Экологическая оценка эффективности действия биогумуса на свойства чернозёма выщелоченного и растения салата

Введение. Процесс переработки органических отходов с использованием дождевых червей стал называться вермикультивированием, а полученный продукт – вермикомпостом или биогумусом. Метод вермикультивирования играет большую роль в решении природоохранных проблем, связанных с загрязнением окружающей среды [1].

Спрос на качественные органические удобрения в мире необычайно высок, потому что экологически чистые продукты питания остаются большим дефицитом. Только российским хозяйствам требуется ежегодно более 1,5 млн. т биогумуса. В настоящее время в России насчитывается около 200 мелких производителей биогумуса, которые произвели в 2003 году не более 3,5 тыс. т. При этом органического сырья для производства биогумуса более чем достаточно. Ежегодный объем только навоза КРС превышает 320 млн. т [2,3]. Переработка отходов животноводческих комплексов дождевыми червями является наиболее выгодной как с точки зрения экологии (отсутствие аммиака в атмосфере и избытка нитратов в почве и грунтовых водах), так и в плане соблюдения санитарных норм применения органических удобрений. Технология вермикультивирования является полностью безотходной, поскольку помимо основного своего продукта – биогумуса – позволяет использовать и биомассу интенсивно размножающихся дождевых червей, содержащую до 60% белка и до 14% жиров, в качестве ценной кормовой добавки птице, рыбам и свиньям [6,7,8].

Государственная политика по отношению к сельскому хозяйству меняется в сторону его экологизации и стимулирования биодинамических и органических систем земледелия, развития и внедрения экологически ориентированных систем сельского хозяйства, обеспечивающих развитие растений без ущерба для плодородия почв, таких, как органические удобрения, биопрепараты на основе полезных почвенных микроорганизмов, регуляторы роста и микроэлементы [4,5].

Цель исследований:   установить эффективность действия биогумуса

(вермикомпоста) на свойства чернозёма выщелоченного (пахотный слой) и особенности формирования урожая овощных культур (растений салата).

При этом решению подлежат следующие задачи:

• 1.    Выявить характер действия биогумуса на изменение агрегатного состава

• 2.    Установить степень изменения гранулометрического состава в пахотном

• 3.    Доказать эффективность действия биогумуса на изменение физико

• 4.    Определить характер изменения водно-физических и сорбционных

• 5.    Показать особенности воздействия биогумуса (вермикомпоста) на

пахотного слоя чернозёмных почв.

слое почвы при воздействии вермикомпоста (биогумуса).

химических свойств чернозёмных почв.

свойств пахотного горизонта чернозёма выщелоченного под воздействием биогумуса.

формирование сырой и сухой массы урожая растений салата.

Материалы и методы исследования. В 2021 году были проведены исследования на чернозёмах выщелоченных пахотных земель при выращивании зелёной массы растений салата, сорта «Изумрудный» (Lactuca sativa 'izumrudniy'). Сортовые особенности растений салата: масса одного растения 55-65 г., сорт относится к листовым, рекомендуется для зимне-весеннего оборота, ценится за устойчивость к стеблеванию.

Отбор образцов почв на землях сельскохозяйственного назначения, на которых выращивали растения салата, проводили в соответствии с требованиями:

• -    ГОСТ 17.4.3.01-2017 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». Для отбора проб почвы использовали лопату копательную остроконечную «ГОСТ 19596-87».

Анализ исследуемых образцов почв выполняли по следующим методикам:

• -    Определение гранулометрического состава почвы методом пипетки по Н.А.Качинскому пирофосфатным методом. (ГОСТ) Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по ГОСТ  12536-2014-Грунты.  Методы

лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава почвы.

• -    Анализ агрегатного состава почвы методом Н.И.Савинова. (Сухое просеивание).

• -    Плотность сложения почвы из рассыпного образца.

• -    Гигроскопическую влажность методом высушивания образца при 105 ⁰С до постоянной массы.

• -    Определение суммы обменных оснований почвы методом Каппена – Гильковица.

• -    Определение гидролитической кислотности с раствором 1н СН 3 СООNa с (рН 8,2)

• -    Определение углерода гумуса по методу И.В.Тюрина в модификации

В.Н.Симакова.

Результаты и обсуждение. В современных интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур особую значимость приобретает проблема разработки технологии применения адаптированных ростовых регуляторов, особенно в зонах «рискованного» земледелия и парниковых хозяйствах. При этом часто возникает необходимость стимуляции роста и развития растений и повышения потенциальных возможностей   их сопротивления    к неблагоприятным агроклиматическим условиям (Иванова, Гладков, Соколова, 2006). Гуминовые кислоты, как составная часть гумуса, встречаются практически во всех типах почв. Они входят в состав твердых горючих ископаемых (твердые и мягкие бурые угли), а также торфа и сапропеля. Однако в естественном состоянии эти соединения малоактивны и практически полностью находятся в нерастворимой форме. Физиологически активными являются лишь соли, образуемые гуминовыми кислотами со щелочными металлами – натрием, калием (гуматы).

На тяжелых глинистых почвах гуматы способствуют взаимному отталкиванию глинистых частиц за счет удаления излишних солей и разрушения компактной трехмерной структуры глины. В результате чего, почва становится более рыхлой, из нее легче испаряется излишняя влага, улучшается поступление воздуха, что облегчает дыхание и продвижение корней.

Сложившаяся ситуация в земледелии, характеризующаяся деградацией агроландшафтов, финансовыми трудностями предприятий, отсутствием бюджетных ассигнований, вынуждает искать альтернативные приемы хозяйствования. Разрабатываемые в настоящее время принципы перехода к биологизации земледелия и биологические средства повышения почвенного плодородия и увеличения урожайности культур нельзя противопоставлять известным средствам химизации (минеральным удобрениям, пестицидам и др.), так как при комплексном использовании всех средств действие биологических факторов усиливается.

Эти обстоятельства обусловили необходимость исследования влияния биогумуса на рост, развитие растений салата и свойства чернозёмных почв.

Таблица 1 – Влияние биогумуса на агрегатный состав чернозема выщелоченного

Варианты опыта	Агрегатный состав, %, мм									^стр
	>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,50,25	<0,25
1. Контроль	11,14	8,76	8,36	13,39	12,06	24,45	7,81	8,34	5,69	4,94
2. Биогумус 30 кг/м2	13,23	9,77	8,91	17,79	13,64	25,04	4,93	3,96	2,73	5,26

Исследованиями доказано влияние биогумуса, внесённого в почву в дозе 30кг/м2, на изменение агрегатированности пахотного слоя чернозёма выщелоченного. Так, установлено улучшение агрегатного состава почвы и её оструктуренности, обусловленная возрастанием количества агрономически ценных агрегатов размером 10-0,25мм до 84,04%, что на 0,87% превышало количество агрегатов указанного размера в контрольной пробе почвы без внесения биогумуса (83,17%). При этом показано снижение количества агрегатов размером более 10мм и менее 0,25мм, содержание которых составило 15,96% при внесении биогумуса в сравнении с 16,83% содержанием агрегатов указанного размера в контрольной почве. Изменение агрегатированности чернозёма выщелоченного в пахотном слое обусловило изменение коэффициента структурности почвы, так, под действием биогумуса изменяется не только агрегатированность почвы, но и её оструктуренность, подтверждённая увеличением значение коэффициента структурности до 5,26 ед. в сравнении с уровнем оструктуренности пахотного горизонта чернозёма выщелоченного в контрольной пробе почвы – 4,94 ед.

В условиях полевого опыта доказано положительное действие биогумуса на оструктуренность и механическую прочность структурных агрегатов, что сказалось на изменении водно-физических свойств почвы, её гранулометрического состава и общих физических свойств пахотного горизонта почвы.

Так, в условиях полевого опыта с внесением биогумуса в максимальной дозе 30кг/м2 выявлен характер изменения фракций гранулометрического состава почв (табл. 2). Как видно из данных таблицы 2, установлено значительное сокращение фракции частиц размером 0,25-0,05мм (мелкий песок) в 5,34 раза в сравнении с контрольной пробой почвы при значительном увеличении частиц физической глины менее 0,01мм с 42,4% в контрольной пробе до 44,8% в пробах почвы варианта с использованием самой высокой дозы биогумуса 30кг/м2, что обусловило увеличение плотности и снижение пористости почвы и, как следствие, снижение водопроницаемости с закономерным ухудшением водно-воздушного режима почвы.

При этом доказано постоянство гранулометрического состава почвы, независимого от доз используемых органических удобрений – биогумуса.

Таблица 2 – Влияние биогумуса на изменение гранулометрического состава чернозема выщелоченного

Варианты опыта	Фракции механических элементов, мм, %
	10,25	0,250,05	0,050,01	0,010,005	0,0050,001	<0,001	<0,01	Название гранулометрического состава
1. Контроль	1,20	9,52	46,88	12,12	14,0	16,28	42,4	Тяжелосуглинистая иловато-крупнопылеватая
2. Биогумус 30 кг/м2	8,54	1,78	44,92	8,7	16,68	19,38	44,76	Тяжелосуглинистая иловато-крупнопылеватая

В условиях опыта показано влияние биогумуса на изменение фракций в гранулометрическом составе пахотного горизонта чернозёма выщелоченного, подтверждённая увеличением фракции частиц крупного и среднего песка в сравнении с контрольным содержанием в 7,2 раза, а именно с 1,2 % до 8,54 %. При этом резко сокращается масса фракции частиц среднего и мелкого песка с 9,52% в контрольном варианте до 1,78% в опытных делянках с внесением максимальной дозы биогумуса, или 5,3 раза. Установленные изменения в количественном содержании фракций механических элементов показаны для механических элементов почвы размером менее 0,01мм, а именно для частиц средней пыли 0,01-0,005мм, мелкой пыли 0,0050,001мм и фракции ила меньше 0,001мм. Их количество в сравнении с контрольной пробой почвы возрастает для мелкой пыли и ила, но снижается количественное содержание частиц средней пыли с 12,12% в контроле до 8,7% при внесении максимальной дозы биогумуса, а количество частиц мелкой пыли и ила возрастает на 2,68% и 3,1% соответственно, или в 1,2 раза.

Изменения в количественном содержании фракций механических элементов не оказали влияния на изменение гранулометрического состава пахотного горизонта чернозёма, выщелоченного при внесении в него максимальной дозы биогумуса в количестве 30кг/м2. Можно предположить проявление склеивающего, сорбционного действия на объединение более крупных частиц почвы и растворяющего, диспергирующего действия на частицы мелких фракций в гранулометрическом составе почвы.

Доказанные изменения в агрегатном и гранулометрическом составе пахотного горизонта чернозёма выщелоченного являются основанием для исследования характера изменения физико-химических свойств чернозёмных почв под действием биогумуса. Как видно из данных таблицы 3 при использовании максимальной дозы биогумуса отмечается изменение в количественном содержании органического вещества в пахотном слое почвы, составе обменных катионов, степени насыщенности основаниями и величины ёмкости катионного обмена. Под действием максимальной дозы биогумуса 30кг/м2 возрастает количество органического вещества в пахотном слое почвы на 1,3%, что обусловило увеличение количества органического вещества в опытном варианте до 5,3% в сравнении с контрольным его содержанием в пахотном слое 4,0%. Увеличение количественных веществ в почве под действием биогумуса способствует интенсивной их гумификации и возрастанию количества гумуса в пахотном слое чернозёма выщелоченного.

Так, содержание гумуса возросло в 1,3 раза в сравнении с контрольным его содержанием, а именно если в контрольной почве количество гумуса составило 6,9%, то, в опытном варианте с внесением максимальной дозы биогумуса количество органического вещества возросло на 2,3% и составило 9,2%.

Таблица 3 – Эффективность действия биогумуса на физико-химические свойства чернозема выщелоченного

Варианты ответа	Гумус, %	С орг	S	Нг	ЕКО	Степень насыщенности основаниями, V, %
			мг-экв/100 г
1. Контроль	6,9	4,0	31,5	6,1	37,6	83,8
2. Биогумус 30 кг/и	9,2	5,3	36,4	6,5	42,9	84,8

Исследованиями доказано не только изменение гумусового состояния почвы под действием биогумуса, но и изменение физико-химических свойств почвы пахотного горизонта. Как видно из данных таблицы положительное действие биогумуса проявляется в увеличении суммы обменных оснований на 4,9мг-экв/100г в опытном варианте в сравнении с фоновой, контрольной почвой. Также установлено незначительное увеличение величины гидролитической кислотности на 0,4мг-экв/100г в варианте при использовании самой высокой дозы биогумуса 30кг/м2 в сравнении с контрольным уровнем гидролитической кислотности пахотного горизонта чернозёма выщелоченного. Установленное варьирование в составе обменных катионов почвы под действием биогумуса обусловило изменение величины ёмкости катионного обмена и степени насыщенности пахотного горизонта чернозёмной почвы основаниями. Так, величина ёмкости катионного обмена при внесении биогумуса в почву возросла на 5,3мг-экв/100г почвы и составила 42,9мг-экв/100г почвы, а степень насыщенности основаниями возросла на 1% и составила 84,8%.

Таблица 4 – Влияние биогумуса на изменение физических свойств почв

Варианты опыта	Плотность, г/см3		W гигроскопическая влажность,%	S свободная поверхность почвенных частиц, М"/г
	tL	d
1. Контроль	0,9	2,57	1,20	43,4
2. Биогумус 30 кг/м2	0,81	2,82	0,97	35,1

Доказанные изменения в гранулометрическом, агрегатном составе почвы и физико-химических свойствах чернозёма выщелоченного под действием биогумуса подтверждаются варьированием физических свойств пахотного горизонта почвы. Как видно из данных таблицы 4 максимальная доза биогумуса обусловливает снижение плотности почвы на 0,1г/см3, уменьшение гигроскопической влажности и снижение величины свободной поверхности почвенных частиц с 43,4м2/г до 35,1м2/г. Опытными данными установлено влияние биогумуса на агрегативную устойчивость почвенных частиц, а именно биогумус, обусловливая подщелачивание почвы, способствует диспергированию коллоидных частиц и повышению их миграционной способности.

Таблица 5 – Эффективность действия биогумуса на рост и развитие растений салата (г/м2 )

Варианты опыта	Сырая масса растений, г/м2	Сухая масса растений, г/м2	Прибавка сырой массы		Прибавка сухой массы
			г/м2	%	г/м2	%
1. Контроль	3000	1882	-	-	-	-
2. Биогумус 30 кг/м2	4780	2373	1780	59,38	491	26,1

Установленное положительное действие биогумуса на свойства пахотного горизонта чернозёма выщелоченного проявилось в изменении роста и развития растений салата, а именно доказано увеличение урожайной зеленой массы салата, как сырой массы растений, так и сухой массы растений. Так, при внесении максимальной дозы биогумуса и изменении состава и свойств почвы создаются благоприятные условия для увеличения роста и развития растений салата и формирования их сырой массы. Так, величина сырой массы растений с 1м2 достигала 4,78кг и превышала массу растений контрольного варианта на 1,78кг или в 1,6 раза. При этом величина сухой массы растений в варианте с внесением максимальной дозы биогумуса составила 2,37кг с 1м2, что превышало величину сухой массы растений салата контрольного варианта на 0,49 кг, или на 26,1%.

Таким образом, в условиях полевого вегетационного опыта доказано высокое удобрительное действие биогумуса как на изменение состава и свойств пахотного горизонта чернозема выщелоченного, так и рост, развитие растений салата и формирование его зеленой массы.

Выводы.