Агроэкологическая оценка коробиогумуса

Введение. В условиях возрастающих антропогенных воздействий на природные экосистемы происходит накопление разнообразных отходов, которые необходимо утилизировать. Многотоннажные отходы лесной промышленности и животноводства могут рассматриваться в качестве компонентов для создания новых видов удобрений, востребованность в которых вполне очевидна.

Почвы, выполняя важнейшие экологические функции [5], нуждаются в настоящий период в оздоровлении и увеличении продуктивности. Масштабы деградации и патологии почв вызывают серьезную озабоченность [13]. Концепция “качества и здоровья почвы” в течение двух последних десятилетий интенсивно разрабатывается учеными. Важное место в ней отводится органическим удобрениям, с помощью которых существенно восстанавливаются плодородие и продуктивность почв. Запасы удобрительных средств целе- сообразно увеличивать за счет применения новых технологий переработки различных отходов. Одной из таких технологий является вермикомпостирование. Это процесс биоокисления и стабилизации органических материалов (например, отходов) в результате совместной деятельности компостных червей и мезофильных микроорганизмов [15]. Совершенствование приемов вермикомпостирования отходов лесной и животноводческой отраслей, а также проверка эффективности полученного удобрения, представляется актуальным.

Цель исследований . Дать агроэкологическую оценку коробиогумуса как органического удобрения и определить эффективность его применения на агросерой почве.

Объекты и методы исследований . Вегетационно-полевой опыт был заложен в сосуды без дна диаметром 50 см и объемом 20 кг на полевом стационаре «Ветлужанка» (Красноярская лесостепь) по схеме:

• -    почва – контроль (без удобрений);

• -    почва + 3 т/га коробиогумуса;

• -    почва + 6 т/га коробиогумуса;

• -    почва + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса);

• -    почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса);

• -    почва + 3 т/га коробиогумуса + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса);

• -    почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса).

Повторность опыта 4-кратная. Гумусово-элювиальный горизонт агросерой почвы, используемый в опыте, характеризуется тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, невысоким содержанием гумуса и обменных катионов, кислым рН (табл. 1). Коробиогумус, взятый для опытов, был подготовлен по технологии, разработанной [10]. Для этого субстрат, состоящий из сосновой коры и птичьего помета, компостировался 3 месяца в присутствии компостного червя вида Eisenia fetida. На опыте выращивалась кукуруза сорта Сибирячка. В фазе созревания початков растения были срезаны и взвешены. После учета урожая были отобраны почвенные и растительные образцы из каждого сосуда.

Агрохимические показатели почв (слой 0–20 см)

Таблица 1

Почва	Гумус, %	Валовые, %		рН		мг-экв /100 г
		N	P 2 O 5	H 2 O	KCl	Ca++	Mg++	H++Al+3	ЕКО
Агросерая тяжелосуглинистая	3,28	0,15	0,08	5,1	4,6	14,4	3,1	2,8	20,3

В почвенных образцах определяли легко- и трудногидролизуемый азот в 1 н и 6 н NaOH (соответственно) по Корнфилду, аммонифицирующую и нитрифицирующую способность, содержание аммонийного и нитратного азота в 0,03 н K 2 SO 4 колориметрически, биологическую активность по выделению СО 2 , используя при этом чашки Конвея [1]. В растительных пробах были определены на БИК-анализаторе следующие химические элементы: C, N, K, Ca, Mg, Si. Все полученные результаты были обработаны статистическими методами по программе Microsoft Office Excel.

Результаты исследований и обсуждение . Кора сосны отличается повышенным содержанием лигнина (45 %), небольшим количеством легкогидролизуемых полисахаридов (14 %), кислым рН (3,7–4,0) и очень широким отношением С:N (153), что обусловливает низкую интенсивность ее минерализации. По данным [3], константа разложения корового опада сосны не превышает 0,09–0,11 мг С • г С^-1• сут^-1.

Добавление к коре богатого азотом птичьего помета активизирует процесс биоконверсии. Вермиком-постирование коры сопровождается активной утилизацией наиболее подвижных органических соединений и сужением отношения С:N. Полученный коробиогумус – это хорошо структурированное, влажное, рыхлое, пористое, черно-коричневое органическое вещество, обогащенное азотом и зольными элементами, и характеризующееся нейтральным рН (табл. 2). Следовательно, такие параметры, как сравнительно узкое отношение С:N, высокая зольность и нейтральный рН, являются основой для агроэкологической оценки коробиогу-муса и определяют экологические условия для его использования.

Таблица 2

Показатель	Содержание на сухое вещество, %
Влага	56,28
Азот: общий	1,31
аммонийный	0,105
нитратный	0,108
Р 2 О 5 общий	2,45
К 2 О общий	1,09
Зола	55,37
рН	6,92
С:N	38

Химический состав коробиогумуса

Согласно теории внутрипочвенного цикла азота [14, 9], все органическое вещество почвы подразделяется на активную (легкоминерализуемую) и пассивную (стабильную, трудноминерализуемую) фракции. Азотсодержащие соединения (амикислоты, амиды), образующие легкогидролизуемый азот, являются основным резервом для непрерывного пополнения запасов минерального азота в агросерой почве в результате постоянно протекающих процессов минерализации – иммобилизации. Добавление в почву коробиогумуса, как установлено, способствует увеличению активной формы органического вещества и участию ее в снабжении растений азотом (рис. 1).

Органическое вещество пассивной фракции очень устойчиво к разложению микроорганизмами и поэтому менее активно вовлекается в обменные процессы азотного цикла. Однако нужно иметь в виду, что трудногидролизуемый азот, включающий амины, часть необменного аммония и часть гуминов, обеспечивает устойчивость почвы к различным воздействиям и поддерживает гумусное состояние почвы.

^й

• ■    Легкогидролизуемый азот

• ■    Трудногидролизуемый азот

Рис. 1. Изменение легко- и трудногидролизуемого азота в агросерой почве, удобренной коробиогумусом, мг/кг: 1 – почва – контроль (без удобрений); 2 – почва + 3 т/га коробиогумуса;

3 – почва + 6 т/га коробиогумуса; 4 – почва + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса);

5 – почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса); 6 – почва + 3 т/га коробиогумуса + NPK

(экв 3 т/га коробиогумуса); 7 – почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)

Среднее содержание легкогидролизуемого азота в агросерой почве невысокое и составляет 94 мг/кг. Такой уровень накопления легкогидролизуемого азота объясняется пониженным содержанием общего азота в этой почве, а также слабо происходящими в ней процессами гидролитического расщепления и минерализации азотсодержащих органических соединений [4]. Ранее [2] было показано, что серые почвы Красноярской лесостепи, сформированные на коричнево-бурых глинах, отличаются незначительной выраженностью дернового и подзолистого процессов. Это обусловлено спецификой экологических условий их формирова- ния: небольшое количество осадков, промерзание и позднее оттаивание, тяжелый гранулометрический состав почвообразующих пород. Сложное сочетание факторов почвообразования в прошлой и настоящей (испытывают агрогенное воздействие) экологической обстановке отразилось на азотном состоянии этих почв.

Внесение в почву коробиогумуса способствует увеличению количества легкогидролизуемого азота. Особенно заметное повышение этой фракции азота отмечается в почве, удобренной 6 т/га коробиогумуса. Здесь она достигает 114 мг/кг против 102 мг/кг в почве, удобренной 3 т/га коробиогумуса. По сравнению с исходной (контрольный вариант) почвой различия составляют 8 и 20 мг/кг соответственно. Это свидетельствует о том, что ко-робиогумус, будучи органическим материалом, пополняет в почве запасы азотосодержащих соединений.

Внесение в агросерую почву только минеральных удобрений в дозах, эквивалентных соответствующим дозам коробиогумуса, приводит к усилению минерализационных процессов и небольшому снижению содержания легкогидролизуемого азота. Совместное внесение коробиогумуса в дозе 3 т/га и азотно-фосфорно-калийного минерального удобрения не способствует накоплению гидролизуемой фракции органического азота в почве. Увеличение дозы коробиогумуса до 6 т/га вместе с минеральными удобрениями приводит к обогащению почвы легкогидролизуемым азотом. Однако уровень аккумуляции азота в почве этого варианта опыта соответствует варианту с внесением 6 т/га без минеральных удобрений. Значит, минеральные удобрения не влияют на накопление легкогидролизуемого азота в агросерой почве.

Ориентируясь на группировку величины коэффициента вариации, предложенную [12], отметим, что варьирование содержания легкогидролизуемой фракции азота в выборке всех вариантов опыта незначительное.

Среднее содержание трудногидролизуемого азота в агросерой почве контрольного варианта опыта равняется 152 мг/кг. Наиболее существенные различия в уровне аккумуляции этой фракции органического азота обнаруживаются в почве на вариантах контроль и 6 т/га коробиогумуса. Внесение минеральных удобрений на фоне 3 и 6 т/га коробиогумуса снижает количество трудногидролизуемого азота в почве. Варьирование этого показателя незначительное. Полученные материалы по изменению гидролизуемых фракций азота в агросерой почве, удобренной коробиогумусом, хорошо сочетаются с количественными оценками биологической активности (табл. 3).

Изменение биологической активности агросерой почвы

Таблица 3

Вариант	СО 2 , мг/100 г
	Х ± S х	V, %
Почва – контроль (без удобрений)	5,4±1,3	48
Почва + 3 т/га коробиогумуса	5,4±0,7	26
Почва + 6 т/га коробиогумуса	5,6±0,6	21
Почва + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	5,9±0,4	15
Почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)	8,8±1,0	24
Почва + 3 т/га коробиогумуса + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	4,3±1,7	79
Почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)	6,5±1,4	45

Наиболее высокая интенсивность выделения СО 2 наблюдается на вариантах почва + NPK и почва +коробиогумус + NPK, что подтверждает повышенную скорость минерализации органического вещества почвы.

В составе минерального азота в агросерой почве всех вариантов опыта доминирует нитратная форма (табл. 4). Среднестатистическое содержание нитратного азота в почве контрольного варианта составляет 1,4 мг/100 г с ошибкой средней, равной 0,6 мг/100 г. Максимальное количество нитратов отмечается в почве, удобренной 6 т/га коробиогумуса. Оно достигает здесь 2,4 мг/100 г почвы и соответствует очень высокой обеспеченности.

В почве других вариантов опыта не наблюдается количественных изменений нитратного азота. Варьирование содержания нитратов в почве опыта, судя по градациям [12], высокое и очень высокое. Это объясняется более выраженной реакцией процесса нитрификации на меняющиеся условия. Среднее содержание аммонийного азота в агросерой почве контрольного и удобренных вариантов опыта не различается и находится в интервале 0,4–0,5 мг/100 г. Варьирование этого показателя от небольшого до среднего.

Таблица 4

Вариант	N-NH 4		N-NO 3
	Х ± S х	V, %	Х ± S х	V, %
Почва – контроль (без удобрений)	0,4±0,02	12	1,4±0,6	82
Почва + 3 т/га коробиогумуса	0,5±0,06	26	1,6±0,4	51
Почва + 6 т/га коробиогумуса	0,5±0,06	29	2,4±1,0	82
Почва + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	0,5±0,06	28	1,4±0,3	49
Почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)	0,5±0,1	42	1,5±0,3	41
Почва + 3 т/га коробиогумуса + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	0,4±0,04	24	1,5±0,5	72
Почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)	0,4±0,04	22	1,4±0,5	73

Содержание минеральных форм азота в агросерой почве, мг/100 г

Известно [17], что количественное накопление N-NH 4 и N-NO 3 определяется соотношением процессов аммонификации и нитрификации при разложении азотсодержащих органических соединений. В серой почве зачастую отмечается преобладание аммонификационного процесса над нитрификационным, что предопределено как генезисом этой почвы, так и экологическими условиями её функционирования. В условиях нашего опыта цикл превращения азотсодержащего органического вещества сопровождается достаточно полным окислением аммония до нитратов. К тому же обнаруженное количество нитратного азота не в полной мере характеризует темпы его мобилизации в почве разных вариантов опыта за счет текущей нитрификации, поскольку одновременно в течение всего вегетационного сезона происходит снижение его запасов за счет потребления растениями и микроорганизмами, а также, возможно, вымывания или денитрификации. Кроме того, обнаружено, что содержание N-NO 3 в почве опыта после 2-недельного компостирования в оптимальных условиях увлажнения и температуры уменьшается по сравнению с количеством нитратного азота до компостирования. Значит, процесс компостирования почвенных образцов всех вариантов опыта сопровождался иммобилизацией азота микробной плазмой. Количество иммобилизованного азота в почве увеличивается до 10–22 мг/100 г в зависимости от дозы коробиогумуса. Дальнейшая судьба иммобилизованного азота определяется условиями его минерализации. Вклад этого азота (микробный азот) в общий запас легкодоступных азотсодержащих соединений весьма существенный, особенно на вариантах с внесением коробиогумуса.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что внесение удобрений в агросерую почву способствует увеличению фитомассы кукурузы (табл. 5). Особенно это обнаружено в варианте с внесением в почву 6 т/га коробиогумуса. Относительно контроля здесь урожайность кукурузы увеличилась на статистически значимую величину.

Запасы фитомассы кукурузы

Таблица 5

Вариант	Сырая фитомасса, г/сосуд		Початки, шт.
	Х ± S х	V, %
Почва – контроль (без удобрений)	339,5±28,1	17	1
Почва + 3 т/га коробиогумуса	430,0±54,6	25	1
Почва + 6 т/га коробиогумуса	507,5±83,3	33	2
Почва + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	340,0±42,3	25	2
Почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)	431,7±116,5	54	1
Почва +3 т/га коробиогумуса + NPK (экв 3 т/га ко-робиогумуса)	396,5±56,9	29	1
Почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га ко-робиогумуса)	440,0±54,1	24	2
НСР 0,05	99,9	-	-

Дополнительное внесение минеральных удобрений не способствовало повышению массы кукурузы. На варианте с NPK удобрениями в дозе, эквивалентной 3 т/га коробиогумуса, урожайность кукурузы идентична её урожайности на контроле. Запасы надземной фитомассы кукурузы на агросерой почве, удобренной минеральными удобрениями в дозе, эквивалентной 6 т/га коробиогумуса, возрастают на статистически значимую величину по сравнению с контролем и вариантом с NPK в дозе, эквивалентной 3 т/га коробиогумуса. Это объясняется дополнительным поступлением в почву легкодоступных питательных элементов.

Общая потребность сельскохозяйственных культур в элементах минерального питания характеризуется размерами биологического выноса – количеством питательных элементов во всей формирующейся биомассе растений, т.е. в надземных органах и корнях [6]. Вынос химических элементов растениями зависит от концентрации их в фитомассе и запасов этой фитомассы [7, 17, 8]. Известно [11], что растения очень избирательны по отношению к потребляемым химическим элементам.

Надземная фитомасса кукурузы, выращиваемая в нашем опыте на агросерой почве без удобрений и с внесением в разной дозе коробиогумуса, минеральных удобрений, или совместно коробиогумуса и минеральных удобренияй, характеризуется зольностью в пределах 5,7–7,4 %. Надземная фитомасса кукурузы на неудобренном (контрольном) фоне отличается наименьшей зольностью. Количество золы в фитомассе кукурузы на удобренных вариантах повышается, достигая наибольших значений на вариантах с совместным внесением 3 т/га коробиогумуса и NPK. Установлено, что внесение коробиогумуса приводит к уменьшению концентрации азота и расширению отношения C:N (до 56 против 48 на контроле) в фитомассе кукурузы.

Рассмотрим данные по содержанию некоторых химических элементов в надземном растительном веществе кукурузы (табл. 6). Сразу же отметим, что значимых различий в содержании этих химических элементов в фитомассе кукурузы на вариантах опыта не наблюдается. Ошибка средней везде незначительная. Варьирование любого элемента чаще всего очень небольшое. Преобладающими являются Са и К, что не противоречит известным фактам [16].

Содержание химических элементов в надземной фитомассе кукурузы, %

Таблица 6

Вариант	Si		Ca		Mg		K
	Х ± S х	V	Х ± S х	V	Х ± S х	V	Х ± S х	V
Почва – контроль (без удобрений)	0,34±0,01	5	0,78±0,08	22	0,29±0,02	10	0,96±0,04	9
Почва + 3 т/га коробиогумуса	0,36±0,01	8	0,81±0,03	8	0,29±0,01	7	0,95±0,04	8
Почва + 6 т/га коробиогумуса	0,34±0,01	5	0,79±0,08	20	0,29±0,01	7	1,04±0	1
Почва + NPK (экв 3 т/га ко-робиогумуса)	0,36±0,02	11	0,78±0,06	16	0,29±0,01	3	1,08±0,11	20
Почва + NPK (экв 6 т/га ко-робиогумуса)	0,39±0,02	10	0,79±0,05	14	0,30±0	3	0,97±0,07	15
Почва + 3 т/га коро-биогумуса+ NPK (экв 3 т/га коробиогумуса)	0,39±0,03	15	0,76±0,11	28	0,29±0,01	3	1,12±0,10	18
Почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогу-муса)	0,37±0,02	10	0,74±0,07	20	0,31±0	3	1,00±0,11	22

Повышенные концентрации этих элементов обуславливают хорошие кормовые качества фитомассы кукурузы. Концентрация Si – элемента, придающего устойчивость стеблю, почти не изменяется в растительном веществе кукурузы на разных вариантах опыта. Содержание Mg также маловарьирующий показатель в фитомассе растений, выращенных на разных фонах.

Вынос химических элементов кукурузой определяется в первую очередь величиной фитомассы, а затем концентрацией элемента (рис. 2). Минимальный вынос кремния, кальция, магния и калия отмечается на контрольном варианте и на варианте почва + NPK. Внесение коробиогумуса 6 т/га, способствуя увеличению фитомассы кукурузы, сопровождается максимальной величиной выноса этих химических элементов.

Рис. 2. Вынос химических элементов кукурузой, г/сосуд: 1 – почва – контроль (без удобрений);

2 – почва + 3 т/га коробиогумуса; 3 – почва + 6 т/га коробиогумуса;

4 – почва + NPK (экв 3т/га коробиогумуса); 5 – почва + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса); 6 – почва + 3 т/га коробиогумуса + NPK (экв 3 т/га коробиогумуса); 7 – почва + 6 т/га коробиогумуса + NPK (экв 6 т/га коробиогумуса)

Выводы

• 1.    Коробиогумус характеризуется нейтральным рН, высокой зольностью и довольно узким отношением C:N.

• 2.    Внесение 6 т/га коробиогумуса в агросерую почву приводит к накоплению органических гидролизуемых фракций азота, увеличению фитомассы кукурузы и выносу химических элементов на статистически значимую величину по сравнению с неудобренным вариантом опыта. Достоверных изменений в содержании нитратного и аммонийного азота в удобренной коробиогумусом агросерой почве по сравнению с неудобренным вариантом опыта не обнаружено.

• 3.    Азотмобилизующая способность почвы под действием коробиогумуса сопровождается иммобилизацией минерального азота.