Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биологические основы утилизации отходов спиртового производства в агроэкосистемах

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биологические основы утилизации отходов спиртового производства в агроэкосистемах"

На правах рукописи

КУЗЯЕВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

эколого-биологические основы утилизации отходов спиртового производства в агроэкосистемах

Специальность 03.02.08 - экология

автореферат 005007968

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 9 ЯНВ 2012

Орел-2012

005007968

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Гурин Александр Григорьевич

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор

Мосина Людмила Владимировна

кандидат биологических наук Поцепай Юлия Григорьевна

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет»

Защита состоится 17 февраля 2012 года в 16 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.183.05. при Орловском государственном университете по адресу: 302026, г. Орел, ул. Комсомольская, 95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного университета по адресу: 302026, г. Орел, ул. Комсомольская, 95.

Текст автореферата размещен на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «14» января 2012 г. и опубликован в сети Интернет на официальном сайте Орловского государственного университета www.univ-orel.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н., доцент

Кириллова И. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отходы производства и потребления, образующиеся в настоящее время в огромных количествах, представляют угрозу для окружающей среды. В связи с этим большую актуальность в настоящее время приобретают проблемы их утилизации (Лисицкая, 2008). При этом многие виды отходов производства содержат в своем составе ценные питательные вещества и могут быть использованы в качестве вторичного материального ресурса (Найдененко, 2008). К таким видам отходов относятся отходы спиртового производства. Практика экономически развитых стран (Франция, Бельгия, Голландия), а также исследования российских ученых показывают, что отходы спиртовой промышленности можно использовать в качестве органо-минерального удобрения (Милюков,2006).

Вместе с тем, целенаправленных экспериментальных исследований по использованию отходов спиртового производства в качестве экологически безопасного удобрения, позволяющего повысить эффективность управления функционированием агроэкосистем явно недостаточно. Практически отсутствуют данные о воздействии барды на функционирование отдельных биологических объектов биоценоза и экосистемы в целом.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка эколого-биологических основ использования фильтрата спиртовой барды в агроэкосистемах.

В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

• изучить реакцию изменение агрохимических свойств почвы под воздействием фильтрата спиртовой барды;

• изучить биоценотическую деятельность почвенных микроорганизмов;

• определить особенности транспирации и фотосинтетической деятельности культурных растений в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• выявить особенности роста культурных и сегетальных (сорных) растений в агроценозах в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• изучить структуру урожая и качество продукции в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• определить экономическую эффективность использования фильтрата спиртовой барды в агроэкосистемах.

Научная новизна состоит в том, что впервые проведена комплексная оценка воздействия на функционирование агроэкосистем посредством использования отходов спиртового производства - фильтрата спиртовой

барды. Изучены процессы, активизирующие микробиологическую деятельность почвенных микроорганизмов, улучшающие агрохимические свойства пахотных земель, а также усиливающие физиологические процессы культурных растений в агроценозе при использовании фильтрата спиртовой барды.

Практическая значимость и экологическая нагрузка. Полученные результаты позволяют обеспечить утилизацию отходов спиртового производства, снизить экологическую нагрузку очистных сооружений. Установленные оптимальные уровни внесения фильтрата спиртовой барды обеспечивают прибавку зерновых культур (ячмень) не менее 23% , кормовых культур (тимофеевка луговая) в 1,5-2,2 раза, а выход стандартных саженцев яблони - до 30 %. Разработанные приемы использования фильтрата спиртовой барды легли в основу разработки системы мероприятий по повышению биологической устойчивости агроэкосистем.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 .Использование фильтрата спиртовой барды повышает эффективность управления функционированием агроэкосистем.

2. Применение фильтрата спиртовой барды в качестве органического удобрения улучшает эдафические условия, активизирует ростовые и физиологические процессы полевых культур и обеспечивает увеличение их продуктивности.

3.Использование спиртовой барды как экологически безопасного нетрадиционного удобрения решает проблему утилизации отходов спиртового производства.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов ОрелГАУ (2009;2010). Основные результаты исследований были представлены на рассмотрение и обсуждены на заседаниях кафедры агроэкологии и охраны окружающей среды факультета агробизнеса и экологии ОрелГАУ (2006; 2007; 2008).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа содержит 114 страниц машинописного текста, включает 45 таблицы, 9 графиков. Список цитируемой литературы включает 157 источников, в том числе 31 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования были проведены в 2006-2009 гг. в СПК «Моногарово» Ливенского района Орловской области. Опыты заложены на почвах, представленных черноземом выщелоченным, который характеризуется

слабокислой реакцией среды, высокой ёмкостью поглощения (40-50 мг-экв на 100 гр. почвы), в гумусовом горизонте поглощающий комплекс практически полностью насыщен основаниями. Содержание гумуса в верхнем десятисантиметровом слое почвы составляет 5,2 %.

Погодные условия в период проведения исследований были следующими: в 2006 году количество осадков было выше нормы и составляло 770 мм. Среднегодовая температура составила 5,5° С. Абсолютный максимум температуры наблюдался 13 июля и 5 августа 30-34° С. 2007 год характеризовался высоким температурным режимом и неравномерным распределением осадков. Среднегодовая температура воздуха составила 8° С, что на три градуса выше нормы. Годовое количество осадков составило 90% от нормы. В 2008 году среднегодовая температура составила 7° С, абсолютный максимум отмечен 19 июля - 32° С. Сумма годовых осадков составила 560 мм или 95% от нормы.

Объекты исследования: ячмень сорта «Визит», саженцы яблони сорта Синап Орловский, многолетние травы - тимофеевка луговая, нитрифицирующие бактерии, микроскопические грибы .

Экспериментальные исследования проведены на различных биоценозах.

1. «Определение оптимальной дозы спиртовой барды при возделывании ячменя».

Варианты:

1 .Без внесения фильтрата барды (контроль)

2.20 м3 фильтрата барды

3.40 м3 фильтрата барды

4.60 м3 фильтрата барды

Повторность четырехкратная, размещение делянки рендомизированное, площадь делянки 90м2,. В 10 м3 барды содержится 39 кг азота.

2. «Определение оптимальной дозы нейтрализованной аммиаком спиртовой барды при возделывании ячменя».

Варианты:

1 .Без внесения фильтрата барды (контроль)

2.20 м3 нейтрализованного фильтрата барды

3.40 м3 нейтрализованного фильтрата барды

4.60 м3 нейтрализованного фильтрата барды

Повторность четырехкратная, размещение делянки

рендомизированное, площадь делянки 90м2, В 10 м3 барды содержится 45 кг азота.

3. «Определение оптимальной дозы спиртовой барды при выращивании многолетних трав».

Варианты:

1. Без внесения фильтрата барды (контроль)

2. 20 м3 фильтрата барды

3. 40 м3 фильтрата барды

4. 60 м3 фильтрата барды

5. 80 м3 фильтрата барды

Повторность четырехкратная, размещение делянки

рендомизированное, площадь делянки 90 м2, BIO м3 барды содержится 39 кг азота.

4. «Определение оптимальной дозы спиртовой барды при выращивании саженцев плодовых культур».

Варианты:

1 .Без внесения фильтрата барды (контроль)

2.20 м3 фильтрата барды

3.40 м3 фильтрата барды

4.60 м3 фильтрата барды

Повторность четырехкратная, размещение делянки

рендомизированное, площадь делянки 90 м2, объект исследования -однолетние саженцы яблони сорта Синап Орловский. В Юм3 барды содержится 39 кг азота.

Содержание общего азота в растениях определяли по Кьельдалю.

Агрохимический анализ почвы проводили по методикам, принятым в агрохимической службе. Величина pHKCi определялась ионометрическим методом ГОСТ 24483-84, содержание Р205 и К20 - по Кирсанову ГОСТ 26207-84, содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26212), фотосинтетическая деятельность растений определяли по Ничипоровичу, (1966); Шатилову, (1975, 1978).

Определение содержания хлорофиллов проводили

спектрофотометрическим методом с последующим расчетом концентрации пигментов по уравнениям Ветштейна и Хольма, микробиологическую активность почвы по Теппер и др. 1993, численность разных групп микроорганизмов определяли методом посева на соответствующих агаризированных средах (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1980), численность сорных растений определяли с помощью учетных рамок площадью 0,25 м3 (Исаев, 1990). Интенсивность транспирации листьев определяли методом быстрых взвешиваний (по Иванову (практикум по физиологии растений, стр. 54-56)).

Интенсивность фотосинтеза - по изменению содержания углерода в листьях (практикум по физиологии растений стр.117-119).

Биологическую активность почвы - аппликационным методом по разложению целлюлозы (практикум по аргохимии стр.319) и по выделению углекислого газа (по Карпачевскому (практикум по агрохимии стр. 304)). Изменение агроэкологических свойств почвы в агроэкосистемах Результаты наших исследований показали, что внесение фильтрата спиртовой барды может приводить к увеличению кислотности почвы, так как барда имеет кислую реакцию среды. Так, под ячмень испытывались дозы внесения фильтрата под ячмень в количестве от 20 до 60 м3/га. В контрольном варианте (без внесения фильтрата спиртовой барды) кислотность почвы составляла 5,60. В варианте с внесением 20 м3/га кислотность почвы составила 5,52, в варианте с внесением 40 м3/га фильтрата - 5,50 и в варианте с внесением фильтрата спиртовой барды в количестве 60 м3/га наблюдалось наибольшее подкисление почвы -5,42.

При выращивании в течение трех лет на одном и том же месте тимофеевки луговой, в первый год внесения фильтрата спиртовой барды кислотность почвы также изменилась незначительно (табл. 1). Однако, на третий год (2008 г.) внесения спиртовой барды наблюдалось более существенное изменение рН.

Таблица 1 - Кислотность почвы под многолетними травами в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды.

Вариант Кислотность почвы, рН

2006 год 2007 год 2008 год

Контроль (без внесения фильтрата барды) 6,60±0,05 6,63±0,06 6,59±0,05

20 м3 / га фильтрата барды 6,52±0,06 6,68±0,04 6,36±0,05

40 м3 / га фильтрата барды 6,60±0,05 6,55±0,05 6,31 ±0,04

60 м3 / га фильтрата барды 6,54±0,04 6,45±0,05 6,08±0,05

80 м3 / га фильтрата барды 6,50±0,05 6,41 ±0,04 5,85±0,05

Так, если в контроле рН составила 6,59, то в варианте с внесением фильтрата в дозе 20 м3 / га - 6,36, в варианте с внесением 40 м3 / га - 6,31, в варианте с внесением 60 м3 / га - 6,08 и в варианте с внесением 80 м3 / га -5,85.

Для снижения негативного влияния на кислотность почвы мы использовали при возделывании ячменя фильтрат спиртовой барды, нейтрализованный аммиаком. Результаты показали, что в данном случае подкисления почвы не наблюдалось. В контрольном варианте (без внесения

фильтрата) кислотность почвы в 2008 году составила 5,69; в вариантах с внесением фильтрата барды 5,59-5,70.

Таким образом, можно сделать вывод: ежегодное внесение высоких доз фильтрата спиртовой барды может приводить к подкислению почвы. Для снижения негативного влияния необходимо использовать нейтрализованный аммиаком фильтрат.

Внесение фильтрата спиртовой барды, содержащей в одном кубическом метре до 3 кг азота, существенно повышает его содержание в почве. Так в 2006 году (опыт 1) в контрольном варианте содержание общего азота в слое почвы 0-10 см составило в мае 0,27 %,в варианте с внесением 20 м3 / га фильтрата 0,31 %, в варианте с внесением 40 м3 / га фильтрата барды количество азота составило 0,34 %; в варианте с внесением 60 м"5 / га фильтрата барды - 0,35%. Аналогичная закономерность прослеживалась во все годы исследований.

По содержанию подвижного фосфора также отмечено увеличение его содержания в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды. Это объясняется тем, что фильтрат спиртовой барды также содержит и фосфор, хотя в меньшем количестве, чем азот. Так, в июне 2007 года при выращивании ячменя с использованием фильтрата спиртовой бары содержание подвижного фосфора в слое 0-10 см составило в контрольном варианте 122 мг/кг почвы, в варианте с внесением 20 м3 / га фильтрата количество фосфора составило 131 мг/кг почвы, в варианте с внесением 40 м3/га фильтрата - 137 мг/кг почвы и в варианте с внесением 60 м3 / га - 136 мг/кг почвы.

июнь

июль

ш контроль

□ 20 мЗ / га

□ 40 мЗ/га Ш60 мЗ/га

Рисунок 1 - Динамика содержания общего азота в почве, %.

Данная закономерность также прослеживалась во все годы исследований.

Почвы опытных участков характеризуются повышенным содержанием калия. Это сказалось на отсутствии закономерностей в содержании данного элемента в почве между вариантами

Таким образом, анализ содержания основных элементов питания растений в почве показал, что внесение фильтрата спиртовой барды под яровой ячмень оказывает положительное влияние на увеличение содержания в почве общего азота и подвижного фосфора, что обеспечивает оптимизацию пищевого режима почв и экологическую безопасность продукции.

Эколого-ценотическая деятельность почвенных организмов Почвенная биота играет исключительную роль в круговороте веществ в биогеоценозах, минерализируя органические остатки и способствуя накоплению усваиваемых форм элементов питания и повышению экологической устойчивости почвенного покрова.

Таблица 2 - Численность микроорганизмов в пахотном слое почвы в зависимости от доз вносимого фильтрата барды

Варианты Численность грибов, тыс.шт./г. абсолютно сухой почвы (среда Чапека) Численность бактерий, млн.шт./г абсолютно сухой почвы (МПА)

Контроль (без внесения фильтрата барды) 41,1± 0,14 4,84 ± 0,03

20 м3 / га фильтрата барды 46,5 ± 0,26 5,44 ±0,02

40 м3 / га фильтрата барды 50,1 ±0,18 6,02 ± 0,04

60 м3 / га фильтрата барды 51,9± 0,16 6,26 ± 0,04

Внесение в почву фильтрата спиртовой барды способствовало увеличению численности грибов (табл.2). Если в варианте без внесения фильтрата спиртовой барды 41,1 тыс. шт./г. абсолютно сухой почвы, то в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды их численность возросла до 46,5-51,9 тыс.шт./г почвы. При этом наибольшая численность грибов отмечена в вариантах с внесением фильтрата барды в дозах 40 и 60 м3 / га.

Особый интерес вызывает бактериальная группа почвенных микроорганизмов, усваивающих органические формы азота. Как показали исследования, численность бактерий также зависела от вносимого фильтрата барды. Так, в контрольном варианте численность бактерий составила 4,84 млн.шт./г. абсолютно сухой почвы, варианте с внесением 20 м3 / га фильтрата барды численность бактерий составила 5,44 млн. шт./ г., в

варианте с внесением 40 м3 / га фильтрата барды - 6,02 млн. шт. и в варианте 60 м3 / га фильтрата барды - 6,26 млн. шт.

Одним из наиболее часто применяемых показателей, используемых для характеристики биологической активности почвы, является скорость разложения целлюлозы. Применение фильтрата спиртовой барды оказало положительное влияние на целлюлозоразрушающую активность микроорганизмов. В экспериментальном исследовании, где изучалось действие нитрата, не подверженного нейтрализации, под ячменем процент разложения льняного полотна в среднем за 3 года составил от 25,8 до 29,8 в зависимости от дозы внесения фильтрата, тогда как в контрольном варианте разложение ткани составило 23,8% (табл.3). При использовании нейтрализованного аммиаком фильтрат барды, микробиологическая активность была более интенсивной. Если в контрольном варианте степень разложения ткани составила в среднем 23,9%, то в вариантах с внесением фильтрата барды 26,7 -31,2%.

Таблица 3 - Целлюлозоразрушающая активность почвенных микроорганизмов

Вариант Степень разложения клетчатки, %

2006 год 2007 год 2008 год среднее

Контроль (без внесения фильтрата барды) 23,9 19,5 28,1 23,8

20 м3 / га фильтрата барды 25,7 22,1 29,7 25,8

40 м3 / га фильтрата барды 29,4 24,5 32,3 28,7

60 м3 / га фильтрата барды 30,1 24,9 34,4 29,8

Особенности физиологической деятельности растений

К важным физиологическим показателям водного режима растений относится транспирация, интенсивность которой во многом определяется минеральным питанием. Внесение в почву органического удобрения (фильтрата спиртовой барды) оказало положительное влияние на этот показатель. Интенсивность транспирации листьев саженцев яблони в агроценозе была заметно выше в вариантах с внесением фильтрата барды.

В контрольном варианте интенсивность транспирации листьев яблони составила 8,56 мг/см2.час., в вариантах с внесением фильтрата барды 12,5114,01 мг/см2.час. Наивысшая интенсивность транспирации отмечена в вариантах с внесением 40 и 60 м3 фильтрата барды.

Косвенным показателем обеспеченности растений азотом является содержание хлорофилла. Как показали наши исследования, в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды содержание хлорофилла в листьях было заметно выше, чем в контрольном варианте и составила в зависимости

от дозы от 2,98 доЗ,52 мг/г сырой массы, против 2,25 мг/г сырой массы в контрольном варианте.

Другим не менее важным показателем является интенсивность фотосинтеза, который также во многом определяется условиями минерального питания. Внесение в почву фильтрата спиртовой барды повлияло на этот показатель. В контрольном варианте интенсивность фотосинтеза составила 4,08 мг углерода/дм2.час, в вариантах с внесением фильтрата барды от 4,96 до 5,42 мг. Наибольшие показатели также отмечены в вариантах с внесением фильтрата барды в дозе 40 и 60 м3 / га.

Таблица 4 - Физиологические показатели растений в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды

Вариант Интенсивность транспирации, мг/см2. час Суммарный хлорофилл, мг/г сырой массы Интенсивность фотосинтеза, мг углерода/дм2.час

Контроль (без внесения фильтрата барды) 8,56 2,25 4,08

20 м3 / га фильтрата барды 12,51 2,98 4,96

40 м3 / га фильтрата барды 13,55 3,45 5,35

60 м3 / га фильтрата барды 14,01 3,52 5,42

НСР05 0,86 0,29 0,38

В опыте 1 фотосинтетическая деятельность растений ячменя также напрямую зависела от дозы внесения фильтрата барды (табл. 5)

Суммарная площадь листьев в контрольном варианте в среднем за два года составила 26,7 тыс. м2 / га. В вариантах с внесением фильтрата барды 29,1 -31, 9 тыс. м2 / га в зависимости от дозы внесения.

Расчеты фотосинтетического потенциала показывают, что использование фильтрата спиртовой барды способствует увеличению данного показателя с 0,82 млн. м2 / га дней в контрольном варианте, до 0,91 -0,97 млн. м2 / га в вариантах с внесением фильтрата барды.

Чистая продуктивность фотосинтеза также была выше в вариантах с применением фильтрата барды 7,7 -8,0 г/ м2.сутки.

Таким образом, внесение фильтрата спиртовой барды активизирует физиологические процессы: увеличивается интенсивность транспирации и фотосинтеза, повышается фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза.

Таблица 5 - Влияние доз внесения фильтрата спиртовой барды на фотосинтетическую деятельность

Вариант Площадь листьев, тыс. м2 / га Фотосинтетический потенциал, млн. м2 / га дней Чистая продуктивность фотосинтеза, г/ м2.сутки

Контроль (без внесения фильтрата барды) 26,7 0,82 6,2

20 м3 / га фильтрата барды 29,1 0,91 7,7

40 м3 / га фильтрата барды 31,0 0,94 7,9

60 м3 / га фильтрата барды 31,9 0,97 8,0

НСР05 1,7 0,05 0,6

Ростовые процессы культурных и сегетальных растений в разных агроценозах

Ростовые процессы, как известно, являются основным показателем эффективности управления агроценозами.

Внесение фильтрата барды оказало заметное влияние на рост растений. В опыте 1 наибольшая высота растений ячменя была в вариантах с внесением фильтрата барды 58,4-6,12 см, против 48,8 см в контрольном варианте (табл.6).

Внесение фильтрата барды способствовало лучшему росту также и саженцев яблони. Наибольшая высота саженцев отмечена в вариантах с внесением фильтрата барды в дозе 40-60 м3 / га.

Высота растений тимофеевки луговой также была больше в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды и составила 81,8-97,9 см, тогда как в контрольном варианте - 73,7 см. Наибольшая высота растений была в вариантах с дозой внесения 60 и 80 м3 / га.

Таблица 6 - Влияние доз внесения фильтрата спиртовой барды на рост культурных растений (в среднем за три года)

Вариант Высота растений, см

ячмень саженцы яблони тимофеевка луговая

Контроль (без внесения фильтрата барды) 48,8 108,5 73,7

20 м3 / га фильтрата барды 58,4 118,8 J 81,8

40 м3 / га фильтрата барды 60,6 123,6 88,9

60 м3 / га фильтрата барды 61,2 127,8 94,8

80 м3 / га фильтрата барды - - 97,9

НСР05 3,1 7,1 4,3

В агроценозах, наряду с культурными растениями, присутствуют и сегетальные растения, которые являясь конкурентными, также нуждаются в элементах минерального питания.

Таблица 7 - Численность сегетальных растений в агроценозе

Вариант Количество растений, шт./м2 Масса растений, г

малолетние многолетние всего

Контроль (без внесения фильтрата барды) 18 2 20 12,7

20 м3 / га фильтрата барды 24 3 27 16,9

40 м3 / га фильтрата барды 26 3 29 17,1

60 м3 / га фильтрата барды 25 4 29 17,0

НСР05 1,7 0,3 1,8 1,3

Внесение фильтрата барды в опыте 1 под ячмень способствовало развитию сегетальных растений (табл.7). Перед уборкой урожая в контрольном варианте насчитывалось 20 шт./м2 , в вариантах с внесением фильтрата барды 27-29 шт./м2. В указанных вариантах масса растения была больше16,9-17,1 г по сравнению с контрольным вариантом -12,7.

УРОЖАЙ И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ

Внесение фильтрата спиртовой барды в качестве альтернативного удобрения оказало существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.

Учет урожайности ячменя сорта Визит показал следующее: в контрольном варианте (без внесения фильтрата спиртовой барды) урожайность ячменя в среднем за три года составила 17,7 ц/га, во втором варианте с внесением 20 м3 / га фильтрата урожайность была на уровне 21,9 ц/га, что на 23,7% больше, чем в контроле. В третьем 40 м3 / га фильтрата и четвертом 60 м3 / га вариантах урожайность была 31,0 и 31,7 ц/га соответственно, что к уровню контрольного варианта составило 175,1% и 179%.

Таким образом, внесение фильтрата спиртовой барды в дозе 40 м3 / га способствовало максимальному увеличению урожайности, которая в 1,75 раза превысила данный показатель в контрольном варианте.

Таблица 8 - Урожайность ячменя сорта Визит в зависимости от дозы внесения фильтрата спиртовой барды

Вариант Урожайность, ц/га

2006 год 2007 год 2008 год в среднем

ц/га %

Контроль (без внесения фильтрата барды) 19,8 13,1 20,4 17,7 100

20 м3 / га фильтрата барды 23,9 17,7 24,1 21,9 123,7

40 м3 / га фильтрата барды 32,5 23,0 37,7 31,0 175,1

60 м3 / га фильтрата барды 34,2 21,4 39,6 31,7 179,0

НСР05 2,9 2,6 3,2 2,8 -

Использование нейтрализованного аммиаком фильтрата также положительно сказалось на урожайности ячменя. При этом отсутствие подкисления почвы и высокая активизация почвенных микроорганизмов оказали больший эффект. Так, если в первом опыте увеличение урожайности ячменя в варианте с внесением 40 м3 / га фильтрата составила 175%, то в аналогичном варианте С использованием нейтрализованного фильтрата спиртовой барды урожайность ячменя, относительно контрольного варианта выросла в 1,85 раза.

Использование фильтрата барды в качестве альтернативного удобрения оказало положительное влияние не только на урожайность ячменя, но и на элементарный состав генеративных органов.

В контрольном варианте содержание общего азота в зерне составило 1,70%, в варианте с внесением 20 м3 / га фильтрата барды -1,92%, в варианте с внесением 40 м3 / га фильтрата - 1,99% и в варианте с внесением фильтрата барды в дозе 60 м3 / га - 2,08 %.

С увеличением дозы внесения нейтрализованного фильтрата барды повышалось содержание в зерне как белкового, так и небелкового азота. Содержание белкового азота увеличилось с 1,68% в контрольном варианте, до 1,93 в варианте с внесением 60 м3 / га фильтрата. Содержание небелкового азота возросло с 0,02 % в контроле, до 0,15% в четвертом варианте.

Применение фильтрата спиртовой барды в опыте оказало влияние на качественные характеристики зерна. Заметно повысилась натура зерна ячменя. В контрольном варианте натура зерна составила 659 г/л, в варианте с внесением 20 м3 / га - 675 г/л, в варианте с внесением 40 м3 / га натура зерна составила 684 г/л, в варианте с внесением фильтрата в дозе 60 м3 / га - 685 г/л.

Отмечено также увеличение крупности семян ячменя. Так, если в контроле масса 1000 зерен в 2007 году составила 40,3 г, в варианте с внесением фильтрата спиртовой барды 43,1 -44,3 г

Наши исследования показали, что внесение фильтрата спиртовой барды способствовало увеличению белка в зерне ячменя. Содержание белка в зерне контрольного варианта было 10,3%, в варианте с внесением фильтрата в дозе 20 м3 / га - 11,2%, в вариантах с внесение 40 и 60 м3 / га -11,9%.

В опыте 3 изучалось влияние доз фильтрата спиртовой барды на урожайность сена многолетних трав. Здесь отмечено положительное влияние фильтрата спиртовой барды. Положительный эффект от внесения фильтрата наблюдался во все годы исследований. В 2006 году в контрольном варианте урожайность сена (тимофеевка луговая) составила 16,3 ц/га, в вариантах с внесением фильтрата 19,7-32,1 ц/га. В 2007 году в контрольном варианте урожайность тимофеевки луговой на сено составила 7,4 ц/га, в вариантах с внесением фильтрата - 8,1-19,1 ц/га. В 2008 году урожайность сена в вариантах с внесением фильтрата составила 15,2 -36,4 ц/га, против 14,7 ц/га в контроле. В итоге средний урожайность за три года в контрольном варианте составил 12,8 ц/га, в вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды 20 м3 / га -14,3 ц/га, с внесением 40 м3 / га -21,5 ц/га, в варианте с внесением 60 м3 / га фильтрата - 28,0 ц/га и в варианте с внесением 80 м3 / га -28,7 ц/га. Наибольшая прибавка урожая отмечена в четвертом и пятом вариантах, которая составила 218,7-224,2% к уровню контроля.

Применение фильтрата спиртовой барды оказало положительное влияние на повышение содержания питательных веществ. В вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды увеличивается содержание сырого протеина, клетчатки, золы и жира. При этом наибольшее накопление отмечено в вариантах с внесением фильтрата в дозах 60 и 80 м3 / га.

Таким образом, оптимальной дозой внесения фильтрата спиртовой барды под многолетними травами является 60 м3 / га.

Таблица 9 - Урожайность тимофеевки луговой на сено в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды

Варианты Урожай, ц/га

2006 г. 2007 г. 2008 г. в среднем % к контролю

1 2 3 4 5 6

Контроль (без внесения фильтрата барды) 16,3 7,4 14,7 12,8 100

20 м3 / га фильтрата барды 19,7 8,1 15,2 14,3 111,7

Продолжение таблицы 9

1 2 3 4 5 6

40 м3 / га фильтрата барды 24,8 13,5 26,1 21,5 167,9

60 м3 / га фильтрата барды 30,2 19,1 34,8 28,0 218,7

80 м3 / га фильтрата барды 32,1 17,8 36,4 28,7 224,2

НСР05 2,3 1,8 2,9 2,2 -

Внесение фильтрата спиртовой барды в питомнике, где выращивались саженцы яблони, также положительно повлияло на его продуктивность.

В среднем за три года выход саженцев увеличился во втором варианте (внесение 20 м3 / га фильтрата) на 18,3 %, в третьем варианте (внесение 40 м3 / га фильтрата) на 23,8 % и в четвертом варианте, где вносили 60 м3 / га фильтрата на 30,4 %.

Таблица 10 - Содержание основных питательных веществ в тимофеевке луговой в зависимости от дозы внесения фильтрата спиртовой барды

Варианты % содержания питательных веществ в сухой массе

сырой протеин сырая клетчатка сырая зола сырой жир

2007 год

Контроль (без внесения фильтрата барды) 12,3 23,7 7,6 2,5

20 м3 / га фильтрата барды 13,4 24,0 8,4 2,9

40 м3 / га фильтрата барды 15,1 25,1 8,4 3,4

60 м3 / га фильтрата барды 16,7 25,7 8,6 3,6

80 м3 / га фильтрата барды 17,2 24,9 8,7 3,8

2008 год

Контроль (без внесения фильтрата барды) 13,1 23,2 7,7 2,4

20 м3 / га фильтрата барды 13,7 23,7 8,1 2,4

40 м3 / га фильтрата барды 14,8 23,9 8,3 2,6

60 м3 / га фильтрата барды 14,6 24,2 8,5 3,1

80 м3 / га фильтрата барды 15,7 24,2 8,6 3,3

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Расчеты экономической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур показали, что применение фильтрата спиртовой барды в качестве альтернативного удобрения является экономически оправданным приемом.

Внесение фильтрата спиртовой барды повлекло увеличение производственных затрат, которые возросли с 2534 руб. в контрольном варианте до 3791 рублей в четвергом варианте с дозой внесения 60 м3/га фильтрата спиртовой барды. Увеличение производственных затрат произошло не за счет стоимости фильтрата барды, а за счет транспортных расходов и расходов на внесение.

Несмотря на увеличение производственных затрат, себестоимость продукции в вариантах с использованием фильтрата спиртовой барды снижается. В контрольном варианте себестоимость 1 т зерна ячменя составила 1431,6 руб., в варианте с внесением 20 м3/га фильтрата себестоимость составила 1427,8 руб., в варианте с внесением 40 м3/га -1113,5 руб., и в варианте с внесением 60 м3/га фильтрата - 1195,9 руб., что на 235,7 руб меньше, чем в контрольном варианте.

Одним из основных показателей экономической эффективности является уровень рентабельности. Внесение фильтрата спиртовой барды в дозе 20 м3/га практически не оказало влияния на этот показатель. Так, в контрольном варианте уровень рентабельности составил 96,2%, в варианте с внесением 20 м3/га фильтрата - 96,8%. Наибольшее значение отмечено в третьем варианте (внесение 40 м3/га фильтрата спиртовой барды) - 152,3%. Внесение 60 м3/га оказалось слишком затратным, и, как следствие, уровень рентабельности здесь ниже - 134,9%.

При использовании в качестве удобрения нейтрализованного аммиаком фильтрата спиртовой барды для выращивания ярового ячменя, показатели экономической эффективности были несколько выше, чем в первом опыте.

Расчеты экономической эффективности по возделыванию тимофеевки луговой на сено показали, что внесение фильтрата спиртовой барды также является экономически оправданным приемом. Стоимость валовой продукции в четвертом и пятом вариантах возросла более чем в два раза и составила соответственно 3360 руб/га и 3444 руб/га. При этом производственные затраты увеличились в указанных вариантах относительно контрольного варианта в 1,54 - 1,63 раза. И если в контрольном варианте чистый доход составил 166,5 руб/ га, в варианте с внесением фильтрата спиртовой барды в дозе 20 м3/га чистый доход составил 578,1 руб/га, в варианте с внесением 40 м3/га - 605,4 руб/га, в варианте с внесением 60 м3/га фильтрата - 1246,3 руб./га и в варианте с внесением 80 м3/га - 1202,7 руб./га.

При выращивании саженцев яблони более высокие показатели экономической эффективности были получены в варианте с использованием фильтрата спиртовой барды. Следует отметить, что выращивание посадочного материала и в частности саженцев яблони сорта Синап Орловский, требует больших денежных затрат. Производственные затраты по вариантам опыта составили от 806,4 тыс. руб./га, до 897,8 тыс. руб./га. Однако, увеличение производственных затрат в опыте связано не с использованием и внесением фильтрата спиртовой барды (доля стоимости фильтрата и его внесения составляет в структуре себестоимости менее 1%), а с уходными мероприятиями. В первую очередь, это затраты на окулировку и выкопку саженцев их сортировку.

ВЫВОДЫ

1. Применение фильтрата спиртовой барды повышает эффективность управления агроэкосистемами и решает проблему утилизации отходов спиртового производства.

2. Внесение в почву фильтрата спиртовой барды приводит к изменению её агроэкологических свойств: наблюдается подкисление почв при ежегодном внесении высоких доз фильтрата барды, оптимизируются условия минерального питания растений за счет повышения общего азота и подвижного фосфора в почве.

3. Использование фильтрата спиртовой барды способствует увеличению численности почвенных грибов с 41 до 52 тыс. шт. и бактерий с 4,8 до 6,3 млн. шт., что обеспечивает повышение их биологической активности.

4. Внесение фильтрата спиртовой барды активизирует физиологические процессы в растениях: повышается интенсивность транспирации и фотосинтеза; увеличивается содержание хлорофилла в листьях и площадь листовой поверхности; повышается чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал, заметно активизирует ростовые процессы всех испытываемых культурных растений,. Наиболее эффективной дозой для ячменя и саженцев яблони является 40-60 м3/га фильтрата спиртовой барды, для тимофеевки луговой - 80 м3/га. Одновременно провоцирует прорастание сегетальных растений и их лучшее развитие.

5. Использование азотосодержащего фильтрата спиртовой барды активизирует метаболические процессы в растениях в период закладки и формирования основных элементов продуктивности, что оказывает положительное влияние на повышение урожайности в 1,23-2,24 раза.

6. В вариантах с внесением фильтрата спиртовой барды отмечено улучшение качественных характеристик производимой продукции. Содержание белка в зерне ячменя повысилось с 10, 3% до 11,9%, сырого

протеина в тимофеевке луговой на 4,5-5,0%, сырой клетчатки на 0,9-1,3%, сырого жира на 0,9-1,3%.

7. Использование фильтрата спиртовой барды в качестве органического удобрения является экономически целесообразным. Уровень рентабельности повышается на 30-55%, чистый доход от 2,5 тыс. руб./га при выращивании ячменя, до 600 тыс. руб./га при выращивании яблони.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОЮОДСТВУ

Производству рекомендуется использовать фильтрат спиртовой барды в качестве органического удобрения:

1. При возделывании ярового ячменя необходимо вносить фильтрат в дозе 40 м3/га; при возделывании многочисленных трав на сено (тимофеевка луговая)-60 м3/га; при выращивании саженцев яблони - 40 м3/га.

2. На почвах с повышенной кислотностью рекомендуется использовать нейтрализованный аммиаком фильтрат спиртовой барды в дозах-60 м /га фильтрата спиртовой барды.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ

РАБОТЫ:

Статьи в реферируемых изданиях, утвержденных ВАК России:

1. Гурин А. Г., Плешкова Н. К., Кузяева О. С.. Использование фильтрата спиртовой барды в качестве альтернативного удобрения при возделывании ячменя на территории Орловской области.//Вестник ОрелГАУ №4'(09)-2009. С. 21-23.

2. Гурин А. Г., Кузяева О. С., Кожухов А. Д. Экономическая эффективность использования фильтрата спиртовой барды в качестве нетрадиционного удобрения.// Вестник ОрелГАУ № 4 (30) - 2011. С. 56-57.

3. Гурин А.Г.,. Плешкова Н. К, О. С. Кузяева. Использование фильтрата спиртовой барды в качестве безопасного удобрения // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации № 2 (25) -2010. С. 92-94.

В других изданиях:

4. Гурин А. Г., Плешкова Н. К., Кузяева О. С., Гнеушева В. В.. Использование нейтрализованной спиртовой барды в качестве органоминерального удобрения при возделывании ячменя // Роль молодых ученый и специалистов в повышении эффективности растениеводства: Мат. конф. - Орел, 2009. С. 49-52.

5. Гурин А. Г., Плешкова Н. К., Кузяева О. С., Ефимова Ю.В.. Оценка устойчивости сортов зерновых культур к абиотическим факторам в условиях Орловской области // Роль молодых ученый и специалистов в повышении эффективности растениеводства: Мат. конф. - Орел, 2009. С. 52-55.

6. Гурин А. Г., Плешкова Н. К., Кузяева О. С., Чернышова Е. В.. Использование фильтрата спиртовой барды в качестве альтернативного удобрения под саженцы плодовых культур// Роль молодых ученый и специалистов в повышении эффективности растениеводства: Мат. конф. -Орел, 2009. С. 55-59.

7. Кузяева О. С., Гурин А. Г.,. Плешкова Н. К. Альтернативные удобрения при выращивании саженцев яблони // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Мат. конф. - Орел, 2010. С. 151152.

8. Кузяева О. С., Гурин А. Г.,. Плешкова Н. К. Влияние фильтрата спиртовой барды на биологическую активность почвы при возделывании ячменя // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Мат. конф. - Орел, 2010. С. 153-154

9. Кузяева О. С. Эффективность применения фильтрата спиртовой бары при возделывании многолетних трав // Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям: Мат. международной конф. - Орел, 2011. С. 197-199.

Подписано в печать 10.01.2012 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Заказ 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве Орел ГАУ, 2011, Орел, Бульвар Победы, 19

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кузяева, Ольга Сергеевна, Орел

61 12-3/659

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА АГРОЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

На правах рукописи

КУЗЯЕВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ

Специальность 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Г. Гурин

Орел-2012

Введение...................................................................................................................3

Глава 1. Аналитический обзор состояния проблемы............................................6

1.1. Роль биогенных элементов в функционировании агроэкосистем. Экологические проблемы использования минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур.......................................................6

1.2. Применение альтернативных видов удобрений в агроэкосистемах...........18

1.3. Приемы утилизации отходов спиртового производства..............................23

1.4. Постановка задачи исследования...................................................................29

Глава 2. Материал и методы исследований...........................................31

2.1 Агроклиматические условия проведения исследований (2006-2008 гг.) ....31

2.2. Объекты исследований....................................................................................35

2.3. Методы исследований......................................................................................36

Глава 3. Результаты исследований........................................................................39

3.1. Реакция почвенной среды в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды......................................................................................................39

3.2.Изменение агроэкологических свойств почвы в

агроэкосистемах............................................................................43

З.ЗЭколого-ценотическая деятельность почвенных микроорганизмов...........55

3.4. Влияние фильтрата спиртовой барды на развитие сорной растительности в агроценозе.............................................................................................................67

3.5. Ростовые процессы культурных и сегетальных растений в разных агроценозах....................................................................................................71

3.6 Особенности физиологической деятельности растений..............................76

3.7 Структура урожая..............................................................................................85

3.8 Урожай и качество продукции.........................................................................89

Глава 4. Экономическая эффективность............................................................. 102

Выводы...................................................................................................................110

Предложения производству.................................................................................113

Список используемой литературы.......................................................................114

Приложения...........................................................................................................131

Актуальность темы. Отходы производства и потребления, образующиеся в настоящее время в огромных количествах, представляют угрозу для окружающей среды. В связи с этим большую актуальность в настоящее время приобретают проблемы их утилизации [Лисицкая, 2008]. При этом многие виды отходов производства содержат в своем составе ценные питательные вещества и могут быть использованы в качестве вторичного материального ресурса [Найдененко, 2008]. К таким видам отходов относятся отходы спиртового производства. Практика экономически развитых стран (Франция, Бельгия, Голландия), а также исследования российских ученых показывают, что отходы спиртовой промышленности можно использовать в качестве органо-минерального удобрения [Милюков,2006].

Вместе с тем, целенаправленных экспериментальных исследований по использованию отходов спиртового производства в качестве экологически безопасного удобрения, позволяющего повысить эффективность управления функционированием агроэкосистем явно недостаточно. Практически отсутствуют данные о воздействии барды на функционирование отдельных биологических объектов биоценоза и экосистемы в целом.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка эколого-биологических основ использования фильтрата спиртовой барды в агроэкосистемах.

В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

•изучить реакцию изменение агрохимических свойств почвы под воздействием фильтрата спиртовой барды;

• изучить биоценотическую деятельность почвенных микроорганизмов;

• определить особенности транспирации и фотосинтетической деятельности культурных растений в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• выявить особенности роста культурных и сегетальных (сорных) растений в агроценозах в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• изучить структуру урожая и качество продукции в зависимости от доз внесения фильтрата спиртовой барды;

• определить экономическую эффективность использования фильтрата спиртовой барды в агроэкосистемах.

Научная новизна состоит в том, что впервые проведена комплексная оценка воздействия на функционирование агроэкосистем посредством использования отходов спиртового производства - фильтрата спиртовой барды. Изучены . процессы, активизирующие микробиологическую деятельность почвенных микроорганизмов, улучшающие агрохимические свойства пахотных земель, а также усиливающие физиологические процессы культурных растений в агроценозе при использовании фильтрата спиртовой барды.

Практическая значимость и экологическая нагрузка. Полученные результаты позволяют обеспечить утилизацию отходов спиртового производства, снизить экологическую нагрузку очистных сооружений. Установленные оптимальные уровни внесения фильтрата спиртовой барды обеспечивают прибавку зерновых культур (ячмень) не менее 23% , кормовых культур (тимофеевка луговая) в 1,5-2,2 раза, а выход стандартных саженцев яблони - до 30 %. Разработанные приемы использования фильтрата спиртовой барды легли в основу разработки системы мероприятий по повышению биологической устойчивости агроэкосистем.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 .Использование фильтрата спиртовой барды повышает эффективность управления функционированием агроэкосистем.

2. Применение фильтрата спиртовой барды в качестве органического удобрения улучшает эдафические условия, активизирует ростовые и физиологические процессы полевых культур и обеспечивает увеличение их продуктивности.

3.Использование спиртовой барды как экологически безопасного нетрадиционного удобрения решает проблему утилизации отходов спиртового производства.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов ОрелГАУ (2009;2010). Основные результаты исследований были представлены на рассмотрение и обсуждены на заседаниях кафедры агроэкологии и охраны окружающей среды факультета агробизнеса и экологии ОрелГАУ (2006; 2007; 2008).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа содержит 114 страниц машинописного текста, включает 45 таблицы, 9 рисунков. Список цитируемой литературы включает 157 источников, в том числе 31 на иностранных языках.

1.1 Роль биогенных элементов в функционировании агроэкосистем.

Экологические проблемы использования минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур

Минеральные удобрения содержат необходимые для растений элементы питания. Наиболее важные из этих веществ - азот, фосфор и калий (КРК). Каждый килограмм ЫРК удобрений, примененных при правильном соотношении, даёт в среднем 10 кг зерна или эквивалентное количество другой сельскохозяйственной продукции. [3,8,31,136]. Минеральные удобрения — сильное средство воздействия на почву. Они обогащают её питательными элементами, изменяют реакцию почвенного раствора, влияют на микробиологические процессы и др. При правильном использовании минеральные удобрения — наиболее эффективное средство повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции. Так как питание растений осуществляется главным образом через корни, то внесение минеральных удобрений в почву позволяет активно воздействовать на рост и развитие растений, а следовательно, на общую биологическую продуктивность поля, луга и т. п. [4,31,145].

К настоящему времени проведено достаточно большое количество исследований по изучению роли минеральных удобрений в повышении урожая сельскохозяйственных культур. [38,45,59,68,77]. Данные исследователей показывают, что из общей прибавки урожая примерно 50 % её обеспечивается удобрениями, 25 % достоинством сорта и 25 % технологией возделывания. Минеральные удобрения - источник различных питательных элементов для растений, в первую очередь это азот, фосфор и калий, а затем кальций, магний, сера, железо. Все эти элементы относятся к группе микроэлементов, так как они поглощаются растениями в значительных количествах. При полном отсутствии любого элемента в почве

растение не может расти и развиваться нормально. Все минеральные элементы участвуют в сложных преобразованиях органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза. Растения для образования своих органов - стеблей, листьев, цветков, плодов, клубней - используют минеральные питательные элементы в разных соотношениях.[136].

Среди элементов минерального питания особую роль играет азот, так как он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, которые образуются во всех растущих органах растения. Азот способствует росту биомассы растений. Растения используют преимущественно минеральные соединения азота, главным образом соли аммония и нитраты. В почве он под влиянием бактерий, водорослей и грибов превращается в нитраты и поглощается корнями растений. Дозы азота должны дифференцироваться в зависимости от почвенно-климатических условий, агротехники, сортовых особенностей. [63,139].

Калий - также один из важных для растений элементов питания. Он способствует передвижению питательных веществ в растениях, повышает их устойчивость к морозам, болезням, увеличивает прочность волокон. Калий укрепляет ткань растений, придает дополнительную прочность корням и клубням и регулирует водный режим. Калий оказывает положительное действие на отложение крахмала в клубнях картофеля и сахара в корнеплодах. Недостаток калия в почве можно восполнить внесением его с удобрениями. Установлено, что при систематическом применении хлорсодержащих калийных удобрений снижается содержание крахмала в клубнях картофеля, ухудшаются свойства курительных сортов табака, в некоторых районах качество винограда, а также урожай некоторых крупяных культур, в частности гречихи. В этих случаях следует отдавать предпочтение сернокислым солям или чередовать их с хлористыми. Важно учитывать также, что хлор, внесенный в составе удобрений с осени, практически полностью вымывается из корнеобитаемого слоя почвы. [25]. Одни калийные удобрения применяют лишь на некоторых разновидностях торфяных почв,

богатых азотом и фосфором. Влияние калия усиливается с известкованием. В севообороте с культурами, выносящими много калия (картофель, сахарная свекла, клевер, люцерна, корнеплоды), потребность в нем и эффективность его выше, чем в севооборотах лишь с зерновыми культурами. На фоне навоза, особенно в год его внесения, эффективность калийных удобрений снижается. [86].

Фосфор - обязательная составная часть живой клетки. Он участвует в построении молекул нуклеиновых, сложных белков (нуклеопротеидов), фосфатидов, фитина, ферментов и других важных соединений. Значительное количество фосфора (до 50%) находится в растении в минеральной форме в виде солей ортофосфорной кислоты и используется в разнообразных реакциях фосфорилирования (превращение углеводов с участием фосфорной кислоты). [146]. Фосфор способствует образованию завязей, цветков и семян. Он более всего доступен растениям. Само поглощение и усвоение фосфора определяется наличием в растениях других питательных элементов, и в первую очередь азота. В кислой почве растворимые фосфорные удобрения переходят в труднодоступные формы фосфатов алюминия и железа, а в почвах, богатых известью, — в трёхкальциевые фосфаты, также труднодоступные растениям. Эти процессы снижают коэффициент использования фосфорных удобрений. [14].

К числу необходимых для растений элементов питания, кроме азота, фосфора и калия, относятся еще: кальций, магний, железо, бор, медь, цинк и др. Но не все необходимые растениям питательные вещества требуются в одинаковых количествах. Одних, например фосфора и калия, требуется больше, других - меньше, а некоторые (бор, медь, молибден и др.) нужны в самых незначительных количествах, их называют микроэлементами. [138]. Магний является важнейшим элементом хлорофилла и активизирует процессы обмена веществ в растениях. Этот элемент способствует росту и увеличивает продуктивность растений. Во многих случаях нет необходимости в специальном внесении магниевых удобрений, так как часто

при известковании почвы вносят магнийсодержащие известковые материалы - полуобоженный доломит (27 %), доломитовую муку (содержит 20 % окиси магния), доломитизированный известняк (18 %). Кроме того, такое калийное удобрение, как калимагнезия, также содержат магний (до 10 %). Если вышеперечисленные формы удобрений не использовались, то можно внести сульфат магния, содержащий около 16 % оксида магния, из расчета 25-30 г на 1 м . Железо способствует обмену веществ в растениях и образованию хлорофилла. В переизвесткованной почве оно слабо воспринимается растениями. [3,8]

Уровень обеспечения минеральными удобрениями 1 га посева является одним из основных показателей интенсификации сельскохозяйственного производства и его важнейшей отрасли — земледелия. По обобщенным данным научных учреждений наиболее отзывчивой на удобрения культурой является сахарная свекла. При внесении под свеклу 350 кг/га действующего вещества азота, фосфора и калия (в сумме) она повышает урожайность на 65%. На 41,5 и 40,4% возрастает урожайность соответственно озимой пшеницы и ячменя при внесении рекомендованных доз туков под эти культуры. Далее в порядке убывания окупаемости следует кукуруза на силос, рожь, просо, горох, кукуруза на зерно, гречиха. [11].

На прибавку урожая от минеральных удобрений влияет окультуренность почвы. По данным Авдонина Н.С. и Соловьева Г.А., прибавка урожая клубней картофеля от полного минерального удобрения на слабоокультуренной почве в 2 раза ниже, чем на средне и хорошо окультуренных почвах. [7].

Исследованиями ряда авторов было установлено, что под влиянием азотных удобрений в клубнях картофеля повышается содержание азота и белка, увеличивается сбор белка, происходит потемнение клубней. [11,20,65]. К подобным выводам пришли и другие ученые [90,103].

Многими авторами изучались вопросы зависимости качества и урожайности зерновых культур от применения удобрений и почвенных

условий. При возделывании ячменя на дерново-подзолистых почвах предпочтительны поля, где рН=6-6.5, гумуса содержание не менее 2%, подвижного фосфора и обменного калия 15-20мг/100 г почвы. При допосевном внесении полного минерального удобрения на таких участках урожайность интенсивных сортов может достигать 5,5т /га. [11,52]. При этом большое внимание уделяли азотным удобрениям: выявляя оптимальные нормы, формы, сроки и способы их внесения. [63]. При благоприятных погодных условиях внесение умеренных норм (40-60кг/га) азотных удобрений может повысить урожай зерна ячменя на 10-15 ц/га. Однако такие дозы азотных удобрений повышают главным образом величину урожая, а на содержание белка они влияют слабо. Увеличение белковости, как правило, не превышает 1-1,5%. Резко поднять белковость зерна ячменя, что особенно важно при кормовом его использовании, возможно только при применении повышенных и высоких норм азотных удобрений. Так, оптимальные нормы азотных удобрений для Белоруссии, а также для Центрального, Волго-Вятского районов Нечерноземной зоны, производящих значительное количество зерна ячменя, при погодных условиях, близких к среднемноголетним, находятся в пределах 80-120 кг/га. [49]. При среднегодовых нормах азотных удобрений 90-120 кг/га на фоне фосфорно-калийных удобрений содержание белка повышалось на 4-5%, что составляло в среднем 50 % от исходного содержания его в контрольном варианте (без удобрений). [76]. В исследованиях Л. Д. Детковской и Е. М. Лимантовой установлено, что формирование урожая зерна ячменя на уровне 36-38 ц/га в благоприятные годы возможно на среднеокультуренной почве при внесении N 60. В условиях засухи такой урожай был получен только на хорошо окультуренных почвах при внесении N 120. [37]. Действие азотных удобрений более полно �