CC BY
56
УДК 631.4
ВЛИЯНИЕ ГУМИНОВЫХ УДОБРЕНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО КАРБОНАТНОГО
© 2011 г. Е.А. Полиенко
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006,
decanat@bio. sfedu.ru decanat@bio. sfedu.ru
Рассматриваются биологически активные вещества — биогумус, лигногумат, гумат калия — гуминовые удобрения различной природы. Биогумус получен из вермикомпоста — продукта компостирования с использованием червей «Старатель», лигногумат — концентрированный гуминовый препарат, технология получения которого основана на искусственной гумификации практически любого лигнинсодержащего сырья; гумат калия — гуминовый препарат, получаемый путем экстракции гуминовых кислот из природного сырья (торф). Исследуется физиологическая активность гуминовых веществ в целом. Изучается влияние биологически активных веществ на динамику ферментативной активности, элементов питания и гумуса.
Ключевые слова: биологически активные вещества, гуминовые удобрения, биогумус, лигногумат, гумат калия, озимая пшеница, чернозем.
Biologically active substances such as biohumus, ligno-humate, potassium humate are considered in the given article. They are humic fertilisers of different origin. Biohumus is a humic fertilizer received from vermicompost, which is a product of composting utilizing of «Sta-ratel» worms, ligno-humate is the concentrated humic preparation, which reception technology is based on artificial humification of almost any lignin-containing raw materials, a potassium humate is the humic preparation received by extraction of humic acids from natural raw materials (peat). Physiological activity of humic matter is studied in the large. Biologically active substances impact on enzymatic activity dynamics, nutrients and humus is studied.
Keywords: biologically active substances, humic fertilisers, biohumus, ligno-humate, potassim humate, winter wheat, chernozem.
В настоящее время существует много гуминовых препаратов, которые получают различным способом, при этом разнятся как исходное сырье, так и методы экстракции гуминовых соединений из него. Потребитель теряется в обилии предлагаемых препаратов и удобрений. Цель данного исследования - сравнить гуминовые удобрения различного происхождения по их эффективности.
Материалы и методы исследований
В качестве гуминовых удобрений в экспериментах использовали жидкие формы биогумуса, лигногумата и гумата калия. Биогумус - гуминовое удобрение, полученное из вермикомпоста - продукта переработки навоза сельскохозяйственных животных червем «Старатель».
Лигногумат - концентрированный гуминовый препарат, технология получения которого основана на создании условий, ускоряющих процесс гумификации практически любого лигнинсодержащего сырья. Но наиболее предпочтительны лигнинсодержащие отходы гидролизного или целлюлозно-бумажного производства. В них содержится до 85 % органических веществ, 60-65 % которых составляет лигнин - основа гумифицирующегося опада. Технология окислительно-гидролитической деструкции позволяет организовать процесс так, что на определенной стадии можно получить продукты, близкие к гуминовым веществам по составу и свойствам.
Гумат калия - гуминовый препарат, получаемый путем щелочной экстракции гуминовых кислот из природного сырья. Нами использован гумат, полученный на основе переработки торфа.
Для изучения и сравнения эффективности исследуемых гуминовых удобрений был заложен полевой опыт на территории учебно-опытного хозяйства «Не-двиговка». Влияние биологически активных веществ (БАВ) оценивалось по ряду показателей: обеспеченности подвижными элементами питания растений (азот аммиачный, нитратный, подвижный фосфор), изменению биологической активности почвы (ферменты каталаза, инвертаза, полифенолоксидаза, пе-роксидаза).
Полевой опыт заложен по следующей схеме: контроль, гумат калия, лигногумат, биогумус.
Учетная площадь делянки - 50 м2. Доза каждого из используемых гуминовых удобрений соответствует рекомендациям производителей. В перерасчете на учетную площадь делянки она составляла 20 мл концентрата для биогумуса, по 2 мл - для лигногумата и гумата калия. Внесение БАВ производилось 2-кратно: осенью по всходам и весной в фазу кущения.
Первый отбор почвенных образцов проведен осенью в фазу кущения. Определены подвижные формы
азота (аммиачного и нитратного), фосфора (по Мачи-гину), активность каталазы.
2-й и 3-й отборы проведены в фазы выхода в трубку и созревания зерна, проанализированы на содержание фосфора, гумуса, на каталазную и инвертазную активность, а также на активность полифенолоксида-зы и перосидазы.
Результаты и обсуждение
Процессы трансформации и синтеза органического вещества почвы регулируются микроорганизмами. В качестве показателей интенсивности процессов можно использовать активность окислительно-восстановительных ферментов: каталазы, пероксидазы и по-лифенолоксидазы.
Как показывают результаты, активность каталазы по шкале Д.Г. Звягинцева [1] в ходе проведения эксперимента изменяется от бедной до среднеобогащен-ной (табл. 1). Но значения активности каталазы на вариантах с применением гуминовых удобрений по критерию Стьюдента [2] недостоверно отличаются от контрольного варианта. Это говорит о том, что изменения в каталазной активности носят сезонный характер и не обусловлены влиянием гуматов.
Таблица 1
Динамика активности каталазы при внесении гуминовых удобрений под озимую пшеницу, ^ = 2,56
Вариант Каталаза, мл О2 /г почвы за мин
Фаза кущения td Фаза выхода в трубку td Фаза созревания зерна td
Контроль 1,35 - 5,75 - 9,40 -
Биогумус 1,25 0,67 5,30 1,44 7,80 1,36
Лигногумат 1,30 0,39 5,45 6,51 7,77 1,57
Гумат К 1,45 0,55 4,95 0,68 8,05 1,04
Примечание. ta - стандартное или критическое значение критерия Стьюдента; ti - фактическое значение критерия Стьюдента.
Действие гуминовых удобрений на активность по-лифенолоксидазы и пероксидазы проявляется в течение первых 2 недель [3]. Затем значения активности этих ферментов сопоставимы с контролем. В данном эксперименте между отбором образцов и внесением гуминовых удобрений прошло более двух недель. И это отражается на полученных данных активности ферментов (табл. 2).
По активности инвертазы можно судить о процессах разложения легкогидролизуемых углеводов. Обо-гащенность почвы полисахаридами - важная ее характеристика. Особенно важна роль полисахаридов в синтезе гумусовых веществ. Они не только составляют скелет будущей молекулы гуминовой кислоты, но и энергию для ее синтеза.
Таблица 2
Динамика активности пероксидазы и полифенолоксидазы в почве при внесении гуминовых удобрений под озимую пшеницу, мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин (t^ = 2,56)
Пероксидаза Полифенлоксидаза
Вариант Фаза выхода в трубку td Фаза созре- td Фаза выхода в трубку td Фаза созре- td
вания зерна вания зерна
Контроль 12,7 - 14,0 - 16,3 - 15,9 -
Биогумус 16,3 2,13 14,7 1,36 16,7 1,84 16,6 1,71
Лигногумат 17,7 2,36 14,2 0,97 16,4 0,16 16,3 0,67
Гумат К 16,8 2,20 15,1 2,19 17,0 1,54 16,5 1,98
Как показывают результаты, активность инвертазы по шкале Д.Г. Звягинцева на контрольном варианте в ходе эксперимента соответствует средней обогащен-ности, а на всех вариантах с применением гуминовых удобрений - богатой (табл. 3). Наибольшее значение активности инвертазы (72,7 мг глюкозы) в фазу выхода в трубку соответствует варианту с применением биогумуса. В фазу созревания зерна наблюдается спад активности, однако сохраняется та же закономерность: варианты с применением гуминовых препаратов обладают более высокими значениями по сравнению с контролем. Все полученные различия с контролем статистически достоверны.
Таблица 3
Динамика активности инвертазы при внесении гуминовых удобрений под озимую пшеницу, мг глюкозы /г за 24 ч (tst= 2,56)
Вариант Фаза выхода в трубку td Фаза созревания зерна td
Контроль 27,2 - 19,5 -
Биогумус 72,7 93,84 55,3 68,59
Лигногумат 67,0 80,27 49,3 47,27
Гумат К 65,5 67,67 54,7 64,20
влияние гуминовых удобрений на активность окислительно-восстановительных ферментов не было отмечено, окислительные процессы в почве протекают, причем в фазу созревания зерна преобладают процессы минерализации гумуса.
Различия в значениях содержания органического вещества на контроле и вариантах с применением гуминовых удобрений статистически недостоверны. Тем не менее в фазу выхода в трубку, несмотря на то, что почва, как и на момент уборки, обладает каталитической активностью средней обо-гащенности, содержание органического вещества несколько выше. Оно составляет 3,08 % на вариантах «биогумус» и «лигногумат», причем разница с лем по критерию Стьюдента достоверна.
Известно, что большая часть запасов элементов питания растений в черноземах находится в форме труднодоступных или недоступных для растений соединений [5]. Поэтому особое значение приобретает обеспеченность почвы усвояемыми формами N, P, K, трансформация которых определяется деятельностью микроорганизмов [6].
Таблица 4
Динамика содержания органического вещества и каталазная активность почвы при внесении гуминовых удобрений под озимую пшеницу (фаза выхода в трубку - числитель, созревания зерна - знаменатель), ^=2,56
Активность
Вариант С % Сорг, % td каталазы, мл О2 /г почвы за мин td
Контроль 2,94/2,91 - 5,75/9,40 -
Биогумус 3,08/2,96 3,28/0,18 5,30/7,80 1,44/1,36
Лигногумат 3,01/2,90 2,14/0,04 5,45/7,77 6,51/1,57
Гумат К 3,08/3,11 3,28/0,6 4,95/8,05 0,68/1,04
Известно, что термостабильная каталаза обусловливает половину либо даже 2/3 общей каталитической активности почв [4]. Активность каталазы и содержание в Большой интерес представляют данные по обеспе-почве органического вещества взаимосвязаны, но эта ченности почвы подвижными формами фосфора и зависимость не носит характера прямой пропорцио- увеличению его доступности растениям в результате нальности (табл. 4). Несмотря на то что стимулирующее применения гуминовых удобрений (табл. 5).
Таблица 5
Динамика элементов питания при внесении гуминовых удобрений под озимую пшеницу, мг/100 г почвы (t^ = 2,56)
Вариант Элементы питания
Фаза
Кущение Выход в трубку Созревание зерна
Р2О5 td N-NH4 td N-NO3 td EN Р2О5 td Р2О5 td
Контроль 2,67 - 10,08 - 3,1 - 13,18 4,25 - 4,70 -
Биогумус 5,53 25,39 10,39 3,47 6,35 18,63 16,74 4,70 3,08 4,55 0,84
Лигногумат 4,66 14,05 12,25 15,95 5,13 3,07 17,38 4,75 3,97 5,10 3,26
Гумат К 4,85 19,58 15,66 32,55 5,59 25,96 21,25 4,95 4,67 5,00 2,32
Уже в фазу кущения обеспеченность почвы подвижными формами фосфора на всех вариантах с использованием гуминовых удобрений соответствует категории «высокой», при этом наибольшее значение отмечается на варианте с применением биогумуса 5,53 мг/100 г почвы, обеспеченность фосфором кон-
трольного варианта соответствует категории «средней». Эти различия статистически достоверны. В фазу выхода в трубку обеспеченность подвижными формами фосфора на контрольном варианте переходит в категорию «повышенной» 4,25 мг/100 г почвы, в то время как на вариантах с применением гуминовых
удобрений остается «высокой». Но в эту фазу наибольшей обеспеченностью обладает вариант с гума-том калия - 4,95 мг/100 г почвы.
В фазу созревания зерна все варианты характеризуются высокой обеспеченностью подвижными формами фосфора. Более высокое содержание по сравнению с контрольным обнаружено на вариантах «лигно-гумат» и «гумат К». При применении биогумуса наблюдается наименьшее значение - 4,55 мг/100 г почвы, но разница с контролем статистически недостоверна, следовательно, снижение обеспеченности подвижным фосфором лежит в пределах ошибки опыта.
Рассматривая динамику подвижного фосфора на контрольном варианте, можно заметить, что к лету его содержание постепенно увеличивается. То есть улучшение водного и температурного режима без внесения удобрений способствует переводу труднодоступного фосфора в подвижные формы. Тем не менее применение гуминовых удобрений ускоряет процесс мобилизации фосфора.
Изучить динамику подвижных форм азота в эксперименте не удалось. Был проведен анализ образцов только в фазу кущения. Так как методика определения подвижных форм азота предполагает проведение анализа при естественной влажности, то для воздушно-сухих образцов 2 и 3-го отборов анализ не проводился.
Как показывают результаты, обеспеченность подвижными формами азота в фазу кущения на всех вариантах соответствует категории «очень высокая» (табл. 5). Все варианты с применением гуминовых удобрений обладают более высокой обеспеченностью азотом по сравнению с контролем, наибольшее соответствует
Поступила в редакцию_
варианту с гуматом калия. Разница с контролем на всех вариантах по критерию Стьюдента достоверна.
Выводы
1. Несмотря на различные способы получения гуминовых препаратов, механизм их влияния на почвенное плодородие практически одинаков: повышение биологической активности ведет к интенсификации процессов минерализации и гумификации, увеличению содержания подвижных форм азота и фосфора.
2. Более высокая активность каталазы в фазу созревания зерна усиливает процессы минерализации, это определяет более низкое значение содержания органического вещества в почве в эту фазу по сравнению с фазой выхода в трубку.
Литература
1. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкала для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48-54.
2. Дмитриев Е.В. Математическая статистика в почвоведении. М., 1972. 264 с.
3. Шерстнев А.К. Модификация метода определения пероксидаз и полифенолоксидаз // Экология и биология почв юга России. Ростов н/Д, 2003. С. 95 - 97.
4. Вигоров, Л.И. Особенности каталазы подзолистой почвы// Докл. АН СССР. 1958. № 6. С. 50 - 52.
5. Полтавская И.А., Коваленко В.Д. Динамика плодородия чернозема под влиянием удобрений // Научные основы рационального использования и повышения производительности плодородия почв Северного Кавказа. Ростов н/Д, 1983. С. 134 - 147.
6. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. М., 1972. 343 с.
2 ноября 2010 г.
