Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Сапропель-мелиорант и удобрение длительного действия

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Сапропель-мелиорант и удобрение длительного действия"



На правах рукописи

Хохлова Ольга Борисовна

САПРОПЕЛЬ - МЕЛИОРАНТ И УДОБРЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО

ДЕЙСТВИЯ

Специальность 06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА, 1997

Работа выполнена на кафедре ботаники Ярославского государственно! педагогического университета и в отделе природоохранных технолог Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники мелиорации им. А.Н. Костякова.

Научный руководитель - доктор технических наук, с. н. <

лауреат премии Сове^ Министров ССС Кирейчева Л.]

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных нау

профессор, Шуравилин А.]

- кандидат биологических на) Головатый В.1

Ведущая организация - кафедра гидромелиорации Ярославско! государственного технического университета

Защита состоится 25 сентября 1997 г. в 10 часов на заседани диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидат сельскохозяйственных наук К 020. 95. 01 во Всероссийском научн< исследовательском институте гидротехники и мелиорации ш

А.Н.Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, 4 ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан" ¿2/ " августа 1997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук

Е.Л. ВорожцоЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последнее десятилетие в связи с изменением олитической и экономической ситуации, а также обострением ряда кологических проблем в России стремительно деградирует почвенный окров - главное богатство страны, снижается урожайность зерновых и ругих культур. В 1995 году валовой сбор зерна составил всего 63,5 млн. тонн, то почти в 2 раза меньше, чем в 1990 году (116,7 млн. т). Одной из причин вляется резкое сокращение использования удобрений, отсутствие воевременно проведенных агрохимических и мелиоративных работ. Так, звесткование и фосфоритирование почв сократилось уже к 1992 году более ем на 30%, внесение органических удобрений уменьшилось в 3-4 раза, а ;инеральных - в 10 раз.

Все это привело к ухудшению структуры и снижению плодородия очв. В этой связи актуальными становятся проблемы по разработке ффективных методов химической мелиорации почв, позволяющей создать птимальные условия для выращивания экологически чистой ельскохозяйственной продукции. Среди таких мелиорантов можно ассматривать сапропелевые отложения. Технология добычи сапропелей орошо отработана. Запасы по Российской Федерации практически не граничены (170 млн. тонн разведанных отложений). На настоящий момент обыто 6 миллионов тонн сапропелей, в том числе около трех миллионов они - в Ярославской области. Благодаря разнообразному составу и никальным свойствам, сапропель в качестве удобрения можно использовать рактически на всех почвах с низким плодородием, а мелиоративное действие зерные илы проявляют преимущественно на песчаных и кислых почвах.

Обоснование сапропелей как мелиорантов и удобрений длительного ействия является актуальным научным направлением в мелиорации и имеет ольшое практическое значение.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось боснование применения сапропелей как мелиорантов, обладающих лительным почвоулучшающим и удобрительным действием. Для еализации этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- изучить химический состав и биологические свойства сапропелей озер сновных лимно-биологических зон России;

- исследовать фракционный состав гуминовых кислот сапропелей и азработать методику наиболее полного их извлечения из озерных тложений;

- оценить биологическую активность отдельных сапропелевых фракций етодом проростков;

- обосновать возможность восстановления деградированных почв с рименением сапропеля;

- оценить эффективность внесения сапропеля как мелиоранта и цобрения длительного действия.

Методика исследований. Изучение химических свойств сапропелей роводилось по общепринятым методикам. Для определения группового и

фракционного состава гумуса методика Тюрина (в модификаци Пономаревой и Плотниковой) была адаптирована автором к изучаемы объектам. Определение биологической активности сапропелей и их фракци выполнялось по модифицированному автором методу проростков Нейбауэр - Шнейдера. Анализировались хранившиеся в разных условиях образц непромороженного и промороженного от одного до четырех раз сапропеш Полевые опыты проводились по методике Доспехова. Все результат] обрабатывались с применением программ математической статистики (п Перегудову).

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. диссертационной работе автором впервые в полном объеме изучен] химический состав и биологическая активность сапропелей 16 озер основны лимно-биологических зон России. Исследовано влияние криогенно обработки и различных способов хранения на состав и свойства сапропелей

Определена зависимость состава и свойств сапропелевых отложений с глубины их залегания и выявлены закономерности влияния сапропелевы отложений на изменение свойств почв и сельскохозяйственные растения.

Модифицированы методы определения фракционного состав гуминовых веществ и биологической активности сапропелей.

Разработаны рекомендации по использованию сапропелей в качестс мелиоранта и удобрения длительного действия.

Практическая значимость. За счет внесения сапропеля на водосборнь территории озера повышается плодородие почв. При добыче сапропеля i озера в нем увеличивается количество воды и восстанавливается биоценс эвтрофных водоемов. Изучение различных фракций органо-минеральног комплекса гуминовых веществ и степени гумификации позволяет определит длительность действия сапропелевых удобрений. Метод проростков да« возможность в кратчайшие сроки предварительно оценить биологическу] активность сапропелей. По результатам натурных эксперименте разработаны практические рекомендации применения сапропеля в качесп мелиоранта и удобрения длительного действия.

Апробация работы. Материалы исследования обсуждались г заседании кафедры биологической и биоорганической химии ЯГМА (1996 заседании кафедры ботаники ЯГПУ (1997), заседании секции Ученого Сове! ВНИИГиМ (1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы: Работа состоит из введения, пяти гла выводов и рекомендаций. Изложена на 150 страницах и включает 50 таблиц, рисунков, приложений на ЗС страницах и список используемой литературы i 57 наименований, из них 5 на иностранном языке.

Автор выражает благодарность Б.Н Хохлову, В.А.Нефедовой, А.К Лупехиной за организацию, руководство и помощь в проделанной работе.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе по литературным источникам дано современное состояние проблемы изучения состава и свойств сапропелей. Впервые термин "сапропель" введен в науку в 1901 году. Н.В.Кордэ дает определение сапропелей как "современных субфоссиальных тонкоструктурных коллоидных отложений континентальных водоемов, содержащих значительное количество органического вещества (ОБ), остатков водных организмов, веществ биогенного происхождения и минеральных примесей приносного характера". К сапропелям относят отложения, содержащие не менее 10-15% ОВ. Состав и свойства озерных отложений определяются естественно-географическими условиями региона. Качественный состав сапропелевых отложений зависит от геолого-литологической структуры и состава покровных пород, водосборных площадей, поэтому каждому водоему соответствуют специфические разновидности сапропелей. Основные физико-механические и агрохимические свойства сапропелей определяются их коллоидной структурой. Биологическая часть сапропелей содержит растительные и животные остатки, водоросли, бактерии, грибы, актиномицеты. Органическая часть сапропеля составляет 15-93%. Элементный состав органического вещества (ОВ) зависит от типа сапропеля. Органическое вещество подразделяют на фракции - битумы или липиды (углеводороды, карбоновые кислоты, эфиры, спирты); легкогидролизуемые вещества; гуминовые вещества (ГВ) (гуминовые кислоты, нерастворимые в воде, и фульвокислоты, растворимые в воде); трудногидролизуемые вещества; негидролизуемыи остаток (гумин, лигнин) (Д.С.Орлов, 1996). Минеральная часть сапропелей - зола, карбонатная углекислота. Состав золы: 8Ю2 в виде кварца или в виде силикатов (алюмосиликаты), СаО, MgO, Ре203, А1203, Р2О5, К2О. Минеральная сера в сапропелях содержится в виде сульфатов и в эвтрофных водоемах восстанавливается до сульфидов. В состав золы сапропелей входит ряд микроэлементов: N1, Сг, Си, Со, V, Мо, ~П, Мп, Ъг. Наибольшее содержание микроэлементов устанавливается в кремнеземистых сапропелях, меньше - в смешанных органических и минимальное количество - в карбонатных. С учетом ПДК тяжелых металлов, применение сапропелей в больших дозах (100т/га) не представляет опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами (Г.А.Евдокимова, М.З.Лопотко, 1986).

Давно известно положительное влияние сапропеля на урожай сельскохозяйственных культур. Еще в XVIII веке озерный ил использовался местным населением в качестве удобрения. Широкое развитие огородничества в Ростовском уезде Ярославской губернии связано с использованием сапропеля оз.Неро. С 1930 года в ряде хозяйств Московской, Рязанской и Ярославской областей начали проводить экспериментальную работу по использованию сапропеля в качестве удобрения. Технология добычи сапропеля достаточно отработана, и разработаны рекомендации по его применению в качестве сапропелевого удобрения (ВНИИГиМ -А.М.Царевский, А.В.Смирнов, Е.Д.Томин, А.И.Фомин и др.), исследования сапропелевых отложений проводились в Минске (Институт торфа -

М.З.Лопотко, О.Ф.Якушко, Г.А.Евдокимова, Ф.А.Пунтус), в Литве (А.А.Цунис, Я.К.Краулерс, Д.О.Матвея). На базе Ярославского педагогического университета исследования в этой области проводились с 1960 года (Б.Н.Хохлов, В.А.Нефедова и др.).

Однако, учитывая довольно сложный химический состав сапропеля, наличие органической и минеральной фракций, определяющих его уникальные свойства, сферу применения сапропелевых отложений возможно значительно расширить.

Во второй главе дано описание основных лимно-биологических зон, в которых расположены озера с изучаемыми сапропелями. Химический состав этих сапропелей и его изменение по горизонтам залежи сильно изменяются и зависят от криогенной обработки и разных условий хранения озерных илов.

В данной работе автором, под руководством В.А.Нефедовой, на базе кафедры ботаники ЯГПУ были исследованы сапропели следующих лимно-биологических зон РФ:

Балтийская зона - озера Островное и Невельское Псковской обл.

Центральная зона - озера Неро и Ущемерово Ярославской обл., озера Тростенское, Нерское, Дубовое и Карасово Московской обл., озеро Уго Владимирской обл.

Средневолжская зона - озеро Чекалинское Ульяновской обл.

Уральская зона - озеро Кабанье Челябинской обл.

Южная зона - озеро Широкое Ростовской обл.

Барабино-Кулундинская зона - озера Ичкино, Малый Беркут и Бездонное Курганской обл.

На 10 озерах были исследованы некоторые компоненты химического состава сапропелей. Во всех случаях определялся общий азот как основной элемент питания растений, а также количество азота разной степени гидролизуемости, что дало возможность оценить основные формы азота и длительность действия сапропелевых удобрений (Табл.1).

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы. Содержание азота в исследованных сапропелях колеблется от 1 до 4,5% в зависимости от типа сапропеля; чем больше органического вещества (ОВ) в сапропеле, тем больше азота. Легкогидролизуемый азот, очевидно амидный и аминный, трудногидролизуемый и негидролизуемый - пирольный и пиридиновый. На разных участках озера содержание азота может быть разным (от 1,09 до 2% - оз.Неро). Многократное промораживание и длительное хранение в отстойнике и особенно в поле уменьшают содержание азота в сапропеле за счет потери части легкогидролизуемого амидного и аминного азота, поэтому доля трудногидролизуемого азота возрастает (Рис.1).

Таблица 1

Химический состав сапропелем некоторых озер РФ

Сапропели озер Зола, % Битумы, % со2 карбонатная, % N общ., % N-N»3 мг/100г N-N0," мг/100г N л/г,% N т/г, % N н/г, % рН

Широкое 71,7 0,92 8,5 0,74 0,06 0 - - - 7,2

Дубовое 61,9 1,36 5,0 0,64 0,29 0 - - - 4,2

Неро 57,7 1,50 14,7 1,74 9,8 0 0.81 0,19 0.59 7,3

Невельское 52,03 3,4 _ 2,41 4,28 0 1,51 0,35 0,55 7,4

Нерское 39,5 3,51 _ 3,53 35,88 0 1,37 1,49 0,67 6,1

Кабанье 34,.8 1,95 24,5 1,47 0,04 0,05 - - - 6,2

Тростенское 34,6 3,5 _ 3,04 11,83 0 2,10 0,40 0,53 7,4

Чекалинское 33,71 5,76 3,6 2,67 0,21 0 2,29 0,51 1,6 6,6

Уго 30,1 6,00 4,9 4,5 10,20 0 2,29 0,51 1,60 6,6

Карасово 30,14 5,14 6,5 2,33 0,38 0 - - - 4,7

раз раза раза

Рис.1 Изменение содержания общего азота всапропеле оз.Неро при неоднократном промораживании

С ростом глубины залежи содержание азота снижается (Рис.2). При длительном хранении безбитумного сапропеля на порядок возрастает количество аммиачного азота при том же содержании азота общего; следовательно, основной источник аммиачного азота в сапропеле - это азот амидный, и битумы затрудняют его гидролиз.

В сапропеле оз.Ущемерово отмечается наличие нитратного азота; очевидно, это связано с интенсивным использованием органических и минеральных удобрений на территории совхоза "Пахма", где расположено озеро.

Следовательно, используя сапропель в качестве источника азота для растений, следует учитывать, что азота в сапропеле содержится до 4,5%, в основном в амидной и аминной форме, которая при минерализации постепенно переходит в аммиачную. Поэтому азота хватает на длительное время и "перекорма" растений не происходит. Продолжительное хранение сапропеля в отстойнике нежелательно, и сапропель с верхних горизонтов залежи является более ценным источником этого питательного элемента .

Для того, чтобы использовать сапропель в качестве химмелиоранта, необходимо определить в нем содержание карбонатов. Нами обнаружено, что длительное хранение сапропеля в отстойнике и особенно в грудах увеличивает содержание карбонатной углекислоты, так как при минерализации гуминовых кислот (ГК) происходит высвобождение оксида кальция в кальциевой фракции органо-минералыюго комплекса, а одним из продуктов окисления ОВ является углекислый газ; следовательно, некарбонатная углекислота превращается в карбонатную. Это наиболее характерно для сапропелей с большим

\

количеством ОВ (карбонатная углекислота возрастает в 5 раз). По нашим данным, криогенная обработка нд содержание углекислоты не влияет.

2,5м 4,5м 5,4м 6,5м 7,8м

Глубина залежи

Рис. 2 Содержание общего азота в сапропеле оз. Тростенское на разных горизонтах залежи

Битумная или липидная гидрофобная фракция сапропелей является ингибитором процесса минерализации, поэтому для определения длительности действия сапропелевых удобрений следует определять битумную фракцию. По нашим данным, содержание битумов коррелирует с содержанием азота; следовательно, сапропели более богатые битумами и азотом, имеют более длительный срок использования, так как большое количество битумов дольше сохраняет в них легкогидролизуемый азот. Криогенная обработка на содержание битумов практически не влияет. С ростом горизонта залежи сапропеля, содержание битумов снижается.

При использовании сапропелей в качестве мелиоранта и удобрения важную роль играет их обменная и гидролитическая кислотность. Тонкодисперсная структура и высокие адсорбционные свойства обеспечивают низкую гидролитическую кислотность сапропелей. Обменная кислотность зависит от количества гуминовых кислот, поэтому у органических сапропелей она высокая, что неблагоприятно сказывается на почве и растениях. В этом отношении сразу после внесения в почву наиболее ценны карбонатные сапропели, в которых кальций и ГК образуют буферную систему, нейтрализующую кислую среду.

В третьей главе рассмотрен фракционный состав и степень гумификации гуминовых веществ (ГВ) сапропелей 6 озер. Показано влияние криогенной обработки и разных условий хранения, а также

/

зависимость фракционного состава от глубины залежи сапропелевых отложений. Гуминовые вещества - основной источник плодородия или, другими словами, основной источник энергии почв. Сапропели содержат ГВ во много раз больше, чем почвы. Эти соединения более восстановлены, содержат больше водорода и больше энергии по сравнению с ГВ почв. В силу своей коллоидной структуры они определяют влагоемкость, пластичность и другие физико-механические свойства сапропелей. Поэтому второй важнейшей целью нашего исследования было количественное определение фракционного состава этих соединений, что позволило расширить представление о сапропеле, используемом в качестве удобрения и мелиоранта.

Общепринятая методика фракционного извлечения ГВ из почв не подходит для извлечения ГВ из сапропелей из-за их большого количества, поэтому автором, под руководством В.А.Нефедовой, методика была модифицирована. Вместо однократной обработки щелочью применились многократные вытяжки ГВ (от 3 до 7 раз). Помимо традиционно извлекаемых фракций (0 - подвижная, I - связанная с Са, II - связанная с А1 и Ре), нами извлекалась дополнительная III фракция - наиболее прочно связанных с минеральным комплексом ГК. Она извлекалась более концентрированной щелочью при 6-часовом нагревании. Очевидно, именно эта фракция обеспечивает наиболее длительное действие сапропеля как удобрения. Содержание ГВ в сапропелях варьирует в широких пределах. Эту оценку можно дать по содержанию Собщ в ОВ сапропелей (Рис.3). Содержание Собщ тем выше, чем больше ОВ сапропелей. Поэтому органические сапропели являются более ценными источниками плодородия, чем минеральные. По горизонтам залежи в исследуемых сапропелях прослеживается закономерность: содержание ГВ уменьшается от верхнего горизонта к . нижнему (Рис.4). Неоднократное промораживание-оттаивание значительно влияет на состояние ГВ в сапропеле. Предположительно, происходит частичная деструкция части гуминовых веществ и ослабление связи в органо-минеральном комплексе ГВ, что неблагоприятно будет сказываться на сроках действия сапропелевых удобрений. Однократное промораживание на состояние гуминовых веществ влияет незначительно.

Хранение сапропеля в отстойниках в течение 3-5 лет приводит к уменьшению в нем ГВ, и этот процесс сходен с их повторным промораживанием -оттаиванием.

33

□ Ущемерово

□ Нерское

□ Тростенское ■ Уго

□ Невельское

□ Неро

Рис.3 Содержание Собщ в органическом веществе сапропелей,%

В органических сапропелях подвижная 0 фракция ГК более выражена (оз.Неро - Собщ= 2%, оз.Уго - Собщ= 4%), поэтому их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур сказывается быстрее, чем у минеральных. Битумы стабилизируют ГК I фракции, тем самым продлевая их действие. Во всех сапропелях наибольшее количество ГК (>50%) входит во II фракцию (комплекс с А1 и Ре более прочный, чем с Са) независимо от типа сапропеля; следовательно, все типы сапропелей можно считать удобрениями длительного действия.

Сапропели разных озер и разных горизонтов залежи отличаются не только содержанием ГВ, но и степенью гумификации, о чем свидетельствует соотношение Сгк/С0бш (Рис.5). Более зрелые ГК содержатся в более прочном комплексе и являются источником энергии при более длительном использовании.

В четвертой главе определялась биологическая активность озерных отложений. Чтобы в максимально короткие сроки дать предварительную оценку биологической активности исследуемых сапропелей, автором совместно с Б.Н. Хохловым и В.А. Нефедовой был применен модифицированный метод проростков, по которому, в отличие от традиционного метода, определялась динамика роста, высота и масса наземной части растений, количество азота и каротина в растительной продукции. Этим методом нами были оценены сапропели 16 озер РФ (Табл.2). По результатам данного эксперимента можно сделать следующие выводы.

Все исследованные сапропели обладают определенной биологической активностью (Табл.2). Наиболее ярко проявляется действие сапропелей на изменение состава проростков (содержание в них азота и каротина). При неоднократном использовании субстрата, его влияние проявляется на нескольких посевах, наиболее активно, как правило, на втором посеве. Криогенная обработка улучшает физико-механические свойства сапропеля и благоприятно сказывается на состоянии проростков, особенно для сапропелей органического типа. Биологическая активность сапропелей коррелирует с их химическим

составом и агрохимическими свойствами, при этом с ростом глубины залежи биологическая активность снижается.

Таблица 2

Влияние сапропелем некоторых озер РФ на состояние проростков

Сапропели озер Всхожесть, %" Высота,% Масса, % Азот, % Каротин,%

Неро 101 121 133 138 -

Ущемерово - - 177 200 -

Уго 98 102 110 196 57

Островное 102 103 104 132 125

Широкое 102 105 132 128 168

Карасово 98 110 119 168 81

Дубовое 70 99 87 122 124

Чекалинское 101 106 126 130 172

Кабанье 93 117 166 121 70

Бездонное 104 131 156 125 138

Малый Беркут 104 123 149 126 145

Ичкино 103 113 149 142 136

Заозерское 103 132 283 138 144

Тростенское 93 126 182 112 111

Невельское 91 126 201 - -

Нерское 95 182 155 - 259

Примечание. В табл. 2 все показатели даны в % к контролю; в качестве контроля применялся опыт с прокаленным песком.

С целью выявления фракции сапропеля, обладающей наибольшей биологической активностью, был проведен эксперимент с водными культурами растений, выращенных на отдельных компонентах сапропеля. В результате установлено, что основные компоненты сапропеля - гуминовые кислоты, безбитумный сапропель, битумы, зола (минеральная часть), сухой остаток вымороженной воды - по-разному влияют на растения (Рис.6).

Сапропель Гуминовые кислоты Битумы

ВДлина проростков ИМасса проростков ВКаротин проростков О Азот проростков

□Длина корешков ВМасса корешков ПАзот корешков

Рис.6 Влияние сапропеля и его фракций на состояние растений

Одни оказывают угнетающее действие, другие -положительное влияние на 1-2 фактора. Но наиболее многофакторное действие оказывает целый сапропель. Следовательно, сапропель - это не просто сумма составляющих его фракций, а сложная система, где все компоненты находятся во взаимозависимости, и именно целый сапропель является наиболее ценным мелиорантом и удобрением.

В пятой главе с помощью натурного эксперимента подтверждается гипотеза о многофакторном действии сапропеля как мелиоранта и удобрения длительного действия. На основании всех этих исследований допустимо предположить, что сапропель можно применять как удобрение длительного действия (содержит питательные элементы - N. Р, К, богат микроэлементами, а также имеет большое количество ГВ). Сапропелевые отложения можно использовать как химмелиорант, потому что они богаты кальцием, магнием и благоприятно влияют на кислотность почв. Сапропель является структурообразователем почв, так как имеет коллоидную структуру. Сапропель обладает высокой сорбционной способностью из-за значительного количества обменных оснований. Сапропель - стимулятор почвенных процессов, потому что в нем имеются биологически активные вещества и восстановленные ГК.

Для апробации лабораторных исследований и оценки гипотезы, автором под руководством Б.Н.Хохлова были проведены натурные эксперименты. На территории совхоза "Мичуринский" был заложен опыт по изучению длительности действия сапропеля как удобрения и мелиоранта. Был выбран участок площадью 2 га. Опыт был заложен по следующей схеме: контроль без удобрений и сапропель, внесенный из расчета 200 т/га среднего качества. Повторность двукратная, учетная площадь одной делянки 0,5 га, опыт следует рассматривать как производственный.

Климат на данной территории умеренно-континентальный. Поле находится на второй террасе реки Ишня, протекающей в пойме котловины оз.Неро. Уровень грунтовых вод 3-4 м. Дренажная система отсутствует. Почва - дерново -среднеподзолистая, легко суглинистая на аллювиальных наносах. Орошение отсутствует. Агротехника - принятая в этом районе для данных культур. Был выбран следующий кормовой севооборот: 1 год - картофель, 2 год - морковь, 3 год - пар, 4 год - озимая пшеница,5 год - горох/овес на зелень, 6 год - ячмень, 7-11 год -многолетние травы, 12 год - ячмень. Результаты опыта обработаны по методу дисперсионного анализа Перегудова. Результаты исследований приведены в Табл.3. Наиболее эффективно действие сапропеля на урожайность сельскохозяйственных растений в первые 5 лет, но и через 12 лет урожайность в варианте с сапропелем выше, чем на контроле. Общая

прибавка урожая составила 106 ц к.е. или 53 к.е. на 1 тонну сапропеля (Табл.3). Такое длительное действие определяется не только тем, что сапропель является источником питательных элементов для растений, но и действием его на почву (Табл.4). Содержание валового азота отмечалось в почве выше контроля в течение всех 12 лет. Особенно активно сапропель увеличивает сумму поглощенных оснований - первые 4 года более чем в 3 раза, через 12 лет в 1,5 раза выше контроля. На сапропеле почва сохраняла нейтральную среду в течение 11 лет, и только в последний год началось незначительное подкисление почвы.

ТаблицаЗ Продолжительность действия сапропеля оз.Неро на урожай возделываемых культур (доза внесения 200 т/га)_

Год Выращиваемая культура Урожайность, ц/га Прибавка

контроль сапропель ц/га %к контролю

1 год Картофель 148 224 76 157

2 год Морковь 169 321 152 181

Згод Пар чистый - - - -

4 год Озимая пшеница 19,5 26,5 6,7 133

5 год Горох/овес на зелень 278 336 58 120

6 год Ячмень на зерно 18,4 23,5 5,1 127

7 год Многолетние травы на сено 26,4 34,5 8,6 130

8 год Многолетние травы на сено 24,5 32,4 7,7 129

9 год Многолетние травы на сено 15,4 27,3 11,9 177

10 год Многолетние травы на сено 18,6 28,1 9,5 151

11 год Многолетние травы на сено 20,1 31,7 11,9 157

12 год Ячмень на зерно 19,6 25,8 6,2 131

Увеличение азота в почве произошло не только за счет азота, имеющегося в самом сапропеле, но и за счет усиления деятельности почвенных микроорганизмов (Табл.5). Благодаря сапропелю повышается общее количество бактерий и актиномицетов, тогда как количество грибов снижается. Увеличение количества микроорганизмов произошло

за счет азотофиксирующих бактерий. Так, количество аммонификаторов в почве на контрольном участке было 107, а в почве, где был внесен сапропель из расчета 40 т/га, их становится 108, нитрификаторы соответственно -106 и 107 (Хохлов, 1988).

Таблица 4

Продолжительность действия сапропеля на агрохимические свойства

почвы

Схема опыта Агрохимические показатели

рН N Р2О5 КгО Э Нг Т V

Контроль 1 год 5,2 0,11 11,4 7,3 8,0 2,2 10,2 78

Сапропель! год 7,1 0,16 12,7 7,8 28,1 0,4 28,5 99

Контроль 4 год 5,1 0,08 11,8 8,2 10,5 2,9 13,4 78

Сапропель 4 год 7.1 0,14 16,5 9,5 34,8 0,8 35,6 98

Контроль 5 год 5,4 0,10 10,4 8,0 9,0 2,5 11,5 78

Сапропель 5 год 7,1 0,13 15,1 9,3 32,1 0,9 33,0 97

Контроль 6 год 5,2 0,16 11,2 6,2 7,6 1,4 9,0 84

Сапропель 6 год 7,3 0,19 12,5 8,1 18,4 0,35 18,7 98

Контроль 7 год 5,6 0,12 12,0 7.« 8,5 2,1 10,6 80

Сапропель 7 год 7,0 0,16 13,1 9.1 18,4 1,1 19,1 94

Контроль 11 год 5,2 0,10 11,5 6,0 8,0 2,5 10,5 76

Сапропель! 1 год 6,9 0,12 12,0 8,2 14,6 1,7 16,0 91

Таблица 5

Влияние сапропеля оз.Неро на количество микроорганизмов в почве

Схема опыта Количество микроорганизмов в 1 г почвы

бактерии грибы актиномицеты

{артофель. Контроль 26 • 104 Юз 103

(артофель. Сапропель 40 /га 63- Ю4 6- 102 6-103

1ук. Контроль 30 ■ 104 16-102 3 ■ 103

1ук. Сапропель 30 т/га 60 • Ю4 4-Ю2 14- 103

Количество азотофиксирующих бактерий в почве за счет :апропеля увеличилось в 10 раз. Этим и объясняется значительное 'величение валового азота в почве. По данным ряда авторов (Хохлов, 984; Краулерс, 1988; и др.), сапропель улучшает качество :ельскохозяйственной продукции. Содержание крахмала в картофеле 'величивается до 2,5%, повышается количество каротина в моркови, дота, а значит белка — в зерновых, эфирных масел—в луке. Все 1ышесказанное позволяет считать, что сапропель является мелиорантом, добрением длительного действия и положительно влияет на дологические факторы окружающей среды.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Изучение химических и биологических свойств сапропелевых отложений основных лимно-биологических зон России показало, что сапропели являются довольно сложными органо-минеральными образованиями, обладающими многофакторным действием и оказывающими положительное влияние на почву и сельскохозяйственные растения.

В зависимости от преобладания различных фракций в составе конкретных отложений, сапропели можно использовать в качестве мелиоранта, удобрения длительного действия, сорбента, структурообразователя, а также как источник биологически активных веществ.

На основании выполненных исследований установлено:

1. В различных озерах, в зависимости от мощности залежи и условий хранения сапропеля, содержание азота, как одного из компонентов, обеспечивающих удобрительное действие, сильно изменяется:

- с увеличением глубины залежи сапропелевых отложений, при длительном хранении в отстойниках и неоднократном промораживании содержание азота уменьшается более чем в 2 раза;

- наличие битумов в сапропеле замедляет процесс его минерализации и при этом коррелирует с содержанием в нем азота. Многократная криогенная обработка и длительное хранение на содержание битумов не влияют.

2. Изучив содержание гуминовых веществ в сапропелях, как основного источника энергии почв и компонентов коллоидной структуры, определяющей их основные физико-механические свойства, установлены следующие закономерности:

- чем больше органического вещества в сапропелях, тем больше в них гуминовых веществ, показателем содержания которых является общий углерод;

- с ростом глубины залежи количество гуминовых веществ, как правило, уменьшается, биологическая активность и удобрительные действия снижаются;

- сапропели органического типа содержат большее количество подвижной фракции гуминовых веществ;

- в органических и минеральных сапропелях более половины гуминовых веществ прочно связаны с минеральными компонентами, и

поэтому сапропели любого типа являются удобрениями длительного действия;

- чем выше степень гумификации гуминовых веществ, тем большей потенциальной энергией обладают сапропели.

3. При изучении биологической активности целого сапропеля и его различных компонентов (б/б сапропель, ГК, сухой остаток вымороженной воды, битумы, зола) установлено, что все сапропели обладают биологической активностью:

- наиболее многофакторное действие на растения оказывает целый сапропель (содержание каротина и азога в проростках возросло почти в 2,5 раза, масса корневой части примерно в 2 раза, длина проростков в 1,7 раз, масса проростков и длина корневой части в 1,3 раза);

- действие биологически активных веществ сапропеля на проростки продолжается в течение 3-4 посевов на один и тот же субстрат. При этом максимальная активность наблюдается на втором посеве.

4. Проведенные многолетние (12 лет) натурные эксперименты показали, что общая прибавка урожая кормовых культур составила 106 ц/к.е., или 53 к.е. на 1 тонну внесенного сапропеля. Установлено, что длительность действия сапропеля на урожай составляет не менее 12 лет.

Сапропель оказывает положительное действие на почву. Наиболее эффективно увеличивается сумма поглощенных оснований - в 1,5-3 раза, в 1,2-1,5 раз повышается содержание валового азота, сохраняется нейтральная среда почвенного раствора.

5. Наиболее эффективно внесение сапропеля на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах, обедненных органическим веществом, с повышенной кислотностью. Разовая норма внесения сапропеля - от 20 до 2000 т/га на период ротации севооборота.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ РАБОТЫ

1. Хохлов Б.Н., Хохлова О.Б. О длительности действия известковистого сапропеля // Тезисы докладов совещания "Интеграция науки и производства в отраслях агропромышленного комплекса" -Вильнюс, 1984,- С. 140-142.

2. Хохлова О.Б., Хохлов Б.Н. Сапропель и проблемы экологии // Тезисы докладов "Проблемы экологии в сельском хозяйстве". Часть 1. -Пенза, 1993. -С.60-62.

3. Хохлов Б.Н., Хохлова О.Б. Использование озерных отложений в центральных областях Нечерноземья П Тезисы докладов "Проблемы экологии в сельском хозяйстве". Часть 1,- Пенза, 1993. -С.62-64.

4. Хохлов Б.Н., Хохлова О.Б. Добыча и использование сапропеля оз.Неро // Региональная н.-п. конференция "Вузовская наука и проблемы экологии". -Ярославль, 1995. -С.70.

5. Хохлова О.Б., Хохлов Б.Н. Сапропель и вопросы экологии // Региональная н.-п. конференция "Вузовская наука и проблемы экологии".- Ярославль, 1995. -С.73.

6. Хохлова О.Б., Нефедова В.Н. Сапропель и вопросы экологии // Всероссийская н.-п. конференция по "Программе комплексного использования сапропелей".- М.,1993. -С.75.

7. Хохлова О.Б., Нефедова В.Н. Использование сапропеля оз.Неро в здравоохранении // Всероссийская н.-п. конференция по "Программе комплексного использования сапропелей",- М.,1993.- С.112.

8. Хохлов Б.Н., Хохлова О.Б., Алексеева A.A. Опытническая работа с сапропелем // Школа и производство,№2,1996. -С.76-78.

9. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Исследование химических и

биологических свойств сапропелей основных лимно-биологических зон РФ // Химический состав и биологические свойства сапропелей / Доклады конф. "Состояние водоемов и способы их улучшения",- Литва, Каунас, 1997.-В печати.