Оптимизация условий компостирования сплавины для получения органо-минерального удобрения

В современных условиях важное значение имеет разработка наиболее выгодных как с экономической, так и экологической точек зрения способов сохранения и повышения плодородия почв.

Одним из важнейших мероприятий для поддержания плодородия и повышения урожайности сельскохозяйственных культур является обогащение почвы органическими веществами. Основным органическим удобрением является навоз, но его количество ограничено и не обеспечивает потребности продуктивного землепользования.

В то же время источником органического вещества могут быть растительные остатки сельскохозяйственных культур, солома и естественные возобновляемые скопления растительности, в том числе сплавина, образующейся в озерах и водохранилищах [1, 2]. При этом решаются две задачи. С одной стороны, очистка водоемов, с другой – возможность получения органического удобрения.

Целью настоящей работы явилось изучение возможности ускорения деструкции грубого органического материала в условиях оптимизации температурного, водного и питательного режимов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В модельном опыте использовались сплавина и сапропель озера Чебаркуль (Абзелиловский р-н РБ). Опыт был заложен в 16 вариантах: сплавина, сапропель и их смеси использовались в качестве субстрата, в который были внесены минеральные и органические добавки (табл. 1).

Исходный субстрат в сухом измельченном виде был заложен в пластиковые сосуды емкостью 2 л. В него была добавлена дистиллированная вода до полного насыщения субстрата. Вес влажного субстрата во всех вариантах опыта составлял 400 г.

В вариантах с добавлением минеральных удобрений азот он вносился в виде раствора мочевины с тем расчетом, чтобы сбалансировать соотношение С:N до оптимального (25:1).

Фосфор был внесен в виде раствора однозамещенного фосфата калия, с помощью которого соотношение С:Р было доведено до 120:1 – максимального в данном опыте содержания фосфора.

Навоз вносился в количестве 10% от веса субстрата. Опыт проводился при комнатной температуре. Влажное состояние компостов поддерживалось регулярным добавлением воды. Анализы проводились через 1, 6, 9 и 12 мес.

В опытах определялись следующие показатели: валовое содержание и групповой состав органического вещества (по методу Тюрина) [3, 4]; минеральный (нитратный и аммиачный) азот по методу Бочкарева и Кудеярова; щелочногидролизуемый азот по Корнфилду; содержание подвижного фосфора по Чирикову [4]; реакция среды – потенциометрически [5].

Повторность опытов – 3-кратная.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как показали исследования [6], проведенные в полевых условиях, эффективность измельченной сплавины при внесении в чернозем южный глубоко солочаковато-солонцеватый наиболее выражена только на третий год, что обусловлено медленностью процессов ее гумификации. Кроме того, даже измельченная сплавина очень объемна, что неудобно для перевозки и внесения и весьма неоднородна по составу.

Исходная сплавина представляла собой смесь растительных остатков, не утративших своего анатомического строения, что в соответствии классификацией торфов по степени разложения соответствовало неразложившемуся состоянию.

По истечении года компостирования субстрат стал темным по цвету, растительные остатки – малоразличимыми, при растирании – мажется; степень разложения можно оценить как высокую.

Таблица 1 . Схема модельного опыта

№	Вариант	Состав
1	Сплавина	Сплавина 100 г + 300 мл воды
2	Сапропель	Сапропель 150 г + 250 мл воды
3	Сплавина + N	Сплавина 100 г + N+ 300 мл воды
4	Сплавина + P	Сплавина 100 г + P+ 300 мл воды
5	Сплавина + NP	Сплавина 100 г + NP300 мл воды +
6	Смесь I	Смесь I (сплавина 50 г + сапропель 75 г + 275 мл воды)
7	Смесь I + N	Смесь I (сплавина 50 г + сапропель 75 г + 275 мл воды)+ N
8	Смесь I + Р	Смесь I (сплавина 50 г + сапропель 75 г + 275 мл воды)+ Р
9	Смесь I + NP	Смесь I (сплавина 50 г + сапропель 75 г + 275 мл воды)+ NP
10	Смесь II	Смесь II (сплавина 75 г + сапропель 37,5 г + 287 мл воды)
11	Смесь II + N	Смесь II (сплавина 75 г + сапропель 37,5 г + 287 мл воды)+ N
12	Смесь II + Р	Смесь II (сплавина 75 г + сапропель 37,5 г + 287 мл воды)+ Р
13	Смесь II + NP	Смесь II (сплавина 75 г + сапропель 37,5 г + 287 мл воды)+ NP
14	Сплавина + навоз*	Сплавина + навоз + 280 мл воды
15	Смесь I + навоз	Смесь I (сплавина 45 г + сапропель 67,5 г + 280 мл воды)+ навоз
16	Смесь II + навоз	Смесь II (сплавина 67,5 г + сапропель 33,8 г + 270 мл воды)+ навоз

Трансформация органического вещества субстрата состоит из двух протекающих параллельно, но противоположно направленных процессов: минерализации и гумификации [7]. В данном опыте минерализацию оценивали снижению содержания органического углерода, а гумификацию – по изменению степени гумификации органического вещества [8].

В течение опыта по всем его вариантам проис- ходило снижение содержания органического вещества, судя по которому его минерализация составила от 4 до 7% за первый месяц компостирования. К концу года потери органического вещества достигли 10-14% от его исходного содержания (табл. 2). Темпы минерализации органического вещества субстрата резко снизились и через год были более чем в 10 раз меньше, чем в начале компостирования.

Таблица 2. Динамика содержания органического вещества, %

№	Вариант	Исх.	1 мес.	6 мес.	9 мес.	12 мес.	∆
			1 срок	2 срок	3 срок	4 срок
1	Сплавина	41,1	39,41	37,86	37,17	36,91	4,19
2	Сапропель	32,0	30,0	28,63	28,32	28,17	3,83
3	Сплавина + N	41,1	38,96	37,24	36,78	36,21	4,89
4	Сплавина + P	41,1	38,43	36,55	36,14	35,73	5,37
5	Сплавина + NP	41,1	38,72	36,7	36,05	35,64	5,46
6	Смесь I	35,6	33,6	32,24	32,01	31,78	3,82
7	Смесь I + N	35,6	33,52	32,21	31,87	31,42	4,18
8	Смесь I + Р	35,6	33,43	31,94	31,69	31,33	4,27
9	Смесь I + NP	35,6	34,04	32,05	31,70	31,21	4,39
10	Смесь II	38	36,18	34,79	34,33	34,05	3,95
11	Смесь II + N	38	36,35	34,71	34,38	34,0	4,00
12	Смесь II + Р	38	36,14	34,83	34,51	34,12	3,88
13	Смесь II + NP	38	35,85	34,36	33,95	33,52	4,48
14	Сплавина + навоз	39,	37,31	35,43	34,82	34,11	4,89
15	Смесь I + навоз	34,67	33,37	31,23	30,72	30,16	4,51
16	Смесь II + навоз	37,13	34,51	33,19	32,67	32,23	4,90

Степень гумификации органического вещества в исходном субстрате была незначительной и составляла 6,2% в сплавине и 11,0% - в сапропеле. В течение первого месяца она увеличилась до 1220%, а концу года в отдельных вариантах – до 37%, т.е. возросла от очень слабой и слабой до средней и даже высокой (табл. 3).

В первый месяц компостирования интенсивность процессов минерализации органического ве- щества и его гумификации была одного порядка. Исключением являлись варианты с внесением навоза, в которых гумификация проходила в два раза интенсивнее, чем в других вариантах. В дальнейшем интенсивность процесса гумификации снижалась. В целом можно констатировать, что, несмотря на отсутствие возможностей для закрепления новообразованных гумусовых веществ, начиная со второго месяца компостирования субстрата, гумифи- кация превалировала над минерализацией.

Изменения, происходящие в течение опыта, оказались однонаправленными на всех вариантах. Интенсивность процессов минерализации в отдельно взятых сплавине и сапропеле была близка ко всем остальным вариантам, но скорость гумификации – замедленной.

Вместе с тем, смешивание этих субстратов способствовало усилению гумификации.

Влияние минеральных удобрений на процессы трансформации органического вещества на начальном этапе компостирования сплавины было незначительным и существенные различия проявились к концу инкубации. Минерализации сплавины и ее смесей с сапропелем в двух испытанных соотношениях в большей степени способствовало совместное внесение азота и фосфора. Интенсивность минерализации в этих случаях оказалась близкой к вариантам с навозом.

Таблица 3. Степень гумификации и групповой состав органического вещества, %

		С орг	Ст. гумификации	Сфк	Минер.	Сорг	Степень гумификации	Сфк	Минер.
Исходная сплавина		41,1	6,2	19,3
Исходный сапропель		32,0	11,0	8,8
№	Вариант	1 месяц				12 месяцев
1	Сплавина	39,41	12,5	15,6	4	36,91	26,8	12,9	10
2	Сапропель	30,0	15,7	10,5	6,25	28,17	23,3	11,4	12
5	Сплавина + NP	38,72	11,8	16,2	5,5	35,64	34,3	13,6	13,1
6	Смесь I +	33,6	14,4	13,7	5,6	31,78	31,7	12,5	10,7
9	Смесь I + NP	34,04	12,4	17,2	4,4	31,21	31,9	11,7	12,4
14	Сплавина + навоз	37,31	18,2	17,5	4,4	34,11	37,2	13,9	12,5
15	Смесь I + навоз	33,37	20,3	16,6	7	30,16	36,4	14,2	13,2

В отличие от воздействия навоза, минеральные добавки на первом этапе инкубации тормозили процессы гумификации грубого органического материала, но со временем степень гумификации сплавины возрастала и через 12 мес отличалась от варианта с навозом только на 3%.

Процессы трансформации органического вещества сопровождались изменением содержания и состава подвижных форм азота и фосфора в субстрате.

Через месяц после заложения опыта по всем вариантам, кроме вариантов с внесением навоза в составе минерального азота доминировала его аммонийная форма, причем процессы аммонификации преобладали не только на вариантах с внесением мочевины. Это хорошо согласуется с известным фактом, что аммонификация является первой стадией минерализации азот содержащих органических соединений.

По мере гумификации и минерализации органического вещества сплавины ситуация изменилась и через полгода инкубации в составе минерального азота содержание его нитратной формы возросло до десятков раз и это соотношение сохранилось до конца компостирования. Следует отметить, что увеличение общего количества минерального азота сопровождалось снижением содержания его щелочногидролизуемых соединений, что особенно ярко проявилось к 9 мес инкубации. К концу года инкубации количество минерального азота продолжало возрастать. Поскольку к этому времени увеличилось и содержание ближайшего резерва – азота щелочногидролизуемых соединений, становится очевидным, что к этому времени активизиро- вались процессы мобилизации азота более труднодоступных соединений. В целом, содержание доступного азота по всем вариантам оказалось выровненным, а уровень обеспеченности этим элементом – высокий.

В измельченной сплавине и сапропеле, используемых в опыте, содержится почти одинаковое количество валового фосфора. При их компостировании в течение 1 года как отдельно, так и в разных соотношениях смеси этих субстратов, оно изменялось в одном диапазоне, широта которого обусловлена, прежде всего, неоднородностью исходного материала. Существенное увеличение количества общего фосфора связано только с его внесением с минеральными удобрениями и навозом.

Развитие процессов минерализации и гумификации органического вещества субстрата привело к постепенному увеличению содержания подвижного фосфора и степени его подвижности. Максимальные значения этих параметров были выявлены к 9 мес компостирования субстратов по всем вариантам опыта. При одинаковой направленности этих процессов количественные показатели сильно различались. Самые низкие значения количества подвижного фосфора отмечались на вариантах с отдельно взятыми сплавиной и сапропелем и их смесями. Наиболее интенсивной мобилизации фосфатов сплавины способствовало внесение фосфора с минеральными удобрениями, а смесей сплавины с сапропелем – совместное внесение азота и фосфора. Эффективность добавления в субстраты навоза была в несколько раз ниже, чем минеральных удобрений.

К концу года компостирования содержание под- вижного фосфора заметно снизилось по всем вариантам опыта. Это может быть связано с его фиксацией в связи с потерей растворимости фосфорсодержащих соединений за счет образования прочных связей с возросшим вследствие минерализации количеством минеральных компонентов субстрата. Косвенно это подтверждается тем, что более выраженное снижение количества подвижного фосфора имело место в вариантах с максимальной трансформацией органического вещества.

Динамика степени подвижности фосфатов в целом аналогична изменению их содержания, как по вариантам опыта, так и по времени.

Таким образом, компостирование измельченной сплавины в условиях оптимальной влажности и температуры показало, что усилению гумификации способствует добавление сапропеля, а также азота и фосфора с минеральными удобрениями, совместный эффект которых близок к влиянию навоза. При этом степень гумификации за 12 мес компостирования сплавины изменилась от очень слабой в исходном состоянии до высокой.