ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРОДВИЖЕНИЯ В ПРАКТИКУ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НОВЫХ ГУМИНОВЫХ УДОБРЕНИЙ И ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТОРФА

Рабинович Г.Ю.¹, Голобородько Е.А.², Пушкина Л.В.³

¹доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель» (ФГБНУ ВНИИМЗ), г.Тверь, ²ORCID:0000-0003-0080-2380, Кандидат биологических наук, ФГБНУ ВНИИМЗ, г.Тверь, ³ORCID:0000-0002-8183-3017, ФГБНУ ВНИИМЗ, г.Тверь

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРОДВИЖЕНИЯ В ПРАКТИКУ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НОВЫХ ГУМИНОВЫХ УДОБРЕНИЙ И ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТОРФА 

Аннотация

В статье представлен обзор передовых технологий в области альтернативных биосредств на основе торфа, производимых на научной базе ФГБНУ ВНИИМЗ. В следствии то, что Тверская область обладает одними из самых обширных запасов торфа в Центральной России к наиболее перспективным разработкам института, относятся запатентованные твёрдо- и жидкофазные удобрения, содержащие гумусоподобные вещества, формирование которых происходит с учётом баланса гуминовых составляющих торфа. Доказано, что биосредства на основе торфа по ряду признаков превосходят минеральные удобрения.

Ключевые слова: торф, биосредства, гумусоподобные вещества.

Rabinovich G.Yu.¹, Goloborodko E.A.², Pushkina L.V.³

¹PhD in Biology, Professor, Federal State Budget Scientific Institution “All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands,” Tver, ²ORCID:0000-0003-0080-2380, PhD in Biology, Federal State Budget Scientific Institution “All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands,” Tver, ³ORCID:0000-0002-8183-3017, Federal State Budget Scientific Institution “All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands,” Tver

FEASIBILITY OF USING NEW HUMIC FERTILIZERS AND PREPARATIONS BASED ON PEAT IN AGRIULTURE

Abstract

The article presents an overview of the advanced technologies in the field of alternative peat-based bio-devices produced on the scientific base of the Federal State Budget Scientific Institution “All-Russian Scientific Research Institute of Reclaimed Lands” in Tver. Consequently, the Tver region possesses one of the most extensive peat reserves in Central Russia for the most promising developments of the Institute, include patented solid and liquid phase fertilizers containing humus-like substances, the formation of which takes into account the balance of humic components of peat. It is proved that bio-fuels based on peat are superior to mineral fertilizers by a number of features.

Keywords: peat, biological means, humus-like substances.

Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель (ФГБНУ ВНИИМЗ) расположен в Тверской области, в которой ценнейшим природным богатством является торф, а его рациональное освоение является важнейшей задачей устойчивого развития многих регионов России. Тверская область располагает самыми богатыми запасами торфа в Центральном экономическом районе России, по этой причине по количеству разведанных месторождений торфа она занимает первое место. Торфяные ресурсы области сосредоточены на 2834 месторождениях. Месторождения торфа имеются во всех административных районах области [1]. Учитывая объемы и доступность запасов торфа, его, прежде всего, рекомендуется использовать в качестве сырьевого ресурса для воспроизводства почвенного плодородия.

ВНИИМЗ вот уже четыре десятилетия работает в области, связанной с эксплуатацией не только минеральных, но и торфяных почв, а также с торфом как с субстанцией в качестве биоресурса. Во всех случаях учитываются свойства торфа как материала, имеющего ярко выраженную биогенную природу. Последнее обстоятельство позволяет использовать торф для реализации вопросов земледелия и растениеводства, особенно в плане получения на его основе биосредств различной направленности.

Безусловно, что эффективные биологизация и экологизация земледелия являются актуальными задачами сельскохозяйственного производства. Достижения в этой области в значительной степени связаны с использованием биологически активных органических и органоминеральных удобрений и препаратов на основе торфа, среди них важная роль отводится гуминовым препаратам и удобрениям. Многими учеными доказано, что органическое вещество торфа и входящие в него гуминовые вещества (от 20 % до 70 %) в значительной степени определяют плодородие почв, являясь источниками физиологически активных веществ, повышают процессы жизнедеятельности сельскохозяйственных растений, регулируют рост, стимулируют процессы дыхания, синтеза белков и углеводов, ферментативную активность [2, С. 77]. Однако механизмы, благодаря которым гуминовые вещества реализуют регуляторное воздействие на почву и растения, изучены недостаточно. Чаще всего эффективность гуминовых препаратов объясняют либо особенностями их химической структуры, либо прямым физиологическим эффектом [3, С. 74]. При этом изучение химической природы гуминовых веществ показало, что они представляют собою кислотно-основной комплекс. Совокупность функциональных групп и свободных радикалов гуминовых веществ обусловливает их внутримолекулярные и межмолекулярные связи, определяя окислительно-восстановительные свойства [4, С. 32].

На основании многолетних исследований влияния гуминовых веществ торфа на рост и качественные показатели урожая целого ряда сельскохозяйственных культур Г. В. Наумовой с соавторами [5, С. 194] было установлено, что гуминовые вещества, не проникая внутрь растительной клетки, проявляют мембранотропное действие и, активируя тем самым обменные процессы в растениях, стимулируют рост тканей, повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям.

Во ВНИИМЗ направлению исследовательской работы, тесно связанному с разработкой, апробацией и внедрением биосредств гуминовой природы в практику земледелия и растениеводства уделялось особое внимание. Так, в разные годы сотрудниками института были разработаны биосредства на основе торфа, имеющие гуминовую природу. Среди них: НГС (нитрогуминовый стимулятор), ТГП (торфяная гумифицированная паста) и целый ряд удобрений, созданных на основе торфа и несущих в себе гумусоподобную составляющую [6, С. 102].

В настоящее время в институте проводится активная работа, направленная на разработку и внедрение различных модификаций гуминовых препаратов на основе торфа. Ученые ВНИИМЗ, отечественные и иностранные коллеги других профильных институтов активно занимаются изучением механизма проникновения гуминовых веществ в растения, используя биосредства гуминовой природы по назначению.

К наиболее перспективным разработкам, выполненным сотрудниками института, относятся запатентованные твёрдо- и жидкофазные удобрения (КМН, БоГум, БиГуЭм), содержащие гумусоподобные вещества, формирование которых происходит с учётом баланса гуминовых составляющих торфа [7, С. 2], [15, Р. 25980], [8, С. 2184]. Практически все данные разработки изучаются как в лабораторных, так и в полевых условиях, благодаря чему целенаправленно расшифровываются механизмы их действия. Вместе с тем, проводимые в РФ, в том числе и во ВНИИМЗ, и за рубежом многолетние, разноплановые исследования гуминовых веществ, входящих в состав почвенного гумуса, и гумусоподобных соединений (составляющих различных биосредств, получаемых путем биоконверсии из органических ресурсов), в настоящее время доказали их экологическую и экономическую состоятельность, а также настоятельную необходимость в продолжение этого направления исследовательской работы.

Поскольку большая часть разработанных ВНИИМЗ удобрений и препаратов гуминовой природы формируется путем биоконверсии, во время исследований ферментативных процессов оценивались динамические изменения, происходящие в биореакторе с некоторыми фракциями гумусовых кислот. Так, получение удобрения КМН сопровождалось постепенным высвобождением гумусовых кислот. При этом более значимый рост гумусонакопления (в % к исходной смеси) отмечали в вариантах с применением помимо торфонавозной смеси заменителей торфа (в частности, соломы, пивной дробины), однако, практически во всех случаях на протяжении всего процесса ферментации, обнаруживалось большее содержание фульвокислот, чем гуминовых кислот, что является очень важным фактором (рис.1), (рис.2). Фульвокислоты, согласно «конденсационной теории» образования гумусовых веществ, являются предшественниками гуминовых кислот и гуминов, то есть представляют собою так называемый «лабильный гумус». При внесении в почву готового ферментативного продукта этот «лабильный гумус» может конденсироваться в гуминовые кислоты и гумины, повышая тем самым запас питательных веществ в почве и ее плодородие [9, С. 4].

Рис.1 – Динамика углерода (% / г а.с.в.) гумусовых кислот в ферментируемых субстратах (торф+навоз)

Рис.2 – Динамика углерода (% / г а.с.в.) гумусовых кислот в ферментируемых субстратах (торф+навоз+солома)

 

В связи с накоплением в КМН фульвокислотной части, а также увеличением в процессе биоконверсии других доступных соединений и элементов, было сделано заключение о целесообразности экономного расходования данного вида удобрений, применять которые было рекомендовано в дозировке, меньшей традиционных органических удобрений в 5-8 раз [6, С. 186], [10, С. 58], [11, С. 360], [12, С. 55], [13, С. 237]. Было показано также [14, С.27], что высокая биогенность КМН способна запустить механизм автоматического извлечения из почвы питательных компонентов, отчего его применение в качестве биогенного катализатора (своеобразной микробной затравки) по фону растительных остатков (соломы, опилок, короотходов и т.п.) оказалось абсолютно оправданным. Основания для подобного утверждения следующие. Несмотря на то, что в нашем исследовании пахотный горизонт дерново-подзолистой почвы с внесенным КМН отличался высоким абсолютным содержанием гуминовых кислот, которые, как известно, обладают высокими структурообразующими свойствами, в составе гумуса этого варианта на протяжении всего периода наблюдений обнаруживали низкое содержание негидролизуемого остатка. Таким образом, вследствие высокой степени гидролизованности и биогенности КМН расходовался эффективно уже в первый год внесения в отличие от традиционных органических удобрений, проявляющих наибольшую эффективность позднее. Низкое соотношение С: N и высокий уровень активности азоттрансформирующих микроорганизмов в КМН, привносимых с этим продуктом в почву, способно запустить механизм потери почвой органического вещества – одного из ее структурообразующих факторов и способствовать снижению содержания в почве водопрочных агрегатов.

Подобные эксперименты и полученные результаты по прочим разработкам института (БоГум и БиГуЭм) были проведены в последние годы и во многом подтвердили наше мнение о том, что гумусоподобные соединения, извлекаемые биоконверсией из сырьевых ресурсов, в частности из торфа, и синтезируемые вновь в течение биоконверсии, в значительной степени формируют облик этих удобрений и препаратов. Важнейшим фактором, без сомнения, является синергизм гумусоподобных соединений с гумусом почвы, что позволяет им легко встраиваться в данную структуру. Вместе с тем огромное значение имеет тот факт, что применение таких биосредств в качестве основных удобрений должно строго регламентироваться, так как биосоставляющая почвы способна экспрессно израсходовать поступивший материал в отличие от трудно извлекаемого ядра гумуса, а в некоторых случаях даже получить толчок для его разрушения. В этой связи разработка агротехнологических основ применения новейших высокоэффективных гуминовых удобрений и препаратов, получаемых биоконверсией торфа и других возобновляемых органических ресурсов, должна быть безупречной, что обеспечит их дальнейшее продвижение, по крайней мере, в Центральном регионе Российской Федерации.

Список литературы / References

1. Правительство Тверской области, официальный сайт. Актуальная версия страницы на 10 августа 2017 г. [Электронный ресурс] - http://тверскаяобласть.рф/ekonomika-regiona/prirodopolzovanie-v-tverskoy-oblasti/ned/?print=y (дата обращения 07.08.2017).
2. Денисюк Е.А. Технологии получения гуминовых веществ / Денисюк Е.А., Кузнецова И.А., Митрофанов Р.А. // Вестник НГИЭИ. - 2014.- №2 (33).- С. 66-80.
3. Юшкова Е.И. Рост и урожайность картофеля при обработке растений биологически активным веществом биогумуса / Юшкова Е.И., Павловская Н.Е., Ботуз Н.И. //Сельскохозяйственная биология. – 2013.- №3. – С.73-76.
4. Лиштван И. И. Физико-химическая механика гуминовых веществ. / Лиштван И. И., Круглицкий Н. Н., Третинник В. Ю. - Минск. -1976. - 263с.
5. Наумова Г. В. Возможность применения гуминовых препаратов для снижения применяемых доз пестицидов / Наумова Г. В., Жмакова Н. А., Овчинникова Т. Ф. и др. // Регуляторы роста и развития растений / Тез. докл. 3-й Междунар. конф. – Москва. - 1995. – С.194.
6. Рабинович Г.Ю. Научные основы, опыт продвижения и перспективы биотехнологических разработок (монография). – Тверь. – 2016.- 196 с.
7. Патент №2520144 Российская Федерация, МПК  СО5F 3/00, С05F 11/02. Способ получения жидкого гуминового удобрения / Фомичева Н.В., Рабинович Г.Ю.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии. Опубл. 20.06.2014. – Бюл. № 17. – 10 с.
8. Фомичева Н.В. Использование жидкого гуминового биосредства БоГум при выращивании картофеля. / Фомичева Н.В., Рабинович Г.Ю., Лукичева Н.А. - Сб. «Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования», Соленое Займище, 2016. – С.  2182-2186.
9. Рабинович Р.М. Совершенствование аэробной твердофазной ферментации органического сырья путем оптимизации технологических параметров производственного процесса /Автореф…канд. дис., 2006. -20с.
10. Малинин Б.М., Рабинович Г.Ю. Урожайность полевых культур в зависимости от традиционных удобрений и продуктов аэробной ферментации // Вестник РАСХН, 1999, № 6. - С.57-60.
11. Рабинович Г.Ю. Биоконверсия органического сырья: дис…докт. биол. наук: 06.01.14: защищена 06.05.2000. - Тверь, 2000. - 406 с.
12. Рабинович Г.Ю. Сохранение потенциала нетрадиционных удобрений в различных севооборотах / Рабинович Г.Ю., Малинин Б.М. // Вестник РАСХН, 2000, № 3. – С.54-55.
13. Рабинович Г.Ю. Действие нового вида органического удобрения на биолого-агрохимические свойства дерново-подзолистой осушенной почвы / Рабинович Г.Ю., Малинин Б.М., Ковалёв Н.Г. // Мат. межд. науч. конф. по проблемам повышения эффективности использования мелиорированных земель и их эколог. устойчивости. – Минск, Беларусь, 18-19 октября 2000г. – С.234-237.
14. Рабинович Г.Ю. Изменение биологических свойств почв при внесении нетрадиционных удобрений / Рабинович Г.Ю., Ковалёв Н.Г., Боталбекова К.С. // Доклады РАСХН – 1999. - №6. - С.25-27.
15. Rabinovich G.Yu. Development of a production algorithm for a liquid humic fertilizer/ Rabinovich G.Yu., Fomicheva N.V., Sulman E. M. //International Journal of Current Research. – – Vol. 8, Issue, 01, P. 25979-25982.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Pravitel'stvo Tverskoj oblasti, oficial'nyj sajt [The Government of the Tver region, the official website]  Aktual'naja versija stranicy na 10 avgusta 2017 g. [Electronic resource]. URL: http://tverskajaoblast'.rf /ekonomika- regiona/prirodopolzovanie-v-tverskoy-oblasti/ned/?print=y (accessed:  08.2017).  [in Russian]
2. Denisjuk E.A. Tehnologii poluchenija guminovyh veshhestv [Technologies for obtaining humic substances] / Denisjuk E.A., Kuznecova I.A., Mitrofanov R.A. // Vestnik NGIJeI [Bulletin of the NNIII]. - 2014.- №2 (33).- P. 66-80. [in Russian]
3. Jushkova E.I. Rost i urozhajnost' kartofelja pri obrabotke rastenij biologicheski aktivnym veshhestvom biogumusa [Growth and yield of potatoes when processing plants with biologically active substance vermicompost] / Jushkova E.I., Pavlovskaja N.E., Botuz N.I. // Sel'skohozjajstvennaja biologija [Agricultural Biology]. – 2013.- №3. – P.73-76. [in Russian]
4. Lishtvan I. I. Fiziko-himicheskaja mehanika guminovyh veshhestv [Physico-chemical mechanics of humic substances] / Lishtvan I. I., Kruglickij N. N., Tretinnik V. Ju. - Minsk. – 1976. – 263 p. [in Russian]
5. Naumova G. V. Vozmozhnost' primenenija guminovyh preparatov dlja snizhenija primenjaemyh doz pesticidov [The possibility of using humic drugs to reduce the applied doses of pesticides] / Naumova G. V., Zhmakova N. A., Ovchinnikova T. F. i dr. // Reguljatory rosta i razvitija rastenij [Plant growth and development regulators] / Tez. dokl. 3-j Mezhdunar. konf. – Moskva. - 1995. – P.194. [in Russian]
6. Rabinovich G.Ju. Nauchnye osnovy, opyt prodvizhenija i perspektivy biotehnologicheskih razrabotok (monografija) [Scientific foundations, experience of advancement and prospects of biotechnological developments (monograph)]. – Tver'. – 2016.- 196 p. [in Russian]
7. Patent 2520144 Rossijskaja Federacija, MPK SO5F 3/00, S05F 11/02. Sposob poluchenija zhidkogo guminovogo udobrenija [Method for obtaining liquid humic fertilizer] / Fomicheva N.V., Rabinovich G.Ju.; zajavitel' i patentoobladatel' GNU VNIIMZ Rossel'hozakademii. № 2013101108/13. - zajavl. 09.01.2013. - opubl. 20.06.2014. - Bjul. № 17. – 10 s.: 1 il., 4 tabl., 2 pr. [in Russian]
8. Fomicheva N.V. Ispol'zovanie zhidkogo guminovogo biosredstva BoGum pri vyrashhivanii kartofelja. [The use of liquid humic biofeedback BoGum in the cultivation of potatoes] / Fomicheva N.V., Rabinovich G.Ju., Lukicheva N.A./ Sb. «Sovremennoe jekologicheskoe sostojanie prirodnoj sredy i nauchno-prakticheskie aspekty racional'nogo prirodopol'zovanija» [Modern ecological state of the natural environment and scientific and practical aspects of rational nature management] - Solenoe Zajmishhe, 2016. - P. 2182-2186. [in Russian]
9. Rabinovich R.M. Sovershenstvovanie ajerobnoj tverdofaznoj fermentacii organicheskogo syr'ja putem optimizacii tehnologicheskih parametrov proizvodstvennogo processa [Perfection of aerobic solid-phase fermentation of organic raw materials by optimization of technological parameters of the production process] / Avtoref…kand. dis., 2006. – 20 p. [in Russian]
10. Malinin B.M., Rabinovich G.Ju. Urozhajnost' polevyh kul'tur v zavisimosti ot tradicionnyh udobrenij i produktov ajerobnoj fermentacii [Productivity of field crops depending on traditional fertilizers and products of aerobic fermentation]// Vestnik RASHN [Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences]. – 1999. - № 6. - P.57-60. [in Russian]
11. Rabinovich G.Ju. Biokonversija organicheskogo syr'ja: [Bioconversion of organic raw materia] dis…dokt. biol. nauk: 06.01.14: zashhishhena 06.05.2000. - Tver', 2000 – 406 p. [in Russian]
12. Rabinovich G.Ju. Sohranenie potenciala netradicionnyh udobrenij v razlichnyh sevooborotah [Preservation of the potential of non-traditional fertilizers in various crop rotations]/ Rabinovich G.Ju., Malinin B.M. // Vestnik RASHN [Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences]. – 2000/ - № 3. – P.54-55. [in Russian]
13. Rabinovich G.Ju. Dejstvie novogo vida organicheskogo udobrenija na biologo-agrohimicheskie svojstva dernovo-podzolistoj osushennoj pochvy [The action of a new type of organic fertilizer on the biological and agrochemical properties of sod-podzolic drained soil] / Rabinovich G.Ju., Malinin B.M., Kovaljov N.G. // Mat. mezhd. nauch. konf. po problemam povyshenija jeffektivnosti ispol'zovanija meliorirovannyh zemel' i ih jekolog. ustojchivosti. – Minsk, Belorus', 18-19 oktjabrja 2000. – S.234-237. [in Russian]
14. Rabinovich G.Ju. Izmenenie biologicheskih svojstv pochv pri vnesenii netradicionnyh udobrenij[Change in biological properties of soils when introducing non-traditional fertilizers] / Rabinovich G.Ju., Kovaljov N.G., Botalbekova K.S. // Doklady RASHN [Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences]. – 1999. - №6. - P.25-27. [in Russian]
15. Rabinovich G.Yu. Development of a production algorithm for a liquid humic fertilizer/ Rabinovich G.Yu., Fomicheva N.V., Sulman E. M. //International Journal of Current Research. – 2016. – Vol. 8.- Issue 01. - P. 25979-25982.