Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние сложного компоста на динамику почвенной фауны и свойства чернозема обыкновенного в агроландшафте

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние сложного компоста на динамику почвенной фауны и свойства чернозема обыкновенного в агроландшафте"

На правах рукописи

Никифоренко Юлия Юрьевна

ВЛИЯНИЕ СЛОЖНОГО КОМПОСТА НА ДИНАМИКУ ПОЧВЕННОЙ ФАУНЫ И СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО В АГРОЛАНДШАФТЕ

Специальность 03.02.08 - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 8 НОЯ 2013

005541119

Москва 2013

005541119

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

доктор биологических наук, профессор Белюченко Иван Степанович

Зубкова Валентина Михайловна, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный социальный университет», зав. кафедрой социальной экологии и природопользования

Орлова Валентина Сергеевна, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», профессор кафедры системной экологии

ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный технологический университет»

Защита состоится « 12» декабря 2013 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.01 в ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, Московская область, г. Балашиха, ул. Ю.Фучика, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

Автореферат разослан «11» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук О.Л. Сойнова

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение плодородия черноземных почв и их деградация является важной экологической проблемой. Ухудшение экологического состояния почв обусловлено многими факторами, в том числе и накоплением отходов, многие из которых могут использоваться в качестве почвенных мелиорантов.

Деградация гумуса черноземов определяется дефицитом углеродного бюджета. Стабильность гумусового профиля черноземов возможна лишь при постоянном поступлении органического углерода до его «эталонной величины» гумусообразования, установленной до уровня 20-22 гС/м2 в год (Быстрицкая, Смагин, 1989; Смагин 2009) и соотношения С/И как 25:1. Наиболее выгодной с экономической точки зрения технологией восстановления гумусового бюджета будет внесение необходимого количества углерода и азота в виде сложного компоста, представляющего смесь полуперепревшего навоза КРС, фосфогипса, остатков кормления животных и очистки зерна, послеуборочные растительные остатки сахарной свеклы и т.д.

Компостирование отходов промышленности и сельского хозяйства и их использование для улучшения биологических, физических и агрохимических свойств почвы является важным направлением. Почвенная фауна, как компонент любой экологической системы, отражает происходящие изменения среды обитания при произрастании культурных растений, что проявляется в динамике их обилия и таксономического разнообразия.

Цель и задачи исследований. Цель работы — оценить влияние сложного компоста на динамику почвенной фауны и свойства чернозема обыкновенного в агроландшафте.

Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:

- определить количественный и качественный состав почвенной фауны при использовании сложного компоста;

- оценить динамику почвенной фауны под влиянием сложного компоста;

- изучить влияние сложного компоста на физические и агрохимические свойства чернозема обыкновенного;

- выявить влияние сложного компоста на особенности роста и развития сахарной свеклы, ее продуктивность и качество.

Научная новизна результатов исследований. Впервые в степной зоне Краснодарского края проведены многолетние исследования по изучению влияния сложного компоста, вносимого под посев сахарной свеклы. Выявлен количественный и качественный состав фауны в почвах хозяйства ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района Краснодарского края и изучена трансформация основных ее групп под влиянием сложного компоста. Определено влияние сложного компоста на физические и агрохимические свойства чернозема обыкновенного.

Практическая значимость работы. Результаты исследований вносят вклад в изучение комплексного использования отходов промышленности и сельского хозяйства с целью оценки развития фауны чернозема обыкновенного и влияние на его физические и химические свойства. Результаты исследований важны для формирования представлений о фауне почв ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района Краснодарского края. Запатентован способ борьбы с мышевидными грызунами на посевах озимой пшеницы при внесении в почву сложного компоста и способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами. Материалы исследований используются в учебном процессе Кубанского государственного аграрного университета при изучении курсов «Общая экология», «Экологический мониторинг», «Аг-роландшафтная экология».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Динамика численности почвенных организмов при внесении сложного компоста (2008-2012 гг.).

2. Оптимизация почвенной структуры (увеличение агрономически ценных агрегатов), водоудерживающей способности (увеличение полной влагоемкости), повышение содержания органического вещества, общего азота, подвижного фосфора, кальция, серы, нейтрализация pH.

3. Под воздействием сложного компоста происходит статистически значимое увеличение продуктивности сахарной свеклы и ее качества.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на I и II Всероссийских научных конференциях «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2009, 2010 гг.), Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва, 2009 г.), II Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2010, 2011 гг.), Международном конкурсе научно-исследовательских работ молодых ученых и студентов «Евразия Green» (Екатеринбург, 2011 г.), Московском Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2011г.), V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2011 г.), I Съезде экологов России (Москва, Кремль, 2011 г.), Международной выставке экологических технологий ECOS-2012 (Краснодар, 2012 г.), П Съезде экологов России (Москва, Дом Союзов, 2012 г.), III Международной научной экологической конференции «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2013 г.), V Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2013 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых

журналах, рекомендованных ВАК. Получены патенты на изобретения № 2421990 «Способ борьбы с мышевидными грызунами» от 18.01.2010 г. и № 2492944 «Способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами» от 22.03.2012 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, изложенных на 123 страницах машинописного текста, включает 39 таблиц и 10 рисунков. Список использованной литературы включает 151 наименование, из них 11 на иностранных языках.

Личный вклад автора. Автором разработана программа и методика исследований; заложены полевой и производственный опыты; проведен отбор и анализ почвенных и растительных образцов; выполнен большой объем аналитических работ в лабораториях кафедры общей биологии и экологии Кубанского ГАУ и ОАО «Заветы Ильича»; разработаны и обоснованы теоретические положения и выводы диссертационной работы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность д.б.н., профессору И.С. Белюченко, к.б.н. O.A. Мельник, Д.А. Славгородской за помощь и поддержку при проведении исследовательской работы; всему коллективу кафедры общей биологии и экологии Кубанского ГАУ за ценные советы и содействие при выполнении полевых и лабораторных исследований.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

Глава содержит обзор литературы о представителях почвенной фауны, физических и агрохимических свойствах черноземных почв и способах повышения их плодородия (Вальков, 1995; Мухина, 2004; Белюченко, 2005, 2010 и др.). Приводятся данные исследований ряда авторов, посвященные некоторым представителям почвенной биоты в специфических условиях аг-роландшафта (Гиляров, 1965, 1995; Чернышев, 1996; Звягинцев, 2005 и др.). Дается характеристика отходов промышленности и сельского хозяйства, вносимых под посев сельскохозяйственных культур (Мерзлая, 2006; Сидоренко, 2009; Мельник, 2010 и др.).

2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Территория района исследований относится к зоне умеренно-континентального климата с неустойчивым увлажнением и выпадением осадков за год 450-600 мм. Среднегодовая температура воздуха +9,8°С. Абсолютный максимум температуры +38°С, абсолютный минимум -26°С. Преобладающее направление ветров северо-восточное (СВ) в июле и восточное (В) в январе. Рельеф местности равнинный со слабыми всхолмлениями.

Методика проведения исследований. Научные исследования проводились в период 2008-2012 гг. Полевой опыт заложен весной 2008 г. на черноземе обыкновенном степной зоны Краснодарского края на базе ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района. В севообороте культуры чередовались сле-

дующим образом: сахарная свекла (2008 г.) - озимая пшеница (2008-2009 гг.) - кукуруза на зерно (2010 г.) - озимая пшеница (2010-2011 гг.) - сахарная свекла (2012 г.). Опыт включал следующие варианты: 1) Контроль (No.sPo.i); 2) Полуперепревший навоз КРС (5,0 кг/м2) + No,sPo,4; 3) Сложный компост (6,5 кг/м2) + N0,5Po,4- Доза NP приведена из расчета на опытную делянку. Площадь делянок составила 50 м2 в пятикратной повторности, расположение рендомизированное. Чередование культур определялось технологией их выращивания. Сложный компост и полуперепревший навоз КРС вносились один раз в пять лет, а минеральные удобрения ежегодно в соответствии со сроками технологических нормам.

Производственный опыт закладывался перед посевом сахарной свеклы в апреле 2008 г. Схема севооборота была выбрана по аналогии с полевым опытом: сахарная свекла (2008 г.) - озимая пшеница (2008- 2009 гг.) - кукуруза на зерно (2010 г.) - озимая пшеница (2010-2011 гг.) — сахарная свекла (2012 г.). Варианты опыта: 1) Контроль (NiooPeo); 2) Полуперепревший навоз КРС (50 т/га) + N,ooP8o; 3) Сложный компост (65 т/га) + NiooPso- Площади участков составили по 6 га. В последующем обработка опытных участков осуществлялась в соответствии с принятой в хозяйстве технологией возделывания сельскохозяйственных культур. Агротехника на опытных участках была общепринятой для данной зоны.

Численность микроорганизмов определяли методом посева разведений почвы на плотные и жидкие питательные среды (МПА, КАА, ГА, Вино-градкого, Чапека). Изучение таксономического состава проводилось с использованием определителей по установленным морфологическим и физио-лого-биохимическим признакам изолированных колоний. Численность микроорганизмов выражали в КОЕ/г почвы.

Для учета почвенной мезофауны применялись прямые методы, согласно которым производилась выкопка почвенных образцов на глубину 20 см и площадью 20x20 см и ручная разборка (Гиляров, 1965). Выявленных беспозвоночных помещали в фиксирующий раствор, состоящий из 40% формалина, 70° спирта и дистиллированной воды. Фиксированный материал рассматривали в поле зрения микроскопа БИОМЕД - 3.

Для подсчета количества нор мышевидных грызунов (нор/га) на участках производственного опыта были заложены по 10 делянок площадью 25 х 25 м.

При определении различных групп животных использовали следующие руководства: М.С. Гиляров, JI.B. Арнольди (1964); Т.С. Перель (1979); Б.М. Мамаев и др. (1976) и др.

Аналитические работы проводили в научно-исследовательских лабораториях кафедры общей биологии и экологии Кубанского ГАУ и ОАО «Заветы Ильича». Пробы почвы отбирались на глубину пахотного слоя (0-20 см). Анализ почвенных образцов для определения физических и агрохимических свойств осуществляли согласно принятым методикам. Гранулометрический состав определяли пипеточным методом Н.И. Качинского; агрегатный

состав - ситовым методом Саввинова Н.И.; плотность почвы - методом режущего кольца; общую пористость и полную влагоемкость — расчетным методом; полевую влажность - весовым методом. Для определения органического вещества в почве использовали метод Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91). Общий азот определяли методом Кьельдаля (ГОСТ 2610784). Подвижный фосфор (Р2О5) определяли методом Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91), обменный кальций - трилонометрическим методом в водной вытяжке, ион сульфата — турбидиметрическим методом в водной вытяжке (ГОСТ 26426-85). Для определения рН использовали ионо-метрический метод (ГОСТ 26483-85) (Практикум по почвоведению, 2003; Теории и методы физики почв, 2007).

Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью компьютерной программы Microsoft Excel 2007. Достоверность полученных данных определялась с помощью критерия Стьюдента (t-критерия) на 5% уровне значимости (р=0,05). Оценка тесноты связей между свойствами чернозема обыкновенного и численностью почвенной мезофауны осуществлялась с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмэна (Лакин, 1980; Гелашвили, 2003).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Состав и свойства сложного компоста

Сложный компост размещали на уплотненной глиняной площадке с заглубленным днищем на 0,4 м (высота компоста 2,0 м, ширина площадки 5 м, длина площадки - 50 м), расположенной вблизи фермы ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района Краснодарского края. Сложный компост включал в себя следующие компоненты: полуперепревший навоз КРС, фос-фогипс, остатки от кормления животных и очистки зерна, послеуборочные растительные остатки сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника в соотношении 50:7:3:3:2:1:1: соответственно. Период созревания компоста 3-4 месяца. Перемешивание сложного компоста осуществлялось ежемесячно.

При проведении лабораторных анализов основным физическим показателем служила агрегированность. По сравнению с полуперепревшим навозом КРС в сложном компосте ее уровень увеличился на 15% при одновременном улучшении аэрации и поддержании увлажненности среды до 40%. В результате химических анализов установлено, что в составе сложного компоста отмечаются более высокие показатели содержания основных элементов (табл. 1).

Совместное компостирование органических и минеральных отходов приводит к снижению потерь органического вещества, общего азота, в сложном компосте повышается содержание кальция, серы, происходит нейтрализация рН.

Таблица 1 — Агрохимические свойства сложного компоста и полуперепревшего навоза КРС

Вариант Органическое вещество, % N, % NH/, % Роби % СаО, % S042\ % рн

Навоз КРС 19,62=«),59 0,63±0,01 0,08±0,01 0,25±0,01 0,34±0,02 0,04±0,01 8,19

Сложный компост 22,81±0,95 0,68±0,01 0,10±0,01 0,31±0,02 0,43±0,02 0,И±0,01 6,82

3.2. Влияние сложного компоста на почвенную фауну чернозема обыкновенного

3.2.1. Микроорганизмы. Состояние микробных сообществ и их развитие являются важными показателями состояния почв. Результаты исследований показали, что при внесении сложного компоста в почве наблюдается увеличение численности всего микробного сообщества. Фосфогипс, входящий в состав сложного компоста, ингибирует развитие нитрифицирующих бактерий, снижается титр нитрифицирующих микроорганизмов; в почвах происходит снижение их активности с 10"6 до 10~5 и ниже.

В полевом опыте широкое распространение имели представители таких родов, как Streptomyces, Nocardia, Nocardiopsis, Micromonospora, редко встречающимися родами были Síreptosporangium, Saccharomono-spora.

При внесении в почву сложного компоста также наблюдалось увеличение численности микроскопических грибов. На посевах наиболее часто встречались микромицеты родов Penicillium и Aspergillus.

3.2.2. Почвенная мезофауна. Таксономический состав почвенной ме-зофауны в полевом опыте включал в себя пять классов: Insecto (Насекомые), Crustaceae (Ракообразные), Myriapoda (Многоножки), Arachnida (Паукообразные), Oligochaeta (Малощетинковые черви). Наибольшая численность почвенных беспозвоночных в первый год проведения полевого опыта была отмечена в варианте со сложным компостом и составила в среднем 229,6± 12,8 экз./м2, тогда как на участке с навозом КРС - 186,4±11,8 экз./м2, а на контроле -138,2± 10,2 экз./м2. На участке с использованием сложного компоста отмечалось доминирование представителей сем. Lumbricidae (Дождевые черви), где их численность в среднем составила 32,8±3,6 экз./м2 (рис. 1).

жг/ы2

20 40 60 80 100 120 140 ■ Oipiura ■ Coleóptera Я Díptera BJuliformia 0 Lumbricidae

Рис. 1 - Состав основных представителей почвенной мезофауны на посевах сахарной свеклы (среднее за летний период, 2008 г.)

В последующем при смене сельскохозяйственных культур согласно схеме севооборота наблюдались некоторые изменения в составе и численности представителей почвенной мезофауны.

Осенью 2008 г. после уборки сахарной свеклы была высеяна озимая пшеница. На участке, где вносился сложный компост, наблюдалось увеличение численности ряда представителей почвенной мезофауны. В результате исследований на посевах озимой пшеницы было изучено сезонное изменение численности таких семейств, как дождевые черви (ЬитЪпайае), энхитреиды (ЕлсИу^ае'^ае), кивсяки (.1иИс1ае), которые были особенно представлены на опытных участках (рис. 2).

Дождевые черви (ЬшпЬпсМае)

К он"! р оль (NF ,1 ~*®~НавочКРС+МР «^*Сяожныпкомпост+Ш>

Рис. 2 - Численность (экз./м2) некоторых представителей почвенной мезофауны на посевах озимой пшеницы по предшественнику сахарная свекла (2008 - 2009 гг.)

Исследования 2010-2012 гг. показали, что действие сложного компоста на состав почвенной мезофауны проявляется не только в первый год его внесения в почву, но и в последействии.

В 2010 году на посевах кукурузы по предшественнику озимая пшеница на участке со сложным компостом также отмечалось нарастание общей численности почвенной мезофауны в основном за счет некоторых отдельных ее групп (ЕпсИу1гае1с1ае, ЬитЬпс1с1ае, М1с1ае, Отьыйае) (рис. 3).

Enchytraeídae lumbricidae Geophilomorpha Líthobíomo/ph¿ Julidae Oniscidae Díptera Coleóptera

0 10

я Сложный компо ст+NP

20 30 40 50 » Навей KPO+NP

60 70 80 □ Контроль (NP)

Рис. 3 - Численность некоторых представителей почвенной мезофауны на посевах кукурузы по озимой пшенице (среднее за 2010 г.)

В посевах озимой пшеницы по кукурузе на четвертый год проведения исследований на участке со сложным компостом были выделены в большем количестве представители класса многоножки (Мупаройа) - кивсяки настоящие (^иШае), костянки (ЬИИоЫотогрИа) и геофилы (<ЭеорЫ1отогрка), класса ракообразные (Сгш^асеае) — мокрицы (Ояис/с/ае) и класса малощетинковые черви {О1щоскае1о) — дождевые черви (ЬитЪгШ(1ае) и энхитреиды (Епску(гаеШае) (рис. 4).

Erichytraeidae §8| lumbricidae ШЯ Geophilomorpha Uthobiomorpha Julidae Oniscidae Díptera Scarabaoidae Carabidae

0 10 20 * Сложный компо ст+NP

50 40 50 60 ® Наво'5 KPC+NP

ЖЛ1-70 SO 90

■Контроль (NP)

Рис. 4 - Численность некоторых представителей почвенной мезофауны на посевах озимой пшеницы по кукурузе (2010-2011 гг.)

На пятый год после внесения сложного компоста на посевах сахарной свеклы по озимой пшенице тенденция увеличения численности представителей таких семейств как дождевые черви (ЬитЬгшс1ае) и энхитреиды {Enchytraeidaë) сохранилась. Также при использовании сложного компоста возросло количество представителей семеств чернотелок (ТепеЬпошс1ае) и коротконадкрылых (Б1арИуИтс1аё) (рис. 5).

Ertchytraeídae Lumbrictdae Julidae Díptera Tenebeionídae Staphyliniciae Elateridae Carabidae

MaW

0 10 20 30 40 50 60 80 90

■ Сложный компост+НР в Навоз KPC+NP Я Контроль (NP)

Рис. 5 — Численность некоторых представителей почвенной мезофауны на посевах сахарной свеклы по озимой пшенице (среднее за 2012 г.)

В результате исследований было установлено влияние сложного компоста на состав почвенной мезофауны. Увеличение численности дождевых червей и энхитреид на участке со сложным компостом можат быть связано с более выровненным поступлением органических веществ из различных отходов - полуперепревшего навоза КРС, послеуборочных растительных остатков кукурузы, подсолнечника, сахарной свеклы, остатков очистки зерна и кормления сельскохозяйственных животных, в результате чего создаются благоприятные условия для их развития.

Рост численности кивсяков может быть связан с тем, что при использовании фосфогипса в составе сложного компоста в почве происходит увеличение содержания кальция и улучшается влагоемкость почвы, а кивсяки являются кальцефильной группой.

При смешивании органических и минеральных отходов формируется комплекс, обеспечивающий прочность образуемых агрегатов и насыщающий почву такими важными элементами, как S, N, Са, и рядом микроэлементов. Использование сложного компоста повышает устойчивость органоминераль-ных комплексов и питательных веществ к выщелачиванию ряда элементов из почвы, что имеет важное значение для питания и размножения представителей почвенной мезофауны.

3.2.3. Мышевидные грызуны. Наибольший вред сельскохозяйственному производству ОАО «Заветы Ильича» причиняют представители отряда Грызуны (Rodentia), основную часть которых составляют особи вида полевка обыкновенная (Microtus arvalis). Действие сложного компоста на численность популяции мышевидных грызунов было установлено в производственном опыте на посевах озимой пшеницы (на второй и четвертый год после внесения сложного компоста).

В результате подсчетов были выявлены некоторые особенности изменения количества нор мышевидных грызунов в зависимости от варианта опыта и периода исследования (табл. 2).

Таблица 2 - Количество нор грызунов (нор/га) на посевах озимой пшеницы в производственном опыте

Предшественники Период исследования Варианты

контроль (КР) навоз КРС+№ сложный компост + ЫР

Сахарная свекла -озимая пшеница Декабрь, 2008 65-74 58-46 12-17

Январь, 2009 18-20 15-17 2-4

Август, 2009 75-80 66-71 4-8

Кукуруза на зерно -озимая пшеница Декабрь, 2010 70-81 78-83 13-14

Февраль, 2011 15-22 20-24 4-6

Август, 2011 72-82 58-67 5-8

В декабре в разные годы на контрольном участке насчитывалось от 65 до 81 нор/га, на участке со сложным компостом - 7-18 нор/га. В январе -феврале количество нор резко снизилось и составило на участке с компостом - 2-7 нор/га, а на контроле — 15-27 нор/га, что может быть связано с понижением температуры. В августе после уборки озимой пшеницы на контроле количество нор резко возросло до 59-84 нор/га, а на участке с компостом осталось на уровне 4-19 нор/га.

На основании проведенных исследований установлено, что внесение в почву сложного компоста, имеющего в своем составе фосфогипс, способствует снижению численности мышевидных грызунов в посевах озимой пшеницы. Столь заметные различия в численности популяции мышей в посевах озимой пшеницы связано с особенностями состава фосфогипса, что может препятствовать роющей деятельности зверьков, вследствие чего они избегают данные участки. Последействие сложного компоста отмечается еще в течение 3-4 лет после его внесения в почву.

Сравнительная экономическая оценка показала, что данный способ борьбы с мышевидными грызунами с использованием сложного компоста является наиболее выгодным, чем принятый в хозяйстве ОАО «Заветы Ильича» способ протравки нор мышевидных грызунов. Затраты на использование сложного компоста составили - 194,5 руб./га в 2009 г. и 257,6 руб./га в 2011 г., а принятая в хозяйстве технология с применением химического препарата - 277,8 руб./га в 2009 г. и 379,4 руб./га в 2011 г.

Применение сложного компоста для борьбы с мышевидными грызунами представляет особый интерес и является экологически чистым и экономически выгодным способом, не имеет в своем составе вредных и ядовитых веществ и не влияет на здоровье людей.

3.3. Влияние сложного компоста на физические свойства чернозема обыкновенного

Влияние сложного компоста на развитие почвенной фауны чернозема обыкновенного хорошо прослеживается через изменение ряда физических

свойств почвы (агрегатный состав, плотность, пористость почвы, водно-физические свойства).

3.3.1. Гранулометрический и агрегатный состав. В ходе проведения полевого опыта было выявлено благоприятное влияние сложного компоста на физические характеристики почвы. С внесением компоста происходило увеличение содержания мелкодисперсных фракций, способствующих образованию макро- и микроагрегатов в среднем на 8-10%.

Использование сложного компоста способствовало улучшению почвенной структуры чернозема обыкновенного. Количество агрономически ценных агрегатов при внесении в почву сложного компоста на фоне минеральных удобрений увеличилось до 57,44±1,16 %. На контроле доля агрономически ценных агрегатов составила 48,49±2,28%, а коэффициент структурности 1,62±0,06.

В производственном опыте при внесении в почву сложного компоста доля агрегатов, формирующих благоприятную почвенную структуру возросла. Во всех вариантах с внесением сложного компоста коэффициент структурности оказался в среднем на 15% выше, чем на контроле. Механизм структурообразования при внесении сложного компоста определяется формированием органоминеральных комплексов через взаимодействие органических и минеральных веществ.

3.3.2. Плотность и пористость. При использовании сложного компоста на черноземе обыкновенном в полевом опыте снижение плотности почвы и увеличение общей пористости отмечалось в течение пяти лет. В полевом опыте в различные годы были получены данные, подтверждающие положительное влияние сложного компоста на плотность почвы. Наименьшие показатели плотности были отмечены в варианте со сложным компостом (1,111,16 г/см3). На контроле и в варианте с полуперепревшим навозом КРС показатели плотности оказались выше и составили 1,18-1,20 г/см3 и 1,22-1,25 г/см3 соответственно (табл. 3).

Таблица 3 - Плотность и общая пористость почвы полевого опыта

Показатель Вариант Год исследования

2008 2009 2010 2011 2012

1 1,25±0,05 1,23±0,04 1,24±0,03 1,22±0,02 1,23±0,02

вы, г/см3 2 1,20±0,03 1,19±0,02 1,18±0,02 1,20±0,02 1,18±0,02

3 1,11 ±0,04 1,13±0,04 1,12±0,01 1,15±0,02 1,16±0,01

Общая пористость, % 1 47,26±1,74 48,9б±1,96 45,85±1,94 47,41±1,08 47,88±1,Ю

2 47,98±1,76 48,54±1,88 48,69±1,95 47,85±1,13 48,02±1,22

3 50,32±1,80 50,00±2,01 50,66±1,99 49,34±1,15 49,79±1,94

Полевая влажность, % 1 29,52±0,48 22,85±0,31 25,36±0,44 24,18±0,58 23,17±0,42

2 30,21±0,56 22,98±0,42 26,75±0,52 25,47±0,64 24,31±0,53

3 32,25±0,48 25,18±0,35 28,46±0,30 27,34±0,69 29,15±0,74

Примечание: вариант 1 - контроль (ИР); вариант 2 - навоз КРС +ЫР; вариант 3 - сложный компост +№.

Механизм снижения плотности почвы и увеличения ее пористости при внесении сложного компоста в первую очередь происходит благодаря его структурообразующему действию. Сочетание органических (полуперепревший навоз КРС, послеуборочные растительные остатки сельскохозяйственных культур, отходы кормления животных) и минеральных частей (фос-фогипс) сложного компоста при внесении в почву, способствует улучшению ее аэрации и более экономному расходованию влаги.

В полевом опыте содержание почвенной влаги на участке со сложным компостом увеличилось в среднем на 10-12% по сравнению с контролем. Установлено что при использовании сложного компоста в течение 4-5 лет в почве наблюдается повышение полной влагоемкости. Сложный компост характеризуется весьма интенсивным и быстрым влагонакоплением. Это приводит к улучшению условий роста растений и повышает их продуктивность.

3.4. Влияние сложного компоста на агрохимические свойства чернозема обыкновенного

Сложный компост по своим свойствам обогащается азотом, фосфором, кальцием, серой и массой микроэлементов, которые входят в состав различных отходов, что безусловно сказывается на развитие живых организмов.

Результаты проведенных исследований показали, что при использовании сложного компоста в почве происходит увеличение содержания органического вещества, как в первый год его внесения, так и в последействии. Содержание органического вещества в первый год использования сложного компоста изменяется незначительно, однако его минерализация существенно снижается. Это создает условия для сохранения в почве органического вещества, что и подтвердилось в результате исследований (рис. 6).

1-й 2-11 3 -И 4-й 5-й

Год исследования ■Контроль ГОР) ^Сло-лныйкохвюст-НГР

Рис. 6 - Содержание органического вещества в почве полевого опыта при внесении сложного компоста

В полевом опыте было отмечено, что в контрольном варианте на второй год проведения исследований содержание органического вещества в почве составило 3,67±0,06%, в варианте с полуперепревшим навозом КРС -3,84±0,08%, а с внесением сложного компоста увеличилось до 4,22±0,09%.

По результатам полевого опыта было отмечено влияние сложного компоста на другие важные агрохимические показатели чернозема обыкновенного (табл. 4).

Таблица 4 - Агрохимические показатели чернозема обыкновенного (полевой опыт, 2008-2012 гг.)

Год Вариант Мобщ, % Р205 мг/кг СаО, % бо42-, %

2008 Контроль СЫР) 0,20±0,01 28,50±1,68 0,15±0,01 0,08±0,01

Навоз КРС+ЫР 0,22±0,01 29,64±1,74 0,22±0,01 0,09±0,01 -

Сложный компост + ЫР 0,31±0,01 32,40±2,40 0,32±0,01 0,15±0,01

2009 Контроль СЫР) 0,17±0,01 30,75±1,73 0,21 ±0,01 0,09±0,01

Навоз КРС+ИР 0,21 ±0,01 32,45±1,85 0,23±0,01 0,09±0,01

Сложный компост + ЫР 0,30±0,01 39,75±1,92 0,29±0,01 0,16±0,01

2010 Контроль (КР) 0,18±0,01 26,09±0,13 0,11±0,01 0,07±0,01

Навоз КРС+ИР 0,20±0,01 28,65±0,15 0,17±0,01 0,08±0,01

Сложный компост + ЫР 0,26±0,01 30,90±0,23 0,24±0,03 0,12±0,01

2011 Контроль (ЫР) 0,22±0,01 20,11±0,43 0,18±0,01 0,10±0,01

Навоз КРС+ЫР 0,24±0,01 24,36±0,65 0,19±0,01 0,12±0,01

Сложный компост + КР 0,35±0,01 31,87±0,47 0,26±0,01 0,15±0,01

2012 Кош-роль СЫР) 0,24±0,01 20,95±0,39 0,16±0,01 0,06±0,01

Навоз КРС+ИР 0,26±0,01 25,36±0,45 0,18±0,01 0,07±0,01

Сложный компост + ЫР 0,39±0,01 32,30±0,84 0,27±0,01 0,11±0,01

При внесении сложного компоста в почве существенно повышается содержание общего азота по сравнению с контролем, что вызвано консервацией этого элемента в аммонийной форме.

В полевом опыте установлено, что содержание подвижного фосфора в почве с внесением сложного компоста повысилось в среднем на 15-20 %. Важно отметить, что при внесении сложного компоста, в верхний слой почвы (0-20 см) с фосфогипсом попадает 0,125 т/га фосфора (при поступлении фосфогипса в почву из расчета 7 т/га и содержании в его составе фосфора — 2,5%).

В полевом опыте при использовании сложного компоста было отмечено увеличение содержания кальция, что, скорее всего, обусловлено поступлением данного элемента с фосфогипсом (содержание кальция в составе фосфогипса свыше 20%). Содержание подвижной серы при внесении в почву сложного компоста существенно увеличилось в сравнении с контролем и вариантом с полуперепревшим навозом КРС.

Результаты исследования кислотности почвы в полевом опыте показали, что в целом уровень рН колеблется от нейтральной (рН 6,75±0,14) до

слабощелочной (рН 7,94±0,09). При внесении в почву сложного компоста происходит изменение реакции ее среды в сторону нейтральной рН. На участках, где вносили сложный компост, как в год использования, так и в последующие годы, наблюдалось варьирование показателя рН от 6,75±0,07 до 7,10±0,10. На контроле данный показатель в среднем составил 7,85±0,08, а в варианте с полуперепревшим навозом КРС — 8,12±0,11 .

3.5. Зависимость между почвенной мезофауной и свойствами чернозема обыкновенного при использовании сложного компоста

Количественный состав и распределение почвенной мезофауны зависит от ряда показателей, важнейшими из которых являются свойства почвы. Влияние сложного компоста при его внесении в почву способствовало изменению некоторых физических и агрохимических почвенных характеристик чернозема обыкновенного, что сказалось на изменении количественного и качественного состава почвенной мезофауны. В результате статистической обработки данных, полученных в ходе исследований, был выполнен корреляционный анализ (рассчитаны коэффициенты ранговой корреляции Спир-мэна (г5) для 5-% уровня значимости, р=0,05), подтверждающий влияние некоторых почвенных показателей на численность беспозвоночных.

Зависимость некоторых представителей почвенной мезофауны от физических и химических свойств почвы прослеживается достаточно четко. Достоверные положительные корреляции были установлены между численностью дождевых червей (ЬитЪпййае), плотностью (г3=0,54) и влажностью почвы (г5=0,47), содержанием органического вещества (гу=0,68), общего азота (г5=0,45). Для энхитреид {Епскуи-аегёае) важное значение имеет пористость почвы (г8=0,48) и содержание органического вещества (г5=0,59). Представители семейства кивсяки (7иИс1ае) в большей степени связаны достоверными корреляционными связями с содержанием в почве кальция (г5=0,64). Полученные корреляционные зависимости также были отмечены в работах многих авторов (Савосин, 2010; Зейферт, 2011 и др.).

Учитывая большое значение почвенной биоты для плодородия почвы и поддержания благоприятного состояния окружающей среды целесообразно использовать сложный компост в системе земледелия. Повышение органического фона способствует активизации биологических процессов в почве, что улучшает обеспеченность растений питательными веществами.

3.6. Влияние сложного компоста на рост, развитие и урожайность сахарной свеклы

Сложный компост, увеличивая агрегированность пахотного слоя почвы, повышает его аэрацию, что улучшает условия развития корнеплодов сахарной свеклы и лучшему формированию их товарного вида. При внесении сложного компоста доля корнеплодов свеклы нетоварного вида составляет

всего 5,2, а на контроле доходит до 17,1%.

Средняя масса одного корнеплода на участке с использованием сложного компоста в 2008 г. была на 182, а в 2012 г. - на 147 г выше, чем на контроле, что сказалось и на продуктивности этой культуры. Урожай на участках с использованием сложного компоста в 2008 г. составил 450,5, а в 2012 -398,0 т/га, существенно превысив, контроль и вариант с полуперепревшим навозом КРС.

Также отмечается повышение сахаристости корнеплодов сахарной свеклы, что отражает улучшение качества получаемой продукции. Так на контроле данный показатель в среднем составил 13,8-14,3%, в варианте с полуперепревшим навозом КРС до 16 %, а с применением технологии сложного компоста - 17,5-18,3% (табл. 5).

Таблица 5 - Биологическая продуктивность и качество сахарной свеклы

Год Вариант опыта Масса корнеплода, г Масса ботвы, г Урожай корнеплодов, т/га Сахаристость, %

2008 Контроль (М5) 381,5±4,9 403,0±3,1 410,2±15,3 14,3±0,8

Навоз КРС+ЫР 425,3±8,6 458,9±5,8 428,5±17,9 15,7±0,9

Сложный КОМПОСТ+ЫР 563,5±12,1 506,5±7,4 450,5*21,7 18,3±1,2

2012 Контроль (№) 254,9±8,1 293,4±5,0 362,0±10,1 13,8±1,0

Навоз КРС + ИР 317,8±9,7 326,4±7,3 376,1±10,9 15,8±1Д

Сложный компост+ЫР 402,3±Ю,5 377,3±9,6 398,0±12,9 17,5±1,3

Таким образом, использование сложного компоста с участием отходов промышленности и сельского хозяйства при посеве сахарной свеклы в пятилетнем севообороте способствует улучшению агрохимических свойств почвы, повышению противоэрозиошюй устойчивости ее структуры, снижению плотности сложения и порозности. Оптимизация агрофизических и химических характеристик пахотного слоя почвы способствует созданию благоприятных пищевого и водно-воздушного режимов для вегетации растений сахарной свеклы, развитию ее корнеплодов и формированию качественного урожая. Экономическая эффективность технологии выражается в снижении себестоимости продукции растениеводства на 17% и повышении уровня рентабельности производства на 23%.

ВЫВОДЫ

1. Под воздействием сложного компоста происходит усиление биологической активности чернозема обыкновенного: увеличивается численность активного микробного сообщества и в почве статистически достоверно возрастает количество представителей семейств энхитреиды (Епску1гае'к1ае), дождевые черви {ЬитЪгтйае), кивсяки (./иИс!ае).

2. Применение технологии на полях севооборота способствует снижению численности популяции мышевидных грызунов в посевах озимой

пшеницы по причине их миграции и избегания неблагоприятных для роющей деятельности участков.

3. Внесение сложного компоста приводит к оптимизации почвенной структуры (увеличение агрономически ценных агрегатов на 8 %, коэффициента структурности на 15 %), снижению плотности и увеличению общей пористости почвы, повышению водоудерживающей способности (увеличение полной влагоемкости на 10-12%)

4. Применение сложного компоста способствует улучшению агрохимических и физико-химических показателей чернозема обыкновенного (повышение содержания общего азота в среднем на 20%, органического вещества на 8-10%, подвижного фосфора на 15-20%, общего кальция на 3540%, серы на 30 %, нейтрализация рН), под влиянием сложного компоста снижаются процессы денитрификации.

5. При внесении сложного компоста под посев сахарной свеклы статистически значимо повышается ее продуктивность (до 40 т/га) и сахаристость (в среднем на 4%).

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Для повышения биологических, физических и химических свойств чернозема обыкновенного предлагается внесение сложного компоста в норме 65 т/га один раз в пять лет, состоящего из следующих компонентов: полуперепревший навоз КРС, фосфогипс, остатки от кормления животных и очистки зерна, послеуборочные остатки сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника в соотношении 50:7:3:3:2:1:1: соответственно. Применение сложного компоста увеличивает биоразнообразие и численность популяций полезной почвенной фауны (микроорганизмов, дождевых червей, энхитреид), снижает вред наносимый популяциями мышевидных грызунов сельскохозяйственным посевам. Сложный компост оказывает положительное влияние на химизм почвы, включая содержание органического вещества, азота, фосфора, кальция, серы, а также нейтрализует реакцию почвенной среды, улучшает физические свойства (снижение плотности почвы, увеличение общей пористости, повышение влажности). При использовании сложного компоста повышается урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Гукалов В.Н., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние органомине-рального компоста на состав почвенной мезофауны в посевах озимой пшеницы // Тр. КубГАУ. - 2011. - № 4 (31). - С. 111 -114.

2. Гукалов В.Н., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние органомине-рального компоста на динамику численности грызунов в посевах озимой пшеницы // Тр. КубГАУ. - 2011. - № 4 (31). - С. 126-128.

3. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Комплексное использование отходов промышленности и сельского хозяйства для улучшения свойств почвы // Вестник ОГУ,-2011.-№ 12. - С. 417-418.

Статьи и тезисы в других изданиях

4. Алифиров М.Д., Белюченко И.С., Бозина Т.В., Волошина Г.В., Гукало в В.Н., Демченко М.М., Кобецкая O.A., Мельник O.A., Муравьев Е.И., Петренко Д.В., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Пономарева Ю.В., Провизен Е.В., Ткаченко JI.H., Ткаченко А.Ю., Яценко М.В. К вопросу о технологии переработки свиного навоза в перегной и его обогащении микроэлементами // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2007. - Т. 3. - № 3. - С. 99104.

5. Алифиров М.Д., Белюченко И.С., Гукалов В.В., Гукалов В.Н., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Динамика почвенной фауны в агроландшафте степной зоны края // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2008. - Т. 4. - № 3. - С. 83-96.

6. Муравьев Е.И., Белюченко И.С., Гукалов В.В., Гукалов В.Н., Мельник O.A., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Славгородская Д.А. Влияние фосфогипса на развитие и продуктивность растений кукурузы в севообороте // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2008. — Т. 4. — № 4. - С. 108111.

7. Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Гукалов В.В. Влияние фосфогипса на динамику численности мышевидных грызунов на полях севооборота // Сб. тез. Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания». — М., 2009.-С. 136-137.

8. Белюченко И.С., Гукалов В.В., Мельник O.A., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Попок Л.Б., Славгородская Д.А., Терещенко Е.В. Влияние фосфогипса на развитие и урожайность посевов озимой пшеницы // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2009. - Т. 5. -№ 2. - С. 26-34.

9. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние фосфогипса на состав почвенной мезофауны в зерновом севообороте // I Всероссийская научная Конференция «Проблемы рекультивации отходов быта промышленных и сельскохозяйственных производств». - Краснодар, 2009 г. - С. 194-198.

10. Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Гукалов В.В. Влияние фосфогипса на состав почвенной мезофауны в посевах озимой пшеницы // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2009. - Т. 5. - № 2. - С. 66-69.

11. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние фосфогипса на динамику почвенной мезофауны в полях севооборота // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2009. - Т. 5.-№ 3. - С.61-66.

12. Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Гукалов В.В., Белюченко И.С., Мельник O.A. Способ борьбы с мышевидными грызунами путем использования дигидратного фосфогипса // Каталог инновационных разработок

«Комплексное использование вторичных ресурсов и отходов (рециклинг отходов)». - М., 2010. - С. 60.

13. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние удобрений и отходов промышленности на состав почвенной мезофауны // Вторая Всероссийская научная конференция «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства». - Краснодар, 2010. - С. 175-178.

14. Гукалов В.В., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние фосфогипса на динамику численности мышевидных грызунов в посевах озимой пшеницы // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2010. - Т. 6. - № 2. -

' С. 38-41.

15. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние фосфогипса на почвенную биоту чернозема обыкновенного // Сборник докладов II Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». — М., 2010. - С. 264-265.

16. Гукалов В.В., Мельник O.A., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Слав-городская Д.А., Белюченко И.С. Использование отходов промышленности и сельского хозяйства в качестве комплексных мелиорантов чернозема обыкновенного // Евразия Green: Материалы Междунар. конкурса науч.-исслед. работ молодых ученых и студентов. - Екатеринбург, 2011. - С. 27-29.

17. Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Гукалов В.Н., Мельник O.A., Слав-городская Д.А. Научное обоснование использования отходов промышленности и сельского хозяйства для повышения урожайности сельскохозяйственных культур // Сборник докладов III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях». - М., 2011. - С. 305-306.

18. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Влияние отходов промышленности и сельского хозяйства на состав почвенной мезофауны в посевах кукурузы // Экологический Вестник Северного Кавказа. — 2011. - Т. 7. - № 4. - С. 34-37.

19. Петух (Никифоренко) Ю.Ю. Почвенная биота чернозема обык-; новенного при использовании органоминерального компоста // Экологический Вестник Северного Кавказа. -2012. - Т. 8. -№ 2. - С. 21-26.

20. Никифоренко Ю.Ю. Роль сложного компоста в развитии почвенной биоты // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2012. - Т. 8. -№3.- С. 46-59.

21. Белюченко И.С., Никифоренко Ю.Ю. Влияние сложных компо-стов на свойства почвы и формирование почвенной биоты // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2012. - Т. 8. - № 4. - С. 3-50.

22. Никифоренко Ю.Ю.Влияние сложного компоста на почвенную биоту в черноземе обыкновенном // III Международная научная экологическая конференция «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства». - Краснодар, 2012. - С. 46-52.

23. Белюченко И.С., Никифоренко Ю.Ю. Отходы производства и потребления — вторичное сырье для производства сложных компостов // Сборник докладов V Международной научно-практической конференции «Науч-

но-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях».-М, 2013.-С. 189-193.

24. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгород-ская Д.А. Использование сложного компоста при выращивании сахарной свеклы в пятилетнем севообороте // Сборник докладов международной научно-практической конференции «Fundamental science and technology - promising developments». - M., 2013. - Vol. 1. - C. 134-136.

25. Никифоренко Ю.Ю. Состав почвенной мезофауны в черноземе обыкновенном при внесении сложного компоста // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2013. - Т. 9. - № 2. - С. 30-39.

26. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгород-ская Д. А. Формирование сложных компостов и их влияние на развитие сельскохозяйственных культур // Материалы И международной научно-практической конференции «Академическая наука - проблемы и достижения». - М., 2013. - С. 134-136.

Патенты на изобретения

27. Белюченко И.С., Гукалов В.В., Мельник О.А., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. «Способ борьбы с мышевидными грызунами», № 2421990 от 18.01.2010 г.

28. Белюченко И.С., Мельник О.А., Петух (Никифоренко) Ю.Ю. «Способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами», № 2492944 от 22.03.2012 г.

Заявки на изобретения

29. Белюченко И.С., Мельник О.А., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ мелиорации сельскохозяйственных земель», № 2012126275 от 22.06.2012 г.

30. Белюченко И.С., Мельник О.А., Петух (Никифоренко) Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ получения органоминерального компоста», № 2012126274 от 22.06.2012 г.

31. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ повышения плодородия почвы» № 2013132664 от 15.07.2013 г.

32. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ возделывания сахарной свеклы» № 2013135044 от 25.07.2013 г.

33. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ выращивания кукурузы на зерно при внесении сложного компоста» № 2013133005 от 16.07.2013 г.

34. Белюченко И.С., Мельник О.А., Никифоренко Ю.Ю., Славгородская Д.А. «Способ выращивания озимой пшеницы при внесении сложного компоста» №2013133341 от 17.07.2013 г.

Подписано в печать 11.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1,0 пл. Заказ 579 Тираж 100 экз.

Издательство ФГБОУ ВПО РГАЗУ 143900, Балашиха 8 Московской области

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Никифоренко, Юлия Юрьевна, Москва

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

На правах рукописи

04201364798

Никифоренко Юлия Юрьевна

ВЛИЯНИЕ СЛОЖНОГО КОМПОСТА НА ДИНАМИКУ ПОЧВЕННОЙ ФАУНЫ И СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО

В АГРОЛАНДШАФТЕ

Специальность 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Белюченко Иван Степанович

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4

ВВЕДЕНИЕ 8

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ РАБОТЫ 11

1.1 Почвенная фауна в условиях агроландшафта и ее значение для почвообразования 11

1.2 Использование отходов промышленности и сельского хозяйства для повышения плодородия почв 21

1.3 Влияние минеральных и органических отходов на развитие сельскохозяйственных культур и качество их продукции 28

1.4 Цель и задачи исследований 3 О

2 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 31

2.1 Специфика природных условий района исследования 31

2.2 Климатические условия в годы проведения исследований 38

2.3 Методика проведения исследований 41

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 44

3.1 Состав и свойства сложного компоста 44

3.2 Влияние сложного компоста на почвенную фауну чернозема обыкновенного 48

3.2.1 Микроорганизмы 48

3.2.2 Почвенная мезофауна 52

3.2.3 Мышевидные грызуны 68

3.3 Влияние сложного компоста на физические свойства чернозема обыкновенного 71

3.3.1 Гранулометрический и агрегатный состав 71

3.3.2 Плотность и пористость 76

3.3.3 Водно-физические свойства 78

3.4 Влияние сложного компоста на агрохимические свойства

чернозема обыкновенного 81

3.4.1 Органическое вещество 81

3.4.2 Азотные соединения 85

3.4.3 Фосфор 88

3.4.4 Кальций 90

3.4.5 Сера 92

3.4.6 Реакция почвенной среды 94

3.5 Зависимость между почвенной мезофауной и свойствами чернозема обыкновенного при использовании сложного компоста 96

3.6 Влияние сложного компоста на рост, развитие и урожайность сахарной свеклы 97

3.7 Проблемы охраны агроландшафтов в степной зоне Краснодарского края 101

3.8 Практические предложения 105 ВЫВОДЫ 107 ЛИТЕРАТУРА 108

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение плодородия черноземных почв и их деградация является важной экологической проблемой. Ухудшение экологического состояния почв обусловлено многими факторами, в том числе и накоплением отходов, многие из которых могут использоваться в качестве почвенных мелиорантов.

Деградация гумуса черноземов определяется дефицитом углеродного бюджета. Стабильность гумусового профиля черноземов возможна лишь при постоянном поступлении органического углерода до его «эталонной величины» гумусообразования, установленной до уровня 20-22 гС/м2 в год (Быстрицкая, Смагин, 1989; Смагин 2009) и соотношения С/И как 25:1. Наиболее выгодной с экономической точки зрения технологией восстановления гумусового бюджета будет внесение необходимого количества углерода и азота в виде сложного компоста, представляющего смесь полуперепревшего навоза КРС, фосфогипса, остатков кормления животных и очистки зерна, послеуборочные растительные остатки сахарной свеклы и т.д.

Компостирование отходов промышленности и сельского хозяйства и их использование для улучшения биологических, физических и агрохимических свойств почвы является важным направлением. Почвенная фауна, как компонент любой экологической системы, отражает происходящие изменения среды обитания при произрастании культурных растений, что проявляется в динамике их обилия и таксономического разнообразия.

Цель и задачи исследований. Цель работы - оценить влияние сложного компоста на динамику почвенной фауны и свойства чернозема обыкновенного в агроландшафте.

Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи: — определить количественный и качественный состав почвенной фауны при использовании сложного компоста;

— оценить динамику почвенной фауны под влиянием сложного компоста;

— изучить влияние сложного компоста на физические и агрохимические свойства чернозема обыкновенного;

— выявить влияние сложного компоста на особенности роста и развития сахарной свеклы, ее продуктивность и качество.

Научная новизна результатов исследований. Впервые в степной зоне Краснодарского края проведены многолетние исследования по изучению влияния сложного компоста, вносимого под посев сахарной свеклы. Выявлен количественный и качественный состав фауны в почвах хозяйства ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района Краснодарского края и изучена трансформация основных ее групп под влиянием сложного компоста. Определено влияние сложного компоста на физические и агрохимические свойства чернозема обыкновенного.

Практическая значимость работы. Результаты исследований вносят вклад в изучение комплексного использования отходов промышленности и сельского хозяйства с целью оценки развития фауны чернозема обыкновенного и влияние на его физические и химические свойства. Результаты исследований важны для формирования представлений о фауне почв ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района Краснодарского края. Запатентован способ борьбы с мышевидными грызунами на посевах озимой пшеницы при внесении в почву сложного компоста и способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами. Материалы исследований используются в учебном процессе Кубанского государственного аграрного университета при изучении курсов «Общая экология», «Экологический мониторинг», «Агро-ландшафтная экология».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Динамика численности почвенных организмов при внесении сложного компоста (2008-2012 гг.).

2. Оптимизация почвенной структуры (увеличение агрономически ценных агрегатов), водоудерживающей способности (увеличение полной влаго-емкости), повышение содержания органического вещества, общего азота, подвижного фосфора, кальция, серы, нейтрализация pH.

3. Под воздействием сложного компоста происходит статистически значимое увеличение продуктивности сахарной свеклы и ее качества.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на I и II Всероссийских научных конференциях «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2009, 2010 гг.), Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва, 2009 г.), II Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2010, 2011 гг.), Международном конкурсе научно-исследовательских работ молодых ученых и студентов «Евразия Green» (Екатеринбург, 2011 г.), Московском Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2011г.), V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2011 г.), I Съезде экологов России (Москва, Кремль, 2011 г.), Международной выставке экологических технологий ECOS-2012 (Краснодар, 2012 г.), II Съезде экологов России (Москва, Дом Союзов, 2012 г.), III Международной научной экологической конференции «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2013 г.), V Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2013 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Получены патенты на изобретения

№ 2421990 «Способ борьбы с мышевидными грызунами» от 18.01.2010 г. и № 2492944 «Способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами» от 22.03.2012 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, изложенных на 123 страницах машинописного текста, включает 39 таблиц и 10 рисунков. Список использованной литературы включает 151 наименование, из них 11 на иностранных языках.

Личный вклад автора. Автором разработана программа и методика исследований; заложены полевой и производственный опыты; проведен отбор и анализ почвенных и растительных образцов; выполнен большой объем аналитических работ в лабораториях кафедры общей биологии и экологии Кубанского ГАУ и ОАО «Заветы Ильича»; разработаны и обоснованы теоретические положения и выводы диссертационной работы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность д.б.н., профессору И.С. Белюченко, к.б.н. O.A. Мельник, Д.А. Славгородской за помощь и поддержку при проведении исследовательской работы; всему коллективу кафедры общей биологии и экологии Кубанского ГАУ за ценные советы и содействие при выполнении полевых и лабораторных исследований.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время интенсивное использование огромных территорий в качестве сельскохозяйственных угодий стало приводить к обеднению земель. Принятые в крае технологии возделывания сельскохозяйственных культур являются затратными по подготовке почвы, требуют внесения высоких норм минеральных удобрений и использования для борьбы с вредителями, болезнями и сорными растениями большого количества пестицидов. Многочисленные обработки почвы оказывают негативное воздействие на физические и химические свойства почвы, что в свою очередь сказывается на развитии микробных и фаунистических сообществ, снижая их активность. Ускоряются процессы трансформации азота, органического вещества и других важных элементов, происходит уплотнение почвенного покрова, усиливается выветривание и вымывание растворенных питательных веществ. Потери гумуса и уменьшение гумусового горизонта связано именно с применением для обработки почв интенсивной технологии. Черноземы обыкновенные на равнинных участках ежегодно теряют с 1 га до 700 кг гумуса, 30 кг азота, 15 кг фосфора и 100 кг калия. На склоновых участках балок гумуса теряется больше 1 т/га в год. За последние 60 лет черноземы Кубани потеряли до 25% гумуса (Белюченко и др., 2008).

Процессы почвообразования и оперативной перестройки почвы немыслимы без почвенной фауны. Не имеющая живой фазы почва теряет плодородие, в ней не происходит биоокультуривания, она превращается в мертвый, почти стерильный субстрат. В связи с этим происходит резкое снижение урожайности сельскохозяйственных культур, ухудшение качества выращенной продукции. Наблюдается почвоутомление, включающее в себя безвозвратные потери элементов питания, неблагоприятные изменения реакции среды, разрушение структуры почвы, снижение численности микроорганизмов, накопление токсинов, сорняков, вредителей, болезней. Усиливаются эрозионные процессы, возрастает угроза опустынивания. Избыточно мощные

механические воздействия и нерациональное использование химических веществ в значительной степени способствуют уничтожению живой составляющей почвы (Белюченко, 2011). Высокое обилие, таксономическое разнообразие, чувствительность отдельных представителей почвенных беспозвоночные к изменениям различных факторов окружающей среды делают их важными индикаторами.

Более крупные обитатели почв агроландшафта — мышевидные грызуны, большинство видов которых являются опасными вредителями, представляющими серьезную угрозу для посевов сельскохозяйственных культур. Как переносчики заболеваний способны оказывать негативное влияние на здоровье человека и животных (Бондаренко,1977). Мероприятия, направленные на борьбу и профилактику требуют больших временных и финансовых затрат. Из наиболее известных способов на сегодняшний день достаточно эффективными считают химические. Однако их применение пагубно отражается на здоровье человека, так как технология включает в себя использование препаратов содержащих в своем составе вредные и отравляющие вещества.

С учетом современных технологий необходимо повышать и поддерживать плодородие почв, чтобы не допустить их деградации. Важно разрабатывать и применять такие способы, которые способствовали бы улучшению качества почв, сохранению биологического разнообразия почвенной фауны, повышению урожайности и качества растениеводческой продукции.

В результате работы промышленных и сельскохозяйственных производств образуется огромное количество отходов, которые ежегодно накапливаются, занимают новые территории, включая и сельскохозяйственные земли. Между тем, отходы, образующиеся из природных материалов, могут использоваться как вторичное сырье для улучшения и поддержания основных свойств почвы - биологических, физических и агрохимических (Белюченко, Муравьев, 2009).

Самым надежным, экологически и экономически перспективным методом утилизации многих отходов является использование их в качестве удоб-

рений. Это позволяет одновременно решить проблемы связанные с накоплением, хранением отходов и со снижением плодородия почв. Свойства отходов при их внесении в почву обуславливают изменения в ее качественном составе.

Наибольший интерес представляют отходы сельского хозяйства. Именно они являются основным источником поступления органического вещества в почву, что одновременно способствует созданию и поддержанию условий для воспроизводства почвенного плодородия. Дополнением к органическим отходам могут служить некоторые отходы промышленности при создании сложных компостов. Получаемые органоминеральные смеси играют огромную роль в улучшении основных почвенных свойств (Гукалов, Мельник, 2010; БагазЫ, 2010; БПапуаДОЮ).

Сотрудниками кафедры общей биологии и экологии установлено, что при внесении в почву сложного компоста, представляющего собой смесь органических (навоз крупного рогатого скота (КРС), отходы растениеводства) и минеральных (фосфогипс — отход производства фосфорных удобрений) отходов повышается ее биологическая активность, интенсивнее идет разложение свежего органического вещества, улучшаются биологические, физические и агрохимические свойства почвы (Муравьев, Белюченко, 2008; Белю-ченко и др., 2011; Мельник и др., 2011; Белюченко, Никифоренко, 2012).

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Почвенная фауна в условиях агроландшафта и ее значение для почвообразования

Микроорганизмы. Черноземы активно населены микроорганизмами, среди которых имеются нитрификаторы, аммонификаторы, целлюлозораз-рушающие и др. Деструкция органических веществ, аммонификация, фиксация азота, выполняемые при непосредственном участии микроорганизмов, имеют большое значение для повышения плодородия почвы и способствуют лучшему развитию сельскохозяйственных культур (Мишустин, 1966).

Исследование и анализ микробных сообществ является немаловажным при разработке мероприятий по охране почв. Активизация большого числа биохимических процессов, происходящих в почвах, протекает при участии микроорганизмов. Увеличение численности популяций микроорганизмов способствуют лучшему обеспечению растений полезными веществами. Богатые микроорганизмами почвы более плодородны, в них наблюдается высокая биологическая активность (Мишустин, 1984).

Огромное воздействие на развитие почвенных микробных сообществ оказывают условия окружающей природной среды (Гукалов, Новопольцева, 2002; Мельник, 2006). Все экологические группы микроорганизмов проявляют достаточно сильные реакции на изменения почвенных условий и развитие их в целом связано тесными взаимоотношениями. Почвенные характеристики, получаемые в ходе проведения исследований, дают возможность в какой-то степени судить об условиях функционирования сообществ микроорганизмов, а также о многих физико-химических процессах происходящих с их участием (Волошина, 2009).

Рядом исследователей установлено, что внесение в почву растительных остатков (солома злаков, зеленая масса бобовых, ботва картофеля и т.д.) стимулирует развитие микроорганизмов. Однако, например, при разложении со-

ломы наблюдается недостаток азота по отношению к углероду, что отрицательно сказывается на развитии целлюлозоразрушающих бактерий, и они начинают усваивать минеральный азот почвы, что приводит к снижению его содержания (Туровцев, Краснов, 2005).

Ежегодное применение навоза оказывает заметное влияние на изменение микробиоценоза почвы. Использование минеральных и органических удобрений в почвах агроландшафтов приводит к значительному увеличению в почве численности сапрофитной микрофлоры. Ежегодное применение навоза на сельскохозяйственных полях сопровождается заметным повышением численности грибов, актиномицетов, нитрифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов. По име