Применение органических удобрений в решении проблем экологизации и продовольственной безопасности страны

Введение. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства является одной из приоритетных задач развития агропромышленного комплекса. Устойчивый рост затрат невосполнимой энергии на ка^дую дополнительную единицу продукции, высокая зависимость объема и качества полученного уро^ая от погодных условий, а так^е возрастающая опасность глобального загрязнения и разрушения окру^ающей природной среды характеризует сельское хозяйство в настоящее время [15, 18, 30, 40]. Стратегия дальнейшего развития сельскохозяйственного производства дол^на строиться на основе интенсификации производства при условии преодоления этих и других негативных последствий. Одним из направлений получения стабильных уро^аев сельскохозяйственных культур является оптимизация питания растений и повышение эффективности используемых удобрений, что открывает широкие перспективы управления плодородием почвы и продуктивностью сельскохозяйственных культур [18, 43, 46].

Сохранение, воспроизводство и рациональное использование ресурсов – ва^нейшая задача нынешнего и будущих поколений. Известно, что большое количество питательных веществ выносится из почвы уро^аем сельскохозяйственных культур. Увеличение уро^айности неизбе^но ведет к повышению потерь элементов питания, особенно азота, фосфора и калия. Мобилизация питательных веществ из природных запасов почвы очень трудна [10, 12, 21, 22].

Таким образом, применение удобрений является ва^нейшим и быстродействующим средством получения высоких и стабильных уро^аев сельскохозяйственных культур.

Основная часть. Возрастающая антропогенная нагрузка в сельском хозяйстве требует использования специальных приемов земледелия, которые будут обеспечивать повышение уро^айности культур, а так^е сохранение ресурсного потенциала агроландшафтов. Мировая практика земледелия показывает, что к ним относятся рациональное использование природных и хозяйственных ресурсов, разработка научных основ ресурсосбере^ения, средовосстановления, освоение эффективных и малозатратных технологий, которые направлены на обеспечение устойчивого функционирования агроэкосистем [3].

Основы биологического земледелия предусматривают полное использование биологических закономерностей, которые принимают участие в процессе производства полноценной и экологически безопасной растениеводческой продукции. Базисом является организация расширенного воспроизводства гумуса [48]. Воспроизводство гумуса – это интегральный показатель постепенного плодородия почвы, который оказывает влияние на питательный, водный, воздушный, тепловой и фитосанитарный почвенные ре^имы [39, 42].

Зоны трофического комфорта для растений – это зоны, исключающие стрессы у растений от недостатка или избытка питательных веществ и микроэлементов, обеспечивающие доступность элементов питания корневой системой, а так^е пролонгированное действие удобрений, и блокаду загрязнителей на границе почва – корневая система. Их создание выполняет экологическую роль биологического земледелия [32].

Приоритетными являются севообороты с травосмесями, органические удобрения, сидераты, способствующие восстановлению запасов органического вещества и улучшению агрофизических свойств почвы [35, 38].

На сегодняшний день практически все системы удобрений, используемые в сельском хозяйстве, основаны на совместном применении органических и минеральных удобрений. Повышение эффективности их применения в последнее время приобретает все большее значение [32]. Отдача от применения органических и минеральных удобрений зависит от способа их внесения: раздельного или совместного. При использовании только минеральных удобрений, особенно физиологически кислых, происходит подкисление почвы, и как следствие, нарушение в ней биоциклов. Применение ^е органических удобрений способно устранить эти негативные последствия [8, 11, 13]. Однако в минеральных удобрениях отрегулировано оптимальное соотношение элементов питания, чего не хватает в органических. Таким образом, сочетание органических и минеральных удобрений создает оптимально сбалансированный фон питания для растений в течение всей вегетации [1, 3, 19].

Данные многочисленных исследований отечественных и зарубе^ных ученых свидетельствуют о том, что улучшение пищевого ре^има почвы, создание оптимального запаса питательных веществ для получения высоких уро^аев возмо^но с помощью системы удобрений. Применение научной системы агротехнических мероприятий обеспечивает поддер^ание на оптимальном уровне агрофизических свойств почвы, благоприятных условий для активного развития почвенной биоты. Исследованиями Крутских Л.П., Луценко Р.Н. [27], Лазарева В.И., Вартанова ^.Б. [28] доказано, что недостаток или азота, или фосфора, или калия, особенно в начальный период развития (после появления всходов) озимой пшеницы, отрицательно сказывался на числе колосков в колосе и цветков в них.

Д.Н. Прянишников отмечал, что получить максимально генетически обусловленный уровень уро^айности да^е на высокоокультуренных почвах мо^но только при направленном регулировании питания растений, при применении законов формирования уро^ая и агротехнических мероприятий для определенной культуры. Так, действие да^е малых доз удобрений наиболее эффективно проявлялось в условиях высокой агротехники [45].

В исследованиях Н.^. Чуян [50] и ^.В. Хараман, В.В. Леонова [47] установлено, что естественные свойства почвы формируют уро^айность сельскохозяйственных культур на 30%, а так^е в значительной степени зависят от уровня интенсификации земледелия. Доля от применения органических удобрений при формировании 10 тонн зерна озимых культур – 11%, минеральных удобрений – 33%, от уровня плодородия почвы – 56%. Для яровых зерновых культур (10 тонн с гектара) следующее соотношение: органические удобрения – 7%, минеральные – 39% и почвенное плодородие – 54%.

Доступность и потребление азота культурой обусловливает величину уро^айности и качество получаемой продукции [28]. Так, ^ндреевым Н.Н., Каспировским ^.В., Першиной К.П. [2], было доказано, что чем выше запасы нитратного азота в период всходов, тем выше степень кущения растений и их уро^айность. Однако отрицательная химическая адсорбция нитратного азота позволяет ему вымываться с осадками и мигрировать по профилю почвы. Это свойство объясняет изменение эффективности одних и тех ^е доз навоза по годам.

Исследованиями В.В. Окоркова [34, 35] доказано, что соотношение и участие в питании растений аммонийной и нитратной форм азота меняется и зависит от гидротермического ре^има, а так^е от реакции почвенной среды.

Минеральное питание – это один из наиболее эффективных факторов регулирования продуктивности растений. Системы удобрений, состоящие из органических и минеральных компонентов, обеспечивают сбалансированное питание растений, сни^ение негативного влияния недостатка или избытка того или иного элемента, способствуют сохранению и воспроизводству плодородия почв [4, 37, 44, 26].

Наука и производство доказывают существование прямой зависимости ме^ду уровнем плодородия почвы, применением удобрений, уро^айностью сельскохозяйственных культур и валовыми сборами продукции растениеводства [32, 34]. Опыт мирового и отечественного земледелия, показывает, что применение органических удобрений выполняет первостепенное значение в обеспечении воспроизводства почвенного плодородия [51].

Органические удобрения являются основным источником гумуса и улучшения агрохимических и физических свойств почв. Известно, что в странах с интенсивным земледелием в результате внесения большого количества минеральных удобрений роль гумуса, как источника питания, уменьшилась, но при этом возросла его роль, как многостороннего регулятора биохимических и физико-химических почвенных процессов [51, 52].

Интенсификация использования возобновляемых биоресурсов, которые поддер^ивают механизмы саморегуляции и круговорот биофильных элементов в агроэкосистеме в условиях нерационального использования минеральных и органических удобрений приобретает все большее значение [7, 16]. Получение продукции растениеводства расходует из агроэкосистемы примерно 20-80% от общей биомассы, а остальное ее часть является отходом производства, который мо^ет и дол^ен вернуться обратно в агроэкосистему в виде органических остатков [20, 21, 24, 49].

Современное сельское хозяйство основано на принципах рыночной экономики. Результатом стала смена приоритетов, вместо воспроизводства почвенного плодородия вся система земледелия ориентирована на максимальное извлечение выгоды. Таким образом, игнорируется основной закон земледелия – закон возврата источников энергии и вещества. Применение органических удобрений стало экономически высоко затратным. Однако сельскохозяйственное производство испытывает острую потребность в них, что негативно сказывается на эффективности производства [23, 25, 29, 32].

^гроприемы, которые ориентированы на ослабление абиотического и биотического угнетения продукционного процесса, дол^ны ле^ать в основе сельскохозяйственного производства. Использование минеральных удобрений и органических – основа стабилизации любой системы земледелия и технологии возделывания [30, 36].

Исследованиями многих ученых доказано, что восполнение элементов питания необходимо осуществлять за счет трех источников:

• -    различных органических удобрений;

• -    труднорастворимых минеральных веществ;

• -    азотфиксирующих растений.

Органические удобрения обеспечивают энергетическим материалом микрофлору и, как следствие, поддер^ивают продуктивную способность почвы, а так^е снаб^ают растения питательными веществами. Органические удобрения рекомендуется использовать с ферм, где производство продукции ^ивотноводства организовано на биологических принципах. Основной критерий применения этих удобрений – норма внесения на 1 га севооборотной площади, обеспечивающая бездефицитный баланс гумуса в почве [4, 9, 13, 31].

Многими учеными и практиками установлено [14, 32, 34, 38], что эффективность одних органических удобрений мо^ет быть в два раза более низкой, чем эквивалентных доз минеральных удобрений. В.В. Окорков, И.В. Семин, Л.^. Окоркова [34] и коллектив ученых во главе с М.М. Ташкузиевым [41] отмечают, что эффективность органических удобрений возрастает при совместном применении с минеральными. В итоге, отечественными исследователями отмечалось, что на дерново-подзолистых супесчаных почвах уро^айность возделываемых культур от органоминеральных систем удобрения по сравнению с органическими возрастала на 23%, на суглинистых и глинистых почвах – на 8%, на черноземных – на 5%.

Технологии возделывания сельскохозяйственных культур предполагают использование различных систем органических и минеральных удобрений. Экономические трудности ограничивают применение органических удобрений. Сокращение объемов их использования сни^ает почвенное плодородие, как основной фактор стабилизации и роста уро^айности и качества продукции [5, 6].

В связи с этим, возникает необходимость поиска использования отходов производства с высоким содер^анием органических веществ на основе разностороннего изучения их влияния на свойства почвы. Многолетние опыты отечественных и зарубе^ных ученых и практиков свидетельствуют о том, что традиционные органические удобрения, такие как ^идкий навоз и навозные стоки, часто нерентабельны и экономически неоправданны. В связи с этим, применение новых видов удобрений на основе органических отходов приобретает все большую актуальность [8, 13, 15, 33, 34]. Таким образом, будут решаться две основные проблемы современного сельского хозяйства:

• 1.    Сокращение площадей, которые отводятся под утилизацию органических отходов.

• 2.    Повышение рентабельности производства.

Животноводческие и птицеводческие отрасли е^егодно получают большое количество отходов в виде навоза и птичьего помета, являющиеся ценнейшим органическим удобрением. Многими учеными и практиками доказаны высокие удобрительные свойства птичьего помета, который иногда по своему влиянию превосходит более широко применяемый навоз крупного рогатого скота. Отходы птицеводства, применяемые в качестве органического удобрения, открывают широкие перспективы в решении не только проблем земледелия, но и экологии. Перевод птицеводства на промышленную основу и интенсификация производства вносят значительные изменения в технологию содер^ания птицы, что приводит к увеличению объемов выхода птичьего помета и его концентрации на ограниченной площади вблизи птицефабрик [14, 32, 34, 38].

Исследования Г.E. Мерзлой, Р.^. ^фанасьева, В.М. Веселова [32], а так^е И.^. Дегтяревой и Р.Р. Газитова [14] свидетельствует о том, что применение органических удобрений способно существенно увеличить уро^айность сельскохозяйственных культур. Так, в среднем прибавка уро^айности зерна от применения 1 тонны птичьего помета в зависимости от его вида составляла от 0,4 ц до 2,1 ц с гектара.

Органические удобрения обладают рядом преимуществ. Так, одно из них – это длительное воздействие на состав почвы. Так^е химический состав растительных клеток применяемых органических удобрений полностью соответствует химическому составу выращиваемых растений, что делает их состав наиболее оптимальным. Комплексность химического состава достигается за счет содер^ания не только химических веществ, питающих растение, но и полимерных веществ типа целлюлозы, являющихся хорошим сорбентам для воды и химических веществ. За счет частиц органического вещества улучшается структурность почвы, делая ее состав более рыхлым. Полимеры при разрушении выделяют энергию для развития почвенных микроорганизмов [51, 52]. Биомассой микроорганизмов в составе органических удобрений определяется скорость поступления в почвенный раствор и концентрация питательных веществ в почве. Их количество и активность определяется мно^еством факторов, такими как температура почвы, ее вла^ность, пористость и т.д. Eстественное микробное преобразование – это достаточно длительный процесс, так как органические удобрения менее концентрированны, поэтому меньше опасность переудобрить почву [23, 25, 29, 32].

Применение органических удобрений улучшает химический состав почвы и ее физические характеристики, такие как структура, воздухопроницаемость и влагоёмкость. Так^е их использование повышает биологическую активность почвы, оказывает поло^ительное влияние на процесс размно^ения полезных микроорганизмов [17, 30, 36].

Применение органических удобрений исключает вымывание и иные виды потерь макроэлементов, неуспевающие растениями усвоиться. Поступающие макроэлементы депонируются в плодородный слой почвы в составе нерастворимых гуминовых кислот и растворимых, но удер^иваемых коллоидными связями, гуматов [14, 32, 34, 38]. При расщеплении гуматов на неорганические соли прикорневыми микроорганизмами и ферментами, которые выделяются корневой системой растений, происходит их поступление в корни растений «по потребности» [17, 30, 36].

Заключение. Таким образом, обобщая данные многолетних исследований российских и зарубе^ных учёных, мо^но сделать вывод, что внесение органических удобрений позволяет снизить объемы применения минеральных удобрений, а так^е значительно улучшить экологическое состояние почвы, устранить токсические эффекты для почвенной фауны.