+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураПроблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производстваВлияние сложного компоста на структурно-агрегатный состав чернозема обыкновенного степной зоны краснодарского края

Влияние сложного компоста на структурно-агрегатный состав чернозема обыкновенного степной зоны краснодарского края

В современном мире природные почвы характеризуются протеканием техно-сферных процессов, выполнением в основном функции производства сельскохозяйственной продукции, что приводит к нарушению многих экологических взаимосвязей в биосфере. Факторы деградационного воздействия многообразны, и одним из них является сельское хозяйство. Естественное и активное плодородие почв, которое поддерживается и даже возрастает на основе взаимосвязей и обмена как внутри почвенного комплекса, так и в связи с другими блоками биосферы, к сожалению, во многих регионах планеты уже использовано.

Интенсивный, а в некоторых случаях и хищнический характер хозяйствования привел к обострению многих экологических проблем. Получение сельскохозяйственной продукции идет за счет потенциального плодородия почв или поддержания искусственного плодородия многими традиционными и современными агротехнологиями, направленными в основном на использование мощной техники, высоких доз минеральных удобрений и пестицидов. Это приводит к снижению со-держаниягумуса, расширению площадей эродированной и переувлажненной пашни. Все эти негативные изменения превратили почвы в почвоподобные образования со сниженными экологическими функциями, низким плодородием и неблагоприятными условиями для жизнедеятельности живых организмов (Добровольский, Никитин, 2000; Белюченко и др., 2010).

Массовое накопление отходов также является причиной нарушения функций почвенного покрова, и его широкомасштабная деградация вызывает необходимость перевода сельскохозяйственного производства на почвозащитное земледелие: использование полезных свойств отходов для получения биоудобрений, внедрение малоотходного и безопасного производства продуктов сельского хозяйства, использование экологически безопасныгх приёмов эксплуатации почвы, формирования оптимальной агросферы для сохранения гармоничного равновесия с биосферой. Необходимо охранять почвы, переходить на органическое земледелие возделывания сельскохозяйственных культур, направленное на умеренное использование агрохимикатов.

В настоящее время актуальным является поиск путей и методов восстановления экологических функций почвы, улучшения ее физического состояния и структурно-агрегатного состава, которое приведет к формированию благоприятных свойств почвы как среды обитания. Оптимизация физического состояния почвы, а именно улучшение ее структурно-агрегатного состава, сохранение зернистой структуры черноземов, является первостепенным в плодородии почв. Благоприятное влияние хорошо агрегированной почвы заключается прежде всего в улучшении ее водного и воздушного режимов, создании оптимальной плотности сложения пахотного слоя.

В последние годы широкую популярность приобрело приготовление различных экологически чистых компостов из отходов промышленности, сельского хозяйства и быта и дальнейшее их использование для мелиорации почв, в частности для оптимизации физического состояния почвы и ее структурно-агрегатного состава. Возникло целое направление органического земледелия, приверженцы которого активно используют органоминеральные компосты в хозяйствах, стараясь обходиться без минеральных удобрений и пестицидов. Грамотное сочетание полезных характеристик отходов в зависимости от экологического состояния почвенного покрова позволяет создавать разнообразные компосты, внесение которых в почву существенно улучшает её агрофизические характеристики. Такое земледелие является серьезной альтернативой существующим в настоящее время агротехнологиям возделывания сельскохозяйственных культур.

В данной статье рассмотрено влияние сложного компоста, составленного из отходов сельского хозяйства (навоз крупного рогатого скота и отходы растениеводства) и промышленности (фосфогипс) на структурно-агрегатный состав чернозема обыкновенного степной зоны Краснодарского края.

Методика исследования. Полевой опыт в производственных условиях был заложен весной 2008 года под посев кукурузы. Сложный компост в опытном варианте был разбросан по поверхности почвы с последующей заделкой на глубину 12-15 см, затем были высеяны семена кукурузы гибрида ПР 35Г112. За период с 2008 по 2012 гг. севооборот был представлен следующими сельскохозяйственными культурами: кукуруза - озимая пшеница - сахарная свекла - озимая пшеница - подсолнечник. Основное удобрение (сложный компост), состоящее из навоза КРС, растительных остатков и фосфогипса вносили единожды (только в апреле 2008 года). Технологические требования выращивания конкретных культур выполнялись во все годы одинаково на обоих вариантах опыта. В течение пяти лет проводились исследования влияния сложного компоста на агрофизические свойства почвы, особенности развития растений сельскохозяйственных культур и их продуктивность.

Отбор почвенных образцов проводили в конце вегетации культур перед уборкой урожая; в каждом варианте опыта почвенные образцы отбирали в пахотном слое почвы (0-20 см) в 30- кратной повторности. Наблюдения за ростом и развитием растений сельскохозяйственных культур велось в течение всего периода их вегетации. В лабораторных условиях в исследуемой почве структурно-агрегатный состав («сухое» и «мокрое» просеивание) определяли - методом Н.И. Саввинова, также были изучены плотность сложения почвы - методом режущего кольца объемом 36 см3, плотность твердой фазы - пикнометрическим методом (ГОСТ 12536-79), общая пористость (ГОСТ 2826889), коэффициент структурности - расчетным методом.

Результаты исследований и их обсуждение. Структурно-агрегатный состав почвы является одним из важнейших экологических характеристик почвенного покрова и основным фактором, определяющим урожайность сельскохозяйственных культур. Обогащение структуры почвы через внесение сложного компоста оказывает влияние на растение комплексно, через формирование водного, воздушного, пищевого и теплового режимов. Определение агрегатного состава почвы необходимо для качественной экологической оценки сельскохозяйственных земель. Обычно пользуются следующими качественными оценками структуры: количество агрегатов размером в агрономически ценном диапазоне (0,25-10 мм) и коэффициент структурности (Кст). Оценку структуры почвы в отношении ее водоустойчивости проводят по количеству агрегатов более 0,25 мм, получающихся после «мокрого» просеивания. Чем больше крупных агрегатов, полученных в результате просеивания почвы в воде, тем лучше водоустойчивость структуры. Кроме того, оценка водоустойчивости необходима для прогноза устойчивости почвы к водной эрозии и ее сопротивлению на воздействие тяжелой техники. Водопрочная структура почвы препятствует разрушению почвенных частиц и их массовому сносу поверхностными стоками в водоемы, что вызывает их заиление, изменение органолептических свойств и, как следствие, ухудшение условий обитания гидробио-нтов.

Чернозем обыкновенный во все годы исследований (2007-2012) имел хорошее агрегатное состояние. Тем не менее, по полученным нами данным, на контроле (без внесения сложного компоста) содержание агрономически ценных агрегатов и коэффициент структурности почвы были ниже по сравнению с вариантом, где вносился компост.

Содержание агрономически ценных агрегатов в первый год исследования ьыл в среднем на 5,2% выше по сравнению с контролем. Коэффициент структурности, следовательно, тоже статистически значимо увеличивается и составляет 1,52 на контроле и 1,89 с внесением сложного компоста соответственно. В последующие годы прослеживается аналогичная тенденция преобладания доли агрегатов, формирующих благоприятную почвенную структуру, в опыте над контрольными вариантами без внесения сложного компоста. Так, на второй год исследования разница между контролем и опытом в пользу последнего составила 5,1%, а третий, четвертый и пятый годы действия — 8,1; 6,9 и 7,7% соответственно. 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 без внесения сложного компоста. Также наблюдаются увеличение содержания агрегированных частиц диаметром 2-5 и 1 -0,5 мм и снижение доли пылеватых частиц диаметром 0,5-0,25 и < 0,25 мм в почве при использовании сложного компоста (рис. 1).

Применение компоста способствует усилению агрегирования в ее корнеобитае-мом слое, созданию благоприятной комковато-зернистой структуры, которая в свою очередь оптимизирует условия для роста и развития сельскохозяйственных растений. Усиление агрегации почвы является важным процессом для сокращения потерь её органического вещества, поскольку образующиеся агрегаты выполняют роль основного хранителя органического углерода почвы (Белюченко и др., 2010).

Влияние сложного компоста на структуру чернозема обыкновенного
Рисунок 1 — Влияние сложного компоста на структуру чернозема обыкновенного

Устойчивость почвенных агрегатов к воздействию воды является одним из параметров водопрочности структуры. После осадков почва должна сохранять уникальную комковато-зернистую структуру, почвенные комочки и агрегаты (Шеин, 2005). Применение сложного компоста способствовало сохранению водоустойчивых почвенных агрегатов крупнее 5 мм, и этот показатель составляет около 1% от массы почвенного образца, тогда как почва контрольного варианта распылялась сильнее и для нее содержание агрегатов >5 мм составило 0,50%. Содержание фракций частиц размером менее 0,25 мм, которые придают неблагоприятную структуру почве в контрольном варианте в среднем по годам составляет около 45,08 %, тогда как с внесением сложного компоста — 40,21%.

Количество агрегатов размером > 0,25 мм значительно выше в варианте с внесением сложного компоста. Так, на контроле этот показатель варьировал от 53,03 до 56,33%, а при внесении сложного компоста достигает 61,32%, что указывает на более высокую устойчивость почвы против воздействия водой (к водной эрозии). В целом для контрольного варианта характерна хорошая водопрочность структуры и устойчивое ее сложение, а для опытного (компост) - отличная водопрочность структуры и высокоустойчивое сложение (по Кузнецову) (Вальков и др., 2008). Таким образом, применение сложного компоста с участием отходов сельского хозяйства и промышленности благоприятно влияет на формирование водоустойчивой структуры почвы (табл. 1).

Таблица 1 -Водопрочность агрегатов чернозема обыкновенного

Вариант

Год

Размер агрегатов (мм) и их содержание (%)

> 0,25 мм

 

 

> 5

2-5

1-2

1 - 0,5

0,5 - 0,25

< 0,25

 

Кукуруза

Контроль

2008

0,26±0,01

3,65±0,31

5,34±0,95

20,11±1,94

26,97±2,78

43,67±2,15

56,33±2,15

Компост

 

0,99±0,01

4,90±0,38

10,49±1,04

23,94±2,04

21,00±2,34

38,68±2,08

61,32±2,08

Озимая пше

ница

Контроль

2009

0,43±0,01

3,09±0,61

9,03±1,08

18,33±1,80

24,89±3,01

44,23±2,14

55,77±2,14

Компост

 

1,09±0,01

4,14±0,64

11,83±1,44

23,14±2,16

20,48±2,14

39,32±2,01

60,68±2,01

Сахарная св

іекла

Контроль

2010

-

1,76±0,31

8,78±0,97

19,05±1,73

25,67±2,87

44,74±2,28

55,26±2,28

Компост

 

1,26±0,02

3,29±0,44

12,11±1,52

25,48±2,07

18,31±2,18

39,55±2,05

60,45±2,05

Озимая пше

ница

Контроль

2011

0,34±0,01

2,07±0,35

6,72±0,91

18,77±1,99

25,13±2,65

46,97±1,75

53,03±1,75

Компост

 

1,01±0,01

5,14±0,49

9,11±0,98

22,85±2,18

19,09±2,08

42,80±1,96

57,20±1,96

Подсолнеч

ник

Контроль

2012

0,90±0,01

2,98±0,32

8,91±1,10

17,65±1,78

23,77±2,98

45,79±2,08

54,21±2,08

Компост

 

1,15±0,02

4,32±0,54

11,78±1,32

20,14±2,09

21,91±2,55

40,70±2,03

59,30±2,03

Основной механизм структурообразования при внесении сложного компоста, вероятно, определяется образованием органоминеральных комплексов через связывание органических веществ почвы и органических отходов с микрочастицами фосфо-гипса. При внесении сложного компоста в почву происходит увеличение содержания обменного кальция в ППК, пополнение содержания органических веществ в почве, что в совокупности создает благоприятные условия для формирования прочной почвенной структуры. В этом случае кальций выступает в качестве катализатора, поддерживающего процесс объединения органических и минеральных частей в сложные комплексы, которые образуют микроагрегаты и формируют более крупные почвенные частицы -макроагрегаты, а затем и структуру почвы. Кальций в сложном компосте в качестве двухзарядного катиона оказывает коагулятивное воздействие, снижает ширину ионно-электростатического барьера и благоприятствует образованию агрегатов (Славгород-ская, 2011).

Таким образом, применение новой технологии, включающей внесение сложного компоста на основе отходов сельского хозяйства и промышленности, позволяет улучшить один из главных и обеспечивающих высокий и устойчивый урожай сельскохозяйственных культур показатель почвы - структуру. На опытных участках с внесением сложного компоста отчетливо прослеживается увеличение коэффициента структурности почвы и содержания агрономически ценных агрегатов; повышение степени водо-прочности почвенной структуры и устойчивости ее сложения. Это позволяет создать благоприятные водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы для роста и развития растений. Создание рыхлой и хорошо проветриваемой структуры почвы также способствует поселению и размножению в ней полезных бактерий, которые образуют важную часть почвы - глинисто-гумусовые комплексы. Процесс улучшения структурного состояния пахотного слоя почвы оказывает влияние прежде всего на ее общие физические свойства (плотность и пористость) и биологическую продуктивность пашни.

Плотность почвы является определяющим фактором в жизни растений. На сегодняшний день в почвах, находящихся в длительном сельскохозяйственном пользовании, происходят деградационные процессы, одним из которых является переуплотнение и слитизация активного корнеобитаемого (пахотного) слоя. Поддержание оптимальных диапазонов плотности сложения и ее порозности является одной из главных задач сельскохозяйственной экологии и залогом получения высокого урожая сельскохозяйственных культур.

По полученным нами данным, на контроле плотность пахотного слоя почвы хоть и находилась в пределах нормированного диапазона, но была ниже по сравнению с опытным вариантом. Так, если на контроле данный показатель по годам варьировал в пределах 1,14-1,23, то на участке с внесением сложного компоста он составлял 1,071,15 г/см (табл. 2).

Порозность почвы находится в непосредственной зависимости от плотности ее сложения, поэтому с внесением компоста также выявлено повышение этого показателя. Общая пористость контрольной почвы по годам варьировала от 49,4 до 53,9%, с внесением сложного компоста увеличилась до 57% уже в первый год действия удобрения (табл. 2). Разуплотнение пахотного слоя почвы и увеличение объема пор в нем связано с формированием благоприятной почвенной структуры чернозема, усилением процессов агрегирования и разрыхления при внесении сложного компоста.

Благоприятная почвенная структура, оптимальные значения плотности сложения и пористости корнеобитаемого слоя почвы способствуют формированию мощной корневой системы растений. В рыхлой почве прирост корней интенсивнее, чем в плотной, в связи с этим переуплотнение пахотного слоя почвы является одной из причин снижения продуктивности пашни. В производственных испытаниях на полях с внесением сложного компоста, благодаря формированию хорошо проветриваемой структуры почвы и снижению ее плотности, выявлено образование более мощной корневой системы у растений кукурузы (2008 г.) за счет развития дополнительных придаточных корней. В 2009 и 2011 гг. корневая система озимой пшеницы на участке с компостом также отличалась большим количеством придаточных корней и мощностью в своем развитии, что вызвало увеличение массы и объема корней, то есть активной поверхности корневой системы, выполняющей важную функцию поглощения питательных веществ из почвенного раствора (рис. 2).

Таблица 2 - Плотность сложения и общая пористость чернозема обыкновенного

Вариант

Год

Плотность, г/см3

Общая пористость, %

Кукуруза

Контроль

2008

1,18±0,02

53,36±1,05

Компост

 

1,07±0,01

57,03±1,07

Озимая пшеница

Контроль

2009

1,17±0,01

51,85±1,45

Компост

 

1,10±0,01

55,10±1,33

Сахарная свекла

Контроль

2010

1,15±0,02

53,25±1,12

Компост

 

1,08±0,01

55,19±1,17

Озимая пшеница

Контроль

2011

1,23±0,02

49,38±1,38

Компост

 

1,15±0,01

52,87±1,24

Подсолнечник

Контроль

2012

1,14±0,01

53,85±1,17

Компост

 

1,07±0,01

55,97±1,23

В 2010 г. в посевах сахарной свеклы на участке с внесением сложного компоста отмечено формирование более крупных корнеплодов сахарной свеклы по сравнению с контролем, а также более высокая доля корнеплодов правильной формы. Образующиеся в контрольной почве корнеплоды сахарной свеклы испытывали в своем росте механическое сопротивление почвы и вследствие этого деформировались и прекращали рост, и, следовательно, накопление биомассы. Повышение плотности сложения пахотного слоя почвы на контрольном участке вызвало в развитии подземных органов сахарной свеклы явление пространственной «тесноты», тогда как на участке с внесением компоста формированию товарного вида корнеплодов способствовали благоприятные агрофизические свойства почвы, хорошая структура и ее аэрация.

Структурно-агрегатный состав пахотного слоя почвы, плотность его сложения и обеспеченность воздухом сказывается на развитии подземных структур растений, что соответственно вызывает определенное влияние на формирование урожая выращиваемых культур. Результаты прямого сбора урожая на участках опыта показали, что при внесении сложного компоста биологическая продуктивность изучаемых культур заметно изменяется в сторону увеличения (табл. 3).

Сравнительное развитие корневой системы кукурузы и озимой пшеницы
Рисунок 2 - Сравнительное развитие корневой системы кукурузы и озимой пшеницы, 2009 и 2011 гг.
Таблица 3 - Урожайность сельскохозяйственных культур

Год

Культура

Урожайность, ц/га

 

 

Контроль Компост

2008

Кукуруза

65,9 72,3

2009

Озимая пшеница

49,0 56,0

2010

Сахарная свекла

362,3 433,2

2011

Озимая пшеница

63,1 67,8

2012

Подсолнечник

26,1 28,9

Таким образом, внесение сложного компоста с участием отходов промышленности и сельского хозяйства под посев возделываемых культур способствует образованию благоприятной и хорошо агрегированной структуры почвы, повышению степени ее водопрочности и устойчивости сложения.

Улучшение структурно-агрегатного состава корнеобитаемого слоя почвы положительно сказывается на плотности его сложения и пористости, что создает экологически оптимальные водно-воздушные условия для минерального питания, развития растений и формирования урожая. Разуплотнение почвы под воздействием сложного компоста способствует благоприятному развитию подземных структур (удлинение корней, увеличение числа подземных узлов) у злаков и других растений, что усиливает микробиологическую активность почвы и способствует повышению ее биологической поглотительной способности.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока