Возможности биотехнологии на примере получения различных видов вермикомпоста и оценка их влияния на урожайность растений

Введение. В последние два десятилетия всё более широкое распространение получают биотехнологические способы переработки различных отходов с использованием калифорнийских червей [3]. Биосинтез значительно экономичнее и технически доступнее, чем химический синтез. Особенно большие возможности проведения биотехнологического процесса представляются в сельском хозяйстве. Биологические процессы зачастую не только сами являются безотходными, но и позволяют решать проблемы переработки органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, придавая им ценные потребительские свойства [7]. В связи с этим исследования в области вермикомпостирования – одного из перспективных направлений биотехнологии – являются, бесспорно, востребованными и актуальными. Вермикомпостирование – это управляемая биоконверсия органических материалов в почвенные компоненты путем их переработки дождевыми червями [11]. Вермикомпост, являясь экологически чистым органическим удобрением, оказывает многостороннее действие на почву и растение. Он не содержит семян сорных растений, патогенных микроорганизмов и возбудителей болезней, по сравнению с обычным компостом является более безопасным [2].

Технология вермикомпостирования рассматривает практически любые органические отходы в качестве субстрата для получения вермикомпоста. Разными авторами рекомендуются растительные остатки – лузга гречихи и подсолнечника [8], отходы животного происхождения – навоз КРС [10], птичий помёт [1], конский навоз [11], отходы деревообрабатывающей промышленности [5, 6], хозяйственно-бытовые стоки [9] и др.

Несмотря на широкий выбор субстратов, целесообразным является использование местных и наиболее проблемных отходов. Наиболее актуально утилизировать птичий помет и отходы деревообрабатывающей промышленности, которые составляют огромный сырьевой ресурс для производства органических удобрений, мало используемый до настоящего времени [4]. Только на одной птицефабрике «Заря» накапливается ежегодно около 44 тыс. т птичьего помета, а ежегодные объемы накопления древесной коры в Красноярском крае составляют около 10 млн т. Введение в куриный помет отходов деревообрабатывающей промышленности оптимизирует рН смеси до нейтральной среды, способствует обеззараживанию субстрата для последующего вермикомпостирования и обеспечивает более быструю переработку субстрата червями

(2–3 месяца) [6]. Наиболее распространенными твердыми отходами деревообрабатывающей промышленности являются: кора, гидролизный лигнин, опилки, которые и были использованы нами в работе.

Цель исследований . Проанализировать возможности использования природных биотехнологических объектов и процессов для получения новых видов органических удобрений из отходов производства и оценить их влияние на урожайность растений.

Объекты и методы исследований. Исследования проводили в вегетационно-полевом опыте на стационаре КрасГАУ в сосудах без дна (диаметр сосуда – 50 см). Объектами исследований являлись агросерая почва, разные виды вермикомпоста, полученные методом переработки птичьего помета и отходов деревообрабатывающей промышленности (гидролизного лигнина, коры, опилок) калифорнийским червем Eisenia fetida; яровая пшеница сорта Новосибирская 15, рапс сорт Надежный 92.

Для достижения достаточной однородности почвенного плодородия в опытных сосудах до внесения вермикомпоста в почву были сделаны уравнительные посевы яровой пшеницы сорта Новосибирская 15. Далее вносили разные виды вермикомпоста (ВК) в агросерую почву в двух дозах (3 и 6 т/га) согласно схеме: почва (без удобрений) – контроль; почва + вермикомпост на основе коры и птичьего помета (ВКк); почва + вермикомпост на основе гидролизного лигнина и птичьего помета (ВКгл); почва+вермикомпост на основе опилок и птичьего помета (ВКо). Повторность опыта пятикратная. Размещение вариантов опыта последовательное. Тестовая культура рапс сорта Надежный 92.

В течение вегетационного периода вели фенологические наблюдения за растениями рапса. Убирали рапс на зеленую массу в фазу цветения. Весной до закладки опыта и осенью отбирали почвенные образцы, в которых определяли рН, количество гумуса, содержание нитратного и легкогидролизуемого азота, подвижного фосфора. Полученные результаты полевого опыта обработаны статистически методами дисперсионного анализа с использованием программы «Excel».

Результаты исследований и их обсуждение. Агросерая почва, используемая в опыте, характеризовалась слабокислой реакцией среды, очень низким содержанием гумуса, нитратного и легкогидролизуемого азота и высоким количеством подвижного фосфора (табл. 1). Вобщем, агросерая почва обладала низким эффективным плодородием. Для его повышения необходимо вносить удобрения.

Агрохимическая характеристика агросерой почвы до закладки опыта и методы определения показателей

Таблица 1

Показатель	Слой почвы 0-20 см	Метод определения показателей
рН kcl	5,1	Потенциометрически
Гумус, %	1,98	По Тюрину
P 2 O 5подв .мг/100 г почвы	28,2	По Кирсанову
N-NO 3 мг/кг	2,8	Дисульфофеноловый
N лг мг/кг	0,13	По Корнфилду

В качестве таковых использовали разные виды вермикомпоста. Как видно из таблицы 2, все виды вермикомпостов характеризуются нейтральной реакцией среды и одинаковым количеством валового калия. Большим содержанием валового азота отличаются вермикомпосты, приготовленные на основе коры, опилок и птичьего помета. Наибольшее количество валового фосфора характерно для вермикомпоста, подготовленного на основе гидролизного лигнина.

Агрохимическая характеристика разных видов вермикомпоста

Таблица 2

Вид вермикомпоста (ВК)	рН Н2О	Валовые, %
		N	Р	К
ВКк	6,9	1,31	2,45	1,09
ВКгл	6,8	1,12	3,80	0,95
ВКо	6,8	1,40	2,46	1,16

Анализ данных таблицы 3 показывает варьирование урожайности по вариантам опыта. В среднем по всем вариантам опыта урожайность сухой массы пшеницы составила 35 ц/га.

Статистические параметры урожайности пшеницы на зеленую массу, ц/га

Таблица 3

Вариант	M	±m	V, %
1-й	39,1	5,4	31
2-й	35,4	3,7	23
3-й	32,3	2,7	19
4-й	38,9	3,4	20
5-й	34,5	2,6	17
6-й	35,1	2,6	16
7-й	31,4	2,5	18

Примечание. Здесь и далее: M – среднее значение; m – стандартная ошибка; V – коэффициент вариации.

Совокупность считается однородной, если коэффициент вариации не превышает 33 %. То есть уравнительным посевом была достигнута достаточная однородность почвенного плодородия в опытных сосудах, значительных различий урожайности не наблюдалось. Затем высевался рапс в удобренную вермикомпо-стом почву.

Результаты проведенных исследований показали существенные визуальные различия по вариантам опыта даже на начальных этапах вегетации рапса. Растения контрольного варианта (без внесения удобрений) отличались плохой всхожестью и медленным ростом в отличие от растений удобренных вариантов опыта (рис. 1). Высота растений контрольного варианта наименьшая и составила 17,6 см. Высота рапса в удобренных вариантах опыта превысила эту величину в 1,5–2,8 раза.

Рис.1. Растения рапса на 18-й день после посева. Снизу вверх: вариант с двойной дозой вермикомпоста на основе опилок; контрольный вариант без удобрений; вариант с одинарной дозой вермикомпоста на основе коры

Дальнейшие наблюдения за развитием растений на контроле показали отсутствие развившихся соцветий рапса до самой уборки урожая (рис. 2).

Рис. 2. Контрольный вариант в день уборки урожая: замедленное развитие, короткие стебли, отсутствие развившихся соцветий

Растения рапса в варианте с ВКк, внесенным в дозе 6 т/га, отличались от других вариантов опыта наибольшей высотой, составившей 49 см (рис. 3).

Рис. 3. Вариант с вермикомпостом на основе коры и птичьего помета в дозе 6 т/га

В вариантах с внесением вермикомпоста на основе гидролизного лигнина отмечалось значительное улучшение показателей роста уже при дозе 3 т/га, высота стебля рапса оказалась стабильно высока – 41,0 и 46,8 см при одинарной и двойной дозе удобрения соответственно. Однако эти показатели были ниже таковых в сравнении с ВКк, внесенным в почву в количестве 6 т/га.

Результаты проведенных исследований показали, что минимальная урожайность рапса сформировалась на контроле (10,6 ц/га). Это обусловлено низким эффективным плодородием агросерой почвы (табл. 4).

Таблица 4

Влияние разных видов и доз вермикомпоста на урожайность рапса на агросерой почве, ц/га

Вариант опыта		Урожайность, ц/га		V, %	Прибавка к контролю
		M	± m		ц/га	%
Контроль (б/у)		10,6	3,3	39	-	-
ВКк	3 т/га	18,4	3,1	38	7,8	74
	6 т/га	50,8	3,1	14	40,2	379
ВКгл	3 т/га	32,9	6,1	41	22,3	210
	6 т/га	44,9	4,1	20	34,3	324
ВКо	3 т/га	12,3	1,5	28	1,7	16
	6 т/га	20,5	3,4	37	9,9	93

Обогащение агросерой почвы с очень низким содержанием гумуса (см. табл. 1) органическим веществом в виде разных видов вермикомпоста, внесенного в почву в количестве 3 т/га, обеспечило увеличение урожайности рапса на 1,7–22,3 ц/га в зависимости от вида вносимого вермикомпоста по сравнению с контролем. Наибольшую прибавку урожая рапса обеспечил при этой дозе вариант с ВКгл. Вермикомпост, произведенный на основе опилок и птичьего помета в дозе 3 т/га, заметно повлиял только на всхожесть растений и высоту стеблей, прибавка урожая составила лишь 16 %. Возможно, что низкие показатели связаны с недостаточной зрелостью вермикомпоста этой партии и высокой долей негидролизуемого остатка в полученном нами удобрении. Однако при дозе внесения 6 т/га урожайность рапса в этом варианте превысила контроль на 93 %.

Полученные данные свидетельствуют о высокой эффективности двойной дозы внесения (6 т/га) всех видов вермикомпостов (ВКк, ВКгл, ВКо) в агросерую почву. Прибавка урожая зеленой массы рапса к контролю составила от 93 до 379 %, а по отношению к одинарной дозе – 77–305 % в зависимости от варианта опыта.

Наибольшая урожайность растений в 50,8 ц/га сформировалась в варианте с вермикомпостом, приготовленным на основе коры и птичьего помета, что в 4,8 раза превысило урожайность контрольного варианта; это, по-видимому связано с качеством подготовленного вермикомпоста.

Выводы

• 1.    Показана возможность переработки отходов птицеводства и деревообрабатывающей промышленности (коры, гидролизного лигнина, опилок) в эффективные вермикомпосты, получаемые путем экологической биотехнологии в процессе вермикомпостирования этих отходов.

• 2.    Обнаружено, что применение разных видов и доз вермикомпоста способствует повышению урожайности рапса и улучшению показателей плодородия почв. Прибавка урожая зеленой массы рапса к контролю от внесения в агросерую почву 6 т/га составила от 93 до 379 %, а по отношению к одинарной дозе – 77–305 % в зависимости от варианта опыта.

• 3.    Выявлено, что наибольшая урожайность рапса (50,8 ц/га) сформировалась при внесении в агросе-рую почву 6 т/га вермикомпоста, приготовленного на основе коры и птичьего помета, что в 4,8 раза превысило урожайность контрольного варианта.