве ^ - 180, 7п - 220, Pb - 80 (мг/кг); *** содержание в почве ^ - 270, 7п - 330, Pb - 120 (мг/кг).
2. Урожайность многолетних трав (сено), т/га
Уровень загрязнения тяжелыми металлами Контроль Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Умеренно-опасный 6,3±0,2 7,0±0,2 8,4±0,2 6,8±0,2
Опасный 4,7±0,1 7,6±0,2 5,9±0,1 5,9±0,1
Высокоопасный 3,1±0,1 4,5±0,1 3,9±0,1 5,8±0,1
НСР0,5 0,3 0,3 0,4
3. Качество многолетних трав в опыте
Уровень загрязнения тяжелыми металлами Контроль Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Сырой протеин, %
Умеренно-опасный 13,13 10,68 15,25 14,0
Опасный 10,5 11,0 13,81 15,75
Высокоопасный 2,94 14,19 13,63 14,88
Сырая зола, %
Умеренно-опасный 6,29 7,12 9,75 10,59
Опасный 5,8 7,1 9,22 9,35
Высокоопасный 5,2 7,48 9,4 9,1
Медь, мг/кг
Умеренно-опасный 1,8 1,3 3,1 5,7
Опасный 5,8 3,6 9,5 10,0
Высокоопасный 5,2 4,9 1,3 2,3
ПДК ^ 30,0
Цинк, мг/кг
Умеренно-опасный 260,0 98,0 227,4 190,3
Опасный 210,0 198,2 136,4 123,1
Высокоопасный 110,2 160,0 120,1 110,4
ПДК 7П 50,0
Свинец, мг/кг
Умеренно-опасный 0,3 0,6 0,65 0,26
Опасный 0,35 0,58 0,78 1,0
Высокоопасный 0,64 0,95 2,9 0,55
ПДК Pb 5,0
растающих дозах привело к увеличению урожайности в опытных вариантах. Наибольшая прибавка (87%) получена в варианте с внесением КМН 24 т/га на фоне опасного загрязнения почвы ТМ и 61,7% в варианте с внесением КМН 16 т/га на фоне умеренно опасного загрязнения почвы ТМ. На остальных вариантах прибавка колебалась от 11,1 до 33,3%.
В опыте оценивали качество выращиваемой травосмеси (табл. 3).
Обработка экспериментальных данных показала, что содержание ТМ в растительности напрямую зависит от содержания загрязнителей в почве. Содержание в смеси ^ и Pb находится в пределах значений ПДК для растительных кормов. Концентрация Zn превышает данный норматив на всех вариантах. Концентрация всех ТМ не превысила фи-тотоксичную, что объясняется положительным влиянием внесения КМН.
Важнейшие показатели питательности травосмеси - сырые протеин и зола, содержание которых снижается при увеличении степени загрязнения почвы ТМ. Сырой протеин состоит из собственно белков и амидов - небелковых азотистых соединений. Так как белки действуют как ферменты или
являются составной частью ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ, участвующих в поддержании водно-солевого равновесия в организме, то недостаток их содержания в кормах недопустим. Сырая зола - совокупность всех минеральных веществ: кальция, фосфора, натрия, калия и др. Внесение КМН позволило нивелировать негативное действие ТМ на образование белка и содержание минеральных веществ в травосмеси. Содержание данных показателей на всех вариантах опыта контроль (без внесения КМН), но в варианте 2 (КМН, 8 т/га), несмотря на увеличение загрязнения почвы токсикантами, наблюдается увеличение содержания протеина от 10,68 до 14,19% и сырой золы на - от 7,12 до 7,48%.
Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что внесение разных доз КМН на фоне загрязнения ТМ существенно не влияло на рН почвы. Данный показатель колеблется в вариантах опыта от 4,9 до 5,1, это наиболее благоприятная реакция среды для усвоения растениями фосфат-ионов. Гу-мифицированность почвы существенно не изменилась, по сравнению с контролем без КМН. Внесение КМН положительно повлияло на содержание
4. Значение агрохимических показателей почвы в опыте
Уровень загрязнения Контроль Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
тяжелыми металлами
рН почвы
Умеренно-опасный 5,1±0,1 5,3±0,1 5,4±0,1 5,2±0,1
Опасный 5,1±0,1 5,1±0,1 5,3±0,1 5,3±0,1
Высокоопасный 4,9±0,1 5,2±0,1 5,1±0,1 4,9±0,1
Гумус, %
Умеренно-опасный 4,1±0,61 4,0±0,57 3,9±0,56 3,8±0,68
Опасный 4,1±0,62 4,1±0,61 4,1 ±0,61 4,0±0,58
Высокоопасный 4,1±0,61 4,0±0,60 3,9±0,62 3,9±0,56
Р2О5, мг/кг
Умеренно-опасный 196,3±39,3 301,3±60,3 262,0±52,4 206,6±41,3
Опасный 117,2±23,4 192,8±38,6 193,3±58,7 151,5±30,3
Высокоопасный 168,7±33,8 317,9±63,5 284,1±56,8 233,3±46,7
NO3-, мг/кг
Умеренно-опасный 1,4±0,27 3,5±0,50 2,4±0,48 2,3±0,46
Опасный 2,2±0,46 2,2±0,44 1,4±0,28 1,1±0,19
Высокоопасный 0,7±0,15 3,5±0,50 2,6±0,51 1,4±0,28
фосфора и азота в почвах с разным уровнем загрязнения ТМ. Причем наиболее значительный эффект показало внесение КМН в разных дозах на фоне опасного уровня загрязнения почвы (^ - 270, Zn -330, Pb - 120, мг/кг). Количество фосфора в почве при данном загрязнении увеличивалось по сравнению с контролем на 88% (кМН, 8 т/га), 68% (КМН, 16 т/га) и 38% (КМН, 24 т/га). Количество при данном загрязнении также увеличивалось по сравнению с контролем.
Таким образом, применение компоста многоцелевого назначения на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, имеет несомненный положительный эффект. Наиболее значительное позитивное влияние на содержание Р2О5 в почвах
наблюдалось в варианте с опасным загрязнением ТМ на фоне внесения разных доз КМН. Применение КМН на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, существенно не повлияло на содержание в них гумуса. Внесение КМН в возрастающих дозах привело к увеличению урожайности травосмеси в опытных вариантах. Наибольшая прибавка урожайности - 87% наблюдалась на варианте с внесением КМН 24 т/га на фоне опасного загрязнения почвы ТМ и 61,7% на варианте с внесением КМН 16 т/га на фоне умеренно опасного загрязнения почвы ТМ. Внесение КМН позволило преодолеть негативное действие ТМ на образование белка и содержание минеральных веществ в травосмеси.
Литература
1. Сложный компост и его влияние на свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур: монография / Д.А. Антоненко. [и др.]; под ред. И.С. Белюченко. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - 181 с.
2. Рабинович Г.Ю., Ковалев Н.Г., Смирнова Ю.Д. Применение новых биоудобрений и биопрепаратов при возделывании яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) и картофеля (Solanum tuberosum L.) // Сельскохозяйственная биология, 2015, т. 50, № 5. - С. 665-672.
3. Петрунина В.А., Кутровский В.Н. Производство биокомпоста на основе торфа // Агрохимический вестник, 2010, № 5. - С. 37-38.
4. Завалин А.А., Василенко Е.С., Семенцов А.Ю., Прохоров И.С. Использование суперкомпоста «ПИКСА» для решения экологических проблем / Материалы Международного форума «Земля и урожай». - Санкт-Петербург, 2007. -С. 286-288.
5. Прохоров И.С., Завалин А.А., Семенцов А.Ю. Биокомпосты «ПИКСА» - продукт биотехнологической переработки торфа / Материалы Международной научно-практической конференции «Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии». - Минск, 2006. - С. 103-105.
6. Семенцов А.Ю., Антипов Б.В., Прохоров И.С., Мизгирев Н.С., Башкин В.Н. Применение суперкомпоста «ПИКСА» для очистки почв, загрязненных нефтепродуктами // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2006, № 10. -С. 14-18.
7. Туманов И.П., Малинин Б.М., Ковалев Н.Г. Способ приготовления компоста. Патент 2141464 (РФ) МПК 6 C05F3/00. Всерос. науч.-иссл. ин-т мелиор. земель (РФ). № 97120053/13. Заявл. 03.12.1997. Опубл. 20.11.1999.
8. Ковалев Н.Г., Туманов И.П., Малинин Б.М. Способ приготовления компоста многоцелевого назначения. Патент 2112764 (РФ). Всер. науч.-иссл. ин-т мелиор. Земель (РФ). № 97101103/13. Заявл. 22.01.1997. Опубл. 10.06.1998.
