Оценка гумусового состояния аллювиальной темногумусовой почвы при применении вермикомпоста

Введение. Перспективы успешного развития земледелия в крае зависят от воспроизводства оптимального уровня плодородия почв, определяемого главным образом содержанием в них органического вещества. Вопросы регулирования и воспроизводства органической части почв являются наиболее актуальными, и решение их – одна из составных частей системы управления плодородием [1]. Гумусовое состояние – основной показатель плодородия почв. Оценка его изменения позволяет диагностировать направленность трансформации органического вещества и регулировать его состояние в почве. Это позволит в дальнейшем разрабатывать оценочные шкалы обеспеченности почв не только общим содержанием органического углерода, но и его подвижных форм, определяющих эффективное плодородие почв [2, 3]. Вследствие недостаточного количества органических удобрений нормы внесения их в почвы региона в настоящий период очень низкие (0,65 т/га) и они не обеспечивают сохранения плодородия почв. В связи с этим целесообразно использовать в качестве удобрительных ресурсов все имеющиеся местные отходы сельского хозяйства, в частности птичий помет и продукты его переработки [1]. В данной работе в качестве удобрительного ресурса рассматривается вер-микомпост (ВК). Ранее исследований его влияния на гумусовое состояние аллювиальной темногумусовой почвы не проводилось.

Цель исследований . Оценка действия вер-микомпоста на содержание гумуса и его подвижных форм в почве.

Методы исследований. Исследования проводили на аллювиальной темногумусовой типичной маломощной карбонатсодержащей среднесуглинистой почве в Березовском районе в окрестности с. Есаулово в условиях Красноярской лесостепи (рис.) в течение вегетационного периода 2018 года.

Место расположения опытного участка в пойме реки Енисей

Почвенный профиль имеет следующее строение.

AU (0–38 см) – свежий, однородный, черный с буроватым оттенком со слюдяным блеском, при высыхании светлеет, среднесуглинистый. До 6 см рыхлый, пористый, комковатый. С 6 до 17 см уплотненный, 17–38 см плотный, плитовидный с горизонтальной делимостью. Включения: много тонких травянистых корней, галька диаметром до 3 см. Вскипает с поверхности бурно, с глубиной интенсивность вскипания снижается. Переход заметный, граница ровная.

B-I (38–52 см) – влажный, темно-бурый с более интенсивным блеском, однородный, постепенно светлеет к низу. Плотный, плитовидный, тонкопористый, тонкотрещиноватый, тяжелосуглинистый. Включения: единичные корни травянистых растений. Переход заметный.

II (52–61 см) – светло-бурый, однородный, аналогичен предыдущему, вскипает слабее.

III (62–78 см) – бурый, уплотненный, комковато-порошистый, тяжелосуглинистый. Встречаются единичные корни травянистой растительности. Переход в следующий горизонт постепенный.

C Ca I~~ (78–113 см) – влажный, желто-бурый, среднесуглинистый опесчаненный, порошистый, рыхлый.

CII~~ (113–128 см) – влажный, однородный желто-палевый, легкосуглинистый, слабоост-руктурен, порошистый, мелкотрещиноватый, рыхлый.

Эта почва формируется на высокой пойменной террасе реки Енисей на аллювиальных отложениях, представленных чередующимися слоями среднего и легкого опесчаненного суглинка. Она характеризуется средним содержанием гумуса в верхнем горизонте (5,8 %). В подгумусовом горизонте его содержание резко падает, но на глубине 80 см еще сохраняется до 1 %. Реакция среды среднещелочная (8,4) в гумусовом горизонте и сильнощелочная в подгумусовом, что обусловлено содержанием морфологически невыраженных карбонатов.

Действие вермикомпоста испытывали в мел-коделяночном полевом опыте согласно схеме: 1. Контроль (без удобрений). 2. ВК, 3 т/га. 3. ВК, 5 т/га.

Пахотный слой аллювиальной темногумусовой почвы характеризовался очень низкой обеспеченностью аммонийным азотом (2,9 мг/кг) и низкой – обменным калием (41,2 мг/кг), средним уровнем нитратной формы азота (17,6 мг/кг) и повышенной обеспеченностью подвижным фосфором (39 мг/кг).

Вермикомпост – концентрированное органическое удобрение, полученное путем переработки органических отходов сельского хозяйства и лесной отрасли дождевыми червями и представляющее собой однородную рассыпчатую зернистую массу без запаха, с хорошей водоудерживающей способностью. По физическим свойствам данный продукт превосходит традиционные органические удобрения. Для его получения использовали крупнотоннажные отходы деревообрабатывающей промышленности (опилки) и сельского хозяйства (птичий помет). Оба компонента смешивали в соотношении 1:1 и предварительно компостировали в течение 3 недель. Для наполнения и лучшего структуро-образования добавляли почву в объеме четвертой части от общего количества продукта. Субстрат перемешивали и заселяли червями, предварительно проверив эту смесь на токсичность. Вермикомпостирование проводили в течение 3 месяцев. Полученный вермикомпост включал: органическое вещество – 20,3 % (ГОСТ 2798088); общий азот – 1,3 % (ГОСТ 26715-85), общий фосфор – 2,9 % (ГОСТ 26717-85); калий – 0,98 % (ГОСТ 26718-85) и характеризовался высокой обеспеченностью минеральными формами элементов питания: N-NH4 (330 мг/кг), N-NO3 (902 мг/кг), P2O5 (20300 мг/кг), K2O (2950 мг/кг) (Справочник по анализу органических удобрений, 2000); имел pH= 7,1 (ГОСТ 27979-88).

Вермикомпост вносили в аллювиальную темногумусовую почву вручную весной перед посевом свеклы. Учетная площадь делянки составила 10 м2. Размещение делянок последовательное. Опыт провели в 4-кратной повторности. В качестве тестовой культуры для оценки эффективности действия вермикомпоста использовали свеклу столовую.

Вегетационный период 2018 года отличался экстремально засушливыми условиями. По дан- ным ближайшей метеостанции [4], сумма осадков за период активной вегетации составила всего 94 мм, гидротермический коэффициент равен 0,5, что характеризует климат как «сухой».

До посева и после уборки свеклы отбирали почвенные образцы, в которых определяли общее содержание углерода гумуса (С гумуса ) по методу Тюрина [5] и углерод подвижного органического вещества (С подв ) по методике И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [6]. Полученные экспериментальные данные были обработаны статистически методами дисперсионного и корреляционнорегрессионного анализов с использованием программы Microsoft Office Excel.

Результаты и их обсуждение. Гумусное состояние почв – совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиле [2]. Применение удобрений существенно влияет на гумусное состояние почв.

Результаты проведенных исследований показали, что в весенний период содержание общего органического углерода стабильно (V – 7,4 %) и составило в среднем по всем вариантам опыта 3420 мг/100 г (табл. 1). Осенние измерения обнаружили снижение общего углерода на контроле на 12 %, что связано с низким количеством пожнивных остатков, остающихся в почве после уборки свеклы. Снижение содержания органического углерода на вариантах с внесением вермикомпоста составляет 3 и 2 % на вариантах 3 и 5 т/га соответственно.

Таблица 1

Вариант	С гумуса	С Н О	C NaOH	С подв	С стаб
	мг/100г
Контроль	3360±97,9	28,2±6,4	528,3±53,2	556,5	2803,5
	3012±345,2	34,8±1,6	414,2±24,9	449,0	2597,8
ВК 3т/га	3444±63,1	43,8±22,8	556,0±13,9	599,8	2844,2
	3348±256,5	37,7±12,7	466,0±19,7	503,7	2844,3
ВК 5т/га	3456±208,3	40,9±28,9	556,1±41,9	596,9	2859,1
	3384±126,2	50,7±4,6	425,7±33,2	476,4	2907,6

Здесь и далее : над чертой весенние значения, под чертой осенние.

Влияние вермикомпоста на содержание гумуса и его подвижных форм

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что в аллювиальной темногумусовой почве преобладают соединения, составляющие фонд стабильного гумуса. Отмечается возрастание содержания стабильного органического вещества под действием возрастающих доз вермикомпоста по отношению к контролю (табл. 1). Как известно [7, 8], ключевая роль в обеспечении устойчивости запасов гумуса в пахотных почвах принадлежит легкоминерализуемой фракции органического вещества – подвижному гумусу, детриту, растительным остаткам, выполняющим роль своеобразного регулятора. Эта фракция в значительной степени определяет интенсивность минерализационных процессов, ограничивая снижение или накопление углерода соответственно при уменьшении или увеличении поступления в почву свежего органического вещества. В составе подвижного органического вещества исследуемой аллювиальной темногумусовой почвы доминируют гумусовые кислоты, извлекаемые щелочным гидролизатом. Максимальное содержание щелоче- растворимых гумусовых веществ отмечено при внесении 3 т/га ВК. В структуре гумуса содержание водорастворимых соединений весной варьировало от 28 до 44 мг/100 г в зависимости от варианта опыта, и этот показатель возрастал к осени до 35–51 мг/100 г. Содержание подвижного органического вещества почв используется в качестве критерия для оценки эффективного плодородия почв. Известно, что оптимальные показатели плодородия обеспечиваются при содержании подвижного гумуса от 200 до 500 мг/100 г почвы. Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют, что применение вермикомпоста во всех исследуемых дозах сохраняет эффективное плодородие аллювиальной темногумусовой почвы в рамках оптимальных значений.

В составе гумуса доля водорастворимых соединений весной низкая и составила около 1 % по всем вариантам опыта, к осени содержание этой подвижной фракции имеет незначительную тенденцию к возрастанию (табл. 2).

Таблица 2

Вариант	Процент С Н2О от С гумуса	Процент C NaOH от С гумуса	Процент С подв . от С гумуса	Процент С стаб. от С гумуса
Контроль	1,03	15,7	16,72	83,28
	1,75	13,52	15,37	84,73
ВК 3т/га	1,06	16,18	17,24	82,76
	1,45	13,88	15,33	84,67
ВК 5т/га	1,13	16,10	17,23	82,77
	1,21	12,62	13,83	86,17

Доля подвижных и стабильных соединений в составе гумуса

В составе подвижной части гумуса преобладает фракция, извлекаемая 0,1 н щелочью. Весной ее доля от общего углерода составляет 15–16 %, а к осени она снижается до 13–14 %. Преобладающей фракцией в составе гумуса остается стабильное органическое вещество, которое весной в почве составляет порядка 83 % и увеличивается по вариантам опыта к осени до 84–86 % от Сгумуса. Следует отметить, что в большей степени этот показатель увеличился под действием вермикомпоста, внесенного в почву в количестве 5 т/га.

Результаты математической обработки полученных данных показали, что содержание легкоминерализуемых форм органического вещества в начале вегетации (до внесения верми-компоста) по вариантам однородно (табл. 3).

Таблица 3

Результаты факторного дисперсионного анализа при сравнении содержания легкоминерализуемых форм органического вещества

Вариант	С, %	F	P-Значение	F критическое	Показатель силы влияния, %
1	2	3	4	5	6
C NaOH по вариантам до внесения вермикомпоста
Контроль	0,528
ВК 3т/га	0,556	0,161	0,854	4,256	3,4
ВК 5 т/га	0,556
C NaOH по вариантам после уборки
Контроль	0,414
ВК 3т/га	0,466	1,052	0,388	4,256	19
ВК 5 т/га	0,426
C NaOH в контрольном варианте
Весна	0,528	3,767	0,100	5,987	38,6
Осень	0,414
C NaOH в варианте ВК 3 т/га
Весна	0,556	13,905	0,010	5,987	69,8
Осень	0,466
C NaOH в варианте ВК 5 т/га
Весна	0,556	5,932	0,051	5,987	49,7
Осень	0,426
C Н О по вариа нтам до внесения вермикомпоста
Контроль	0,0346
ВК 3т/га	0,0366	0,396	0,684	4,256	8,1
ВК 5 т/га	0,0390
C Н О по вариантам после уборки
Контроль	0,0537
ВК 3т/га	0,0487	3,553	0,073	4,256	44,1
ВК 5 т/га	0,0407
Парное сравнен ие C Н О по вариантам после уборки
Контроль	0,0537	1,317	0,295	5,987	18
ВК3 т/га	0,0487
Парное сравнен ие C Н О по вариантам после уборки
Контроль	0,0537	7,450	0,034	5,987	55,4
ВК 5 т/га	0,0407
C Н О в контрольном варианте
Весна	0,0346	22,739	0,003	5,987	79,1
Осень	0,0537

Окончание табл. 3

1	2	3	4	5	6
C Н О в варианте ВК 3 т/га
Весна	0,0366	4,449	0,079	5,987	42,6
Осень	0,0487
C Н О в варианте ВК 5 т/га
Весна	0,0390	0,117	0,744	5,987	1,9
Осень	0,0407

Вероятность случайных различий выборочных средних составляет 85 и 68 %. В конце вегетации содержание щелочегидролизуемого углерода по всем вариантам снижается, и если между вариантами различия средних недостоверны (всего лишь 62 %), то внутри вариантов с вермикомпостом снижение достоверно на уровне значимости 99 и 95 % (варианты ВК 3 и ВК 5 соответственно). Результаты сравнения содержания водорастворимых форм органического вещества демонстрируют снижение интенсивности минерализационных процессов на фоне вермикомпостирования. Если до внесения композиций показатели водорастворимого углерода по всем вариантам практически не различаются, то в конце вегетации обнаруживаются достоверные различия между контролем и вариантом с вермикомпостом 5 т/га (уровень значимости различий 97 %). На контроле происходит существенное увеличение содержания водорастворимого углерода (его доля от общего увеличивается с 1 до 2 %), на вариантах с внесением компостов различия в содержании СH O в начале и в конце вегетации недостоверны. Невысокое содержание подвижного органического вещества, по нашему мнению, может быть связано с засушливым летом 2018 года, так как интенсивность минерализации напрямую связана с условиями увлажнения. При сравнении выборочных средних содержания стабильных форм органического вещества в начале и в конце вегетации значимых различий не обнаружено (табл. 4). Однако, если до внесения удобрений вероятность случайных различий составляет 94 %, что показывает устойчивую выровнен-ность значений (V – 8,7 %), то после взаимодействия почвы с удобрениями ситуация изменяется: наблюдается закономерное увеличение среднего содержания стабильного органического вещества соответственно вносимой дозе. При этом вероятность случайных различий снижается до 56 %.

Таблица 4

Результаты факторного дисперсионного анализа при сравнении содержания стабильного органического вещества

Вариант	С, %	F	P-Значение	F критическое	Показатель силы влияния, %
C стаб по вариантам до внесения вермикомпоста
Контроль	2,797
ВК 3т/га	2,851	0,064	0,938	4,256	1,4
ВК 5 т/га	2,861
C стаб по вариантам после уборки
Контроль	2,544
ВК 3т/га	2,833	0,568	0,586	4,256	11,2
ВК 5 т/га	2,918

Заключение. Таким образом, на данном этапе исследований выявлена следующая тенденция: внесение вермикомпоста в целом стабилизирует гумусное состояние аллювиальной темногумусовой почвы. Доля устойчивого углерода гумуса более всего увеличивается при максимальной дозе вермикомпоста 5 т/га. Достоверное снижение содержания подвижного органического вещества на вариантах с верми-компостом, способствующее увеличению стабильной его части, подтверждает положительную роль удобрения в сохранении баланса углерода в почве в условиях резкого дефицита увлажнения.