CC BY
19
УДК 631.86:631.452
ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ ВОЗРАСТАЮЩИХ ДОЗ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА И ВЕРМИКОМПОСТА НА ПЛОДОРОДИЕ АГРОЧЕРНОЗЕМА И УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ
О.В. Шиндорикова, О.А. Ульянова, д.б.н., Н.Л. Кураченко, д.б.н., С.В. Хижняк, д.б.н. Красноярский государственный аграрный университет, e-mail: kora64@mail.ru
Проблема утилизации отходов промышленного птицеводства - одна из наиболее актуальных проблем экологии, поскольку накопление птичьего помета служит причиной загрязнения окружающей среды и вызывает тревогу санэпидемнадзора и природоохранных органов. В полевом стационарном опыте (2012-2014 гг.) в условиях Красноярской лесостепи изучено действие возрастающих доз птичьего помета и вермикомпоста на агрохимические показатели агрочернозе-ма глинисто-иллювиального и урожайность пшеницы. Снижение их количества связано с трансформационными процессами в почве и расходованием их на формирование урожайности пшеницы. Максимальное количество легкогидролизуемого азота в парующейся почве накапливается под действием вермикомпоста и расходуется в агроценозах пшеницы. Все исследуемые органические удобрения определяют положительный баланс по фосфору, а двойные и тройные дозы удобрений обеспечивают его по азоту. Показана зависимость урожайности пшеницы от количества общего и легкогидролизуемого азота в почве, позволяющая с высокой точностью прогнозировать урожайность пшеницы.
Ключевые слова: агрочернозем, агрохимические свойства, птичий помет, вермикомпост, пшеница, урожайность.
ESTIMATION OF INCREASED DOZES OF POULTRY MANURE AND VERMICOMPOST ON AGROCHERNOZEM FERTILITY AND YIELD OF WHEAT
O.V. Shindorikova, Dr.Sci. O.A. Ulyanova, Dr.Sci. N.L. Kurachenko, Dr.Sci. S.V. Khizhnyak
Krasnoyarsk State Agrarian University, e-mail: kora64@mail.ru
The problem of utilization of industrial poultry wastes is one of the most urgent environmental problems, as the accumulation ofpoultry manure causes pollution of the environment and raises the alarm of sanitary and epi-demiological surveillance and environmental authorities. The effect of increased doses of bird droppings and vermicompost on agrochemical indicators of agrochernozem and wheat yield was studied in the field stationary experiment (2012-2014) in the conditions of the Krasnoyarsk forest-steppe. A decrease of their quantity is connected with transformational processes in soil and their expenditure for the purpose of forming wheat yield. A maximum quantity of easily hydrolyzable nitrogen in fallow soil accumulates under the influence of vermicompost and is spent in wheat agrocoenosis. All the organic fertilizers under study ensure a positive phosphorus balance, and double and triple doses of fertilizers do the same with regard to nitrogen. The study shows the dependence of wheat yield on total and easily hydrolyzable nitrogen in soil, which allows us to make a high-precision prediction of wheat yield.
Keywords: agrochernozem, agrochemicalproperties, bird droppings, vermicompost, wheat, yield.
Проблема утилизации отходов промышленного птицеводства - одна из наиболее актуальных проблем экологии, поскольку накопление птичьего помета служит причиной загрязнения окружающей среды и вызывает тревогу санэпидемнадзора и природоохранных органов [1, 2]. Министерством природных ресурсов РФ от 02.12.2002 утвержден «Федеральный классификационный каталог отходов», в который включен и помет птиц. Он отнесен к III классу опасности. С учетом постановления Правительства РФ от 12.07.2003 № 344 за разме-
щение отхода III класса с птицефабрик взимается штраф в размере 497 руб/т помета [2].
На территории Красноярского края функционируют девять промышленных птицеводческих предприятий [3], на которых ежегодно накапливается около 346 тыс. т птичьего помета [4]. Для повышения эффективности использования в земледелии птичьего помета предлагается вермитехнология, позволяющая перерабатывать птичий помет совместно с другим крупнотоннажным отходом деревообрабатывающей промышленности - гидролизным
лигнином в новое экологически безопасное удобрение - вермикомпост [5-7]. Однако, слабо изученными при этом остаются вопросы их влияния на агрохимические показатели почв и урожайность полевых культур.
Цель работы - оценка действия возрастающих доз птичьего помета и вермикомпоста на показатели плодородия агрочернозема и урожайность пшеницы в севообороте: чистый пар - пшеница - пшеница.
Объекты и методы исследования. Эффективность действия возрастающих доз вермикомпоста и птичьего помета изучали в полевом опыте в 20122014 гг. в условиях стационара «Миндерлинское» в Красноярской лесостепи, расположенной на юго-западной окраине Средней Сибири. На этой территории выпадает 350-450 мм осадков в год. Среднегодовая температура воздуха в регионе изменяется от 0,5 до 1,3°С, понижаясь иногда до -2°С. Продолжительность периода биологической активности варьирует в пределах 90-155 суток. Сумма активных температур составляет 1550-1800°С, почвы промерзают на глубину 1,0-1,5 м.
Почва - чернозем выщелоченный среднемощ-ный, тяжелосуглинистый на желто-бурой глине (аг-рочернозем глинисто-иллювиальный типичный глубокопахотный сильно гумусированный на желто-бурой глине), характеризуется следующим строением профиля: Ап (РЦ)-А (АЩ-АВ (АШГ)-В (В1)-Вк (Bca)-Ск(Cca). Гранулометрический состав его слабо дифференцирован по профилю и согласно классификации [8] характеризуется как тяжелосуглинистый иловато-крупнопылеватый с содержанием физической глины 46-47% в гумусово-аккумулятивном горизонте. С глубиной количество физической глины достигает 50% и в горизонте В гранулометрический состав становится легкоглинистым. Гумусово-аккумулятивный горизонт агрочернозема характеризуется средними значениями суммы обменных оснований (17,2-19,7 мг-экв/100 г), незначительной гидролитической кислотностью, нейтральной реакцией среды (рНн2о 6,4). Содержание нитратного азота и подвижного фосфора в пахотном слое соответственно повышенное (15 мг/кг) и высокое (252 мг/кг), которое снижается вниз по профилю до низких значений. Количество обменного калия по всему профилю очень высокое (262 мг/кг), что характерно для почв Красноярского края и является следствием обогащенности калием материнских пород тяжелого гранулометрического состава. Количество гумуса в пахотном слое - 6,5%, которое снижается вниз по почвенному профилю.
Вермикомпост (ВК) произведен на птицефабрике «Заря» в Емельяновском районе Красноярского края, характеризуется следующими показателями: рНн2о 6,7; N 1,90%; P2O5 3,80%; ^ 0,95%.
Птичий помет (ПП) птицефабрики «Заря» содержит: N 4,03%; P2O5 3,54 и К2О 1,56%; рН^о 8,3.
Птичий помет и вермикомпост, приготовленный на его основе, вносили осенью 2011 г. в паровое поле под основную обработку с заделкой на глубину 20-22 см согласно схеме: 1. Контроль (без удобрений); 2. Птичий помет (ПП), 2 т/га - (ПП2) 3. ПП, 4 т/га - (ПП4) 4. ПП, 6 т/га - (ПП6); 5. Вермикомпост (ВК) 2 т/га; 6. ВК 4 т/га; 7. ВК 6 т/га. Вермикомпост вносили в дозах, эквивалентных птичьему помету, рассчитанных по фосфору. Площадь учетной делянки составила 100 м2, повторность трехкратная. Размещение делянок рендомизированное. Тестовой культурой эффективности действия удобрений служила яровая пшеница сорта Новосибирская 15. Норма высева семян 180 кг/га. Посев проводили ежегодно в III декаде мая сеялкой AGRATOR в агрегате с трактором МТЗ-1221. В качестве химических средств защиты использовали протравитель Дивидент Экстрим (0,4 кг/т); гербициды: против двудольных сорняков - Прима (0,5 л/га), против однодольных сорняков - Аксиал (1,0 л/га); фунгицид Альто Супер (0,4 л/га); инсектицид Карате Зеон (0,2 л/га).
Почвенные образцы отбирали весной и осенью, в которых содержание общих азота, фосфора и калия определяли спектрометрическим методом с помощью компьютеризированной аналитической системы PSCO/ISI IBM-PC 4250. Данная система представлена комплексом из сканирующего анализатора NIR 4250 (сканера), регистрирующего сигналы диффузного отражения (1620-2320 нм), и компьютера, снабженного пакетом специализированных программ. Анализ представляет собой прогноз аналитического показателя по моделям, рассчитанным компьютером в процессе автоматизированной калибровки. Процедура калибровки основана на выборе длин волн и коэффициентов, определяемых в рамках классической множественной линейной регрессии. Образцы для спектрального анализа были высушены, измельчены и заложены в кюветы [9], рНН2о - измеряли потенциометрически. Легкогидролизуемый азот определяли по методу Корнфилда осенью [10]. Уборку пшеницы проводили прямым комбайнированием. Солому после уборки пшеницы оставляли на поле. Полученные результаты полевого опыта обработали статистически методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с использованием программных пакетов Excel и Statistica.
Результаты и их обсуждение. Под влиянием возрастающих доз птичьего помета и вермикомпо-ста количество общего азота в 2012 г. в контроле составило 0,29%, в паровом поле его содержание увеличилось до 0,30-0,33% при низких значениях коэффициента вариации (табл. 1). Общее количество азота в пахотном слое агрочернозема при выращивании пшеницы в 2013 г. в контроле было среднее, применение возрастающих доз органических
1. Содержание общего азота в почве при внесении
Вариант Чистый пар (2012 г.) Пшеница по пару (2013 г.) Пшеница по пшенице (2014 г.)
M ± 111 % M ± т % M ± т %
1. Контроль - без удобрений 0,29±0,01 4 0,29±0,01 3 0,35±0,01 1
2. Птичий помет, 2 т/га 0,31±0,01 3 0,33±0,01 8 0,37±0,01 1
3. Птичий помет, 4 т/га 0,31±0,02 8 0,35±0,01 3 0,40±0,01 3
4. Птичий помет, 6 т/га 0,30±0,01 4 0,36±0,02 11 0,40±0,01 3
5. Вермикомпост, экв. 2 т/га ПП 0,32±0,01 6 0,36±0,01 6 0,41±0,01 1
6. Вермикомпост, экв. 4 т/га ПП 0,31±0,02 9 0,35±0,02 11 0,37±0,01 3
7. Вермикомпост, экв. 6 т/га ПП 0,33±0,01 5 0,34±0,02 8 0,37±0,01 3
удобрений повышало этот показатель на 1424%. При повышении дозы внесения ПП количество общего азота накапливается в почве, которое, по-видимому, возрастает за счет труднодоступных фракций. Следует отметить низкое варьирование значений азота во всех вариантах опыта. Подобная закономерность отмечается и в последействии. При выращивании пшеницы в 2014 г. общее содержание азота в почве высокое и возрастает в зависимости от варианта на 12-21%, что связано с трансформацией в почве органического вещества ПП и ВК, а также соломы, оставленной на поле после уборки пшеницы.
Легкогидролизуемый азот служит ближайшим резервом минеральных форм, так как его минерализация осуществляется до образования аммонийного и нитратного азота [11-13]. В паровом поле (2012 г.) на долю легкогидролизуе-мой фракции приходится 179-238 мг/кг, что составляет 6,0-7,6% от общего содержания азота в зависимости от варианта (табл. 2).
Количество легкогидролизуемого азота возросло к контролю при внесении возрастающих доз вермикомпоста на 14-19% в 2012 г., на 313% в 2013 г. и на 5-10% в 2014 г. при низком и среднем варьировании показателя. Отметим, что под действием разных доз птичьего помета содержание этой формы азота осталось на уровне контроля. В агроценозе пшеницы (2013 г.), выращиваемой после пара, количество лег-когидролизуемого азота снижается по сравнению с предыдущим периодом на 100-128 мг/кг, а при выращивании пшеницы в 2014 г. - до 6175 мг/кг в зависимости от варианта.
Содержание общего фосфора согласно градациям, разработанным Д.Н. Прянишниковым, указывает на высокую обеспеченность им по вариантам опыта (табл. 3).
Минимальное количество общего фосфора выявлено в контроле, внесение возрастающих доз органических удобрений в почву способствует его повышению на 21-32% при применении ПП и на 16-37% при внесении ВК при слабой вариабельности значений (V = 4-9%). Отметим,
2. Содержание легкогидролизуемого азота в почве при внесении возрастающих
Вариант Чистый пар Пшеница по Пшеница по пше-
(2012 г.) пару (2013 г.) нице (2014 г.)
M ± т Cv, % M ± т Cv, % M ± т Cv, %
1 219±20 16 108±11 6 65±3 8
2 215±25 14 87±9 4 61±4 7
3 196±16 14 88±8 7 65±2 5
4 179±10 10 79±8 5 75±5 6
5 224±13 10 121±10 10 75±6 10
6 210±14 12 109±9 9 61±3 7
7 238±8 6 111±13 8 70±4 9
Примечание. Расшифровка вариантов дана в таблице 1.
3. Содержание общего фосфора в почве при внесении возрастающих доз
Вари- Чистый пар Пшеница по Пшеница по
ант (2012 г.) пару (2013 г.) пшенице (2014 г.)
M ± т % M ± т Cv, % M ± т Cv, %
1 0,19±0,01 8 0,17±0,01 6 0,21±0,01 10
2 0,23±0,02 7 0,18±0,03 27 0,13±0,01 8
3 0,24±0,01 4 0,18±0,01 6 0,21±0,01 5
4 0,25±0,02 6 0,14±0,02 19 0,21±0,01 5
5 0,22±0,03 6 0,17±0,03 27 0,16±0,01 12
6 0,24±0,02 8 0,17±0,01 9 0,21±0,01 5
7 0,26±0,02 9 0,20±0,01 6 0,14±0,01 7
НСР05 0,02 - 0,02 - 0,03 -
что чем выше доза внесения удобрения, тем больше накапливается общего фосфора в почве. В динамике в агроценозе пшеницы (2013 г.) наблюдается уменьшение количества общего фосфора по всем вариантам, при низкой и средней изменчивости показателя (V = 627%). При использовании ПП6 (2013 г.) и ПП2, ВК2, ВК4 (2014 г.) отмечается достоверное уменьшение количества общего фосфора, что может быть связано с трансформацией органических удобрений в почве и его использованием для формирования большей урожайности в этих вариантах.
Пахотные почвы Красноярской лесостепи характеризуются высоким количеством общего калия (1,391,46%) [14], что обусловлено минералогическим составом почвообразующих пород и большим содержанием ила. В процессе трансформации органических удобре-
4. Содержание общего калия в почве при внесении возрастающих доз органических
6. Соотношение поступления питательных веществ в почву с удобрениями и вынос их
Вари- Чистый пар Пшеница по Пшеница по
ант (2012 г.) пару (2013 г.) пшенице (2014 г.)
М ± 111 СУ, % М ± т СУ, % М ± т СУ, %
1 1,39±0,05 6 0,89±0,02 7 0,76±0,01 3
2 1,44±0,06 5 0,89±0,01 14 0,95±0,01 3
3 1,45±0,07 7 0,84±0,03 10 0,68±0,01 2
4 1,46±0,09 4 0,81±0,01 3 0,61±0,01 3
5 1,41±0,07 8 0,89±0,04 10 0,90±0,04 8
6 1,46±0,06 8 0,86±0,03 3 0,72±0,01 4
7 1,44±0,04 4 0,91±0,04 2 0,96±0,01 1
НСР05 0,08 - 0,02 - 0,03 -
ний в паровом поле (2012 г.) обнаружена тенденция накопления этой формы калия (табл. 4).
Снижение общего калия в 2013 г. по вариантам в сравнении с предыдущим годом связано с тем, что черноземы могут фиксировать около 60% внесенного с удобрениями калия. Это может происходить при разных режимах увлажнения. Фиксация калия наблюдается и в результате промораживания почвы после предварительного сильного увлажнения [14]. Это и наблюдали при выращивании пшеницы в 2014 г., когда в контроле снижалось содержание общего калия до 0,76%. В вариантах 2 и 4 отмечен его достоверный рост, связанный с процессами трансформации внесенных в почву удобрений, при низких показателях варьирования (38%). При удвоении дозы удобрений выявлено достоверное снижения общего калия в почве, обусловленное его трансформацией и использованием для формирования урожайности пшеницы.
Различные метеорологические условия по годам - главная причина неодинакового влияния удобрений на величину урожайности сельскохозяйственных культур. В 2014 г. среднегодовое количество осадков составило 300 мм по сравнению с 2013 г. (414 мм). Кроме этого, снижение урожайности в 2014 г. связано с выносом элементов питания урожаем пшеницы, выращиваемой в 2013 г. (табл. 5).
5. Урожайность пшеницы при внесении в почву возрастающих доз органических
Вариант Пшеница по пару Пшеница по пшенице
(2013 г.) (2014 г.)
М ± т СУ, % М ± т СУ, %
1 1,85±0,10 12 1,52±0,04 7
2 2,04±0,11 12 1,84±0,08 11
3 1,98±0,11 11 1,64±0,03 7
4 2,38±0,10 10 1,77±0,08 12
5 2,00±0,04 4 1,71±0,05 4
6 2,20±0,09 10 1,73±0,05 4
7 1,70±0,13 18 1,74±0,09 13
НСР05 0,13 - 0,08 -
Вариант Поступление с удобрениями, кг/га Вынос урожаем, кг/га
N Р205 К2О N Р2О5 К2О
2 80,6 70,8 31,2 124,5 50,4 89,2
3 161,2 141,6 62,4 118,1 47,9 84,8
4 241,8 212,4 93,6 128,7 52,2 92,4
5 38,0 76,0 19,0 119,4 48,5 85,8
6 76,0 152,0 38,0 127,0 51,6 91,3
7 114,0 228,0 57,0 110,1 44,7 79,1
Поступление органических удобрений в почву способствует повышению урожайности пшеницы. Исключение составляет вариант 7, где урожайность пшеницы ниже контроля, подобные результаты получены в полевых опытах республики Бурятия [15]. Значит, высокие дозы вермикомпоста ингибируют рост растений. Максимальная урожайность в первый год действия удобрений формируется в варианте 7 за счет большего количества элементов питания. В последействии сохраняется минимальная урожайность в контроле, что обусловлено меньшей обеспеченностью элементами питания в почве. Применение удобрений в последействии способствует росту урожайности на 0,12-0,32 т/га в зависимости от варианта. Удобрения по вкладу в формирование урожайности пшеницы в среднем за 2 года убывают в ряду: ПП6 > ВК4 > ПП2 > ВК2 > ПП4 > ВК6 > контроль (без удобрений).
На основе данных урожайности пшеницы был рассчитан баланс азота, фосфора и калия в опыте. Как видно из таблицы 6, по всем удобренным вариантам складывается положительный баланс по фосфору (поступление 70,8-228,0; вынос 44,7-52,2 кг/га). Интенсивность баланса составляет более 140%, что обусловлено высоким содержанием этого элемента питания в исследуемых удобрениях.
По азоту вынос полностью возмещается при внесении ПП4, ПП6 и ВК6 (поступает 114,0-241,8 кг/га, а выносится 110,1-128,7 кг/га). Интенсивность баланса составляет 136-188% при применении ПП4, ПП6 и 104% при внесении ВК6. Однако, не происходит возмещения по азоту при внесении в почву ПП 2 т/га и ВК 2-4 т/га. По калию вынос полностью возмещается при применении ПП6. Интенсивность баланса составляет 101%.
Уравнение множественной регрессии, описывающее зависимость урожайности пшеницы от содержания в почве общего (в диапазоне от 0,32 до 0,39%) и легкогидролизуемого (в диапазоне от 74 до 98 мг/кг) азота по данным за 2013-2014 гг., имеет следующий вид:
У = 162,332 - 807,781Ыобщ. + 651,413Л0бщ2 + 4,598Ыобщ.Млг - 0,01Щг2
Прогноз урожайности пшеницы по количеству общего и легкогидролизуемого азота
21,00 20,00 19,00
со
ii 18,00 со
§ 17,00 > 16,00 15,00
ПП2 ПП4 ПП6 ВК2
ВК4
ВК6
Вариант
1 Реальное значение и Предсказанное значение
К
где: У - урожайность, ц/га; N060.. - содержание в почве общего азота, %; Nг - содержание в почве легкогидролизуемого азота, мг/кг. Коэффициент множественной корреляции R = 0,998. Коэффициент детерминации R2 = 0,997. Значимость регрессии р = 0,006675.
Зная значения общего и легкогидролизуемого азота в почве, можно предсказать урожайность пшеницы с высокой точностью (рисунок).
Таким образом, в полевом стационарном опыте в условиях Красноярской лесостепи установлено положительное влияние птичьего помета и вермикомпоста на агрохимические показатели почвы и урожайность пшеницы. Статистически разработанная модель позволяет по показателям Мобщ и Млг с высокой точностью спрогнозировать урожайность пшеницы.
Литература
1. Чупрова В.В., Ульянова О.А., Исаев И.В. Перспективы производства органических удобрений промышленного птицеводства в Красноярском крае // Агрохимический Вестник, 2009, № 6. - С. 16-17.
2. Оссаковский В.М. Возобновляемые источники энергии. - М.: Россельхозиздат, 1996. - 126 с.
3. Турицына Е.Г., Донкова Н.В. Проблемы комплексного применения средств специфической и неспецифической профилактики в промышленном птицеводстве // Вестник КрасГАУ, 2010, № 7. - С. 101-107.
4. Волошин Е.И. Эффективность применения органических удобрений в агропромышленном комплексе Красноярского края // Вестник КрасГАУ, 2016, № 4. - С. 138-146.
5. Мерзлая Г.Е., Еськов А.И., Тарасов С.И. Действие и последействие систем удобрения с использованием навоза // Плодородие, 2011, № 3. - С. 16-19.
6. Суханова И.М., Газизов Р.Р., Биккинина Л.М.-Х., Яппаров И.А. Технология вермикомпостирования как одно из решений экологических проблем // Агрохимический вестник, 2015, № 6. - С. 26-28.
7. Новоселов С.И., Горохов С.А., Иванов М.Н., Новоселова Е.С. Действие и последействие органических удобрений в севообороте // Агрохимия, 2013, № 8. - С. 30-37.
8. Качинский В.А., Качинский Н.А. Физика почвы. - М.: Высшая школа, 1965. - 322 с.
9. Борцов В.С. Использование автоматизированной системы на основе отражательной спектроскопии в исследовании агроценозов: автореф. дисс. к.б.н. - Красноярск, 2002. - 18 с.
10. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
11. Попова Э.П., Лубите Я.И. Биологическая активность и азотный режим почв Красноярской лесостепи. - Красноярск, 1975. - 272 с.
12. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. - М.: Наука, 1981. - 266 с.
13. Шевцова Л.К., Хайдуков К.П., Кузьменко Н.Н. Трансформация органического вещества легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений в льняном севообороте // Агрохимия, 2012, № 10. - С. 3-12.
14. Бугаков П.С., Горбачева С.М., Чупрова В.В. Почвы Красноярского края. - Красноярск: кн. изд-во, 1981. - 128 с.
15. Жигжитова И. А., Корсунова Т.М. Рекомендации по получению и применению вермикомпостов (биогумуса) для повышения урожая и качества сельскохозяйственных культур. - Улан-Удэ, 1999. - 19 с.
