«ВЛИЯНИЕ СЛОЖНОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО КОМПОСТА НА СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАПАДНОМ ПРЕДКАВКАЗЬЕ ...»

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кубанский государственный аграрный университет»

На правах рукописи

Славгородская Дарья Алексеевна

ВЛИЯНИЕ СЛОЖНОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО КОМПОСТА

НА СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО

И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

В ЗАПАДНОМ ПРЕДКАВКАЗЬЕ

Специальность 03.02.13 – почвоведение Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, Белюченко Иван Степанович Краснодар –

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ

1 ОТХОДЫ ПРОМЫШЛЕННОГО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

ПРОИЗВОДСТВ КАК СЫРЬЕВАЯ ОСНОВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

КОМПОСТОВ, УЛУЧШАЮЩИХ АГРОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОЧВЫ И ПОВЫШАЮЩИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ

АГРОЛАНДШАФТОВ (обзор литературы) 1.1 Промышленные и сельскохозяйственные отходы, их характеристика 1.2 Компостирование отходов различных производств и получение сложных компостов Влияние компостов на агрономические свойства почвы, 1.3 биологическую продуктивность сельскохозяйственных культур и качество их продукции

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3 УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

4 ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО, ВЛИЯНИЕ

СЛОЖНОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО КОМПОСТА НА ЕГО

СВОЙСТВА И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ (результаты исследований) 4.1 Характеристика чернозема обыкновенного 4.2 Характеристика сложного органоминерального компоста 4.3 Влияние сложного органоминерального компоста на агрофизические свойства чернозема обыкновенного 4.4 Агрохимические свойства чернозема обыкновенного и их изменение при внесении сложного органоминерального компоста 4.5 Влияние сложного органоминерального компоста на микробиологическую активность и состав мезофауны чернозема обыкновенного 4.6 Воздействие сложного органоминерального компоста на элементы структуры урожая и качество зерна озимой пшеницы 4.7 Влияние сложного органоминерального компоста на урожайность зерна озимой пшеницы

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

СЛОЖНОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО КОМПОСТА

ВЫВОДЫ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Почвенный покров Краснодарского края представлен большим разнообразием почв. Черноземные почвы, сформировавшиеся на Азово-Кубанской низменности, занимают самую обширную площадь в крае – около 4084,7 тыс. га или 54,1 % от общей площади. Черноземы обыкновенные занимают площадь около 2966,6 тыс. га Азово–Кубанской низменности, что составляет 39,3 % от общей площади края. Большая их часть активно используется в сельскохозяйственном производстве, которое имеет важное значение для удовлетворения растущих потребностей населения в питании. Однако использование почв в качестве ресурса и интенсификация сельского хозяйства привели к серьезным изменениям почвенного покрова. Черноземные почвы потеряли более 1/3 органических веществ от их исходного содержания, что вызвало ухудшение ряда почвенных характеристик (Антропогенная эволюция.., 2000; Смагин, 2009). Следовательно, актуально важным является поиск способов поддержания почвенного плодородия через совершенствование агротехнологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур.

Одним из перспективных способов является использование промышленных и сельскохозяйственных отходов. Некоторые органические и минеральные отходы применяются как сырье для производства сложных компостов, повышающих почвенное плодородие. Минеральным компонентом таких компостов может являться крупнотоннажный отход производства фосфорных удобрений – фосфогипс. Доля фосфогипса в Белореченском химзаводе весьма значительна: на 1 тонну производимого продукта (экстракционной фосфорной кислоты) образуется 4,25-4,27 т фосфогипса. Территория, занятая под складирование данного отхода, занимает значительные площади вблизи города Белореченска и с каждым годом неуклонно увеличивается (Муравьев, 2010).

Таким образом, производство сложных компостов на основе отходов различных производств позволит решить проблему их утилизации, а применение компостов, в свою очередь, будет способствовать повышению почвенного плодородия и увеличению урожайности сельскохозяйственных культур.

Научные исследования проводились в соответствии с темой научноисследовательской работы кафедры общей биологии и экологии ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (номер государственной регистрации 01201153635).

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилась оценка влияния сложного органоминерального компоста на физические, химические и биологические свойства чернозема обыкновенного и урожайность озимой пшеницы в Западном Предкавказье.

Для выполнения поставленной цели решали следующие задачи:

а) оценить изменение физических и химических свойств чернозема обыкновенного при использовании сложного органоминерального компоста;

б) определить влияние сложного органоминерального компоста на биологические свойства чернозема обыкновенного;

в) установить воздействие сложного органоминерального компоста на элементы структуры урожая озимой пшеницы и качество ее продукции;

г) дать оценку влияния сложного органоминерального компоста на урожайность озимой пшеницы.

Научная новизна результатов исследований. Проведена комплексная оценка воздействия сложного органоминерального компоста на основе отходов сельского хозяйства и химической промышленности на физические, химические и биологические свойства верхнего слоя чернозема обыкновенного в посевах озимой пшеницы. Установлено положительное влияние сложного органоминерального компоста на урожайность и качество зерна озимой пшеницы, определен уровень рентабельности применения сложного компоста, в соавторстве получен патент на изобретение (№ 2423812 от 20.07. г.), подано пять заявок на патент, две из которых получили положительное решение.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований для степной зоны Краснодарского края предложены научно-обоснованные рекомендации по улучшению агрономических свойств верхнего слоя чернозема обыкновенного и повышению урожайности озимой пшеницы при использовании сложного органоминерального компоста.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Сложный органоминеральный компост положительно воздействует на агрегатный состав и водопрочность агрегатов верхнего слоя чернозема обыкновенного, его плотность и водно-воздушные характеристики.

2. Сложный органоминеральный компост повышает содержание органического вещества в верхнем слое чернозема обыкновенного, оптимизирует содержание в нем азота, фосфора, кальция и серы, изменяет реакцию среды до нейтрального уровня.

3. Сложный органоминеральный компост благоприятствует увеличению общей численности всех групп микроорганизмов, микромицетов, почвенной мезофауны, особенно, дождевых червей, кивсяков и энхитреид.

4. Применение сложного органоминерального компоста существенно влияет на повышение урожайности зерна озимой пшеницы и его качество.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на I и II Всероссийских научных конференциях «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2009, 2010 гг.), III Международной научной экологической конференциях «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2013г.); Международной научнопрактической конференции «Инновации в теории и практике обращения с отходами» (Пермь, 2009 г.), II, III и V Международных научно-практических конференциях «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2010, 2011, 2013 гг.), Международном конкурсе научно-исследовательских работ молодых ученых и студентов «Евразия Green» (Екатеринбург, 2011 г.), Московском Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2011г.), Съезде экологов России (Москва, 2011, 2012 гг.), Международной выставке «Экология юга России/ECOS» (Краснодар, 2012 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Подано шесть заявок на изобретение, получен 1 патент и два положительных решения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы (включая 134 наименования, из них 7 иностранных).

Работа изложена на 109 страницах компьютерного текста, включает 23 таблицы и 11 рисунков.

Личный вклад автора. Автору принадлежит 85% выполненной работы. Соискателем выполнены следующие виды работ: разработана программа и методика исследований; заложены и проведены вегетационный и полевой опыты; проведены лабораторные анализы почвы и растительного материала;

выполнен большой объем аналитических работ; проанализированы и статистически обработаны результаты экспериментов; сделаны выводы и обоснованы теоретические положения работы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю д.б.н., профессору Белюченко И.С., к.б.н. Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю. за помощь и поддержку в выполнении работы; всему коллективу кафедры общей биологии и экологии КубГАУ за содействие при проведении научно-исследовательской работы.

1 ОТХОДЫ ПРОМЫШЛЕННОГО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

ПРОИЗВОДСТВ КАК СЫРЬЕВАЯ ОСНОВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

КОМПОСТОВ, УЛУЧШАЮЩИХ АГРОНОМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ПОЧВЫ И ПОВЫШАЮЩИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ

АГРОЛАНДШАФТОВ (обзор литературы) Промышленные и сельскохозяйственные отходы, их Для регионов с развитым производством сельскохозяйственной и промышленной продукции характерна высокая антропогенная нагрузка на прилегающие территории за счет образования, накопления и складирования в больших объемах различных отходов. Отходы, прежде всего органические, могут использоваться в качестве сырья для производства биологических удобрений и как материалы для восстановления различных свойств почвы (Дубровина, 2004; Beinbaum, 2005; Муравьев, 2008; Белюченко, Муравьев, 2009; Мельник, 2009; Мельник, Славгородская, 2010; Сидоренко, 2009;

Мерзлая, 2013; Darvishi, 2010, Dikinya, 2010).

При усиливающемся антропогенном воздействии на почвы за счет интенсификации сельского хозяйства и дороговизны минеральных удобрений возрастает интерес к системам земледелия, основанным на внесении органических и органоминеральных удобрений. Не случайно ежегодное мировое использование органических удобрений составляет 3-4 млрд. т, что соответствует 15-20 млн. т азота, 3-4 млн. т фосфора, 18-20 млн. т калия. Такой подход к утилизации многих отходов является одним из перспективных и широко распространенных в последнее время, что позволяет одновременно решить вопросы экологизации сельского хозяйства и восстановления плодородия почв (Завьялова, 2006; Белюченко и др., 2010) Органические удобрения (отходы животноводства и растениеводства) состоят из веществ животного и растительного происхождения, которые подвергаются минерализации, и содержат азот, фосфор, калий, кальций и другие элементы питания растений, а также органическое вещество. Органические удобрения положительно влияют на водно-воздушный режим растений, благоприятствуют нарастанию численности почвенных бактерий и микроорганизмов и т.д. (Ягодин, 1989).

Поскольку существует необходимость пополнения почвы питательными веществами, нерациональное складирование отходов является недопустимым. Ежегодный вынос питательных веществ с урожаем составляет свыше 13 млн. т, а возвращается в почву только 2,7 млн. т, что составляет 20% от выноса. Применение органических отходов в качестве удобрения является перспективным, поскольку они оказывают существенное влияние на агрономические свойства почвы и способствуют увеличению урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. С их внесением в почву поступают необходимые растениям элементы питания, хотя по содержанию питательных веществ органические удобрения менее концентрированные, чем минеральные (Еськов, 2000; Лотош, 2003; Ягодин, 1989). К органическим удобрениям относят торф, компосты, ил (сапропель), а так же различные органические отходы, образующиеся при производстве сельскохозяйственной продукции (навоз, птичий помт, перегной, отходы растениеводства и другие материалы) (Ягодин, 1989).

Одним из распространенных и часто используемых в сельском хозяйстве с давних времен видов органического удобрения является навоз, который является отходом животноводства. Это полное органическое удобрение, содержащее все необходимые для растения питательные элементы. Навоз КРС, МРС, свиней и другие органические отходы животноводства служат для растений источником не только минеральных питательных веществ, но СО2 и микрофлоры. Еще одним ценным органическим удобрением является птичий помет, который, как и навоз содержит все основные питательные вещества, необходимые растениям, но в значительно большем количестве. Чаще всего органические отходы вносятся под посев или в подкормку сельскохозяйственных культур в чистом виде (Ягодин, 1989; Симакин, 1969).

Однако одной из проблем хранения этих органических отходов животноводства является значительная потеря многих элементов питания. Длительное хранение навоза и прохождение им всех стадий разложения (свежий навоз – полуперепревший навоз – перепревший навоз – перегной) приводит к огромным потерям азота и органических соединений. При бесподстилочном хранении сырого помета на открытых площадках теряется много элементов:

азота – до 82%, Р2О5 – до 44, калия – до 44. Поэтому необходимо применять различные способы хранения и компостирования навоза, направленные на снижение потерь питательных веществ. Для предотвращения или уменьшения таких потерь при хранении органических удобрений рекомендуется добавлять к ним фофорсодержащие минеральные компоненты, одними из которых может быть фосфоритная мука, суперфосфат, а также отход производства фосфорных удобрений – фосфогипс (Семенов, 1978; Ягодин, 1989; Белюченко, 2013).

Вопрос рационального использования растительных остатков (послеуборочных отходов) также является актуальным в сельском хозяйстве. Растительные остатки содержат значительное количество питательных веществ, что позволяет эффективно их использовать в качестве удобрение и в процессе компостирования. Например, по результатам исследований Белгородского государственного национального исследовательского университета выявлено, что солома является значительным резервом повышения количества органического вещества в почве. Около 60 центнеров соломы равноценны 30 т навоза. В среднем 1 т соломы содержит 5 кг азота, 2,5 кг фосфорного ангидрида, 8 кг окиси калия, 360-400 кг углерода в форме различных органических соединений. При внесении соломы наблюдается улучшение водопрочности почвенной структуры, физико-химических свойств почвы, увеличение продуктивной влаги и снижение потерь азота, что в целом оптимизирует условия питания растений (Крисанов, Петин, 2013). По нашему мнению, использование соломы при компостировании органических отходов животноводства является более эффективным, способствует энергичному разложению соломы и поступлению в компост, а затем и в почву, значительного количества питательных элементов.

Еще одним естественным источником органических соединений, необходимых растениям являются древесно-растительные отходы, образующиеся при санитарных рубках, в городском хозяйстве при проведении ежегодных сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями (скошенная трава, опавшая листа, ветки от обрезки и древесина от валки деревьев). Существует возможность получения из них ценного компоста, пригодного для дальнейшего использования (Парахуда,2013). Древесные отходы на 95% состоят из клеточных оболочек, которые содержат 44-46% целлюлозы, 20-30 – лигнина, 15-17 – гемицеллюлозы, 13-5 – жиров, смол, воска и белков. Древесина содержит много углерода (49,5%) и сравнительно бедна азотом (0,1-1,2%), поэтому широкое применение одних древесных остатков в качестве удобрения малоэффективно. По мнению Соломиной О.И. для удобрения почвы лучше использовать компосты с включением в их состав древесно-растительных остатков, с чем мы согласны (Соломина, 2004).

В последнее время в регионах, где сосредоточено большое количество спиртовых заводов, стала насущной проблема утилизации спиртовой барды.

Ее образование даже на небольшом спиртзаводе составляет до 350 м 3/сутки.

Результаты исследований сотрудников Орловского госагроуниверситета показали, что внесение спиртовой барды в почву под посев кукурузы на силос в дозе 40 м3/га способствует увеличению урожая зеленой массы растений (Гурин, Кожухов, 2013).

Одной из экологических проблем человечества является утилизация бытовых отходов, в том числе осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений. На сегодняшний день результаты исследований многих авторов позволяют заключить, что по удобрительной ценности ОСВ не уступают традиционным органическим удобрениям, и правильное применение их в сельском хозяйстве позволяет повысить плодородие почв, их микробиологическую активность и урожайность выращиваемых культур (Цуркан и др., 1989; Шеуджен и др., 2005; Лучицкая, 2007; Алиев и др., 2009; Бережная, Бережная, 2013; Яппаров и др., 2013 и др.).

Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур наряду с интенсивным применением минеральных удобрений важно эффективно использовать все виды органических и органоминеральных удобрений. Органические удобрения играют большую роль в обеспечении сельскохозяйственных растений питательными веществами, поскольку на их долю приходится около 1/3 общего количества внесенных азота, фосфора и калия.

Внесение органических удобрений является, с одной стороны, одним из способов их утилизации, с другой – составной частью системы удобрения.

Применение органических удобрений – важнейший способ вмешательства человека в круговорот веществ в земледелии. Внесение навоза, навозной жижи, птичьего помета, фекалий является повторным использованием части тех питательных веществ, которые ранее поглощались растениями из почвы и уже участвовали в создании урожая (Семенов, 1978; Ягодин, 1989). К тому же, в начале XХI века минеральные удобрения стали дорогими, а также установили, что они имеют предел повышения урожайности, и интерес к органическим отходам стал возвращаться. К сожалению, в связи с упадком животноводства и повсеместным снижением поголовья скота его использование изза нехватки стало весьма редким. Кроме того, внесение органических отходов в чистом виде по ряду причин, совершенно не устраивает сегодня земледельцев. Куда интереснее, эффективнее, а самое главное, экологичнее проявила себя новая форма подготовки органоминеральных удобрений или сложных компостов (Белюченко, 2012).

Сложный компост представляет собой многокомпонентный субстрат, в состав которого входят органические и минеральные компоненты, зачастую являющиеся отходами различных производств. В качестве минеральных добавок при приготовлении сложного компоста могут выступать такие промышленные отходы как фосфогипс, дефекат, галитовые шламы и др. (Белюченко, 2012).

Фосфогипс – отход химической промышленности, который образуется в результате производства фосфорных удобрений и является одним из наиболее многотоннажных отходов; это продукт механической и химической обработки природных апатитов, характеризующийся кислой реакцией среды (рН=4,5-5) (Копылев,1981). Данный отход – основной для Белореченского завода ОАО «ЕвроХим – БМУ» в Краснодарском крае. Масса фосфогипса, сконцентрированная в полутора километрах от завода, достигает нескольких миллионов тонн и отмечается дальнейшее его накопление. Фосфогипс в большой концентрации выступает как загрязнитель всех компонентов биосферы – почвы, растений, животных, поверхностных и грунтовых вод – вследствие избыточной насыщенности отдельными вредным веществами (Sr, F, Cd, Pb, Ni и др.) (Муравьев, 2007, 2008).

Фосфогипс характеризуют как полидисперсный материал серо-белого цвета, представленный агрегатами частиц, комками и межагрегатными пустотами. Кристаллики отхода бесцветные, прозрачные или слегка матовые за счет рассеянных на них мельчайших пылеватых частиц. После подсушки фосфогипс становиться более мелкодисперсным; обладает большими силами сцепления частиц, что приводит к образованию комьев. Размеры частиц фосфогипса колеблются от 0,03 до 1,7 мм; плотность составляет от 2,9 до 3, г/см при влажности 20%. В пресной воде при комнатной температуре фосфогипс в течение суток растворяется на 0,32 – 0,35 %. Отход составлен частицами разной формы и размеров. Выделены волокнистые, игольчатые, пластинчатые и столбчатые формы (Блохин, 1983; Новикова, 1990).

Фосфогипс проявляет тиксотропные свойства, то есть способен разжижаться при механических воздействиях (вибрация, встряхивания, перемешивания) (Бобков, Безрук, 1986). Основными причинами тиксотропности фосфогипса является концентрация в нем неотмытой фосфорной кислоты и свободной влаги, что весьма активно проявляется при наличии в субстрате нерастворимых соединений фосфатного сырья в форме тонкодисперсных глинистых частиц. Фосфогипс относится к очень влагоемким материалам: полная его влагоемкость составляет около 66 % (все поры заняты водой); характеризуется способностью удерживать в себе влагу силами молекулярного сцепления между частицами фосфогипса и воды (Иваницкий, 1990; Новикова, 1990).

По химическому составу фосфогипс представляет собой нетоксичный пастообразный сульфат кальция (CaSO4*2H2O) с примесью фосфата, фосфорнокислых солей и многочисленных силикатов. Фосфогипс в целом не является коллоидной системой, однако он содержит некоторое количество сверхтонких частиц сульфата кальция, кремнефторидов натрия и калия, фосфатов полуторных оксидов; его частицы отличаются малой скоростью диффузии, не проникают через тонкопористые мембраны клеточных структур живых организмов (Новикова, 1990; Муравьев, 2008). Для фосфогипса характерно высокое содержанием кальция и серы, в умеренных дозах в нем содержатся фосфор, кремний и в микроколичествах – остальные элементы земной коры. Фосфогипс при внесении в почву оказывает благоприятное влияние на развитие озимой пшеницы, что подтверждается результатами исследований многих авторов (Мельникова, 2000; Некольченко и др. 2002, 2004 и т.д.).

Еще одним из отходов, наносящим вред окружающей среде вследствие неправильного к нему отношения, является дефекат. Дефекат – это крупнотоннажный отход сахарной промышленности (фильтрационный осадок, на который сорбируют красящие вещества, содержащиеся в сырце). Его состав определяется долей несахаров в свекловичном соке и массой извести, которая используется в технологии производства сахара, в микроколичествах содержит все микро- и ультрамикроэлементы, азот (до 0,5%), фосфор (до 1,0%), калий (до 1,0%). Дефекат содержит также значительное количество безазотистых органических веществ – сахаров. После промывки дефекат превращается в весьма ценное сырье для известкования кислых почв (Овсянников и др., 2000; Кудинова, Петух, 2009).

Основной компонент дефеката – карбонат кальция (СаСО3), обладающий буферными свойствами и сохраняющий рН в заданных пределах (7Исследователями Приморского края выявлено, что внесение дефеката с целью повышения плодородия лугово-буровой отбеленной почвы и урожайности люцерны (прибавка зеленой массы составила 15, а сена – 19,9%) организационно и экономически оправдано, что позволяет рекомендовать его к внедрению в сельскохозяйственное производство края. По эффективности дефекат превосходит известь и его использование в дальневосточном земледелии это единственно возможный путь мелиорации кислых почв. Кроме того, известкование почв с помощью дефеката является одним из методов снижения концентрации тяжелых металлов в ней и негативного влияния на окружающую среду (Ващенко, Моисеенко, 2007; Иванова, 2013).

Таким образом, следует отметить, что образование отходов в ходе производственной деятельности стало неотъемлемой частью жизни человечества. Количество разнообразных по свойствам отходов постоянно растет, что вызывает массу вопросов об их негативном влиянии на компоненты окружающей среды и возможностях утилизации. В тоже время многие из органических и минеральных отходов обладают рядом положительных свойств и их использование в качестве органических и органоминеральных удобрений почвы, вовлечение в сельскохозяйственный оборот является важным на сегодняшний день.

1.2 Компостирование отходов различных производств и получение сложных компостов Компостирование и создание различных питательных органоминеральных смесей один из древних процессов, навыками которого владели многие цивилизации нашей планеты. Рост населения планеты и необходимость удовлетворения ежедневных потребностей способствовало развитию сельского хозяйства и внедрению альтернативных видов удобрений, в частности эффективных компостов. Процесс компостирования различных веществ и получение питательного компоста известен с древних времен, однако в веке первостепенным в ведении сельского хозяйства стало применение минеральных удобрений, что привело к утрате технологий получения компостов.

Для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур наука рекомендовала использовать агрохимикаты, которые в дальнейшем пришли на смену органическим видам удобрений и компостам.

Злоупотребление минеральными удобрениями, пестицидами и другими загрязнителями, отсутствие должного внимания к органическим удобрениям привело к развитию неблагоприятных почвенных процессов. Это послужило сигналом к общественному протесту и частичному сокращению производства и использования опасных продуктов. Разработка новых технологий и способов использования органических отходов, производства органоминеральных компостов стало главным в ведении органического сельского хозяйства.

Современное органическое земледелие нельзя назвать полностью возвратом к старому, так как в его распоряжении имеются все достижения науки, связанные с протекающими в компостной куче химическими и микробиологическими процессами. Знание этих процессов позволяет осознанно подходить к приготовлению компоста, регулировать и направлять процесс в нужную сторону (http://cbio.ru/page/51/id/3976/).

Компостирование – один из приемов использования отходов различных производств, который позволяет уменьшить потери питательных веществ в органических отходах при их разложении и усилить доступность для растений элементов питания. В процесс компостирования могут вовлекаться различные виды отходов, начиная от гетерогенных (городской мусор, твердые бытовые отходы) до более однородных (отходы животноводства и растениеводства, активный ил и ОСВ). Компостирование отходов позволяет контролировать и ускорять разложение отходов, тогда как в естественных условиях этот процесс протекает значительно медленнее (Ягодин, 1989; Biernbaum, 2005).

Чаще всего компост состоит из двух главных компонентов органического происхождения, неодинаковых по устойчивости к разложению микроорганизмами. Один из них играет преимущественно роль поглотителя влаги и аммиака и без компостирования слабо разлагается (торф, дерновая земля, древесные отходы), а другой богат микрофлорой, содержит достаточное количество легкораспадающихся азотистых органических соединений (навоз, птичий помет, ОСВ). К таким компостам относятся торфонавозные, торфофекальные, торфожижжевые компосты из соломы и других трудноразлагающихся органических материалов с фекальной массой, жижей и т.д. В состав органических компостов часто вводят микрофлору в виде бактериальных препаратов (Ягодин, 1989).

В качестве главных компонентов при создании компостов могут также не только органические отходы, но и минеральные. Применяют их для обогащения органических удобрений недостающими питательными веществами и устранения их кислотности или щелочности, создания оптимальных условия для развития микроорганизмов. Минеральными добавками при приготовлении сложного компоста для повышения его эффективности могут выступать такие промышленные отходы как фосфогипс, дефекат, галитовые шламы и др. (Белюченко, 2013).

Фосфогипс успешно используется в переработке органических отходов в перегной и в компостировании, что отмечено в ряде научных исследований (Созобников, 1991; Саловарова, Козлов, 2001; Бутова, 2004; Славгородская, 2011). Результаты полупроизводственного эксперимента с подстилочным свиным навозом на производственной базе кафедры общей биологии и экологии в хозяйстве «Заветы Ильича» Ленинградского района определили основную концепцию его переработки. Внесение фосфогипса в свиной навоз способствовало снижения его влажности и интенсификации окислительных процессов в связи с увеличением микробиологической активности. В опытном варианте с внесением фосфогипса щелочная среда навоза свиней сменилась на слабокислую и продержалась на уровне рН 6,3-6,6. Фосфогипс также оказал заметное влияние на консервирование аммиачного и нитратного азота в навозе, пополнение его рядом микро- и макроэлементов, необходимых для питания растений (Муравьев, 2008).

Фосфогипс может использоваться и для компостирования птичьего помета. При добавлении к помету фосфогипса сера связывает с выделяющимся аммиаком и СО2 в сульфат аммония и карбонат кальция соответственно. При этом на связывание 1 кг аммиачного азота требуется 8 кг фосфогипса. Для компостирования фосфогипса и птичьего помета используют влагопоглощающие материалы – солому, стебли кукурузы и т.д. (Панов и др., 1989).

Получены также положительные результаты при компостировании фосфогипса с отходами животноводства с целью улучшения качества органоминерального удобрения (Гукалов и др., 2009; Алифиров и др., 2007).

Компостирование отходов, получение биокомпостов становится более актуальным. Исследования многих авторов направлены на изучение эффективности применения различных компостов. Так, Всероссийским научноисследовательским институтом сельскохозяйственного использования мелиоративных земель (ВНИИМЗ) разработана технология получения биокомпоста (компоста многоцелевого назначения – КМН), суть которой заключается в аэробной твердофазной ферментации разнообразного органического сырья (торфа, навоза, помета, пищевых отходов и др.) в специальных камерахбиоферментаторах. Совокупность свойств получаемого КМН позволяет отнести его к категории высококачественных органических удобрений, рекомендуемых, прежде всего, в качестве основного удобрения и в подкормку (Ковалев и др., 2013).

Распространенным в последнее время также стало промышленное производство биогумуса, который является не только гумусовым, но и уникальным микробиологическим удобрением, содержащим в своем составе сообщество полезных почвенных микроорганизмов, создающих почвенное плодородие. Для производства такого удобрения необходимо создание компостов, в состав которых входят пищевые, растительные отходы, опилки, навоз, бумага, целлюлоза и прочие органоминеральные отходы. В дальнейшем в результате вермикультивирования компоста получают биогумус, который в отличие от органических удобрений содержит в 4-8 раза больше гумуса и обладает более замедленным действием, что способствует формированию ранней продукции и большей величины урожая у растений (Мустафаев и др., 2013).

Таким образом, по нашему мнению, возрождение компостирования и применение компостов в производственных масштабах является важным в решении проблем не только утилизации отходов, но и повышения почвенного плодородия. В состав сложного компоста могут входить отходы с различными свойствами и характеристиками, сочетание которых позволит получить высокоэффективное органоминеральное удобрение.

1.3 Влияние отходов и компостов на их основе на агрономические свойства почвы, биологическую продуктивность сельскохозяйственных культур и качество их продукции В последние время почвы интенсивного использования в сельском хозяйстве характеризуются сниженными агрономическими функциями, обеднены видовым и популяционным составом живых организмов, а так же физическим и химическим составом. Следовательно, важным является охрана почв и сохранение их плодородия (Добровольский, 1990, Вальков, 1995;

Добровольский, 2000). Улучшение агрономических характеристик сельскохозяйственных земель способствует созданию благоприятных свойств почвы как среды обитания и повышению продуктивности сельскохозяйственных культур. В последнее время приобретает популярность использование различных отходов в качестве удобрений, их смешивание и приготовление органоминеральных компостов. Многие исследования направлены на изучение свойств отходов различных производств и оценку возможности их использования для компостирования, а в дальнейшем – на определение воздействия отходов в чистом виде и в составе органоминеральных компостов на свойства почв сельхозугодий.

В условиях Каменной степи (Юго-Восток ЦЧЗ) изучалось влияние органоминерального удобрения с участием фосфогипса на плодородие чернозема обыкновенного в севообороте: горох – озимая пшеница – сахарная свекла – ячмень – кукуруза на зерно. В год внесения фосфогипса в слое 0-20 см содержание азота снизилось на 8,3%, концентрация Р2О5 во все годы исследований была выше на 9,3 и калия – на 5,7%. Без внесения отхода содержание гумуса снизилось за ротацию на 0,07, а с его внесением поднялось на 0,08%. Разница по гумусу за 5 лет между контролем (3 т/га) и опытным полем составила 0,15% в пользу последнего (Мухина, 1999). Внесение в почву органоминеральной смеси фосфогипса и жидкого навоза также способствовало повышению урожая зерна кукурузы (Некольченко и др., 2004).

В 1986 г. на сероземных и серо-бурых почвах Узбекистана проводились опыты по использованию отхода химической промышленности (фосфогипса) как мелиоранта. Исследованиями установлено, что на тяжелых по гранулометрическому составу почвах внесение фосфогипса под посевы хлопчатника способствует улучшению водно-физических свойств; повышает их производительную способность; нормализует содержание кальция и стабилизирует кальциевый режим почв, что является одним из существенных факторов сохранения плодородия; способствует увеличению урожайности хлопчатника в течение двух лет (Азимбаев, 2000). Исследованиями украинских ученых установлено, что применение отхода в различных дозах (6-14 т/га) на солонцовых почвах способствует увеличению количества водопрочных агрегатов, некоторому снижению плотности солонца; выявлена прямая зависимость твердости солонца от дозы внесения фосфогипса. Так увеличение дозы внесения отхода способствует уменьшению плотности почвы (Баранов и др., 2008).

Внесение фосфогипса под вспашку так же влияет на физикохимические свойства почвы в слое 0-50 см; совместное использование в качестве удобрения фосфогипса и навоза благоприятствует развитию микрофлоры и конкретно отдельных групп микроорганизмов, участвующих в круговороте азота и фосфора (Хуцишвили, 1987).

Фосфогипс также может использоваться как кальциево-сернистое удобрения на фоне 60 т/га навоза под посевы сахарной свеклы в Республике Беларусь, что способствует увеличению урожайности продовольственной культуры на 4,3 т/га (Курганский и др., 2003; Курганский, Семашко и др., 2003; Курганский, Скребец и др., 2003). В Каменной степи Воронежской области применение отхода производства фосфорных удобрений совместно с навозом благоприятствовало повышению сахаристости корнеплодов сахарной свеклы (Рымарь и др., 2004; Рымарь и др., 2005).

В условиях Ставропольского края внесение в почву органоминеральных удобрений с включением фосфогипса положительно сказалось на урожайности кукурузы и других культур (Некольченко и др., 2002). Внесение в почву компоста с фосфогипсом оказывает влияние на продуктивность и химический состав зерна кукурузы. Так, по результатам исследований в условиях Каменной степи (Воронежская область) отмечено снижение в зерне нитратов и повышение уровней используемых растениями азота и фосфора.

Отмечается положительное влияние фосфогипса на формирование корней растениями кукурузы и содержание в ее надземной массе азота, фосфора, кальция (Мухина, 1999).

Воздействие фосфогипса при совместном внесении с мелом (CaCO 3) на развитие растений подсолнечника изучалось в конце 80-х годов на кислых почвах, где выявлено повышение содержания доступного для растений фосфора, что сказалось на продуктивности подсолнечника и качестве семян (Константинова и др., 1989). Влияние внесения органоминеральных удобрений на основе органических отходов и фосфогипса на развитие сельхозкультур отмечено в ряде других работ (Агафонов, 1999; Белюченко и др., 2008;

Белюченко и др., 2009).

Внесение в почву 5 т/га фосфогипса обеспечивает растения серой и кальцием в течение нескольких лет (Шкель, 1979). Фосфогипс по своей химической активности благоприятствует подвижности в почве многих химических веществ и улучшает условия питания растений (Дубиковский, Шкель, 1981). В некоторых отходах (фосфогипс, ОСВ) содержится значительное количество микроэлементов (В, Мо, Cu, Zn Co, Mn) и тяжелых металлов (Pb, Cd и др.), поэтому их применение должно ограничиваться определенной дозой и оценка воздействия компостов с участием таких отходов на свойства почвы и растительную продукцию должна затрагивать определение загрязненности этими элементами. По мнению Н.А. Черных (1991), тяжелые металлы в ряде случаев влияют на ферментативную активность почв. В целом отмечено, что длительное применение фосфогипса и компостов на его основе не приводит к существенному изменению содержания ТМ в черноземе обыкновенном и сельскохозяйственной продукции благодаря высокой буферности и экологической устойчивости черноземов (Протасова и др., 2010). По результатам исследований ученых Всероссийского НИИ агрохимии им. Д.Н.

Прянишникова, почва, удобренная гранулированным органоминеральным удобрением на основе ОСВ в дозе 4 т/га, по содержанию тяжелых металлов соответствует нормативам ГН 2.1.7.2041-06 и ГН 2.1.7.2042-06, а растительная продукция по содержанию этих элементов – допустимым уровням СанПиН (Мерзлая и др., 1995; Мерзлая, Афанасьев, 2013). Внесение фосфогипса при норме 3 т/га не вызывает накопления в почве тяжелых металлов, но повышает в черноземе Каменной степи содержание Р 2О5 на 5,6 мг/кг почвы (Дубровина, 2004).

Результаты исследований в Московской области показали, что компостирование древесно-растительных остатков целесообразно и компосты на их основе можно использовать в питомнике для выращивания саженцев и сеянцев с закрытой корневой системой (Рожко, 2009). Применение гранулированного органоминерального удобрения на основе осадков сточных вод в дозе 4 т/га обеспечивало достоверное повышение урожайности многих культур – озимой тритикале, ярового ячменя, семенного картофеля, соломы и семян льна-долгунца (Мерзлая, Афанасьев, 2013). Добавлением залежей полезных ископаемых (торф, сапропель) при получении ввыысокоэффективного удобрения из навоза, помета обеспечивает повышение почвенного плодородия (Ковалев и др., 2013).

Внесение фосфогипса благоприятствует биологической активности почвы: повышается количество микроорганизмов, использующих органические формы азота на 9,7%, а ассимилирующих минеральный азот – на 7,9%.

Весьма высока корреляция между содержанием микроорганизмов и нитратом азота на естественном фоне. В варианте с фосфогипсом существенно увеличились популяции актиномицетов (на 10,7%), целлюлозоразрушающих бактерий (на 16,3%) и азотобактера. Фосфогипс усиливает ферментативную активность почвы, активнее идет разложение свежего органического вещества (Мухина, 1999).Совместное использование в качестве удобрения фосфогипса и навоза благоприятствует развитию микрофлоры и конкретно отдельных групп микроорганизмов, участвующих в круговороте азота и фосфора (Хуцишвили, 1987).

В результате изучения литературы выявлены локальные, характерные для конкретного типа почв исследования эффективности применения сельскохозяйственных и промышленных отходов в качестве удобрений. В основном исследования проводились в нечерноземной зоне России или в бывших союзных республиках, и касались применения отходов самостоятельно друг от друга, а не в сочетании. Таким образом, вопросы воздействия поликомпонентных компостов на преобладающие почвы Краснодарского края изучены слабо, что и послужило причиной для проведения наших исследований.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение влияния сложного органоминерального компоста на физические, химические, биологические свойства чернозема обыкновенного и урожайность озимой пшеницы в Западном Предкавказье осуществлялось в вегетационном и полевом опытах в период с 2007 по 2012 гг.

Территория Ленинградского района относится к степной зоне обыкновенных и южных черноземов, Приазово-Предкавказской степной провинции.

Благоприятные факторы почвообразования способствовали формированию почв черноземного типа, обладающих высоким потенциальным плодородием, благодаря большой мощности гумусовых горизонтов и значительным запасам гумуса в них. Черноземы составляют 88% всех земель района и представлены одним типом – черноземами обыкновенными (Кубаньгипрозем, 1983). Почвы территории хозяйства ОАО «Заветы Ильича», являющиеся объектом исследований, представлены черноземами обыкновенными слабогумусными сверхмощными легкоглинистыми на лессовидных глинах (Классификация почв СССР, 1977).

Объектом исследований в вегетационном и полевом опытах являлись сложный компост, составленный из полуперепревшего навоза КРС, фосфогипса и растительных остатков, и озимая пшеница сорта Фортуна. Полевые исследования проводились в севообороте со следующим чередованием сельскохозяйственных культур: озимая пшеница – озимая пшеница – подсолнечник – озимая пшеница – кукуруза.

Методика исследований.

Вегетационный опыт. Вегетационный опыт проводился в вегетационной теплице КубГАУ с 2009 по 2012 гг. в сосудах массой 6 кг почвы. Схема опыта включала 3 варианта в 10-ти кратной повторности:

1) контроль (N100P50 (N0,3P0,15 г/сосуд) – фон);

2) NP + полуперепревший навоз КРС (50 т/га (150 г/сосуд));

3) NP + сложный органоминеральный компост (65 т/га (195 г/сосуд));

компост включал полуперепревший навоз КРС, растительные остатки (остатки пшеницы, отходы силоса, кормления животных, очистки зерна) и фосфогипс в соотношении 7:1:1 соответственно, которые компостировались в течение 4–5 месяцев в естественных условиях в весенне-летний период.

Сложный органоминеральный компост и органическое удобрение вносились один раз за 3 года проведения вегетационного опыта – осенью 2009 г.

на фоне предпосевной дозы минеральных удобрений N12P52 – аммофос кг/га. Затем ежегодно (2009-2011 гг.) в каждый сосуд высевали по 5 зерен озимой пшеницы сорта Фортуна, а после перехода пшеницы в фазу кущения оставляли по три растения. Весной проводили подкормку аммиачной селитрой в дозе 250 кг/га – N85. Летом после сбора урожая зерна озимой пшеницы во всех изучаемых вариантах опыта отбирали по 10 проб почвы для определения агрохимических (содержание органического вещества, общего, аммонийного и нитратного азота, подвижного фосфора, кальция, серы и рН) и агрофизических свойств почвы (полевая влажность, плотность сложения, плотность твердой фазы, пористость и водовместимость).

Полевой опыт. Полевой опыт проводился в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района. Схема полевого опыта включала 3 варианта по 4 повторения; форма делянок прямоугольная, размещение рендомизированное. Площадь опытной делянки составила 4400 м 2 (40 * 110 м), учетной делянки – 3000 м2 (30 * 100 м), общая площадь полевого опыта составила 4400 м2 * 12 = 52800 м2 = 5,3 га. Полевой опыт проводили по следующим вариантам:

1) контроль (N130P50 (N39P15/делянку) – фон);

2) NP + органическое удобрение (полуперепревший навоз КРС);

3) NP + сложный органоминеральный компост, составленный из полуперепревшего навоза КРС, растительных остатков (остатки пшеницы, отходы силоса, кормления животных, очистки зерна) и фосфогипса в соотношении 7:1:1.

Приготовление компоста включало 3 этапа:

– в весенний период проводилась поочередная укладка навоза КРС, фосфогипса и растительных остатков в бурт высотой до 3,5 метров на хорошо выровненной глиняной площадке;

– по истечению 1-1,5 месяцев после создания бурта осуществлялось перемешивание всех составляющих компоста до однородной массы;

– проводилось компостирование отходов в летний период в течение 3месяцев с периодическим механическим перемешиванием (погрузчик Manitou) для предотвращения развития анаэробных процессов.

Осенью 2007 года по предшественнику сахарная свекла после внесения предпосевной дозы минеральных удобрений (аммофоса 100 кг/га – N12P52) под обработку комбинированным почвообрабатывающим агрегатом «ТопДаун» на глубину 8-10 см вносили полуперепревший навоз КРС в дозе 50 т/га (15 т/делянку) и сложный органоминеральный компост в дозе 65 т/га (19, т/делянку). Затем провели посев озимой пшеницы сорта Фортуна с одновременным внесением аммиачной селитры в дозе 100 кг/га (N34); весной проводили подкормку аммиачной селитрой в дозе 230 кг/га (N78), в фазу выхода колоса при опрыскивании против болезней и вредителей осуществляли подкормку мочевиной в дозе 12 кг/га (N6). Чередование культур в севообороте полевого опыта и система применения удобрений представлена в таблице 1.

Поскольку навоз КРС и сложный органоминеральный компост носят многолетний характер действия, их вносили один раз за период исследований (2007-2012 гг.), тогда как минеральные удобрения использовали ежегодно.

При выращивании подсолнечника минеральные удобрения применяли в дозе N12P52 (N4P16/делянку); кукурузы – N60 (N18/делянку). Остальные этапы технологии выращивания каждой из культур выполнялись одинаково.

Таблица 1 – Схема размещения культур и система применения NP (контроль) минеральные удобрения в соответствии с контролем; органоминеральные – сложный органоминеNP + сложный компост NP (контроль) NP + полуперепревший пшеница весеннюю подкормку (230 кг/га аммиачная селитра) + доза N6 при опрыскивании в фазу выхода в NP + сложный компост NP (контроль) минеральные удобрения в дозе N12P52 под основNP + полуперепревший Подсолную обработку (100 кг/га аммофоса) – N4 P NP + сложный компост NP (контроль) NP + полуперепревший пшеница весеннюю подкормку (230 кг/га аммиачная селитра) + доза N6 при опрыскивании в фазу выхода в NP + сложный компост NP + полуперепревший цию перед посевом (150 кг/га аммиачная селитра) NP + сложный компост Отбор проб и методы анализа. Отбор почвенных образцов в вегетационном опыте проводили в середине лета (июль) после сбора урожая озимой пшеницы в верхнем слое почвы (0-15 см) в 10-ти кратной повторности из каждого сосуда варианта. В полевом опыте – из всех делянок ежегодно в летний период (июль-август) по диагональной трансекте с шагом 3,5 м методом «конверта» в слое 0-20 см. Количество проб на каждой учетной делянке варианта полевого опыта составляло 30 шт.

Выполняли следующие виды агрохимических анализов почвы: содержание органического вещества методом Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); общего азота по методу Кьельдаля (ГОСТ 26107-84); нитратного азота ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86); аммонийного азота методом ЦИНАО (ГОСТ 26489-85); подвижного фосфора методом Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91); кальция трилонометрическим методом в водной вытяжке (ОСТ 46-52-76); сульфатов турбидиметрическим методом в водной вытяжке (ГОСТ 26426-85); рН водной суспензии электрометрическим методом (ГОСТ 26213-84). Из агрофизических показателей определяли: полевую влагу термостатно-весовым методом (ГОСТ 28268-89); максимальную гигроскопическую влажность методом А.В. Николаева (ГОСТ 28268-89); плотность почвы буром с объемом рабочей части см3 (ГОСТ 5180-84); плотность твердой фазы пикнометрическим методом (ГОСТ 5180-84); агрегатный состав («сухое» и «мокрое» просеивание) по методу Н.И. Саввинова. Расчетным методом определяли влажность завядания почвы (ВЗ), водовместимость (ПВ), запасы влаги в слое 0-20 см, общую и воздухоносную пористость по Н.А. Качинскому, коэффициент структурности по результатам агрегатного состава (Практикум по почвоведению…, 2003;

Теории и методы физики почв…, 2007; Терпелец, Слюсарев, 2010).

Численность микроорганизмов определяли методом посева разведения почвы на питательные среды: мясо-пептонный агар (МПА) – для микроорганизмов, использующих органические формы азота; крахмало-аммиачный агар (КАА) – для амилолитических микроорганизмов и олиготрофных актиномицетов; голодный агар – для олиготрофных бактерий; среда Виноградского – для нитрифицирующих микроорганизмов; среда Чапека – для микроскопических грибов и актиномицетов. Посевы микроорганизмов инкубировали при +24оС и +30оС в течение 2-3 недель. Идентификацию бактериальных культур проводили на основании изучения их культуральных, морфологических и физиолого-биохимических признаков с помощью определителей (Определитель бактерий Берджи, 1997). Предварительная родовая идентификация актиномицетов осуществлялась по определителю Гаузе (1983). Идентификацию микромицетов проводили с помощью атласа почвенных грибов Т.С. Кириленко (1977). Почвенная мезофауна определялась с помощью прямого метода ее учета: из каждого варианта полевого опыта (по 8 с учетной делянки одного варианта) производилась выкопка 32 почвенных образцов на глубину 20 см и площадью 2020 см2 (Гиляров, 1975), а затем их ручная разборка. Выявленных беспозвоночных помещали в 70% раствор спирта и фиксированный материал рассматривали в поле зрения микроскопа БИОМЕД–3.

При определении различных групп животных использовали руководства (Перель, 1979; Гиляров, 1964).

В вегетационном опыте ежегодно для определения структуры урожая озимой пшеницы для каждого варианта формировали снопы путем сбора растений из 10-ти сосудов. В полевом опыте – за несколько дней до уборки урожая озимой пшеницы (2008, 2009 и 2011 гг.) с четырех повторений каждого варианта по диагонали делянки в пяти местах на площадках площадью м2 отбирали пробные снопы. Определение урожайности проводили прямым комбайнированием в фазу полной спелости зерна со всей учетной делянки, отбирая при этом образцы массой 3-4 кг для определения его качества. Качество зерна озимой пшеницы проводили методом спектроскопии с использованием анализатора «Инфралюм ФТ-10» (Методика М 04-37-2004).

Статистическая обработка результатов исследований проводилось при помощи компьютерной обработки данных в программе Microsoft Office Excel и STATISTICA 6.0. Достоверность различий в средних значениях показателей в сопоставляемых вариантах оценивалась по t-критерию Стьюдента на 5% уровне значимости.

3 УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в степной зоне Краснодарского края в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района. Хозяйство расположено в южной части Ленинградского района.

Климат. По схеме агроклиматического районирования Краснодарского края Ленинградский район входит во второй агроклиматический район.

Климат зоны – умеренно-континентальный, характеризуется относительно теплой зимой и жарким летом, недостаточным увлажнением. По степени увлажнения территория относится к неустойчиво влажному району, коэффициент увлажнения – 0,25-0,30, по теплообеспеченности – к умеренно-жаркому (сумма температур за период активной вегетации составляет 3389) (Агроклиматические ресурсы Краснодарского края, 1975).

Среднегодовая температура воздуха + 9,1С, при этом абсолютный максимум достигает + 40 оС, абсолютный минимум - 32 оС. Даты перехода средней суточной температуры воздуха через +5 оС: весной и осенью первые декады апреля и октября соответственно. Суммы средних суточных температур воздуха выше 0 находятся в пределах – 200-300 дней.

Среднегодовая сумма осадков составляет 590 мм. Весной запасы доступной для растений влаги в метровом почвы под озимой пшеницей составляют 130-150 мм, а осенью – 30-60 мм. Средняя наибольшая высота снежного покрова составляет 17,5 см. Осенью (середина октября) и весной (середина апреля) наступают первый и последний заморозки, продолжительность безморозного периода в воздухе в среднем составляет 188 дней.

Преобладающее направление ветров северо-восточное (СВ) и восточное (В) (рисунок 1). Общее число дней с сильным ветром (более 15 м/с) – 24.

Весной и летом эти ветры носят характер суховеев, среднее число которых за период с суммой температур более 10 °С - 33 дня. Высокая повторяемость сильных ветров наблюдается в первых месяцах весны. Большую опасность представляют сильные и даже умеренные ветры, вызывающие эрозию почвы и пыльные бури. Максимальное количество дней с пыльными бурями достигает 20-30 шт., а среднее – 5-6 шт. (Агроклиматические ресурсы Краснодарского края, 1975).

Рисунок 1 – Многолетняя роза ветров Ленинградского района К положительным условиям климата территории исследования относится длительная продолжительность вегетационного периода, позволяющая выращивать разнообразные сельскохозяйственные культуры. К отрицательным климатическим условиям следует отнести неустойчивость увлажнения с возможными длительными периодами засухи. Отмеченные отрицательные условия указывают на необходимость применения мероприятий по защите почв от ветровой эрозии, а также почвозащитных и влагосберегающих мероприятий при возделывании сельскохозяйственных культур (Кубаньгипрозем, 1983; Белюченко и др., 2002).

Зима (декабрь-февраль) обычно прохладная и характеризуется частыми и резкими колебаниями температур. Преобладает пасмурная погода, часты туманы и гололед. Морозы чередуются с оттепелями, а в отдельные дни температура понижается до –30оС. Осадки выпадают в виде снега и дождя.

Весна короткая, малооблачная. Снежный покров, как правило, тает во второй декаде марта. Днем тепло и температура в середине апреля варьирует в пределах 8-11оС, ночью бывают заморозки с температурой до -2° С (иногда заморозки бывают даже в мае). Незначительные осадки выпадают в виде дождя, и их сумма за весенний период составляет 80-140 мм. Ветры весной восточные и северо-восточные со средней скоростью ветра 5-7 м/с, максимальной – 15 м/с. Юго-западные ветры весной приносят осадки.

Лето продолжительное, теплое, середина лета жаркая. Дневные температуры составляют 21-27°С. В наиболее жаркие дни температура достигает до 41оС. Осадки обычно выпадают в июне-июле в виде кратковременных ливней с грозами. Во второй половине лета преобладает ясная и сухая погода. В первые 1,5 месяца лета преобладают юго-западные ветры со скоростью 3- м/с, которые затем сменяются северо-восточными, приносящими засуху.

Осень теплая, сухая и ясная, в октябре прохладная, пасмурная, с моросящими дождями в ноябре. Днем в ноябре погода бывает еще теплой, но ночью (даже в последние декады октября) бывают заморозки до -1оC, -3°С.

Осенью преобладают северо-восточные ветры (скорость 5-6 м/с) (Атлас Краснодарского края и Республики Адыгея, 1996; Белюченко и др., 2002).

Агроклиматические условия в годы проведения исследований. Метеорологические условия в годы проведения опыта (2007-2012 гг.) имели свои особенности. Количество осадков в 2007 и 2011 гг. было ниже среднемноголетних показателей и составило 423 и 420 мм соответственно, 2008, 2010 и 2012 гг. – на уровне нормы, а в 2009 превысило норму на 8 %. Среднесуточная температура во все годы исследования (2007-2012 гг.) превышала среднемноголетнюю и колебалась от 12,5 (2009 г.) до 13,1 (2007 г.) (таблица 2).

2007–2008 сельскохозяйственный год характеризовался преобладанием положительных отклонений температуры осенью, весной и летом (наиболее значительных в первую половину весны и вторую половину лета) и отрицательных отклонений зимой. Обильные дожди выпадали весной и вначале лета, значительный недобор осадков отмечался зимой и во второй половине лета. Агрометеорологические условия для формирования урожая большинства сельскохозяйственных культур были благоприятными, урожай получен высокий.

Таблица 2 – Метеорологические условия в годы проведения 2008–2009 сельскохозяйственный год характеризовался преобладанием положительных отклонений температуры воздуха осенью, весной и летом в отдельные периоды. Зима необычно короткая, умеренно-холодная с неустойчивым залеганием снежного покрова. Весна была ранней, но затяжной с двумя периодами необычно интенсивных заморозков в апреле. Лето умеренно жаркое, в середине периода жаркое, с продолжительными периодами без дождей, что обусловило формирование почвенной засухи.

2009 – 2010 сельскохозяйственный год характеризовался преобладанием положительных аномалий температуры воздуха во все сезоны года.

Обильные дожди выпадали осенью, весной и в начале лета. Значительный недобор осадков отмечался во второй половине лета. Атмосферная засуха наблюдалась в сочетании с почвенной, которая в северных районах соответствовала категории опасного явления.

2010-2011 сельскохозяйственный год имел неустойчивую погоду с чередованием коротких морозных и более длительных оттепельных периодов при отсутствии устойчивого снежного покрова и промерзания почвы. Весна 2011 года имела неустойчивый характер погоды, сильное колебание температур, заморозки, неравномерные осадки. В марте сохранялся зимний характер погоды, отмечалось частое выпадение снега при неустойчивом и кратковременном промерзании почвы. Лето было умеренно-жаркое с частыми дождями в первой половине периода. Более 30 дней характеризовались температурой свыше 30 оС. При средней нормальной влажности воздуха отмечались суховейные явления в течение 30 дней. Осень характеризовалась преимущественно неустойчивым температурным режимом, осадки выпадали неравномерно.

В 2011-2012 сельскохозяйственный год сильные морозы отмечались во второй и третьей декаде января и первой половине февраля. Осадки различного характера неравномерно распределялись во времени. Лето было умеренно-жаркое, более 20 дней характеризовались температурой свыше 30 оС.

Количество выпавших осадков находилось на уровне нормы. При средней нормальной влажности воздуха отмечались суховейные явления в течение дней. Летние осадки носили ливневый характер и значительно разнились по территории края (Агрометеорологический обзор по Краснодарскому краю, 2007-2012).

Рельеф. По геоморфологическому районированию территория расположена в провинции Предкавказье на Азово-Кубанской равнине в пределах Прикубанской степной равнины на пологих левом и правом берегах реки Средний Челбас. Основной тип рельефа – аллювиально-аккумулятивные плиоценово-четвертичные с покровом лссов слабо расчлененные равнины (Чупахин, 1974). Территория характеризуется пологово-волнистым рельефом и имеет слабый уклон на запад и юго-запад. Реки и балки придают равнине слаборасчлененный, волнистый характер. Из-за многочисленных систем балок здесь хорошо выражены выпуклые формы рельефа – межбалочные водоразделы. Обычно эти водораздельные повышения характеризуются плоскими сглаженными и выпуклыми вершинами (Кубаньгипрозем, 1983).

В структурно-тектоническом плане местность расположена в пределах Скифской платформы, на северном платформенном крыле Азово-Кубанской впадины, через которую проходит Березанский разлом. Территория исследования относится к зоне средней ветровой и слабой водной эрозии. Район – тектонически-активный. Местность может подвергаться землетрясению силой до 7 баллов (Белюченко и др., 2002).

Рельеф при одинаковых климатических условиях и одних и тех же почвообразующих породах определяет характер почвенного покрова. Территория исследований характеризуются равнинным рельефом и покрыта черноземами обыкновенными (Кубаньгипрозем, 1983).

Гидрография и гидрология. Изучаемая территория в гидрологическом отношении находится на северном крыле Азово-Кубанского артезианского бассейна. Гидрографическая сеть Ленинградского района представлена реками Сосыка, Челбас, Албаши, Бичевая, Средняя Челбаска, временными водотоками днищ глубоких балок и несколькими водоемами – прудами. По территории х.Коржи протекает река Средняя Челбаска, относящиеся к категории степных рек с питанием в виде атмосферных осадков (дождь, снег) и грунтовых вод. Характеризуется медленностью течения воды и извилистостью русел. Водный режим непостоянен, половодье наблюдается весной (Кубаньгипрозем, 1983).

Воды рек имеют высокую степень минерализации, по физическим свойствам вода солоноватая, иногда со слабым горьковатым привкусом, прозрачная, по химическому составу сульфатно-натриевая. Использование их для орошения сельскохозяйственных культур не целесообразно (Кубаньгипрозем, 1983). Уровни залегания грунтовых вод зависят от рельефа местности. На равнинах они обнаруживаются не ближе 10 м от поверхности почвы и на процесс почвообразования влияние не оказывают. В 75-150 м от берега реки Средний Челбас уровень залегания грунтовых вод составляет 1,5-2,0 м;

в 250- 300 м от берега реки - 4,0 м (Кубаньгипрозем, 1983; Белюченко и др., 2002).

Растительность. По геоботаническому районированию район исследования относится к Евразиатской области степей, Восточно-Европейской провинции, Азово-Кубанскому округу и Центральному степному району.

Растительный покров района представлен распаханными пространствами разнотравно-дерновинно-злаковой растительности, в прошлом характеризующейся наличием большого количества лугово-степного разнотравья (Косенко, 1947). В настоящее время с связи с почти полной распаханностью земель естественная растительность мало сохранилась. Степной покров главным образом можно встретить по западинкам или на склонах, вблизи хозяйственных построек (Белюченко и др., 2002).

Основу растительных сообществ первичных степей составляли виды ковыль перистый, ковыль Лессинга, ковыль волосатик, овсяница овечья, тонконог тонкий. Разнотравье было представлено видами, свойственными луговым степям: таволга обыкновенная, земляника зеленая, незабудка лесная; солонечник мохнатый и др. (Шифферс, 1953). В долинах рек в качестве доминирующих видов выступают костер береговой, мятлик узколистный, в поймах и плакорных западинах – кострец безостый, вейник наземный, пырей ползучий (Тильба, 1981). Степные группировки встречаются лишь небольшими клочками, мелкими участками среди полей. В большинстве случаев встречаются не целинные степи, а разновозрастные залежи, в составе которых основным эдификатором является пырей ползучий. Чрезвычайно разнообразные залежи с преобладанием или значительным участием пырея широко распространены и составляют здесь основной сенокосный фонд, тогда как ковыльно-типчаковые и другие целинные участки, являются обычно пастбищными (Белюченко и др., 2002).

На сегодняшний день все степи распаханы и активно используются в сельском хозяйстве, что привело к исчезновению первичной степной растительности, которая была заменена либо пырейными залежами, либо сельскохозяйственными культурами; иногда встречаются незначительные площади залежных сенокосов и бурьянных общих пастбищ-выгонов. На распаханных пространствах из-под злаковых степей встречаются залежные пырейные и пырейно-разнотравные сенокосы, бурьянные и полынные пастбища. Древесная растительность представлена густой сетью насаждений специального назначения – полезащитными лесными полосами, видовой состав которых представлен разнообразными породами деревьев и кустарников (ясень, клен, осина, тополь, дикорастущие груши, яблоня, алыча, кизил, акация, слива и т.д.). В посевах сельскохозяйственных культур повсеместно встречается сорная растительность. Наиболее распространены однолетние поздние (просо куриное, щирица обыкновенная, марь белая и др.), озимые зимующие (ярутка полевая, пастушья сумка), многолетние корнеотпрысковые (пырей ползучий, свинорой, тростник). Из карантинных сорняков распространена амброзия полыннолистная. Растительный покров района является одним из факторов образования здесь сверхмощных и мощных черноземов с большими запасами гумуса (Кубаньгипрозем, 1983).

Почвообразующие породы. В геологическом отношении территория проведения исследований представлена четвертичными отложениями. Почвообразующие породы на территории района представлены лессовидными отложениями. Ими представлена вся равнина. Лессовидные породы характеризуются палево-бурой окраской, рыхлым и слабоуплотненным сложением, тонкой пористостью, большой изрытостью землероями, наличием карбонатов кальция в виде плесени, прожилок и «белоглазки» (Кубаньгипрозем, 1983).

Повсеместное распространение на территории района получили лессовидные глины, содержание физической глины в которых составляет 63,8глинистые отложения) и 45,6% (тяжелосуглинистые отложения). По соотношению сумм фракций породы относятся к иловато-пылеватым глинам и тяжелым суглинкам. Количество пыли преобладает над илом, а наличие высокого содержания крупнопылеватых частиц придает породам благоприятные водно-физические свойства, хорошую водо- и воздухопроницаемость.

Лессовидные породы района исследований высококарбонатные, реакция почвенной среды варьирует от слабо- до сильнощелочной рН 8,2-8,8. химические и водно-физические свойства пород отрицательных показателей не имеют. На них сформировались черноземы обыкновенные и луговочерноземные почвы (Кубаньгипрозем, 1983).

4 ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО, ВЛИЯНИЕ

СЛОЖНОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО КОМПОСТА НА ЕГО

СВОЙСТВА И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

(результаты исследований) 4.1 Характеристика чернозема обыкновенного Общие черты морфологического строения профиля чернозема обыкновенного слабогумусного сверхмощного легкоглинистого на лессовидных глинах следующие: темно-серая с буроватым оттенком оккраска горизонта А и постепенное ее осветление к почвообразующей породе до бурой с палевым оттенком; слабоуплотненное сложение; вскипание от 10 % соляной кислоты с поверхности по всему профилю; наличие карбонатных новообразований в горизонте АВ в виде плесени, прожилок и «белоглазки» в почвообразующей породе; хорошая оструктуренность почвенного профиля.

По гранулометрическому составу исследуемая почва хозяйства ОАО «Заветы Ильича» легкоглинистая, содержание физической глины в пахотном слое составляет 72,6% (таблица 3) (Кубаньгипрозем, 1983).

Таблица 3 – Гранулометрический состав чернозема обыкновенного, В составе фракций преобладает пыль, на долю ила приходится 33,6%.

Колебания в содержании физической глины с глубиной незначительны и остаются в пределах одной градации – от 69,2 до 73,2% (таблица 3). Недостатком данных почв является низкая водопрочность структуры в верхнем слое вследствие чего верхний горизонт легко поддается выдуванию сильными ветрами и смыву (Кубаньгипрозем, 1983).

По степени гумусированности исследуемые черноземы обыкновенные слабогумусные с содержанием гумуса в горизонте А п до 4,0 (3,7)%. Количество гумуса с глубиной постепенно уменьшается, так в горизонте А и АВ1 его содержится 3,4 и 2,7% соответственно. Запасы гумуса в слое А+АВ составляют 484,9 т/га, в двухметровом слое – 549,7 т/га. Профиль почвы слабоуплотнен, что обеспечивает благоприятные условия для водопроницаемости и общей скважности. Плотность в пахотном горизонте (Ап) составляет 1, г/см3 и с глубиной постепенно увеличивается до 1,39 г/см 3 в горизонте С (таблица 4) (Кубаньгипрозем, 1983).

Таблица 4 – Физические, физико-химические и химические свойства Горизонт Содержание подвижного фосфора в пахотном слое в доступной для растений форме низкое (1,4 мг/100 г почвы), с глубиной отмечается снижение до 0,3-0,4 мг/100 г почвы. Концентрация обменного калия высокая – в пахотном горизонте достигает 31,7 мг/100 г почвы и убывает с глубиной до 18,8 мг/100 г почвы. Реакция почвенного раствора по профилю колеблется от 8,0 до 8,4. Черноземы обыкновенные обладают высокой поглотительной способностью. Сумма поглощенных оснований в горизонте Ап очень высокая и составляет 41,3 мг-экв./100 г почвы с постепенным убыванием к нижним горизонтам. На долю поглощенного кальция приходиться около 89-95%. С глубиной соотношение кальция и магния не изменяется (таблица 4).

По результатам агрохимического обследования ФГУ станции агрохимической службы «Северо-Кубанская» в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича»

средневзвешенное содержание гумуса в пахотном слое (0-30 см) составило 3,8 %. В хозяйстве 98,4% площади сельскохозяйственных угодий имеет низкое, и лишь 1,6% (124 га) – среднее содержание гумуса. Среднее содержание подвижного фосфора составило 24 мг/кг почвы, низкую обеспеченность фосфатами имели 14,8 % угодий хозяйства, при этом 33,3 % площадей по содержанию подвижного фосфора находятся на границе с низким содержанием. Обменным калием почвы хозяйства обеспечены лучше, чем фосфором и среднее его содержание в пахотном слое почвы составило 483 мг/кг. Также было определено низкое содержание подвижной серы (3,5 мг/кг) и подвижных форм микроэлементов (медь, цинк, кобальт). Анализ почвенной среды показал, слабощелочную реакцию, содержание катионов и анионов находится в пределах допустимого, засоления почв не наблюдается (Материалы комплексного мониторинга…, 2010).

Таким образом, черноземы обыкновенные достаточно богаты элементами питания для растений, но легкодоступных соединений (особенно подвижного фосфора) недостаточно, что объясняется щелочной реакцией среды почвенного раствора. Поэтому сельскохозяйственные культуры агроландшафтов хозяйства нуждаются в поступлении дополнительного количества фосфорсодержащих веществ и хорошо реагируют на применение минеральных удобрений (Белюченко, 2005).

Результаты агрономической оценки состояния верхнего слоя чернозема обыкновенного на участке, выбранном для проведения полевого опыта в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича» показали, что содержание органического вещества составило 3,3%. Запасы гумуса в верхнем слое чернозема обыкновенного (0-20 см) составили 84,5 т/га. Концентрация подвижного фосфора находилась на среднем уровне и составила около 2,2 мг/100 г почвы. Содержание общего азота по результатам анализа варьировала от 0,21 до 0,27 %, что в среднем составило 0,24 %. Содержание аммонийного азота было низким – 5,5 мг/кг почвы. Реакция почвенной среды слабощелочная – 8,2. Содержание агрономически ценных агрегатов составило 62,5 %, что по оценке, принятой в Росгипроземе, свидетельствует о хорошем агрегатном составе, однако содержание водопрочных агрегатов удовлетворительное (47,3%). Плотность сложения верхнего слоя выше оптимальной и составила 1,28 г/см3, пористость – 51,0 %, водовместимость – 39,8 % (таблица 5) (классификация содержания элементов по В.Ф. Вальков, 2008).

Таблица 5 – Агрономические свойства верхнего слоя (0-20 см) чернозема обыкновенного, участок проведения Содержание органического вещества (по Тюрину), % 3, Агрономические ценные агрегаты («сухое просеивание» по Саввинову), % Водопрочные агрегаты > 0,25 мм («мокрое просеивание» по Саввинову), % Таким образом, в исследуемом хозяйстве мелиорация чернозема обыкновенного должна включать мероприятия, направленные на повышение содержания органического вещества, подвижных форм фосфора, нейтрализацию почвенной среды, активизацию процессов структурообразования и создания водопрочной структуры почвы, разуплотнение и улучшение водновоздушных режимов верхнего слоя, что позволит повысить биологическую продуктивность агроценозов и качество получаемой растениеводческой продукции.

Повышение содержания органического вещества возможно при внесении в почву органических удобрений (отходов животноводства), что также положительно сказывается на структурно-агрегатном состоянии верхнего слоя, его плотности и пористости. Для увеличения содержания доступных форм фосфора и ряда других элементов питания возможно применение минеральных отходов, одним из которых может являться фосфогипс. Кроме того, в его состав входит значительное количество кальция, необходимого для формирования водопрочной структуры почвы. Для поддержания водного режима компостируемого субстрата, снижения инфильтрации жидких стоков компоста в процессе компостирования в качестве подстилки (нижний слой компоста) можно использовать солому (пшеничная и ячменная). Применение в компосте растительных остатков обеспечивает поступление свежих органических веществ, необходимых для жизнедеятельности грибов и бактерий, а также улучшение физических характеристик компостируемого субстрата и повышение его аэрации. Таким образом, одним из вариантов решения проблемы восстановления почвенного плодородия является применение сложного компоста, включающего органические компоненты (полуперепревший навоз КРС, растительные остатки) и минеральную составляющую (фосфогипс).

4.2 Характеристика сложного органоминерального компоста Практически все регионы нашей страны засорены разнообразными отходами. Полигоны складирования отходов переполнены, а их токсичные газообразные выделения и фильтраты отравляют воздух, надземные и подземные воды. Значительную часть органических и минеральных отходов можно использовать для производства компостов, дальнейшее применение которых повышает плодородие почв, имеющих глобальную значимость в составе биосферы. Вторичное использование отходов различных производств в качестве сырья для получения биоудобрений позволяет освобождать земельные площади от складирования отходов, что также снижает экологическую нагрузку на окружающую среду.

В состав компоста могут входить отходы с различными свойствами и характеристиками, правильное сочетание которых позволит получить высокоэффективное органоминеральное удобрение, выступающее в качестве комплексного мелиоранта почвы. Уровень сложности компостов необходимо иметь в виду при учете состава севооборота, проектировании мелиорации почв (рН, валовый состав, обеспеченность питательными веществами), их охране и т.п.

Свойства сложного органоминерального компоста, предлагаемого в качестве основного удобрения в вегетационном и полевом опытах, подвергались сравнительному анализу со свойствами используемого в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича» органического удобрения – полуперепревшего навоза КРС.

При компостировании навоза КРС совместно с фосфогипсом и различными растительными остатками удобрение приобретает ряд положительных качеств.

При хранении навоза КРС отмечены большие потери органического вещества (около 30%) и более интенсивное нарастание долевого содержания общего азота. В результате исследований выявлено, что при компостировании отходов минерализация органического вещества замедляется, и его потери в ходе приготовления органоминерального компоста существенно снижаются. Так, на момент приготовления компоста содержание органического вещества составило около 23%, и в полуперепревшем навозе КРС около 24%.

В получаемом компосте содержание органического вещества в течение всего периода компостирования менялось слабо и в конце компостирования составило 21,8%. Потери органического вещества в полуперепревшем навозе КРС происходили быстрее, и на конечной стадии проведения опыта его концентрация снизилась до 17,5%. Таким образом, в случае компостирования полуперепревшего навоза КРС с различными отходами потери органического вещества составили 9,8%, а без компостирования (полуперепревший навоз КРС) – 25,0% (таблица 6).

Таблица 6 – Химический состав сложного компоста в сравнении с Сложный компост 24,18±1, Сложный компост 22,45±1, Сложный компост 21,80±1, В процессе компостирования происходит заметное повышение концентрации азота в аммонийной форме. Содержание аммонийного азота в процессе приготовления компоста за счет добавления фосфогипса повысилось, и на конечной стадии (5-ый месяц) в среднем составило 0,09%, тогда как в навозе КРС – 0,07%. По истечении пяти месяцев потери азота в аммонийной форме в полуперепревшем навозе КРС составили около 30,0%, тогда как в компосте – 18,2%. Кроме этого, за счет фосфогипса компост обогащается кальцием на 0,10% и серой на 0,09%. Содержание общего фосфора в компосте на последней стадии приготовления составило 0,33, а в полуперепревшем навозе КРС – 0,27%. Использование в компосте фосфогипса с рН 4,5–5,0 способствует нейтрализации щелочной реакции среды органических отходов (рН 8,0–8,2), входящих в состав сложного компоста, и на момент созревания реакция его среды составляет от 6,5 до 7,1 (таблица 6).

Добавление в сложный органоминеральный компост растительных отходов вовлекает в процесс разложения органического вещества микроорганизмы, которые при благоприятных условиях доводят его состояние до равновесного уровня (Белюченко, 2012). Вместе с тем растительные остатки способствовали улучшению физических характеристик сложного компоста:

его плотности, пористости и структуры, что в свою очередь повышало качество компостируемого материала. Первые 3 месяца разложение растительных остатков протекало наиболее интенсивно, и к концу компостирования они минерализовались практически полностью. Также была отмечена хорошо агрегированная структура сформировавшегося компоста, отличающаяся высокой пористостью, мелкозернистостью, сыпучестью и устойчивой влажностью на уровне 15–20 % (рисунок 2).

Рисунок 2 – Этапы формирования сложного органоминерального Таким образом, сочетание фосфогипса, обладающего рядом специфических свойств и определенным химическим составом, с органическими отходами (полуперепревший навоз КРС и растительные остатки) определяет снижение щелочности субстрата, замедление минерализации органического вещества; сдерживает процессы аммонификации; регулирует трансформацию азота и повышает содержание общего фосфора, кальция и серы. Получаемый через 4–5 месяцев компост обладает рядом положительных свойств и может быть использован в качестве мелиоранта сельскохозяйственных земель.

4.3 Влияние сложного органоминерального компоста на агрофизические свойства чернозема обыкновенного Агрегатный состав. Структура является одной из важнейших функций почвенного покрова и основным фактором, определяющим урожайность сельскохозяйственных культур. Она формирует водный, воздушный, пищевой и тепловой режимы, тем самым оказывая комплексное влияние на растения. Хорошо оструктуренная почва благоприятствует развитию полезных микроорганизмов и легкому освобождению нужных для растений питательных веществ, она является залогом получения не только высокого, но главное стабильного урожая сельскохозяйственных культур. В литературе часто встречаются исследования, направленные на определение взаимосвязи между структурным состоянием почвы и урожайностью культур (Соколовский, 1933; Вершинин, 1958; Ревут, 1972; Березин и др.,1985; Бондарев 1987, 1994;

Latey, 1985; Dexter, 2004). Поэтому определение агрегатного состава почвы или ее структуры необходимо для качественной оценки сельскохозяйственных земель.

Полевой опыт. Верхний слой чернозема обыкновенного во все годы исследований (2009-2012) имел хорошее агрегатное состояние. На контроле содержание агрономически ценных агрегатов и коэффициент структурности почвы был ниже по сравнению с вариантом, где вносился сложный компост.

В полевом опыте содержание агрономически ценных агрегатов в первый год исследования в среднем на 3,4 % выше по сравнению с контролем.

Коэффициент структурности так же статистически значимо увеличивается и составляет 2,8, 3,0 и 3,4 на контроле, в варианте с внесением органического удобрения и с внесением компоста соответственно. В последующие годы прослеживается аналогичная тенденция преобладания доли агрегатов, формирующих благоприятную почвенную структуру, в опыте над контролем. На второй год (2009 г.) исследования разница между контролем и опытом в пользу последнего составила 4,4%, третий (2010 г.) – 5,2 %, четвертый ( г.) – 4,5% и пятый год действия (2012 г.) – 6,2%. В 2010-2012 гг. различия в коэффициенте структурности почвы между контролем и опытом наиболее существенные, что связано с увеличением доли глыбистых (> 10 мм) агрегатов в среднем на 4,0 % в варианте с внесением только минеральных удобрений. Отмечено увеличение содержания агрегированных частиц диаметром 2и 1-0,5 мм и уменьшение доли пылеватых частиц диаметром 0,5-0,25 и < 0,25 мм в почве с использованием компоста. Применение органического удобрения также способствовало улучшению структурного состояния верхнего слоя чернозема обыкновенного, но менее выражено в сравнении с почвой, где вносился сложный компост. Отмечена зависимость между оструктуренностью верхнего слоя почвы и выращиваемой культурой: минимальные значения Кст для всех вариантов опыта отмечаются в 2010 и 2012 гг., когда выращивали подсолнечник и кукурузу (таблица 7).

Таблица 7 – Изменение агрегатного состава верхнего слоя (0-20 см) чернозема обыкновенного в зависимости от NP + полуперепревший навоз КРС NP + полуперепревший навоз КРС NP + полуперепревший навоз КРС NP + полуперепревший навоз КРС NP + полуперепревший навоз КРС Урожайность зерна и биомасса растений, по данным украинского агрофизика Медведева В.В. (1988), повышаются при значительном преобладании агрегатов 2-5 мм, то есть размеров агрегатов, близких к размерам семян многих выращиваемых сельскохозяйственных культур (ячмень, пшеница, свекла, подсолнечник, кукуруза). Существует общее правило агротехнической обработки почвы: агрегатный состав посевного слоя должен быть представлен агрегатами с размерами близкими к размерам семян. В этом случае осуществляется наилучший контакт семени с почвенными частицами, наилучшее снабжение семян водой. Поэтому, такой показатель как содержание агрегатов размером 5-2 мм, может служить для оценки степени взаимодействия семян с частицами почвы, следовательно, биологической продуктивности сельскохозяйственных культур.

В проведенных исследованиях содержание агрегатов размером 2-5 мм в опытном варианте хоть и не являлись преобладающими в агрегатном составе почвы, но их содержание было выше по сравнению с контролем. Так данный показатель на контроле в среднем по годам составил 15,3, в почве с внесением органического удобрения – 15,9, а с применением смеси из навоза КРС, растительных остатков и фосфогипса – 17,8 (рисунок 5).

Рисунок 5 – Изменение содержание агрегатов размером 2-5 мм в верхнем слое (0-20 см) чернозема обыкновенного в зависимости от Различия в содержании агрономически ценных агрегатов и коэффициенте структурности почвы между вариантами опыта связаны с увеличением доли глыбистых агрегатов (> 10 мм) в вариантах без компоста (рисунок 3).

Рисунок 3 – Изменение агрегатного состав верхнего слоя чернозема обыкновенного в зависимости от варианта опыта, полевой опыт (2009 г.) Другим показателем структуры является ее устойчивость к внешним воздействиям, среди которых существенным является воздействие воды. Это чрезвычайно важно, так как почва должна сохранять свою уникальную комковатую зернистую структуру после обильных осадков и последующего легкого подсушивания, когда образуется не плотная непроницаемая для газов и воды корка, а вновь хорошо различимые почвенные комочки, агрегаты. Противостоять воздействию воды могут лишь агрегаты, обладающие соответствующими связями между слагающими агрегат частицами, то есть быть водоустойчивыми (Шеин, Милановский, 2003; Шеин, 2005).

Результаты определения водоустойчивости структуры представлены в таблице 13, из которой видно, что в почве с внесением компоста, состоящего из отходов, содержание водопрочных агрегатов и критерий их водопрочности выше, чем на контроле. При воздействии водой контрольная почва распадалась интенсивнее, чем почва с внесением органического отхода или сложного компоста. Содержание фракций менее 0,25 мм в контрольной почве варьирует по годам в пределах от 50,4 до 52,8, тогда как с внесением навоза КРС – от 48,0 до 51,6, а сложного компоста – от 43,1 до 47,1 %. В 2012 году полученные результаты также свидетельствуют об увеличении этого показателя в контрольной почве без применения органических удобрений (таблица 8).

Таблица 8 – Изменение водопрочности структуры верхнего слоя (0-20 см) Оценку структуры почвы в отношении ее водоустойчивости обычно проводят по количеству агрегатов размером > 0,25 мм. Чем больше крупных агрегатов (крупнее 0,25 мм), полученных в результате просеивания почвы в воде, тем лучше водоустойчивость структуры. Данный показатель значительно выше в варианте с внесением компоста. Так на контроле сумма фракций крупнее 0,25 мм за 4 года исследований в среднем составила 48,4 %, что характеризует водоустойчивость структуры как хорошую. При внесении сложного удобрения этот показатель увеличился до 54,9 % и колебался в пределах 53,0-56,9 %, что указывает на более высокую устойчивость почвы против воздействия водой (к водной эрозии) (таблица 8,9).

Таблица 9 – Дисперсионный анализ зависимости агрегатного состава верхнего слоя (0-20 см) чернозема обыкновенного Результаты дисперсионного анализа по годам исследования показывают, что применение полуперепревшего навоза КРС и сложного компоста оказывают влияние на агрегатный состав чернозема обыкновенного через увеличение содержания агрономически ценных агрегатов и количества водопрочных частиц размером > 0,25 мм. Причем различия средних величин коэффициента структурности между контролем и вариантом с полуперепревшим навозом КРС в первый и второй год после внесения статистически не значимы, поскольку НСР 05 > отклонения (таблица 9).

Основной механизм структурообразования при внесении сложного компоста, по нашему мнению, определяется образованием органоминеральных комплексов через связывание органических веществ почвы с микрочастицами фосфогипса, входящего в компост. По мнению Хана (1969), процесс образования водопрочной структуры почвы весьма сложный и зависит, по крайней мере, от трех почвенных характеристик: поступления и содержания органического вещества, вторичных минералов, а именно минералов монтмориллонитовой группы, и состава катионов ППК почвы. Все эти особенности почвы в той или иной мере влияют на образование органоминеральных комплексов, играющих важное значение в формировании водопрочных агрегатов. Процесс включения компоста с участием фосфогипса в структурообразование почвы и образование водопрочных агрегатов нам представляется следующим образом. При совмещении фосфогипса и полуперепревшего навоза КРС, с одной стороны, происходит увеличение содержания обменного кальция в ППК, а с другой, – пополнение содержания органических веществ в почве, что в совокупности создает условия для формирования органоминеральных комплексов из поступившего органического вещества и почвенных минералов монтмориллонитовой группы; кальций в этом случае выступает в качестве катализатора, поддерживающего процесс сцепления органических и минеральных частей. В дальнейшем органоминеральные комплексы, взаимодействуя между собой, образуют микроагрегаты, которые формируют более крупные почвенные частицы – макроагрегаты, а затем и структуру почвы.

По теории устойчивости коллоидных систем Дерягина, Ландау, Фервея, Овербекова (теория ДЛФО) между частичками возникает ионноэлектростатический барьер, предохраняющий от коагуляции, и ширина этого барьера обратно пропорциональна квадратному корню из произведения концентрации почвенного раствора и квадрата заряда доминирующих катионов. Кальций в фосфогипсе как двухзарядный катион оказывает коагулятивное воздействие, снижая ширину ионно-электростатического барьера, и благоприятствует образованию агрегатов.

Таким образом, применение новой технологии, включающей внесение сложного компоста на основе отходов сельского хозяйства и химической промышленности, позволяет улучшить один из главных и обеспечивающих высокий и устойчивый урожай сельскохозяйственных культур показатель почвы – структуру. На всех опытных участках с внесением компоста достаточно отчетливо прослеживается увеличение коэффициента структурности почвы и содержания агрономически ценных агрегатов. Мелкокомковатая макроструктура чернозема обыкновенного создает для растений и микробиологических процессов благоприятный водный и воздушный режим.

Общие физические и водные свойств почвы. Плотность почвы непосредственно влияет на процессы развития растений, потому ее следует рассматривать как первичный элемент не только всей физики, но и жизни растений (Кауричев, 1969; Шеин, 2005). Результаты многочисленных исследований различных авторов позволяют заключить, что плотность почвы является важным фактором урожая.

Можно создать высокий уровень плодородия черноземов с помощью минеральных и других удобрений, можно так же добиться нормальной его водообеспеченности растений, но и в этих случаях чрезмерно высокая плотность не позволит получить высокий урожай (Докучаев, 1949; Роде, 1972; Ковда, 1981).

На сегодняшний день в почвах, находящихся в длительном сельскохозяйственном пользовании, происходят деградационные процессы, одним из которых является переуплотнение и слитизация активного корнеобитаемого (верхнего) слоя (Югов, 2008; Wesseling, 2009). Плотность почвы и ее пористость являются важными факторами оптимизации почвенных водно-воздушных свойств. Эти характеристики определяют урожай растений, прежде всего, тем, что формируют оптимальные водный, воздушный и пищевой режимы растений. Плотность почвы обуславливает формирование объемов порового пространства, в которых развиваются почвенные микроорганизмы и почвенная биота (Шеин, 2005).

В связи с этим поддержание оптимальных диапазонов плотности почвы в пахотном слое и ее пористости является одной из главных задач сельскохозяйственной экологии и залогом получения высокого урожая сельскохозяйственных культур. Для этого необходим переход на альтернативные системы земледелия, в которых должны быть заложены цель и механизмы воспроизводства почвенного ресурса, его гумусного и структурного состояния (Смагин, 2011). Одним из таких альтернативных методов может быть применение качественных органических удобрений, а так же сложных компостов, улучшающих свойства почвы (Белюченко и др., 2010).

Для величины пористости почвы, которая является прямой функцией от плотности почвы, выделяют следующие диапазоны: отличный – 65-55%; удовлетворительный – 55-50%; неудовлетворительный – < 50%; чрезмерно низкий диапазон – 40-25%. Для нормального течения процессов жизнедеятельности микроорганизмов и корневых систем высших растений в почве, в ней должен поддерживаться определенный уровень свободной пористости (поры аэрации). Исследования по влиянию компоста на плотность и пористость почвы велись в вегетационных, полевых и производственных опытах.

Для степной зоны края, в которой проводились полевые исследования, характерен дефицит доступной для растений влаги и небольшое количество осадков в летний период. Суммарное количество осадков на исследуемой территории за летние месяцы в среднем составило 116 мм. Недостаток доступной для растений влаги может отрицательно сказаться на их развитии, привести к обезвоживанию, раннему засыханию вегетативных органов, неполному развитию генеративных структур растения. Поэтому вопрос поддержания благоприятного водного режима чернозема обыкновенного также является одним из основных для получения высокого и стабильного урожая сельскохозяйственных культур.

Вегетационный опыт. Плотность почвы в вегетационном опыте под посевом озимой пшеницы была оптимальной для данной культуры во всех вариантах опыта и колебалась от 1,11 г/см3 в варианте со сложным компостом до 1,26 г/см3 в контрольном варианте. Отмечено снижение этого показателя в почве, где применялись либо органическое удобрение, либо сложный компост, причем в вариантах с компостом эффект более выражен (таблица 10).

Таблица 10 – Изменение общих физических свойств верхнего слоя (0-20 см) чернозема обыкновенного в зависимости от варианта Для контрольной почвы среднее значение плотности составило 1,24 г/см 3, использование органического удобрения способствовало разрыхлению и снижению плотности сложения на 0,05 г/см 3, а сложного компоста – на 0,11 г/см3. Также выявлено увеличение пористости верхнего слоя чернозема обыкновенного на 9,2% по сравнению с контролем, что создавало благоприятные воздушные условия обитания живых организмов и развития корневых структур растений озимой пшеницы. Пористость аэрации чернозема обыкновенного в варианте с применением компоста существенных различий по сравнению с контролем не имела (таблица 10).

Содержание максимально гигроскопической влаги (МГ) и влажность завядания растений (ВЗ) верхнего слоя чернозема обыкновенного с внесением органического удобрения и компоста не изменяется. На контроле МГ в среднем составила 9,9%, с полуперепревшим навозом КРС – 10,1%, со сложным компостом – 10,1%. ВЗ на контроле варьировала по годам исследования от 14,8 до 15,0%, а при использовании компоста – от 15,1 до 15,5% (таблица 11).

Таблица 11 – Изменение водных свойств верхнего слоя (0-20 см) чернозема NP + полуперепревший NP + полуперепревший NP + полуперепревший Влажность контрольной почвы была несколько ниже по сравнению с почвой, в которую вносили органическое и органоминеральное удобрения. Использование компоста на основе полуперепревшего навоза КРС, фосфогипса и растительных остатков увеличивало фактическую влажность почвы до 23,5% на уровне 18,2% контрольных. Также было отмечено, что как в вариантах с органическим удобрением, так и со сложным компостом происходит увеличение водовместимость в среднем на 7,6% (таблица 11).