Оценка влияния биогумуса на повышение плодородия почвы

Характеризуются современные проблемы ухудшения почв, используемых при выращивании сельскохозяйственных культур. Основной проблемой является снижение уровня плодородия почв из-за отчуждения питательных элементов гумуса с урожаем и несвоевременного их возврата. Предлагается новый способ восстановления плодородия почв — применение биогумуса. Биогумус – это, прежде всего, микробиологическое удобрение, внесение которого в почву нормализует развитие обменных процессов, свойственных здоровой почве. Метод внесения достаточного количества органических гумусных удобрений является одновременно и средством микробиологической защиты почвы, и средством ее мелиорации, и средством резкого подъема продуктивности полей. Испытание метода проводилось на опытном поле ТОО «Павлодарский НИИСХ». Биогумус представляет собой рассыпчатую почвообразную массу, содержит большое количество (до 32% на сухой вес) гуминовых кислот, фульвокислот и гуминов. Все питательные вещества находятся в нем в сбалансированном сочетании и виде биодоступных для растений соединений. Приводятся данные химического анализа этого удобрения и результаты его влияния на содержание гумуса в почве и на урожайность сельскохозяйственных культур. Пшеница обеспечила прибавку урожая на 2,3-2,4 ц/га, горох – на 2,6-2,9 и гречиха – на 1,8-2,3 ц/га

Мустафаев Болатжан Абдыканович
кандидат сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агротехнологии, Павлодарский  государственный университет им. С. Торайгырова, Казахстан, г. Павлодар
Какежанова Зибагуль Ермуратовна
младший научный сотрудник, Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова,           Казахстан, г. Павлодар
Кенжетаева Асель Бекежановна
магистр биологии, научный сотрудник, Павлодарский государственный университет                             им. С. Торайгырова, Казахстан, г. Павлодар, aselkenjetaeva@mail.ru

Введение

На сегодняшний день сложился определенный взгляд на почву как на средство производства. Требуя от нее максимальных урожаев, одновременно расходуя ее ресурсы, зачастую забываем о другой необходимой стороне – воспроизводстве ее плодородия. В результате почва из года в год истощается, теряет свое лучшее, формировавшееся веками свойство – плодородие. В этих условиях задачей сельскохозяйственной науки является выяснение и уточнение роли каждого агроприема в воспроизводстве почвенного  плодородия, выработка конкретных рекомендаций по обеспечению бездефицитного баланса питательных элементов, прежде всего гумуса, с учетом уровня плодородия той или иной почвы. Следует отказаться от получения продукции растениеводства  ценой разрушения или загрязнения почв.

В настоящее время проблема гумуса приобретает наибольшую практическую значимость, поскольку в глобальном масштабе происходят его потери (до 1 т/га в год и более). Качественные и структурно-функциональные изменения снижают плодородие почв, происходит её деградация и влияние эмиссии углекислоты на проявление парникового эффекта. Значительные потери гумуса имеют место при эрозии почв и антропогенном опустынивании, при вовлечении в земледелие. В общем планетарном масштабе годовой почвенный цикл углерода идет с дефицитом, т.е. происходит разрушение гумуса педосферы планеты, что может в конечном итоге сказаться на функционировании и устойчивости биосферы в целом. С этим процессом в какой-то степени связан и наблюдающийся рост концентрации СО₂ в атмосфере, который зависит не только от техногенного процесса сжигания ископаемого топлива. Для поддержания устойчивости биосферы гумусовый баланс почв в годовом цикле должен быть либо положительным, либо нулевым. Дефицитный годовой баланс гумуса крайне опасен экологически. Наличие органического вещества является характерной особенностью почв, отличающей их от материнских пород (Базильханов, Дүйсенов, 2011).

Методика исследований

 Не все питательные вещества, содержащиеся в почве, доступны для растений. В 2011 году по состоянию на июль в Республике было внесено 145 367 тонн минеральных удобрений, из них 89 949 в южных регионах и 55 412 на севере страны. На богаре, в северных регионах республики, под посев сельскохозяйственных культур было применено 87 842 тонны физических туков удобрений, или 3,6 кг на гектар пашни. На один гектар пашни было внесено 6 кг физического веса минеральных удобрений или в 14 раз меньше потребно3сти для сельскохозяйственных культур (Мартынова, 2011).

Почва, обработанная обезвоженным аммиаком, аммиачной водой или углекислым аммонием, становится стерильной. Почвы на таких полях не воспроизводятся, даже если на них вывозить органику – перерабатывать ее там в гумус некому. Для ее реанимации было  предложено использование биогумуса, несущего в себе весь комплекс микроорганизмов и люмбрикофауны. Черви быстро размножаются в «стерильной» почве и быстро восстанавливают потенциал ее плодородия, тогда как в «стерильной» почве микрофлора восстанавливается медленно. Биогумус – это, прежде всего, микробиологическое удобрение. Внесение в почву нормализует развитие обменных процессов, свойственных здоровой почве. Со свежеприготовленным биогумусом на поле, наряду с микрофлорой, будут вноситься и коконы (яйца) люмбрикофауны, из которых возродятся почвенные (земляные) черви – главные почвовоспроизводители. Как известно, аграрной наукой было разработано довольно много эффективных методов борьбы с эрозией почв, в том числе такие, как правильный севооборот, террасирование, высадка лесозащитных полос, безотвальная обработка почвы, дренаж, травостояние и так далее. Но наиболее эффективным оказался метод внесения достаточного количества органических гумусных удобрений, что является одновременно и средством микробиологической защиты почвы, и средством ее мелиорации, и средством резкого подъема продуктивности полей.

В связи с этим одной из основных задач  является изучение влияния биогумуса на   содержание гумуса, на продуктивность изучаемых культур и оценка возможности его использования для повышения плодородия почвы.

Результаты исследований и их обсуждение

 Целью наших исследований является внедрение применения органических удобрений в виде биогумуса для воспроизводства плодородия почв и увеличения продуктивности полевых и других сельскохозяйственных культур.

Изучение проводилось на опытном поле ТОО «Павлодарский НИИСХ». Опытный участок расположен в сухостепной зоне в пределах подзоны ковыльно-типчаковых степей, в южной части Западно-Сибирской низменности. Рельеф представлен слабоволнистой равниной. Почвы участка каштановые, нормальные, легкие, малогумусные, среднемощные на супеси, типичные для второй зоны области. Содержание валового азота – 0,22% и фосфора – 0,19%. Реакция почвенной среды близка к нейтральной. Объемная масса в слое почвы 0-30 см равна 1,39-1,55 г/см³. Опыты размещались в 10-польном плодосменном севообороте. 

Опыт 1. Изучение влияния минеральных доз биогумуса и минеральных удобрений на урожайность полевых культур (пшеница, просо, гречиха, горох, нут, подсолнечник)

Схема вариантов опыта:

1. контроль (без удобрений и биогумуса);
2. N₄₀P₂₀ в рядки;
3. биогумус 1,5 т/га;
4. биогумус 3,0 т/га;
5. биогумус 5,0 т/га;
6. биогумус 7,0 т/га;
7. биогумус 9,0 т/га.

          Получаемый нами биогумус представляет собой рассыпчатую почвообразную массу, похожую на чернозем. Он содержит большое количество (до 32% на сухой вес) гуминовых кислот, фульвокислот и гуминов. Все это придает этому органическому удобрению высокие агрохимические и ростостимулирующие свойства. Все питательные вещества находятся в нем в сбалансированном сочетании и виде биодоступных для растений соединений.

Таблица 1 — Химический  состав биогумуса «Павлодарский»

Влажность, %	45–50
Зольность, %	34–45
Органические вещества, %	55–65
Гумус, %	12,20–17,42
Валовое содержание, %
Азот	0,9–1,5
Фосфор	0,7–1,2
Калий	1,93–2,1
Подвижные формы, мг/кг
Азот	81–109
Фосфор	680–720
Калий	3200–4800
Кальций, мг-экв /100 г	14–18
Магний, мг-экв/100 г	10–13
Массовая доля тяжелых металлов, мг/кг	Ниже ПДК для почв
Патогенные бактерии (микрофлора)	отсутствует
Яйца гельминтов	отсутствует
Цисты кишечных патогенных простейших	отсутствует

Как видно, по сравнению с другими органическими удобрениями в биогумусе гораздо больше подвижных элементов питания. Полезные вещества, которые содержатся в нём, при внесении в почву не теряются, не переходят в другие недоступные формы, медленно растворяться в почвенной влаге и длительное время обеспечивают корневую систему растений сбалансированным и полноценным питанием, а также, в отличие от таких органических удобрений как навоз, в биогумусе нет семян сорных растений, яиц гельминтов, патогенной микрофлоры и тяжелых металлов, что обеспечивает ему преимущество среди других органических удобрений.

Среди множества показателей плодородия почвы  гумусу принадлежит ведущее место. В гумусе заключено 98% всего запаса азота почвы, 80% серы и 60% фосфора. Гумус оказывает благоприятное влияние на физические, химические, водно-физические, биологические и другие показатели почвенного плодородия. Количественной оценке изменений  гумуса в почвах Казахстана и в Сибири при их сельскохозяйственном исследовании посвящено много исследований. Потери гумуса за период 8-40 лет освоения составили от 1,7 до 20% и более. На гумусовое состояние почвы существенное влияние оказывает система обработки почвы. Темпы минерализации, следовательно при снижении количества гумуса могут существенное замедляться или ускоряться в зависимости  культур севооборота; без поступления растительных остатков в почву происходит прогрессирующая потеря органического вещества.

Результаты наших исследований показывают, что при внесении в почву биогумуса в количестве 1,5; 3,0; 5,0; 7,0; и 9 т/га происходят определенные изменения в содержании гумуса соответственно его внесению, то есть увеличение содержании гумуса в пахотном слое почвы по сравнению с контрольным вариантом составило в 2012 году 0,11; 0,21; 0,34; 0,42 и 0,56%, в 2013 году – 0,08; 0,19; 0,35; 0,35; 0,42 и 0,55%. То есть каждая тонна внесенного биогумуса увеличивает содержание гумуса в почве в среднем на 0,07%. Изменения происходят и в абсолютных величинах. В среднем за два года испытаний установлено, что каждая тонна биогумуса, внесенного в каштановую почву легкосуглинистого мехсостава, образует 1600 кг гумуса. По литературным данным это эквивалентно внесению 16-19 т/га подстилочного навоза или 6-8 т/га соломы [59] Безусловно, выводы по динамике содержания гумуса в почве на основании данных двух лет недостаточны. Однако, опираясь на литературные источники [58,28], следует предположить, что в зоне каштановых почв Павлодарской области применение биогумуса позволит приостановить процесс дегумификации почвы и значительно улучшить состояние гумуса. В годовом цикле создается положительный баланс гумуса.

            Таблица 5 – Влияние биогумуса на содержание гумуса в 0-20 см слое почвы, % т/га           

Варианты опыта	В фазу всходов	В период уборки
2012	2013	Среднее	2012	2013	Среднее
Контроль (без  удобрений и биогумуса )	1,22/32,4	1,24/32,9	1,23/32,6	1,18/31,4	1,21/32,1	1,19/31,6
N40P20 в рядки	1,21/32,1	1,24/32,9	1,23/32,7	1,17/31,1	1,21/32,1	1,19/31,6
Биогумус 1,5 т/га	1,33/35,3	1,32/35,0	1,32/35,0	1,30/34,6	1,32/35,0	1,31/34,8
Биогумус 3,0 т/га	1,43/38,0	1,43/37,9	1,43/38,1	1,41/37,5	1,43/38,1	1,42/37,7
Биогумус 5,0 т/га	1,56/41,4	1,59/42,2	1,57/41,9	1,54/40,9	1,59/42,2	1,56/41,7
Биогумус 7,0 т/га	1,64/43,6	1,66/44,1	1,68/44,6	1,61/42,8	1,68/44,7	1,64/44,5
Биогумус 9,0 т/га	1,78/47,3	1,79/47,5	1,80/47,8	1,76/46,8	1,79/47,5	1,74/46,2

В соответствии с изменением важных физических свойств почвы, ее гумусового состояния, водного и пищевого режимов в связи с внесением биогумуса, а также со сложившимися погодно-климатическими условиями, формировалась и урожайность изучаемых сельскохозяйственных культур и их качеств. Дело в том, что урожайность сельскохозяйственных культур – основной интегрирующий показатель, характеризующий уровень соответствия комплекса изучаемых факторов формированию высокой продуктивности культур (таблица 8, 9, 10).     

Таблица 8 – Урожайность пшеницы в зависимости от различных доз биогумуса, ц/га

Варианты опыта	2012	2013	Среднее	Прибавка
ц/га	%
Контроль (без  удобрений и биогумуса )	4,6	8,1	6,3	—	—
N40P20 в рядки	4,9	8,8	6,8	0,5	0,8
Биогумус 1,5 т/га	5,8	11,4	8,6	2,3	36,5
Биогумус 3,0 т/га	5,6	11,8	8,7	2,4	38,1
Биогумус 5,0 т/га	6,4	12,1	9,2	2,9	46,0
Биогумус 7,0 т/га	6,4	11,9	9,1	2,8	44,4
Биогумус 9,0 т/г	6,9	12,3	9,6	3,3	52,4
НСР05	0,94	1,24

Анализ данных урожайности показывает, что в отчетном году изучаемые культуры формировали сравнительно высокие урожаи на вариантах с внесением 1,5-9,0 т/га биогумуса. Однако более достоверная прибавка урожайности почти у всех изучаемых культур отмечена на вариантах с внесением 1,5-3 т/га биогумуса. При этом пшеница отличалась прибавкой урожая на 2,3-2,4 ц/га, горох – на 2,6-2,9 и гречиха – 1,8-2,3 ц/га.

Таблица 9 – Урожайность гороха в зависимости от различных доз биогумуса, ц/га

Варианты опыта	2012	2013	Среднее	Прибавка
ц/га	%
Контроль (без  удобрений и биогумуса )	6,3	10,2	8,2	—	—
N40P20 в рядки	6,2	11,0	8,6	0,4	4,8
Биогумус 1,5 т/га	7,9	13,8	10,8	2,6	31,7
Биогумус 3,0 т/га	7,9	14,3	11,1	2,9	35,4
Биогумус 5,0 т/га	8,4	15,3	11,8	3,6	43,9
Биогумус 7,0 т/га	9,1	15,2	12,2	4,0	48,7
Биогумус 9,0 т/г	10,1	15,4	12,7	4,5	54,8
НСР05	1,23	1,38

Таблица 10 – Урожайность гречихи в зависимости от различных доз биогумуса, ц/га

Варианты опыта	2012	2013	Среднее	Прибавка
ц/га	%
Контроль (без  удобрений и биогумуса )	1,8	6,4	4,1	—	—
N40P20 в рядки	2,2	6,8	4,5	0,4	0,9
Биогумус 1,5 т/га	3,2	8,6	5,9	1,8	43,9
Биогумус 3,0 т/га	3,3	9,6	6,4	2,3	56,0
Биогумус 5,0 т/га	3,8	9,8	6,8	2,7	65,8
Биогумус 7,0 т/га	4,1	9,	7,0	2,9	70,7
Биогумус 9,0 т/г	4,6	9	7,3	3,2	78,0
НСР05	1,2	10,1

В наших исследованиях внесение биогумуса в количестве от 1,5 до 3 т/га за счет оптимизации плотности, водного и пищевого режимов почвы увеличивает урожайность пшеницы на 36-38%, гороха на 31-35% и гречихи на 43-56%. Дальнейшее  увеличение дозы внесения биогумуса не способствует повышению эффективной продуктивности.

Внесение биогумуса способствует экономному расходу влаги за счет создания оптимального сложения пахотного слоя почвы. Внесение 1,5 т/га биогумуса снижает объемную массу почвы на 0,01 г/см³, 3 т/га на – 0,02 г/см³, 5 т/га – на 0,03-0,04 г/см³. Значит, внесением биогумуса можно решить проблемы переуплотнения почвы.

По нашим данным, при внесении в почву биогумуса в количестве 1,5-9 т/га происходит увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы по сравнению с контрольным вариантом на 0,11 — 0,56%. Иными словами, увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы составляет 7% на каждую тонну внесенного биогумуса. Следовательно, в зоне проведения исследований регулярное применение биогумуса  позволит приостановить процесс дегумификации почвы  и улучшить условия гумусового состояния почвы, а также минерального питания растений.

На содержание нитратной формы азота в период вегетации растений положительное влияние оказывает внесение биогумуса. Результаты наших исследований показали, что содержание нитратного азота существенно зависело от применяемых доз биогумуса.  При внесении 1,5 т/га биогумуса увеличение содержания  нитратного азота составило 3,01 мг/кг почвы, 3 т/га – 4,40 мг/кг почвы и  5 т/га — 5,62  мг/кг почвы по сравнению с контрольным вариантом. При этом внесение биогумуса увеличивает количество нитратных форм азота в почве и повышает её биологическую активность. При внесении на 1 га 3-5 т биогумуса в почву поступает 40,2-67 кг фосфора, что равноценно по фосфору 180-300 кг суперфосфата. Этот фосфор в почве будет проявлять последействие на протяжении 3-4 лет.

Анализ данных по урожайности показывает, что в отчетном году изучаемые культуры формировали более высокие урожаи на вариантах с внесением 1,5-3,0 т/га биогумуса. При этом пшеница обеспечила прибавку урожая на 2,3-2,4 ц/га, горох – на 2,6-2,9 и гречиха – 1,8-2,3 ц/га

ЛИТЕРАТУРА

1. Базильханов Е.К., Дүйсенов К.С. Как повысить плодородие пахотных угодий //  Земельные ресурсы Казахстана. – 2011. – № 6. –  С 29-30
2. Мартынова Н.А Химия почв: органическое вещество почв.  – Иркутск: Изд-во ИГУ, 2011.- 255 с.