Влияние жидкой фракции навоза на свойства чернозёма и продуктивность гороха посевного

Отходы животноводческой промышленности при их ненадлежащем хранении создают высокие экологические риски для окружающей среды [1]. Хранение навоза на ограниченной площади приводит к загрязнению не только почвы, но и грунтовых вод. Высокое содержания в навозе фосфора и азота в доступной форме и их перемещение по грунтовым водам приводит к эвтрофикации водоемов [2] и гибели водных организмов. Неправильное хранение навоза создает предпосылки для размножения и распространения различного рода патогенов и соответственно ухудшению санитарно-эпидемиологической обстановки [3]. Всё это определяет необходимость внедрения в технологический процесс животноводства приемов утилизации навоза. В связи с распространением в практике животноводства бесподстилочного содержания животных с использованием технологии гидросмыва, более половины всего навоза, производящегося на животноводческих фермах, приходится на бесподстилочный навоз, характеризующийся как крайне нетехнологичное органическое удобрение, вследствие высокой влажности неподходящее для внесения на пашню при помощи разбрасывателей. Наиболее распространённым способом утилизации беспод-стилочного навоза, для дальнейшего его применения в качестве органического удобрения, является разделение его на твердую и жидкую фракции [4, 5]. Твердую фракцию можно непосредственно использовать, как органическое удобрение или же предварительно подвергать её компостированию с целью обеззараживания и перевода элементов питания растений в усвояемые формы [6]. Жидкая фракция навоза с одной стороны является эффективным органическим удобрением, позволяющим получить значительную прибавку урожая за счет улучшения физических и физико-химических свойств почвы [7, 8]. С другой стороны жидкая фракция навоза является более опасной в сравнении с твердой фракцией в отношении содержащихся в ней возбудителей болезней, гельминтов и токсичных органических веществ. Это определяет необходимость установления оптимальных и научно-обоснованных доз применения органических удобрений [9; 10].

Цель исследований – оценить влияние доз жидкой фракции навоза КРС на свойства чернозема и продуктивность гороха.

Материалы и методы

Исследования по изучению влияния доз жидкой фракции навоза КРС на показатели плодородия чернозема и продуктивность гороха посевного провели в лабораторном опыте на кафедре почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета. Объекты исследования – чернозем выщелоченный; горох посевной сорта Аннушка; жидкая фракция навоза КРС, полученная на шнековом пресс-сепараторе СТ-1200.

Схема опыта включала варианты опыта: 1.Контроль (почва). 2. Жидкая фракция навоза (ЖФН) - 50 т/га. 3. ЖФН - 100 т/га. 4.ЖФН -200 т/га. Почва для опыта просеивалась через сито с диаметром < 5 мм и помещалась в сосуды объемом 5 литров. Чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый характеризовался высоким содержанием гумуса (7,2 %), очень высокой суммой обменных оснований (52,3 м-экв/100 г), нейтральной реакцией среды (рНн2о – 6,9); низкой обеспеченностью аммонийным (5,9 мг/кг) и нитратным азотом (5,4 мг/кг), средней подвижным фосфором (192 мг/кг) и очень высоким обменным калием (254 мг/кг) [11].

Внесение жидкой фракции навоза в почву осуществлялась за два дня до посева гороха. Норма высева семян гороха составила 1,2 млн. всхожих зерен на гектар. Повторность закладки опыта трехкратная. Вегетирующие растения были размещены в светокультуре с ежедневным поливом по объему (50 мл). Учет надземной фитомассы и отбор почвенных образцов проведен в фазу цветения гороха. После снятия опыта учитывали: высоту растений, количество узлов на растении, запасы фитомассы. В почве каждой повторности определяли: влажность термовесовым методом, плотность сложения по Качинскому, структурный состав по Саввинову, реакцию почвенного раствора ионометрическим методом (ГОСТ 26423-85); нитратный азот (ГОСТ 26488-85); обменный аммоний (ГОСТ 26489-85); подвижный фосфор (ГОСТ 2620491); обменный калий (ГОСТ 26204-91); содержание общего гумуса по Тюрину (Сгумуса) по И.В. Тюрину. Основные показатели по химическому составу растительного вещества получены при помощи следующих методов: азот (ГОСТ 32044.1-2012); фосфор (ГОСТ ISO 6491-2016); калий (ГОСТ 30504-97). Экспериментальные данные обработаны с использованием программы Microsoft Excel XP.

Результаты исследований

В условиях лабораторного опыта, где поступление воды в почву являлось контролируемым фактором, влажность почвы и доступность воды для растений определялась только почвенными условиями. Изменение уровней влажности почвы в опыте были обусловлены ростом и развитием растений гороха посевного и дозой внесенной жидкой фракции навоза перед посевом культуры. При одинаковом объеме ежедневного полива влажность чернозема в момент снятия опыта по вариантам изменялась от 20 до 23 % (таблица 1). Поступление жидкой фракции навоза в почву достоверно увеличивало влажность почвы на 1-3 % по сравнению с контрольным вариантом (р =0,001). Пропорционально увеличению влажности чернозема в зависимости от дозы удобрения отмечалось и повышение плотности сложения, которая представляет собой прямое отражение текстурной пористости, стабильной структурной пористости, плотности твердой фазы, набухаемости и, в силу этого, может быть принята за показатель физического состояния почв.

Таблица 1 – Агрофизическое состояние чернозема после снятия опыта

Вариант	Влажность, %	Плотность сложения, г/см3	Содержание агрономически ценных фракций, %
Контроль	19,6	0,78	85,9
50 т/га	21,3	0,80	84,9
100 т/га	21,1	0,84	88,0
200 т/га	23,3	0,90	79,9
p 05	0,001*	0,008*	0,325

По оценке плотности сложения с использованием градации С.В. Астапова, С.И. Долгова почва в условиях лабораторного опыта считалась рыхлой и не превышала величины 0,90 г/см3. На вариантах опыта с жидкой фракцией навоза в дозах от 50 до 200 т/га отмечено увеличение плотности почвы на 0,02-0,12 г/см3 с сохранением оптимальных параметров. Поступление в почву жидкой фракции навоза в почву, где основой являлась вода, способствовало увеличению плотности почвы, что подтверждалось прямой корреляционной зависимостью между изучаемыми показателями (r = 0,62). Ранее было доказано, что применение органических удобрений определяет усиление фактора «влажность» в механизме процесса уплотнение-разуплотнение [12]. Увеличение плотности сложения до 0,90 г/см3 на варианте опыта с внесением 200 т/га жидкой фракции навоза отразилось на содержании агрономически ценной фракции (АЦФ) структурных агрегатов размером 10-0,25 мм.

Чернозем в условиях лабораторного опыта характеризовался отличным структурным составом с содержанием структурных отдельностей ценного размера > 80 %, что обусловлено специальной подготовкой почвы перед закладкой опыта, когда почва просеивалась через сито < 5 мм. При отсутствии достоверных отличий между вариантами опыта установлена тенденция снижения доли агрономически ценных агрегатов при поступлении в почву 200 т/га жидкой фракции навоза. На этом варианте опыта содержание АЦФ оценивалось на уровне 80 %, что на 6 % ниже контрольного варианта.

Анализ фракционного состава чернозема показал, что в структурном составе доминировали агрономически ценные зернистые и комковатые отдельности 2-1 мм (рисунок 1) . На их долю по вариантам опыта приходилось 17-20 %.

фракции, мм

Рисунок 1 – Фракционный состав структуры чернозема выщелоченного (%) на вариантах опыта: 1. Контроль. 2. Жидкая фракция навоза (ЖФН) - 50 т/га. 3. ЖФН - 100 т/га. 4. ЖФН - 200 т/га

Количество глыбистой фракции > 10 мм изменялось по вариантам опыта от 7 до 17 %. Содержание пылеватой фракции незначительное и не превышало 6 % от массы почвы. Установлено, что наиболее трансформируемыми фракциями в опыте явились отдельности > 10; 2-1 и 0,5-0,25 мм. Схожий характер распределения фракций структурного состава чернозема установлен на всех вариантах опыта за исключением варианта с дозой внесения жидкой фракции навоза 200 т/га. Здесь выявлено снижение доли агрегатов < 2 мм и увеличение содержания глыбистых фракций > 10 мм до 16 % и отдельностей 10-5 мм на 2-4 %, что подтверждает агрегирующий эффект ЖФН в почве. Существенное снижение количества пылеватых фракций в дерново-подзолистых почвах при внесении 322 т/га жидкой фракции навоза показано в ис- следованиях [13]. Улучшение коэффициента структурности почвы зависело в основном от снижения микроструктурных отдельностей, что, скорее всего, связано с влиянием органических коллоидов оказывающих склеивающее действие, на распыленные частицы, переводя их в более крупные агрегаты. Исследованиями [14] по изучению показателей плодородия лугово-черноземной почвы в условиях применения свиного навоза показано, что он оказывал неустойчивое влияние на структуру почвы. Авторами установлено, что в первый год после поступления навоза в почву отмечалось снижение количества агрономически ценных агрегатов и величины коэффициента структурности за счет увеличения глыбистых агрегатов.

Внесение жидкой фракции навоза в почву с высоким содержанием гумуса положительно сказалось на накоплении гумусовых веществ. В модельном эксперименте почва была освобождена от растительных остатков и просеяна через сито с диаметром ячеек 5 мм. В связи с этим можно сделать допущение, что лабильное органическое вещество, представленное растительными остатками в почве, подготовленной для опыта, отсутствует. Поэтому изменения в содержании общего углерода гумуса связаны с поступлением свежей жидкой фракции навоза, содержащей в своем составе в момент закладки опыта до 14 % углерода органического вещества. Достоверные изменения в содержании Сгу-муса отмечены при поступлении в почву 100 и 200 т/га жидкой фракции навоза (таблица 2) . По сравнению с контролем они оценивались величиной 86-95 мгС/100г почвы или 0,2 %, что обусловлено пополнениями в легкоминерализуемой части гумусовых веществ, которая в процессе трансформации будет подвергаться микробному разложению и пополнять запас элементов питания в почвенном растворе и частично пул стабильного гумуса.

Исследованиями установлено достоверное повышение общего азота на 0,02 % в черноземе выщелоченном под действием жидкой фракции навоза в дозе 100 и 200 т/га. При средней обеспеченности гумуса азотом на этих вариантах опыта отмечено более узкое отношение C:N, что свидетельствовало о обогащении гумуса азотом.

Таблица 2 – Содержание общего углерода и азота в черноземе выщелоченном

Вариант         С, %           N, %           С:N

Контроль	4,19	0,41	10,2
50 т/га	4,11	0,41	10,0
100 т/га	4,28	0,43	9,9
200 т/га	4,28	0,43	9,9
Р05	0,040*	0,019*

Одним из наиболее важных показателей физико-химического состояния почв является реакция их среды – величина рН. Реакция среды имеет существенное значение для условий питания растений и применения удобрений, выступает определяющим показателем при оценке внутрипочвенной и внутриландшафтной миграции подвижных соединений. Особенно важно учитывать реакцию среды при внесении навоза в почву. Исследованиями, проведенными [15] на светло-серой лесной почве доказано положительное влияние на снижение кислотности почвы под действием жидкой фракции навоза в дозе 120 и 180 т/га.

Чернозем на контрольном варианте имел нейтральную рН водной вытяжки (6,9 ед. рН). Поступление в почву жидкой фракции навоза, имеющей слабощелочную рН, не оказало достоверного подщелачивающего эффекта на реакцию почвенного раствора (р = 0,194) (таблица 3) . На всех вариантах опыта установлена нейтральная реакция почвенного раствора, что подтверждает буферную способность черноземов. Результаты полевых исследований [16] на черноземах Кировской области показали, что удобрение пашни жидкой фракцией навоза КРС привело к существенному снижению обменной кислотности. Аммонийные, а затем и нитратные формы азота расходуются растениями из почвы в первую очередь, особенно в начальные стадии роста. Динамика минерального азота в почве течении вегетации очень нестабильна и зависит от множества факторов. В контролируемых условиях модельного эксперимента существенное влияние на содержание форм минерального азота оказывают только вегетирующие растения за счет выноса питательных элементов с биомассой и/или усиления микробиологической активности в корнеобитаемом слое.

Таблица 3 – Агрохимическое состояние чернозема после снятия опыта

Вариант	рНн2о	N-NH4	N-NO3     P2О5 мг/кг		К 2 О
Контроль	6,94	4,4	3,2	196,0	206,4
50 т/га	6,96	4,4	4,5	190,5	270,1
100 т/га	6,90	4,5	6,7	206,5	356,4
200 т/га	6,90	4,5	7,5	217,7	505,5
Р05	0,194	0,995	0,022*	0,002*	0,000*

Высокая концентрация аммонийного азота в жидкой фракции навоза, поступившей в почву в различных дозах, не сказалась на накоплении этой формы азота. На всех вариантах отмечена низкая обеспеченность аммонийным азотом (4-5 мг/кг), что обусловлено выносом его горохом посевным. Интенсивное потребление аммонийного азота культурой в условиях лабораторного опыта обусловлено уровнем реакции среды. Несмотря на преимущественное потребление растениями нитратной формы азота при температурах > 10°С, оптимум поглощения N-NH4 происходит при рН близкой к 7,0, а N-NO3 - при слабокислой реакции среды [17].

В почве контрольного варианта установлена очень низкая обеспеченность нитратным азотом (3 мг/кг). Под действием удобрения почвы жидкой фракцией навоза отмечено увеличение в черноземе концентрации нитратного азота в 1,5-2 раза. При внесении 200 т/га жидкой фракции навоза обеспеченность почвы нитратной формой азота после снятия опыта оценивалась на среднем уровне (8 мг/кг). Нитрификация – это аэробный процесс, для которого необходим постоянный источник аммонийного азота и кислорода, оптимальные значения температуры – 20-250 С, влажности 60 % от полной влагоемкости, рН = 6,2-8,2. В полевых условиях содержание нитратного азота – это один из самых изменчивых в пространстве и во времени показатель, но в условиях лабораторного эксперимента, все внешние факторы были одинаковыми, следовательно, изменения содержания нитратного азота определялись вариантом опыта.

Содержание подвижного фосфора в черноземе контрольного варианта и на варианте с внесением 50 т/га жидкой фракции навоза КРС оценивалось на близком уровне (191-196 мг/кг) и соответствовало средней обеспеченности этим элементом питания. Увеличение дозы внесения ЖФН до 100 и 200 т/га определило достоверное изменение класса обеспеченности Р2О5 до повышенного (207-218 мг/кг). Черноземы выщелоченные отличаются очень высокой обеспеченностью обменным калием. В почве контрольного варианта его содержание составляло 206 мг/кг. Внесение в почву жидкой фракции навоза в почву повышало обеспеченность обменным калием в 1,3-2,5 раза. Максимальное содержание доступного для растений калия содержалось в почве варианта опыта с внесением 200 т/га жидкой фракции навоза (506 мг/кг).

Интегральным показателем, отражающим реакцию сельскохозяйственных культур на условия возделывания, является их продуктивность [18]. Она определяется больших числом факторов, которые влияют на рост и развитие растений, в т.ч. и применяемых удобрений. Удобрения могут усиливать рост растений, но и могут оказать обратное действие, снизив урожай и его качество. Они могут затруднять прорастание семян и начальный рост растений по причине простых солей, находящихся в почвенной воде. Так ионы аммония, калия и фосфатов могут поглощаться твердой фазой, нитраты, хлориды и сульфаты остаются в почвенном растворе, повышая его осмотическое давление и препятствуя поглощению воды и питанию растений. В условиях ла бораторного опыта внесение жидкой фракции навоза КРС в дозах 100

и 200 т/га оказало достоверное положительное влияние на биометрические показатели растений гороха посевного (таблица 4) . В фазу его цветения на этих вариантах опыта по сравнению с контролем отмечено достоверное увеличение длины растений на 2-5 см и увеличение на 1 шт./растение количества междоузлий, что сказалось на запасах зеленой фитомассы растений гороха. Максимальная продуктивность зеленой массы гороха в лабораторном опыте отмечена при внесении 200 т/га жидкой фракции навоза КРС. На этом варианте опыта отмечено относительное по сравнению с контролем увеличение длины растений на 27 %, количества междоузлий на 9 %, запасов фитомассы на 40 %. Полученные результаты согласуются с исследованиями [7] показывающими, что наиболее эффективным с точки зрения увеличения урожайности яровой пшеницы на лугово-черноземных почвах Омской области было применение 200 т/га. Прибавка урожая составила 1,4 т, или 53,0 %. Увеличение дозы до 250 т/га было менее эффективно, а при внесении 300 т/га отмечалось существенное снижение урожайности культуры по сравнению с дозой 200 т/га.

Таблица 4 – Продуктивность гороха посевного в лабораторном опыте

Вариант	Длина растений, см	Количество междоузлий, шт./растение	Фитомасса, г/ сосуд
Контроль	16,8	8,2	10,9
50 т/га	18,8	8,1	11,1
100 т/га	20,7	8,6	11,5
200 т/га	21,3	8,9	15,3
Р05	0,042*	0,001*	0,023*

Матрица парных коэффициентов корреляции показателей чернозема и продуктивности гороха посевного показывала, что запасы зеленой фитомассы в условиях технологии в условиях применения жидкой фракции навоза КРС на 52 % сопряжены с содержанием в почве нитратного азота (r = 0,72), на 29 % с содержанием обменного калия (r = 0,59). Связь подвижного фосфора с урожайностью зеленой массы гороха оценивалась как средняя (r = 0,48). При этом установлено, что между доступными для растений элементами питания имелась существенная связь (r = 0,61… 0,74).

Таким образом, использование жидкой фракции навоза в дозе 200 т/га является эффективным приёмом повышения урожайности культуры и сохранения плодородия черноземов Красноярской лесостепи.

Выводы

Внесение 200 т/га жидкой фракции навоза в чернозем определило максимальную продуктивность зеленой массы гороха (15 г/сосуд), способствовало достоверному увеличению влажности почвы на 3 %, содержания углерода органического вещества на 0,2 %, общего азота на 0,02 %, нитратного азота на 4 мг/кг, подвижного фосфора на 22 мг/ кг, обменного калия на 300 мг/кг.

Запасы зеленой фитомассы гороха при применении жидкой фракции навоза КРС на 52 % сопряжены с обеспеченностью почвы нитратным азотом, на 29 % обменным калием и на 23 % с подвижным фосфором.