CC BY
64УДК 631
Ф.Е. Козыбаева, Г.Б .Бейсеева, Н.Ж. Ажикина
ЗНАЧЕНИЕ БИОУГЛЯ В ПОВЫШЕНИИ И СОХРАНЕНИИ ПЛОДОРОДИЯ ТЕМНО-
КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
Казахстан, Алматы, Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, E-mail: farida [email protected].
Аннотация. Темно-каштановые почвы предгорий имеют низкую устойчивость почвенных структурных агрегатов к воздеиствию воды. Ежегодная агротехническая обработка в период посева и вегетации овощных культур, разрушительные своиства поливнои воды приводят к ухудшению структурных агрегатов почвы, деградации гумусовых веществ, выносу питательных элементов и снижению плодородия темно-каштановых почв. Научно-исследовательская работа направлена на улучшение физических, водно-физических, химических, физико-химических, биологических своиств и пищевого режима почвы путем использования биоугля, полученного при пиролизе (400° С) рисовои шелухи, как сорбента и мелиоранта. Результаты показали, что варианты с биоуглем при капельном орошении содержат значительно больше влаги, чем на контроле. Внесение биоугля в почву сохраняет влагу по всем культурам (огурцы, картофель) при различных условиях орошения. Объемная масса почвы опытных участков веснои и летом при капельном и спринклерном орошении имеют низкие значения, к осени объемная масса увеличивается, вследствие процесса лессиважа при орошении. При сухом просеивании в разных видах орошения наибольшее количество составляют почвенные агрегаты >10 мм. На всех вариантах опытов мезагрегатов почвы больше, чем макро и микроагрегатов. Коэффициент структурности агрегатного состояния почв на вариантах капельного орошения с биоуглем - отличное. Вариант с внесением биоугля отличается повышенным содержанием гумуса. Почвы слабо обеспечены азотным питанием, обеспечены калием. Биометрические измерения овощных культур показали лучшие результаты на вариантах с биоуглем.
Ключевые слова: биоуголь, орошение (спринклерное, капельное, бороздковое), почвенные агрегаты, почвенная мезофауна, сорбент, овощные культуры.
ВВЕДЕНИЕ почвы к действию неблагоприятных фак-
В условиях интенсивного земледе- торов окружающей среды и ее потенци-
лия, особенно при орошении, почвы под- альное плодородие [3]. Изучение структу-
вергаются усиленному антропогенному ры почв имеет большое значение с точки
воздеиствию и в первую очередь, повсе- зрения регулирования глобальных цик-
местнои планировке территории. Она под- лов углерода, охраны окружающеи среды,
вергается воздеиствию различных прие- воспроизводства почвенного плодоро-
мов возделывания ку^^ предусматри- дия, оптимизации режима гумуса в пахот-
вающих многократные проходы техники, ных почвах [4, 5].
больших норм полива, удобрении и Почвенная структура является важ-
средств химизации. В агроландшафтах ным физическим своиством почвы, от
комплексные вышеуказанные мероприя- которои зависят водные, воздушные, теп-
тия оказывают, как позитивное, так и ловые, солевые, пищевые режимы почв.
негативное влияние на почву и почвен- Физические способы повышения плодо-
ные процессы [1]. родия почв осуществляются главным
Структура почвы - это форма и раз- образом через воздеиствие на их сложе-
мер структурных отдельностеи в виде ние и структуру [6].
макроагрегатов > 0,25 мм, на которые рас- Агрономически и мелиоративно цен-
падается почва [2]. ными структурными агрегатами почв
Структура верхних гумусовых гори- являются комковато-зернистые, устоичи-
зонтов во многом определяет такие важ- вые в воде агрегаты, состоящие из ком-
неишие своиства как устоичивость плекса первичных механических элемен-
тарных частиц. Наиболее ценными структурными агрегатами по В.Р. Вильямсу являются отдельности диаметром 1-5-10 мм. Комковато-зернистая структура обеспечивает создание в почве водопроницаемость, водоустоичивая структура ослабляет скорость и высоту капиллярного передвижения воды в почве и уменьшает испарение воды с поверхности почвы. Комковато-зернистая структура почв по исследованиям создает в почве оптимальное соотношение между водои и воздухом, повышает воздухопроницаемость почвы. Водоустоичивая структура является средством охраны пахотных почв от смыва и выдувания [7].
Темно-каштановые почвы предгории Заилииского Алатау обладают низкои структурностью, структурные агрегаты неводостоикие и быстро разрушаются при орошении. На поливных землях предгории развита ирригационная эрозия, которая приводит к снижению плодородия почвы [8]. Изучение предгорных темно-каштановых почв в условиях орошаемого земледелия с целью улучшения водостоикости их почвенных агрегатов и сохранения плодородия является актуальным.
Известно, что структурообразование идет при комплексном влиянии корневых систем и микроорганизмов, а также под влиянием различных полимеров и мелиорантов. В качестве мелиоранта используем карбонизированньш биоуголь, полученньш при 400О С пиролизе рисовои шелухи (местныи богатыи и дешевыи материал).
Растущии интерес к биоуглю, вызван экологическими проблемами: изменением климата и растущим парниковым эффектом, снижением почвенного плодородия.
Биоуголь является важным элементом для повышения плодородия почвы. Благодаря специфическим своиствам био-
уголь является важным кандидатом для применения в сельском хозяистве для улучшения качества почв бедных гумусом и питательными веществами. Отходная биомасса перерабатывается в высококачественное органическое средство для повышения плодородия почвы. Высокая пористость биоугля (сорбент) вместе с его дальнеишими специфическими своиства-ми приводит к повышению задержки питательных веществ и влаги в почве. Лабораторныи опыт и прямое применение биоугля в сельском хозяистве подтвердили значительно повышенныи рост культур при более низком потреблении воды. Введение биоугля в почву улучшает биологические процессы и долговременное плодородие почвы. Помимо доказуемого улучшения сельскохозяиственных и экономических параметров биоуголь служит простым и эффективным инструментом для хранения СО. Некоторые виды биоугля могут улучшить состав почвы и тем самым повысить ее способность связывать и удерживать удобрения, для их постепенного использования растениями. Биоуголь содержит многие микроэлементы, необходимые растениям, и является более безопасным, чем другие «природные» удобрения, такие как навоз или органические отходы, прошедшие высокотемпературную дезинфекцию. Поскольку, микроэлементы медленно используются растениями, биоуголь таит меньше опасности загрязнения грунтовых вод. Недавние исследования показывают, что грунтовыи биоуголь способен повышать плодородие почвы за счет улучшения ее химических, биологических и физических своиств. На полях, содержащих биоуголь, значительно увеличивается рост и питание растении, а также повышается эффективность азотных удобрении. Тот факт, что многие из почв засушливых земель подвержены процессам дег-
радации, означает, что в настоящее время они далеко не насыщены углеродом, и их потенциал улавливать и связывать углерод может быть очень высоким. Если биоуголь применяется для удобрения сельскохозяиств еннои з ем ли, а не используется исключительно для компенсации ископаемои энергии, выбросы парниковых газов сокращаются в 2-5 раз. Таким образом, подход восстановления органического углерода в почве может стать важным инструментом адаптации к изменениям климата, дополняющим улавливание углерода. Несмотря на все, изложенное выше, исследования биоугля еще продолжаются, и на многие чрезвычаино важные вопросы до сих пор нет ответов. До сих пор общественность была мало информирована, а дебаты о широкомасштабном применении биоугля не проводились.
Цель работы: изучить эффективность воздеиствия биоугля на своиства почв и ее плодородие.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ
Изучение влияния биоугля проводилось на опытных полях стационара филиала «КазНИИ картофелеводства и овощеводства» МСХ РК, расположенном на пред-горнои равнине северного склона Заи-лииского Алатау на высоте 1050 м над уровнем моря. Опытныи участок огражден с западнои, южнои и восточнои сторон 2-3 рядами лесополос. На этом участке более 70 лет возделываются овощные культуры. Территория опытных полеи КазНИИКО занимает 150 га пашни предгорных темно-каштановых почв.
Методы исследования. Полевые и опытно-полевые методы с закладкои опытно-полевых экспериментальных работ и изучением агроландшафтов, закладкои почвенных разрезов с описанием морфогенетическихсвоиств почв и отбором почвенных образцов на лабора-торно-аналитические исследования.
Лабораторно-аналитические исследования в определении физических, водно-физических, химических своиств почвы и элементов пищевого режима проводились общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами.
Фенологические наблюдения проводились по «Методы полевого опыта в овощеводстве и бахчеводстве» под редакци-еи В. Ф.Белика, 1992 г.
Результаты обрабатывались методом статистики по Доспехову [9].
Изучение биоиндикаторов - почвенная микрозоофауна проводилась методом эклектора Берлеза-Тулгрена.
В почву объекта исследования был внесен биоуголь под овощные культуры -огурцы, картофель в условиях капельного, спринклерного и бороздкового орошения.
Под разными видами орошения закладывались по 2 варианта опытов: контроль - без биоугля; вариант - с внесением биоугля (по 160 кг на 28 м2). Размер опыт-нои делянки на каждом варианте 2,8 х 10,0 = 28 м2. Изучение почвенных параметров проводилось по 3 повторности в каждом варианте.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Биоуголь - это уголь, созданныи в процессе пиролиза биомассы (пиролиз - разложение или преобразование вещества с помощью тепла), и отличается от древесного угля только тем, что его в основном применяют не в качестве топлива, а для улучшения почв в сельскохозяиственном обороте. Сотни лет назад в бассеине Амазонки биоуголь добавляли в грунт, для улучшения сельскохозяиственнои продуктивности почв.
Нельзя забывать, что на пригодность биоугля улучшать продуктивность сельскохозяиственных почв будут влиять и условия проведения пиролиза, и качество биомассы, при этом некоторые типы биоугля имеют потенциал серьезно понижать плодородие почв и продуктивность
сельского хозяиства. Поэтому чрезвычаи-но важно добавлять в почву сельскохозя-иственных угодии качественныи биоуголь, выдержанныи в соответствующих температурных условиях пиролиза [10].
В Японии традиционно улучшают грунт с помощью древесного угля. Но только после открытия terrapreta ученые начали осознавать, какие поразительные и многообещающие выгоды может принести биоуголь. Во-первых, биоуголь помогает удержать в почве жизненно важные для растении питательные вещества, такие как азот, фосфор, кальции и сера, значительно снижая необходимость в использовании удобрении. Во-вторых, он впитывает и задерживает воду, медленно выпуская ее в грунт. Еще, он дает среду обитания для микробов, которые живут в почве и способствуют росту растении. А благодаря тому, что микробы живут и умирают внутри того же материала, возрастает содержание углерода, что способствует самовосстановлению биоугля. Также биоуголь способствует повышению уровня pH в почве, делая ее менее кислои и более щелочнои. Помимо увеличения доступности питательных веществ растениям, повышает емкость поглощения. Так ученые Jeffrey M.Novak и др. при использовании биоугля из скорлупы ореха пиканы в суглинистои опесчаненнои почве с инку-бациеи 67 днеи были получены следующие результаты: увеличился pH, почвен-ньш органическии углерод, Ca, Mn, K, и P, уменьшилась обменная кислотность, увеличилась емкость поглощения [11]. Повышение емкости поглощения защищает от токсичности алюминия, присутствующего в почве, которыи тормозит рост растении, в частности, в глинистых почвах и, следовательно, ограничивает производство сельскохозяиственных культур. Ученые отметили в некоторых случаях увеличение урожаиности на 800 процентов,
когда почва удобрена биоуглем или иным органическим веществом [12].
Использование биоугля может стать безопасным и эффективным способом уменьшения последствии изменения климата и повышения плодородности почв. Данньш подход включает производство древесного угля «биоуголь» и внедрение его в почвы.
Проведенные исследования показали, что биоугль не только способствует процессу секвестрации СО в атмосферу, но также влияет на его удаление из атмосферы
Длительныи период распада биоугля предположительно занимает от нескольких веков до тысячи лет. Внесение биоугля способствует повышению плодородия почвы, влагоудерживающеи способности и к ионному обмену [13-15].
По данным исследователеи разложение биоугля в почве процесс очень мед-ленныи в сравнении с органическим веществом почвы или растительными остатками и могут деиствовать как важ-ныи долгосрочным углерод [16].
В работах зарубежных авторов достаточно широко исследованы почвоулучша-ющие своиства биочара, повышающие естественное плодородие почв, в том числе отмечается и улучшение почвеннои структуры [17].
Помимо специального комплекса агрохимических и агротехнических мероприятии, для улучшения почвеннои структуры, применяется также введение в почву специальных препаратов - структурирующих агентов, это биологически разлагаемые, водорастворимые полимеры (ВРП), имеющие в своем составе активные функциональные группы. Это один из наиболее перспективных способов устранения экологических проблем, возникающих в связи с разрушением структуры почвы и других дисперсии под влиянием ветра, воды, механических воздеиствии
[18]. Исследования по изучению структурирующих свойств полимерных препаратов и Биочара проводили на образцах парабурозема обыкновенного (Haplic luvisols), отобранных с территории опытного поля университете Хоэнхаим (г. Штутгарт, Германия). Биочар (Biochar, Sonnenerde GmbH, Austria) - биоуголь, аналог древесного угля, вырабатывается путем пирогенизации компоста (отходы с/х культур, древесные отходы или растительная биомасса). Биочар (БЧ) - органическое вещество, не является полимерным структурирующим агентом. Сво-иства Биочара в даннои работе изучается наряду с синтетическими продуктами структурообразования. Определение количества выделившегося CO при использовании ПАА (синтетическии ани-онныи полимер получен на основе поли-акриламида,) и БП (биополимер синтези-рованныи на основе лигнина, крахмала, акриламида и акриловои кислоты по методу Чена) показал, что максимум выделившегося СО2 наблюдался после первого дня инкубационного периода. В течение 1-7 днеи произошло плавное снижение, после которого уровень выделившегося СО в целом стабилизировался. Сущес-твеннои разницы в скорости выделения СО2 в различных вариантах по сравнению с контролем не обнаружено. Однако, в вариантах с внесением БП и БЧ скорость выделения СО возросла по сравнению с контролем. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в ходе данного эксперимента не выявлено существенного влияния ВРП и БЧ на процессы минерализации органического вещества почвы.
Разложение БЧ в почве процесс очень медленныи в сравнении с органическим веществом почвы или растительными остатками [16].
Аналогично ПАА, уровень его разложения не превышает 9,8 % в год [19]. Небольшие кратковременные увеличе-
ния общего потока СО в вариантах с внесением БП и БЧ, объясняются присутствием в этих вариантах легкодоступных субстратов, увеличивающих микробную биомассу, особенно в начале инкубационного периода. В связи с этим можно предположить, что БЧ в течение длительного периода времени будет оказывать влияние на скорость минерализации органического вещества.
При сравнительном анализе литературных источников наши результаты (2012 г.) показали, что внесение биоугля повышает влагоудерживающую способность и биопродуктивность темно-каштановых почв, что важно в условиях орошаемого земледелия с целью ресурсосбережения. Определены водно-физические своиства почв по всем вариантам при различных условиях орошения за вегетационныи период, велись фенологические наблюдения. Отобраны образцы почв для химико-аналитических и почвенно-зоологических исследовании.
Раннеи веснои до посадки овощных культур на участках с использованием биоугля (2012 г.) были определены полевая влажность и объемная масса темно-каштановых почв по всем вариантам опытов и под различными видами орошения. Так, полевая влажность веснои на участках полевого опыта до посадки овощных культур была 18-20 %. При этом имело существенную разницу по вариантам опытов под различными видами орошения.
Почва контрольных вариантов на всех видах орошения содержала влагу меньше, чем на вариантах с биоуглем. Более повышенное содержание влаги в почве в весеннии период под бороздко-вым орошением следует объяснить расположением участка в пониженных элементах рельефа по отношении ко всему полю, где происходило скопление зимне-весенних атмосферных осадков. В весен-нии период по всем вариантам опытов
больше влаги в почве отмечается на глубине 20-40 см.
Определение влаги в летнии период по всем вариантам показали низкие величины по сравнению с весенним периодом. Но следует отметить, что на вариантах с биоуглем почва при капельном орошении содержит в верхнем (0-20 см), так и в нижнем слое (20-40 см) значительно больше влаги, чем на контроле. При сприн-клерном орошении наблюдается незначительная разница в содержании поле-вои влаги.
Осенью полив овощных культур прекращается и в почве снижается содержание полевои влаги. Но, тем не менее, сравнивая содержание полевои влаги в почве по вариантам опытов можно сказать, что вариант с биоуглем при капельном орошении в нижнем горизонте сохраняет влагу в почве. При спринклерном орошении очень трудно ориентироваться на равномерное рассеивание воды. Так, наблюдения показали, что при орошении ни все оросительные системы работают, если работают, то только в одном направлении. Поэтому дать объективную оценку о деиствительно сравнительнои работе спринклерного орошения не представляется возможным.
В 2013 году в конце вегетации сельхозкультур, в условиях капельного и спринклерного орошения по вариантам опытов были определены объемная масса почвы. Данные показали, что почва к концу вегетации уплотняется и объемная масса увеличивается.
Этот процесс вполне естественен, так как в условиях орошения, многократнои обработки сельхозтехникои почва уплотняется. При орошении происходит процесс лессиважа, то есть происходит передвижение тонкодисперсных фракции почвы вниз по стоку воды и идет забивание всех почвенных пор, вследствие чего происходит уплотнение почвы. Сравни-
тельный анализ данных объемнои массы почвы в 2012 году показал, что веснои до посева овощных культур объемная масса почвы составляла от 1,23 до 1,3 г/см3, летом под всеми видами орошения на варианте с биоуглем объемная масса выше по сравнению с контролем. Низкие величины объемнои массы почвы на контрольном варианте создались при процессах рыхления, на варианте с биоуглем объемная масса выше, несмотря на одинаковые процессы обработки почвы. Возможно, тонкоизмельченныи биоуголь забил почвенные поры и создал дополнительное уплотнение, близкое к весенним значениям.
В физике почв почвенную структуру оценивают количественно на основании распределения содержания агрегатов (воздушно-сухих и в воде) по их размерам. Аналогично тому, как это делается в гранулометрическом и микроагрегатном анализах почвы, структура выражается в содержании фракции агрегатов определенного размера (диаметра). Для разделения этих фракции проводят ситовои анализ. Существует два основных способа ситового анализа почвы: в сухом состоянии (сухое просеивание) и в стоячеи воде (мокрое просеивание). Оба эти анализа предложены известным почвоведом-физиком Н.И. Саввиновым. Первым количественным показателем структуры является содержание воздушно-сухих агрегатов различного размера.
Осенью почва на вариантах со сприн-клерным орошением под картофелем была глыбистая, трудно поддавалась раскопке. При сборе картофеля поверхность участка на контроле и на варианте с биоуглем была покрыта глыбистыми отдель-ностями с включениями биоугля, трудно подвергаемые разлому. На варианте с капельным орошением почва была крупнокомковатая с редко встречающимися глыбами.
После уборки урожая картофеля по всем вариантам опытов был сделан сито-
нии является мезоагрегаты размером 0,25-10 мм, обладающие высокои порис-
вои анализ почв (сухое просеивание) на тостью (более 45 %), механическои про-
содержание почвенных агрегатов различных размеров. Агрегаты размерами 100,25 мм - самые важные, они придают почвеннои структуре ее уникальныи вид в виде почвенных комочков и определяют почвенное плодородие. Поэтому их и называют агрономически ценными. Содержание агрономически ценных агрегатов - важнеишии показатель ее состояния: чем выше их содержание, тем лучше почва. Недаром говорят: «Культурная почва - структурная почва».
Наиболее агрономически ценными (оптимальными) для культурных расте-
чностью и водопрочностью. Механическая прочность и водопрочность обусловливает их устоичивость во времени при механических обработках, выпадении осадков и орошении.
Результаты сухого ситового анализа показали, что количество агрегатов >10 мм составляют наибольшее количество, на двух видах орошения (таблица 1). Агрегаты крупнее >10 мм - это глыбы, а глыбистая структура, как известно, далеко не лучшее состояние почвы, точно так же, как доминирование частиц меньше <0,25 мм - пылеватои части почвенных
агрегатов.
Таблица 1 - Агрегатный состав темно-каштановои почвы на опытных участках (сухое просеивание), % , метод Савиннова Н.И.
Место Глубина, Сухая Содержание гранул в % на воздушно -сухую почву, размер
отбора см навеска, агрегатов в мм
г > 10 7-10 5-7 3-5 2-3 1-2 0,5-1 0,25-0,5 < 0,25
Капельное орошение
0-10 985,9 27,9 8,8 8,2 12,7 10,2 14,9 6,4 4,6 6,3
Контроль 10-20 986,8 27,7 10,8 8,3 11,7 8,5 13,5 7,8 4,3 7,3
20-30 911,6 26,5 9,9 9,3 13,0 9,0 13,0 6,6 3,7 9,0
0-10 1070,3 18,1 5,5 6,0 11,5 16,1 23,6 7,3 5,3 6,6
Биоуголь 10-20 1011,0 20,6 7,8 7,6 13,8 16,4 20,3 5,6 4,2 3,8
20-30 1034,1 26,3 8,6 8,6 13,2 11,9 16,6 5,5 4,1 5,1
Спринклерное орошение
0-10 848,9 14,1 6,6 8,0 13,3 14,9 25,5 7,2 5,9 4,5
Контроль 10-20 883,5 13,1 6,7 8,1 14,9 17,6 22,7 6,8 5,6 4,6
20-30 767,9 22,0 7,4 8,4 14,1 12,7 18,8 6,2 5,5 5,0
0-10 964,5 22,1 7,8 7,4 12,3 12,5 19,4 6,7 5,2 6,8
Биоуголь 10-20 942,3 23,0 8,1 8,0 12,0 11,0 17,8 6,3 5,4 8,4
20-30 889,9 22,8 7,4 7,2 11,0 9,3 15,2 6,4 4,8 7,4
Результаты мезоагрегатов почвы по всем вариантам опытов показали наибольшие величины от 61,3 до 82,4 % по трем глубинам (0-10; 10-20; 20-30 см). Макро и микроагрегаты составляют от 17,0 до 35,5 % (таблица 2).
Следует отметить, что ранее говорилось о глыбистых агрегатных отдельнос-тях на вариантах спринклерного орошения. В связи с этим, данные результаты по
определению коэффициента структурности по градации показали, отличное агрегатное состояние почв на вариантах капельного орошения с биоуглем по сравнению с контролем, где коэффициент структурности ниже, но оценивается также высоко по градации И.В. Кузнецовои, которая использовалась в работе А.А. Око-леловои, В.Ф. Желтобрюхова и других (таблица 3) [20, 21]. На спринклерном ороше-
Таблица 2 - Содержание мезоагрегатов, макро и микроагрегатов
Место отбора Глубина, см Мезоагрегаты, % Макро- и Микроагрегаты, %
Капельное орошение Контроль 0-10 65,8 34, 2
10-20 64,9 35, 0
20-30 64,5 35, 5
Биоуголь 0-10 75,3 24, 7
10-20 75,7 24, 4
20-30 68,5 31, 4
Спринклерное орошение Контроль 0-10 81,4 18, 6
10-20 82,4 17, 7
20-30 73,1 2 7
Биоуголь 0-10 71,3 28,9
10-20 68,6 31, 4
20-30 61,3 30, 2
Таблица 3 - Оценка агрегатного состояния почв (градация Кузнецовой И.В.)
Коэффициент структурности Оцека агрегатного состояния почв
>1,5 1,5-0,67 < 0,67 Отличное Хорошее Неудовлетворительное
нии агрегатное состояние почв на варианте с биоуглем ниже, чем на контроле (таблица 4). Причину таких результатов очень трудно объяснить. Возможно, это связано с неравномернои работои ороси-
Таблица 4 - Коэфициент структурност
тельнои системы, возможно, биоуголь при таком орошении задерживается в макроагрегатах. Данныи вопрос требует даль-неишего изучения, и говорить о каких-то внутрипочвенных процессах рано.
почв опытного участка
Вид орошения Место отбора Глубина, см Коэффициент структурности
Капельное Контроль 0-10 1,92
10-20 1,85
20-30 1,82
Биоуголь 0-10 3,05
10-20 3,10
20-30 2,10
Спринклерное Контроль 0-10 4,38
10-20 4,66
20-30 2,71
Биоуголь 0-10 2,47
10-20 2,18
20-30 2,03
Содержание гумуса в темно-каштановых почвах в условиях овощного севооборота снизилось по сравнению с целинными аналогами на 40-45 %. По содержанию гумуса в почве наблюдается большая пестрота. Так, веснои перед закладкои
опытов на предполагаемых участках были отобраны образцы на определение содержания общего гумуса. Результаты показали неоднородность полеи по содержанию гумуса и распределению его по профилю (рисунок 1).
2,41
0-20 см I 20-40 см Участок 1
0-20 см | 20-40 см Участок2
0-20 см | 20-40 см Участок 3
Содержание тумуса в почве, до внесения биоугля Весна. 2012
□ Гумус
Рисунок 1 - Содержание гумуса в почве до закладки опытов
В темно-каштановых почвах опытно- вариантам опытов имеют значительные го участка содержание общего гумуса по отличие (рисунок 2).
%
1,50
2,36
0-20 см | 20-40 см Контроль
0-20 см | 20-40 ем Биоуголь
Капельное орошение
0-20 см | 20-40 см Контроль
0-20 см | 20-40 см Биоуголь
Спринклерное орошение
Весна, 2013 год ■ Гумус
Рисунок 2 - Содержание гумуса по вариантам опыта
Пределы его содержания колеблются от 2,16 до 2,45 % в 0-20 см слое, в 20-40 см слое от 2,00 до 2,36 % (таблица 5).
Вариант с внесением биоугля отличается повышенным содержанием гумуса. При капельном орошении наблюдается незначительное вымывание органического вещества в нижнии 20-40 см слои, при сплинкерном орошении в нижнем слое содержание гумуса больше на контроле, чем на варианте с биоуглем. Биоуголь, сорбируя на своеи поверхности способствует сохранению гумуса от вымывания. Заметно влияние различного вида
Таблица 5 - Содержание гумуса, питатель опытных участков, весна, 2013
орошения на содержание и распределение гумуса в почве. Так, содержание гумуса на варианте с биоуглем отличается заметно повышенным содержанием почвеннои органики (рисунок 2). Валовои азот коррелирует с содержанием гумуса, почвы слабо обеспечены гидролизуемым азотом. Валовым калием темно-каш-тановые почвы обеспечены. Почвы участка карбонатные и имеют щелочную среду.
Данные фенологических наблюдении показали, что на всех вариантах опыта (контроль, биоуголь) рост и развитие овощных культур, отличаются.
1ых веществ в темно-каштановых почвах
Виды орошения Место отбора Глубина, см Гумус, % Общий азот, % Гидр азот, мг/кг СО2, % Валовои К2О, % рН водн.
Капельное Контроль 0-20 2,17 0,135 34,2 1,74 1,4 7,95
20-40 2,05 0,123 30,5 1,83 1,39 7,96
Биоуголь 0-20 2,35 0,148 36,1 1,97 1,02 7,96
20-40 2,00 0,129 32,04 2,03 1,06 8,08
Сплинклерное Контроль 0-20 2,16 0,145 39,2 1,37 1,31 8,15
20-40 2,24 0,135 37,3 1,45 1,27 8,18
Биоуголь 0-20 2,41 0,14 38,3 1,6 1,32 8,16
20-40 2,36 0,137 35,2 1,53 1,42 8,15
На контрольном варианте капельного орошения огурцы находятся в фазе цветения и плодоношения. Контрольньш вари-
ант отличается низкими параметрами плода и листьев по сравнению с вариантом биоуголь (рисунок 3).
16,4 17.2
/ /
11,5 12,1 -----^
/
/
.... X
Длина плода Длина листовой пластинки
Капельное орошение, огурец, осень 2013 □ Контроль □ Биоуголь
Рисунок 3 - Биометрические показатели по огурцам
Картофель в период наблюдения находился в фазе цветения и плодоношения.
На контрольном варианте (сприн-клерное орошение) картофель заражен колорадскими жуками, все листья объедены. Сильно заросли сорняками. На варианте с внесением биоугля (спринклерное орошение) семена картофеля перед посадкои
обработаны акробатом - 2,0 кг/га; полира-мом - 1,5 кг/га; сторби - 0,2 кг/га. Здесь сорняков меньше и растения менее заражены колорадскими жуками. Картофель находится в фазе плодоношения. Ботва мощная и крепкая по сравнению с контрольным вариантом (рисунок 4).
см
растений,см листьев
Спринклерное орошение, картофель, пето 2013
□ Контроль □Биоугопь
Рисунок 4 - Биометрически
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В весеннии период по всем вариантам опытов больше влаги в почве на глубине 20-40 см, летом по всем вариантам низкие показатели. Варианты с биоуглем при капельном орошении содержат значительно больше влаги, чем на контроле. Внесение биоугля в почву сохраняет влагу по всем культурам (огурцы, картофель) при различных условиях орошения.
2. Объемная масса почвы опытных участков веснои и летом при капельном и сплинкерном орошении имеют низкие значения, к осени объемная масса увеличивается, вследствие процесса лессиважа при орошении.
3. При сухом просеивании в разных видах орошения наибольшее количество
показатели по картофелю
составляют почвенные агрегаты >10 мм. На всех вариантах опытов мезагрегатов почвы больше, чем макро и микроагрегатов. Коэффициент структурности агрегатного состояния почв на вариантах капельного орошения с биоуглем - отличное.
4. По содержанию гумуса в почве наблюдается большая пестрота. Вариант с внесением биоугля отличается повышенным содержанием гумуса. Биоуголь, сорбируя на своеи поверхности способствует сохранению гумуса от вымывания. Почвы слабо обеспечены азотным питанием, обеспечены калием.
5. Биометрические измерения овощных культур показали лучшие результаты на вариантах с биоуглем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Козыбаева Ф.Е., Шарыпова Т.М., Сапаров Г.А. Изменение основных питательных элементов предгорных темно-каштановых почв в разных экологических условиях // Современное состояние картофелеводства и овощеводства и их научное обеспечение: материалы межд. научно-практич. конф. - Алматы, 2006. - С. 654-657.
2 Шеин В.В. Курс физики почв. - М.: Изд-во МГУ 2005. - 432 с.
3 Elliot E.T. Aggregate structure and carbon. nitrogen and phosphorus in native and cultivated soils // Soil Sci. Am. J. - 1986. - V. 50. - P. 627-633.
4 Rawson A., Murphy B. The greenhouse effect, climat change and native vegetation. Native vegetation Advisory Council Background Paper 7. Department of Land and Water Conservation. - 2000. - Sydney.
5 Кершенс М. Значение содержание гумуса для плодородия почв и круговорота азота // Почвоведение. - 1992. - №10. - С. 122-131.
6 Ковда В.А. Основы учения о почвах: В кн. 1 - 2, - М., 1973. - 432 с.
7 Вильямс В.Р. Прочность и связность структуры почвы // Почвоведение. 1935. - №
5 - 6.
8 Мирзакеев Э.К., Козыбаева Ф.Е., Шарыпова Т.М., Махмутова Д.С. Изменение физико-химических своиств предгорных темно-каштановых почв Алматинскои области при орошении // Почвоведение и агрохимия. - 2008. - №3. - С. 67-71.
9 Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистическои обработки результатов исследовании): - 5-ое изд., доп. и преработ. - М.: Агропромиздат. 1985. -351 с.
10 UNCCD. (2008). Use of biochar (charcoal) to replenish soil carbon pools, restore soil fertility and sequester CO. 4th Session of the Ad Hoc Working Group on Long-term Cooperative Action under the Convention (AWG-LCA 4). Poznan.
11 Busscher W.J, Novak J.M., Ahmedna M., Niandou M., Evans D.E., Watts D.W. Impact of Biochar Amendment on fertility of Southeastern Coastal Plain Soil / / Soil Science. - 2009. -Vol. 174, - N. 2. - P. 105-112.
12 Tunza. Что такое биоуголь и как он работает? [Электронньш ресурс]: october 24. 2011. - Режим доступа: http://tunza.mobi/ru/articles/, свободный.
13 Bruun S., El-Zahery T., Jensen, L. Carbon sequestration with biochar—stability and effect on decomposition of soil organic matter. Earth and Environmental Science: IOP inference series: 6, 24. 2010.
14 Gaunt L.J., Lehmann J. Energy Balance and Emissions Associated with Biochar Sequestration and Pyrolysis Bioenergy Production / / Environmental Science and Technology. - 2008. - N. 42. - P. 4152-4158.
15 McHenry M. Agricultural bio-char production, renewable energy generation and farm carbon sequestration in Western Australia: Certainty, uncertainty and risk / / Agriculture, Ecosystems and Environment. - 2009. - N. 129. - P. 1-7.
16 Kuzyakov Y., Subbotina I., Chen H., Bogomolova I., Xu X. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling / / Soil Biology and Biochemistry. - 2009. - N. 41. - Р. 210-219.
17 Lehmann J., Gaunt J., Rondon M., Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems- a review / / Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. - 2006. - N 11. - P. 403427.
18 Ахмедов К.С., Архипов Э.А., Вирская Г.М. Водорастворимые полимеры и их взаи-модеиствие с дисперсными системами. - Ташкент: «ФАН», 1969. - 250 с.
19 Entry J.A., Sojka R.E., Hicks B.J. Carbon and nitrogen stable isotope ratioscan estimate anionic polyacrylamide degradation in soil // Gepderma. - 2008. - N. 145. - P. 8-16.
20 Кузнецова И.В. К оценке роли различных составных частеи почвы в создании водопрочности почвеннои структуры // Почвоведение. - 1966. - № 9. - C. 55-65.
21 Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Егорова Г.С., Касьянова А.С. Провинциальные особенности структурной организации почв Волгоградской области // Фундаментальные исследования: журнал. - 2013. - №4 (2). - С. 379-383.
TYftlH
Ф.Е. Козыбаева, Г.Б. Беисеева, Н.Ж. Ажикина
КУЦПРТ КАРА КОЦЫР ТОПЫРАКТАРЫНЬЩ К^НАРЛЫЛЫГЫН АРТТЫРУ ЖЭНЕ
САКТАУДА БИОК0М1РДЩ МАЦЫЗЫ
Казацстан, Алматы, в.О.Оспанов атындагы Казац топырацтану жэне агрохимия гылыми зерттеу институты, E-mail: farida [email protected]
Тау етегiндегi ^нпрт ;ара ;оныр топыра^ардын су эрекетше топырак;тын, ^урылымды^ агрегаттарынын твзiмдiлiгi темен. Жыл сайынгы квквшс да;ылдарын егу жэне вегетациясы кeзeнiндe агротехникалы; ендеу, суаратын судын бYлiндipу эрекет топыра;тын курылымды; агpeгаттаpынын нашарлауына, гумус заттарынын деградациясына, ;оректж элeмeнттepдiн шыгарылуына жэнe KYHripT кара ;оныр топыра;тардын кунарлылыгынын твмeндeуiнe алып кeлeдi. Fылымй-зepттeу жумысы соpбeнт жэнe мeлйоpант peтiндe KYpiш кабыгын (400°С) пйpолйздeу кeзiндe алынган биокемipдi пайдалану жолымeн топыра;тын физикалы;, су-физикалы;, химиялы;, физикалык-химиялы;, биологиялы; касйeттepi мeн ;opeKTiK peжймiн жа;сартуга багытталган. Зерттеулердщ квpсeтуi бойынша тамшылатып суаруда биокемip eнгiзiлгeн нус;ада ба;ылау нYCкасымeн салыстырганда ылгал eлeулi мвлшepдe молыра;. Суарудын эр тYpлi жагдайларында топыра;;а биологиялы; квмipдi eнгiзу барлы; да;ылар (;ияр, картоп) бойынша ылгалды са;тайды. Тамшылатып жэнe спpйнклepлiк суару кeзiндe кектeм жэнe жаз айларында тэжipйбe тeлiмдepiнiн топыра;тарынын квлeмдiк массасынын мэнi темeн, KYЗгe ;арай суару кeзiндe лeссиваж YPДiсi салдарынан квлeмдiк масса артады. Эр тYpлi суару жагдайында топыра;ты ^р^а; KYЙдe eлeуiштeн вткiзгeн кeздe >10 мм топыра; агpeгаттаpы eH квп мвлшepдi ;урайды. Тэжipйбeнiн барлы; нус;аларында макро жэне микроагрегаттарга ;араганда топыра;тын мeзагpeгаттаpы квбipeк. Биологиялы; кемip eнгiзiлгeн нус;ада тамшылатып суаруда топыра;тын агрегатты; жагдайыньщ ;урылымды; коэффйЦйeнтi вте жа;сы. Гумустын мвлшepi бойынша биологиялы; квмip eнгiзiлгeн нус;а взгeшeлeнeдi. Тэжipибe тeлiмiнiн топыра;тары азот коpeгiмeн аз ;амтамасыз eтiлгeн, калиймен ;амтамасыз етыген. Квквнiс да;ылдарын биометриялы; влшеу биологиялы; квмip eнгiзiлгeн нус;ада жа;сы нэтижелер бердь
SUMMARY
F.E. Kozybaeva, G.B. Beiseyeva, N.J. Azhikina
SIGNIFICANCE OF BIOCARBON ININCREASE AND MAINTENANCE OF DARK CHESTNUT SOILS FERTILITY
Kazakhstan, Almaty, Kazakh research institute of soil science and agricultural chemistry the name of U.U.Uspanova, farida [email protected]
Livery soils of foot-hills have subzero stability of soil structural aggregates to influence of water. Annual agrotechnical treatment in the period of sowing and vegetation of vegetable cultures, destructive properties of watering water result in worsening of structural aggregates of soil, degradation of humus substances, bearing-out of nourishing elements and decline of fertility of livery soils. Research work is sent to the improvement of physical, water-physical, chemical, physical and chemical, biological properties and food mode of soil by the use of the biocarbon got at pyrolysis (400°С) of rice husk, as sorbent and мелиоранта. Results showed that variants with biocoal at tiny irrigation contained considerably anymore moisture, what on control. Bringing of biocarbon in soil saves moisture on all cultures (cucumbers, potato) at the different terms of irrigation. By volume mass of soil of experience areas in spring and summer at tiny and спринклерном irrigation have subzero values, to the autumn by volume mass increases, because of process of лессиважа at irrigation. At the dry sifting in the different types of irrigation the most is made by soil aggregates >10 mm. On all variants of experiments of mezoagregates soil more than macro and microagregates. Coefficient of structuralness of the aggregate state of soils on the variants of tiny irrigation with biocarbon -excellent. A variant with bringing of biocarbon differs in enhanceable maintenance of humus. Soils are poorly provided with a nitric feed, provided with potassium. The biometric measuring of vegetable cultures showed the best results on variants with biocarbon.
