STUDY OF EFFICIENCY ORGANOGENIC AGRICULTURAL WASTE AS FERTILIZER

Медин Д.К.¹, Русакова И.В.²

¹ ORCID: 0000-0003-3969-6730, Научный сотрудник; ² ORCID: 0000-0002-5085-0578, Кандидат биологических наук, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа»

ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРГАНОГЕННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ

Аннотация

Исследованиями в полевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве установлено, что применение в качестве удобрения птичьего помета в сочетании с соломой имеет преимущества по сравнению с раздельным их внесением: способствует повышению численности и биомассы микроорганизмов, биологическому закреплению минерального азота и снижению миграции нитратов по профилю, увеличению урожайности культур зернового севооборота.

Ключевые слова: птичий помет, солома, микробная биомасса, снижение содержания минерального азота, урожайность зерновых культур.

 

Medin D.K.¹, Rusakova I.V.²

¹ ORCID: 0000-0003-3969-6730, Researcher, ² ORCID: 0000-0002-5085-0578, PhD in Biology, All Russian Research Institute of Organic Fertilizers and Peat

STUDY OF EFFICIENCY ORGANOGENIC AGRICULTURAL WASTE AS FERTILIZER

Abstract

Researches in the field experiment on soddy-podzolic sandy loam soil found that the use as fertilizer of a poultry manure in combination with straw has advantages in comparison with their separate introduction: it contributes to the abundance and biomass of microorganisms, biological fixation of mineral nitrogen and reduce the migration of nitrates in the profile, increase in grain crop rotation.

Keywords: poultry manure, straw, microbial biomass, decrease of mineral nitrogen, productivity of grain crops.

Сельскохозяйственное производство сопровождается накоплением огромного количества отходов, в т.ч. растительных и животноводческих, создающих экологические нагрузки на объекты окружающей среды. Так в целом по России ежегодное производство птичьего помета составляет 14,5 - 20 млн. т [1,2], соломы - 70-100 млн. т [3]. Эти отходы представляют значительный ресурс органического вещества, макро- и микроэлементов. Утилизация их в агроэкосистемах позволяет возвратить питательные элементы, сконцентрированные в отходах, в биогеохимические циклы для повторного использования растениями и почвенной биотой, повысить плодородие почв и продуктивность агроценозов, снизить негативное воздействие на окружающую среду и затраты на минеральные удобрения [4].  Одной из основных проблем, возникающих при использовании  высоких доз птичьего помета в качестве удобрения,  является сверхнормативное увеличение содержания нитратов в почве с последующим риском выщелачивания их в грунтовые воды. При внесении соломы зерновых культур с высоким отношением C:N, напротив, в почве создается дефицит минерального азота, основным механизмом которого является иммобилизация его в микробной биомассе в результате увеличения  активности гетеротрофов, что может приводить к снижению урожайности культур. Исходя из этого, накопление нитратов и потери азота из почвы можно минимизировать, если вносить помет в комбинации с соломой. В ряде отечественных и зарубежных исследований установлено, что запашка соломы в почву совместно с азотсодержащими органическими или минеральными удобрениями снижает уровень содержания минерального азота  в профиле почвы и уменьшает перемещение нитратов за пределы корнеобитаемого слоя [5-7].

Цель исследований - изучение действия и последействия двукратного внесения высоких доз птичьего помета и соломы при совместном и раздельном внесении в зерновом севообороте на дерново-подзолистой супесчаной почве.

Исследования проводили в 2011-2015 г.г. в полевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве опытного поля Всероссийского НИИ органических удобрений и торфа в зерновом  севообороте: яровое тритикале (Triticosecale Wittmack) - 2011-2012 г.г., яровая пшеница (Triticum aestivum L.) - 2012-2013 г.г., яровой ячмень (Hordeum vulgare L.) - 2013-2014 г.г., овес (Avéna satíva) - 2014-2015 г.г. В данной статье обсуждаются результаты исследований в следующих вариантах: 1. Без удобрений; 2. Птичий помет -N400 (ПП); 3. ПП (N400) + солома зерновых культур 10 т/га (С); 4. Солома -  10 т/га.

Солому  измельчали и распределяли по поверхности поля комбайном САМПО-500 во время уборки зерновой культуры, заделывали в верхний (0-10 см) слой почвы при помощи тяжелой дисковой бороны. Через три недели после дискования вносили птичий помет машиной ПРТ-10 и проводили зяблевую вспашку на глубину 20 см. Птичий помет из расчета N200 и солому  5 т/га предшествующей культуры вносили дважды - под тритикале и пшеницу. В таблицах и графиках приведены дозы помета и соломы суммарно за 2 года. Полевой опыт заложен в 2-х полях (в 2010 и 2011 г.г.), повторность вариантов -  4-хкратная.

Анализ характера распределения минерального азота по профилю почвы (0-100 см) в фазу выхода в трубку яровой пшеницы (после повторного внесения удобрений) показал, что его содержание в слое 0-40 см в варианте с внесением ПП в чистом виде было чрезмерно высоким – 287 мг/кг почвы, в варианте с соломой, напротив, очень низким - 4,7 мг/кг. При этом увеличиваются риски: в первом случае - сверхнормативного накопления нитратного азота в растениях, непроизводительных его потерь вследствие миграции за пределы корнеобитаемого слоя и денитрификации, во втором - снижения урожайности возделываемой культуры. Наиболее благоприятно азотный режим сложился при комбинированном внесении помета и соломы, когда содержание минерального  азота в слое почвы 0-40 см соответствовало потребностям растений (рис.1).

Рис. 1 - Распределение минерального азота по профилю почвы в фазу выхода в трубку яровой пшеницы

Установлено, что содержание нитратного азота в зеленой массе яровой пшеницы в фазу колошения при двукратном внесении ПП составило 766 мг/кг, что в 3,8 раз превышало допустимые нормы. Внесение соломы в комбинации с пометом значительно снизило значение этого показателя до 169 мг/кг сырой массы (рис. 2).

Рис. 2. Содержание нитратного азота в зеленой массе яровой пшеницы (8.07. 2013 г.).

Интенсификация иммобилизации аммонийного  азота и биологическое закрепление его в биомассе почвенных микроорганизмов при использовании соломы на удобрение может ингибировать процесс нитрификации. Согласно полученным экспериментальным данным, добавление соломы к ПП сопровождалось снижением нитрификационной способности (НС) почвы на 44 и 45% при первом и повторном внесении, соответственно. В последействии значения НС в вариантах «ПП» и «ПП+С» при выращивании ячменя и овса существенно не различались, но были выше, чем  в варианте с внесением одной соломы (рис.3).

Рис. 3 - Нитрификационная способность почвы (А пах, 0-20 см)

Усиление биологического закрепления азота при внесении в почву соломы подтверждено данными определения содержания микробной биомассы (С_мик) и численности микроорганизмов, использующих при метаболизме минеральный азот - амилолитических и целлюлозоразлагающих.

Показано, что  во все годы исследований содержание микробной биомассы, а также численность амилолитических и целлюлозоразлагающих микроорганизмов, являющихся основными «потребителями» минерального азота, были максимальными в варианте «ПП+С» (табл. 1).

Таблица 1.- Численность микроорганизмов и содержание микробной биомассы  в пахотном слое почвы  под зерновыми культурами   (в ср. за вегетационные периоды)

Примечание. 1- амилолитические на крахмало-аммичном агаре, млн. КОЕ/г почвы; 2- целлюлозоразлагающие на среде Гетчинсона, тыс. КОЕ/г почвы; 3 - Смик, мг/кг почвы

Снижение содержания минерального азота в почве при добавлении соломы к птичьему помету, не привело к ухудшению азотного режима и не отразилось отрицательно на продуктивности зерновых культур севооборота. Напротив, урожайность тритикале и  пшеницы при добавлении соломы была на 0,5 и 1,5 ц/га выше, чем при внесении одного помета, соответственно. Несмотря на то, что ячмень и овес в опыте выращивали без применения каких-либо удобрений, внесение помета в предыдущие 2 года раздельно и в сочетании с соломой  обеспечило высокие прибавки урожайности, составившие 14,1 и 14,5 ц/га, или 168 и 173 % по отношению к варианту без удобрений (табл. 2).

Таблица 2. - Урожайность зерновых культур, ц/га.

Следует отметить, что если в первые 2 года после внесения соломы отмечено снижение урожайности  тритикале и пшеницы  на 1,5 и 1,1 ц/га, то в  последействии в этом варианте   дополнительно получено 0,5 и  3,1 ц/га зерна овса,  соответственно.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что птичий помет и солому целесообразно использовать на удобрение в комбинации. Этот  прием по сравнению с раздельным их внесением имеет следующие экологические преимущества: способствует снижению избыточного накопления минерального азота в почве и миграции его за пределы корнеобитаемого слоя за счет усиления биологического закрепления в микробной биомассе, что в свою очередь снижает потенциальную опасность загрязнения нитратами сопредельных сред: растениеводческой продукции и подземных вод.

 

Литература

1. Тюрин В.Г., Потемкина Н.Н., Кочиш И.И. Эколого-гигиенические аспекты при эксплуатации животноводческих предприятий // Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы использования органических удобрений в земледелии». - Владимир. ФГБНУ ВНИИОУ, 8-10 июля 2015 г. - С. 339-343.
2. Седых В.А. Экологическая оценка использования куриного помета на почвах таежно-лесной зоны. Автореф. дисс. д-ра биол. наук. - Москва, 2013. - 46 с.
3. Русакова И.В., Еськов А.И. Оценка влияния длительного применения соломы на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы // Доклады Российской сельскохозяйственной академии. - 2011.- № 5. - С. 28-31.
4. Дабахова Е.В., Титова В.И. Оптимальное обращение с отходами как важнейшее условие сохранения экологического потенциала сельских территорий // Перспективы и проблемы размещения отходов производства и потребления в агроэкосистемах: Мат. межд. Науч.-практ. конф. /НГСХА. - Н.Новгород: НИУ РАНХиГС, 2014. - С.64-68.
5. Кирюшин В.И. О нисходящей миграции нитратов в черноземах Сибири при сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. - 1986. - №2. - С. 34-44.
6. Русакова И.В. Снижение вымывания нитратов из дерново-подзолистой супесчаной почвы при внесении птичьего помета в комбинации с соломой ячменя // Владимирский земледелец. - 2014. - № 1 (67). - С. 16-18.
7. Khorshandi N., Nourbakhsh F. Effect of amendment of manure and corn residues on soil N mineralization and enzyme activity // Agronomy for Sustainable Development. - 2007. - V.27. - I.2. - P.139–143.

References

1. Tjurin V.G., Potemkina N.N., Kochish I.I. Jekologo-gigienicheskie aspekty pri jekspluatacii zhivotnovodcheskih predprijatij //Sbornik nauchnyh trudov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem «Jekologicheskie problemy ispol'zovanija organicheskih udobrenij v zemledelii». - Vladimir. FGBNU VNIIOU, 8-10 ijulja 2015 g. S.339-343.
2. Sedyh V.A. Jekologicheskaja ocenka ispol'zovanija kurinogo pometa na pochvah taezhno-lesnoj zony. Avtoref. diss. d-ra biol. nauk. - Moskva. 2013. - 46 s.
3. Rusakova I.V., Es'kov A.I. Ocenka vlijanija dlitel'nogo primenenija solomy na vosproizvodstvo organicheskogo veshhestva dernovo-podzolistoj pochvy // Doklady Rossijskoj sel'skohozjajstvennoj akademii. -2011.- № 5. -S. 28-31.
4. Dabahova E.V., Titova V.I. Optimal'noe obrashhenie s othodami kak vazhnejshee uslovie sohranenija jekologicheskogo potenciala sel'skih territorij // Perspektivy i problemy razmeshhenija othodov proizvodstva i potreblenija v agrojekosistemah: Mat. mezhd. Nauch.-prakt. konf. /NGSHA. - N.Novgorod: NIU RANHiGS, 2014. - S.64-68.
5. Kirjushin V.I. O nishodjashhej migracii nitratov v chernozemah Sibiri pri sel'skohozjajstvennom ispol'zovanii // Pochvovedenie.- 1986. - №2.- S. 34-44.
6. Rusakova I.V. Snizhenie vymyvanija nitratov iz dernovo-podzolistoj supeschanoj pochvy pri vnesenii ptich'ego pometa v kombinacii s solomoj jachmenja // Vladimirskij zemledelec. - 2014. - № 1 (67). - S. 16-18.
7. Khorshandi N., Nourbakhsh F. Effect of amendment of manure and corn residues on soil N mineralization and enzyme activity // Agronomy for Sustainable Development. - 2007. - V.27. - I.2- P.139–143.