На правах рукописи
Ушаков Олег Валентинович
ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ СПИРТОВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ (БАРДЫ) В КАЧЕСТВЕ
ЖИДКОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ
ПОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ И
КОРМОВЫЕ УГОДЬЯ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Специальность 06.01.01 – Общее земледелие
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Москва 2011 Диссертационная работа выполнена на кафедре растениеводства ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»
Научный руководитель: кандидат с.-х. наук, доцент Закабунина Елена Николаевна
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Леунов Владимир Иванович;
доктор биологических. наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович
Ведущая организация: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН
Защита состоится «»_2011 года в часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.05 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу 143900, Московская область, г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д. 1;
тел./факс 521-51-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»
Автореферат разослан «_» мая 2011г.
С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте Российского государственного аграрного заочного университета: www.rgazu.ru
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Е.Н. Закабунина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Закон РФ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта алкоголя и спиртосодержащей продукции» от 22 ноября 1995 года N 171-ФЗ ст.8 п. обязывает предприятия перерабатывать отход производства - спиртовую барду.
Спиртовая барда долгие годы была одним из видов жидких кормов. В настоящее время она мало используется как корм из-за резкого снижения численности скота, высокой обводненности корма, высоких затрат на транспортировку (Бочкарев, 2003).
Хранить невостребованную барду в прудах-накопителях крайне рискованно, так как прорыв плотин наносит непоправимый ущерб природной среде окружающей территории. Неконтролируемое внесение барды в почву большими дозами приводит к ее закислению.
Технологии по выработке концентрированной и сухой барды не внедряются из-за высокой стоимости оборудования, больших расходов энергии и отсутствия гарантированного сбыта произведенной продукции.
Применение спиртовой барды в качестве жидкого органического удобрения необходимо рассматривать как возврат отчужденных из почв питательных веществ и создание замкнутой цепочки «сырье-продукт-отходсырь», т.е. восстановление круговорота веществ без ущерба природе и окружающей среде.
К тому же, отраслевым классификатором «Удобрения и мелиоранты»
(МСХП Р.Ф., М. 1994) под кодом №2814000 определено, что к органическим удобрениям относятся отходы сахарных, крахмалопаточных и спиртовых заводов, а согласно терминам и определениям органических удобрений, барда спиртовая – «отход спиртового производства при переработке зерна, картофеля, патоки».
Перечисленное выше явилось основанием для проведения исследований, получения экспериментальных данных и разработки элементов технологии по применению барды в земледелии в качестве жидкого органического удобрения.
Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований была разработка и обоснование основных элементов технологии применения барды в качестве жидкого органического удобрения под сельскохозяйственные культуры и кормовые угодья. В задачи исследования входило:
Разработать способы внесения и приемы заделки барды в почву в качестве органического удобрения.
Выявить влияние различных норм внесения барды и приемов ее заделки на агрохимические и агрофизические свойства почвы, на рост и развитие Изучить изменение питательного режима почвы и ее кислотности при внесении барды.
Дать энергетическую и экономическую оценку применения барды в качестве жидкого органического удобрения.
Объект исследований. В проведенных исследованиях основными объектами были: элементы технологии использовании барды в качестве жидкого органического удобрения на озимой пшенице, ячмене, кукурузе, состав естественных кормовых угодий, свойства выщелочного чернозема и темно-серой лесной почвы, а так же дождевые черви.
Новизна научных исследований. Впервые для условий Рязанской области разработана технология использования барды в качестве жидкого органического удобрения под сельскохозяйственные культуры. Определены агроэкологические условия применения барды под сельскохозяйственные культуры. Предложены методы внесения и заделки барды в почву.
Изучено влияние барды на почву, фитоценоз и окружающую среду.
Найдены методы устранения возможных негативных последствий внесения барды, предложены способы их предотвращения. Дана экономическая, энергетическая и экологическая оценки внесения барды в почву как жидкого органического удобрения.
Практическая значимость. Проведенные исследования показали высокую результативность предлагаемых основных элементов технологии внесения спиртовой барды в качестве жидкого органического удобрения.
Предложенная технология позволяет утилизировать основной отход спиртовой промышленности без вреда для окружающей среды. При этом увеличивается обеспеченность сельскохозяйственных культур питательными веществами, влагой и не ухудшаются почвенные условия возделывания полевых культур.
Реализация результатов. Основные элементы технологии внесения барды под сельскохозяйственные культуры и естественные кормовые угодья были отработаны и внедрены в производственных условиях ООО «Малинки» и ООО «Калининское» Михайловского района Рязанской области, на что имеются соответствующие акты.
На защиту выносятся следующие положения:
Основные элементы технологии применения барды как удобрения.
Оптимальные нормы внесения барды, способствующие росту и развитию растений сельскохозяйственные культуры без вреда почве.
Оптимальная глубина и сроки заделки барды в почву.
Оптимальные нормы барды для внесения на кормовых угодьях повышающие биомассу травостоя.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены:
на научно-практических конференциях в Рязанском государственном агротехнологическом университете им. П.А. Костычева в 2007, 2008, 2009, 2010 гг.; на Всероссийской научно-методической конференции Географической сети опытов с удобрениями в 2006 г.; на рабочем совещании ГНУ ВНИПТИОУ РАСХН в Министерстве сельского хозяйства РФ на совещании производителей спирта и ликероводочной продукции в 2007 г.; на совещании директоров предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности Рязанской области в 2008 г.
Получен и реализован грант Губернатора Рязанской области на тему:
«Разработка рекомендаций по применению барды в качестве жидкого органического удобрения». Имеется положительное заключение на использование барды в качестве органического удобрения из Министерства природопользования и экологии, комитета Природопользования Россельхознадзора Рязанской области. Получен диплом за участие в конкурсе «Лучший инновационный проект».
Результаты исследований использовались при разработке технологии применения барды в системе земледелия в ООО «Малинки» Михайловского района Рязанской области.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству, 10 приложений.
Работа изложена на страницах компьютерного текста, содержит 3 рисунка, 3 схемы и 55 таблиц.
Список используемой литературы включает 109 наименований, в том числе на иностранных языках.
УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Полевые и производственные опыты проводились в ООО «Малинки»Михайловского района Рязанской области. Барда использовалась с ООО «Голдинский спиртзавод».
Полевой двухфакторный опыт (№1 и №2) с озимой пшеницей был заложен на среднесуглинистом выщелоченном черноземе (рН 5,2-5,3; Р2О5 91К2О 90-96 мг/кг почвы). Однофакторные опыты с озимой пшеницей (№3 и №4), и на кормовых угодьях (№5) были заложены на темно-серой лесной почве (рН 4,7-5,0; Р2О5 42-57; К2О 84-131 мг/кг почвы).
Производственный опыт с кукурузой проводился на темно-серой лесной почве (рН 6,0-6,1; Р2О5 40-63; К2О 110-125 мг/кг почвы). Почвы, на которых проводились опыты, были типичными для районов Центральной лесостепи, куда входит Рязанская область.
Метеорологические условия в годы проведения опытов В годы проведения исследований проводились наблюдения за погодными условиями. Результаты представлены на рис. 1.
2006 год, прохладный и близкий к норме по увлажнению, оказал благоприятное действие на прорастание и всходы озимой пшеницы, а также на ее перезимовку.
Вегетационный период 2007 год был засушливым – выпала половинная норма осадков, а температура была на 1,40С выше среднемноголетней. В то же время осень была влажной и теплой.
2008 год за период наблюдения оказался самым теплым и влажным.
В 2009 году весной температурные показатели были выше, а влажность ниже среднемноголетних, летние месяцы были теплыми и влажными.
В годы проведения опытов метеорологические условия в основном были типичными для исследуемой зоны, однако имели некоторые особенности, повлиявшие на рост и развитие сельскохозяйственных культур (рис.1).
Таким образом, можно считать, что почвенные и климатические условия, в которых проводились опыты, были типичными для районов Центральной лесостепи, куда входит Рязанская область, что позволяет распространить полученные в наших исследованиях данные на весь регион Центральной России.
Рис. 1. Погодные данные за период проведения исследований Схемы полевых опытов с озимой пшеницей №1 (2006-2007 гг.) и № (2007-2008 гг.) включали в себя изучение двух факторов: фактор А – приемы обработки почвы (дискование на 10-12 см и вспашка на 20-22 см); фактор В – внесение барды в нормах 30; 60; 90; 140 т/га; контроль - без применения барды, а полевых опытов с озимой пшеницей №3 (2007-2008 гг.) и №4 (2008-2009 гг.) - влияние различных норм барды (контроль без барды; 30; 60; 90; 140 т/га).
В полевом однофакторном опыте №5 (2007-2009 гг.) с внесением барды на естественные кормовые угодья изучалось действие различных норм барды (контроль без барды; 30; 60; 90; 140 т/га). Общая площадь опытных участков 1,6 га, учетная площадь делянки 380 м2.
Повторность во всех опытах была 4-кратная. Размещение вариантов систематическое.
Кроме этого, в лабораторных условиях проводили исследования физикохимических свойств барды, ее влияние на прорастание и биометрию озимой пшеницы и жизнедеятельность червей. Производственные опыты с кукурузой ставились в ООО «Малинки» Михайловского района Рязанской области.
Агротехника, применяемая в полевых и производственных опытах, была типичной для условий Рязанской области.
В опытах с озимой пшеницей сорта Мироновская 808 предшественником был чистый ранний пар. Весной проводили вспашку плугом ПЛН-8-35 на глубину 22-24 см, с боронованием (БЗСС-1). В течение лета поле трехкратно дисковали БДМ-6 на глубину 8-10 см. Барду вносили в пары за месяц перед посевом озимой пшеницы. Посев проводили сеялкой СЗТ-5 с нормой высева 220-240 кг/га с последующим послепосевным прикатыванием. Весной посев подкармливали аммиачной селитрой в норме 100 кг/га. В фазу выхода в трубку посев обрабатывали гербицидом Рометсоль (СП 600 г/кг Метсульфурон-метила в норме 8-10 г/га).
На кормовых угодьях агротехнических мероприятий не проводилось.
Барду внесли в конце мая с помощью навесного автоматического распрыскивателя.
В производственном опыте с кукурузой предшественником был рапс.
Барду вносили под основную обработку почвы. Весной перед посевом поле дисковали на 8-10 см. Посев проводился совместно с внесением аммиачной селитры 60 кг/га д.в. Подкармливали посевы азотными удобрениями в дозе 30 кг/га д.в. Междурядные обработки осуществляли культиватором (КРН-3).
Уборку кукурузы на силос проводили в сентябре в фазу налива зерна.
Программа исследований включала использование следующих методов:
1. Комплексный химический анализ барды (проводился в лаборатории на рентгено-флуоресцентном анализаторе).
2. Содержание фосфора и калия в почве определяли методом Кирсанова.
3. Кислотность почвы измерялась рН солевой вытяжки.
4. Влажность почвы - весовым методом (горячей сушки).
5. Плотность почвы - методом взятия цилиндров.
6. Общая порозность - расчетным способом по формуле где d0- плотность почвы в момент взятия образцов;
d- плотность твердой фазы почвы (равна 2,65 г/см3).
7. Засоренность посевов - инструментальным способом в 4-кратной повторности.
8. Действие барды на энергию прорастания семян и биометрию озимой пшеницы - в лабораторных условиях.
9. Действие барды на популяцию дождевых червей изучено в лабораторных условиях.
10. Энергетические затраты - по методике, изложенной в учебнике Минеева В.Г. «Агрохимия», М.: Изд-во «КолосС», 2004. – 720 с.
Сопутствующие исследования:
11. Определение наступления основных фаз развития растений по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985 г.).
метеорологической службы).
13. Учт энергии прорастания всходов и густоты стояния растений выполнен по общепринятым методикам.
14. Оценка перезимовки растений приводилась путм подсчета перезимовавших растений весной. Вырубкой монолитов в зимний период проводили по обще принятым методикам.
Характеристика используемой барды в опытах Исходным сырьем для производства спирта было зерно в пропорции: 85% пшеницы и 15% ячменя. Технология производства была ферментативно– дрожжевой.
По среднему показателю в барде содержится, %: воды – 92,1;
органического вещества – 7,4; кальция (в пересчете на СаО) – 0,018; магния (в пересчете на MgO) – 0,06; кремния (в пересчете на SiO2) – 0,012; натрия (в пересчете на NaO) – 0,014; серы (в пересчете на SОз) – 0,006; калия (в пересчете на К2О) – 0,15; фосфора (в пересчете на Р2О5) – 0,24. Зольность составляет 6,3%. Кислотность находилась в пределах 4,3-4,6 рН.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Влияние барды на прорастание семян озимой пшеницы В лабораторном опыте изучалось влияние различных концентраций барды на прорастание семян озимой пшеницы и развитие дождевых червей.Для этих целей проводилось разбавление барды водой в следующих пропорциях: 1:10; 1:100; 1:1000; 1:10000, на контроле использовалась чистая вода. Проращивались семена озимой пшеницы в количестве 100 шт. на каждое разведение, повторность опыта 8-кратная. После прорастания семян измерялась длина корешков и проростков озимой пшеницы.
Результаты опыта показали, что разбавление барды в пропорции 1: снижало длину корешков до 6,4см. Концентрации 1:100; 1:1000 и 1: положительно влияли на начальный рост культуры, увеличивая длину корешка до 8,4; 8,7 и 8,8 см соответственно, при контроле 6,6 см.
Всхожесть семян озимой пшеницы составила: на контроле 92%; при разбавлении 1:10 - 88%; 1:100 - 92%; 1:1000 - 94% и 1:10000 - 97%.
От характера субстрата, сочетания составляющих его компонентов зависит общее состояние популяции червей, интенсивность их размножения и накопление биомассы. Черви во всех вариантах углубились в субстрат сразу. На протяжении двух месяцев черви оставались в том же количестве. Они откладывали коконы и появлялись молодые особи. Биомасса червей была выше при разбавлении 1:10 и составила 3,8 г, а на контроле только 2 г. На других вариантах биомасса снижалась с уменьшением концентрации раствора.
Количество коконов также снижалось с уменьшением концентрации раствора.
Таким образом, барда стимулирует жизнедеятельность дождевых червей и развитие озимой пшеницы.
Влияние вносимой барды на агрохимические показатели почвы В литературе (Ненайденко, 1997) часто встречается мнение, что барда сильно подкисляет почву, из-за чего растениям сложнее получать питательные элементы. В связи с этим, одним из первых показателей, который изучался, была кислотность почвы. Во всех опытах вносимая барда несколько повышала кислотность. Особенно это проявлялось при внесении барды в почву в начальный период развития растений (табл. 1).
Изменение кислотности, содержания фосфора и калия в почве за вегетацию озимой пшеницы при различных способах заделки барды, среднее за 2006-2008 годы обработки внесения кислотность Р2О5 К2О кислотность Р2О5 К2О В табл. 1 отражены усредненные изменение содержания питательных элементов и кислотности почвы в разные периоды вегетации озимой пшеницы в двух опытах. Кислотность повышалось с увеличением нормы внесения барды во все фазы развития озимой пшеницы.
В ходе проведения исследований было выявлено, что содержание фосфора и калия в почве с увеличением нормы вносимой барды возрастало.
Установлено, чем выше норма внесения барды, тем выше содержание питательных элементов. В варианте с внесением 140 т/га в однофакторном опыте с озимой пшеницей (№3) содержание калия в почве составило 190, мг/кг почвы, в то время как на контроле – 76,5 мг/кг почвы. Содержание фосфора в почве увеличивалось с 17,0 до 52,0 мг/кг почвы.
Влияние обработки почвы на показателях отразилось незначительно.
Таким образом, динамика повышения содержания питательных веществ в почве и ее кислотности проявилась во всех опытах.
Основываясь на изложенном материале и других данных, можно сделать вывод, что барда подкисляет почву, но вместе с этим, повышает содержание в ней фосфора калия и других питательных веществ.
Влияние вносимой барды на агрофизические показатели почвы Барда более чем на 90% состоит из воды, поэтому ее влияние на рост и развитие растений сказывается в первую очередь (табл. 2).
Влажность и плотность почвы за период вегетации озимой пшеницы в двухфакторном опыте, среднее за 2006-2008 году (в слое 0-20 см) Из табл. 2 видно, что влажность почвы в период посева была выше в варианте со вспашкой. При увеличении нормы внесения барды влажность почвы увеличивалась. Особенно это проявилось в вариантах с высокими нормами внесения барды. Плотность почвы при этом была выше при дисковании.
Перед уборкой различий по влажности почвы не наблюдалось. Плотность почвы повышалась с увеличением нормы внесения барды. При сравнении обработок почвы, в варианте с дискованием, плотность оказалась выше по сравнению со вспашкой.
На плотность почвы повлияли два фактора: воздействие машиннотракторного агрегата (МТА) при внесении высоких норм барды и обработка почвы. Оптимальная плотность для растений находится в пределах 1,10г/см3. По полученным результатам вносимая барда слабо повлияла на этот показатель. В большей степени отразилось воздействие МТА на почву.
На порозность почвы в основном повлияла ее обработка. Чем глубже обрабатывалась почва, тем больше пор в ней было. Вносимая барда способствовала сцеплению почвенных частиц с образованием больших агрегатов, увеличивая порозность почвы.
Подобная тенденция проявлялась в опытах с другими культурами.
Влияние вносимой барды на агробиологические показатели растений Анализ показателей роста и биомассы растений показал, что влияние барды проявилось на всех этапах развития растений. Особенно заметно было влияние повышенных норм барды 90 и 140 т/га. Действие малых норм 30т/га достигало уровня контроля к концу вегетации.
Различные нормы внесения барды и способы ее заделки оказали влияние не только на рост и развитие озимой пшеницы, но и на засоренность посевов сорной растительностью.
С учетом метеорологических условий, а так же принимая во внимание обработку посевов озимой пшеницы гербицидом (Рометсоль СП 600 г/кг Метсульфурон-метила в норме 8-10 г/га) было отмечено, что засоренность на поле была на низком уровне. На количество сорняков повлияла как обработка почвы, так и внесенная барда. Наблюдалась тенденция - чем глубже обрабатывалась почва, тем количество многолетних сорняков возрастало и составило 9 шт./м2 по сравнению с контролем, где количество сорняков составило 4 шт./м2. С увеличением норм внесения барды количество сорняков так же повышалось.
Влияние барды на естественные кормовые угодья и развитие кукурузы В производственном опыте с кукурузой вносимая барда в норме 300 т/га увеличивала содержание фосфора и калия соответственно с 63,5 до 68,5 и с 12, до 89,9 мг/кг почвы. Кислотность повышалась с 6,1 рН до 5,6 рН.
Опыт, заложенный на пастбище в 2007 году, показал, что вносимая барда увеличивает содержание элементов питания и кислотность почвы. Осенью 2007 г. показатели были приблизительно на том же уровне, что и весной того же года. В 2008 г. содержание калия стало меньше, чем в 2007 г. Осенью 2007 г.
«