ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В настоящее время продолжает оставаться актуальной проблема утилизации навоза, который, накапливаясь в огромных количествах вокруг животноводческих ферм, представляет реальную опасность загрязнения окружающей среды вредными газами, нитратным азотом, семенами сорных растений, патогенными микроорганизмами. Вместе с тем отходы животноводства при соответствующей подготовке являются ценным удобрением, использование которого обогащает почву гумусом, улучшит её агрофизические свойства частично, возвращает элементы питания, отчужденные с растительной продукцией. Одним из методов этой подготовки является вермикульти-вирование. Вермикультивирование - это разведение червей с целью получения биомассы - продукта переработки червями навоза и других органических отходов. Одна тонна органических отходов при переработке ее червями дает 600 кг органического удобрения и 100 кг биомассы червей, кроме того, биомасса червей содержит большое количество протеина. Она эффективна при выращивании рыбы, уток, кур, производстве яиц.
В настоящее время проблеме вермикультивирования как в теоретическом, так и в практическом плане уделяется большое внимание в США, Германии, Японии, Австралии и других странах. В последние годы развитие вермикультивирования поставило вопрос о разработках рекомендаций по применению вермикомпоста в сельском хозяйстве, в частности при выращивании сельскохозяйственных культур.
Цель исследований: установить эффективность вермикомпоста в качестве органического удобрения под гречиху и подсолнечник на чернозёме обыкновенном Окско-Донской равнины.
Задачи исследований:
• выявить действие возрастающих доз вермикомпоста на содержание воды, минерального азота, подвижного фосфора, обменного калия и плотность почвы в слое 0-100 см;
• установить закономерности действия возрастающих доз вермикомпоста на продуктивность гречихи и подсолнечника, оплату удобрения прибавками урожая, дать энергетическую оценку эффективности и различных доз удобрения;
• определить вынос биологическим урожаем культур и баланс основных элементов минерального питания в системе почва-растение-удобрение;
• изучить действие различных доз вермикомпоста на технологические качества семян, медопродуктивность гречихи и подсолнечника, а также накопление рутина в зелёной массе гречихи.
Научная новизна: Впервые установлено действие возрастающих доз вермикомпоста на основные агрохимические параметры чернозёма обыкновенного Правобережья Саратовской области, абсолютный и относительный вынос биологическим урожаем и баланс основных элементов минерального питания, величину и качество урожая семян и медопродуктивность подсолнечника и гречихи, а также накопление рутина в зелёной массе гречихи.
Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по использованию вермикомпоста в качестве органического удобрения при внесении осенью под основную обработку почвы, что обеспечивает формирование урожаев семян подсолнечника 1,08-1,32т, семян гречихи 1,51-1,91 т/га с высоким качеством. Рекомендации внедрены на площади 150 га в хозяйствах Балашовского района Саратовской области.
Положения, выносимые на защиту:
• особенности действия возрастающих доз вермикомпоста на содержание и динамику подвижных форм основных элементов минерального питания в слое почвы 0-100 см;
• закономерности формирования величины и качества урожая семян подсолнечника и гречихи при различных дозах вермикомпоста;
• особенности формирования количественных показателей абсолютного и относительного выноса биологическим урожаем культур и баланса основных элементов минерального питания в системе почва-растение-удобрение при различных дозах вермикомпоста;
• влияние различных доз вермикомпоста на медопродуктивность подсолнечника и фечихи, накопление рутина в зелёной массе гречихи.
ГЛАВА I. УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ПРИ ВНЕСЕНИИ ВЕРМИКОМПОСТА
(обзор литературы)
Сильно измененные естественные экосистемы и вновь созданные человеком искусственные характеризуются небольшим количеством возвращающейся в круговорот органической материи. Большое изъятие первичной продукции ведет к разрушению экосистемы (Ерёмин, 1990; Чичерин, Терещенко, 1996). По данным ВНИПТИОУ на сегодняшний день во всех почвенно-климатических зонах страны отмечен отрицательный баланс гумуса. О потере гумуса почвами в процессе их сельскохозяйственного использования свидетельствуют результаты многочисленных научных исследований (Щербаков, 1983; Ванин, 1984; Державин, 1988; Блохин, 1994,1997). Для приостановления убыли органического вещества необходимо ежегодно вносить не менее 8-10 т/га органических удобрений в виде навоза, а для обеспечения бездефицитного баланса гумуса до 12 тонн на 1 га (Александрова, 1970). В то же время по данным Минсельхоза России в 1994 году было внесено только 1,2 т/га органических удобрений (Агрохимпаспорт РФ, подготовленный комитетом Главхимзащиты, 1994). Такая ситуация с небольшими отклонениями в ту или иную сторону повторяется и до настоящего времени, что, безусловно, приводит к дальнейшему обеднению почвы гумусом.
К основным проблемам, не позволяющим широко использовать активное органическое сырье, относятся:
- большая влажность отходов животноводства и птицеводства, присутствие в них патогенной микрофлоры и возбудителей различных болезней;
-наличие большого количества семян сорных растений, снижающих эффективность применения свежего навоза и помёта;
-усиление в почве денитрификационных процессов, способствующих
8
потерям азота почвы;
- экономическая нецелесообразность использования больших доз навоза на полях, удаленных от мест складирования более чем на 5 км;
- неприятный запах, не позволяющий использовать свежий навоз вблизи жилья.
Поэтому подготовка органосодержащих отходов к использованию в качестве органического удобрения является обязательным приёмом
1.1 Агрохимическая и биологическая характеристика вермикомпоста как органического удобрения
Переработка навоза сельскохозяйственных животных и растительных отходов методом вермикомпостирования позволяет получить качественно новое биологически активное органическое удобрение - вермикомпост.
Исследованиями установлено, что вермикомпост имеет многостороннее положительное действие на агрохимические, физико-химические и биологические характеристики почв. В вермикомпосте, как и в навозе, аккумулировано большое количество макро- и микроэлементов, усваиваемых расте-ниями, имеется ряд ростовых веществ, витаминов, антибиотиков, 18 аминокислот и полезная микрофлора. Химическое действие вермикомпоста нейтральное. В результате того, что вермикомпост содержит комплекс полезных веществ, он может быть использован для удобрения всех сельскохозяйственных культур
В процессе переваривания органического вещества в кишечнике червей формируются гумусовые вещества. Концентрация их в копролитах червей, питающихся навозом, в несколько раз выше, чем в исходном суб-, страте (Дарвин, 1929). Степень переработки дождевыми червями раститель-
ных остатков более высокая по сравнению с другими сапрофагами. При этом
коэффициент гумификации субстрата составляет 15-25%, в то время как для навоза он составляет не более 10%. За счет интенсивной ферментации вер-микомпост содержит большое количество биологически активных веществ (ауксинов, гетероауксинов и др.), которые значительно снимают стресс растений, особенно рассады при высадке в поле, усиливают приживаемость, ускоряют прорастание семян, повышают устойчивость растений к заболеваниям, влияют на рост и развитие растений, тем самым способствуют получению ранней продукции высокого биологического качества, пригодной к длительному хранению. Вермикомпост обладает и другими ценными свойствами, такими как большая влагоемкость, влагостойкость, гидрофиль-ность, механическая прочность, отсутствие семян сорных растений (Мерзлая, 1996).
В среднем агрохимические свойства вермикомпоста можно представить так: содержание сухой органической массы - 40-60%; гумусовых веществ - 10-12%; рН-6,5-7,2%; общего азота от 0,9 до 3,0%; общего фосфора от 1,3 до 4,1%; общего калия от 1,2 до 4,8%; железа от 0,5 до 2,5%; меди -3,5-5,1 мг/кг; марганца - 60-80 мг/кг; цинка -28-35 мг/кг; влажность - 40-50%; бактериальная флора - 1,2 - 2 х 1012 колоний/г или до 20000 миллиардов колоний в 1 г вермикомпоста.
Элементы питания находятся в органической форме, более надежно сохраняются от вымывания и при достаточно высоких дозах удобрения служат источником пролонгированного действия вермикомпоста. При внесении вермикомпоста, характеризующего высокой буферностью, он не создает избыточной концентрации солей в почвенном растворе, что происходит при внесении высоких доз минеральных удобрений.
10
Таблица 1.1.1
Содержание элементов питания в вермикомпосте по сравнению с коровьим навозом на соломенной подстилке в зависимости от степени разложения,
% на сырое вещество:
Удобрение Общий азот ' Общий Р2О5 Общи
Навоз:
свежий 0,45 0,19 0,50
полуперепревший 0,52 0,21 0,60
перепревший 0,60 0,36 0,80
перегной 0,71 0,40 0,91
Вермикомпост (УСХА) 1,04 1,00 1,20
Вермикомпост Израиля 0,80 1,00 0,39
Вермикомпост ВНР 0,78 0,90 1,10
Вермикомпост ПРН 0,80 1,00 0,35
Вермикомпост (Ивано-
Франковская область 0,84 1,50 0,90
По данным итальянских исследователей особую ценность вермикомпо-стам придают гуминовые кислоты, содержание которых колеблется от 5,6 до 17,6% на сухое вещество. Цены на вермикомпост в Италии устанавливают в основном по содержанию гуминовых кислот (Покровская, 1993). В верми-компостах, кроме разложившихся отходов, содержится и определенное количество отмерших червей, что также повышает их ценность.
Результаты химических анализов показали, что вермикомпост содержит в легкоусвояемой форме все необходимые для растений вещества. Он имеет оптимальную рН, содержит богатейшую флору бактерий. По сравнению с другими органическими удобрениями вермикомпосты содержат значительно больше подвижных элементов питания: усвояемого калия - в 10-11 раз, фосфора - в 7 раз, кальция и магния - в 2 раза. Питательные вещества
11
вермикомпоста медленно растворяются в воде и, таким образом, могут длительное время обеспечивать растения питанием.
В вермикомпосте по сравнению с исходным органическим субстратом увеличивается численность агрономически полезных групп микроорганизмов: аммонифицирующих, нитрифицирующих и целлюлозоразрушающих. В кишечнике червей происходит массовое размножение некоторых групп микрофлоры (Бисенгалиев, 1990). Состав микрофлоры в кишечнике разных видов зависит от состава пищи. У видов, питающихся слаборазложившимися растительными остатками, преобладают флюорестирующие бактерии. В дальнейшем в ходе естественной сукцессии микроорганизмов в растительных остатках увеличивается количество споровых форм и актиноми-цетов. Вследствие этого в копролитах червей стимулируются минерализация органики и размножение почвенных грибов. Так, в копролитах плотность пе-нициллиума выше, чем в окружающей почве.
Уровень микробиальной активности зависит от численности дождевых червей (Блохин, 1997). Анализ микробиологических свойств готового вермикомпоста, приготовленного из отходов производства шампиньонов, показал, что это - продукт с достаточно стабильным микробным сообществом. При естественной влажности (около 74%) он характеризуется определенной пропорцией микробной биомассы: 63-71% - грибной мицелий; 21-28% - споры грибов и дрожжеподобные организмы; 5,6-6,7% - бактерии; 2,8 - 3,2% - мицелий актиномицетов. В отличие от исходного субстрата и навоза в вермикомпосте снижается доля грибного мицелия. В группе бактерий доминируют представители актиномицетной линии; среди грибов преобладают активные целлюлозоразрушающие виды, которые не токсичны и не патогенны для растений, а, напротив, обладают антагонистическим эффектом по отношению к фитопатогенным микроорганизмам (Дедов, Костычев, 1997).
В отличие от исходного субстрата навоза вермикомпост обладает существенными агрономическими преимуществами перед традиционными ор-
12
ганическими удобрениями. Он превосходит их по влагоемкости и влагостойкости, структурированности, содержанию гуминовых кислот. Вермикомпост содержит все необходимые для растения питательные вещества в легко усваиваемой для растений форме, что выгодно отличает его от других органических удобрений - питательные вещества навоза начинают усваиваться через 1 год, перегноя - через 6 месяцев (Калинина, Чертов, 1998).
По данным итальянских исследователей особую ценность вермикомпо-стам придают гуминовые кислоты, их содержание колеблется от 5,6 до 17,6% на сухое вещество. Исследования свидетельствуют о том, что при вермиком-постировании процесс гумификации органических отходов осуществляется более быстрыми темпами и носит более глубокий характер, чем при обычном компостировании (Игонин А.Н.,1991). Внесение таких компостов стимулирует биохимические почвенные процессы, повышает численность обитателей почвы. Многочисленные азотфиксирующие бактерии в капролитах червей обусловливают образование доступных для растений соединений азота (Куд-ряшоваИ.В., 1973, 1980. 1987, Пономарева, 1952).
Черви участвуют в переходе азота растительных остатков в формы, легкоусвояемые растениями. Активно потребляя органические вещества, они способны утилизировать весь содержащийся в них азот, но быстро возвращают его в окружающую среду в виде аммиака, мочевины, слизи и собственных трупов. Большая часть азота превращается в аммоний и нитраты. Увеличивается количество подвижных форм фосфора, калия и магния. По мере уменьшения частиц субстрата возрастает его влагоемкость, достигая уровня сравнимого с торфом (Лебедев, 1969; Макфедьян, 1965; Лакин, 1980). Минеральные частицы, склеенные слизистыми выделениями червей, почти не разрушаются водой, содержат элементы минерального питания растений и гумус (Малевич, 1950; Пономарева, 1950, 1952). Питательные вещества в вер-микомпосте сбалансированы, что положительно влияет на рост растений. Присутствующие в нем микроорганизмы-деструкторы способствуют разло-
13
жению агрохимикатов, пестицидов (Пономарева, 1952; Мамытов, 1953; Ри-женко, 1992).
Наряду с положительными отзывами о вермикомпостах, появились публикации, авторы которых скептически относятся к утверждениям о больших преимуществах вермикомпостов перед компостами, полученными традиционными способами. Специалисты опытной станции изучения фауны и почвы в Дижоне (Франция) подвергли критическому анализу имеющиеся сведения о свойствах вермикомпостов и обычных компостов по различным параметрам. Они сделали заключение о том, что "удивительные" свойства вермикомпоста объясняются методическими погрешностями в проведении опытов. Эти авторы видят достоинство вермикультуры только в ускорении созревания компостов (Кодолова, 1993). Специалисты Международной ассоциации по использованию природных ресурсов считают необходимым проявлять осторожность в развитии вермикомпостирования. Ни полученный этим методом компост, ни корм из червей не могут по ряду причин конкурировать с традиционными органическими удобрениями и кормами (Игонин, 1990). Битюцкий М.Т. и др. (1998) отмечают снижение биологической активности вермикомпоста по сравнению с обычным компостом и отсутствие усиления стимулирующего действия на прорастание семян культурных растений водных экстрактов из вермикомпоста.
1.2 Влияние вермикомпоста на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
О влиянии вермикомпоста на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур свидетельствуют результаты многочисленных исследований полученных как за рубежом, так и в нашей стране (Васько, Венг-V рии, 1996). Внесение в почву вермикомпоста способствует оструктурирова-нию почвы, повышает ее биологическую и ферментативную активность, увеличивает содержание доступных элементов питания. Так, внесение в серую лесную почву северной лесостепи Украины вермикомпоста (3 т/га) и навоза
14
(15 т/га) при выращивании томатов способствовало увеличению численности микроорганизмов, которые утилизируют минеральный азот. Коэффициент минерализации азота во всех вариантах применения вермикомпоста и навоза находился в пределах от 1,4 до 1,8, тогда как в варианте внесения одних минеральных удобрений он составил 2,58. Более низкий коэффициент указывает на сбалансированность в почве деструкционных и иммобилизационных процессов. Дальнейшими исследованиями (Вызова, 1978) установлено, что содержание свободноживущих азотфиксаторов возрастало при внесении вермикомпоста и превышало контрольное на 24...30%.
Численность микроорганизмов рода Нокардиа, участвующих в разложе нии гумусовых соединений, в вариантах применения вермикомпоста (3 т/га) была в 1,3 раза меньше по сравнению с контрольной. Однако при внесении 25 т/га навоза этот показатель был выше в 1,9 раза. Численность сапрофитных грибов в вариантах применения вермикомпоста была в 1,2...2 раза ниже, чем в других вариантах опыта.
Подобные результаты положительного влияния вермикомпоста на активность почвенной микрофлоры получены в полевых опытах, проводимых на дерново-подзолистой супесчаной почве опытного поля во Владимирской области. Численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов, осуществляющих первую стадию гумификации органического вещества, возрастала в 1 - 2 раза. Степень разложения ткани в вариантах внесения вермикомпоста была в 2,1 раза выше контрольной. Последствие вермикомпоста на биологическую активность почвы более продолжительное, нежели навоза.
Четырехлетний опыт изучения влияния вермикомпоста (1,5-3 т/га) на микробиологическую активность черноземной почвы при выращивании кукурузы был проведен в Дебреценском аграрном университете под руководством профессора Хелмеци Бёлажа (Венгрия). По его результатам с применением вермикомпоста увеличилась численность наиболее важных физиологических групп микроорганизмов (общее количество бактерий, аммони-
15
фицирующих, нитрифицирующих, целлюлозоразлагающих). Наиболее заметное увеличение, за исключением нитрифицирующих бактерий, наблюдалось при внесении 3 т/га вермикомпоста.
С внесением вермикомпоста изменяется и ферментативная активность почвы, так как почвенные ферменты являются биологическими катализаторами превращений органического вещества почвы. Каждому виду ферментативной активности в почве соответствует определенный оптимум рН. Поскольку получаемый вермикомпост в большинстве случаев имеет рН в пределах от 6,8 до 7,2, то при его внесении создаются благоприятные условия для развития уреазы, протеазы, дегидрогеназы, полифенолоксидазы и катала-зы, оптимальная активность которых наступает при рН от 6,3 до 7,2.
В опытах, которые проводились в 1989-1991 гг. в производственных условиях колхоза «Радянська Украина» Богородченского района Ивано-Франковской области, изучалось влияние вермикомпоста на урожайность льна-долгунца. Опыты закладывали на дерново-среднеподзолистой пылева-то-супесчаной, поверхностно оголённой почве. Исходя из агрономических показателей почвы и биологических требований льна-долгунца к режиму питания, эффективность вермикомпоста определяли в сравнении с внесением сухих минеральных и жидких комплексных удобрений в оптимальных дозах по питательным элементам. Наиболее эффективной оказалась доза вермикомпоста 5 т/га. Способ внесения - поверхностный, под предпосевную культивацию. По сравнению с контрольным вариантом (без удобрений), прибавка урожая льносоломы составила 16,1 ц/га, а по сравнению с применением минеральных удобрений - 6,7...7,8 ц/га. Качество ее улучшилось на 0,25...0,5 номера. Урожайность семян была выше по сравнению с контрольной на 1,2 ц/га, а на участках с внесением минеральных удобрений - на 0,4...0,7 ц/га.
Если на контрольном участке и участках, обработанных минеральными удобрениями, образовалась корка, то там, где вносили вермикомпост, она практически отсутствовала. Это способствовало повышению полевой всхо-
16
жести семян на 7,8%. Здесь же наблюдалась и лучшая сохранность растений к уборке: за время вегетации выпало лишь 5% растений против 8% на контрольных участках и 9-10% при удобрении льна минеральными удобрениями. Создание более благоприятных условий для роста и развития льна при удобрении его вермикомпостом обеспечило получение высокорослого стебля. Высота превышала контрольную на 17,1 см и на 19,9 см - высоту льна, выращенного на минеральной подкормке. При этом растения имели большое число коробочек и семян в них.
Изучение влияния вермикомпоста на рост и развитие рассады огурцов и томатов в закрытом грунте в Ивано-Франковской области показало, что уже через 3 дня после появления всходов высота контрольных растений огурцов в среднем составила 42мм, а в вариантах с вермикомпостом - 58,6 мм. Количество растений, у которых второй настоящий лист появился на 10-й день выращивания на контрольном участке, составляло от общего количества растений на единице площади 17,5%, а при дозах вермикомпоста 1...10 кг/м2 -100%, при 15 кг/м2 - 79,5%, толщина подсемядольного колена -соответственно 5,2, 7,7...8,5 и 7 мм (Городний, Мельник и др., 1990).
В течение 1989-1992 гг. Мельником И.А., Гуцуляком В.Д. проводилось исследование по влиянию различных доз и способов внесения вермикомпоста на величину урожая и качество ранней капусты и перца сладкого. Полевые опыты закладывали в колхозе имени Фрунзе Тлумачского района Ивано-Франковской области (Городний, Ковалев и др., 1990), сорт белокочанной ранней капусты Дымерская 7, сорт перца Кристалл. Почва опытного участка - темно-серая оподзоленная. Химические средства защиты растений не применяли. Опытами с капустой установлено, что из испытуемых четырех доз вермикомпоста (3 т/га, 6 т/га, 9 т/га, 12 т/га), вносимого под культивацию, оптимальной является 9 т/га. Внесение вермикомпоста в оптимальной дозе обеспечило прибавку урожая в 5,9 т/га по сравнению с контролем (традиционная система удобрения). Увеличение дозы вермикомпоста до 12 т/га не
17
обеспечило достоверной прибавки урожая. Применение вермикомпоста под культивацию в более низких дозах (3-6 т/га) также обеспечивает достоверную прибавку урожая по сравнению с традиционной системой применения удобрений. Так, внесение вермикомпоста в дозе 3 т/га способствовало повышению урожайности капусты на 9,0% и в дозе 6 т/га - на 28,6%. Изучение локального внесения вермикомпоста под капусту в дозах 50 и 100 г в лунки и 75 г в торфоцеллюлозные горшки показало, что наиболее эффективным является внесение в лунки в дозе 100 г. При таком использовании вермикомпоста урожайность повышалась на 50 т/га по сравнению с контролем.
Высокий положительный эффект от внесения вермикомпоста получен в опытах с перцем сладким. Оптимальной дозой для внесения под культивацию является 6 т/га, которая обеспечивает прирост урожая на 86%. Локальное внесение вермикомпоста в лунки в дозах 50, 100 и 150 г повышало урожайность на 40-60%. Оптимальной дозой для внесения в лунки является 100 г под растение. При этом содержание нитратов в плодах снижается на 27-34,5%.
Вермикомпосты наиболее рационально использовать в овощеводстве, особенно в тепличных сооружениях. Польские специалисты считают, что •J наиболее высокий эффект вермикомпосты' дает при внесении 2-3 т/га полезной площади теплиц. При такой дозе внесения обеспечивается хорошее развитие растений. Они меньше поражаются различными болезнями. При соблюдении всех агротехнических мер обеспечивается высокий урожай овощных культур. В продукции нет избытка нитратов и тяжелых металлов.
СМ. Мороз, Г.С. Руденко (1993) из института картофелеводства Украины изучали эффективность вермикомпоста при выращивании картофеля в условиях Полесья Украины. Очень эффективным оказалось локальное внесение вермикомпоста в дозе 4,5 т/га под среднеранний сорт «Свитанок Киевский». Можно сказать, что локальное внесение вермикомпоста равноценно внесению 25 т/га навоза вразброс. Окупаемость 1 т вермикомпоста урожаем

Получить работу