Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы 10
1.1. Существующий уровень плодородия дерново-подзолистых почв 10
1.2. Условия получения и химический состав биогумуса и КМН 21
1.3. Влияние биогумуса и КМН на основные физико-химические свойства дерново-подзолистых почв 41
1.4. Действие биогумуса и КМН на продуктивность севооборота и качество растениеводческой продукции 48
2. Объекты, методика и условия проведения исследований 57
2.1. Физико-химическая характеристика почв объектов исследования 57
2.2. Схема и методика закладки опытов, севообороты 62
2.3. Методы изучения влияния органических компостов на плодородие почвы 66
2.4. Агрометеорологические условия в годы проведения опытов 68
3. Влияние органических компостов на режим органического вещества дерново-подзолистых почв 72
3.1 Влияние компостов на биологическую активность почвы 72
3.2. Влияние компостов на содержание и запасы органического вещества в исследуемых почвах 74
3.3. Влияние органических компостов на изменение состава органического вещества дерново-подзолистых почв 84
4. Влияние органических компостов на динамику питательного режима дерново-подзолистых почв 93
5. Изменение физических свойств дерново-подзолистых почв при внесении органических компостов 117
5.1. Изменения плотности почв 117
5.2. Изменение агрегатного состава 122
6. Влияние органических компостов на продуктивность звена севооборота и их окупаемость прибавкой урожая, возделываемых полевых культур 137
6.1. Влияние компостов на урожайность культур и качество растениеводческой продукции 137
6.2. Окупаемость питательных веществ компостов полученной прибавкой урожая 146
6.3. Биоэнергетическая эффективность применения удобрений 148
Основные выводы 153
Предложения производству 157
Список используемой литературы 158
Приложения 189
- Влияние биогумуса и КМН на основные физико-химические свойства дерново-подзолистых почв
- Агрометеорологические условия в годы проведения опытов
- Влияние компостов на содержание и запасы органического вещества в исследуемых почвах
- Окупаемость питательных веществ компостов полученной прибавкой урожая
Введение к работе
Актуальность темы. За последние годы в нашей стране резко обострилась проблема с плодородием почвы. Особую остроту она приобретает в Нечерноземной зоне России. С начала 90-х годов в зоне повсеместно наблюдается резкое снижение вносимых в почву органических и минеральных удобрений, средств химической мелиорации почв. Это привело к тому, что установлена четкая тенденция подкисления земель, наметилось снижение основного показателя плодородия почв — гумуса, происходит резкое падение содержания обменного калия, ухудшаются водно-физические показатели почв.
По данным статистической отчетности администрации Тверской области в земледелии региона внесение органических удобрений уменьшилось в 5-6 раз, минеральных в 12-14 раз. Раньше известковалось 230 тыс. га в год, а в последнее время в пределах 1-2 тыс. га.
Поднимаемые научной общественностью вопросы о необходимости увеличить внесение в почву традиционных видов органических удобрений остаются не услышанными. С каждым годом насыщенность гектара пашни данными удобрениями падает. Основными причинами такого положения является:
уменьшение выхода навоза в связи с сокращением численности поголовья скота;
прекращение государственного финансирования заготовки торфа для производства торфонавозных компостов;
высокая стоимость работ, связанных с заготовкой больших количеств традиционных органических компостов и их внесением в почву в высоких дозах (40-60 и более т/га);
значительное засорение полей сорняками, после каждого внесения в почву обычных видов удобрений;
- часто невысокая отдача от использования традиционных органических удобрений, как правило, в два раза ниже нормативной.
Не решает в полном объеме проблему воспроизводства плодородия почв и биологизация земледелия, о которой в последнее время так много говорят и пишут. Даже если данный тезис реализовать в полном объеме, то в почве может повышаться содержание органического вещества и азота. Что же касается пополнения элементов зольного питания растений, то при биологизации этого не происходит.
В условиях рыночной экономики значение органических удобрений как продукта, производимого внутри сельскохозяйственной отрасли, значительно возрастает, при этом особо актуальным является освоение технологий производства новых видов и форм высокоэффективных удобрений, обеспечивающих значительное ресурсосбережение и экологическую безопасность, как при их производстве, так и в условиях использования в земледелии.
Последние годы мировая наука и практика земледелия все чаще обращается к широкому использованию исконного помощника крестьянина — дождевому червю. Еще Дарвин писал: «Плуг принадлежит к числу древних, имеющих наибольшее значение изобретений человека. Но еще за долго до его изобретения, почва правильно обрабатывалась червями. Весьма сомнительно, чтоб еще нашлись другие животные, которые в истории земной коры заняли бы столь видное место» [62].
Внимание к нетрадиционным источникам органических удобрений вызвано хроническим дефицитом последних в нашей стране при ухудшающемся гуму сном состоянии почв, а также определенном пересмотре роли и места минеральных удобрений в плодородии почв, формировании и качестве урожая сельскохозяйственных культур и другими причинами.
Создание и применение безопасных средств повышения плодородия почв, агросистем, разработка биотехнологии, получение удобрения нового
типа, все это способствует обогащению почв не только элементами питания, но и микрофлорой, позволяет почве самоочищаться, получать экологически чистую продукцию. Решение этих проблем особенно важно для малогумусных почв региона верхней Волги.
Выгоднее отличаются от традиционных органических удобрений новые виды их, такие как биогумус, технология производства которого применительно к условиям Тверской области разработана на кафедре агрохимии и почвоведения Тверской государственной сельскохозяйственной академии и компост многоцелевого назначения (КМН), производимый во Всероссийском научно-исследовательском институте мелиорируемых земель (пос. Эммаус, Тверской области).
Они обладают следующими преимуществами:
их органическое вещество и содержащиеся элементы питания имеют большую удобрительную ценность, чем в обычных удобрениях;
наряду с сугубо удобрительным действием для них характерна высокая микробиологическая активность, что позволяет мобилизовать питательные вещества почвы;
свободны от всхожих семян сорных растений и не вызывают засорения полей;
являются более концентрированными, что позволяет снизить дозы внесения их в почву в 3-4 раза, по сравнению с традиционными, а это уменьшает затраты на внесение;
компосты экологически чистые, не содержат тяжелых металлов и болезнетворных бактерий.
Вместе с тем, до настоящего времени имеется много не выясненных вопросов, связанных как с производством новых видов компостов, так и с выявлением их действия на свойства почвы, величину и качество урожая сельскохозяйственных культур.
Используемые при производстве новых видов органических компостов
технологии достаточно просты, экономически выгодны, а главное
безотходны. Выращивание червей - это не только экологически чистый, но и
высокодоходный промысел. Существующая технология получения
биологического гумуса позволяет решать целый ряд сложных хозяйственных
проблем, таких как комплексная утилизация органических отходов
производства, пополнения ценными белковыми добавками кормовых
ресурсов, получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции,
повышение плодородия почв, улучшение их структуры и водно-физических
свойств, получение новых высокоэффективных веществ и препаратов,
органоминеральных удобрений пролонгирующего действия,
биостимуляторов для растениеводства и животноводства, ценного сырья для фармакологического и парфюмерного производства.
Согласно мнения авторов разработки КМН, он также обладает высоким удобрительным действием. Вместе с тем имеются публикации и данные производства, которые свидетельствуют о том, что не всегда применение новых видов органических компостов является эффективным. При этом не достигается уровня ожидаемых параметров улучшения свойств почвы, незначительно возрастает урожайность, оказывается не высокой экономическая эффективность.
В связи с этим целью диссертационной работы являлось:
- Изучить влияние вермикомпоста (биогумуса) и компоста
многоцелевого назначения (КМН) на плодородие дерново-подзолистых почв
и продуктивность звена севооборота.
В задачи исследований входило:
изучить химический состав исследуемых видов органических компостов и их биологическую активность;
исследовать влияние компостов на режим органического вещества супесчаной и легкосуглинистой почв;
выявить динамику питательного режима почв при внесении органических компостов;
определить уровень влияния органических компостов на физические свойства почвы;
установить действие компостов на урожайность возделываемых в звене севооборота полевых культур;
определить биоэнергетическую оценку применения органических компостов при возделывании полевых культур.
Научная новизна. Впервые в одинаковых условиях северной части Центрального Нечерноземья проведено сравнительное изучение разных видов и доз органических компостов (биогумуса и КМН) на продуктивность зернотравяного звена севооборота и плодородие двух преобладающих разновидностей пахотных дерново-подзолистых почв - супесчаной и легкосуглинистой. Выявлено их влияние на динамику органического вещества почв, установлены количественные показатели минерализации и гумификации компостов в почве, определено действие удобрений на уровень питания растений, физические показатели почвы, величину и качество получаемой растениеводческой продукции в звене севооборота.
Практическая значимость работы заключена в рекомендации производству наиболее обоснованных доз биогумуса и КМН, обеспечивающих улучшение физико-химических свойств дерново-подзолистых (легкосуглинистых и супесчаных) почв, способствующих мобилизации из почвенных запасов питательных веществ (фосфора 12,2 -122,0 кг/га и калия 48,8 - 166,0 кг/га) и повышению урожайности возделываемых культур зернотравяного звена севооборота на 25,2 - 73,2 %. Один килограмм NPK, содержащийся в биогумусе и КМН, окупается 7,4 -21,6 кг зерн. ед. дополнительной растениеводческой продукции при хорошем ее качестве.
Реализация результатов исследований. Результаты работы внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Калининского, Конаковского и Торжокского районов Тверской области на площади 500 га с экономическим эффектом 1230 тыс. руб.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практических конференциях в Тверской государственной сельскохозяйственной академии в 1998, 1999, 2000 гг., на Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые — возрождению сельского хозяйства России в XXI веке» на секции «Деградация, устойчивость и восстановление почв и почвенного покрова. Радиологические проблемы в биосфере и обществе» (Брянск, 1-5 ноября 1999 г.), где доклад занял 3 место. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 157 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений к производству, 24 приложений. Список литературы состоит из 306 источников, из них 39 иностранных.
Основные положения, выносимые на защиту:
положительное влияние биогумуса и КМН на режим органического вещества дерново-подзолистых почв, зависимость питательного режима их от доз биогумуса и КМН;
улучшение физических свойств дерново-подзолистых почв под влиянием органических компостов;
повышенная окупаемость питательных веществ, содержащихся в биогумусе и КМН, полученной прибавкой урожая звена севооборота;
способность биогумуса и КМН мобилизовать питательные вещества из почвы;
получение дополнительного количества биологической энергии в урожае за счет применения органических компостов.
Влияние биогумуса и КМН на основные физико-химические свойства дерново-подзолистых почв
Влияние дождевых червей на почву основано на том, что поглощая вместе с почвой огромное количество растительного детрита, микробов, грибов, водорослей и нематод, яиц гельминтов, они переваривают все это, выделяя с капролитами большое количество собственной кишечной флоры, препятствующей выделению газов, обеззараживают почву.
Полевые опыты, проведенные Л.Г. Карандашовым с соавторами [96] на предкавказских мицелярно карбонатных богарных черноземах с районированными сельскохозяйственными культурами показали, что внесение в них биогумуса, улучшило их водно-физические свойства, повысило содержание фракций с размером агрегатов от 0,25 до 10 мм, обладающих пористостью и водопрочиостью и составляющих основу агрономически ценной структуры. Увеличилось содержание наиболее водопрочной микроструктуры, гумусовых веществ. Внесение биогумуса способствует понижению коэффициента дисперсности почвы с 9,6 до 6,5, в результате чего возрастает прочность микроструктуры и степень агрегированное.
В известном смысле гибрид красного калифорнийского червя, как наиболее активный и плодовитый представитель рода, является биохимическим цехом, лабораторией по выработке биологического гумуса. Биогумус (вермикомпост) имеет ряд общих свойств с традиционными органическими удобрениями и в тоже время в нем много особенного по сравнению с ними. Он имеет целый ряд неоспоримых преимуществ.
При внесении биогумуса почва становится более окультуренной, что предупреждает ветровую и водную эрозию, в ней создаются более благоприятные условия для нормального развития растений. Гранулированные гумусные удобрения, как продукт жизнедеятельности вермикультуры, превосходят навоз, компост по содержанию гумуса в 4-8 раз [168].
Самая яркая отличительная черта вермикомпоста - высокая насыщенность микроорганизмами, что обеспечивает непрерывное образование активных метаболитов, ауксинов, гетероауксинов и других соединений. Микрофлора составляет 2000 миллиардов колоний в 1 грамме, что в 1000 раз больше, чем в навозе. Микроорганизмы вермикомпоста стимулируют биохимические почвенные процессы, повышают численность животных организмов в почве, подавляют развитие патогенных бактерий. Исключительное значение имеет способность микроорганизмов вермикомпоста переводить подвижные формы тяжелых металлов в малоподвижные соединения.
Одной из экологических проблем является продолжающееся накопление на поверхности суши радиоактивных и ядовитых веществ, бытового мусора, промышленных отходов, возникновение вторичных химических реакций с образованием токсичных веществ. Используя вермикультуру можно положительно решить данную проблему с наименьшими затратами и в более короткий срок. Существует опыт некоторых стран по удалению нефти с поверхности земли при засыпке пятна измельченным торфом. Также были получены положительные результаты применения вермикультуры для снижения процентного содержания тяжелых металлов. Биогумус из-за характерных физико-химических особенностей строения имеет высокую способность к сорбции тяжелых металлов с образованием комплексных соединений разной химической природы, водорастворимых форм. При вермикультивировании содержание тяжелых металлов в органических веществах количественно снижается в 3-4 раза. Особое значение имеет данное свойство вермикомпоста для почв утративших способность к самоочищению из-за сильного загрязнения их остатками пестицидов и веществ, входящих в состав промышленных отходов. Известна роль биогумуса в очистке почв, загрязненных радионуклидами и изотопами, в деструкции полифенолов, сорбции пестицидов. Повышая детоксикационные свойства почв, биогумус позволяет вернуть сельскохозяйственные участки, не пригодные для их использования из-за загрязнения [300, 302].
Положительное влияние вермикомпоста на активность почвенной микрофлоры установлено во Владимирской области [100]. Количество целлюлозоразрушающих микроорганизмов, осуществляющих первую стадию гумификации органического вещества, возросло в 2 раза. Степень разложения ткани в почве с вермикомпостом оказалась в 2,1 раза выше, чем на контроле. Существенное влияние на биологическую активность почв установлено также на обыкновенном черноземе Самарской области [148].
Существует точка зрения, что наблюдаемый на фоне биогумуса развитие растений, рост урожайности, улучшение качества продукции, связано не только с химическим составом, а с высокой микробиологической активностью, при которой происходит непрерывное образование метаболитов, в частности таких регуляторов как ауксины и гиберилины, цитокенины, являющиеся продуктами вторичного метаболизма [4].
В частности, высказывается мнение о механизме действия биогумуса. Как только образуется дефицит какого-то элемента, микрофлора начинает его производить из органических остатков, в результате поддерживается соотношение питательных веществ с естественным оптимальным уровнем [258]. Исследования изменения экосистемы вермиценоза показали: процесс трансформации веществ биогумусом идут с высокой микробиологической —-активностью, и с непосредственным участием простейших [126].
Основными симбионтами навозных червей Е. foetida являются энхитрии и микроорганизмы. Симбиотическое взаимодействие дождевых червей и микроорганизмов осуществляется в кишечнике червей через их экскременты [115]. Находящиеся в кишечнике микроорганизмы способны извлекать азот из белков. Этот процесс продолжается с меньшей интенсивностью и в капролитах. Другие микроорганизмы наоборот, находятся в кишечнике в неактивной форме, а в капролитах разлагают белок до аминокислот [131].
В капролитах дождевых червей резко возрастает численность актиномицетов и других организмов, развивающихся на крахмало-амиачном агаре, чем, по мнению Л.С. Козловской, стимулируется ускоренная минерализация органических субстратов по сравнению с почвой [114].
Отличительная особенность вермикомпоста заключается в том, что он не содержит жизнеспособных семян сорных растений, в то время как в навозе и компосте традиционного приготовления количество семян сорняков достигает несколько миллионов в 1 тонне. При непрерывном хранении количество жизнеспособных семян в бурте за летний период может возрасти в 10-15 раз за счет вторичного засорения [9, 100].
Агрометеорологические условия в годы проведения опытов
Скорость минерализации гумусообразователей и гумусовых веществ в почве обычно определяют 2 группами методов: прямым и косвенным. В основу прямых методов положен учет количества СОз и NH3, образующихся при разложении органических веществ. Такие методы имеют хорошую точность, но весьма трудоемки и требуют специальной аппаратуры.
Более широкое применение нашли косвенные методы, основанные на определении: - изменения количества общего углерода в почве в течение годичного цикла гумусообразоваиия; - изменения навески органических остатков до и после определенного срока разложения; - содержания углерода в беззольной навеске исходного и компостирующегося материала и т.д.
Скорость разложения органического вещества компостов определяли по убыли их массы, заложенной в мешочки из стеклопласта и помещенной в почву на глубину 15-20 см. Всего было заложено 144 мешочка, по 48 штук с ТНК, биогумусом и КМН. Из 48 мешочков 24 - в супесчаной и 24 — в легкосуглинистой. Порядок закладки и съемки для учета следующий: мешочки с массой компостов заложили в почву 1.06.1998 г. В течение первого года разложения их вынимали по 3 шт. через месяц, а именно 1.07, 1.08, 1.09 и 1Л 0. На основании полученных данных составили диаграмму убыли органической массы компостов в перегнойном слое почвы.
В соответствии с почвенно-географическим районированием территория исследований относится к южно-таежной подзоне таежно-лесной зоны. По обеспеченности растений теплом он характеризуется как умеренно прохладный. Средняя многолетняя температура наиболее теплого месяца равна 17,3С, наиболее холодного - 10,5С. Продолжительность период с температурой выше 0С — 180-220 дней, выше 10С - 110-140 дней, безморозного периода 105-145 дней. Сумма климатических температур (более 10С) составляет 1600-2300 градусов.
Средняя дата перехода среднесуточной температуры воздуха через 5 градусов весной наблюдается 18-22 апреля, осенью 7-11 октября. Продолжительность вегетационного периода — 175 дней. Дата перехода среднесуточной температуры через 10 градусов весной 5-6 мая, осенью 17-18 сентября, а период активной вегетации сельскохозяйственных культур равен 135 дням. Средние даты перехода среднесуточных температур через 0 градусов весной и разрушение устойчивого снежного покрова наступает в период от 1 до 7 апреля, что позволяет считать началом синоптической весны первые числа апреля. Последние заморозки на почве приходятся в среднем на 18-26 мая. Сумма температур от начала до конца весеннего сезона составляет в среднем 300-330 градусов.
Осенний сезон продолжается с половины сентября до конца ноября, он охватывает период от перехода среднесуточной температуры через 10 градусов и начала заморозков на почве до образования устойчивого снежного покрова и установления морозной погоды со среднесуточной температурой воздуха ниже - 5 градусов.
По обеспеченности растений осадками характеризуемый район считается влажным, среднегодовое количество осадков равно 650 мм при испарении 500-410 мм. Повторяемость влажных и избыточно-влажных лет составляет 37-25%, вероятность лет с недостаточной обеспеченностью осадками примерно 30%. Большая часть годовых осадков (70-75%) выпадает за вегетационный период (апрель-сентябрь). Распределяются они неравномерно, что вызывает временный недостаток влаги для растений.
Вероятность сухих и засушливых месяцев для большинства областей Нечерноземного центра составляет более 50% [74]. Засушливые периоды меньшей продолжительности, отрицательно влияющие на рост и развитие растений, встречаются гораздо чаще. Несмотря на то, что Центральный район по оценке влагообеспеченности Г.П. Селянинова [228] относится к достаточно увлажненным, поскольку ГТК за период активной вегетации равен 1,4, в среднем три года из каждых четырех здесь являются неблагоприятными для роста и развития возделываемых сельскохозяйственных культур.
Весной оттаивание почвы идет обычно сверху. К концу первой декады апреля почва в среднем оттаивает на 25-28 см, а полностью на всю глубину -17-28 апреля. Температура на поверхности почвы летом на 2-3 градуса выше, чем температура воздуха, но с глубиной убывает ив 14-15 см от поверхности совпадает с температурой приземного слоя воздуха.
Характеристику агроклиматических и метеорологических условий за годы исследований приводим по данным Тверской метеостанции. Среднемесячные температуры и количество выпадающих осадков за этот период показаны в приложении 1 и на рисунках 1 и 2.
Наибольшее количество осадков за вегетационный период выпало в 1998 и 2000 годах (352 и 311 мм соответственно), наименьшее — в 1999 г. (156,6 мм). По сумме температур за вегетацию к теплым относятся 1998, 1999, к холодным - 2000 г.
В 1998 году избыточное увлажнение почвы преимущественно наблюдалось во второй половине вегетации, особенно много осадков выпало в июле (137 мм) и в августе (182 мм), при среднегодовой норме 87 и 77 мм.
Влияние компостов на содержание и запасы органического вещества в исследуемых почвах
Из рассмотрения отдельных фракций ГК видно, что увеличение коснулось всех их, однако в наибольшей степени это свойственно фракции 1, так называемой свободной, или слабо связанной с минеральной частью почвы. В меньшей степени внесенные удобрения вызвали изменение количества ФК, в почве отдельных вариантов их относительное содержание даже снизилось. В результате в конце 1-го года трансформации удобрений в корнеобитаемом слое почвы на фоне удобренных вариантов отношение ГК:ФК расширилось с 0,83 на контроле, до 1,06-1,09 в вариантах с КМН (дозы 15 и 10 т/га), биогумусом (доза 16,8 т/га) и ТНК (доза 47,9 т/га).
Поскольку качественное улучшение состава органического вещества почв с удобрениями произошло преимущественно за счет возрастания ГК фракции 1, то представляло значительный интерес проследить, как они поведут себя в год последействия удобрений, согласно полученным данным (табл. 20).
В конце второго года разложения компостов в составе органического вещества дерново-подзолистой супесчаной почвы выявлено некоторое снижение количества ГК на всех вариантах опыта. Что касается динамики по отдельным фракциям, то содержание ГК фракции 1 даже несколько увеличилось, но зато более заметно снизилось количество ГК фракции 2, что свидетельствует о непрочности связи ГК раздельнопластичной почвы с кальцием. Произошло некоторое изменение и ФК, преимущественно в сторону их возрастания. По отдельным вариантам наблюдалось снижение количества ФК фракции 1а, с наиболее заметным увеличением фракции 2 и 3. Все это выразилось в тенденции сужения отношения ГК:ФК, как и в год прямого действия компостов самое широкое отношение ГК:ФК имело место в почве вариантов с ТНК и максимальными дозами биогумуса (1,10-1,01).
По данным исследователей [35, 186, 200] при окультуривании почв в составе перегноя возрастает относительное и абсолютное содержание негидролизу ем ого остатка, как наиболее стабильной части гумуса. В нашем опыте относительного увеличения негидролизуемого остатка органического вещества не наблюдалось. Возможно, это связано с наличием в этой группе веществ слабогумифицированных соединений, которые вследствие повышения микробиологической активности почв при внесении традиционного органического компоста, биогумуса и ТНК довольно интенсивно минерализуется. Можно также предположить, что та часть органического вещества, которая перешла в негидролизуемый остаток при внесении компостов, сразу не приобрела достаточной прочности и поэтому подвергалась минерализации.
Негидролизуемый остаток представляет собой лигнино-протеиновый углеводный комплекс. Опытами [73, 137] установлено, что по мере гумификации органических материалов часть лигнина окисляется и может экстрагироваться щелочными растворами. По данным А.Д. Фокина [251] участие лигниновых структур в образовании гумуса в почве составляет свыше 60%. Поэтому вполне возможно окисление негидролизуемых веществ почвы, из которых происходит образование гумусовых соединений. Изменение состава органического вещества более связной легкосуглинистой почвы при внесении органических удобрений в основном соответствовало тем же закономерностям, что и для супесчаной почвы (табл. 21). ТНК и КМН в дозе 15 т/га оказали практически одинаковое влияние на изменение состава перегноя, значительно увеличив содержание гуминовых кислот (39,5 - 41,1 %), которое на контроле составило 29,3%. На их фоне почти в 1,3 раза возрастало количество ГК, в результате чего отношение ГК:ФК расширилось до 1 ДО, вместо 0,8 на контроле.
Довольно значительное влияние на состав органического вещества почвы оказали биогумус в дозе 16,8 т/га и КМН 10 т/га. В первый год действия удобрения содержание ГК повысилось по отношению к контролю в 1,3 раза, достигнув 37,8-38,2 %, а отношение ГК:ФК было равным 1,00.
С увеличением доз компостов возрастало, соответственно, и процентное содержание всех фракций гуминовых кислот. На контроле содержание фракции 1, 2 и 3 соответственно составило 10,0%, 8,30% и 11,0% от общего количества органического вещества. В почве с ТНК — 15,8%, 10,79% и 12,9%, а на фоне КМН в дозе 15 т/га - 15,4%, 8,10% и 17,6%. Как видно КМН очень заметно позволил увеличить в составе ГК содержание 3-й фракции.
Гораздо меньшим было изменение содержания фульвокислот. Можно отметить лишь как тенденцию их относительного снижения в почве вариантов с органическими компостами. Наиболее широкое отношение ГК:ФК (1,00-1,10) установлено в почве с КМН, биогумусом, ТНК. Последующая трансформация группового состава гумуса в почве с удобрениями идет, главным образом, в сторону постепенного увеличения относительного содержания фульвокислот и снижения доли гуминовых кислот. Подобную закономерность динамики гумусовых веществ дерново-подзолистых почв при внесении органических удобрений отмечает Л.Н. Александрова [5].
На свободную фракцию 1 ГК в составе органического вещества легкосуглинистой почвы приходилось примерно такое же процентное содержание как и в супесчаной, тогда как наиболее агрессивная фракция ФК-1а в большем объеме находилась в супесчаной почве.
В составе ГК в первый год трансформации компостов максимальное увеличение фракции 1 обеспечил ТНК, где ее количество изменилось с 10% на контроле до 15,8%. Содержание этой фракции на делянках с максимальными дозами биогумуса и КМН составило 15,4%, что на 5,4% выше по сравнению с контролем.
В год последействия компостов в легкосуглинистой почве, когда на ней возделывалась озимая рожь, выявлено очень незначительное увеличение содержания ГК и примерно такое же снижение ФК, что позволило сохранить отношение ГК:ФК, а на отдельных вариантах опыта даже несколько расширило его (биогумус, КМН 5 т/га).
Минеральные удобрения улучшения качественного состава перегноя не вызвали. Как и в супесчаной почве выявлена тенденция уменьшения количества негидролизуемого остатка по мере разложения органических компостов. На наш взгляд это связано с увеличением активности микробного ценоза почв и вовлечением в процессы минерализации ранее недоступных для микроорганизмов гумусовых веществ.
Окупаемость питательных веществ компостов полученной прибавкой урожая
В структуре энергетических затрат сельского хозяйства удобрения составляют 44,5-56,5% [132]. Однако реальная практика хозяйствования последних лет, когда резко снизилось применение удобрений, приводит к необходимости пересмотра доли участия их в полученном урожае. Особый интерес представляет определение целесообразности по энергозатратам доз и видов вносимых удобрений. Метод биоэнергетической эффективности применения удобрений может служить основой для принятия решений по их использованию. Его достоинство заключается в независимости от коньюктурной ценовой политики. Биоэнергетическая эффективность (энергоотдача или биоэнергетический КПД) применения удобрений определяется отношением количества энергии, накопленной в урожае и гумусе, к биоэнергетическим затратам на использование удобрений и уборку дополнительной прибавки урожая. Применение удобрений считается целесообразным, если энергоотдача от них (коэффициент энергетической эффективности) превышает единицу.
Мы провели биоэнергетическую оценку разных видов удобрений при возделывании озимых, яровых зерновых культур и викоовсяной смеси на дерново-подзолистой супесчаной и легкосуглинистой почвах (табл. 32). Коэффициент энергетической эффективности (Кбэ) рассчитывали по следующей формуле:
Как видно из таблицы 44, биоэффективность разных видов органических компостов существенно колеблется. Наибольшее количество энергии, накопленной прибавкой урожая основной и побочной продукции, на супесчаной и легкосуглинистой почве отмечено в вариантах с КМН в дозах 10 и 15 т/га (37,0 - 56,8 ГДж/га - супесчаная, 44,2 - 68,1 ГДж/га -легкосуглинистая соответственно). Остальные варианты значительно уступают вышеперечисленным.
Расчеты по анализу энергии, накопленной за счет увеличения содержания органического вещества, показывают, что энергия, накопленная им, превышает количество энергии, накопленной урожаем в вариантах с ТНК, биогумусом в дозе 16,8 т/га и с минимальной дозой КМН на супесчаной почве, а также на всех вариантах с компостами на легкосуглинистой почве. Но больше всего этой энергии накапливалось на фоне ТНК и максимальной дозы КМН как на супесчаной (55,2), так и на легкосуглинистой почве.
По количеству затрат совокупной энергии вне всякой конкуренции выделяются варианты с ТНК и в меньшей степени те, где использовали наибольшие дозы КМН и биогумуса.
Наибольший коэффициент биоэнергетической эффективности (Кбэ) на супесчаной почве оказался на фоне внесения КМН во всех дозах, от 7,8 до 8,5. Более значительным он получился на легкосуглинистой почве, что связано главным образом, с гораздо большим накоплением в ней органического вещества. Аналогично супесчаной почве, самое высокое значение его было при использовании КМН в дозах 10 и 15 т/га.
Таким образом, с учетом биоэнергетической эффективности удобрений наиболее приемлемым видом их на дерново-подзолистых супесчаной и легкосуглинистой почвах является КМН во всех дозах. Коэффициент биоэнергетической эффективности в опытах на его фоне в зависимости от доз колеблется в пределах 7,8 - 8,5 (супесчаная почва) и 8,0 - 16,8 (легкосуглинистая почва). При использовании биогумуса, ТНК и минеральных удобрений значение Кбэ было значительно ниже.
Хотя производство КМН и связано с дополнительными затратами при его получении, но ввиду меньших доз внесения, по сравнению с традиционным ТНК, затраты совокупной энергии, содержащейся во вносимой дозе, ниже, чем в ТНК. В то же время прибавка урожайности и ее биоэнергетическая оценка выше. Это и обеспечивает более высокий коэффициент биоэффективности КМН, по сравнению с ТНК.
Из исследуемых видов органических компостов более высокое содержание органического вещества (40,6-40,8 % на сухую массу) выявлено в КМН и ТНК. КМН имел преимущество по наличию в нем общего азота (4,28 %), фосфора (3,07 %) и калия (1,7 %). Максимальное количество сырой золы характерно для ТНК (6,1 %), а самыми высокозольными оказались суперудобрение (46,2 %) и биогумус (53,0 %). Самое узкое отношение C:N свойственно биогумусу (5,9:1) и КМН (9,5:1).
На скорость минерализации компостов в почве оказывает влияние ее гранулометрический состав и химические показатели самих удобрений. В супесчаной разновидности минерализация на 2 - 8 % больше, чем в легкосуглинистой. На первом этапе разложения органических компостов в перегнойном слое дерново-подзолистых почв (2 месяца) наиболее активно минерализуется органическое вещество биогумуса (19,4-19,9 %), в последующем скорость разложения их выравнивается. К концу 2-го года трансформации компостов (16 месяцев) убыль их массы составила: биогумуса 24,7 - 28,4 %, КМН - 20,6 - 25,2 % и ТНК - 19,0 - 21,0 %. Через 28 месяцев минерализация органического вещества КМН и биогумуса практически полиостью сравнялась (36,1-39,5 %), а у биогумуса была выше на 5 - 6 %.
