Effect of agrochemicals based on animal by-products, sewage sludge on the nitrogen regime of sod-podzolic soil, productivity and macronutrient composition of cereals

Full Text

Введение

Отходы животноводства и осадки городских сточных вод являются одними из основных побочных продуктов производственной и антропогенной деятельности человека. Их использование в качестве основных компонентов агрохимикатов – один из главных приемов утилизации данных продуктов [1–5].

Разработка научно обоснованных экологически безопасных приемов использования подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и смеси осадка сточных вод (ОСВ) с опилками при производстве агрохимикатов, внедрение и совершенствование технологии их получения способствуют сокращению объемов накопленных и вновь образованных отходов в агропромышленном комплексе и в городском хозяйстве. Следует отметить, что в настоящее время утилизируется не более 10% ОСВ в качестве компонента удобрений [4], что связано с недостаточным внедрением современных технологий производства агрохимикатов на их основе, что не соответствует современным стандартам их использования [5].

Применение агрохимикатов на основе побочных продуктов животноводства и ОСВ проявляется в положительном их влиянии на агробиологические свойства почв, увеличении запасов органического вещества. Особенно отчетливо почвоулучшающие свойства данных агрохимикатов проявляются на песчаных, супесчаных и малоплодородных деградированных почвах [6, 7].

Цель работы – изучение действия и последействия агрохимикатов на основе подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и осадка городских сточных вод на азотный режим дерново-подзолистой почвы, продуктивность зерновых культур в звене севооборота и их макроэлементный состав.

Методика исследования

Исследование проводили в мелкоделяночном полевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве в 2022–2023 гг. в зерновом звене севооборота яровая пшеница – яровое тритикале в опыте в пятикратной повторности.

Для проведения исследования была выбрана дерново-подзолистая почва, сформировавшаяся на двучленных ледниковых отложениях. Горизонты Aпах и B1 представлены супесчаными отложениями, перекрывающими тяжелосуглинистые моренные образования.

Агрохимикаты на основе отходов животноводства получены путем мезофильно-термофильного компостирования подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета. Внесение полученных продуктов проводили весной 2022 г. под основную обработку почвы. Содержание макроэлементов в составе агрохимиката на основе подстилочного навоза КРС на сухое вещество: N_общ – 0.76, Р₂О_5общ – 0.55, K₂О_общ – 0.84% при рН_KCl 7.7 ед., в составе агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета на сухое вещество: N_общ – 2.68, Р₂О_5общ – 1.63, K₂О_общ – 1.93% при рН_KCl 7.8 ед.

Агрохимикат на основе ОСВ получен путем компостирования субстрата из компостной смеси механически обезвоженного ОСВ и опилок. Данный агрохимикат представляет собой структурированную массу темно-серого цвета с землистым запахом. Содержание азота в составе данного агрохимиката составляло на сухое вещество 0.7, Р₂О_5общ – 1.50, K₂О_общ – 0.36% при рН_KCl 7.5 ед.

Результаты и их обсуждение

В период вегетации зерновых культур в звене севооборота содержание минерального азота в пахотном слое почвы (0–20 см) характеризовалось наличием обеих форм минерального азота, находившихся в пропорциональной зависимости от доз агрохимикатов (табл. 1).

 

Таблица 1. Влияние агрохимикатов на динамику содержания форм подвижного азота в дерново-подзолистой супесчаной почве, мг/кг абсолютно сухого вещества (слой 0–20 см)

Вариант	Среднее содержание за вегетацию, мг/кг а. с. в.				Суммарное содержание N-NН4 + N-NO3, мг/кг а. с. в.
	N-NH4		N-NO3
	1	2	1	2	1	2
Контроль без удобрений	3.05	1.56	0.92	1.80	3.97	3.36
Агрохимикат на основе навоза КРС 7.5 т/га	4.18	1.82	1.34	2.14	5.52	3.96
Агрохимикат на основе навоза КРС 15 т/га	5.82	2.15	2.91	2.42	8.73	4.57
Агрохимикат на основе птичьего помета 7.5 т/га	15.50	2.27	11.70	2.05	27.20	4.32
Агрохимикат на основе птичьего помета 15 т/га	25.50	2.67	15.50	2.36	41.10	5.03
Агрохимикат на основе осадка сточных вод 15 т/га	8.85	1.94	0.98	2.08	9.83	4.02

Примечания. 1. а. с. в. – абсолютно сухое вещество. То же в табл. 3. 2. Дозы удобрения даны на сухое вещество. То же в табл. 2, 3. 3. В графе 1 – действие, 2 – последействие агрохимикатов.

 

При применении агрохимикатов в климатических условиях вегетационного периода 2022 г. отмечена отрицательная динамика содержания N-NH₄ в фазах вегетации яровой пшеницы с максимумом в фазе всходов. В вариантах с внесением агрохимикатов в фазе всходов содержание N-NH₄ достигало 4.93–50.2 мг/кг с максимумом в варианте с дозой агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета 15 т/га, что было обусловлено более высоким исходным содержанием в нем N_общ. В фазах кущения и колошения данная зависимость сохранялась. При этом содержание N-NH₄ в вариантах с агрохимикатами уменьшалось в фазе кущения до 4.56–19.4 мг/кг почвы, в фазе колошения – до 3.05–5.05 мг/кг почвы за счет разложения органического удобрения и обменных процессов в системе удобрение–почва в условиях низкой влажности и повышенной температуры, способствующих ускорению нитрификационных почвенных процессов. Для динамики содержания N-NO₃ в слое 0–20 см почвы в ходе вегетации выявлена аналогичная зависимость за счет прохождения нитрификационных процессов. При этом степень влияния агрохимикатов на содержание аммиачной и нитратной формы азота почвы зависела от их вида и была пропорциональна дозам удобрений.

В отличие от действия при последействии агрохимикатов наблюдали положительную динамику содержания N-NH₄ в фазах вегетации ярового тритикале при снижении его количества в фазе всходов по сравнению с действием агрохимикатов в зависимости от вида агрохимиката. В фазах кущения и колошения данная зависимость сохранялась. При этом содержание N-NH₄ в вариантах с агрохимикатами, в отличие от их действия, в 2022 г. достигало в фазе кущения 1.78–2.45 мг/кг почвы, в фазе колошения – 2.23–3.81 мг/кг. Выявленная зависимость определялась процессом биологической почвенной деструкции органической части агрохимикатов и интенсификацией обменных процессов в системе удобрение–почва в условиях повышенных влажности и температуры вегетационных периодов, способствующих ускорению нитрификационных почвенных процессов. При этом при последействии агрохимикатов на динамику содержания N-NO₃ в слое 0–20 см почвы, как и при их действии, выявлена в ходе вегетации обратная зависимость от содержания нитратного азота за счет прохождения нитрификационных процессов и использования N-NO₃ в ходе вегетации ярового тритикале. При этом степень влияния агрохимикатов на аммиачный и нитратный режимы почвы зависела от их вида и была пропорциональна дозам удобрений. Наиболее наглядно данная зависимость проявлялась на величине суммарного содержания форм азота почвы, максимум которой был выявлен при применении дозы агрохимикатов 15 т/га при максимуме в варианте с действием удобрения на основе птичьего помета (табл. 1). Если при действии агрохимикатов среднее за вегетационный период содержание N-NH₄ было равно 4.18–25.5 мг/кг, то при последействии – только 1.82–2.67 мг/кг. Аналогичная зависимость выявлена и для динамики содержания N-NO₃ в вариантах опыта. Все это нашло подтверждение во влиянии изученной группы агрохимикатов на суммарное содержание форм подвижного азота в слое 0–20 см почвы. При этом выявлено равноценное влияние агрохимикатов на основе подстилочного навоза КРС и ОСВ при дозе 15 т/га.

Оптимизация азотного режима почвы при действии и последействии изученных агрохимикатов способствовала повышению продуктивности как основной, так и побочной продукции культур звена севооборота. В частности, в условиях действия агрохимикатов прибавки продуктивности яровой пшеницы превышали уровень контроля в пропорциональной зависимости от доз удобрений на 37–97% при действии агрохимиката на основе подстилочного навоза КРС и на 85–106% – при действии агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета (табл. 2).

 

Таблица 2. Влияние агрохимикатов на продуктивность культур звена севооборота яровая пшеница – яровое тритикале, ц з. е./га

Вариант	Яровая пшеница			Яровое тритикале			Звено севооборота
	1	2	3	1	2	3	всего	прибавка
								ц/га	%
Контроль	10.9	3.4	14.3	12.7	4.1	16,8	31.1	–	–
Агрохимикат на основе навоза КРС, 7.5 т/га	15.0	3.8	18.8	16.6	6.4	23.0	41.8	10.7	34
Агрохимикат на основе навоза КРС, 15 т/га	21.5	5.7	27.2	21.4	8.2	29.6	56.8	25.7	83
Агрохимикат на основе птичьего помета, 7.5 т/га	20.2	5.8	26.0	21.8	8.1	29.9	55.9	24.8	80
Агрохимикат на основе птичьего помета, 15 т/га	22.5	6.4	28.9	32.1	11.4	43.5	72.4	41.3	133
Агрохимикат на основе осадка сточных вод, 15 т/га	20.1	6.0	26.1	20.8	7.7	28.5	54.6	23.5	76
НСР05	1.4	–	–	1.9	–	–	–	–	–

Примечание. В графе 1 – зерно, 2 – солома, 3 – сумма.

 

По действию агрохимиката на основе осадка сточных вод выявлено повышение продуктивности яровой пшеницы на 84%, что сравнимо с действием агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета в дозе 7.5 т/га по сухому веществу.

Данная зависимость обусловлена исходным агрохимическим составом агрохимикатов, а также их влиянием на азотный режим дерново-подзолистой супесчаной почвы (табл. 1).

Сохранявшееся при последействии повышенное влияние агрохимикатов на азотный режим и биологические свойства пахотного слоя почвы способствовало повышению продуктивности ярового тритикале. При этом прибавки его продуктивности превышали уровень контроля в пропорциональной зависимости при последействии агрохимиката на основе подстилочного навоза КРС на 31–68 и на 85–153% при последействии агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета. При последействии агрохимиката на основе ОСВ в дозе 15 т/га выявлено увеличение продуктивности ярового тритикале на 64%, что было сравнимо как с действием, так и последействием агрохимиката на основе подстилочного навоза КРС и подстилочного птичьего помета в дозе 7.5 т/га. Данная зависимость была обусловлена исходным агрохимическим составом агрохимикатов, а также их последействием на азотный режим дерново-подзолистой супесчаной почвы (табл. 1).

Следует отметить более высокую эффективность последействия агрохимикатов на продуктивность ярового тритикале в сравнении с действием. Данная зависимость была обусловлена более благоприятными погодными условиями вегетационного периода в 2023 г. с количеством осадков в мае и июле >100% от нормы при температуре, близкой к средней температурной норме. Этим определялось также отсутствие отрицательного эффекта от снижения содержания подвижного азота в слое 0–20 см почвы при последействии агрохимикатов в сравнении с их действием.

Влияние агрохимикатов на продуктивность побочной продукции было сравнимо с их действием и последействием на продуктивность основной продукции. В целом за звено севооборота максимальная прибавка, равная 133%, была получена в варианте с внесением агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета в дозе 15 т/га. При этом выявлена равнозначная эффективность действия на продуктивность агрохимикатов на основе подстилочного навоза КРС и осадка сточных вод, сравнимая с эффективностью агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета в дозе 7.5 т/га.

Влияние агрохимикатов на основе отходов животноводства и ОСВ на величину побочной продукции определялось их макроэлементным составом, периодичностью применения агрохимиката и климатическими условиями вегетационного периода, влияющими в комплексе на макроэлементный состав основной и побочной продукции. При этом содержание макроэлементов в биомассе яровой пшеницы не находилось в пропорциональной зависимости от доз и видов агрохимикатов в условиях их действия (табл. 3).

 

Таблица 3. Действие агрохимикатов на химический состав зерна яровой пшеницы

Вариант	Содержание,% а. с. в.
	в зерне			в соломе
	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O
Контроль	1.98	0.46	0.54	0.24	0.38	1.03
Агрохимикат на основе навоза КРС 7.5 т/га	1.53	0.62	0.51	0.24	0.32	1.03
Агрохимикат на основе навоза КРС 15 т/га	1.43	0.67	0.48	0.22	0.20	1.09
Агрохимикат на основе птичьего помета 7.5 т/га	1.62	0.46	0.34	0.32	0.20	1.14
Агрохимикат на основе птичьего помета 15 т/га	1.35	0.59	0.34	0.24	0.19	1.17
Агрохимикат на основе осадка сточных вод 15 т/га	1.53	0.66	0.49	0.24	0.32	1.13

 

Данная зависимость может быть объяснена эффектом ростового разбавления, наиболее выраженного в содержании азота в вариантах с агрохимикатами на основе навоза КРС и птичьего помета, и обусловленного существенным повышением урожайности яровой пшеницы с учетом вида и доз применения удобрений.

Близкая зависимость выявлена при последействии изученных видов агрохимикатов на содержание макроэлементов в биомассе ярового тритикале. В наибольшей степени наличие ростового разбавления было выражено в макроэлементном составе основной продукции, особенно в содержании N и P₂O₅.

Заключение

Таким образом, при действии и последействии технологически различных видов агрохимикатов выявлено их положительное влияние на азотный режим дерново-подзолистой супесчаной почвы, продуктивность и макроэлементный состав зерновых культур звена севооборота.

Степень влияния агрохимикатов на аммиачный и нитратный режимы почвы зависела от их вида и была пропорциональна дозам удобрений. Наиболее наглядно данная зависимость проявлялась в величине суммарного содержания подвижных форм азота почвы. Максимальное их содержание отмечено при дозе агрохимикатов 15 т/га в варианте с действием удобрения на основе птичьего помета.

Влияние агрохимикатов на продуктивность основной продукции в зерновом звене севооборота определялось их влиянием на азотный режим почвы в разных фазах вегетации культур и погодными условиями вегетационного периода. Вследствие этого максимальная продуктивность зерновых культур получена при действии и последействии агрохимиката на основе подстилочного птичьего помета при сравнимой эффективности равноценных доз агрохимикатов на основе подстилочного навоза КРС и ОСВ.

В ходе проведенного исследования показано наличие эффекта ростового разбавления в содержании макроэлементов в основной и побочной продукции зерновых культур звена севооборота.

About the authors

V. A. Kasatikov

Verkhnevolzhsky FASC

Author for correspondence.
Email: kasv47@yandex.ru

All-Russian Research Institute of Organic Fertilizers

Russian Federation, ul. Pryanishnikova 2, d. Vyatkino, Sudogodsky district, Vladimir region 601390

N. P. Shabardina

Verkhnevolzhsky FASC

Email: kasv47@yandex.ru

All-Russian Research Institute of Organic Fertilizers

Russian Federation, ul. Pryanishnikova 2, d. Vyatkino, Sudogodsky district, Vladimir region 601390

References

Supplementary files