Действие пометнолигнинового компоста на продуктивность агроценозов Республики Коми

В настоящее время наблюдается снижение производства минеральных удобрений и навоза. Поэтому нетрадиционным видам удобрений принадлежит важная роль, поскольку они повышают урожайность культур сельского хозяйства [1, 2]. К нетрадиционным видам удобрений относится лигнин, который получают в гидролизной промышленности России в качестве отходов более 4 млн т в год. В планах его увеличение в 2,5–3,0 раза. Сходство лигнина с органическим веществом почвы позволяет его использовать в агропромышленном комплексе (далее – АПК) как составную часть компостов. Как известно, подобные удобрения достаточно хорошо способны обогащать почву как органическими, так и минеральными компонентами. На сегодняшний день в сельском хозяйстве уже применяют многие виды удобрений, в том числе и состоящие из разных элементов: торфа, опилок, помета птиц, минеральных компонентов, стимуляторов роста и т. д. Кроме того, в сельском хозяйстве также используется и смесь для удерживания влаги, которая состоит из отходов древесной промышленности и гидролизного лигнина, а также обладает питательными свойствами, что очень важно для выращивания сельскохозяйственных культур в тепличных условиях [4, 5]. Единственное, почему нельзя в большом количестве применять гидролизный лигнин в виде органики для удобрений, это низкие значения его рН=1,9–4,7 [6, 7], обусловленные технологическими приемами переработки древесины. Также гидролизный лигнин содержит в своем составе вещества фенольной природы и остатки серной кислоты, которые можно нейтрализовать добавлением известковых материалов, что проводится путем применения различных подходов, в том числе и перемешивание в компостной яме с такими компонентами, как помет, соли фосфора и калия. Только после данной процедуры лигнин допускается применять в качестве органического удобрения для разных сельскохозяйственных культур [8, 9].

Цель исследований – установление зависимости урожайности дерново-подзолистой почвы от применения пометнолигнинового компоста.

Материал и методы

Научные исследования на почвах опытного участка Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН Республики Коми проводили в соответствии с методикой Б. А. Доспехова [10]. До закладки опыта для почвы опытного участка характерен низкий уровень плодородия со следующими физико-химическими по держание подвижного фосфора – 97,0 го калия – 94,5 мг/кг, гумуса – 2,42 %; pHKCL=4,79; гидролитическая кислотность составляла 4,5 ммоль/100 г почвы.

В научной работе использовали следующие методы химического анализа. В образцах почвы определяли рН солевых вытяжек и гидролитическую кислотность ионометрически с помощью анализатора жидкости «Эксперт - 001»; подвижные формы фосфора – по методу Кирсанова применяя спектрофотометр GENESYS 150 при длине волны 710 нм. Массовую долю обменных форм калия ление в муфельной печи; сырую клетчатку – при помощи отделения компонентов, растворимых в щелочной среде, и выделения объема осадка, который можно расценивать в качестве клетчатки; калий измеряли посредством пламенного фотометра на растительном сырье после того, как провели процедуру сухого озоления; нитратный азот – ионоселективным способом; кальций – трилонометрически; кормовые единицы, БЭВ, сырой протеин – расчетным методом.

В ходе исследования выяснилось, что в состав технического лигнина входит небольшое количество азота и зольных элементов (рис. 1 и 2), а также для него характерна высокая кислотность, это явилось препятствием для его применения в качестве удобрения.

Однако сходство лигнина с негидролизуемой частью гуминовой кислоты позволяет использовать его как источник прогумусовых веществ. Уникальные свойства лигнина послужили основой для исследования относительно его использования в качестве удобрения.

Как ранее мы отметили, лигнин нейтрализуется посредством обработки доломитовой мукой. После проведения процедуры физические свойства практически не отличаются от тех показателей, которые были у него до обработки. Если говорить об агрохимических характеристиках, то объемы азота, калия и фосфора увеличиваются в течение нескольких недель после окончания обработки,

-

Лигнин

ПЛК

ТНК

Помет          Лигнин + доломитовая мука

Удобрение

[□ Зольность ■ Влажность □ K2O □ P2O5 ■ N

определяли на пламенном фотометре; обменные катионы кальция и магния

– комплексонометрическим методом; сумму поглощенных оснований – методом Каппена; общий азот – с помощью спектрофотометра GENESYS 150 при длине волны 655 нм; массовую долю органического углерода и гумуса почвы по методу Тюрина в модификации ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН [11], используя спектрофотометр GENESYS 150.

В растениях определяли биохимические параметры. Объемы общего азота и фосфора вычисляли посредством применения подхода фотоколорометри-ки; сырую золу – применяя сухое озо-

Рисунок. 1. Агрохимические свойства удобрений, в % к абсолютно сухой массе.

Figure 1. Agrochemical properties of fertilizers, in % of absolutely dry weight.

мука

Удобрение

■ N – NO3 ■ N – NH4 □ K2O по Кирсанову □ P2O5 по Кирсанову

Рисунок 2. Агрохимические свойства удобрений, в мг/кг к абсолютно сухой массе.

Figure 2. Agrochemical properties of fertilizers, in mg/kg of absolutely dry weight.

к увеличению калия с 48,3 до 350,1 мг/кг, фосфора – с 56,2 до 1791,2 мг/кг (рис. 4); гумуса – с 2,77 до 6,32 % (рис. 5). Это означает,

Удобрение

Рисунок 3. Кислотность лигнина и его модификаций, а также торфонавозного компоста.

Figure 3. Acidity of lignin and its modifications, as well as of peat-manure compost.

что исследуемое удобрение может выступать как регулятор важнейших свойств почвы.

К снижению всех видов кислотности почвы привело внесение ПЛК вместе с известкованием почвы (рис. 6).

Нейтрализовать кислотность почвы удалось посредством внесения доломитовой муки и ПЛК, что позволило снизить кислотность до нормативного значения (рис. 7).

Таким образом, итоги исследования показывают, что состав почвы после внесения удобрений стал намного питательнее, объемы гумуса, азота, фосфора и калия повыси-

[■ P2O5 □ K2O

Рисунок 4. Воздействие пометнолигнинового комплекса на содержание фосфора и калия

лись в несколько раз, что является довольно в почве.

позитивным моментом. Использование высо- Figure 4. Effect of manure-lignin compost on soil phosphorus and potassium contents.

кой дозы ПЛК привело к увеличению весовой влажности относительно контрольного варианта (рис. 8).

Что касается объемной влажности, то она была ниже оптимальной при наиболее высокой дозе ПЛК.

В зависимости от дозы ПЛК наблюдалось увеличение общей порозности почвы на 2,6–15,4 %. Варианту ПЛК 1000 т/га свойственна наибольшая общая порозность (64,98 %), превышающая контрольный вариант на 15,36 %.

Также повышение доз ПЛК способствовало увеличению порозности аэрации. Так, при наиболее высокой дозе ПЛК составила 31,17 %, что выше контрольного варианта на 6,7 %.

Под влиянием пометнолигнинового комплекса наблюдалось снижение объемной массы почвы во всех вариантах на 0,19– 0,41 г/см3, при наибольшей дозе ПЛК снижение более существенно. Для удельной массы почвы также характерно снижение, однако отклонение от контроля в двух вариантах несущественно (рис. 9). Опыты, проведенные в полях, свидетельствуют о питательных свойствах ПЛК длительного действия, а

Вариант

Рисунок 5. Воздействие пометнолигнинового комплекса на содержание гумуса в почве.

Figure 5. Effect of manure-lignin compost on soil humus content.

Рисунок 6. Воздействие пометнолигнинового комплекса вместе с известкованием почвы на изменение ее кислотности.

Figure 6. Effect of manure-lignin compost together with liming on the soil acidity change.

Вариант

Рисунок 7. Воздействие пометнолигнинового комплекса совместно с доломитовой мукой на изменение гидролитической кислотности почвы.

Figure 7. Effect of manure-lignin compost together with dolomitic meal on the soil hydrolytic acidity change.

Вариант

□ Весовая влажность ■ Объемная влажность □ Общая порозность □ Порозность аэрации

Рисунок 8. Изменение весовой и объемной влажности, общей порозности и порозности аэрации почвы (слой 0-10 см) под воздействием пометнолигнинового комплекса.

Figure 8. Change in weight moisture content, volumetric moisture content, total porosity and aeration porosity of soil (0-10 cm from soil surface) under the influence of manure-lignin compost.

Вариант t±: Объемная масса, г/см3 -■- Удельная масса, г/см3

Рисунок 9. Изменение объемной и удельной масс почвы (слой 0–10 см) под влиянием пометнолигнинового комплекса.

Figure 9. Change in volume soil weight and specific soil weight (0-10 cm) under the influence of manure-lignin compost.

Исследование показало увеличение урожайности злаковых трав по мере увеличения дозы пометнолигнинового комплекса во всех вариантах опыта (рис. 10).

Исследование показало, что в рассматриваемый период времени эффективность удобрений различалась в зависимости от таких факторов, как погодные условия и возраст растения в период уборки урожая.

Продуктивность сена увеличивается при повышении доз ПЛК, наиболее высокая доза ПЛК дает наибольший урожай. По результатам восьми лет исследований валовой урожай многолетних трав превысил контрольный вариант на 82,9 % (рис. 11). Сравнивая полученный урожай от использования ПЛК и торфонавозного компоста (доза – 200 т/га), следует отметить, что с помощью ПЛК продуктивность растет с 15 до 230 ц/га.

Согласно рис. 12, применение ПЛК в наибольшей дозе позволило увеличить в сене сырой протеин на 1 %; сырую золу – на 0,2 %; сырой жир – на 0,26 %; содержание клетчатки снизилось с 34,5 до 33,4 %.

Также наблюдался рост содержания каротина с 63,1 до 70,7 мг/кг, количество нитратов находилось в пределах допустимой нормы (рис. 13).

Изменение доз ПЛК привело к колебанию кормовых единиц в 1 кг сена то в сторону снижения, то в сторону увеличения (рис. 14).

Заключение

В ходе исследования выяснилось, что ПЛК по технологическим и агрохимическим свойствам эффективнее традиционных торфонавозных. Кроме того, пометнолигниновый комплекс способствует снижению кислотности почвы; повышению содержания в ней гумуса, подвижных форм фосфора и калия.

Повышение доз ПЛК благоприятно влияло на рост урожайности сена. Повы- шению качества сена, содержания каротина; макроэлементов; сбора белка с 1 га сельскохозяйственных земель способствовали удобрения на основе лигнина. Также необходимо отметить, что качество также об изменении физических свойств почвы в сторону улучшения за счет ПЛК. Для роста урожайности растений на тяжелых почвах [12] гидролизный лигнин при одновременном его внесении с известью может быть более эффективным, чем ПЛК.

сена не ухудшалось под воздействием пометнолигнинового компоста в дозе 1000 т/га (отсутствовало превышение нитратами предельно допустимой концентрации (далее – ПДК)).

Без удобрений ПЛК 50       ПЛК 100      ПЛК 200      ПЛК 1000       Л 100

ТНК 200       НСР05

Вариант

□ Действие, 2009 год ■ Последействие, 2009 год □ Последействие, 2010 год □ Последействие, 2011 год

■ Последействие, 2013 год □ Последействие, 2015 год □ Последействие, 2017 год □ Последействие, 2019 год

Рисунок 10. Изменение продуктивности многолетних злаковых трав (сено) вследствие влияния пометнолигнинового комплекса, ц/га.

Figure 10. The productivity change of perennial cereal grasses (hay) after application of manure-lignin compost, c/ha.

Вариант

Рисунок 11. Изменение валового сбора многолетних злаковых трав (2008–2019) за счет ис- . пользования пометнолигнинового комплекса.

Figure 11. The gross yield change of perennial cereal grasses (2008–2019) after application of manure-lignin compost.                                                                    6.

□ Сырой протеин □ Сырой жир z Клетчатка z Сырая зола

Рисунок 12. Изменение клетчатки, сырого жира, сырой золы, сырого протеина в сене посредством применения пометнолигнинового комплекса (средние показатели за 2009–2019 годы).

Figure 12. Change in fibers, crude fat, crude ash, crude protein in hay after application of manure-lignin compost (2009–2019 averages).

Technology and Natural Sciences. – 2023. – Vol.1 (4). – Р. 26–34.

Патент РФ № 2174971. 20.10.2001. МПК

С05F11/02 Комплексное органо-минеральное удобрение и способ его получения / А. И. Коберник, М. Н. Чертов, В. Н. Шалобало [и др.].

Авторское свидетельство СССР № 1411323. 11.02.1987. МПК С05F11/02. Способ получения лигниного субстрата для выращивания растений / П. И. Омецинский, А. М. Абрамец, Г. Ф. Кострома [и др.].

Патент РФ № 2029461. 27.02.1995. МПК A01G31/00, МПК A01G9/00. Композиция для выращивания растений / В. И. Панасин.

Мухортов, Д. И. Выращивание лесопосадочного материала с использованием гидролизного лигнина и иловых осадков на дерново-подзолистых почвах Марий Эла: дис.... канд. с.-х. наук / Д. И. Мухортов. – Йошкар-Ола, 1999. – 239 с.

Калугина, З. С. Рекомендации по использованию гидролизного лигнина в теплицах лесного и сельского хозяйства / З. С. Калугина, А. С. Синников, Т. Б Мошкова. – Архангельск, 1982. – 8 с.

Осиновский, А. Г. Перспективы направлений использования лигнина в сельском хозяйстве / А. Г. Осиновский // Использование лигнина и его производных в сельском хозяйстве: тез. докл. II Всес. конф.