Содержание к диссертации
стр.
Введение 3
Общие сведения об активации
природных органических материалов 10
Объекты и методы исследования 28
Разработка способа микробиологической активации
органического вещества торфа 41
4.1. Разработка способа получения микробного инокулята
на основе органических удобрений 42
4.2. Определение технологических параметров
активации торфа 47
4.3. Микробиологическая активация органического вещества
торфа месторождения «Темное» 50
4.4 Влияние свойств низинных торфов месторождений
«Темное», «Таганское», «Барабинское»
при активации на численность и состав
ассоциации микроорганизмов 55
Влияние длительности активации на свойства торфа и
его биологическая активность 62
5.1. Сохраняемость свойств активированного торфа
при длительном сроке хранения 62
5.2. Оценка биологической активности микробиологически
активированного торфа 69
Эффективность применения микробиологически
активированного торфа под различные культуры 74
6.1. Влияние микробиологически активированного торфа на
агрохимические свойства почвы, урожайность картофеля
и его качество » 74
6.2. Эффективность применения микробиологически
активированного торфа под зерновые культуры 91
Выводы и предложения 95
Спирок литературы 97
Приложение 1 108
Приложение 2 134
Введение к работе
Актуальность темы. Управление плодородием почв
сельскохозяйственных угодий должно строиться на направленном регулировании в них биологических процессов. А это означает, что в первую очередь, необходимо создание условий для восстановления видового многообразия почвенной микрофлоры, которого можно достичь восстановлением баланса выноса и поступления органического вещества в почву (Аристовская, 1980). Увеличить количество поступающего органического вещества в почву можно самым простым способом — вносить органические удобрения. От их качества (количества подвижных элементов, степени деструкции органических веществ, насыщенности микрофлорой) и будет зависеть их эффективность.
В настоящее время, во многих агропромышленных регионах России,
сложился отрицательный баланс гумуса - это произошло из-за резкого
сокращения количества вносимых органических и минеральных удобрений за
последние 10 лет (Фокин, Дмитраков, Соколов, 1999). Поэтому возникла
необходимость разрабатывать такие способы получения органических
удобрений, чтобы процесс их производства был довольно кратковременным,
энергетически малозатратным, а свойства позволяли при значительно меньших
дозах внесения в почву достигать высокого эффекта влияния на урожайность
сельскохозяйственных культур, за счет повышения их биологической
активности. Это послужило толчком для активного исследования возможности
получения органических удобрений с помощью микробиологической
активации на основе разнообразных органических материалов, как природного
происхождения, так и отходов сельскохозяйственных и
лесоперерабатывающих производств.
Почему именно микробиологическая активация вызвала такой интерес? Во-первых, все почвообразовательные процессы тесно связаны с
4 микроорганизмами, так как они определяют направление этих процессов. Во-вторых, микроорганизмы как напрямую, так и косвенно влияют на рост и развитие растений и, в-третьих, от внешних и внутренних условий зависит скорость микробиологических процессов в среде.
Преимущества микробиологической активации - это быстрая переработка материалов органического происхождения и обогащение их доступными для растений питательными веществами. Стадия изменения органического материала такова, что он может активно использоваться в почвообразовательном процессе, при этом происходит: обогащение почвы и растительных субстратов многообразием микрофлоры, насыщение почвы продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (ферментами, ростовыми веществами, антибиотиками, аминокислотами, витаминами и др.). И, наконец, сама микробная плазма (Ушаков, 2002), становится дополнительным органическим удобрением.
Использование приема микробиологической активации при получении органических удобрений широко распространенный метод. Но в этом направлении научных исследований существует две цели. Одна — утилизация отходов различного происхождения. Вторая — получение общественно полезного продукта, а именно органического удобрения. Полученные удобрения чаще всего имеют территориальное (местное) значение, то есть, привязаны к определенному виду хозяйственной деятельности человека. Многие из них в своем составе содержат специфические вещества, присущие конкретным видам производства.
Но, следует признать, что для получения органических удобрений путем бактеризации, существуют определенные принципы, являющиеся универсальными в технологии производства биоудобрений. Это - подбор микроорганизмов (штаммов, ассоциаций, сообществ) способных видоизменять органическое вещество. Получение инокулятов или подбор источников микроорганизмов с высоким титром микробных клеток. Оптимизирование
5 среды для ускорения микробиологических процессов разложения сложных органических соединений, с помощью внесения дополнительных веществ или изменения температурных условий (Кашпар, Конделик, 1970).
Наиболее широко используемой основой для получения органических удобрений является торф. Для которого характерно высокое содержание органического вещества, состоящего до 45% из гуминовых кислот и до 25% из фульвокислот. Содержание валового азота в торфе низинного типа доходит до 4% на сухое вещество, причем свыше 90% его общего количества аккумулировано в органическом веществе (Шкель, 1984, Тишкович, Шныриков, Зубовский, 1987). Создавая определенные условия можно активизировать труднодоступные органоминеральные вещества торфа, переведя их в подвижные формы легкодоступные растениям.
Существуют различные способы активации органического вещества торфа. Компостирование как чистого торфа (Бахулин, 1962), так и в смеси с органическими отходами различного происхождения (Манорик, 1957), химическая активация (Тишкович, 1972, 1976) и термическая (Вульф, Цупров, Грановская, 1973). Однако каждый из этих способов в большей или меньшей степени экологически небезопасен и наряду с положительным эффектом имеет свои недостатки.
В последние годы возрос интерес к изучению биологических способов активации органического вещества торфа. Использование микроорганизмов для активации позволяет резко сократить сроки компостирования торфа, увеличив содержание подвижных минеральных компонентов и водорастворимых органических веществ. В результате жизнедеятельности внесенных микроорганизмов торф обогащается веществами стимулирующего действия, витаминами и гуминоподобными соединениями.
Существуют различные способы микробиологической активации торфа. Наибольший интерес представляет использование нативной ассоциации микроорганизмов адаптированной к торфу, что значительно сокращает сроки
активации, а значит, ускоряет выход конечного продукта, повышает содержание доступного растениям органического вещества.
Изучение процессов в «открытых» биологических системах, примером которых являются торф и почва, достаточно сложная задача. Так как направление, скорость и цикличность этих процессов подвержены влиянию множества факторов.
Поэтому процессы активации органического вещества торфа, в частности, процесс воздействия нативной микрофлоры на органическое вещество торфа, практически не изучены, не определены критерии качества (степень биологической активности) активированного торфа, а так же не изучен механизм влияния активированного торфа на почву и формирование урожая сельскохозяйственных культур.
Цель работы. Изучить возможность использования нативной ассоциации микроорганизмов для активации органического вещества низинного торфа и последующего создания нового органического удобрения. Задачи исследования.
Получить новый вид органического удобрения, на основе микробиологической активации органического вещества низинного торфа.
Получить микробиологический инокулят на мясопептонной среде, установить возможность получения инокулятов на торфяной и торфопометной средах.
Иссдедовать процесс микробиологической активации органического вещества низинного торфа.
Исследовать изменения свойств активированного торфа при длительном хранении и его биологическую активность.
5. Изучить степень влияния нового органического удобрения на элементы
системы «органическое удобрение — почва - растение».
7 Научная новизна.
Разработан способ получения нового инокулята на основе торфа и торфопометного компоста с содержанием нативной ассоциации микроорганизмов, адаптированных к торфу.
Исследованы условия получения нового торфяного удобрения на основе микробиологической активации, выявлены значимые факторы и оптимизированы условия его получения.
Предложен новый подход к оценке биологической активности микробиологически активированных торфов.
На защиту выносятся.
Способ получения и качественные показатели микробиологического инокулята.
Способ получения и качественные показатели нового органического удобрения.
Влияние нового торфяного удобрения на агрохимические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.
Теоретическая значимость работы. Показано, что используемая для активации органического вещества торфа нативная ассоциация микроорганизмов торфа и торфопометного компоста, представляющая собой естественное сообщество, осуществляет разложение органического вещества торфа. В процессе активации происходит мобилизация элементов в легкоусвояемой для растений форме, накопление биологически активных веществ и синтез гуминоподобных веществ. При использовании такого удобрения почва обогащается многочисленной и разнообразной микрофлорой, восстанавливается запас органических веществ, улучшается соотношение подвижных элементов и активируется сама почвенная микрофлора. Кроме того, использование данного вида органического удобрения экологически безопасно и может служить примером «разумного» вмешательства человека в агроэкологическую систему, так как по своим характеристикам не идет в разрез с естественными
8 почвенными процессами, не содержит чужеродных веществ и микроорганизмов.
Практическая значимость работы. Разработан способ получения органического удобрения, на основе микробиологической активации органического вещества торфа, с помощью нативной ассоциации микроорганизмов, позволяющий снизить, применяемые дозы торфа до 10-20 т/га, повысить урожайность и качество продукции такой сельскохозяйственной культуры как картофель. Свойства данного удобрения позволяют прогнозировать, что его действие должно быть благоприятно на разных типах почв, под различными сельскохозяйственными культурами.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Международной конференции «Генезис, эволюция и роль болот в биосферных процессах» (г. Минск, 1994), Региональной научно-практической конференции «Качество — стратегия XXI века» (г. Томск, 1999), Международной научно-практической конференции «Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке (г. Алма-Ата, 2000), конференции молодых ученых СО РАСХН (г. Новосибирск, 2000), Второй Всероссийской конференции «Проблемы региональной экологии» (г. Томск, 2000), III Международной научно-практической конференции «Проблемы АПК и охрана окружающей среды» (г. ,2000), первой научно-практической конференции «Промышленно -т экологическое развитие Западно-Сибирского региона на базе местного природного сырья» (г. Омск, 2000), на выездной сессии объединения научных советов по общему земледелию, селекции и семеноводства в Сибири (г. Новосибирск, 2000), региональной научно-практической конференции «Качество — стратегия XXI века» (г. Томск, 2000), Международной научной конференции посвященной 70-летию образования кафедры почвоведения в ТГУ «Современные проблемы почвоведения в Сибири» (г. Томск, 2000),
9 Международной научно-практической конференции «Энерго — и ресурсосбережение в земледелии аридных территорий» (г. Барнаул, 2000). Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ и 1 заявка на изобретение, получившая положительное решение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 137 страницах, содержит 33 таблицы, 21 рисунок. Список литературы включает ИЗ наименований из них 7 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую признательность д.с.-х.н. Э.В. Титовой за руководство при создании диссертационной работы, к.х.н. Л.В. Касимовой за руководство при выполнении научных исследований, написании статей и диссертации, к.х.н. В.Н. Буланцевой и к.б.н. Н.А. Перченко за научные консультации, к.б.н. Г.Е. Пашневой за помощь в освоении математических методов обработки результатов исследования и сотрудникам лаборатории агрохимических исследований СибНИИТ за помощь в проведении анализов и моральную поддержку.
