Влияние вермикультуры и биогумуса на плодородие почвы и развитие растений.
Вермикультивирование - новое направление сельскохозяйственной науки. Несмотря на важность роли дождевых червей в обеспечении почвенного плодородия, до 60-х годов нашего века проблема искуственного их разведения, получения биогумуса и использования биомассы не ставилась перед сельскохозяйственной практикой. Появление указанного направления вызвано неблагоприятными измененииями в окружающей среде, связанными с интенсификацией производства в сельском хозяйстве и промышленности. Так, при создании крупных промышленных комплексов по производству мяса возникла проблема утилизации навозных стоков, которые являются источником загрязнения окружающей среды. Растущие города дают массу бытовых отходов, состоящих большей частью из органических веществ и так называемого канализационного ила, получаемого из отстойников городских сточных вод. Вокруг лесоперерабатывающих комплексов скапливается много опилок. Существуют и другие производства, являющиеся местами образования органических отходов, при наличии к оторых ухудшается качество почвы, воды и пищи.
В процессе переваривания органического вещества в кишечнике червей формируются гумусовые вещества, в том числе высокомолекулярные органические кислоты. Концентрация их в копролитах червей, питающихся навозом, в несколько раз выше, чем в исходном субстрате. Степень переработки дождевыми червями растительных остатков более высокая по сравнению с другими сапрофагами. У них не только образуются, но и полимеризуются низкомолекулярные соединения типа гуминовых кислот. Наличие этих кислот является признаком зрелых стадий гумификации.
При переработке дождевыми червями 1 т навоза в пересчете на сухое вещество получается 600 кг сухого удобрения с содержанием органического вещества 25-40% и более. В этом удобрении содержится около 1% азота, столько же фосфора и калия, а также многие необходимые растениям микроэлементы. Остальные 400 кг органических веществ уходят на обеспечение процессов дыхания. Дождевые черви поразительно быстро перерабатывают органическую массу, преобразовывая ее в гумуссодержащие частицы, "сдобренные" физиологически активными веществами - продуктами жизнедеятельности червей. Навоз перерабатывается ими в 2 раза быстрее, чем только бактериями.
На плодородии почвы очень благоприятно сказывается и чисто "физическая" работа дождевых червей. С неутомимой энергией они прорывают в ней миниатюрные каналы и галереи, образующие разветвленную дренажную и вентиляционную систему в слое около 30 см. По ним дождевая вода быстро проникает в подпочву, растворяя и увлекая за собой копролиты дождевых червей, содержащие все необходимые для роста и развития растений вещества. Наличие этих каналов способствует также процессу разветвления корней, проникновению их в более глубокие слои и в конечном счете - повышению почвенного плодородия.
В пахотных почвах, занятых травами или культурами, выращиваемыми на зеленое удобрение, количество ходов дождевых червей достигает 1000 на 1 м кв., а на полях с более частой обработкой почвы только 100…300 ходов на 1 м кв.
Ходы червей в почве идут в разных направлениях и под любым углом к горизонту. Стенки их пропитаны высохшими слизистыми выделениями этих животных, что придает им большую прочность по сравнению со случайными трещинами в почве. Дренаж почвы через ходы дождевых червей является одним из факторов повышения ее плодородия. Невентилируемые, недренируемые почвы, которые сельские жители называют мертвыми, лишены дождевых червей и агрономически очень низкого качества. Разумеется, не отсутствие червей делает их таковыми. Наоборот, червей там нет в связи с физико-химическими особенностями почвы.
В степных, засушливых районах, где растениям приходится добывать влагу с больших глубин, корни достигают водоносных слоев также с помощью ходов дождевых червей.
По наличию дождевых червей в почве, их состоянию и активности легко определить степень ее плодородия. Если при вскапывании земли лопатой в ней обнаруживаются черви ярко-красного цвета в большом количестве, активные и крупные, это верный признак того, что почва высокоплодородна и можно рассчитывать на высокий урожай. Если же червей в почве мало, надо принимать срочные меры по внесению навоза и других органических удобрений в почву.
По сравнению с традиционным компостированием переработка органических веществ червями позволяет повысить коэффициент гумификации органического вещества в 1.5 - 2 раза. Полученный биогумус содержит биологически активные вещества, в присутствии которых ускоряются прорастание семян, приживание рассады, повышается устойчивость растений к заболеваниям. Внесение в почву биогумуса исключает перенасыщение ее отдельными видами питательных элементов, как это часто случается при внесении высоких доз навоза и обычных компостов, полегание посевов и другие отрицательные последствия. Биогумус, наконец, "омолаживает" почву. По данным американских специалистов, даже истощенные, холодные, "мертвые" почвы можно привести в плодородное состояние путем систематического внесения биогумуса в течение 4 лет из расчета 3 т/га. При удобрении почвы биогумусом выращенная продукция практически не содержит нитратов и тяжелых металлов.
В вермикомопосте по сравнению с исходным органически субстратом увеличивается численность агрономически полезных микроорганизмов: аммонифицирующих, нитрифицирующих, и целлюлозоразрушающих.
В кишечнике червей происходит массовое размножение некоторых групп микрофлоры. Состав микрофлоры в кишечнике разных видов зависит от состава пищи. У видов, питающихся слоборазложившимися растительными остатками, преобладают флюоресцирующие бактерии. В дальнейшем ходе естественной сукцессии микроорганизмов в растительных остатках увеличивается количество споровых форм и актиномицетов. Вследствие этого в копролитах червей стимулируются минерализация органики и размножение почвенных грибов. Так, в копролитах плотность пенициллума выше, чем в окружающей почве.
Уровень микробиологической активности зависит от численности дождевых червей.
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 мицелии; 21-28% споры грибов и дрожжеподобные организмы; 5,6-6,7% бактерии; 2,3-3,2% - мицелий актиномицетов. В отличие от исходного субстрата и навоза в вермикомпосте снижается доля грибного мицелия, но возрастает доля функционально активного мицелия актиномицетов; 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.
Поскольку в обрабатываемых почвах жизнедеятельность дождевых червей подавлена, трудно установить степень их влияния на биологическую активность почв. С внесением вермикомпоста в почву напряженность биологических процессов изменяется. Так, внесение в серую лесную почву северной Лесостепи Украины вермикомпоста (3 т/га) и навоза (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 установлено, что содержание свободноживущих азотофиксаторов возрастало при внесении биогумуса и превышало контрольное на 24…30%.
Численность микроорганизмов рода Нокардиа, участвующих в разложении гумусовых соединений, в вариантах применения биогумуса (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 биогумуса была в 1,2…2 раза выше, чем в других вариантах опыта.
Использование вермикультуры для избыточно активного ила с очистных сооружений ТПО "Тольяттиазот" показало, что при этом существенно изменяется биологическая активность удобряемой почвы. Внесение его в дозах 2; 5,5 и 10 т/га способствовало увеличению численности актиномицетов в 2-3 раза, бактерий в 1,5…3 раза в сравнении с контролем. Под влиянием вермикомпоста увеличилась целлюлозоразлагающая способность почвы. Не отмечено существенное влияние вермикомпоста на азотфиксирующую способность почвы.
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 1,6…2 раза. Степень разложения ткани в вариантах внесения вермикомпоста была в 2,1 раза выше контрольной. Последействие вермикомпоста на биологическую активность почвы более продолжительное нежели навоза.Четырехлетний опыт изучения влияния биогумуса (1,5-3 т/га) на микробиологическую активность черноземной почвы при выращивании кукурузы был проведен в Дебреценском аграрном университете под руководством проф. Хелмеци Белажа (Венгрия). По его результатам, с применением биогумуса увеличивалась численность наиболее важных физиологических групп микроорганизмов (общее количество бактерий, аммонифицирующих, нитрифицирующих, целлюлозоразлагающих). Наиболее заметное увеличение, за исключением нитрифицирующих бактерий, наблюдалось при внесении 3 т/га биогумуса.
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 уреаз, протеаз, дегидрогеназ, полифенолксидаз и каталаз, оптимальная активность которых наступает при рН от 6,3 до 7,2.
Для исследования были выбраны два фермента: фосфатаза и целлюлаза. Указанные ферменты определялись в образцах биогумуса, полученного с помощью Eisenia Foetida из различных субстратов: навоза крупного рогатого скота, птичьего помета, свиного навоза и растительных остатков. Параллельно были проведены анализы 20 проб торфа, перегноя, черноземных и черных лесных почв.
Предварительные данные о зависимости ферментативной активности от рН среды свидетельствуют о том, что в биогумусе для обоих ферментов характерен ее максимум в диапазоне рН от 4 до 5. Поэтому активность ферментов во всех пробах определяли при рН 4,5. В партиях биогумуса, отличающихся качеством исходных субстратов, активность фосфатазы и целлюлазы различается незначительно. В то же время активность обоих ферментов в биогумусе была всегда выше, чем в почвенных образцах. В отдельных случаях - для нескольких проб черноземов - это превышение составляло 20…30%, но, как правило, оно было 2-10 кратным. В серых лесных почвах при внесении биогумуса под томаты наблюдалась повышенная активность всего комплекса протеолитических ферментов, высокая пероксидаз и низкая полифенлоксидаз, что свидетельствует об активности процессов новообразования гумусовых соединений.
Важной характеристикой вермикомпоста как экологически чистого удобрения является его макро- и микроэлементный состав, а на него оказывает прямое влияние химических состав исходного органического субстрата.
Вермикомпост, полученный из навоза крупного рогатого скота характеризовался увеличенным содержанием золы (с 14 до 18…25%), азота, фосфора, кальция, магния, меди и цинка. В вермикомпосте, полученном после переработки навоза крупного рогатого скота, отмечено наиболее высокое содержание Mn (94…148 мг/кг) и Fe (74…195 мг/кг), меньшее Zn, S, B, а количество Со и Cu не превышало 1 мг/кг.
Сравнительная оценка агрохимических свойств навоза КРС и вермикомпоста выполнена в НИИ плодовых культур России.
Проведенные исследования показали, что вермикомпост по валовому содержанию питательных веществ превосходит другие виды органических удобрений.
Отношение C:N в вермикомпосте зависело от его фракционного состава и изменялось от 7,3 до 20,6, что обеспечивало высокую активность биологических процессов в почве. Под влиянием вермикомпоста улучшаются питательный и азотный режимы, возрастает содержание в почве подвижных форм фосфора и обменных форм калия, стимулируются прорастание семян, развитие сельскохозяйственных и декоративных растений.
При практическом использовании вермикомпоста как удобрения возникла проблема научного обоснования его внесения в почву. Замечено неодинаковое стимулирующее действие биогумуса на прорастание и всхожесть семян древесных пород. Опыт по проверке этого утверждения заключался в следующем.
В чашки Петри насыпали по 60 г речного песка. Песок накрыли фильтровальной бумагой, концы которой опустили в воду. Сверху на фильтровальную бумагу поместили слой серой лесной почвы с определенной дозой копролитов в зависимости от варианта опыта. Копролиты были получены от дождевых червей, выращенных на этой же почве. Вариант опыта: 1) почва 40 г (контроль), 2) почва 35 г + 5 г копролитов, 3) почва 30 г + 10 г копролитов. Почва и копролиты перед закладкой опыта были доведены до воздушно-сухого состояния, растерты, просеяны через миллиметровое сита и размещены ровным слоем на фильтровальной бумаге, покрывающей песок. Почву и песок увлажняли дистиллированной водой. После капиллярного насыщения на поверхности почвы разместили семена березы, акации белой, лиственницы и ели. З всхожестью наблюдали ежедневно.
Результаты опыта показали, что семена разных пород деревьев неодинаково реагируют на копролиты. Если всхожесть семян ели при добавлении 5 г копролитов достигала 214% по сравнению с контрольной, то семян березы при этой дозе копролитов снижались, а при дозе 10 г они почти полностью погибали. В то же время положительное влияние копролитов на семена белой акации и лиственницы возрастало с увеличением их дозы. Так при добавлении 5 г копролитов всхожесть семян белой акации и лиственницы увеличились соответственно на 43,6% и 14,3%, а 10 г - на 68,8% и 42,9%.
Возможно, на всхожесть и прорастание семян непосредственно влияют стимуляторы роста и гуминовые вещества копролитов, которых в них содержится больше, чем в почве. Причем это влияние больше связано с наличием в составе копролитов стимулирующих веществ типа стеролов, которые имеются в теле дождевых червей.
В целях исследования физиологической активности биогумуса проводились лабораторные опыты со льном в вегетационных сосудах. В контрольных вариантах добавляли NPK из такого расчета: азота 30 кг/га, фосфора - 90 и калия - 120, как это принято по технологии выращивания льна. В одном из вариантов в сосуд поверх земли засыпали слой биогумуса высотой 3 см. В другом такое же количество гумуса заливали водой, раствор через 24 часа фильтровали. Полив осуществляли таким образом, чтобы влажность почвы была на уровне 60% ПВ. В контрольном варианте и варианте с биогумусом почву поливали чистой водой, также поддерживая влажность на уровне 50…60% ПВ. В каждый сосуд высевали по 100 семян льна на глубину 2 см. Всхожесть определяли на 3, 5 и 7-й день. Результаты подсчета взошедших семян и наблюдения показали, что в варианте с биогумусом на 5-й день взошло 97, на 7-й 100% семян, тогда как в контрольном на 5-й день всхожесть составила 17 и на 7-й - 72%. При этом на контроле всходы значительно отставали в росте , а масса проростков на 7-й день была в 3 раза меньше массы в варианте с биогумусом. Эта закономерность подтверждена результатами проращивания семян в чашках Петри. Всхожесть, рост и развитие проростков в варианте с водной вытяжкой биогумуса по числовому значению занимали промежуточное положение. Такие же закономерности получены при проращивании семян огурцов, помидоров, свеклы, зерновых культур, что подтверждает физиологическую активность и стимулирующие свойства биогумуса.
Опыт с семенами редиса был проведен в вегетационных условиях. Результаты его показали, что копролиты довольно сильно влияют на всхожесть, причем доза их при прорастании семян имела большое значение. При наименьшей дозе копролитов (0,25 кг, или 2% общего количества почвы) всходы показались на один день раньше, и на следующий день всхожесть составила 66,7%, тогда как на контроле в это время всего лишь 6,2%. По отношению к контролю общая всхожесть семян в варианте с копролитами составила 172,7%. Излишне высокая доза копролитов (1 кг, или 8%) против ожиданий незначительно повлияла на общую всхожесть: она превысила контрольную лишь на 13%. В варианте же со средней дозой копролитов 0,5 кг (4% массы почвы) общая всхожесть семян была выше контрольной на 59,1%.
В опытах, которые проводились в 1989 г. в производственных условиях колхоза "Радянська Україна" Богородчанского района на Ивано-Франковской области изучалось влияние биогумуса на урожайность льна долгунца. Опыты закладывали на дерново-подзолистой пылевато-супесчаной, поверхностью оглеенной почве. Исходя из агрономических показателей почвы и биологических требований льна долгунца к режиму питания эффективность биогумуса определяли в сравнении с внесением сухих минеральных и жидких комплексных удобрений в оптимальных дозах по питательным элементам (N30P100K100). Наиболее эффективной оказалась доза 5 т/га. Способ внесения - поверхностный, под предпосевную культивацию.
По сравнению с контрольным вариантом (без удобрений), прибавка урожайности 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. Достигнуто это также благодаря улучшению физических свойств поверхности пашни.
Если на контрольном участке и участках, обработанных минеральными удобрениями, образовалась корка, то там, где вносили биогумус, она практически отсутствовала. Это способствовало повышению полевой всхожести семян на 7…7,8%. Здесь же наблюдалась и лучшая сохранность стеблестоя к началу уборки: 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 биогумусом 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 большее число коробочек и семян в них.
Степень поражения болезнями всходов льна, выращенного при удобрении его биогумусом, снизилась в 10…14 раз по сравнению с внесением минеральных удобрений. Перед уборкой стеблестой оказался практически не пораженным. В результате повысилась урожайность соломы и семян, а также качество волокнистого сырья. В условиях Прикарпатья внесение биогумуса в дозах от 3 до 5 т/га является эффективным способом повышения урожая и качества льнопродукции. Выход длинного волокна был на 2,1…2,6 ц/га выше, чем на контроле.
Изучение влияния биогумуса на рост и развитие рассады огурцов и томатов в закрытом грунте показало, что уже через 3 дня после появления всходов высота контрольных растений огурцов в среднем составляла 42 мм, а в вариантах с биогумусом - 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 биогумуса 1…10 кг/м кв. - 100%, при 15 кг/м кв. - 79,5%, толщина подсемядольного колена - соответственно 5,2, 7,7…8,5 и 7мм.
Применение биогумуса позволяло на 7-8 дней ускорить развитие рассады огурцов. При дозах 3,5 и 10 кг/м кв. существенной разницы в росте и развитии растений не установлено. Для получения полноценной рассады огурцов достаточна доза биогумуса 3 кг/м кв. При увеличении ее до 15 кг/м кв. рост и развитие растений несколько угнетались.
Развитие рассады томатов при внесении биогумуса ускорялось на 5-7 дней по сравнению с контрольной, при этом всхожесть семян томатов составляла 100%, на контроле - 97,3%. У растений, подкормленных биогумусом, появление первого настоящего листа отмечено на 7-й день после массовых всходов, на контроле - на 12-й день. Высота растений 52-дневного возраста в вариантах с применением биогумуса составляла в среднем 19 см, контрольных - 14 см, толщина стебля - соответственно 8 и 5 мм.
Наилучшими для выращивания рассады томатов оказались дозы биогумуса 5 и 7 кг/м кв.
В течение 1989-1991 гг. проводились исследования влияния различных доз и способов внесения биогумуса при выращивании овощных культур открытого и закрытого грунта в условиях Ивано-Франковской области.
Установлено, что на темно-серых лесных почвах оптимальной дозой, при которой обеспечивается наибольшая прибавка урожая ранней капусты, является 6 т/га. Оптимальный дозой биогумуса, вносимого под культивацию, при выращивании столовой свеклы была доза 6 т/га, а для моркови - 3 т/га. Прибавка урожая корнеплодов от внесения биогумуса в указанных дозах составляла соответственно 51,9 и 42,3% в сравнении с контролем. При выращивании сладкого перца оптимальная доза биогумуса была 6 т/га, при ней прирост урожая составил 86%.
При выращивании огурцов в условиях закрытого грунта оптимальной была доза 10 кг/м кв. При этом в плодах снижалась концентрация нитратов.
Применение биогумуса в дозе 7 кг/м кв. при выращивании томатов способствовало ускорению развития растений, бутонизации и цветения на 8-11 дней по сравнению с контрольными растениями. Увеличивалось количество плодов, почти вдвое повышалось содержание в них сахаров и аскорбиновой кислоты.
Сходные результаты получены в Приднестровье на карбонатном черноземе при локальном внесении 5 т/га вермикомпоста под культуру красного перца. Прибавки урожая составили 21…25%. Количество сухих веществ и сахаров в плодах перца было соответственно на 7..10 и 13…14% выше, чем на контроле.
Внесение вермикомпоста в дозах 4 и 6 т/га в серую лесную почву северной Лесостепи Украины при выращивании капусты сорта Амагер 611 обеспечило прибавку урожая соответственно на 26 и 31,6% в сравнении с контролем. Содержание витамина С достигло 6,9…7,8 мг, сухого вещества стало больше на 0,14…0,45%, количество нитратов снизилось на 5…165 мг/кг.
По результатам полевых опытов, проведенных на Среднем Урале, внесение 6 т/га биогумуса под картофель по влиянию на уржайность равноценно внесению 60 т/га торфонавозного компоста. Урожайность картофеля составила соответственно 186 и 185 ц/га.
Эффективность биогумуса как органического удобрения изучалась в лаборатории ВИУА им. Прянишникова (Москва). В полевом опыте на дерново-подзолистой тяжелосуглнистой почве при выращивании раннеспелого гибрида кукурузы Днепропетровская 141 ТВ вносили различные дозы биогумуса (5, 10, 15 и 20 т/га), полученного на основе навоза КРС и торфа. Урожайность зеленой массы кукурузы при этом по сравнению с контрольной увеличилась на 14…19%.
При изучении влияния возрастающих доз биогумуса, вносимого под кукурузу на кислых дерново-подзолистых почвах, выявлено преимущество дозы 10 т/га в засушливый период и 5 т/га при достаточном увлажнении. Содержание нитратов в растениях кукурузы при этом не изменялось и во всех случаях не превышало предельно допустимых значений (500 мг/кг сырой массы).
В условиях орошаемого земледелия на обыкновенных черноземах изучалась эффективность различных доз биогумуса при выращивании картофеля. С увеличением доз биогумуса от 0 до 10,5 т/га урожай картофеля возрастал от 250 до 552 ц/га. Наибольшая окупаемость удобрений получена при внесении 3,5 т/га, прибавка урожайности картофеля при этом составила 210 ц/га.
В Северо-Западном научно-исследовательском институте почв и сохранения воды (Китай) использовали изотоп 15N для изучения влияния биогумуса на усвоение азотных удобрений растениями пшеницы. Получены результаты, свидетельствующие о том, что с внесением биогумуса повышался коэффициент использования азота в зерне пшеницы увеличилось с 20,3 до 32,7%, т.е. в 1,6 раза. В варианте применения еще и фосфорных удобрений степень усвоения азота удобрений повышалась до 36,5%, тогда как на контроле была 29,6%. Аналогичные закономерности поглощения азота удобрений отмечены и для стеблей пшеницы.
Таким образом, при внесении минеральных удобрений, смешанных с биогумусом, последний оказывается средством, которое обеспечивает поступление оптимального количества питательных элементов в растения, экономное использование удобрений, поскольку при физическом взаимодействии компонентов образуются подвижные комплексы. Наличие в биогумусе микроэлементов, ферментов, стимуляторов роста, ауксинов и других физиологически активных веществ позволяет уменьшить стресс, вызванный пересадкой растений, способствует получению высококачественной продукции. При этом биогумус играет определенную роль в очистке почвы от токсичных продуктов и даже от вредных микроорганизмов.
|
