Автореферат (1151660), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В четвертой главе обоснован компонентный состав удобрительно-мелиорирующей смеси (УМС) на основе энергетического подхода и исследования состава и структуры пресноводных сапропелей. Получен патент на состав УМС (Патент № 2286321. Заявка № 20051007282 от 16.03.05). Основным компонентом всех УМС являются высокозольные карбонатные сапропели, в которых содержится до 30% СаСО3 и не менее 20-30% органического вещества (ОВ). Невысокое содержание и термодинамическая устойчивость органического вещества в сапропелях требует внесения в состав смеси дополнительных органических компонентов с более коротким периодом минерализации в почве: торфа, навоза, осадков сточных вод, бытовых и промышленных отходов и т.д. Для активизации процесса минерализации ОВ в состав смеси вносится биологическая составляющая - композиция почвенных микроорганизмов.
Таблица 7 – Соотношение энергии почвообразования (по В.Р.Волобуеву, 1974, данные Н.П. Карпенко, 2005) и энергии урожая
Энергетические характеристики | Типы почв | ||||
Дерново-подзолистые | Серые лесные | Черноземы выщелоченные | Черноземы обыкновенные | Каштановые | |
Энергия почвообразования по Волобуеву QП, ГДж/га год | 86 | 87 | 89 | 84 | 65 |
Продукционный потенциал с/х культур по Пегову и Хомякову, т.з.ед./га | 6,82 | 6,94 | 7,20 | 9,79 | 9,1 |
БЭП урожая, ГДж/га | 32,88 | 33,31 | 34,56 | 46,99 | 43,68 |
Н0 урожая, ГДж/га * | 0,822 | 0,8328 | 0,864 | 1,1748 | 1,092 |
Соотношение энергии почвообразования и энергии урожая Н0/ QП | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,02 |
Примечание: *) БЭП составляет 40% Н0 органических молекул
Как правило, сапропели содержат недостаточное количество подвижных форм калия и фосфора, поэтому для сбалансированного состава питательных элементов в УМС добавляются минеральные удобрения. Содержание элементов питания в смеси аналогично составу КМН (Н.Г. Ковалев, 2003). В 1 тонне УМС должно содержаться до 50…65 кг (5-6,5%) действующего вещества РК, в том числе: азота – 2,5…3,0%, фосфора – 1,5-2,0%, калия – 1,0-1,5%. В отличие от КМН в составе УМС помимо минеральных удобрений и органических веществ присутствует илистая фракция высокозольных карбонатных сапропелей, обеспечивающая буферные свойства и наличие активных минеральных центров для сорбции органического вещества.
Таким образом, УМС являются источником РК за счет минеральных удобрений, органических веществ и пресноводных сапропелей. Необходимость использования ОВ сапропелей определяется большим запасом в них гуминовых веществ с высокой степенью гумификации (более 50%), прочных органоминеральных комплексов, что обеспечивает формирование в почве «инертного органического вещества», слабо поддающегося изменению под воздействием природных и антропогенных факторов (Г.Е. Мерзлая, 2006). Другие органические компоненты являются источником легко трансформируемого органического вещества, активно участвующего в физических, химических и биологических процессах. УМС улучшают состав ППК за счет минерального состава карбонатного сапропеля, содержащего в среднем 2-7% железа, до 3% магния, до 37% кальция, 2-4% алюминия (валовое содержание) и других, необходимых для почвенной биоты микроэлементов (М.З. Лопотко, 1986, Л.В. Кирейчева, О.Б. Хохлова, 1998 и др.). Внесение смеси повышает ЕКО почвенного поглощающего комплекса за счет увеличения содержания илистой фракции (в сапропелях ее содержание достигает 20%) и коллоидных структур органического вещества сапропеля. Применение УМС увеличивает буферные свойства почвы за счет внесения буферной системы карбонатного сапропеля и взаимодействия ее компонентов с органическим веществом почвы.
Удобрительно-мелиорирующие смеси являются источником энергии для восстановления энергетического запаса почвенного гумуса и активизации почвенных микроорганизмов. Органическое вещество сапропелей обладает большим, но малодоступным запасом энергии вследствие особой прочности органоминеральных комплексов ГВ. Навоз, торф, сидераты и т.п. содержат менее энергоемкое органическое вещество, но из-за большего его содержания (до 95%) и доступности для микроорганизмов являются необходимым энергетическим компонентом УМС (таблица 8).
Таблица 8 – Биоэнергетический потенциал различных органических субстратов
Органические субстраты | Массовые доли элементов, % с.в. | БЭП ОВ субстратов, кДж/г | БЭП на 1т субстрата, ГДж/т, с.в. | ||
С | Н | О | |||
Навоз бесподстилочный, ОВ 70-80% | 42,4 | 6,1 | 39,5 | 7,95 | 5,57 |
Торф (верховой), ОВ - 60% | 58,4 | 5,6 | 33,4 | 9,81 | 5,89 |
Сидераты, беззольная часть сухого вещества 95% | 49,6 | 6,3 | 41,6 | 8,27 | 7,86 |
Древесные опилки, беззольная часть сухого вещества 99% | 50 | 6 | 44 | 7,85 | 7,78 |
Сапропель карбонатный, ОВ -30% | 57,6 | 7,0 | 29,0 | 11,03 | 3,31 |
Сапропель органический, ОВ - 70% | 55,4 | 6,7 | 33,0 | 10,12 | 7,09 |
Сапропель кремнеземистый, ОВ –30% | 54,8 | 6,9 | 32,8 | 10,20 | 3,06 |
Сапропель смешанный ОВ – 40% | 54,7 | 6,5 | 33,6 | 9,91 | 3,96 |
Гетеротрофные микроорганизмы используют энергию органических веществ и сапропеля для активизации жизнедеятельности и тем самым регулируют скорость трансформации энергии в агробиоценозе. Компонентный состав удобрительно-мелиорирующих смесей характеризуется в качестве носителей органических, органоминеральных, минеральных и биологических матриц процесса гумусообразования.
Поливалентные металлы Fe, Al, Mn и т.п., аморфные формы соединений кремния Si формируют электрофильные центры, на которых закрепляются функциональные группы гуминовых кислот. Источниками нуклеофильных структур в почве являются органические вещества, что обеспечивается высоким содержанием в органических молекулах функциональных групп, таких как карбоксильные, фенольные, карбонильные, амидные, алкоксильные, аминные, пиридиновые и пиррольные и т.п.; источники электрофильных структур – минеральные компоненты почвы (А.Ю. Кудеярова, 2006). Свободные функциональные группы в гуминовых веществах карбонатного сапропеля представлены в незначительном количестве, поэтому сапропели являются преимущественно источниками электрофильных структур или минеральных матриц.
В состав УМС предполагается вносить композицию почвенных микроорганизмов, так как для лучшей адаптации микробиоты к изменению внешних условий и сохранению направленности процесса гумификации необходимо расширение генетической информации или генофонда микробного пула (Д.Г. Звягинцев, 1987).
Расчетная доза УМС (ДУМС т/га) может быть определена по следующей формуле:
ДУМС = (ДГ х БЭПГ )/БЭПУМС , (4)
где ДГ – доза органического удобрения, т/га, рассчитанная методом баланса гумуса; БЭПГ, БЭПУМС соответственно биоэнергетический потенциал данного вида гумуса и УМС, рассчитанные по формуле (3).
В пятой главе дана методика приготовления УМС и способ ее внесения в почву.
Методика приготовления удобрительно-мелиорирующей смеси включает следующие операции. Свежедобытый сапропель промораживается, затем высушивается до 10-15% весовой влажности и гранулируется, оптимальный размер гранул 1-2 мм. Предварительно проводится специальная обработка сапропеля для активизации его органического вещества и высвобождения потенциальной энергии. Сапропель и один из источников доступного органического вещества в необходимом соотношении подаются на площадку, помещаются в бурт, где производится механическое перемешивание смеси. Параллельно готовится суспензия культур почвенных микроорганизмов из расчета 1 литр матричной суспензии на 50 л воды, оптимальная температура раствора 24-25С. Смесь сапропеля и органических компонентов обрабатывается микробной суспензией из расчета 1литр рабочего раствора на 1тонну смеси. Влажность смеси после обработки раствором должна быть доведена до 55-60%, температура должна быть не ниже 22-24С. Далее смесь компостируется в бурте в течение одной недели и вновь перемешивается, затем в течение 2-х недель продолжается процесс компостирования. Температура смеси весь период созревания не должна превышать 30С, при сильном разогреве смесь уплотняют. В результате удобрительно-мелиорирующая смесь приобретает новые качества, не характерные для ее отдельных ингредиентов. Качественно новое мелиорирующее воздействие УМС на почву заключается в энергоинформационном обеспечении процесса гумификации. При внесении УМС в почву происходит деструкция органических веществ и органоминеральных комплексов сапропелей, в результате чего формируются почвенные матрицы и активизируются процессы гумусообразования в почве. УМС относится к органоминеральным удобрениям и мелиорантам длительного действия. Для внесения УМС в почву используется технологический модуль производства биомелиоративных работ на окультуренных почвах.
В работе рассчитана доза УМС для различных типов почв с целью повышения содержания гумуса на 1% (таблица 9).
Таблица 9 – Рассчитанная доза УМС для увеличения содержания гумуса в различных типах почв в почвенном слое 0-20см на 1%
Тип почвы | БЭП гумуса, Г Дж/ т | Собщ., % | Запасы Гумуса, т/га | БЭП гумуса, ГДж/га | БЭП гумуса ГДж/га | Доза УМС, т/га | ||
воздушно-сухое вещество | с учетом коэфф. гумификации | 60 % влажности | ||||||
Дерново-подзолистая | 3,77 | 4,6 | 159 | 598 | 75 | 17 | 85 | 213 |
Серая лесная | 5,26 | 4,8 | 166 | 871 | 105 | 23 | 115 | 288 |
Черноземы | 5,56 | 8,2 | 283 | 1572 | 111 | 25 | 125 | 313 |
Каштановые | 4,66 | 2,1 | 72 | 337 | 92 | 20 | 100 | 250 |
Для увеличения содержания гумуса на 1% в черноземах требуются более высокие дозы внесения удобрительно-мелиорирующей смеси, чем в дерново-подзолистой почве (черноземы - 300т/га, дерново-подзолистые - 200т/га).
Шестая глава посвящена экспериментальной проверке теоретических положений, разработанных для решения проблемы восстановления плодородия деградированных почв с использованием сапропелей и смесей на их основе. Под руководством Б.Н. Хохлова был заложен многолетний мелкоделяночный опыт на землях Идрицкого совхоза-техникума Псковской области. Почвы участка дерново-сильноподзолистые, песчано-пылеватые. Пахотный горизонт представлен супесью с содержанием физической глины 19,3%, подпахотный – легкий суглинок. Площадь делянки составляла 100 м2, повторность 4-х кратная. По вариантам опыта дозы внесения сапропеля в пересчете на 60% влажность составляли 100, 200 и 400 т/га. В качестве контроля была использована общепринятая агротехника. Для опыта был добыт кремнеземистый сапропель оз. Островное, добыча которого осуществлялась по технологии, разработанной А.В. Смирновым, А.М. Царевским (ВНИИГиМ). Агрохимические свойства почвы и характеристика сапропеля представлены в таблице 10.
Таблица 10 – Агрохимическая характеристика почвенного слоя и внесенного сапропеля
Агрохимические показатели | Свойства почвенного слоя 0-25 см | Характеристика сапропеля |
Гумус, (по Тюрину), % | 1,6 | |
ОВ,% | 37,4 | |
рНКС1 | 5,8 | 7,1 |
Азот (общ.),% (по Кьельдалю) | 0,09 | 1,37 |
Фосфор (Р2О5) (по Кирсанову), мг/100г | 50,0 | 4,5 |
Калий (К2О) (по Пейве), мг/100г | 25,0 | 6,0 |
Гидролитическая кислотность (по Каппену), мг-экв/100г | 2,40 | 0,25 |
Емкость катионного обмена, мг-экв/100г | 8,0 | 98,2 |
Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100г | 10,3 | 98,0 |
В период наблюдений возделывались следующие культуры: 1 год – картофель, 2 – овес на зерно, 3 – рожь на зерно, 4 – овес на зерно, 5, 6, 7 – ячмень на зерно, 8 – кукуруза на силос. В течение всего периода ротации урожайность на вариантах опыта превышала контрольные значения. Наибольшая урожайность наблюдалась при максимальной дозе внесения сапропеля (таблица 11). Прибавка урожая, полученного за 8 лет по вариантам опыта, составила 2,58, 5,52 и 10,57 т з. ед./га соответственно или в пересчете на 1 тонну внесенного сапропеля 26,7 кг з. ед. Общее увеличение энергии урожая (БЭП) - 128 МДж.