Влияние спиртовой барды на агрохимические свойства почв и урожайность сена житняка в Северном Казахстане

Одним из направлений современного развития агрохимической науки является поиск и эффективное использование нетрадиционных местных источников удобрений [1]. Перспективным в этом отношении может служить отход спиртового производства – пшеничная барда. Вместе с тем, необходимо конкретизировать ее дозы внесения и способы заделки применительно к местным почвенно-климатическим условиям с учетом биологических особенностей возде-

лываемых культур, обеспечивающих высокую хозяйственную и экономическую эффективность, а также экологическую безопасность агроландшафтов и растениеводческой продукции. В проведенных исследованиях зафиксировано, что спиртовая барда оказала заметное влияние на агрохимические свойства почв черноземно-солонцового комплекса. И хотя эти изменения были не столь заметны, они пришлись на критические периоды роста и развития культуры [2]. Так, снижение щелочности почвенного раствора, накопление нитратного азота и повышение содержания подвижного фосфора происходило в фазы активного роста растений (кущения и выхода в трубку), влияя в дальнейшем на уровень продуктивности культуры. Кроме азота, фосфора и калия, барда содержит и другие питательные элементы, а также активные биологические вещества. В совокупности это положительно сказалось на условиях минерального питания житняка и его продуктивности. Один из недостатков спиртовой барды как жидкого органического удобрения – повышенная кислотность. Это обусловлено практически отсутствием щелочных элементов в составе ее золы. В связи с этим внесение барды в почву может способствовать достаточно сильному и продолжительному подкислению реакции среды, ухудшая условия роста и развития растений [3].

Объекты и методы

В 2011 г. был заложен опыт по выявлению эффективности различных доз спиртовой барды на территории ТОО «Сарыагаш» Денисовского района Костанайской области. Опытный участок занят старовозрастными посевами житняка (10 лет). Почвенный покров представлен черноземами южными солонцеватыми маломощными среднесуглинистыми, залегающими в комплексе до 30 % с солонцами мелкими степными малонатриевыми. Схема опыта: 1) без внесения барды (контроль); 2) барда, 20 т/га; 3) 40 т/га; 4) 60 т/га; 5) 80 т/га; 6) барда, 100 т/га; 7) барда, 120 т/га.

Объектом исследования служила спиртовая пшеничная барда, применяемая в качестве жидкого органического удобрения. Использовалась рекомендованная в зоне технология поверхностного внесения жидкого бесподстилочного навоза. Повторность опыта трехкратная, размер делянок – 1 га (100 × 100 м) с включением обоих типов почв. Срок отбора почвенных и растительных образцов – перед укосом житняка в конце июня.

В опытах применялась барда предприятия ЗАО «Арай-91» (г. Лисаковск, Костанайская область), которое производит спирт высшей очистки марки «Альфа». По всем показателям он существенно превосходит обычные сорта спирта, такие как «Экстра» и «Люкс». В связи с этим в барду переходит значительное количество кислых побочных продуктов, поэтому отходы при таком производстве имеют повышенную кислотность, равную 3,8 ед., оценивают ее как сильнокислую.

Исследования величины рН в опыте проводили в водной вытяжке, так как для южных черноземов нехарактерна потенциальная (скрытая) кислотность, следовательно, они не обладают обменной и гидролитической кислотностью [4]. Для выявления четкой закономерности в динамике рН применяли разные дозы барды с шагом 20 т/га с последующей заделкой игольчатой бороной БМШ-20.

Результаты исследований

Отмеченная выше сильная кислотность барды обусловлена большим количеством в ней органических кислот, а также органических веществ, имеющих в составе катион Н⁺ и карбоксильную группу СООН. В дальнейшем в подкислении могут принимать участие анионы NО 3 , которые образуются при минерализации органических веществ самой барды. В совокупности эти два механизма должны способствовать подкислению почвенного раствора после ее внесения в почву. И чем больше доза барды, тем сильнее будет происходить снижение рН. Однако такой четкой закономерности в опыте не выявлено. Это объясняется тем, что южный чернозем обладает высокой буферной способностью, обусловленной высоким содержанием катионов кальция в почвенной поглощающем комплексе (88,4 % от емкости поглощения) и постоянным наличием в почвенном растворе его гидрокарбонатных соединений. Содержание последних также постоянно пополняется из нижележащего карбонатного горизонта АВ с капиллярным током влаги. Это обстоятельство способствует быстрой нейтрализации кислотности барды (табл. 1).

Поэтому ее дозы 20 и 40 т/га не оказали заметного влияния на изменение реакции среды. Во все наблюдаемые сроки ее величина находилась на уровне контроля и оценивалась как слабощелочная. Отметим постоянство данного показателя: от весны к осени соответственно 7,25– 7,30 и 7,25. Очевидно, это связано с равновесным состоянием кислотно-основных свойств данной почвы.

Хорошо выдерживает буферная система чернозема и средние дозы барды – 60 и 80 т/га. Для них характерна лишь кратковременное подкисление почвенного раствора в фазу начала кущения житняка – с 7,25 до 7,05 ед. В дальнейшем реакция среды восстанавливается до исходного уровня и уже не меняется до конца сезона.

Таблица 1 Динамика реакции среды в слое 0–20 см на южном черноземе в зависимости от доз послеспиртовой барды, в среднем за 2 года

Вариант	Перед внесением	Фазы развития житняка				Перед уходом в зиму
		начало кущения	выход в трубку	начало колошения	уборка
1. Без внесения (контроль)	7,30	7,30	7,25	7,25	7,30	7,25
2. Барда, 20 т/га	7,25	7,30	7,30	7,20	7,25	7,20
3. Барда, 40 т/га	7,30	7,25	7,25	7,30	7,25	7,25
4. Барда, 60 т/га	7,25	7,05	7,30	7,25	7,30	7,20
5. Барда, 80 т/га	7,25	7,05	7,25	7,30	7,25	7,30
6. Барда, 100 т/га	7,25	7,00	7,10	7,25	7,30	7,25
7. Барда, 120 т/га	7,30	7,00	7,05	7,10	7,30	7,30
НСР 05	0,06	0,10	0,10	0,05	0,05	0,10

Увеличение дозы до 100 т/га продлевает период подкисления до фазы выхода в трубку включительно. Дальнейшее ее повышение до 120 т/га удлиняет его до фазы колошения, то есть на большую часть вегетационного периода. Для этих вариантов характерна и самая глубокая степень снижения щелочности почвенного раствора. В фазу кущения она оценивалась как нейтральная с рН = 7,0. Однако в дальнейшем реакция среды быстро восстанавливалась до прежних значений – 7,25–7,30 ед.

Важно, что после уборки житняка не проявляется остаточное действие барды. После скашивания травостоя и на фоне слабой отавности культуры следовало ожидать возрастания кислотности. Однако этого не происходит. Очевидно, к этому сроку весь кислотный потенциал барды был уже нейтрализован.

Еще большей буферной устойчивостью к действию барды обладает солонец мелкий. По сравнению с черноземом он содержит более значительную сумму веществ, понижающих ее кислотность. К ним относят содержание обменного натрия в ППК и наличие в почвенном растворе, помимо гидрокарбоната кальция, еще и бикарбоната натрия с высокой нейтрализующей способностью. К тому же, данный солонец принадлежит к категории старопахотных; солонцовый горизонт В 1 извлечен на поверхность предыдущими обработками. В результате буферная система солонца начинает проявляться сразу после внесения барды. Поэтому ее низкие (20 и 40 т/га) и средние (60 и 80 т/га) дозы не оказали заметного влияния на сдвиг реакции среды. Во все сроки наблюдений ее значения – на уровне контрольного варианта. Заметные изменения с величинами рН происходят лишь при использовании высоких доз. Так, на фоне 100 т/га наблюдается снижение щелочности, но только в фазу кущения житняка, с 8,0 до 7,75 ед. Повышение дозы до 120 т/га удлиняет этот период до выхода в трубку включительно. Впоследствии происходит восстановление реакции среды до исходного уровня, 7,95–8,0 ед. (табл. 2).

Отметим, что снижение щелочности на этих вариантах считается благоприятным для роста и развития житняка, так как оптимальная реакция для этой культуры – 7,0–7,5 ед. [5].

Таким образом, при применении спиртовой барды установлен мелиоративный эффект, связанный со сдвигом реакции среды в более благоприятную сторону для роста и развития житняка. На черноземе южном снижение щелочности отмечено при использовании средних доз барды, 60 и 80 т/га. На солонце мелком этот процесс протекает на фоне более высоких доз, 100 и 120 т/га.

Таблица 2

Динамика реакции среды в слое 0–20 см на солонце мелком в зависимости от доз послеспиртовой барды (в среднем за 2 года)

Вариант	Перед внесением	Фазы развития житняка				Перед уходом в зиму
		начало кущения	выход в трубку	начало колошения	уборка
1. Без внесения (контроль)	8,00	7,95	8,00	7,95	7,95	8,0
2. Барда, 20 т/га	7,95	7,90	7,95	7,90	8,00	8,0
3. Барда, 40 т/га	8,00	7,95	7,90	7,90	7,90	7,95
4. Барда, 60 т/га	8,00	7,90	7,95	8,00	7,95	7,95
5. Барда, 80 т/га	7,95	7,90	7,90	7,95	8,00	8,00
6. Барда, 100 т/га	8,00	7,75	7,95	7,90	7,95	7,95
7. Барда, 120 т/га	7,95	7,65	7,80	8,00	7,95	7,90
НСР 05	0,05	0,05	0,10	0,10	0,10	0,10

Внесение сильнокислой барды не оказало разрушающего влияния на минеральную часть почвы. Почвенный поглощающий комплекс чернозема на 95,3 % насыщен кальцием и магнием, а на долю обменного натрия приходится 4,7 %. После внесения барды в максимальной дозе 100 т/га величина емкости поглощения и состав обменных катионов остаются без изменения.

В солонце мелком доля поглощенного натрия составляет 14,6 %, что при повышенной щелочности почвенного раствора резко ухудшает водно-физические свойства почвы и снижает продуктивность житняка. Внесение барды на пятна такого солонца даже за короткий период времени сопровождается мелиорирующим эффектом. Снижается щелочность почвы, содержание обменного натрия уменьшается с 14,6 до 10,4 %, возрастает количество поглощенного кальция с 50,5 до 55,4 %. Емкость катионного обмена при этом не меняется.

Наряду с мелиорирующим действием, барда обладает еще одним очень важным свойством – служит источником поступления в почву питательных веществ. Так, с изучаемыми в опыте дозами барды в почву вносится следующее количество азота: 40 т/га – 212 кг, 60 т – 318 кг, 80 т – 424 кг, 100 т – 530 кг/га. При ее внесении в почве усиливается микробиологическая деятельность. Разложение органического вещества барды сопровождается активно протекающими нитрификацион-ными процессами, в результате в почве накапливается нитратный азот. Так, в черноземе в контрольном варианте в слое почвы 0–20 см в весенний период его содержание было очень низким – 1,1 мг/кг. Внесение барды в дозах 40 и 60 т/га увеличивает количество азота до 6,1–8,8 мг/кг, однако и в этом случае обеспеченность остается на прежнем уровне. Доза 80 т/га формирует низкую степень обеспеченности (11,9 мг/кг), только при дозе 100 т/га она становится средней (15,1 мг/кг), достигая оптимального уровня. Аналогичная закономерность отмечена и в пахотном слое мелкого солонца. В слое 20–40 см во всех вариантах опыта количество нитратов было очень низким.

Барда оказала положительное влияние и на фосфорный режим. В пахотном слое (0–20 см) чернозема и солонца в вариантах без использования барды его содержание было очень низким, соответственно 9,8 и 7,7 мг/кг (по Мачигину). С изучаемыми дозами барды в почву поступает следующее количество элемента: 40 т – 24 кг, 60 т – 36 кг, 80 т – 48 кг, 100 т – 60 кг. Внесение барды в опыте заметно улучшило фосфорное питание житняка. Так, на солонце мелком содержание доступного фосфора увеличилось в два раза: с 7,7 мг на контроле – до 14,3 мг/кг на фоне дозы 100 т/га. На черноземе солонцеватом барда была более эффективной. Уже при дозе 80 т/га обеспеченность житняка фосфорным питанием достигает средней величины – 15,5 мг/кг и продолжает повышаться при дозе 100 т/га – 16,7 мг/кг.

Улучшение агрохимических свойств черноземно-солонцового комплекса сказалось на эффективном плодородии и проявилось в росте урожайности сена житняка (табл. 3). Чернозем южный реагирует на внесение барды уже начиная с минимальной дозы – 40 т/га. В этом варианте получена достоверная прибавка сена относительно контроля – 0,65 т/га – в 2011 г. и 0,58 т/га – в 2012 г. Повышение дозы барды до 60 т/га увеличило прибавку до 1,07 т/га и 1,35 т/га в 2011–2012 гг. соответственно. Резкий скачок в урожайности зафиксирован при повышении дозы до 80 т/га в эти годы исследования. Полученная прибавка – 1,65 и 1,48 т/га в 2–3 раза выше, чем по предыдущим дозам. Дальнейшее увеличение дозы барды до 100 т/га хотя и повышает урожай сена, но не обеспечивает достоверной прибавку с вариантом 80 т/га.

Таблица 3

Влияние доз спиртовой барды на урожайность сена житняка на черноземе южном, т/га

Вариант	Урожайность, т/га	Прибавка урожайности		Окупаемость 1 т барды, ц/га
		± т/га	%
2011 г.
Без удобрений (контроль)	2,12	–	–	–
40 т/га	2,77	0,65	30,7	0,16
60 т/га	3,19	1,07	50,5	0,18
80 т/га	3,75	1,65	77,8	0,21
100 т/га	3,98	1,87	88,2	0,19
НСР 05	0,3
2012 г.
Без удобрений (контроль)	1,24	–	–	–
40 т/га	1,82	0,58	46,8	0,15
60 т/га	2,59	1,35	108,9	0,23
80 т/га	2,72	1,48	119,4	0,19
100 т/га	2,68	1,44	116,1	0,14
НСР 05	0,3

Продуктивность житняка по сравнению с контролем повышается в среднем в 2 раза. Однако, в отличие от чернозема южного, на солонце мелком увеличение дозы барды до 100 т/га сопровождается дальнейшим ростом урожая сена. Прибавка здесь существенна и составляет уже 0,84–0,95 т/га (табл. 4), т.е. в два раза выше, чем фактическая урожайность на контроле.

Внесение барды на солонцовые пятна было также эффективно, как и на черноземе (табл. 4). Так, доза барды 40 т/га вообще не обладает мелиоративным эффектом. При ее внесении урожайность повысилась всего на 0,11–0,13 т/га. Повышение дозы до 60 т/га также малоэффективно, прибавка составила 0,28–0,47 т/га. Заметный рост урожайности, как и на черноземе, отмечен при дозе 80 т/га.

Таблица 4

Влияние доз спиртовой барды на урожайность сена житняка на солонце мелком, т/га

Вариант	Урожайность, т/га	Прибавка урожайности		Окупаемость 1 т барды, ц/га
		± т/га	%
2011 г.
Без удобрений (контроль)	1,07	–	–	–
40 т/га	1,20	0,13	12,1	0,03
60 т/га	1,54	0,47	43,9	0,08
80 т/га	1,68	0,61	57,0	0,08
100 т/га	2,02	0,95	88,8	0,1
НСР 05	0,2
2012 г.
Без удобрений (контроль)	0,34	–	–	–
40 т/га	0,45	0,11	32,3	0,03
60 т/га	0,62	0,28	82,3	0,05
80 т/га	0,89	0,55	162,8	0,07
100 т/га	1,18	0,84	247,1	0,08
НСР 05	0,2

Очевидно, для таких комплексных почв необходима дифференцированная доза внесения барды. На черноземе ее следует применять в количестве 80 т/га, а на солонцовых пятнах – увеличить до 100 т/га.