Современное земледелие решает проблему повышения продуктивности агроценозов путем оптимизации применения различных видов органических и минеральных удобрений в комплексе с другими агротехническими приемами. При этом эффективное применение удобрений является одной из приоритетных задач земледелия. Научно обоснованная система удобрения должна обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур с оптимальными показателями качества продукции, сохранение или дифференцированное повышение плодородия почвы при соответствии требованиям экологической безопасности охраны окружающей среды.
Кукуруза – одна из важнейших и высокоурожайных культур в современном мировом земледелии, которая используется в разных отраслях. На продовольствие во всем мире употребляется около 20% зерна кукурузы. В настоящее время она возделывается в 60 странах, общая посевная площадь в мире составляет 142,7 млн га, а ежегодный урожай зерна – более 450 млн т. Основным регионом возделывания кукурузы в России является юг страны.
Как пропашная культура кукуруза – хороший предшественник в севообороте, способствует улучшению фитосанитарного состояния полей, почти не имеет общих с зерновыми культурами вредителей и болезней. Кукуруза очень требовательна к уровню плодородия почвы, в связи с чем рекомендуется вносить под нее органические удобрения в норме не менее 40 т/га.
В связи с этим в настоящее время ведется поиск приемов оптимизации агрономических свойств почв, в том числе использования различных форм органоминеральных удобрений, обеспечивающих улучшение физико-механических свойств черноземов: водно-воздушного режима, биологической активности. Для этих целей можно использовать компосты нейтрализованного фосфогипса с отходами животноводства, коневодства и птицеводства. Оптимальное содержание фосфогипса в компосте должно составлять от 10 до 25%. На 1 га пашни следует вносить с компостом в среднем 2,0-3,5 т/га фосфогипса.
Методика проведения исследований
Опыт закладывался в КФК «Коробка» Динского района Краснодарского края. В районе числится более 110,5 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения, в том числе пашни – более 82 тыс. га. Вся площадь пашни используется. По итогам 2014 г. продуктивность пашни района составила 54,2 ц/га условных зерновых единиц (усл. зерн. ед.), что соответствует уровню 2013 г., но в 2 раза выше значения 2012 г., который был неблагоприятным по погодным условиям (до 2012 г. значение этого показателя выше 50 ц/га усл. зерн. ед. не наблюдалось).
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный, характеризуется высокой водопроницаемостью, гигроскопичностью и низкой влагоемкостью. Пахотный слой почвы имеет следующие агрохимические характеристики: мощность гумусового слоя – 147 см, содержание гумуса – 3,42% (на глубине 150 см уменьшаясь до 0,7%), общего азота – 0,16-0,18%, валового фосфора – 0,19%, подвижного – 25-27 мг/кг почвы, валового калия – 1,5-2,0%, рНн2о – 6,8-7,0; гидролитическая кислотность почвы – 1,8-2,0 мг-экв. на 100 г; сумма поглощенных оснований – 33,0-34,3 мг-экв. на 100 г; степень насыщенности почв основаниями – 93,4-98,0%. Запасы органических веществ составляют 500-600 т/га. Содержание физической глины – 60-65%. Плотность верхнего горизонта почвы – в среднем 1,32 г/см3, удельная масса твердой фазы почвы – 2,62 г/см3, порозность – 45-50%, коэффициент структурности колеблется в пределах 1,6-2,4. Содержание физической глины (< 0,01 мм) в пахотном слое достигает 63,9%; ила – до 39,9%; песка – до 6,3%. Распределение фракций по профилю равномерное. Пахотный слой почвы подвержен процессам интенсивной дегумификации при одновременном уменьшении мощности гумусового горизонта А.
В опыте высевался гибрид Кубанский 250 СВ, среднеранний – ФАО 250. Созревает к прямому комбайнированию в Центральной зоне Краснодарского края в конце августа-начале сентября. Рекомендуемая густота к уборке в Центральной климатической зоне Краснодарского края 60 тыс. растений на 1 га, в Северной – 40 тыс/га.
Полевой опыт включал 3 варианта : 1) контроль – минеральные удобрения N60; 2) полуперепревший навоз КРС (20 т) + N60; 3) органоминеральный компост на основе фосфогипса (ОМК). Повторность опыта 4-кратная; размещение вариантов рендомизированное. Площадь делянки 4000 м2 (40 100 м).
Органоминеральный компост составлен из полуперепревшего навоза КРС (20 т) и нейтрализованного фосфогипса (3,0 т). Компостирование нейтрализованного фосфогипса и навоза проводили в весенне-летний период в течение 4,0-4,5 месяцев. Предлагаемый прием получения органоминерального компоста обеспечивает снижение бес¬полезных потерь азота и органического вещества. При чередовании слоев навоза КРС (или других сельскохозяйственных отходов) с фосфогипсом происходит поглощение аммиака в связи с обменом катионов фосфогипса на ионы аммония, при этом усиливается активность микрофлоры и снижается численность гельминтов. Такой прием прост, энергоэкономичен, позволяет за короткий срок получить высокоэффективное удобрение пролонгированного действия, повышающее плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур и улучшающее качество их продукции. Реализация такой системы удобрений в технологии возделывания сельскохозяйственных культур является экологически и экономически перспективным способом утилиза¬ции как фосфогипса, так и органических отходов (навоз КРС, конский и свиной, птичий помет, растительные остатки, солома, листовой опад и т.д.), что позволит кардинально решить проблему охраны окружающей среды и улучшения свойств почвы с одновременным повышением количественных и качест¬венных параметров продуктивности сельскохозяйственных культур.
Фосфогипс является побочным продуктом химической (экстракция фосфорной кислоты) обработки природных Ковдорских апатитов Кольского полуострова и характеризуется высокой дисперсностью, значительной концентрацией серы, кальция, кремния и фосфора (табл. 1).
Таблица 1. Химический состав нейтрализованного фосфогипса
Многолетними исследованиями эффективности применения фосфогипса в орошаемом и богарном земледелии Краснодарского края выявлено его комплексное воздействие на почву и, следовательно, на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.
Малая растворимость фосфогипса обуславливает длительный эффект воздействия на почву и его биологическую активность. Способность фосфогипса сохранять высокую стабильность при его внесении в почву в дисперсном состоянии, медленно трансформируясь в органоминеральные соединения, является его важным и весьма ценным в практическом отношении свойством по поддержанию благоприятных для живых организмов физических, химических и химико-биологических характеристик субстрата.
Рис. Эффективность и направленность действия нейтрализованного фосфогипса
Физические и химико-биологические свойства фосфогипса стабилизируют развитие природной среды, благоприятствуя сохранения в почве органического вещества, и замедляют его минерализацию. Снижение скорости минерализации органического вещества в почве обеспечивает более скромное расходование органического и минерального азота и стабилизирует их соотношение.
Важнейшим путем стабилизации органического вещества в почве является агрегация ее частиц. Основной механизм агрегации при внесении фосфогипса определяется образованием органоминерального комплекса через связывание лабильных органических веществ достаточно устойчивых агрегирующих образований (прежде всего гуминовых веществ) с микрочастицами фосфогипса.
Чередование культур в полевом опыте в годы исследований было следующим: кукуруза (2007) – озимая пшеница (2008) – сахарная свекла (2009) – кукуруза (2010) – озимая пшеница (2011) – кукуруза (2012).
Обсуждение результатов
Наиболее эффективно применение нейтрализованного фосфогипса в сочетании с навозом, обеспечивающее прочность образуемых агрегатов и насыщающее почву питательными элементами (Р2О5, S, Si, Са и микроэлементы). Фосфогипс, в силу своих высоких коагуляционных свойств, повышает устойчивость органоминеральных комплексов и питательных веществ к выщелачиванию из почвы.
Результаты исследований показали, что на контроле содержание общего азота варьирует в пределах 0,2-0,4±0,02%, а с внесением ОМК – 0,3-0,5±0,02%.
В связи с особой значимостью содержания органического вещества в почве, необходим постоянный агрохимический контроль за направленностью процессов гумусообразования. Сложность определения баланса гумуса затрудняется тем, что в почве одновременно происходят два разнонаправленных процесса: синтез и распад органического вещества, и особенно гумусовых веществ. При преобладании процессов синтеза над разложением баланс гумуса будет положительным, при преобладании процессов разложения – отрицательным. Исключить полностью минерализацию гумуса невозможно. Для обеспечения расширенного воспроизводства гумуса необходим приход в почву органического вещества в виде корневых и пожнивных остатков, а также различных видов органических удобрений, что обеспечит снижение масштабов минерализации гумуса.
Введение в систему удобрения ОМК в наших исследованиях способствовало увеличению содержания органического вещества на 5,6%.
Как отмечает ряд отечественных и зарубежных исследователей, соединения фосфора в почве находятся между собой в динамичном взаимодействии, при котором возможен взаимообмен между доступными и труднорастворимыми фосфатами. Внесение ОМК на основе фосфогипса обусловило увеличение содержания подвижного Р2О5 на 10-12%, одновременно отмечено изменение реакции почвенной среды с 6,8-7,1±0,1 до 6,2,-6,4±0,2, а на контроле – с 7,3 до 6,8.
Выявлено положительное влияние ОМК на биологическую активность чернозема: увеличивается количество нитрифицирующих бактерий, происходит консервация азота в аммонийной форме, сокращаются его потери вследствие денитрификации и вымывания, что обеспечивает увеличение уровня использования почвенного азота растениями кукурузы и, следовательно, формирование большей надземной и корневой массы растений (табл. 2).
Таблица 2. Влияние органоминерального компоста на численность микроорганизмов в посевах кукурузы
Выявлена различная интенсивность процесса нитрификации: при внесении минеральных удобрений и навоза процесс нитрификации в почве протекает более интенсивно (титр равен 10-5), при внесении ОМК титр нитрифицирующих бактерий снижается и отмечен на уровне 10-3. Следовательно, органоминеральный компост ингибирует развитие нитрифицирующих бактерий. Однако активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов существенно выше в условиях внесения в почву органоминерального компоста.
Внесение органоминерального компоста в почву способствовало изменению содержания влаги (табл. 3).
Таблица 3. Влияние органоминерального компоста на водный режим почв
Существенные изменения выявлены при внесении ОМК в оструктуренности почв (табл. 4).
Таблица 4. Изменение оструктуренности выщелоченного чернозема при различных формах удобрений (содержание агрегатов, %)
Внесение ОМК способствовало уменьшению плотности почвы от 1,34±0,01 до 1,15±0,01 г/см3 и увеличению пористости от 45,8±0,4 до 53,4±0,6%.
Выявлено положительное влияние ОМК на рост, развитие растений и корневой системы: увеличились длина и масса початков, количество зерен в початке, масса 1000 зерен и, следовательно, продуктивность. Масса 1000 зерен на контроле по годам выращивания кукурузы (2007, 2010 и 2012 гг.) составила 228,2, 241,6 и 219,7 г, тогда как при внесением полуперепревшего навоза КРС –229,5, 242,3 и 221,2 г, а с внесением ОМК – 233,3, 246,2 и 235,5 г соответственно.
В условиях применения ОМК в зерне кукурузы больше накапливалось протеина, а также фосфора и кальция. В зерне кукурузы содержание белкового азота при внесением ОМК повысилось на 20,9, фосфора – на 16,5 и кальция – на 36,8%.
Урожай зерна кукурузы по годам и по вариантам опыта существенно различался: на контроле в среднем за 3 года выращивания культуры он составил 68,9 ц/га, при внесении полупревшего навоза – 79,9 ц/га и при внесении ОМК – 96,2 ц/га. Расчеты экономической оценки показали, что себестоимость 1 ц в контроле составила 325,8 руб., с применением ОМК – 261,5 руб., что способствовало повышению уровня ее рентабельности на 56,7% (табл. 5).
Таблица 5. Сравнительная характеристика экономических показателей технологии возделывания кукурузы на зерно в среднем за 3 года
Устойчивое развитие земледелия подразумевает не только экономически направленное, но социально-экологическое развитие производства, удовлетворяющее растущим потребностям общества и обеспечивающее рациональное использование природных ресурсов, в том числе почвы, охрану окружающей среды, при этом приоритеты должны находиться в области решения экологических проблем. Полученный экспериментальный материал доказывает потенциально высокую агрономическую эффективность и экологическую безопасность фосфогипса «ЕвроХим-БМУ» при использовании его как составной части органоминерального удобрения в земледелии Краснодарского края.
Один из перспективных путей – реализация концепции «фосфатное сырье – побочный продукт – химический мелиорант или минеральное удобрение – почва − растение − урожай» позволит решить крупную народно-хозяйственную задачу, заключающуюся в создании безотходного производства с высоким КПД использования сырьевых ресурсов и обеспечения высокого КПД питательных веществ.
Результаты исследований позволили выявить ряд закономерностей, которые внесли существенный вклад в теорию и практику системы удобрений. Теоретические представления значительно расширены в области научных основ эффективности внесения фосфогипса, длительности его действия в сочетании с органическими удобрениями на урожайность культур полевого севооборота, физико-химические и агрохимические свойства выщелоченного чернозема.
Исследованные и разработанные приемы рационального, экологически безопасного, агрономически эффективного применения нейтрализованного фосфогипса в сочетании с навозом КРС обеспечивают охрану агроосистем, имеют высокий экономический и экологический эффект.
Внесение ОМК на основе фосфогипса улучшает обеспеченность почв подвижными соединениями азота, фосфора, кальция, серой и рядом микроэлементов, что повышает уровень их эффективного плодородия.
Внесение ОМК на основе фосфогипса улучшает физико-химические, агрофизические и агрохимические свойства, играя почвозащитную роль – препятствует развитию деградационных процессов, потере плодородия, повышает содержание питательных элементов, снижает потери кальция и фосфора, тем самым выполняя экологическую функцию. При внесении ОМК увеличивается содержание мелкодисперсной фракции почвы, способствующей образованию макро- и микроагрегатов. Установлено положительное влияние ОМК по удержанию влаги в почве, показатель влажности почвы на фоне его внесения выше в среднем на 5,7-6,5%.
Выявлено положительное действие ОМК как фосфорсодержащего удобрения. При внесении ОМК дозы фосфорных удобрений могут быть в последующие 2-3 года снижены не менее чем на 25%. Высокая агроэкономическая эффективность применения ОМК обусловлена содержанием в его составе 2-4% Р2О5 в усвояемой форме, до 21% серы, что в значительной степени возмещает затраты сельского хозяйства на его транспортирование и внесение в почву.
Выводы
Применение органоминерального компоста (навоз КРС + нейтрализованный фосфогипс) способствует улучшению физико-механических свойств выщелоченного чернозема, структурности почвы, увеличивает содержание устойчивых агрономически ценных микроагрегатов в среднем на 8-10%, повышает их водоустойчивость, уменьшает плотность почвы, что существенно повышает ее пористость, улучшает ее влагоемкость, структуру, способствует поддержанию влаги и улучшает в целом условия развития растений кукурузы.
Внесение ОМК способствует повышению количества органического вещества, увеличивает биологическую активность почвы – существенно изменяет популяционный состав микроорганизмов. В условиях применения ОМК значительно увеличивается урожай зерна кукурузы – на 39,6%, при этом заметно повышается качество урожая, увеличивается содержание белка в зерне и масса 1000 зерен.
Применения ОМК обусловливает снижение себестоимости выращивания кукурузы на зерно и повышение уровня рентабельности на 56,7%. К реальной прибыли повышения урожая кукурузы следует добавить повышение плодородия почв и улучшение экологического состояния региона.
Авторы исследования:
Сергей Жиленко,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,
Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар
Наталья Аканова,
доктор биологических наук, профессор,
главный научный сотрудник,
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени
Д.Н. Прянишникова, г. Москва
Любовь Винничек,
доктор экономических наук, профессор,
заведующая кафедрой,
Пензенская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пенза.
