Эколого-агрохимическое обоснование применения золы биологических отходов в качестве фосфорного удобрения на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве в Предуралье (стр. 1 )

На правах рукописи

СУББОТИНА МАРИЯ ГЕОРГИЕВНА

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

ПОЧВЕ В ПРЕДУРАЛЬЕ

06.01.04 – «Агрохимия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Пермь – 2012

Работа выполнена на кафедре агрохимии в ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика » в гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

доктор биологических наук

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 Россия, Пермский край, 3.

Тел./факс (3, E-mail: [e-mail]

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

Автореферат диссертации разослан «23» апреля 2012 г. и размещен на сайтах http://vak. ***** и http://*****

 

Ученый секретарь

диссертационного совета

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 %) (, 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 ». 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.

МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены в 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 глубинусм.

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 ( гг.) и опыт 2 с ячменем ( 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 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.

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

CaO	MgO	SiO2	MnO2	Fe2O3	Al2O3	P2O5	К2О	Na2O
19,1-31,9	0,7-2,2	10,1-22,5	0,01-0,1	0,4-5,3	0,3-1,4	15,7-23,0	1,4-2,7	1,6-4,7

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.

2. Формы фосфора в золе биологических отходов, % P2O5

Год	Общий	Водорастворимый	Лимоннорастворимый	Усвояемый
2009	23,0	0,2	22,3	22,5
2010	16,8	0,1	16,6	16,7
2011	15,7	0,1	15,3	15,4

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 – %, Р2О5 и К2О (по Кирсанову) - соответственно 71-96 имг/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) (, 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 , ртути по МУ 5178-90, мышьяка по ГОСТ . Статистическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по (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).

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

Форма фосфорного удобрения (фактор А)	Доза фосфора (фактор В), г/кг почвы	рНKCl	Hr, мг-экв/100г	S, мг-экв/100г	ЕКО, мг-экв/100г	V, %
Суперфосфат	0,10	4,9	4,3	16,1	20,4	79
0,15	5,0	4,7	15,8	20,5	77
0,20	5,0	4,0	16,0	19,9	80
Среднее по А0	5,0	4,3	16,0	20,3	78
Зола	0,10	5,0	4,0	15,3	19,3	79
0,15	4,9	3,8	15,6	19,4	81
0,20	5,0	4,1	15,8	19,8	80
Среднее по А1	5,0	4,0	15,6	19,5	80
Фосфоритная мука	0,10	4,9	3,6	15,4	19,0	81
0,15	4,9	4,2	16,6	20,7	80
0,20	5,0	4,1	15,4	19,5	79
Среднее по А2	4,9	4,0	15,8	19,7	80
Среднее по В0	4,9	4,0	15,6	19,6	80
Среднее по В1	4,9	4,2	16,0	20,2	80
Среднее по В2	5,0	4,1	15,7	19,7	80

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.