Сложные компосты как источник расширения экологических ниш культурных растений в системе почвенного покрова

Современное предприятие должно заботиться не только о качестве получаемой продукции, но и стремиться к системному управлению отходами своей деятельности. Особенно важна переработка промышленных отходов - химической и других отраслей, которые потребляют огромные количества сырья, существенно превышая по массе основной продукт. Например, фосфорперерабатывающая промышленность на одну тонну продукции, и далеко не чистой, производит до 4,5 т отходов. Несколько меньшее соотношение характерно для калийного производства.

Начиная с 90-х годов ХХ века экономика обратила внимание на отходы как на вторичное сырье. Многие промышленные отходы, включая металлургию, химическое производство и т.д., сами по себе и их компоненты могут быть эффективно использованы. Можно обратить внимание на то, что, например, при вторичной эксплуатации различных шлаков и отходов подобные продукты меньше испытывают биологическое разрушение (долго не формируется плесень, не поселяются лишайники и т.д.). Эти и другие свойства позволяют их использовать и для сельскохозяйственного производства: строительство силосных ям, сточных желобов для слива жидких удобрений, кормушек для скота и т.д.

Отходы всех производств, включая бытовые, являются гетерогенными дисперсными образованиями, состоящими из двух и большего числа фаз с развитой поверхностью. Дисперсные системы отходов, включая их истинные растворы (ионные, молеку-лярно-ионные и молекулярные), классифицируются на тонкодисперсные коллоидные (золи, гели) и грубодисперсные системы (частицы больше 100 нм), взвеси (эмульсии, суспензии, аэрозоли).

По равновесности и устойчивости дисперсные системы отходы делятся на лиофильные и лиофобные: первые термодинамически равновесны и высокодисперсны, формируются на основе отходов при производстве продукции из природного сырья, вторые - термодинамически неравновесны и обладают большей свободной поверхностной энергией. В определенных условиях при смешивании отходов лиофильных и лиофобных систем происходит их коагуляция на основе сближения частиц, сохраняющих первоначальные формы и размеры и объединяемых в плотные агрегаты. Нестабилизированные и неустойчивые лиофобные системы отходов непрерывно изменяют свой дисперсный состав в сторону укрепления частиц, вплоть до полного расслоения микрофазы. Стабилизированные лиофильные системы сохраняют дисперсность в течение длительного времени.

Гидрофобные коагуляции различных отходов отличаются расслоением весьма сложной дисперсной системы на жидкую и твердую фазы. Способность коллоидных частиц в растворе к структурообразованию и формированию разнообразных агрегатов (например, фосфогипс слипается с органическими отходами КРС, свиней и другими), заполняющих весь объем раствора и приводящих к образованию агрегатных вариантов компоста. Многие сложные компосты включают органические растворы, а также водные растворы кислотных солей, и потому весьма важно изучение идущих в них химических реакций с нарушением равновесия, указывающих на специфику их систем (гетерогенные или гомогенные).

По мере созревания сложного компоста многие вещества разных отходов вступают в контакт и между ними происходят химические реакции с образованием новых соединений. В случае отсутствия видимого взаимодействия из веществ формируется механическая смесь, которая в дальнейшем при изменении условий (реакции среды и др.) может трансформироваться через усиление взаимосвязей в химическую. Важное значение в этой ситуации имеют водные растворы, где идут сложные химические процессы. В растворе проявляются физические (диффузия, непостоянство состава) и химические свойства (неустойчивость соединений), а гидратационные свойства способствуют появлению различных форм связанной воды.

Коллоидные дисперсные системы отдельных отходов в сложном компосте формируют различные комбинации дисперсионной среды и дисперсной фазы. Особенности состава и свойств им придают мелкие размеры и большая поверхность коллоидных частиц. В сложном компосте при компоновке 6-8 отходов и периодическом его перемешивании чаще образуются гели, представляющие собой рыхлый осадок. В сложных компостах велика роль и золей, основу которых составляют сообщества микроорганизмов, в частности грибов и одноклеточных водорослей.

Удачно скомпонованный сложный компост при внесении в почву насыщает её ионами кальция, недостаток которых, особенно в доступной для растений форме, ощущается практически на всех почвах. Являясь поглощающим катионом, кальций сложного компоста придает почвам структуру, наиболее благоприятную в сельскохозяйственном отношении. Он является важным компонентом почвенно-поглощающего комплекса, и на его долю приходится до 60-70% катионообменной емкости сложного компоста. Благодаря высокому насыщению обменным кальцием сложный компост обладает хорошей агрономической структурой, физическими и биологическими свойствами, что существенно повышает плодородие почвы при его внесении, и, что особенно важно, насыщение сложного компоста катионами кальция в почве поддерживается достаточно долго (по нашим исследованиям до 5-6 лет). При этом формируются устойчивые экологические ниши, существенно расширяющие возможности обитания в почвенном покрове микроорганизмов и усиливающие развитие растительных организмов.

Убедительный пример улучшения развития растительных организмов и расширения экологических ниш почвы является усиление базального кущения пшеницы (на 20-25%), заключающееся в образовании дочерних побегов. По-своему удлиняется период развития кукурузы, что выражается в формировании её базальной зоны, увеличении количества укороченных узлов и развитии в них придаточных и боковых корней.

Повышается продуктивность сахарной свеклы, прежде всего масса её корнеплодов. Внесение сложных компостов способствует более экономному расходованию питательных веществ почвы, включая минеральные и органические составляющие. Иными словами, сложение различных вариантов дисперсно-коллоидных образований отдельных отходов и их благоприятная компоновка в сложном компосте сказываются на улучшении агрономических свойств почвы через существенное увеличение числа экологических ниш и их расширение, что, безусловно, требует серьезного изучения взаимоотношений растений и почвы на начальном этапе их развития.

Разнообразие экологических ниш определяется разным использованием растениями среды обитания, размещением их органов в почве и воздухе, ритмами сезонного развития, длительностью периода вегетации, особенно плодоношения, взаимосвязями с элементами абиотической среды и т.д. Различные культуры в агроландшафте по-разному осваивают и преобразуют энергию, и потому можно сказать, что каждый вид растения имеет свою экологическую нишу; в процессе онтогенеза растения её меняют и активнее преобразуют среду. Стареющие растения снижают напряженность фито-генного поля и свою средообразующую роль, а также продукционные процессы. На обилие экологических ниш серьезное влияние оказывают условия среды, которые мы существенно улучшаем внесением комплекса соединений со сложным компостом, а также сам вид, являющийся ресурсом для других.

В основу взаимоотношения растительного вида в агросистеме ставится вопрос о его требованиях к комплексу абиотических и биотических условий среды. Значение экологической ниши в определении функционального участия вида в составе агроси-стемы с учетом его физического пространства и место в системе связей. Экологическая ниша культуры в севообороте зависит от того, какова её роль в преобразовании энергии и её реакции на физическую, химическую и биологическую среду, насколько сдерживается её развитие другими видами живых организмов и условиями среды.

В наших опытах сложный компост усиливал и расширял экологическую нишу любой культуры, что нашло выражение в их развитии, особенно базальных участков. Анализируя реакцию отдельных культур в агросистеме, можно заключить, что она выразилась интегрально через варианты усиления кущения пшеницы, разрастание базальной зоны у кукурузы, усиление роста ботвы и корнеплодов у свеклы и т.д. Например, при снижении нормы высева пшеницы на 40 кг/га её урожай в варианте со сложным компостом не только не снизился, но и увеличился. Сокращение азотных удобрений под пшеницу на 35 кг/га также не привело к снижению урожая зерна, поскольку сложный компост обеспечил расширение экологической ниши растениям пшеницы, обеспечив их высокую продуктивность.

При внесении под кукурузу сложный компост создал высокую обеспеченность факторами питания (микроэлементы и макроэлементы, влажность и т.д.), что существенно улучшило развитие отдельных особей, повысило эффективность работы листового аппарата и корневых систем через увеличение их функциональной роли в агроси-стеме. Особенности строения сложного компоста в течение 5-6 лет функционально оказывают влияние на экологические ниши, развитие культур и их конкурентоспособность.

Себестоимость сложного компоста с учетом компоновки различных по качеству и количеству веществ из отходов разных производств в принципе будет весьма незначительной, поскольку сырье для его производства является отходом и само по себе объективно ничего не стоит, а расходы на их производство, транспортировку, размещение и хранение входит в себестоимость материала и оплачивается его потребителями.

Примерно так утверждалось на Белореченском Химзаводе. Однако после исследований кафедры общей биологии и экологии КубГАУ, показавших перспективу использования фосфогипса в системе сложного компоста, участились запросы отдельных производств на приобретение фосфогипса для его исследования с различными целями, и завод поднял цену с 10 коп до 50 руб за тонну, не считая того, что завод с потребителя уже получил оплату за основную продукцию. Завод немедленно поднял цену произвольно и решил увеличить этот доход. Кубанским агроуниверситетом предложена технология создания сложных компостов с участием фосфогипса. Но какова роль завода в этом исследовании - трудно определить.

Завод вместо совершенствования использования фосфогипса в системе сложного компоста поднял цену на отход и вместо борьбы с отходами решил нажиться на интересе других хозяйств и на том огромном ущербе, который был нанесен и наносит отвалом своих отходов окружающей среде, по крайней мере, в десятках км в округе. С отходами надо бороться совместными усилиями производства и науки, чтобы сохранить здоровой и окружающую среду, и условия для жизни населения.