Эколого-агрохимическое обоснование применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве в Предуралье

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

06.01.04 - «Агрохимия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-МЕЛКОПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЕ В ПРЕДУРАЛЬЕ

Субботина Мария Георгиевна

Пермь - 2012

Работа выполнена на кафедре агрохимии в ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова» в 2009-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Михайлова Людмила Аркадьевна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Елькина Галина Яковлевна

доктор биологических наук Завьялова Нина Егоровна

Ведущая организация: ГНУ «Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии».

Защита диссертации состоится «23» мая 2012 г. в 14.00 часов, в конференц-зале на заседании диссертационного совета ДМ 220.054.02 при Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова по адресу: 614990, Россия, Пермский край, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23. Тел./факс (342) 212-53-94, E-mail: gd@parmail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

Автореферат диссертации разослан «23» апреля 2012 г. и размещен на сайтах http://vak.ed.gov.ru и http://pgsha.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Ю.А. Акманаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы, в связи резким уменьшением количества применяемых удобрений, во всех регионах страны наблюдается существенное снижение содержания в почвах доступных растениям подвижных форм макро- и микроэлементов. Значительная доля почв сельскохозяйственного назначения, в том числе пахотных земель России, имеет низкую обеспеченность фосфором. По состоянию на 2010 г. пахотные земли России с содержанием подвижного фосфора менее 100 мг/кг составили 65 млн. га (57 %) (Сычев В.Г., 2010).

Из-за высокой стоимости суперфосфата в настоящее время поиск дешёвых источников поступления фосфора является актуальной проблемой для сельскохозяйственного производства. Одним из таких источников может являться отход «Зола от термического обезвреживания биологических отходов» (далее - зола), получаемая при сжигании отходов производства и переработки мясной и рыбной продукции в специализированных установках. Такая зола относится к отходам 3-4 классов опасности (умеренно и малоопасные отходы) для окружающей природной среды и в дальнейшем подлежит захоронению на полигонах твердых бытовых отходов.

По данным Управления Россельхознадзора на территории Пермского края ежегодно образуется в среднем 12 тысяч тонн биологических отходов в результате переработки мяса животных, птиц, рыб. После термической обработки остается в среднем 5 % от первоначальной массы, т.е. 600 тонн в год.

В составе данного отхода в значительных количествах содержатся важнейшие элементы минерального питания растений: Р, Са, Мg, Mn, S, Si и др. Если рассмотреть термический процесс разложения органической массы животных до зольных элементов с точки зрения круговорота веществ в земледелии, то можно сделать предположение о возможности возвращения их в почву и пополнения тем самым баланса необходимых для питательных растений веществ.

Цель исследований - научно обосновать возможность использования золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на ячмене и горохе.

Задачи:

- определить химический состав отхода «зола биологических отходов» (далее - зола);

- изучить влияние золы на урожайность и качество ячменя и гороха;

- дать оценку фосфатного режима дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы при применении фосфорных удобрений и золы в различных дозах фосфора;

- выявить влияние золы на эколого-биологические свойства и содержание тяжелых металлов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы;

- дать научное обоснование полученным данным, производственную, экономическую, агроэнергетическую оценку применения золы в качестве фосфорного удобрения на горохе и ячмене, и рекомендации производству.

Новизна. Впервые в Предуралье изучена возможность использования золы от термического обезвреживания биологических отходов в качестве фосфорного удобрения под сельскохозяйственные культуры. Получены данные по влиянию её на урожайность и качество растениеводческой продукции, на состояние фосфатного режима и биологическую активность дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы; на содержание тяжелых металлов в почве и растениеводческой продукции гороха и ячменя в сравнении с традиционными фосфорными удобрениями.

Основные положения, выносимые на защиту:

- зола по влиянию на урожайность ячменя и гороха на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- зола не ухудшает агрохимические показатели почвы по сравнению с традиционными фосфорными удобрениями;

- по влиянию на содержание NPK и биохимический состав зерна и соломы ячменя и гороха зола не уступает традиционным фосфорным удобрениям;

- по влиянию на групповой состав фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы зола занимает промежуточное положение между фосфоритной мукой и суперфосфатом;

- использование золы не приводит к накоплению тяжелых металлов в почве и зерне ячменя выше ПДК;

- применение золы увеличивает условный чистый доход, снижает энергетическую и экономическую себестоимость производимой продукции.

Практическая значимость. Сельскому хозяйству дана рекомендация по применению золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистых тяжелосуглинистых почвах при выращивании ячменя в 30 кг/га д.в. Применение отхода в качестве фосфорного удобрения не требует больших денежных вложений, а по эффективности превосходит традиционные удобрения. Основные результаты исследований прошли в производственную проверку в ФГУП Учхоз «Липовая гора». По результатам производственной проверки установлено, что применение золы в дозе фосфора 30 кг/га д.в. увеличивает рентабельность производства ячменя сорта Сонет на 39,5 %, условный чистый доход с 1 га на 2488 рублей по сравнению с суперфосфатом в аналогичной дозе.

Апробация. Материалы диссертационной работы ежегодно докладывали на заседаниях кафедры агрохимии, Международных научных конференциях: ПГТУ (Пермь, 2008), Волгоградская ГСХА (Волгоград, 2010), Пермская ГСХА (Пермь, 2010), Международная Академия наук и высшего образования (Лондон, Киев, 2011); Всероссийской научной конференции СпбГУ (Санкт-Петербург, 2011), III студенческом региональном конкурсе инновационных проектов по программе У.М.Н.И.К. (Пермь, 2011), основные положения, выносимые на защиту опубликованы в 6 работах, в т.ч. 1 работа в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК Минобразования России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 126 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству. Экспериментальный материал приведён в 41 таблицах, 42 приложениях. Список литературы включает 302 источника, из них 16 иностранных авторов.

зола отход горох мелкоподзолистый

МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены в 2009-2011 гг. на учебном опытно-научном поле и вегетационной площадке Пермской ГСХА. Для решения поставленных задач проведены 1 полевой опыт и 4 вегетационных. Полевой опыт проводили с повторениями во времени и пространстве в период с 2009 по 2011 гг. Объектами исследований были районированные сорта полевых культур: ячмень и горох.

Для изучения влияния золы на урожайность и качество ячменя сорта Сонет проведен двухфакторный полевой опыт: фактор А - форма фосфорного удобрения; фактор В - дозы фосфора. Формы и дозы минеральных удобрений приведены в таблице 3. Фоном на всех вариантах опыта внесены азотно-калийные удобрения в дозе N60K60.

Повторность вариантов в опытах четырехкратная, расположение делянок систематическое. Общая площадь делянки 90 м2, учетная - 50 м2. Норма высева ячменя - 5 млн. шт./га. Удобрения в опыте вносили вручную под предпосевную культивацию на глубину 10 - 12 см.

Для более детального выявления закономерностей изучаемых факторов на культурах различавшихся по отношению к формам фосфорных удобрений были заложены 2 вегетационных опыта с ячменем сорта Эколог и горохом Губернатор по схеме (табл. 7) аналогичной полевому опыту (опыт 1 с горохом (2009-2010 гг.) и опыт 2 с ячменем (2010-2011 гг.)).

Согласно химическому составу (табл. 1) зола в своём составе содержит магний, который может оказывать влияние на урожайность и качество растениеводческой продукции изучаемых культур. С этой целью проведены два однофакторных вегетационных опыта с включением вариантов с магнием в 2010-2011 гг., (опыт 3 с ячменём и опыт 4 с горохом) по схеме: 1. Фон (NK)0,10; 2. Фон + Рсг 0,15 + Mg экв.золе; 3. Фон + Рзола 0,15; 4. Фон + Рф 0,15 + Mg экв.золе.

При проведении вегетационных опытов использовали сосуды Митчерлиха емкостью 6 кг воздушно-сухой почвы. Повторность опытов четырехкратная. Техника закладки вегетационных опытов и уход за растениями были общепринятыми.

Таблица 1 - Средний химический состав золы от термического обезвреживания биологических отходов, % на сухое вещество

В опытах использовали следующие формы минеральных удобрений: из азотных - аммонийная селитра (34,6 % д.в.), из калийных - хлористый калий (60 % д.в.), из фосфорных - гранулированный суперфосфат (26 % д.в.), фосфоритная мука (19,5 % д.в.) и зола (15,7 - 23,0 % д.в.). Формы фосфорных удобрений были выбраны наиболее распространённые и применяемые в сельском хозяйстве.

В результате проведенных анализов зола содержит одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты кальция и магния (табл. 2). Практически весь фосфор в золе находится в усваиваемой для растений форме, содержание воднорастворимой формы незначительное. По указанным показателям зола биологических отходов является пригодной для применения её в качестве фосфорного удобрения.

Таблица 2 - Формы фосфора в золе биологических отходов, % P2O5

Почва опытов дерново - мелкоподзолистая тяжелосуглинистая со следующими агрохимическими показателями: рНKCl - 4,9 - 5,0, S - 15,3 - 17,8 мг-экв/100г, Нг - 3,2-4,7 мг-экв/100г, V - 77- 85 %, Р2О5 и К2О (по Кирсанову) - соответственно 71-96 и 81 - 210 мг/кг почвы.

Химические анализы растений и почвенных образцов проведены с использованием стандартных методик в НИЧ Лаборатории освоения агрозоотехнологий ПГСХА. Расчет биоэнергетической и экономической эффективности применения удобрений проводили по технологическим картам (Агро - и зооэнергетическая оценка…, 2001). Для изучения изменения фракций почвенных фосфатов использовали метод Гинзбург-Лебедевой. Эмиссию углекислого газа определяли по методу Isermeyer, (1952); микробный метаболический коэффициент Qr и С микробную биомассу по величине активности базального дыхания (БД) и субстратиндуцированного (СИД) (Ананьева В.И., 2003); массовую долю подвижных форм ТМ в почве атомно-эмиссионным методом с атомизацией в индуктивно-связанной плазме; общее содержание ТМ в отходе методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой; содержание кадмия и свинца в зерне ячменя по ГОСТ 30692-2000, ртути по МУ 5178-90, мышьяка по ГОСТ 26930-86. Статистическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) и с использованием описательной статистики программы Microsoft Еxcel.

Опыты проводили в IV-м агроклиматическом районе Пермского края. Годы исследований характеризовались разнообразием метеорологических условий. 2009 г. характеризовался неравномерным выпадением осадков в сочетании с пониженной температурой, 2010 г был жарким и засушливым. Близкие к среднемноголетним данным температура и осадки были в 2011 г.

1. Влияние форм и доз фосфорных удобрений и золы биологических отходов на урожайность и качество ячменя сорта Сонет

1.1. Условия минерального питания ячменя. Внесение форм и доз фосфорных удобрений и золы не оказало влияния на физико-химические свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы (табл. 3).

Таблица 3 - Влияние удобрений на физико-химические свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы

Формы фосфорных удобрений оказали слабое влияние на изменение содержания элементов питания (табл. 4). При внесении возрастающих доз фосфора с удобрениями и золой отмечалось незначительное повышение содержание подвижного фосфора в почве.

Таблица 4 - Влияние минеральных удобрений на обеспеченность ячменя элементами питания в фазу кущения, 2009-2011 гг., мг/кг почвы

Высокое содержание в почве в фазу кущения минеральной формы азота (44-108 мг/кг почвы) при средней - повышенной обеспеченности подвижным фосфором (68-142 мг/кг) и средней - повышенной обменным калием (86-170 мг/кг почвы) по годам исследований обеспечили хорошие условия для минерального питания ячменя.

1.2. Урожайность ячменя. В среднем за три года внесение минеральных удобрений привело к следующим изменениям урожайности ячменя (табл. 5).

Выявлена существенная разница в урожайности ячменя между формами фосфорных удобрений. Наибольшее влияние на урожайность ячменя оказал суперфосфат, прибавка по сравнению с фосфоритной мукой составила 0,39 т/га и по сравнению с золой 0,36 т/га (НСР05 главных эффектов фактора А - 0,12 т/га).

Суперфосфат во все годы исследований превосходил фосфоритную муку и золу. Такое действие форм фосфорных удобрений можно объяснить тем, что у ячменя по сравнению с другими зерновыми культурами значительно слабее развита корневая система и с более низкой усваивающей способностью. Это определяет высокие требования его к растворимости удобрений, и прежде всего фосфорных.

Зола существенно превосходила по своему действию фосфоритную муку только в 2009 году, прибавка составила 0,21 т/га при НСР05 0,11 т/га. В 2010 г. она уступала фосфоритной муки, в 2011 г. действие этих форм было равноценным. В среднем за три года существенных различий по влиянию этих форм на урожайность ячменя не выявлено. В варианте с золой урожайность составила 3,24 т/га, в варианте с фосмукой - 3,21 т/га.

При использовании золы, суперфосфата и фосмуки наибольшая урожайность получена при внесении 30 кг/га д.в., дальнейшее повышение дозы не оказало достоверного влияния на уровень урожайности.

Таблица 5- Влияние фосфорных удобрений на урожайность зерна ячменя, т/га

Выявлены существенные различия в урожайности по годам исследований, в 2009 и 2010 гг. она составила 1,66-2,53 т/га, в 2011 г. -5,54-6,77 т/га. Существенную роль здесь сыграл недостаток влаги в важнейшие периоды развития ячменя и обеспеченность культуры минеральным азотом. Отмечена тесная корреляция между урожаем ячменя и содержанием минерального азота в почве (r = 0,95±0,08).

1.3. Элементный состав и качество ячменя. Изучаемые факторы в среднем за два года оказали положительное влияние на содержание фосфора в зерне и не влияли на содержание азота и калия. Существенным фактором при накоплении фосфора, являлись формы фосфорных удобрений. Максимальное содержание фосфора 0,8 % отмечено на вариантах с золой. По влиянию на содержание фосфора в зерне зола и фосфоритная мука в дозах фосфора 30 и 90 кг д.в./га действовали лучше суперфосфата. Наибольшая прибавка 0,09 % получена при внесении золы в дозе 30 кг /га Р2О5 (при НСР05 = 0,03 %).

Действие изучаемых факторов на содержание фосфора и калия в побочной продукции не отмечено, но выявлены закономерности по накоплению азота. Установлено, что суперфосфат оказывает положительное влияние на содержание азота в соломе при внесении 90 кг/га д.в. тогда как, зола и фосфоритная мука при внесении 30 кг /га Р2О5.

Яровой ячмень в Предуралье преимущественно выращивается на кормовые цели. Основными показателями качества зерна ячменя являются - сырой протеин, жир, клетчатка и зола. При объединении данных за два года в нашем опыте, изучаемые факторы не оказали существенного влияния на биохимический состав зерна ячменя (табл. 6).

Таблица 6 - Влияние форм и доз фосфорных удобрений на биохимический состав зерна ячменя, данные за 2009-2011 гг., % на воздушно-сухое вещество

На основании проведённых исследований в среднем за два года зола биологических отходов не оказала отрицательного влияния на элементный и биохимический состав ячменя.

С учётом уровня урожайности и химического состава зерна на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве оптимальная доза суперфосфата, золы и фосфоритной муки составляет 30 кг д.в./га.

2. Влияние золы биологических отходов в вегетационных опытах на урожайность и качество гороха и ячменя

2.1. Урожайность гороха и ячменя. Цель данных вегетационных опытов - выявить эффективность золы на культурах с различной усваивающей способностью. Формы и дозы фосфорных удобрений оказали различное действие на урожайность гороха (табл. 7). Наибольшая разница в урожайности 3 г/сосуд выявлена между фосфоритной мукой и суперфосфатом. Зола по своему действию также превосходила фосфоритную муку на 2,5 г/сосуд (НСР05=2,1 г/сосуд).

При внесении суперфосфата и фосфоритной мукой урожайность гороха увеличивается пропорционально вносимой дозе, достоверные прибавки получены при дозе фосфора 0,20 г/кг абсолютно сухой почвы. Лучшее действие золы по сравнению с другими формами удобрений проявилось при дозе Р2О5 0,10 г/кг абсолютно сухой почвы. Корреляционно-регрессионный анализ показал наличие тесных положительных зависимостей урожайности гороха с элементами её структуры (количества семян на растении г = 0,92±0,10; массой 1000 семян г = 0,87±0,12; массой зерна с растения г = 0,97±0,06). Снижение урожайности в варианте с золой при увеличении доз фосфора обусловлено уменьшением количества семян на растении и снижением массы 1000 семян.

Таблица 7 - Действие форм и доз фосфорных удобрений на урожайность гороха и ячменя, г/сосуд

Действие изучаемых форм фосфорных удобрений на ячмене было аналогичным действию на горохе. В вариантах с суперфосфатом и фосфоритной мукой лучшей дозой оказалась Р0,20. Применение золы свыше 0,15 г Р2О5/кг почвы приводило к снижению урожайности зерна ячменя за счёт уменьшения числа зёрен на 0,8 шт. и снижения на 0,06 г массы растения.

Анализ полученных данных в опыте с горохом и ячменем позволяет сделать заключение, что не зависимо от усваивающей способности корневой системы культур действие золы идентично. Это обусловлено тем, что фосфор в золе на 98 % представлен усваиваемой формой. Закономерности действия доз и форм фосфорных удобрений были аналогичны действию их в полевом опыте.

2.2. Элементный состав и качество гороха. Исследованиями Г.В. Удовенко, Н.Н. Безлюдного (1965) и О.Ф. Туевой (1966), показано, что обеспеченность растений гороха фосфором оказывает влияние на все составляющие азотного питания. Способность поглощать азот резко снижена у корней растений лишённых фосфора.

При объединении данных за 2 года исследований положительное действие золы отмечалось при накоплении важнейших биогенных элементов азота и фосфора, участвующих в синтезе белка. Максимальное содержание азота в семенах гороха 3,54 % было при дозе Р0,15, что на 0,3 % выше показателя в варианте с суперфосфатом.

По накоплению Р2О5 в зерне можно отметить следующую закономерность. Лучшее действие золы и суперфосфата проявилось при дозе фосфора 0,10 г/кг почвы, фосфоритной муки при дозе 0,15 г/кг абсолютно сухой почвы. Зола в этой дозе имела преимущество перед суперфосфатом на 0,05 % и перед фосфоритной мукой на 0,13 % (НСР05 = 0,04 %).

По действию изучаемых факторов на содержание калия в семенах лучше других форм проявила себя фосфоритная мука в дозе 0,10 г/кг почвы.

Изучаемые факторы не оказали существенного влияния на содержание азота, фосфора и калия в соломе.

По результатам исследований биохимического состава зерна можно отметить достоверные изменения в содержании сырого протеина, сырого жира и сырой золы под действием изучаемых факторов (табл. 8).

Таблица 8 - Влияние форм фосфорных удобрений и доз фосфора на показатели качества зерна гороха, данные за 2009-2010 гг., % на воздушно-сухое вещество

По влиянию фосфорных удобрений на содержание сырого протеина можно отметить лишь достоверное увеличение его при внесении золы по сравнению с суперфосфатом на 1,89 % в дозе 0,15 г Р2О5/кг почвы.

На зольность зерна существенное влияние оказывали формы удобрений. По отношению к золе достоверную прибавку обеспечивали суперфосфат и фосфоритная мука. Преимущество суперфосфата отмечается в дозе фосфора 0,10 г/кг почвы, прибавка по отношению к золе составила 0,16 %, и фосфоритной муки в дозе 0,20 г/кг, прибавка при этом - 0,09 % (при НСР05 = 0,06%).

В среднем за два года существенного влияния фосфорных удобрений на содержание жира практически не отмечено.

Результаты биохимического анализа зерна гороха позволяют сделать следующий вывод: показатели качества на вариантах с золой занимают промежуточное положение между вариантами с суперфосфатом и фосфоритной мукой. Зола уступает по своему действию фосфоритной муке на содержание сырого жира и сырой золы, но превосходит по действию на содержание сырого протеина.

2.3. Элементный состав и качество ячменя. По итогам исследований наибольшее количество азота в основной и побочной продукции получено при применении суперфосфата, а наименьшее при применении золы. В 2010 г. по всем формам фосфорных удобрений лучшей дозой была 0,15 г Р2О5 /кг почвы, в 2011 г. для суперфосфата доза Р0,15, для золы и фосмуки - Р0,10. При анализе данных в среднем за два года изучаемые факторы, как и в полевом опыте не оказали существенного влияния на содержание азота в зерне, но повлияли на содержание его в соломе ячменя. Суперфосфат увеличивал содержание азота в соломе относительно золы на 0,13 % и относительно фосфоритной муки на 0,18 % (НСР05 = 0,10 %). Установлено увеличение содержания азота в соломе ячменя на 0,11 % с повышением дозы фосфора с 0,10 до 0,15 г/кг почвы.

Внесение суперфосфата способствовало увеличению содержания фосфора в основной и побочной продукции ячменя в большей степени, чем зола и фосфоритная мука как в среднем за два года, так и погодам. В среднем за два года при внесении суперфосфата содержание фосфора в зерне было выше на 0,08 % по сравнению с золой и на 0,11 % по сравнению с фосмукой (НСР05 = 0,04 %). Не зависимо от формы фосфорного удобрения, наибольшее содержание фосфора в зерне отмечаем в варианте с внесением 0,15 г Р2О5/кг абсолютно сухой почвы. С учётом всех изучаемых факторов в 2010 г. для всех изучаемых форм наибольшее содержание фосфора в зерне получили при дозе Р0,15, в 2011 г. для суперфосфата и фосмуки эта же доза , для золы - Р0,20.

При рассмотрении влияния изучаемых факторов на содержание К2О в зерне ячменя в среднем по годам исследований можно отметить существенное повышение данного показателя на 0,08 % от внесения золы в дозе 0,20 г Р2О5/кг почвы относительно фосфоритной муки (НСР05 = 0,06 %). В 2010 г. наибольшее содержание калия в зерне получили в вариантах с золой, в 2011 г. - в вариантах с суперфосфатом.

В целом по влиянию на качество урожая более эффективным было действие суперфосфата. Лучшее действие золы и суперфосфата проявилось при дозе фосфора 0,15 г/кг почвы, фосфоритной муки при дозе 0,20 г/кг абсолютно сухой почвы.

Таким образом, зола биологических отходов не приводит к ухудшению качества гороха и ячменя, по своему действию на элементный состав уступает суперфосфату, но превосходит фосфоритную муку.

3. Влияние форм фосфорных удобрений совместно с магнием на урожайность гороха и ячменя. Все формы фосфорных удобрений совместно с магнием оказали положительное влияние на урожайность гороха относительно контроля, прибавка зерна в среднем за два года составляла 2,7-4,3 г/сосуд (табл. 9). Действие золы было равнозначно фосмуке, а суперфосфат обеспечивал достоверное увеличение урожайности зерна гороха относительно золы на 1,3 г/сосуд, относительно фосфоритной муки на 1,6 г/сосуд (НСР05 = 0,95 г/сосуд).

Что касается урожайности ячменя, то зола по своему действию не уступала суперфосфату. Они обеспечивали статистически значимый эффект по сравнению с фосфоритной мукой. Так, прибавка от внесения суперфосфата составила 0,7 г/сосуд, от внесения золы - 0,5 г/сосуд (НСР05 = 0,45 г/сосуд).

Таблица 9 - Влияние фосфорных удобрений совместно с магнием на урожайность зерна гороха и ячменя, г/сосуд (среднее за 2009-2010 гг.)

Если сравнить полученные результаты с результатами вегетационного опыта с ячменем описанного выше (табл. 7), то можно отметить прибавки массы зерна на вариантах с внесение фосфора в дозе 0,15 г/кг абсолютно сухой почвы с добавлением магния по сравнению с вариантами без него. Однако общие закономерности действия удобрений на продуктивность культур сохраняются. Зола действует слабее суперфосфата, но не уступает по эффективности фосфоритной муке.

4. Влияние форм и доз фосфорных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы. Для правильной оценки действия фосфорсодержащих удобрений на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур необходимо знать, в какие формы переходит фосфор и насколько интенсивно выражены процессы его превращения в почве. Исследования проводились с дозами и формами фосфорных удобрений в вегетационном и полевом опытах.

В вегетационном опыте с ячменём получены следующие результаты (табл. 10). При внесении гранулированного суперфосфата увеличилось содержание фосфора во фракциях Са-РI, Al-P, Fe-P и уменьшилось - во фракциях Са-РII, Са-РIII по сравнению с золой и фосфоритной мукой.

При анализе влияния форм удобрений установлено уменьшение фракции высокоосновных фосфатов Са-РIII при внесении суперфосфата по сравнению с золой и фосфоритной мукой на 48,8 мг/кг и на 51,0 мг/кг почвы соответственно (при НСР05 = 15,5 мг/кг). Увеличение фракции Al-P на вариантах с суперфосфатом по сравнению с золой составило 23,0 мг/кг почвы (НСР05 = 16,8 мг/кг). Анализ частных различий первого порядка подтверждает результаты главных эффектов. Это обусловлено тем, что фосфор воднорастворимых удобрений в дерново-подзолистых почвах подвергается осаждению полуторными оксидами и физико-химическому поглощению гидроокисями алюминия и железа на поверхности глинистых минералов. Фосфоритная мука и зола, в отличие от суперфосфата, в меньшей мере приводили к повышению содержания фосфора во фракциях Al-P и Fe-P, но увеличивали фракции Са-фосфатов на 9,7-9,9 %. Что касается действия удобрений на накопление доступных для растений ячменя групп - рыхлосвязанных фосфатов и алюмофосфатов, то при внесении суперфосфата их содержалось на 6,2 мг/кг больше, чем при внесении фосфоритной муки и на 16,0 мг/кг больше чем при внесении золы.

Таблица 10 - Влияние доз и форм фосфорных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов (вегетационный опыт 1, 2011 г.)

Суммарное количество минерального фосфора в зависимости от формы удобрения было различным: максимальное отмечено при использовании фосфоритной муки - 536,9 мг/кг почвы, несколько меньше при использовании золы - 521,1 мг/кг и меньше всего с суперфосфатом 498,5 мг/кг. По-видимому, это связано с формой фосфора содержащегося в удобрении. Более доступные его формы интенсивнее поглощаются растениями и меньше накапливаются в виде почвенных фосфатов.

По полученным нами данным в полевом опыте, на распределение минеральных фосфатов в почве большое влияние оказали формы удобрений. Содержание фосфатов первой группы изменялось в большей степени при внесении суперфосфата. Отмечается достоверно увеличение содержания фосфатов щелочных металлов и аммония (Ca-PI) на варианте с суперфосфатом в дозе 90 кг д.в./га. Прибавки по отношению к фосфоритной муке и золе составили 6,7 и 5,3 мг/кг почвы соответственно, при НСР05 = 4,2 мг/кг почвы. На вариантах с золой произошли наиболее существенные изменения в содержании фосфатов кальция второй группы и наименьшие в содержании высокоосновных фосфатов кальция типа апатита Ca-PIII. Содержание высокоосновных фосфатов кальция в большей степени увеличивалось при внесении суперфосфата. Достоверных изменений, связанных с содержанием фосфатов железа (Fe-P) и фосфатов алюминия (Al-P) не выявлено. По мнению А.В. Соколова (1950) изменение содержания фосфатов алюминия и железа определяется запасами их активных соединений. В нашей почве, вероятно, преобладают соединения типа Fe2(ОН)3РО4 и Al2(ОН)3РО4, обладающие малой растворимостью.

5. Экологические аспекты применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения. Применение минеральных удобрений оказывает мощное воздействие на плодородие и биологическую активность почвы, в связи, с чем любые агротехнические мероприятия, направленные на повышение урожая растений и воспроизводство почвенного плодородия, должны иметь почвенно-микробиологическое обоснование. Выделение двуокиси углерода с поверхности почвы тесно связано с активностью почвенной биоты и протеканием физико-химических процессов. Биологический фактор имеет первостепенное значение в формировании почвенного профиля и многих свойств самой почвы (Малханова Е.В., 2008).

По интенсивности выделения СО2 оценивалась устойчивость микробных систем дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы к внесению золы и фосфорных удобрений. Статистический анализ полученных данных показал, что под влиянием изучаемых удобрений и золы от термического обезвреживания биологических отходов произошли достоверные изменения интенсивности БД. Внесение суперфосфата привело к снижению интенсивности выделения СО2 на 40 мг/кг почвы за 24 часа по сравнению с почвой без удобрений и на 30 мг/кг почвы по сравнению с золой (при НСР05 = 20 мг/кг). Зола и фосфоритная мука за период вегетации не оказали существенного влияния на уровень БД.

Микроорганизмы исследуемых вариантов обладают неодинаковой активностью к использованию легкогидролизуемого источника углерода (глюкозы), по скорости потребления которой судят о потенциальной биохимической активности микроорганизмов. Интенсивность СИД уменьшилась на всех вариантах: с внесением фосфоритной муки и золы на 20 мг/кг, а с внесением суперфосфата на 70 мг/кг относительно почвы до внесения удобрений. Степень воздействия на устойчивость микробного сообщества дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве при внесении золы и фосфоритной муки в сравнении с суперфосфатом ниже, что является их преимуществом при использовании в качестве удобрения под ячмень.

Вопрос использования отходов в качестве удобрения не может быть положительно решен без исследования его как источника загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) окружающей среды и конечной продукции. Поэтому при рассмотрении микроэлементного состава золы особое внимание было уделено наличию ТМ, так как этот показатель будет определять степень загрязнения почв (табл. 11).

Таблица 11 - Валовое содержание ТМ в золе от термического обезвреживания биологических отходов, мг/кг

Поступление в почву ТМ в больших количествах действует угнетающе в количественном и качественном отношениях на растительные организмы: подавляется ход метаболических процессов, тормозится развитие, снижается продуктивность (Зиннатулин С.Г., 2004; Пархоменко Н.А., 2004).

Химический анализ почвы на содержание ТМ проводили в образцах, отобранных с делянок на вариантах с внесением золы в дозе Р2О5 30 кг д.в., рекомендуемой производству, а также в максимальной дозе опыта (табл. 12). Концентрация подвижных форм ТМ в почве сохранялась на уровне фона или незначительно превосходила его и была ниже установленных предельно допустимых концентраций (ПДК). Отмечалось незначительное увеличение подвижности свинца, меди, никеля и хрома при внесении золы в дозе фосфора 90 кг д.в.,

Таблица 12 - Содержание подвижных форм тяжелых металлов в дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве после уборки ячменя, мг/кг (среднее 2009-2010 гг.)

Для установления безопасности продукции используемой в кормовых целях определяют содержание наиболее опасных ТМ - кадмия, свинца, ртути и мышьяка (МДУ № 123-4/281-7 от 07.08.87 г).

Таблица 13 - Содержание тяжелых металлов в зерне ячменя, мг/кг сухого вещества

Опасность накопления ТМ в растительной продукции возникает при использовании высоких доз фосфорных удобрений, поэтому испытаниям подверглись образцы корма, полученные с делянок с внесением золы в дозе фосфора 90 кг д.в. на га (табл. 13). Концентрация ТМ в зерне ячменя во все годы исследований была значитель...