ВЛИЯНИЕ КОМПОСТА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ АГРОЛАНДШАФТА

ВЛИЯНИЕ КОМПОСТА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ АГРОЛАНДШАФТА

Научная статья

Иванов Д.А.*

ORCID: 0000-0002-8123-3257,

Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель, Эммаус, Россия

* Корреспондирующий автор (2016vniimz-noo[at]list.ru)

Аннотация

В работе описаны результаты исследования данных долговременного мониторинга биологической активности почв агроландшафта моренного холма в условиях применения компоста многоцелевого назначения. Показано, что внесение продуктов биоконверсии органического сырья под одну из культур зернотравяного севооборота приводит к трансформации ландшафтообразующих процессов – усиливается влияние экспозиционного фактора, определяющего степень прогрева территории, соотношение тепла и влаги, а также гранулометрические особенности грунтов, на пространственно-временную вариабельность активности целлюлозоразлагающих бактерий в почвах. Внедрение агрессивной микрофлоры извне приводит к заметной нивелировке особенностей микроценозов почв разного гидроморфизма, что объясняет отсутствие влияния степени заболоченности почв на пространственно-временную динамику разложения льнополотна на тестовом поле. Внесение компоста способствует также изменению зависимостей влияния структурных частей агроландшафта и их сочетаний на динамику биоактивности почв от продуктивности культур и агроклимата. Использование выявленных закономерностей на практике позволит разработать мероприятия по адресному внесению биоудобрений в почву.

Ключевые слова: компост многоцелевого назначения, агроландшафт, биоактивность почв, мониторинг.

INFLUENCE OF MULTIPURPOSE COMPOST ON BIOLOGICAL ACTIVITY OF SOILS OF CULTIVATED LAND

Research article

Ivanov D.A.*

ORCID: 0000-0002-8123-3257,

All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands, Emmaus, Russia

* Corresponding author (2016vniimz-noo[at]list.ru)

Abstract

The paper describes the results of a study of long-term monitoring of biological activity of soils in the cultivated land of moraine hill under the conditions of the use of multi-purpose compost. It is shown that the introduction of bioconversion products of organic raw materials under one of the crops of grain-grass crop rotation leads to the transformation of landscape-forming processes – the influence of the exposure factor determining the degree of warming up of the territory, the ratio of heat and moisture, and the granulometric features of soils, to the spatial and temporal variability of the activity of cellulose-decomposing bacteria in the soils. The introduction of aggressive microflora from the outside leads to a noticeable leveling of the microcenosis features of soils of different hydromorphisms, which explains the absence of influence of the degree of waterlogging of soils on the spatial and temporal dynamics of the flap decomposition on the test field. Composting also contributes to a change in the dependence of the influence of the structural parts of the cultivated land and their combinations on the dynamics of soil bioactivity from the productivity of crops and agroclimates. Use of the revealed regularities in practice will allow developing measures for the targeted application of biofertilizers to the soil.

Keywords: multi-purpose compost, cultivated land, soil bioactivity, monitoring.

На современном этапе развития сельского хозяйства в нашей стране, в процессе увеличения объемов производства растениеводческой продукции, возникает проблема воспроизводства почвенного плодородия. Применение продуктов биоконверсии органического сырья в режиме ландшафтно-мелио­ративного земледелия позволяет увеличить спектр эколого-природоустрои­тельных задач, решаемых агрономами-практиками. Биоконверсия органических субстратов дает возможность экологически-оптимально утилизировать отходы животноводства, пищевой промышленности, торфо- и деревопереработки и других производств и при этом снизить дефицит органических удобрений в растениеводстве. Применение органических удобрений нового поколения является также приемом регуляции питательного режима почв в различных ландшафтных условиях, а также снижения степени засоренности посевов и зараженности пахотных горизонтов патологической микрофлорой.

В условиях дефицита удобрений и материальных ресурсов производство зерна и кормов можно значительно увеличить при внесении в почву компоста многоцелевого назначения (КМН), разработанного в ФГБНУ ВНИИМЗ. Его получают путем биоконверсии (аэробной ферментации) органического сырья (навоза, птичьего помета, соломы, торфа, опилок) [1]. Компост представляет собой однородную сыпучую массу влажностью 55-70% темно-коричневого цвета с нейтральной или слегка щелочной реакцией (pH 6,3-7,2) с высоким содержанием легкодоступных для растений питательных веществ: азота общего – 2,5-2,6%; фосфора (P₂O₅) – 2,0-2,2% и калия (К₂О) – 1,5-1,7% [2]. КМН, как органическое удобрение, может применяться как под полевые, так и под овощные культуры, а также при создании высокопродуктивных сенокосов и пастбищ. По своим качественным показателям он не уступает зарубежным аналогам. Следует отметить его высокую эффективность – 1 т КМН заменяет до 4-х т торфонавозного компоста. При аэробной ферментации органического сырья происходит существенное обеззараживание субстрата – уничтожение болезнетворных микроорганизмов, спор и семян сорняков.

Важнейшей задачей применения КМН на практике является его адресное внесение в пределах агроландшафта с учетом особенностей баланса накопления и расхода влаги и питательных веществ на каждом его элементе. Разработать приемы адресного внесения КМН для регуляции процессов почвенного плодородия можно на основе изучения его влияния на биологическую активность почв в различных ландшафтных условиях. Целью данной работы является анализ результатов многолетнего мониторинга биологической активности почв в опытах с применением КМН.

Сотрудниками отдела мониторинга состояния и использования осушаемых земель ФГБНУ ВНИИМЗ проведено изучение влияния КМН на степень разложения льнополотна в почвах под культурами зернотравяного севооборота в различных ландшафтных условиях. Исследования проводились на агроэкологическом стационаре ФГБНУ ВНИИМЗ [8], [9], который расположен в Тверской области в пределах холма с относительным превышением 15 м с плоской вершиной и длинными пологими склонами. В его пределах выделено четыре типа элементарных геохимических ландшафтов (ЭГЛ), являющихся вариантами ландшафтно-полевого опыта: 1) элювиально-аккумулятивный (Э-А) на вершине, где вместе с нисходящим током воды и питательных веществ наблюдается их частичная аккумуляция в микропонижениях; 2) элювиально-транзитные (Э-Т) в пределах пологих верхних частей склонов, где наблюдается нисходящий ток веществ и их боковое перемещение; 3) транзитные (Т) в центральных частях склонов с преобладанием бокового перемещения веществ; и 4) транзитно-аккумулятивные (Т-А) в наиболее пониженных частях стационара, где совмещено латеральное перемещение веществ и частичная их аккумуляция из грунтовых и намывных вод.

Почвообразующие породы в пределах стационара имеют двучленный характер – на южном склоне средняя глубина залегания морены превышает 1 м, в то время как на северном – она залегает на глубине 0,5-0,6 м, а местами выходит на поверхность. Почвенный покров представлен вариацией-мозаи­кой дерново-подзолистых почв разного геологического строения и степени заболоченности.

Исследования проводились на трансекте (профиле), пересекающей все микроландшафтные позиции холма. В ее пределах расположены контрольное и тестовое поля, площадью 1 га каждое, протягивающиеся вдоль нее параллельно друг другу. Поля были заняты в 2013 году яровой пшеницей сорта «Иргина», посеянной после злакобобовых травостоев 3 г.п., в 2014 – яровым рапсом, в 2015 – озимой рожью сорта «Дымка», в 2016 – овсом сорта «Аргамак» с подсевом многолетних трав (клевер ВИК 7, тимофеевка ВИК 9), в 2017 – клеверотимофеечным травостоем 1 г.п. На контрольном поле удобрения не вносились, а на тестовом под пшеницу в почву был внесен КМН в количестве 12 т/га, в массе которого, в пересчете на действующее вещество, содержится 300 кг азота, 180 кг фосфора и 120 кг калия. На обоих полях осуществлялись однократные подкормки зерновых аммиачной селитрой в фазу кущения дозой 1 ц/га.

Льнополотна закладывались на срок 1,5 месяца на обоих полях в точках опробования, регулярно расположенных вдоль трансекты на расстоянии 40 м друг от друга.

Результаты мониторинга степени разложения льнополотна обрабатывались пятифакторным дисперсионным анализом, в котором фактором А являлся агрофон (контроль и тестовое поле); фактором В – комплексное воздействие культуры и метеоусловий года на биоактивность почв (севооборотный фактор); фактором С – экспозиция склона (северная и южная); D – особенности ЭГЛ (транзитно-аккумулятивный, транзитный, элювиально-тран­зитный и элювиально-аккумулятивный в пределах каждого склона); Е – гидроморфизм почв (глееватая и глеевая почвы в пределах каждого ЭГЛ). Степень влияния факторов и их парных сочетаний на биоактивность почв определялась по методу Н.А. Плохинского [10] путем деления частной факториальной суммы квадратов на общую.

Результаты этого дисперсионного анализа показаны на рис. 1.

Рис. 1 – Результаты пятифакторного дисперсионного анализа влияния природных и производственных условий на степень разложения льнополотна в почвах стационара

Максимальное влияние на характер пространственно-временной динамики биоактивности почв оказывает севооборотный фактор, который характеризуется чередованием культур в условиях изменения агроклимата. Значительное воздействие на эту динамику оказывают и факторы, не учтенные в данном дисперсионном комплексе (агрохимические и агрофизические свойства почв, пространственные особенности микроклимата и т.д.). Велико также суммарное значение факторов и их сочетаний, не оказывающих по отдельности достоверного влияния на изучаемое явление.

Кроме севооборотного, все остальные факторы, включенные в дисперсионный комплекс, не оказывают по отдельности значительного достоверного воздействия на характер изменчивости разложения льнополотна. Так, особенности агрофона определяют только 1,3% вариабельности разложения льнополотна, свойства ЭГЛ – 0,5%, экспозиционный фактор определяет 0,2% вариабельности биоактивности почв. В совокупности с севооборотным фактором их влияние возрастает: агрофона более чем в два раза, микроландшафтного устройства более чем в четыре, а экспозиции – в семь раз.

Гидроморфные условия почв, как таковые, не оказывают достоверного влияния на степень разложения льнополотна вследствие незначительности градиентов заболоченности. Однако в совокупности с особенностями микроландшафтного устройства территории они достоверно влияют на биоактивность почв. Характерно, что не обнаружено достоверного совокупного воздействия на биоактивность почв гидроморфизма с факторами севооборота и агрофона, что говорит о том, что гидроморфная обстановка не оказывает существенного влияния на целлюлозоразлагающее действие КМН.

Для подробного изучения влияния агроландшафтных и производственных условий на биоактивность почв, результаты мониторинга интенсивности разложения льнополотна за каждый год в условиях разного агрофона исследовались методом трехфакторного дисперсионного анализа, где фактором А являлась экспозиция, фактором В – особенности микроландшафтов (ЭГЛ), а фактором С – гидроморфизм почв. Перепланировка опыта, как показано в табл. 1, позволяет детально изучить влияние, прежде всего агрофона и севооборота на вариабельность биоактивности почв.

Из таблицы видно, что внесение КМН, как правило, способствует снижению частоты и степени влияния особенностей природной среды на вариабельность биоактивности почв. Анализируя частоту достоверного влияния факторов ландшафтной среды на разложение льнополотна в почвах стационара, можно отметить, что внесение КМН способствует двукратному увеличению частоты воздействия экспозиции склонов на биоактивность почв и заметному снижению вероятности воздействия на нее особенностей микроландшафтного устройства и гидроморфизма почв. Частота совокупного влияния изучаемых факторов на целлюлозоразлагающую активность почвы на тестовом поле также заметно снижается по сравнению с контролем.

 

Таблица 1 – Степень воздействия структурных частей агроландшафта на вариабельность биоактивности почв при различной агротехнологии, %

Расчет суммарных нагрузок по годам (культурам севооборота) показывает, что на контроле совокупное воздействие структурных частей агроландшафта на разложение льнополотна заметно больше, чем на тестовом поле (75,1% и 63,5%, соответственно). Можно сказать, что внесение КМН несколько увеличивает устойчивость системы биоактивности почв.

Сравнение суммарных нагрузок по факторам показывает, что внесение КМН способствует значительному увеличению влияния экспозиции склона (фактора А) на вариабельность биоактивности почв (рис. 2). Фактор гидроморфизма почв после внесения КМН перестает воздействовать на целлюлозоразлающую деятельности микроорганизмов вследствие сглаживания особенностей микроценозов почв разной степени заболоченности при попадании туда агрессивной микрофлоры извне.

Рис. 2 – Суммарное влияние ландшафтных факторов на вариабельность интенсивности разложения льнополотна в почвах стационара

  Микрофлора компоста многоцелевого назначения изменяет также биологическую активность пахотных горизонтов почв и в различных ЭГЛ (рис.3)  

Рис. 3 – Влияние КМН на биоактивность почв в различных ландшафтных условиях

 

Сравнение средних за 5 лет значений интенсивностей разложения льнополотна в различных ландшафтных условиях на контроле и по фону КМН показало, что компостирование значительно усиливает процессы биодеструкции почвенной органики в ЭГЛ южного склона, который сложен более легкими породами (песками и супесями) и сильнее прогревается солнцем, тогда как на вершине и северном склоне под воздействием этого агроприема происходит некоторое снижение интенсивности биологических процессов в почве.

Корреляционный анализ показал, что степень влияния экспозиции на интенсивность разложения льнополотна на контроле прямо пропорционально зависит от продуктивности культур (r = +0,79), тогда как на тестовом поле эта связь отрицательна (r = -0,62) вследствие того, что на фоне КМН повышение продуктивности сглаживает пространственную вариабельность почвенных условий (табл. 2). На контроле степень влияния экспозиции на биоактивность почв гораздо сильнее зависит от метеоусловий года (ГТК, осадки и температура), чем на тестовом поле, что говорит о стабильной трансформации микроценозов при компостировании.

 

Таблица 2 – Результаты корреляционного анализа зависимости степени влияния структурных элементов ландшафта на биоактивность почв от продуктивности и агроклимата

 

Совокупное влияние экспозиционного (А) и микроландшафтного (В) факторов на биоактивность почв на тестовом поле достоверно зависит от продуктивности культур и многих показателей агроклимата. На контроле подобных закономерностей не обнаружено. В свою очередь совокупное воздействие микроландшафтного (В) и гидроморфного (С) факторов на изучаемое явление значительно зависит от продуктивности культур и агрооклимата на контроле, в то время как по фону КМН эти зависимости отсутствуют.

В заключение можно сделать несколько выводов:

1. Внесение сравнительно небольших доз компоста многоцелевого назначения (КМН) под одну из культур зернотравяного севооборота приводит к серьезной трансформации направленности ландшафтообразующих процессов. Пространственно-временная динамика биоактивности почв на тестовом поле зависит от иных причин, чем на контроле.
2. Основными факторами вариабельности биоактивности почв в агроландшафте являются характер чередования культур в севообороте и временная динамика агроклиматических условий.
3. Структурные свойства агроландшафта (экспозиция склонов, особенности ЭГЛ, гидроморфизм почв) и их сочетания с севооборотом и агрофоном играют заметную роль в формировании динамики биоактивности почв.
4. Внесение КМН усиливает влияние экспозиционного фактора, определяющего степень прогрева территории, соотношение тепла и влаги, а также гранулометрические особенности грунтов, на пространственно-времен­ную вариабельность активности целлюлозоразлагающих бактерий в пределах агроландшафта.
5. Внедрение агрессивной микрофлоры извне приводит к заметной нивелировке особенностей микроценозов почв разного гидроморфизма, что объясняет отсутствие влияния степени заболоченности почв на пространственно-временную динамику разложения льнополотна на тестовом поле.
6. Внесение КМН способствует изменению зависимостей влияния структурных частей агроландшафта и их сочетаний на динамику биоактивности почв от продуктивности культур и агроклимата. Если на контроле от продуктивности и климата зависят степени влияния на биоактивность почв экспозиции и совокупности микроландшафтного и гидроморфного факторов, то на тестовом поле - совокупности экспозиционного и микроландшафтного факторов.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Ковалёв Н.Г. Органические удобрения в XXI веке (биоконверсия органического сырья) / Н.Г. Ковалев, И.Н.Барановский. – Тверь, 2006. – 304с.
2. Ковалёв Н.Г. Биомелиоративные аспекты использования нетрадиционных удобрений, получаемых путем биоконверсии органического сырья на предприятиях агропромышленного комплекса/ Н.Г. Ковалев, И.Н. Барановский // Механізація та електрифікація сільського господарства. – Глеваха, Украина, 2010. – Вип. 94. – С. 58-69.
3. Иванов Д.А. Оценка эффективности компоста многоцелевого назначения на осушаемых землях / Д.А. Иванов, О.В. Карасева // Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности: Сб. материалов Междунар. науч. экол. конф. – Краснодар: КубГАУ, 2018. – С. 19-22.
4. Иванов Д.А. Влияние компоста многоцелевого назначения на продуктивность яровой пшеницы в различных ландшафтных условиях / Д.А. Иванов, Н.Г. Ковалев, В.А. Тюлин и др. // Кормопроизводство. – 2014. – №6. – С. 29-32.
5. Иванов Д.А. Состояние агроландшафтов и эффективность компоста многоцелевого назначения / Д.А. Иванов, В.А. Тюлин, В.А. Абрамов // Вестник ТвГТУ. – 2015. – №2 (28). – С. 3-7.
6. Иванов Д.А. Влияние ландшафта и органического компоста на продуктивность культур / Д.А. Иванов, М.В. Рублюк, О.В. Карасева // Вестник ГАУ Северного Зауралья. – 2016. – №1(32). – С.47-52.
7. Иванов Д.А. Влияние компоста многоцелевого назначения на свойства дерново-подзолистой почвы в агроландшафтах гумидной зоны / Д.А. Иванов, М.В. Рублюк, Н.Г.Ковалев // Научно-практические пути повышения экологической устойчивости и социально-экономическое обеспечение сельхозпроизводства: Сб. матер. Межд. научн.-практ. конф. – 2017, Соленое Займище, ПНИИАЗ. – С. 435-438.
8. Иванов Д.А. Создание ландшафтного полигона нового поколения / Д.А. Иванов, Е.М. Корнеева, Р.А. Салихов и др. // Земледелие. – 1999. – №6. – С. 15-16.
9. Иванов Д.А. Ландшафтно-адаптивные системы земледелия (агроэкологические аспекты) / Д.А. Иванов. – Тверь: ЧуДо, 2001. – 304с.
10. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. – М.: МГУ. –1970. –268с.

Список литературы на  английском языке / References in English

1. Kovalyov N.G. Organicheskie udobreniya v XXI veke (biokonversiya organicheskogo syr'ya) [Organic fertilizer in the twenty-first century (bioconversion of organic raw materials)] / N.G. Kovalev, I.N. Baranovskij. – Tver', 2006. – 304p. [in Russian]
2. Kovalyov N.G. Biomeliorativnye aspekty ispol'zovaniya netradicionnyh udobrenij, poluchaemyh putem biokonversii organicheskogo syr'ya na predpriyatiyah agropromyshlennogo kompleksa [Biomeliorative aspects of the use of unconventional fertilizers, obtained by bioconversion of organic raw materials at agricultural enterprises] / N.G. Kovalev, I.N. Baranovskij // Mekhanіzacіya ta elektrifіkacіya sіl's'kogo gospodarstva [Mechanization and electrification of agriculture]. – Glevaha, Ukraina, 2010. – Vip. 94. – P. 58-69. [in Russian]
3. Ivanov D.A. Ocenka ehffektivnosti komposta mnogocelevogo naznacheniya na osushaemyh zemlyah [Assessment of the effectiveness of multi-purpose compost on drained lands] / D.A. Ivanov, O.V. Karaseva // Ehkologicheskie problemy razvitiya agrolandshaftov i sposoby povysheniya ih produktivnosti: Sb. materialov Mezhdunar. nauch. ehkol. konf. [Ecological problems of agrolandscapes development and ways to increase their productivity: Collection of Research articles on materials of the International scientific ecological conference]. – Krasnodar: KubGAU, 2018. – P. 19-22. [in Russian]
4. Ivanov D.A. Vliyanie komposta mnogocelevogo naznacheniya na produktivnost' yarovoj pshenicy v razlichnyh landshaftnyh usloviyah [The influence of multi-purpose compost on the productivity of spring wheat in different landscape conditions] / D.A. Ivanov, N.G. Kovalev, V.A. Tyulin and others // Kormoproizvodstvo [Feed production]. – 2014. – №6. – P. 29-32. [in Russian]
5. Ivanov D.A. Sostoyanie agrolandshaftov i ehffektivnost' komposta mnogocelevogo naznacheniya [The state of agricultural landscapes and the effectiveness of multi-purpose compost] / D.A. Ivanov, V.A. Tyulin, V.A. Abramov // Vestnik TvGTU [TvGTU Bulletin]. – 2015. – №2 (28). – P. 3-7. [in Russian]
6. Ivanov D.A. Vliyanie landshafta i organicheskogo komposta na produktivnost' kul'tur [Influence of landscape and organic compost on crop productivity] / D.A. Ivanov, M.V. Rublyuk, O.V. Karaseva // Vestnik GAU Severnogo Zaural'ya [Bulletin of state agrarian university of Northern Zauralye]. – 2016. – №1(32). – P.47-52. [in Russian]
7. Ivanov D.A. Vliyanie komposta mnogocelevogo naznacheniya na svojstva dernovo-podzolistoj pochvy v agrolandshaftah gumidnoj zony [The influence of multi-purpose compost on the properties of sod-podzolic soil in agrolandscapes of the humid zone] / D.A. Ivanov, M.V. Rublyuk, N.G.Kovalev // Nauchno-prakticheskie puti povysheniya ehkologicheskoj ustojchivosti i social'no-ehko­no­micheskoe obespechenie sel'hozproizvodstva: Sb. mater. Mezhd. nauchn.-prakt. konf. [Scientific and practical ways to improve environmental sustainability and socio-economic support of agricultural production: Collection of materials between scientific-practical conference]. – 2017, Solenoe Zajmi­shche, PNIIAZ. – P. 435-438. [in Russian]
8. Ivanov D.A. Sozdanie landshaftnogo poligona novogo pokoleniya [Creation of a new generation of landscape landfill] / D.A. Ivanov, E.M. Korneeva, R.A. Salihov and others // Zemledelie [Agriculture]. – 1999. – №6. – P. 15-16. [in Russian]
9. Ivanov D.A. Landshaftno-adaptivnye sistemy zemledeliya (agroehkologicheskie aspekty) [Landscape-adaptive systems of agriculture (agroecological aspects)] / D.A. Ivanov. – Tver': CHuDo, 2001. – 304p. [in Russian]
10. Plohinskij N.A. Biometriya [Biometrics] / N.A. Plohinskij. – M.: MGU. –1970. –268p. [in Russian]