Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-агрохимическое обоснование применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве в Предуралье

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Эколого-агрохимическое обоснование применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве в Предуралье"

На правах рукописи

СУББОТИНА МАРИЯ ГЕОРГИЕВНА

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-МЕЛКОПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЕ В ПРЕДУРАЛЬЕ

06.01.04 - «Агрохимия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 7 МАЙ 2012

005044075 Пермь-2012

005044075

Работа выполнена на кафедре агрохимии в ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова» в 2009-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Михайлова Людмила Аркадьевна Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Ведущая организация: ГНУ «Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии».

Защита диссертации состоится «23» мая 2012 г. в 14.00 часов, в конференц-зале на заседании диссертационного совета ДМ 220.054.02 при Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н, Прянишникова по адресу: 614990, Россия, Пермский край, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23.

Тел./факс (342) 212-53-94, E-mail: gd@parmail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

Автореферат диссертации разослан «23» апреля 2С12 г. и размещен на сайтах http://vak.ed.gov.ru и http://pgsha.ru

Елькина Галина Яковлевна доктор биологических наук Завьялова Нина Егоровна

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.А. Акманаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы, в связи резким уменьшением количества применяемых удобрений, во всех регионах страны наблюдается существенное снижение содержания в почвах доступных растениям подвижных форм ма1фо- и микроэлементов. Значительная доля почв сельскохозяйственного назначения, в том числе пахотных земель России, имеет низкую обеспеченность фосфором. По состоянию на 2010 г. пахотные земли России с содержанием подвижного фосфора менее 100 мг/кг составили 65 млн. га (57 %) (Сычев В.Г., 2010).

Из-за высокой стоимости суперфосфата в настоящее время поиск дешёвых источников поступления фосфора является актуальной проблемой для сельскохозяйственного производства. Одним из таких источников может являться отход «Зола от термического обезвреживания биологических отходов» (далее - зола), получаемая при сжигании отходов производства и переработки мясной и рыбной продукции в специализированных установках. Такая зола относится к отходам 3-4 классов опасности (умеренно и малоопасные отходы) для окружающей природной среды и в дальнейшем подлежит захоронению на полигонах твердых бытовых отходов.

По данным Управления Россельхознадзора на территории Пермского края ежегодно образуется в среднем 12 тысяч тонн биологических отходов в результате переработки мяса животных, птиц, рыб. После термической обработки остается в среднем 5 % от первоначальной массы, т.е. 600 тонн в год.

В составе данного отхода в значительных количествах содержатся важнейшие элементы минерального питания растений: Р, Са, Мп, Б, Б! и др. Если рассмотреть термический процесс разложения органической массы животных до зольных элементов с точки зрения круговорота веществ в земледелии, то можно сделать предположение о возможности возвращения их в почву и пополнения тем самым баланса необходимых для питательных растений веществ.

Цель исследований - научно обосновать возможность использования золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на ячмене и горохе.

Задачи:

- определить химический состав отхода «зола биологических отходов» (далее - зола);

- изучить влияние золы на урожайность и качество ячменя и гороха;

- дать оценку фосфатного режима дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы при применении фосфорных удобрений и золы в различных дозах фосфора;

- выявить влияние золы на эколого-биологические свойства и содержание тяжелых металлов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы;

- дать научное обоснование полученным данным, производственную, экономическую, агроэнергетическую оценку применения золы в качестве фосфорного удобрения на горохе и ячмене, и рекомендации производству.

Новизна. Впервые в Предуралье изучена возможность использования золы от термического обезвреживания биологических отходов в качестве фосфорного удобрения под сельскохозяйственные культуры. Получены данные по влиянию её на урожайность и качество растениеводческой продукции, на состояние фосфатного режима и биологическую активность дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы; на содержание тяжелых металлов в почве и растениеводческой продукции гороха и ячменя в сравнении с традиционными фосфорными удобрениями.

Основные положения, выносимые на защиту:

- зола по влиянию на урожайность ячменя и гороха на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- зола не ухудшает агрохимические показатели почвы по сравнению с традиционными фосфорными удобрениями;

- по влиянию на содержание ЫРК и биохимический состав зерна и соломы ячменя и гороха зола не уступает традиционным фосфорным удобрениям;

- по влиянию на групповой состав фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы зола занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- использование золы не приводит к накоплению тяжелых металлов в почве и зерне ячменя выше ПДК;

- применение золы увеличивает условный чистый доход, снижает энергетическую и экономическую себестоимость производимой продукции.

Практическая значимость. Сельскому хозяйству дана рекомендация по применению золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах при выращивании ячменя в 30 кг/га д.в. Применение отхода в качестве фосфорного удобрения не требует больших денежных вложений, а по эффективности превосходит традиционные удобрения. Основные результаты исследований прошли в производственную проверку в ФГУП Учхоз «Липовая гора». По результатам производственной проверки установлено, что применение золы в дозе фосфора 30 кг/га д.в. увеличивает рентабельность производства ячменя сорта Сонет на 39,5 %, условный чистый доход с 1 га на 2488 рублей по сравнению с суперфосфатом в аналогичной дозе.

Апробация. Материалы диссертационной работы ежегодно докладывали на заседаниях кафедры агрохимии, Международных научных конференциях: ПГТУ (Пермь, 2008), Волгоградская ГСХА (Волгоград, 2010), Пермская ГСХА (Пермь, 2010), Международная Академия наук и высшего образования (Лондон, Киев, 2011); Всероссийской научной конференции СпбГУ (Санкт-Петербург, 2011), III студенческом региональном конкурсе инновационных проектов по программе У.М.Н.И.К. (Пермь, 2011), основные положения, выносимые на защиту опубликованы в 6 работах, в т.ч. 1 работа в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК Минобразования России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 126 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству. Экспериментальный материал приведён в 41 таблицах, 42 приложениях. Список литературы включает 302 источника, из них 16 иностранных авторов.

МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены в 2009-2011 гг. на учебном опытно-научном поле и вегетационной площадке Пермской ГСХА. Для решения поставленных задач проведены 1 полевой опыт и 4 вегетационных. Полевой опыт проводили с повторениями во времени и пространстве в период с 2009 по 2011 гг. Объектами исследований были районированные сорта полевых культур: ячмень и горох.

Для изучения влияния золы на урожайность и качество ячменя сорта Сонет проведен двухфакторный полевой опыт: фактор А - форма фосфорного удобрения; фактор В - дозы фосфора. Формы и дозы минеральных удобрений приведены в таблице 3. Фоном на всех вариантах опыта внесены азотно-калийные удобрения в дозе ^оК«)-

Повторность вариантов в опытах четырехкратная, расположение делянок систематическое. Общая площадь делянки 90 м2, учетная - 50 м2. Норма высева ячменя - 5 млн. шт./га. Удобрения в опыте вносили вручную под предпосевную культивацию на глубину 10-12 см.

Для более детального выявления закономерностей изучаемых факторов на культурах различавшихся по отношению к формам фосфорных удобрений были заложены 2 вегетационных опыта с ячменем сорта Эколог и горохом Губернатор по схеме (табл. 7) аналогичной полевому опыту (опыт 1 с горохом (20092010 гг.) и опыт 2 с ячменем (2010-2011 гг.)).

Согласно химическому составу (табл. 1) зола в своём составе содержит магний, который может оказывать влияние на урожайность и качество растениеводческой продукции изучаемых культур. С этой целью проведены два од-нофакторных вегетационных опыта с включением вариантов с магнием в 20102011 гг., (опыт 3 с ячменём и опыт 4 с горохом) по схеме: 1. Фон (№С)0,ю; 2. Фон + Рсг 0,15 + экв.золе» 3. ФОН + Р30ла 0,15; 4. ФОН + Рф 0,15 + М£эга.золе.

При проведении вегетационных опытов использовали сосуды Митчерлиха емкостью 6 кг воздушно-сухой почвы. Повторность опытов четырехкратная. Техника закладки вегетационных опытов и уход за растениями были общепринятыми.

1. Средний химический состав золы от термического обезвреживания _биологических отходов, % на сухое вещество ___

СаО М£0 БЮз МпОг Ре203 А1203 Р:05 К20 N320

19,1-31,9 0,7-2,2 10,1-22,5 0,01-0,1 0,4-5,3 0,3-1,4 15,7-23,0 1,4-2,7 1,6-4,7

В опытах использовали следующие формы минеральных удобрений: из азотных - аммонийная селитра (34,6 % д.в.), из калийных - хлористый калий (60 % д.в.), из фосфорных - гранулированный суперфосфат (26 % д.в.), фосфоритная

мука (19,5 % д.в.) и зола (15,7 - 23,0 % д.в.). Формы фосфорных удобрений были выбраны наиболее распространённые и применяемые в сельском хозяйстве.

В результате проведенных анализов зола содержит одно-, двух- и трехза-мещенные фосфаты кальция и магния (табл. 2). Практически весь фосфор в золе находится в усваиваемой для растений форме, содержание воднораствори-мой формы незначительное. По указанным показателям зола биологических отходов является пригодной для применения её в качестве фосфорного удобрения.

2. Формы фосфора в золе биологических отходов, % Р20;

Год Общий Водорастворимый Лимоннорастворимый Усвояемый

2009 23,0 0,2 22,3 22,5

2010 16,8 0,1 16,6 16,7

2011 15,7 0,1 15,3 15,4

Почва опытов дерново - мелкоподзолистая тяжелосуглинистая со следующими агрохимическими показателями: pHKci - 4,9 - 5,0, S - 15,3 - 17,8 мг-экв/ЮОг, Нг - 3,2-4,7 мг-экв/100г, V - 77- 85 %, Р205 и К20 (по Кирсанову) - соответственно 71-96 и 81 - 210 мг/кг почвы.

Химические анализы растений и почвенных образцов проведены с использованием стандартных методик в НИЧ Лаборатории освоения агрозоотехнологий ПГСХА. Расчет биоэнергетической и экономической эффективности применения удобрений проводили по технологическим картам (Агро - и зооэнергетиче-ская оценка..., 2001). Для изучения изменения фракций почвенных фосфатов использовали метод Гинзбург-Лебедевой. Эмиссию углекислого газа определяли по методу Isermeyer, (1952); микробный метаболический коэффициент Qr и С микробную биомассу по величине активности базального дыхания (БД) и субстратен Аудированного (СИД) (Ананьева В.И., 2003); массовую долю подвижных форм ТМ в почве атомно-эмиссионным методом с атомизацией в индуктивно-связанной плазме; общее содержание ТМ в отходе методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой; содержание кадмия и свинца в зерне ячменя по ГОСТ 30692-2000, ртути по МУ 5178-90, мышьяка по ГОСТ 26930-86. Статистическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) и с использованием описательной статистики программы Microsoft Excel.

Опыты проводили в IV-м агроклиматическом районе Пермского края. Годы исследований характеризовались разнообразием метеорологических условий. 2009 г. характеризовался неравномерным выпадением осадков в сочетании с пониженной температурой, 2010 г был жарким и засушливым. Близкие к среднемноголетним данным температура и осадки были в 2011 г.

1. Влияние форм и доз фосфорных удобрений и золы биологических отходов на урожайность и качество ячменя сорта Сонет

1.1. Условия минерального питания ячменя. Внесение форм и доз фосфорных удобрений и золы не оказало влияния на физико-химические свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы (табл. 3).

3. Влияние удобрений на физико-химические свойства дерново-

мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы

Форма фосфорного удобрения (фактор А) Доза фосфора (фактор В), г/кг почвы рНш Нг, мг-экв/ЮОг Б, мг-экв/ЮОг ЕКО, мг-экв/ЮОг У,%

Суперфосфат 0,10 4,9 4,3 16,1 20,4 79

0,15 5,0 4,7 15,8 20,5 77

0,20 5,0 4,0 16,0 19,9 80

Среднее по Ао 5,0 4,3 16,0 20,3 78

Зола 0,10 5,0 4,0 15,3 19,3 79

0,15 4,9 3,8 15,6 19,4 81

0,20 5,0 4,1 15,8 19,8 80

Среднее по А1 5,0 4,0 15,6 19,5 80

Фосфоритная мука 0,10 4,9 3,6 15,4 19,0 81

0,15 4,9 4,2 16,6 20,7 80

0,20 5,0 4,1 15,4 19,5 79

Среднее по А2 4,9 4,0 15,8 19,7 80

Среднее по Во 4,9 4,0 15,6 19,6 80

Среднее по В] 4,9 4,2 16,0 20,2 80

Среднее по В2 5,0 4,1 15,7 19,7 80

Формы фосфорных удобрений оказали слабое влияние на изменение содержания элементов питания (табл. 4). При внесении возрастающих доз фосфора с удобрениями и золой отмечалось незначительное повышение содержание под-

вижного фосфора в почве.

4. Влияние минеральных удобрений на обеспеченность ячменя элементами пи_тания в фазу кущения, 2009-2011 гг., мг/кг почвы_

Вариант опыта ЭДмНН. Р2О5 К20

2009 г. 2010 г. 2011 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г.

До внесения удобрений 44 54 108 71 90 96 87 116 210

По фону КбОКбО:

РсгЗО 50 72 82 88 106 101 88 142 145

РсгбО 48 59 101 96 113 124 101 132 164

Рсг90 48 70 79 100 142 125 102 130 164

РзолаЗО 67 67 92 68 112 103 98 148 163

РзолабО 48 68 100 84 103 129 107 154 158

Рзола90 54 49 87 82 99 129 109 154 141

РфЗО 51 55 79 91 89 110 86 138 170

РфбО 61 65 94 87 113 110 99 152 165

Рф90 48 57 81 84 118 130 103 119 164

Высокое содержание в почве в фазу кущения минеральной формы азота (44108 мг/кг почвы) при средней - повышенной обеспеченности подвижным фосфором (68-142 мг/кг) и средней - повышенной обменным калием (86-170 мг/кг почвы) по годам исследований обеспечили хорошие условия для минерального питания ячменя.

1.2. Урожайность ячменя. В среднем за три года внесение минеральных удобрений привело к следующим изменениям урожайности ячменя (табл. 5). Выявлена существенная разница в урожайности ячменя между формами фосфорных удобрений. Наибольшее влияние на урожайность ячменя оказал суперфосфат, прибавка по сравнению с фосфоритной мукой составила 0,39 т/га и по сравнению с золой 0,36 т/га (НСР05 главных эффектов фактора А - 0,12 т/га).

Суперфосфат во все годы исследований превосходил фосфоритную муку и золу. Такое действие форм фосфорных удобрений можно объяснить тем, что у ячменя по сравнению с другими зерновыми культурами значительно слабее развита корневая система и с более низкой усваивающей способностью. Это определяет высокие требования его к растворимости удобрений, и прежде всего фосфорных.

Зола существенно превосходила по своему действию фосфоритную муку только в 2009 году, прибавка составила 0,21 т/га при НСР0з 0,11 т/га. В 2010 г. она уступала фосфоритной муки, в 2011 г. действие этих форм было равноценным. В среднем за три года существенных различий по влиянию этих форм на урожайность ячменя не выявлено. В варианте с золой урожайность составила 3,24 т/га, в варианте с фосмукой - 3,21 т/га.

При использовании золы, суперфосфата и фосмуки наибольшая урожайность получена при внесении 30 кг/га д.в., дальнейшее повышение дозы не оказало достоверного влияния на уровень урожайности.

5. Влияние фосфорных удобрений на урожайность зерна ячменя, т/га

Форма фосфорного удобрения (А) Доза фосфора (В), кг/га Среднее по А

30 60 90

Суперфосфат 3,34 3,68 3,79 3,60

Зола 3,29 3,19 3,25 3,24

Фосфоритная мука 3,06 3,25 3,31 3,21

Среднее по фактору В 3,23 3,37 3,45

НСР05

главных эффектов фактора А 0,12

фактора В и взаимодействия АВ Р4<РТ

частных различий I порядка 0,21

II порядка Рб<Рт

Выявлены существенные различия в урожайности по годам исследований, в 2009 и 2010 гг. она составила 1,66-2,53 т/га, в 2011 г. -5,54-6,77 т/га. Существенную роль здесь сыграл недостаток влаги в важнейшие периоды развития ячменя и обеспеченность культуры минеральным азотом. Отмечена тесная корреляция между урожаем ячменя и содержанием минерального азота в почве (г = 0,95±0,08).

13. Элементный состав и качество ячменя. Изучаемые факторы в среднем за два года оказали положительное влияние на содержание фосфора в зерне и не влияли на содержание азота и калия. Существенным фактором при накоплении фосфора, являлись формы фосфорных удобрений. Максимальное содержание фосфора 0,8 % отмечено на вариантах с золой. По влиянию на содержание фосфора в зерне зола и фосфоритная мука в дозах фосфора 30 и 90 кг д.в./га

8

действовали лучше суперфосфата. Наибольшая прибавка 0,09 % получена при внесении золы в дозе 30 кг /га Р205 (при НСР05 = 0,03 %).

Действие изучаемых факторов на содержание фосфора и калия в побочной продукции не отмечено, но выявлены закономерности по накоплению азота. Установлено, что суперфосфат оказывает положительное влияние на содержание азота в соломе при внесении 90 кг/га д.в. тогда как, зола и фосфоритная мука при внесении 30 кг /га Р2О5.

Яровой ячмень в Предуралье преимущественно выращивается на кормовые цели. Основными показателями качества зерна ячменя являются - сырой протеин, жир, клетчатка и зола. При объединении данных за два года в нашем опыте, изучаемые факторы не оказали существенного влияния на биохимический состав зерна ячменя (табл. 6).

6. Влияние форм и доз фосфорных удобрений на биохимический состав зерна

ячменя, данные за 2009-2011 гг., % на воздушно-сухое вещество

Форма фосфорного удобрения (А) Доза фосфора (В), кг д.в./га Сырой протеин1 Зола Клетчатка2 Жир

Суперфосфат 30 10,24 3,10 6,75 3,04

60 10,78 3,07 6,64 2,99

90 9,91 2,46 6,94 2,99

Среднее по А1 10,31 2,88 6,78 3,01

Зола 30 10,49 2,67 7,29 3,05

60 10,46 2,53 6,68 2,81

90 10,34 2,78 6,71 3,17

Среднее по Аг 10,43 2,66 6,89 3,01

Фосфоритная мука 30 9,80 2,87 7,23 2,87

60 10,06 3,12 6,71 3,05

90 9,79 2,52 5,70 2,76

Среднее по Аз 9,88 2,84 6,55 2,90

Среднее по В) 10,18 2,88 7,09 2,98

Среднее по В2 10,43 2,90 6,68 2,95

Среднее по Вз 10,01 2,59 6,45 2,97

Главных эффектов по А Р4<РТ Рф^Т Рб<Рт Рб<Рт

по В РФ<РТ Рф<Рт Рф^Рг Ра^Рт

Частных различий 1 порядка Р4<РТ рф<рт Р4<РТ Рф<Рт

2 порядка Рф^т рф^т Рф<Рт Рф<Рт

На основании проведённых исследований в среднем за два года зола биологических отходов не оказала отрицательного влияния на элементный и биохимический состав ячменя.

С учётом уровня урожайности и химического состава зерна на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве оптимальная доза суперфосфата, золы и фосфоритной муки составляет 30 кг д.в./га.

'Данные за 2009 и 2011 гг.

2 Данные за 2009 и 2010 гг.

2. Влияние золы биологических отходов в вегетационных опытах на урожайность и качество гороха и ячменя

2.1. Урожайность гороха и ячменя. Цель данных вегетационных опытов - выявить эффективность золы на культурах с различной усваивающей способностью. Формы и дозы фосфорных удобрений оказали различное действие на урожайность гороха (табл. 7). Наибольшая разница в урожайности 3 г/сосуд выявлена между фосфоритной мукой и суперфосфатом. Зола по своему действию также превосходила фосфоритную муку на 2,5 г/сосуд (НСР05~2,1 г/сосуд).

При внесении суперфосфата и фосфоритной мукой урожайность гороха увеличивается пропорционально вносимой дозе, достоверные прибавки получены при дозе фосфора 0,20 г/кг абсолютно сухой почвы. Лучшее действие золы по сравнению с другими формами удобрений проявилось при дозе Р2С>5 0,10 г/кг абсолютно сухой почвы. Корреляционно-регрессионный анализ показал наличие тесных положительных зависимостей урожайности гороха с элементами её структуры (количества семян на растении г = 0,92±0,10; массой 1000 семян г = 0,87±0,12; массой зерна с растения г = 0,97±0,06). Снижение урожайности в варианте с золой при увеличении доз фосфора обусловлено уменьшением количества семян на растении и снижением массы 1000 семян.

7. Действие форм и доз фосфорных удобрений на урожайность гороха и

ячменя, г/сосуд

Форма фосфорного удобрения (А) Горох Ячмень

Доза фосфора (В), г/кг почвы Среднее по А Доза фосфора (В), г/кг почвы Среднее по А

0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20

Суперфосфат 30,0 31,7 35,3 32,3 16,4 16,2 18,6 17,0

Зола 32,6 30,8 31,9 31,8 16,1 17,2 15,4 16,2

Фосфоритная мука 28,6 28,6 30,9 29,3 13,0 16,2 17,9 15,7

Среднее по В 30,4 30,4 32,7 15,2 16,5 17,3

НСР05 2,1 1,6

Действие изучаемых форм фосфорных удобрений на ячмене было аналогичным действию на горохе. В вариантах с суперфосфатом и фосфоритной мукой лучшей дозой оказалась Ро,го- Применение золы свыше 0,15 г Р205/кг почвы приводило к снижению урожайности зерна ячменя за счёт уменьшения числа зёрен на 0,8 шт. и снижения на 0,06 г массы растения.

Анализ полученных данных в опыте с горохом и ячменем позволяет сделать заключение, что не зависимо от усваивающей способности корневой системы культур действие золы идентично. Это обусловлено тем, что фосфор в золе на 98 % представлен усваиваемой формой. Закономерности действия доз и форм фосфорных удобрений были аналогичны действию их в полевом опыте.

2.2. Элементный состав и качество гороха. Исследованиями Г.В. Удо-венко, H.H. Безлюдного (1965) и О.Ф. Туевой (1966), показано, что обеспеченность растений гороха фосфором оказывает влияние на все составляющие

азотного питания. Способность поглощать азот резко снижена у корней растений лишённых фосфора.

При объединении данных за 2 года исследований положительное действие золы отмечалось при накоплении важнейших биогенных элементов азота и фосфора, участвующих в синтезе белка. Максимальное содержание азота в семенах гороха 3,54 % было при дозе Ро.н, что на 0,3 % выше показателя в варианте с суперфосфатом.

По накоплению Рг05 в зерне можно отметить следующую закономерность. Лучшее действие золы и суперфосфата проявилось при дозе фосфора 0,10 г/кг почвы, фосфоритной муки при дозе 0,15 г/кг абсолютно сухой почвы. Зола в этой дозе имела преимущество перед суперфосфатом на 0,05 % и перед фосфоритной мукой на 0,13 % (НСР05 = 0,04 %).

По действию изучаемых факторов на содержание калия в семенах лучше других форм проявила себя фосфоритная мука в дозе 0,10 г/кг почвы.

Изучаемые факторы не оказали существенного влияния на содержание азота, фосфора и калия в соломе.

По результатам исследований биохимического состава зерна можно отметить достоверные изменения в содержании сырого протеина, сырого жира и сырой золы под действием изучаемых факторов (табл. 8).

8. Влияние форм фосфорных удобрений и доз фосфора на показатели качества

зерна гороха, данные за 2009-2010 гг., % на воздушно-сухое вещество

Форма фосфорно- Доза фосфора (В), Сырой про- Сырая клет- Сырой Сырая

го удобрения (А) г/кг почвы теин чатка жир зола

0,10 21,95 4,51 2,07 3,33

Суперфосфат 0,15 20,23 5,73 1,68 3,24

0,20 21,15 6,08 1,82 3,29

Среднее по А1 21,11 5,44 1,86 3,29

0,10 20,99 5,52 2,00 3,17

Зола 0,15 22,12 4,83 1,77 3,21

0,20 21,42 5,09 2,23 3,25

Среднее по Аг 21,51 5,20 2,00 3,21

0,10 21,95 5,61 2,01 3,29

Фосфоритная мука 0,15 21,64 5,63 1,78 3,29

0,20 20,98 4,94 2,41 3,34

Среднее по Аз 21,24 5,39 2,07 3,31

Среднее по В) 21,34 5,21 2,03 3,27

Среднее по В2 21,33 5,45 1,75 3,24

Среднее по В3 21,19 5,37 2,15 3,30

НСР05 1,36 Рф<Рт 0,58 0,06

По влиянию фосфорных удобрений на содержание сырого протеина можно отметить лишь достоверное увеличение его при внесении золы по сравнению с суперфосфатом на 1,89 % в дозе 0,15 г Р205/кг почвы.

На зольность зерна существенное влияние оказывали формы удобрений. По отношению к золе достоверную прибавку обеспечивали суперфосфат и фосфоритная мука. Преимущество суперфосфата отмечается в дозе фосфора

0,10 г/кг почвы, прибавка по отношению к золе составила 0,16 %, и фосфоритной муки в дозе 0,20 г/кг, прибавка при этом - 0,09 % (при НСР05 = 0,06%).

В среднем за два года существенного влияния фосфорных удобрений на содержание жира практически не отмечено.

Результаты биохимического анализа зерна гороха позволяют сделать следующий вывод: показатели качества на вариантах с золой занимают промежуточное положение между вариантами с суперфосфатом и фосфоритной мукой. Зола уступает по своему действию фосфоритной муке на содержание сырого жира и сырой золы, но превосходит по действию на содержание сырого протеина.

23. Элементный состав и качество ячменя. По итогам исследований наибольшее количество азота в основной и побочной продукции получено при применении суперфосфата, а наименьшее при применении золы. В 2010 г. по всем формам фосфорных удобрений лучшей дозой была 0,15 г Р2О5 /кг почвы, в 2011 г. для суперфосфата доза Р0д5, для золы и фосмуки - Р0,ю- При анализе данных в среднем за два года изучаемые факторы, как и в полевом опыте не оказали существенного влияния на содержание азота в зерне, но повлияли на содержание его в соломе ячменя. Суперфосфат увеличивал содержание азота в соломе относительно золы на 0,13 % и относительно фосфоритной муки на 0,18 % (НСР05 = 0,10 %). Установлено увеличение содержания азота в соломе ячменя на 0,11 % с повышением дозы фосфора с 0,10 до 0,15 г/кг почвы.

Внесение суперфосфата способствовало увеличению содержания фосфора в основной и побочной продукции ячменя в большей степени, чем зола и фосфоритная мука как в среднем за два года, так и погодам. В среднем за два года при внесении суперфосфата содержание фосфора в зерне было выше на 0,08 % по сравнению с золой и на 0,11 % по сравнению с фосмукой (НСР05 = 0,04 %). Не зависимо от формы фосфорного удобрения, наибольшее содержание фосфора в зерне отмечаем в варианте с внесением 0,15 г Р2О5/КГ абсолютно сухой почвы. С учётом всех изучаемых факторов в 2010 г. для всех изучаемых форм наибольшее содержание фосфора в зерне получили при дозе Ро.н, в 2011 г. для суперфосфата и фосмуки эта же доза, для золы - Родо.

При рассмотрении влияния изучаемых факторов на содержание К20 в зерне ячменя в среднем по годам исследований можно отметить существенное повышение данного показателя на 0,08 % от внесения золы в дозе 0,20 г Р2О5/КГ почвы относительно фосфоритной муки (НСР05 = 0,06 %). В 2010 г. наибольшее содержание калия в зерне получили в вариантах с золой, в 2011 г. - в вариантах с суперфосфатом.

В целом по влиянию на качество урожая более эффективным было действие суперфосфата. Лучшее действие золы и суперфосфата проявилось при дозе фосфора 0,15 г/кг почвы, фосфоритной муки при дозе 0,20 г/кг абсолютно сухой почвы.

Таким образом, зола биологических отходов не приводит к ухудшению качества гороха и ячменя, по своему действию на элементный состав уступает суперфосфату, но превосходит фосфоритную муку.

3. Влияние форм фосфорных удобрений совместно с магнием на урожайность гороха и ячменя. Все формы фосфорных удобрений совместно с магнием оказали положительное влияние на урожайность гороха относительно контроля, прибавка зерна в среднем за два года составляла 2,7-4,3 г/сосуд (табл. 9). Действие золы было равнозначно фосмуке, а суперфосфат обеспечивал достоверное увеличение урожайности зерна гороха относительно золы на 1,3 г/сосуд, относительно фосфоритной муки на 1,6 г/сосуд (НСР05 = 0,95 г/сосуд).

Что касается урожайности ячменя, то зола по своему действию не уступала суперфосфату. Они обеспечивали статистически значимый эффект по сравнению с фосфоритной мукой. Так, прибавка от внесения суперфосфата составила 0,7 г/сосуд, от внесения золы - 0,5 г/сосуд (НСР05 = 0,45 г/сосуд).

9. Влияние фосфорных удобрений совместно с магнием на урожайность зерна

гороха и ячменя, г/сосуд (среднее за 2009-2010 гг.)

Вариант Горох Ячмень

Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка

(№С)о. 1 (контроль) 17,5 - 14,8 -

(МК)о,1+ РоО, 15"*"М§экв.золе 21,8 4,3 17,4 2,6

(МК)о,1+Рзола0.15 20,5 3,0 17,2 2,4

(МК)о,1+ Р40.15+МЯэкв. золе 20,2 2,7 16,7 1,9

НСР05 0,95 0,45

Если сравнить полученные результаты с результатами вегетационного опыта с ячменем описанного выше (табл. 7), то можно отметить прибавки массы зерна на вариантах с внесение фосфора в дозе 0,15 г/кг абсолютно сухой почвы с добавлением магния по сравнению с вариантами без него. Однако общие закономерности действия удобрений на продуктивность культур сохраняются. Зола действует слабее суперфосфата, но не уступает по эффективности фосфоритной муке.

4. Влияние форм и доз фосфорных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы. Для правильной оценки действия фосфорсодержащих удобрений на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур необходимо знать, в какие формы переходит фосфор и насколько интенсивно выражены процессы его превращения в почве. Исследования проводились с дозами и формами фосфорных удобрений в вегетационном и полевом опытах.

В вегетационном опыте с ячменём получены следующие результаты (табл. 10). При внесении гранулированного суперфосфата увеличилось содержание фосфора во фракциях Са-Рь А1-Р, Ее-Р и уменьшилось - во фракциях Са-Рп, Са-Рш по сравнению с золой и фосфоритной мукой.

При анализе влияния форм удобрений установлено уменьшение фракции высокоосновных фосфатов Са-Рш при внесении суперфосфата по сравнению с золой и фосфоритной мукой на 48,8 мг/кг и на 51,0 мг/кг почвы соответственно

(при НСР05 = 15,5 мг/кг). Увеличение фракции А1-Р на вариантах с суперфосфатом по сравнению с золой составило 23,0 мг/кг почвы (НСР05 = 16,8 мг/кг). Анализ частных различий первого порядка подтверждает результаты главных эффектов. Это обусловлено тем, что фосфор воднорастворимых удобрений в дерново-подзолистых почвах подвергается осаждению полуторными оксидами и физико-химическому поглощению гидроокисями алюминия и железа на поверхности глинистых минералов. Фосфоритная мука и зола, в отличие от суперфосфата, в меньшей мере приводили к повышению содержания фосфора во фракциях А1-Р и Бе-Р, но увеличивали фракции Са-фосфатов на 9,7-9,9 %. Что касается действия удобрений на накопление доступных для растений ячменя групп - рыхлосвязанных фосфатов и алюмофосфатов, то при внесении суперфосфата их содержалось на 6,2 мг/кг больше, чем при внесении фосфоритной муки и на 16,0 мг/кг больше чем при внесении золы.

10. Влияние доз и форм фосфорных удобрений на фракционный состав мине-

Форма фосфорного удобрения (А) Доза фосфора (В), г д.в./кг Фракция фосфатов, мг/кг почвы

Са-Рг Са-Р„ Са-Рш А1-Р Ре-Р Всего 1Са- Рг+и 1Са-Рг+П+Ш

Суперфосфат одо 17,8 17,5 57,8 67,5 314,0 474,5 35,3 93,0

0,15 12,3 23,8 53,0 90,0 336,0 515,0 36,1 89,1

0,20 11,3 23,8 69,8 83,3 318,5 506,6 35,1 104,9

Среднее по Ат 13,8 21,7 60,2 803 322,8 498,5 35,5 95,7

Зола 0,10 8,5 36,0 84,3 52,0 315,5 496,3 44,5 128,8

0,15 9,0 23,0 85,8 53,0 304,5 475,3 32,0 117,8

0,20 11,0 40,0 157,0 66,8 317,0 591,8 51,0 208,0

Среднее по А2 9,3 33,0 109,0 57,3 312,3 521,1 42,5 151,5

Фосфоритная мука 0,10 12,3 23,0 47,0 85,5 319,5 487,3 35,3 82,3

0,15 11,8 27,5 80,7 48,5 299,0 467,4 39,3 119,9

0,20 13,0 44,0 206,0 63,0 330,0 656,0 57,0 263,0

Среднее по Аз 12,4 31,5 111,2 65,7 316Д 536,9 43,9 155,1

Среднее по В] 12,6 25,5 63,0 68,3 316,3 486,0 38,1 101,4

Среднее по В2 11,0 24,8 73,1 63,8 313,2 485,9 35,8 108,9

Среднее по В3 11,8 35,9 144,3 71,0 321,8 584,8 47,7 191,9

НСРоз Рф<Рт РФ<РТ 15,5 16,8 13,5

Суммарное количество минерального фосфора в зависимости от формы удобрения было различным: максимальное отмечено при использовании фосфоритной муки - 536,9 мг/кг почвы, несколько меньше при использовании золы -521,1 мг/кг и меньше всего с суперфосфатом 498,5 мг/кг. По-видимому, это связано с формой фосфора содержащегося в удобрении. Более доступные его формы интенсивнее поглощаются растениями и меньше накапливаются в виде почвенных фосфатов.

По полученным нами данным в полевом опыте, на распределение минеральных фосфатов в почве большое влияние оказали формы удобрений. Содер-

жание фосфатов первой группы изменялось в большей степени при внесении суперфосфата. Отмечается достоверно увеличение содержания фосфатов щелочных металлов и аммония (Ca-Pi) на варианте с суперфосфатом в дозе 90 кг д.в./га. Прибавки по отношению к фосфоритной муке и золе составили 6,7 и 5,3 мг/кг почвы соответственно, при HCPos = 4,2 мг/кг почвы. На вариантах с золой произошли наиболее существенные изменения в содержании фосфатов кальция второй группы и наименьшие в содержании высокоосновных фосфатов кальция типа апатита Са-Рш. Содержание высокоосновных фосфатов кальция в большей степени увеличивалось при внесении суперфосфата. Достоверных изменений, связанных с содержанием фосфатов железа (Fe-P) и фосфатов алюминия (А1-Р) не выявлено. По мнению A.B. Соколова (1950) изменение содержания фосфатов алюминия и железа определяется запасами их активных соединений. В нашей почве, вероятно, преобладают соединения типа Рег(0Н)зР04 и А12(0Н)зР04, обладающие малой растворимостью.

5. Экологические аспекты применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения. Применение минеральных удобрений оказывает мощное воздействие на плодородие и биологическую активность почвы, в связи, с чем любые агротехнические мероприятия, направленные на повышение урожая растений и воспроизводство почвенного плодородия, должны иметь почвенно-микробиологическое обоснование. Выделение двуокиси углерода с поверхности почвы тесно связано с активностью почвенной биоты и протеканием физико-химических процессов. Биологический фактор имеет первостепенное значение в формировании почвенного профиля и многих свойств самой почвы (Малханова Е.В., 2008).

По интенсивности выделения СОг оценивалась устойчивость микробных систем дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы к внесению золы и фосфорных удобрений. Статистический анализ полученных данных показал, что под влиянием изучаемых удобрений и золы от термического обезвреживания биологических отходов произошли достоверные изменения интенсивности БД. Внесение суперфосфата привело к снижению интенсивности выделения СОг на 40 мг/кг почвы за 24 часа по сравнению с почвой без удобрений и на 30 мг/кг почвы по сравнению с золой (при НСР05 = 20 мг/кг). Зола и фосфоритная мука за период вегетации не оказали существенного влияния на уровень БД.

Микроорганизмы исследуемых вариантов обладают неодинаковой активностью к использованию легкогидролизуемого источника углерода (глюкозы), по скорости потребления которой судят о потенциальной биохимической активности микроорганизмов. Интенсивность СИД уменьшилась на всех вариантах: с внесением фосфоритной муки и золы на 20 мг/кг, а с внесением суперфосфата на 70 мг/кг относительно почвы до внесения удобрений. Степень воздействия на устойчивость микробного сообщества дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве при внесении золы и фосфоритной муки в сравнении с суперфосфатом ниже, что является их преимуществом при использовании в качестве удобрения под ячмень.

Вопрос использования отходов в качестве удобрения не может быть положительно решен без исследования его как источника загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) окружающей среды и конечной продукции. Поэтому при рассмотрении микроэлементного состава золы особое внимание было уделено наличию ТМ, так как этот показатель будет определять степень загрязнения почв (табл. 11).

11. Валовое содержание ТМ в золе от термического обезвреживания био-

логических отходов, мг/кг

Год пробы са РЬ Аэ Ъп № Си Со V

2009 <0,05 151,5 <0,10 5972 4226 283 74 26

2010 <0,05 4,6 <0,10 231 4,0 2320 1,4 2,5

2011 <0,05 2,4 <0,10 242 7,9 38 1,7 3,4

Поступление в почву ТМ в больших количествах действует угнетающе в количественном и качественном отношениях на растительные организмы: подавляется ход метаболических процессов, тормозится развитие, снижается продуктивность (Зиннатулин С.Г., 2004; Пархоменко Н.А., 2004).

Химический анализ почвы на содержание ТМ проводили в образцах, отобранных с делянок на вариантах с внесением золы в дозе Р2С>5 30 кг д.в., рекомендуемой производству, а также в максимальной дозе опыта (табл. 12). Концентрация подвижных форм ТМ в почве сохранялась на уровне фона или незначительно превосходила его и была ниже установленных предельно допустимых концентраций (ПДК). Отмечалось незначительное увеличение подвижности свинца, меди, никеля и хрома при внесении золы в дозе фосфора 90 кг д.в., 12. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в дерново-

мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве после уборки ячменя, мг/кг _(среднее 2009-2010 гг.)

Вариант опыта са РЬ Ав га. № Си V Сг

Без удобрений 0,06 0,24 0,43 2,28 1,38 0,33 0,05 0,51

РэолаЗО 0,07 0,19 0,44 2,52 1,27 0,32 0,05 0,45

Рзола90 0,06 0,30 0,33 2,34 1,56 0,37 0,06 0,52

ПДК1 - 6,0 - 23,0 4,0 3,0 - 6,0

Для установления безопасности продукции используемой в кормовых целях определяют содержание наиболее опасных ТМ — кадмия, свинца, ртути и мышьяка (МДУ № 123-4/281-7 от 07.08.87 г).

13. Содержание тяжелых металлов в зерне ячменя, мг/кг сухого вещества

Вариант опыта са РЬ нё Ав

Рз„л.90 (2009 г.) 0,13 0,08 0,032 <0,25

Рэола90 (2010 г.) 0,11 0,10 0,027 <0,25

Рюла90(2011 г.) 0,09 <0,07 0,011 <0,25

ПДК 0,3 5,0 0,1 0,5

1 Согласно гн 2.1.7.2041-06

Опасность накопления ТМ в растительной продукции возникает при использовании высоких доз фосфорных удобрений, поэтому испытаниям подверглись образцы корма, полученные с делянок с внесением золы в дозе фосфора 90 кг д.в. на га (табл. 13). Концентрация ТМ в зерне ячменя во все годы исследований была значительно ниже установленных ПДК.

6. Агроэнергетическая и экономическая оценка использования золы биологических отходов и фосфорных удобрений при выращивании ячменя.

Планирование трудовых и финансовых вложений в технологический процесс является основой экономически эффективного сельскохозяйственного производства. Очень часто высокие цены на удобрения препятствуют хозяйствам в повышении урожайности и качества сельскохозяйственных культур, поэтому прибыль от продажи получаемой растениеводческой продукции должна быть сопоставима со стоимостью удобрений.

Энергетическая отдача определялась в основном урожайностью вариантов, качество урожая в меньшей степени оказывало влияние. Наиболее энергетически эффективным из изучаемых нами фосфорных удобрений являлся суперфосфат. Максимальным коэффициент энергетической эффективности (КЭЭ) по опыту 3,0 получен при внесении суперфосфата в дозах 60 и 90 кг/га Р2О5. Однако наибольшее содержание общей энергии в 1 кг сухого вещества отмечалось в вариантах с золой. Для золы оптимальной дозой фосфора с точки зрения агроэнергетической оценки является 30 кг /га д.в., поскольку, выход энергии с урожаем был выше по сравнению с дозой 60 кг/га на 2196 МДж/га, с дозой 90 кг/га - на 924 МДж/га, КЭЭ и энергетическая себестоимость находились на одном уровне. Энергетические показатели урожая, полученного при внесении фосфоритной муки, уступали суперфосфату и золе. Как показали результаты исследований более эффективное использование фосфоритной муки возможно в дозе Р2О5 90 кг/га, так как в этом варианте получен больший выход энергии с урожаем по сравнению с другими дозами, более высокий КЭЭ и меньшая энергетическая себестоимость.

Условный чистый доход, получаемый с 1 га пашни, в вариантах с золой значительно превышал другие варианты. В среднем условный чистый доход от внесения золы составлял 5468 руб., против 1383 руб. от суперфосфата и 2780 руб. от фосфоритной муки. Уровень рентабельности в среднем при внесении золы составлял 60 %, что 5 раз выше, чем при внесении суперфосфата и в 2 раза выше, чем при внесении фосфоритной муки. Это объясняется тем, что зола -это отход производства. На сегодняшний день предприятия вносят плату за его транспортировку и размещение на полигонах твердых бытовых отходов, а также за негативное воздействие на окружающую среду в соответствии с нормами его накопления. Поэтому при использовании данного отхода в качестве удобрения основные затраты сводятся только к его транспортировке, измельчению и внесению в почву.

Наиболее экономически выгодно применять золу биологических отходов, суперфосфат и фосфоритную муку в дозе 30 кг /га Р205. Также следует отме-

тить, что с увеличением дозы вносимого фосфора экономическая эффективность применения фосфорных удобрений и золы биологических отходов снижается.

ВЫВОДЫ

1. По результатам химического исследования золы в её составе обнаружено высокое содержание Р205 (16,3-23,0 %), который находится в хорошо усваиваемой для растений форме.

2. Наибольшая урожайность при использовании золы 3,3 т/га получена в дозе 30 кг/га д.в., дозы 60 и 90 кг/га не имели преимущества. Фосфоритная мука и суперфосфат существенное влияние на урожайность ячменя также оказывали при внесении 30 кг/га Р2О5, дальнейшее повышение дозы также не оказало достоверного влияния на уровень урожайности.

3. При внесении суперфосфата и фосфоритной муки урожайность гороха и ячменя увеличивается пропорционально вносимой дозе, достоверная прибавка получена при дозе фосфора 0,20 г/кг абсолютно сухой почвы. Наиболее эффективной дозой золы является 0,10 г/кг абсолютно сухой почвы, урожайность гороха составила 32,6 г/сосуд, ячменя 16,1 г/сосуд. Зола по своей эффективности не уступает суперфосфату и фосфоритной муке.

4. Зола, в качестве фосфорного удобрения, по своему воздействию на качество получаемой продукции и элементный состав зерна и соломы ячменя и гороха занимает промежуточное положение между суперфосфатом и фосфоритной мукой.

5. Действие золы в проведенных опытах было аналогичным и не зависело от особенностей корневой системы изучаемых культур, что подтверждает данные её химического исследования.

6. При дополнительном внесении магния с суперфосфатом и фосфоритной мукой общие закономерности действия удобрений на продуктивность культур сохраняются. Зола действует слабее суперфосфата, но не уступает по эффективности фосфоритной муке.

7. Действие удобрений на накопление доступных для растений ячменя групп - рыхлосвязанных фосфатов и алюмофосфатов в почве различно: при внесении суперфосфата их содержалось на 6,2 мг/кг больше, чем при внесении фосфоритной муки и на 16,0 мг/кг больше чем при внесении золы.

8. При внесении гранулированного суперфосфата увеличивалось содержание фосфора во фракциях Са-Р1, А1-Р, Бе-Р и уменьшалось - во фракциях Са-Р2, Са-РЗ по сравнению с золой и фосфоритной мукой. Фосфоритная мука и зола, в отличие от суперфосфата, в меньшей мере приводили к повышению содержания фосфора во фракциях А1-Р и Бе-Р, но увеличивали фракции Са-фосфатов на 9,7-9,9 %.

9. Степень воздействия на устойчивость микробного сообщества дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве при внесении золы и фосфоритной муки в сравнении с суперфосфатом ниже, что может быть их преимуществом при использовании.

10. Внесение золы от термического обезвреживания биологических отходов в высокой дозе в экологических аспектах является безопасным приемом. Содержание ТМ, как в почве, так и растительной продукции значительно ниже ПДК. Выявлено, что с повышением окультуренности почв происходит снижение содержания ТМ в зерне ячменя.

11. Энергетическая отдача определялась в основном урожайностью вариантов, качество урожая в меньшей степени оказывало влияние. Наиболее энергетически эффективным фосфорным удобрением являлся суперфосфат, при внесении в дозах Р20560 и 90 кг/га получен наибольший коэффициент энергетической эффективности по опыту - 3,0.

12. Наибольший условный чистый доход (5468 руб./га) и уровень рентабельности (60 %) отмечены в вариантах с золой, более экономически выгодно применять золу биологических отходов, суперфосфат и фосфоритную муку в дозе 30 кг /га Р205.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В Предуралье на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой сред-неокультуренной почве на ряду с традиционными формами фосфорных удобрений при возделывании ячменя на фоне N6oK6o использовать золу биологических отходов в дозе 30 кг/га д.в.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах рекомендованных ВАК:

1. Субботина М.Г. Действие золы от термического обезвреживания биологических отходов на урожайность зерна ячменя, возделываемого на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве Предуралья / М.Г. Субботина, Л.А. Михайлова // Аграрный Вестник Урала. - 2012. - №2(94). - С. 15-16.

Научные статьи:

2. Субботина М.Г. Свойства золы, получаемой при термическом уничтожении биологических отходов / М. Г. Субботина, Л.А. Михайлова, Н.М. Пьянкова// Экология и научно-технический прогресс: Материалы VII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: ПГТУ, 2008. - С. 248-250.

3. Субботина М.Г. Влияние золы на урожайность зерна гороха в условиях дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Пермского края / М.Г. Субботина, Н.М. Мудрых, Л.А. Михайлова // Инновационному развитию АПК - научное обеспечение: сборник научных статей Международной научно-практической конференции посвященной 80-летию Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова. -Пермь: Пермская ГСХА, 2010. - С. 138-141.

4. Субботина М.Г. Влияние золы от термического обзвреживания биологических отходов на агрохимические свойства дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы Предуралья // Почвы в условиях природных и антро-

погенных стрессов: материалы Всероссийской научной конференции XIV До-кучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева. - Санкт-Петербург: СпБГУ, 2011. - С. 238-239.

5. Субботина М.Г. Эффективность применения отхода — золы от термического обезвреживания биологических отходов в качестве фосфорного удобрения // Материалы III Студенческого регионального конкурса инновационных проектов по программе У.М.Н.И.К. - Пермь, 2011. - С. 125-127.

6. Мудрых Н.М. Зола от термического обезвреживания биологических отходов - альтернатива фосфорным удобрениям / Н.М. Мудрых, М.Г. Субботина //Проблемы и тенденции развития современного общества: материалы XI-ой Международной научно-практической конференции. - Одесса: InPress, 2011.-С. 10-13.

Формат 60х841/16. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в ИПЦ «ПрокростЪ» Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова 614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 Тел.: 210-35-34

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Субботина, Мария Георгиевна, Пермь

61 12-6/417

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЕРМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Д.Н. ПРЯНИШНИКОВА

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-МЕЛКОПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЕ В ПРЕДУРАЛЬЕ

УДК: 631.831:633.358:633.16:631.445.24

На правах рукописи

СУББОТИНА МАРИЯ ГЕОРГИЕВНА

Специальность 06.01.04 - «Агрохимия»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Л.А. Михайлова

Пермь - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ......................................................................................................5

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................6

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА....................................11

1.1. Поиск альтернатив традиционным фосфорным удобрениям.............11

1.2. Влияние форм и доз фосфорных удобрений на урожайность и качество ячменя..................................................................................................15

1.3. Особенности влияния различных форм и доз фосфорных удобрений на урожайность и качество гороха...................................................................21

1.4. Фракционный состав фосфатного фонда дерново-подзолистой почвы и его зависимость от применения фосфорных удобрений............................26

ГЛАВА II. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. 32

2.1. Схемы и методика проведения опытов.................................................32

2.2. Условия проведения исследований.......................................................35

2.3. Методика полевых и лабораторных наблюдений и исследований.... 42

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯЧМЕНЯ......................................................45

3.1. Условия минерального питания ячменя...................................................45

3.2. Влияние форм и доз фосфорных удобрений на урожайность ячменя сорта Сонет при возделывании на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве.................................................................................47

3.3. Структура урожайности полевого опыта.................................................51

3.4. Элементный состав зерна и соломы в зависимости от доз и форм фосфорных удобрений......................................................................................53

3.5. Кормовая ценность зерна ячменя полевого опыта..................................61

3.6. Агроэнергетическая оценка действия фосфорных удобрений и золы биологических отходов при возделывании ячменя сорта Сонет..................64

3.7. Экономическая оценка действия фосфорных удобрений и золы биологических отходов при возделывании ячменя сорта Сонет..................65

3.8. Производственная оценка применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения при возделывании ячменя сорта Сонет на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве.................................67

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ГОРОХА И ЯЧМЕНЯ В ВЕГЕТАЦИОННЫХ ОПЫТАХ..........................................................................69

4.1. Урожайность и структура гороха..............................................................70

4.2. Химический состав зерна и соломы гороха.............................................73

4.3. Кормовая ценность зерна гороха..............................................................77

4.4. Урожайность и структура ячменя Эколог................................................81

4.5. Химический состав ячменя Эколог...........................................................84

4.6. Кормовая ценность зерна ячменя Эколог................................................87

ГЛАВА V. ДЕЙСТВИЕ ФОРМ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ СОВМЕСТНО С МАГНИЕМ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯЧМЕНЯ И ГОРОХА.................................................................................................................92

5.1. Урожайность ячменя и гороха...................................................................92

5.2. Химический состав основной и побочной продукции ячменя и гороха ..............................................................................................................................95

5.3. Кормовая ценность зерна ячменя и гороха..............................................97

ГЛАВА VI. ВЛИЯНИЕ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНЫХ ФОСФАТОВ ДЕРНОВО-МЕЛКОПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ................................................................102

6.1. Влияние удобрений на физико-химических свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы.............................................102

6.2. Влияние доз и форм фосфорных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы.................................................................................................................104

ГЛАВА VII. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОТХОДА -ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ.......................................................................................................112

7.1. Влияние золы биологических отходов на эколого-биологические свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы..............112

7.2. Влияние золы биологических отходов на содержание тяжелых металлов в дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве и зерне ячменя................................................................................................................115

ВЫВОДЫ.............................................................................................................120

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.............................................................122

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................123

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................155

«Прогресс химии научает также вводить отходы процесса производства и потребления обратно в кругооборот процесса воспроизводства и создает, таким образом, материю нового капитала без предварительной затраты капитала»

Маркс К, Энгельс Ф.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Диссертационная работа выполнена на кафедре агрохимии ФГБОУ ВПО Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова в 2009-2012 гг.

Экспериментальная часть исследований выполнена на учебно-научном опытном поле академии, заведующему которого Р.Х. Садикову автор очень признательна за оказанную техническую помощь. В постановке опытов в разные годы принимали участие студенты и магистры агрохимического факультета, за что автор выражает им благодарность.

Агрохимические и зоотехнические анализы образцов проведены на кафедре агрохимии и в лаборатории освоения агрозоотехнологий научно-исследовательской части академии сотрудникам, которых автор выражает особую признательность.

За методическую помощь и моральную поддержку искреннюю признательность автор выражает преподавательскому составу кафедры агрохимии, а также доктору сельскохозяйственных наук, профессору Елисееву С.Л. и кандидату сельскохозяйственных наук, профессору Акманаеву Э.Д.

За научное руководство, практическую помощь в постановке опытов и подготовке диссертационной работы к защите автор выражает особую благодарность и признательность доктору сельскохозяйственных наук, профессору Людмиле Аркадьевне Михайловой.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Насущными вопросами современности являются решение экологических и продовольственных проблем. Среди агротехнических приемов, направленных на повышение урожайности сельскохозяйственных культур и улучшение качества продукции растениеводства, определяющее значение имеет оптимизация минерального питания на основе рационального применение удобрений. В то же время, за последние годы, в связи резким уменьшением количества применяемых удобрений, во всех регионах страны наблюдается существенное снижение содержания в почвах доступных растениям подвижных форм макро- и микроэлементов. Значительная доля почв сельскохозяйственного назначения, в том числе пахотных земель России, имеет низкую обеспеченность фосфором. По состоянию на 2010 г. пахотные земли России с содержанием подвижного фосфора менее 100 мг/кг составили 65 млн. га (57 %) (Сычев В.Г., 2010). Низкое содержание подвижного и, следовательно, доступного для растений фосфора характерно для кислых почв с высокой способностью к химическому поглощению его в труднодоступных формах.

Из-за высокой стоимости суперфосфата в настоящее время важным источником фосфора служит фосфоритная мука (Шафронов О.Д., Темников В.Н., 2008). Поиск дешёвых источников поступления фосфора является актуальной проблемой для сельскохозяйственного производства. Одним из таких источников может являться отход «Зола от термического обезвреживания биологических отходов» (далее - зола биологических отходов), получаемая при сжигании отходов производства и переработки мясной и рыбной продукции в специализированных установках. Такая зола относится к отходам 3-4 классов опасности (умеренно и малоопасные отходы) для окружающей природной среды и в дальнейшем подлежит захоронению на полигонах твердых бытовых отходов. В составе данного

захоронению на полигонах твердых бытовых отходов. В составе данного отхода в значительных количествах содержатся важнейшие элементы минерального питания растений: Р, Са, Мп, Б, 81 и др. (Приложение 1).

В Пермском крае бесконтактные технологии термического уничтожения биологических отходов применяются на предприятиях - ООО «Завод утилизации отходов «Экологическая система»; ОАО «Птицефабрика Калининская», ООО «Экомедбиопром» др. Процесс уничтожения производится в специальных термических установках, в которых создаются условия для полного уничтожения органического вещества, в т.ч. патогенной микрофлоры.

По данным Управления Россельхознадзора на территории Пермского края ежегодно образуется в среднем 12 тысяч тонн биологических отходов в результате переработки мяса животных, птиц, рыб. После термической обработки остается в среднем 5 % от первоначальной массы, т.е. 600 тонн в год.

Если рассмотреть термический процесс разложения органической массы животных до зольных элементов с точки зрения круговорота веществ в земледелии, то можно сделать предположение о возможности возвращения их в почву и пополнения тем самым баланса необходимых для растений веществ и использования образующейся золы от сжигания тел животных, птиц, рыб в качестве удобрения и мелиоранта на горохе и ячмене.

Цели и задачи исследований:

Цель исследований - научно обосновать возможность использования золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на ячмене и горохе.

Для осуществления этой цели определены следующие задачи:

- определить химический состав отхода «зола биологических отходов»;

- изучить влияние золы биологических отходов на урожайность и качество ячменя и гороха;

- дать оценку фосфатного режима дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы при применении фосфорных удобрений и золы биологических отходов в различных дозах фосфора;

- выявить влияние золы биологических отходов на эколого-биологические свойства и содержание тяжелых металлов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы;

- дать научное обоснование полученным данным, производственную, экономическую, агроэнергетическую оценку применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на горохе и ячмене, и рекомендации производству.

Научная новизна. Впервые в Предуралье изучена возможность использования золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения под сельскохозяйственные культуры. Получены данные по влиянию её на урожайность и качество растениеводческой продукции, на состояние фосфатного режима и биологическую активность дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы; на содержание тяжелых металлов в почве и растениеводческой продукции гороха и ячменя в сравнении с традиционными фосфорными удобрениями.

Основные положения, выносимые на защиту:

- зола биологических отходов по влиянию на урожайность ячменя и гороха на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- зола биологических отходов не ухудшает агрохимические показатели почвы по сравнению с традиционными фосфорными удобрениями;

- по влиянию на содержание 1ЧРК и биохимический состав зерна и соломы ячменя и гороха зола биологических отходов не уступает традиционным фосфорным удобрениям;

- по влиянию на групповой состав фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы зола биологических отходов

занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- использование золы биологических отходов не приводит к накоплению тяжелых металлов в почве и зерне ячменя выше ПДК;

- применение золы биологических отходов увеличивает условный чистый доход, снижает энергетическую и экономическую себестоимость производимой продукции.

Практическая значимость. Сельскому хозяйству дана рекомендация по применению золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах при выращивании ячменя в дозе фосфора 30 кг/га д.в. Применение отхода в качестве фосфорного удобрения не требует больших денежных вложений, а по эффективности превосходит традиционные удобрения. Основные результаты исследований прошли производственную проверку в ФГУП Учхоз «Липовая гора». По результатам производственной проверки установлено, что применение золы в дозе фосфора 30 кг/га д.в. увеличивает рентабельность производства ячменя сорта Сонет на 24 %, условный чистый доход с 1 га на 1252 рубля по сравнению с суперфосфатом в аналогичной дозе.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы ежегодно

докладывались на заседаниях кафедры агрохимии и на научно-практических

конференциях: «VII Международной научно-практической конференции

Экология и научно-технический прогресс, г. Пермь, 2008 г; «Международной

научно-практической конференции посвященной 65-летию Победы в

Великой Отечественной войне: Волгоградская ГСХА, г. Волгоград, 2010 г;

«Международной научно-практической конференции посвященной 80-летию

Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени

академика Д.Н. Прянишникова «Инновационному развитию АПК - научное

обеспечение». Пермь, 2010 г; «Всероссийской научной конференции XIV

Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения

9

В.В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов»: СпбГУ, г. Санкт-Петербург, 2011 г; «III студенческом региональном конкурсе инновационных проектов по программе У.М.Н.И.К.»; «Международной научно-практической конференции Проблемы и тенденции развития современного общества»: Международная Академия наук и высшего образования, гг. Лондон, Киев, 2011.

Методика и правильность закладки полевых и вегетационных опытов ежегодно проверялись методической комиссией по приемке опытов при ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.

Публикация результатов исследований. Основные положения, выносимые на защиту опубликованы в 6 работах, в т.ч. 1 работа в рецензируемом журнале, вошедших в список ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 122 страницах печатного текста, и состоит из 7 глав, выводов и предложений производству, содержит 42 таблицы, иллюстрирована 4 рисунками. Список литературы включает 292 источника, в том числе 12 иностранных авторов.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

1.1. Поиск альтернатив традиционным фосфорным удобрениям

Недостаточная обеспеченность пахотных почв России усвояемым фосфором является одной из существенных причин низкой продуктивности отечественного земледелия, что обусловливает ведущую роль фосфорных удобрений в формировании высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур особенно на дерново-подзолистых почвах. Запасы фосфора в почвах практически полностью пополняются только за счет внесения удобрений, причем коэффициент использования посевами фосфора из удобрений в год внесения достаточно низкий (не более 25%) (Никитишен В.И. и др., 2006; Постников A.B., 1989; Леонтьев Л.И. и др., 2003).

Проблема обеспечения сельского хозяйства фосфорными удобрениями в стране стоит достаточно остро. Согласно стратегии развития Минсельхоза РФ до 2010 года потребность в Р205 составляла 1 млн. тонн, а возможности развития фосфатно-сырьевой базы до сих пор не достигли таких масштабов (Ангелов А.И. и др. 2006; Проблема фосфора..., 2000) Поэтому актуальным остается вопрос поиска альтернатив традиционным фосфорным удобрениям.

Любые отходы можно рассматривать в качестве вторичных материальных ресурсов (BMP), поскольку они могут быть использованы в хозяйственных целях, либо частично (т.е. в качестве добавки), либо полностью замещая традиционные виды материально - сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, причем главной особенностью таких ресурсов является их постоянная воспроизводимость в процессе материального производства, оказания услуг и конечного потребления

(ГОСТ 30772-2001; Крылов Е.А., 2003; Жименская А .Я., 2007; Утятников Л.А. и др., 2008).

Средний коэффициент использования отходов в качестве вторичного сырья в России можно оценивать примерно в одну треть, что в 2-2,5 раза ниже, чем в более развитых странах (Девяткин В.Д., 2009).

В России