Эффект применения органо-минерального субстрата при выращивании сельскохозяйственной продукции

АРХАРОВА АЛИНА АЛЕКСЕЕВНА
КОТЯК ПОЛИНА АЛЕКСЕЕВНА

Ярославская государственная сельскохозяйственная академия

Введение.

Результатом интенсивно развивающихся тепличного хозяйства и#nbsp;птицеводства является не#nbsp;только увеличение объемов основной продукции, но#nbsp;и#nbsp;накопление отходов производства, таких как отработанные маты тепличного хозяйства и#nbsp;птичий помет в#nbsp;птицеводстве. Только в#nbsp;сельском хозяйстве России ежегодно образуется 250 млн т#nbsp;органических отходов, из#nbsp;них 150 млн т#nbsp;приходится на#nbsp;животноводство и#nbsp;птицеводство, 100 млн т#nbsp;— на#nbsp;растениеводство.

Оба вида отходов являются экологически опасными и#nbsp;требуют особой осторожности при их#nbsp;утилизации.

Опасными свойствами отходов являются:

• токсичность#nbsp;— способность вызывать серьезные, затяжные или хронические заболевания людей, включая раковые заболевания, при попадании внутрь организма через органы дыхания, пищеварения;

• пожароопасность#nbsp;— способность отходов самопроизвольно нагреваться при нормальных условиях или нагреваться при соприкосновении с#nbsp;воздухом, а#nbsp;затем самовозгораться при взаимодействии с#nbsp;водой или выделять легковоспламеняющиеся газы в#nbsp;опасных количествах;

• содержание возбудителей инфекционных болезней#nbsp;— наличие живых микроорганизмов или их#nbsp;токсинов, способных вызвать заболевания людей и#nbsp;животных.

Если для#nbsp;птичьего помета существуют технологии его компостирования и#nbsp;других видов переработки, то#nbsp;для вегетационных матов таких способов до#nbsp;сих пор нет. Поэтому разработка способа обеззараживания тепличного субстрата, обогащения его питательными элементами за#nbsp;счет использования птичьего помета и#nbsp;коммерциализация технологии получения органоминерального субстрата, как удобрения для#nbsp;полевых культур достаточно актуально для#nbsp;сельскохозяйственных производителей и#nbsp;экологии.

Учитывая негативные стороны компонентов органо-минерального субстрата, следует особое внимание уделить проблеме токсического состояния почв, которое в#nbsp;последнее время значительно влияет на#nbsp;получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции, которая не#nbsp;будет влиять на#nbsp;здоровье людей [2, с. 5].

Однако следует отметить, что превышение ПДК химических веществ в#nbsp;исследуемых субструктурах служит лишь косвенным показателем их#nbsp;токсичности. Не#nbsp;всегда удается установить прямую зависимость между содержанием загрязнителя в#nbsp;среде и#nbsp;ее#nbsp;пригодностью для#nbsp;обитания живых организмов. Почва может быть сильнозагрязненной, но#nbsp;нетоксичной или слаботоксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но#nbsp;сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не#nbsp;определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в#nbsp;ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса [4].

Принято считать почвы токсичными, если они ингибируют прорастание семян или развитие проростков и#nbsp;корней на#nbsp;20% и#nbsp;более в#nbsp;сравнении с#nbsp;контролем, стимулирующее действие (30%), также часто свидетельствует о#nbsp;наличии высокотоксичных веществ в#nbsp;данной почве [3, с. 49].

Таким образом, целью научной работы являлась агроэкологическая оценка степени воздействия отработанных вегетационных матов и#nbsp;птичьего помета, внесенных в#nbsp;почву в#nbsp;виде органо-минерального субстрата, на#nbsp;изменение показателей почвенной токсичности и#nbsp;продуктивность сельскохозяйственных культур.

Методика исследований.

Работа проводилась в 2018 и 2019 гг. на дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почве в посевах вико-овсяной смеси (овёс яровой сорта Кречет, вика посевная сорта «Ярославская-136») и яровой пшеницы (сорта «Дарья»). Для выполнения поставленной цели воспользовались трехфакторным стационарным полевым опытом, заложенным на опытном поле ФГБОУ ВО Ярославская ГСХA. Опыт заложен методом расщепленных делянок с рендомизированным размещением вариантов в повторениях. Повторность опыта 3-х кратная.

Схема полевого стационарного трехфакторного (2 х 6 х 2) опыта:

Фактор А. Система основной обработки почвы, «О»: 1) Отвальная, «О₁»; 2) Поверхностная, «О₂».

Фактор В. Система удобрений, «У»: 1) Без удобрений, «У₁»; 2) Использованная минеральная вата IZOVOL AGRO UNIVERSAL, «У₂»; 3) Органо-минеральный субстрат, «У₃»; 4) Обеззараженный куриный помет, «У₄»; 5) Органо-минеральный субстрат + NPK, «У₅»; 6) NPK, «У₆».

Фактор С. Система защиты растений, «П»: 1) Без пестицидов, «П₁»; 2) С пестицидами, «П₂».

Из форм минеральных удобрений использовались азофоска и аммиачная селитра. Азофоска вносилась под основную обработку весной, а мочевина перед посевом культур. Норма минеральных удобрений составляла в 2017 году N₈₀ P₈₀ K₈₀ , в 2018 году – N₁₂₀ P₂₀ K₁₀₀ .

Для проведения исследований были использованы вегетационные маты, полученные от ООО «Тепличный комбинат Ярославский». Вегетационные маты производятся IZOVOL AGRO UNIVERSAL из экологически чистой минеральной ваты на основе базальтовых горных пород. Примерный химический состав сырья:
SiO₂ 45-65%; Al₂O₃ 10-20%; CaO 5-15%; MgO 5-10%; Fe₂O₃ + FeO 10-15%; Na₂O + K₂O 1-3%.

Птичий (куриный) помёт был получен с птицефабрики.

Куриный помет, отработанные вегетационные маты и органо-минеральный субстрат были внесены весной 2017 года под основную обработку. Куриный помет заделывался в норме 41 ц/га, что в пересчете на действующее вещество составляет N₈₀ P₆₅ K₄₀. Норма внесения минеральной ваты составила 20,8 ц/га.

Для определения токсического состояния дерново-подзолистой почвы под воздействием разных уровней агрогенной нагрузки использовали метод почвенных пластинок. Степень общей токсичности почвы определяют по количеству проросших семян, длине проростков, а также количеству и длине корней тест-культуры (горчица белая). Контролем служили растения, развивающиеся на смоченной водой фильтровальной бумаге. Урожайность сельскохозяйственных культур определяли сплошным поделяночным методом с пересчетом на абсолютно чистую продукцию. Для статистической обработки экспериментальных данных использовали программы «DISANT», «MicrosoftExcel».

Результаты исследований.

На#nbsp;первом этапе исследований нами были проведены лабораторные анализы как птичьего помета, так и#nbsp;отработанных вегетационных матов с#nbsp;целью убедиться в#nbsp;их#nbsp;биоэкологической безопасности и#nbsp;подобрать способы их#nbsp;обеззараживания.

Анализ существующих источников информации позволил установить наличие не#nbsp;решенной проблемы утилизации вегетационных матов тепличного производства в#nbsp;России. На#nbsp;данный момент отработанный тепличный субстрат просто складируется в#nbsp;местах захоронения отходов или после измельчения вносится в#nbsp;почву, что представляет угрозу для#nbsp;агроландшафта в#nbsp;целом и#nbsp;агроценоза данного угодья в#nbsp;частности.

Как известно, вегетационные маты представляют собой минеральную вату, синтезированную из#nbsp;базальта. После использования минеральная вата не#nbsp;восстанавливается, но#nbsp;в#nbsp;Европе заводы принимают субстрат назад, переплавляют и#nbsp;включают в#nbsp;цикл производства. Утилизированный субстрат также используют при изготовлении кирпича, дорожных покрытий и#nbsp;даже компакт-дисков.

Вопросами переработки птичьего помета ученые агрономы занимаются уже давно и#nbsp;существуют различные варианты его компостирования (с#nbsp;торфом, опилками, соломой, обработка химикатами), термическая сушка. Надо сказать, что патентный поиск показал наличие патентов на#nbsp;способы пере- работки куриного помета, они обладают рядом недостатков. При компостировании птичьего помета срок получения органического удобрения составляет минимум 30 суток. При обработке птичьего помета химикатами в#nbsp;почву могут попасть химические вещества, обладающие токсичными свойствами.

В#nbsp;результате лабораторных анализов нами было определено:

• чистые, не#nbsp;использованные вегетационные маты не#nbsp;содержат в#nbsp;своем составе элементов питания (NPK). В#nbsp;минеральной вате после выращивания растений остается около 0,43−0,58% азота, обменная кислотность составляет 6,8, содержание обменных оснований равно 118,40#nbsp;мг экв/100 г#nbsp;субстрата, тяжелых металлов не#nbsp;обнаружено;

• содержание макроэлементов в#nbsp;высушенном курином помете, составляет: азота#nbsp;— 0,96−1,09%; легкодоступного фосфора#nbsp;— 2,08−2,28%; обменного калия#nbsp;— 1,24−1,39% на#nbsp;воздушно-сухой помет, обменная кислотность высушенного куриного помета составляет 7, тяжелых металлов не#nbsp;было обнаружено;

• в#nbsp;вегетационных матах, использованных в#nbsp;тепличном производстве, не#nbsp;зафиксировано семян сорных растений, возбудителей болезней и#nbsp;яиц вредных насекомых, уровень их#nbsp;фитотоксического воздействия ниже, чем у#nbsp;чистой минеральной ваты;

• вегетационные маты из#nbsp;базальтовой ваты обладают достаточно высокой влагоемкостью, составляющей 900%;

• фитосанитарное состояние подготовленного куриного помета удовлетворительное, в#nbsp;нем не#nbsp;обнаружено патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, личинок насекомых-вредителей, жизнеспособных семян сорных растений.

При разработке состава органо-минерального субстрата были учтены все выше перечисленные свойства компонентов. Для#nbsp;подготовки свежего куриного помета для#nbsp;использования в#nbsp;качестве органического удобрения наиболее эффективно использование микробиологического препарата «Тамир», позволяющего за#nbsp;достаточно небольшой промежуток времени перерабатывать его в#nbsp;однородную рассыпчатую массу с#nbsp;сохранением питательных элементов на#nbsp;уровне: N#nbsp;— 4,0%, Р₂О₅#nbsp;— 2,5%, К₂О#nbsp;— 2,0%. Перед смешиванием с#nbsp;обеззараженным куриным пометом, использованная минеральная вата увлажнялась до#nbsp;состояния наименьшей влагоемкости и#nbsp;измельчалась, до#nbsp;размера отрезков 1#nbsp;см.#nbsp;Было подобрано оптимальное соотношение базальтовой ваты и#nbsp;куриного помета, оно составило 19:1 (19 частей минеральной ваты к#nbsp;1 части куриного помета).

В#nbsp;соответствии с ГОСТ#nbsp;17.4.3.04−85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к#nbsp;контролю и#nbsp;охране от#nbsp;загрязнения, фитотоксичность почвы#nbsp;— это способность почв оказывать угнетающее действие на#nbsp;растения, приводящее к#nbsp;нарушению физиологических процессов, ухудшению качества растительной продукции и#nbsp;снижению ее#nbsp;выхода [1].

Общий уровень токсичности почвы опытного участка оказался достаточно высоким в#nbsp;среднем снижение всхожести тест-культуры горчицы белой составил 46,5%.

Токсичность почвы в#nbsp;наших исследованиях определялась два раза в#nbsp;течение вегетации сельскохозяйственных культур, в#nbsp;начале и#nbsp;конце. Почвенные образцы отбирались из#nbsp;двух слоев пахотного горизонта, в#nbsp;качестве тест-культуры использовалась горчица белая.

Результаты, полученные при анализе общей токсичности дерново-подзолистой почвы, показывают, что условия, складывающиеся к#nbsp;концу вегетации культур, способствовали повышению ингибирующих свойств почвы по#nbsp;сравнению с#nbsp;началом вегетации культуры по#nbsp;всем изучаемым факторам опыта (табл. 1, 2).

В#nbsp;ходе анализа полученных результатов проявились следующие тенденции. В#nbsp;начале вегетации культур (таблица 1) усилению фитотоксического эффекта в#nbsp;большей степени способствовала заделка обеззараженного куриного помета (У₄), на#nbsp;этом варианте наблюдалось снижение всхожести тест- культуры по#nbsp;всем слоям пахотного горизонта при существенных значениях в#nbsp;слое 0−20 см.#nbsp;Использование органо-минерального субстрата не#nbsp;оказывало токсического эффекта на#nbsp;растения горчицы белой, наоборот, на#nbsp;вариантах с#nbsp;его использованием (У₃, У₅) отмечалось стимулирование развития растений по#nbsp;сравнению с#nbsp;контролем, особенно при внесении минеральных удобрений.

Заделка в#nbsp;почву минеральной ваты (У₂) не#nbsp;способствовала усилению фитотоксического эффекта, значения показателей общей токсичности были на#nbsp;уровне контроля. При внесении минеральных удобрений самостоятельно (У₆) фитотоксичность почвы проявилось в#nbsp;некотором стимулировании развития как проростка, так и#nbsp;корневой системы.

В#nbsp;конце вегетации проявление фитотоксического эффекта сохранилось примерно на#nbsp;том#nbsp;же направлении, что и#nbsp;в#nbsp;начале (см.#nbsp;табл. 2).

Усиление токсического воздействия на#nbsp;почву в#nbsp;сравнении с#nbsp;контролем без удобрений (У₁) наблюдалось при внесении одних минеральных удобрений (У₆) по#nbsp;всхожести тест-культуры, причем в#nbsp;слое 0−10 см#nbsp;наблюдались существенные изменения. При внесении обеззараженного куриного помета (У₄) фитотоксичность почвы проявлялась только в#nbsp;снижении всхожести. Заделка в#nbsp;почву отработанных вегетационных матов (У₂) и#nbsp;органо-минерального субстрата (У₃) обеспечивало сдерживанию общей фитотоксичности почвы и#nbsp;увеличивало показатели длины проростка и#nbsp;корней.

Применение полных минеральных удобрений совместно с#nbsp;органо-минеральным субстратом не#nbsp;способствовало проявлению токсического эффекта. При этом следует отметить, что изменение всхожести, длины проростка горчицы белой на#nbsp;данном варианте было достоверным по#nbsp;сравнению с#nbsp;фоном «Без удобрений».

Продуктивность полевых культур является главным показателем эффективности применяемых технологий выращивания в целом или отдельных агроприемов. На величину продуктивности оказывает влияние большое количество факторов, как внутренних (особенности сорта), так и внешних, таких как условия агроландшафта, метеорологические условия в период вегетации и особенно почвенное плодородие.

Повышение фона питания обеспечило прибавку продуктивности культур на 11,14-21,55 ц/га к.ед., кроме варианта с внесением полных минеральных удобрений (табл. 3). Применение NPK способствовало значительному снижению продуктивности сельскохозяйственных культур.

Из изучаемых систем удобрений существенные прибавки обеспечены на фонах с внесением органо-минерального субстрата как отдельно, так и совместно с минеральными удобрениями, а также на варианте обеззараженный куриный помет. Наибольший уровень урожайности был получен по варианту совместного применения органо-минерального субстрата с полными минеральными удобрениями.

Заключение.

Таким образом, разработка органо-минерального субстрата из использованной минеральной ваты и обеззараженного куриного помета имеет ряд достоинств:

• планируемое содержание питательных веществ в субстрате при получении его из куриного помета должно составлять при влажности 17 % азота 4,54 %, 3,65 % фосфора и 1,74 % калия, что в несколько раз превышает их содержание в подстилочном навозе и соломе;

• гранулированная форма предлагаемого удобрения решить серьезную проблему производителей по его внесению на полях;

• наличие в субстрате измельченной базальтовой ваты, практически не разлагающейся в почве позволит изменить ее гранулометрический состав, а вслед за ним и водно-воздушный и тепловой режимы почвы;

• термическая обработка компонентов субстратов позволит получить удобрение чистое от фитопатогенных организмов;

• улучшение экологической ситуации в регионе.

На основании проведенных исследований по установлению влияния различных систем удобрений на токсический статус дерново-подзолистой слабоглееватой среднесуглинистой почвы в условиях Ярославской области наилучшими характеристиками обладает фон питания с внесением органо-минерального субстрата как отдельно, так и совместно с полными минеральными удобрениями. В этих условиях уменьшается токсичность 2019 почвы, что свидетельствует об экологическом благополучии почвы при использовании изучаемых агротехнических приемов.

Заделка такой формы удобрений самостоятельно способствовало росту кормовых единиц на 29,34%, а при внесении с минеральными удобрениями на 34,76%, не вызывая ухудшения качества продукции в связи с отсутствием токсического эффекта почвы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ#nbsp;17.4.3.04−85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к#nbsp;контролю и#nbsp;охране от#nbsp;загрязнения.

2. Антонова#nbsp;О.#nbsp;И., Комякова#nbsp;Е.#nbsp;М., Калпокас#nbsp;В.#nbsp;В. / Действие органо-минеральных удобрений из#nbsp;помета на#nbsp;урожайность и#nbsp;качество зерна озимой и#nbsp;яровой пшеницы, содержание питательных веществ и#nbsp;биогенность почвы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. —#nbsp;2019. —#nbsp;№ 9 (179). —#nbsp;С. 5−11.

3. Котяк#nbsp;П.#nbsp;А. / Оценка токсического состояния дерново-подзолистой почвы при разных уровнях питания // Управление плодородием и#nbsp;улучшение агроэкологического состояния земель: сб. науч. трудов по#nbsp;материалам#nbsp;II Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. —#nbsp;2019. —#nbsp;С. 49−54.

4. Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы [Электронный ресурс]. —#nbsp;http://www.ecololocate.ru/locats-381−2.html (Дата обращения 24.02.2020).

Аrharova Alina Alekseevna Kotyak Polina Alekseevna

Yaroslavl State Agricultural Academy

Keywords: agricultural waste, organic-mineral substrate, soil toxicity, crop productivity.

The development of technology for producing an environmentally friendly organomineral substrate is aimed at using the material of vegetation mats of greenhouse production and poultry (chicken) droppings. This fertilizer can be used for any field crops, providing a reliable increase in productivity, and its use does not cause a phytotoxic effect, which indicates the ecological well-being of the soil.