CC BY
38
Урожайность пшеницы сорта Алтайский янтарь на всех вариантах повышается при обработке семян бактериальными препаратами. В среднем за 2 года на инокулиро-ванных вариантах урожайность пшеницы увеличилась по сравнению с контролем на 40,81-56,13%. Максимальная урожайность была получена на варианте с применением смеси препаратов: мизорин + флавобактерин + ризоагрин — 19,17 ц/га. Минеральные удобрения также повышают урожайность пшеницы этого сорта. На фоне Ы30Р60К60 урожайность составляла
13,61 ц/га, на КоРбоКбо — 14,73 ц/га, что выше контрольного варианта на 10,88 и 20,0%.
Заключение
Таким образом, изучение влияния биопрепаратов несимбиотических диазотрофов и минеральных удобрений на формирование урожайности сортов яровой твёрдой пшеницы Алтайский янтарь и Алейская показало, что биопрепараты и минеральные удобрения оказывают положительное влияние на фотосинтетическую деятельность, элементы структуры и урожайность обоих сортов пшеницы. Однако отзывчивость сортов пшеницы на инокуляцию была различной. Среднеспелый сорт Алтайский янтарь в большей степени увеличивал всхожесть, сохранность, количество колосков в колосе, ЧПФ, ФСП и урожайность, по сравнению со среднепозднеспелым сортом Алейская. Отзывчивость на минеральные удобрения более высокой была у сорта Алейская.
Библиографический список
1. Базилинская Н.В. Биоудобрения. — М.: Агропромиздат, 1989. — 128 с.
2. Сержанов И.М., Шайхутдинов Ф.Ш., Нуриев С.Ш., Майоров И.И. Влияние биологических удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы в условиях северной части лесостепи // Достижение науки и техники АПК. — 2013. — № 9. — С. 29-31.
3. Трепачев Е.П. Роль биологического азота в повышении плодородия почв, урожайности и экономичности сельскохозяйственных культур // Основные условия эффективности применения удобрений. — М., 1986. — С. 225-241.
4. Шотт П.Р. Фиксация атмосферного азота в однолетних агроценозах. — Барнаул: Азбука, 2007. — 170 с.
5. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. — М.: ВНИИА, 2055. — 302 с.
6. Кравченко Л.В. Роль корневых экзометаболитов в интеграции микроорганизмов с растениями: автореферат дис. ... д.б.н. — М.: МГУ, 2000. — 45 с.
7. Синеговская В.Т., Абросимова Т.Е. Активация фотосинтетической деятельности яровой пшеницы при длительном применении удобрений // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. — 2006.
— № 5. — С. 43-45.
8. Растениеводство / под ред. Н.И. Вавилова. — Изд. 4-е, доп. и перераб. — М.: Колос, 1979. — 519 с.
9. Завалин А.А. Эффективность применения препаратов диазотрофов для оптимизации азотного питания растений в различных зонах // Бюллетень ВИУА. — 2001. — № 114. — С. 89-90.
+ + +
УДК 631.6.02 А.В. Тиньгаев,
А.С. Давыдов
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ, МИГРАЦИИ И ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТА В ПОЧВЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТОКОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Ключевые слова: математическая модель, азот, информационная технология, прогноз, свиноводческие стоки.
Введение
При использовании органических отходов в качестве удобрений в почву поступают органическое вещество и элементы питания в доступных для растений видах. Однако
при ненормируемом использовании или некачественной подготовке органических отходов наблюдается развитие негативных процессов, таких как загрязнение, занитра-чивание и других. Для предотвращения или снижения негативных последствий использования органических отходов в сельском хозяйстве необходимо прогнозировать возможные негативные процессы с использо-
ванием математических моделей и информационных технологий.
Цель исследований — экологически безопасное использование органических удобрений в качестве удобрений.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
- рассмотреть математическую модель накопления, миграции и трансформации азота в почве;
- разработать информационную технологию для прогнозирования азота в почве;
- с использованием информационной технологии оценить изменение азотных соединений при орошении стоками свинокомплекса «Антипинский».
Объекты и методы
Исследования по накоплению, миграции и трансформации азота в почве при внесении стоков свинокомплекса проведены для То-гульского района Алтайского края.
В лугово-степной зоне (Тогульский район) количество осадков, выпадающих за год, составляет 490 мм, в том числе 284 мм за вегетационный период. Сумма осадков за период с температурой выше +10°С составляет 225-250 мм. ГТК варьируется в пределах 1,2-1,4, что характерно для зоны обеспеченного увлажнения.
Почвы опытного участка — черноземы выщелоченные маломощные среднегумус-ные средне- и тяжелосуглинистого состава. Содержится валовых: азота — 0,38-0,45%, фосфора — 0,191-0,218, калия —
2,55-2,66%. Сумма поглощенных оснований в пахотном горизонте в среднем составляет
42,4 мг-экв/100 г почвы. Содержание кальция — до 85% от емкости поглощения. Плотность сложения почвы в верхнем слое (0-30 см) — 1,15-1,17 г/см3, пористость — более 50%, наименьшая влагоемкость — более 35%.
Подготовленные стоки свинокомплекса «Антипинский» характеризуются высоким содержанием биогенных элементов: азота общего в среднем за 3 года — 744 мг/л, Р2О5 и К2О — соответственно, 843 и 532 мг/л с благоприятным соотношением ^Р:К = 1,4:1,0:1,6 (табл. 1).
По агромелиоративной оценке стоки характеризуются благоприятным качеством и пригодны для удобрительных поливов:
Химический состав свиностоков комплекса
SAR = 4, SARвывер. = 3,1, ирригационный коэффициент = 6,1, коэффициент ионного обмена = 1,6. Допустимые значения имеют и другие показатели.
Для долгосрочного прогноза накопления, миграции и трансформации азота в почве использовали математическую модель Р. Groenendijk, 1999 [1]:
Перенос азотных соединений в почве описывается следующими зависимостями [1]:
для органического азота
д(0СОК)
д дъ
для аммонийного азота
3(ЄСШ4) дх
— тс + тс
а,оы р,оы ■
- + Ра
дJ
э,КН4
ді
&
- Я
для нитратного азота
дъ
— В + в
и,КН4 а,КН4 р,КН4
д(6СМоз) ді дJ ^ *,№3 к к + к , д^ ±ч-и,ош ±ч-а,ош ^ ±ч-р,№эз'
где Сі - концентрация і-того вещества,
кг/м3;
К,, — отбор азота корнями,
кг м-3 сут.- 1 ;
- ■о - разложение і-того вещества,
кг м- сут.- 1 ;
*Р.і — источник і-того вещества,
кг м сут. 1 ;
4.І - вертикальная миграция итого ве-
щества, кг м- сут.- ,
pd — плотность почвы, кг/м ;
Хе,ыН4 — объем сорбированного аммония, кг/кг.
Разложение характеризуется кинетикой первого порядка [1]:
Я = к101С! , где к, — коэффициент распада первого порядка, сут.-1.
Отбор корнями описывается зависимостью [1]:
К" = С ^ . где с — фактор, отвечающий за отбор вещества и зависящий от потребности растений и доступности вещества в почве (долей единицы).
Таблица 1
«Антипинский» за годы исследований, мг/л
РН Азот Р2О5 К2О Са Мд Б04 СІ
общий аммиачный
6,6 744 609 532 843 122 67 147 366
Источник поступления аммонийного азота в почву описывается уравнением минерализации органического азота:
R
р,КН4
М
N1 а-^Ы)-Ьк&0—&(0 +
1^=1
+ (-п - —К,1ш )кв 0СОМ + '
-а^^ЕХа) + ^ц^НШ))* где ^дп — фракция азота в Ь-том органическом материале, долей единицы;
а — фактор ассимиляции вещества в гумус, долей единицы;
^'Ии — фракция азота в гумусе, долей единицы;
^ — процент разлагающихся твердых органических соединений, идущий на формирование гумуса, долей единицы;
кп — коэффициент распада Ь-той органической фракции, сут."1;
ОМ — органические соединения в твердой фазе, кг м-3;
— фракция азота в растворенных органических соединениях, долей единицы;
Сот — концентрация органических соединений в почвенной влаге, кг/м3;
кех, кИи, к5 — коэффициенты распада остатков корней, гумуса и растворенных органических соединений соответственно, сут.-1;
ЕХ, Ни — количество остатков корней и гумуса соответственно, кг м-3;
^ех — процент содержания азота в отмирающих частях растений, долей единиц.
Источник поступления нитратов в почву описывается уравнением нитрификации:
1 10+Д
^,N03 “ Д / кпй6СКН4(0^ ,
10
где knit— коэффициент нитрификации, сут.-1.
Процесс разложения нитратов (денитрификация) требует наличия достаточного количества кислорода. В случае его нехватки объем денитрификации уменьшится.
Сорбция аммония в равновесной фазе рассчитывается по формуле:
Хе,КН4 = КёСпЬ4 ,
где К — линейный коэффициент сорбции,
3 -1
м3 кг '.
Предполагается, что объем сорбированного вещества пропорционален его концентрации в жидкой фазе.
В модели учитываются следующие варианты поступления азота в систему: при внесении удобрений, в результате отмирания корней растений, при потерях при укосе, следующими уравнениями [1]:
f 0М
0М(1 + т) = 0М(1) + $ & - flLfn) ;
Дъ
п- 10М
Сот (1 + т) = Сот (1) + £ -- ;
іп=і иДг
РМ
^N(1+т) = 0М(1)+-^і - ^-п)-^;
Аъ
п- 10М
Соп (1 + т) = Соп (1) + £ fN,fnflLfn ;
іп=і 0Аъ
(б + PdKd )СпЬ4 (1 + т) = (Є + PdKd )СпЬ4 (1) +
+ (1 - -V.)
-пЬ4,1-1
Аъ
бСпо3(1 + Т) = 9Спо3(1) +
-поЗ,,-,
Аъ
где сот — концентрация растворенных в воде органических соединений, кг м-3;
соп — концентрация растворенного азота, кг м-3;
ON — органический азот в твердой фазе, кг м-3;
— процент органического вещества в 1-том материале, долей единицы;
— процент растворенного органического вещества в Ь-той фракции, долей единицы;
^дп — процент Ь-той фракции в 1-том материале, долей единицы;
^п — процент азота в Ь-той фракции, долей единицы;
^ — процент испарившегося аммония, долей единицы;
^И4 — процент аммония в 1-том материале, долей единицы;
^о3 — процент нитратов в 1-том материале, долей единицы;
Mi — добавленные в систему органические и минеральные удобрения, кг м-2.
Результаты и их обсуждение
Для прогноза накопления, миграции и трансформации азота в почве при использовании органических отходов была разработана информационная технология «Содержание азота в почве» (рис.). Ядром информационной технологии является рассмотренная модель.
Стоки свинокомплекса «Антипинский» за 3 года оказали положительное воздействие на основные агрохимические свойства чернозема по опытным данным.
Содержание легкогидролизуемого азота в слое почвы 0-60 см по сравнению с исходными данными при норме стоков 100 м3/га увеличилось от 43,0 до
50,5 мг/кг, а при норме 300 м3/га — до 53,9 мг/кг.
Рис. Главное окно информационной технологии «Содержание азота в почве»
Таблица 2
Изменения агрохимических свойств почвы при ежегодном внесении стоков комплекса «Антипинский» за 3 года (опытные данные)
Вариант Слой почвы, см Гумус, % Валовое содержание, % Подвижные, мг/кг
N Р К Кі.г. Р2О5 К2О
Контроль 0-20 6,28 0,445 0,216 2,62 54,7 217 309
0-60 4,52 0,271 0,208 2,54 38,3 162 283
100 м3/га 0-20 6,48 0,470 0,227 2,78 69,3 238 352
0-60 4,67 0,291 0,218 2,72 50,5 178 314
200 м3/га 0-20 6,51 0,474 0,231 2,87 71,6 247 302
0-60 4,71 0,294 0,222 2,79 52,0 182 311
300 м3/га 0-20 6,52 0,482 0,236 2,98 75,9 258 367
0-60 4,74 0,299 0,223 2,90 53,9 189 325
При внесении стоков свинокомплекса отмечалась тенденция увеличения валового содержания азота. Содержание валового азота при норме стоков 300 м3/га возросло от 0,439 до 0,482% в слое почвы 0-20 см и от 0,267 до 0,299% в слое 0-60 см. При меньших нормах тенденция накопления азота сохранялась, но значения были ниже. В слое почвы 0-20 см содержание азота легкогидролизуемого при нормах 100 и 300 м3/га стоков увеличилось от 58,5 до 69,3 и 75,9 мг/кг соответственно.
Прогнозные данные показали небольшое расхождение по сравнению с полученными в результате опыта. Сравнение расчетных данных с фактическими результатами агрохимических исследований показало, что коэффициент несходимости Тейла не превышает 25%, что свидетельствует о достаточной адекватности используемой модели.
Прогноз на 10 лет показал накопление валового азота в почве, при норме стоков 300 м3/га содержание валового азота возросло до 0,61% в слое почвы 0-20 см и до
0,38% в слое 0-60 см, но занитрачивания почв не произойдет.
Заключение
Прогнозирование накопления, миграции и трансформации азота в почве с использованием информационной технологии позволит обосновывать экологически безопасные нормы внесения органических отходов в почву и не допустить занитрачивания почв.
Библиографический список
1. Кирейчева Л.В., Карпенко Н.П., Тинь-гаев А.В. и др. Новые технологии проектирования, обоснования строительства, эксплуатации и управления мелиоративными системами / ГНУ ВНИИГиМ Россельхозака-демии. — М.: Изд-во ГНУ ВНИИА Россель-хозакадемии, 2010.
2. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы.
3. СанПиН 2.1.7.573-96. 2.1.7. Почва. Очистка населенных мест. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы.
+ + +
