УДК 631.48.618
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕОЛИТНЫХ УДОБРЕНИЙ
Кусаинова А.А., Рахимжанов А.Н., Кан В.М.
Институт почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова МСХ РК, г. Алматы, Казахстан [email protected]
http://www.enu.kz
Сохранение признаков почвенного плодородия и оптимизация азотного режима под рисом имеет многовековую историю в развитии человеческой цивилизации, ибо эта культура основной источник зерна в Юго-Восточной Азии, где проживает более 50 % всего мирового населения. Особенности агротехники культуры риса связаны с картами, чеками периодически (4 мес.) затопляемой оросительной водой. Скорость вертикального движения ирригационно-грунтовых вод определяются гидродинамической сеткой разгрузки и особенностью формирования стока, т.е. соотношением сбросных и выклинивающих вод каналов и коллекторов. При этом эффективность комплекса минеральных удобрений под культурой риса минимальна из-за промывного режима, формирующего под картами. Многочисленными исследованиями доказано, что коэффициенты использования минерального азота растениями могут варьировать от 30 до 70 %, составляя в среднем 40 % от внесенного количества [1,2], а при рисовой культуре достигает максимального значения. Это обусловлено, их непроизводительными потерями из почвы (вымыванием, денитрификацией, переходом минеральных к газообразной форме). В агротехнике для подкормки культуры риса применяют менее вымываемую форму азотного удобрения – сульфат аммония. Эти удобрения имеют невысокий коэффициент использования азота из-за определенных почвенно- агрохимических параметров аридных почв Республики Казахстан – низкий уровень содержания гумуса до 1,5 %, обеспеченности подвижным азотом и фосфором, высокая карбонатность твердой фазы почв, при которой практически 60-70 % вносимого фосфора переходит в трудно растворимую форму [3]. Все это приводит к низким технико – экономическим показателям при применении вышеуказанных удобрений под рисовую культуру.
Нами разработаны ресурсосберегающие физико-химические технологии модифицирования цеолитных азотных удобрений, которые позволяют повысить коэффициент полезного действия физиологического использования форм азота растениями за счет ее рационального осмотического питания и отсутствия расходования на вынос азота из-за жесткого закрепления в структуре цеолитного минерала. Известны пролонгирующие свойства цеолитов к аммиачной форме азота [5,6,7,8]. Установлено, что цеолиты изменяют кислотность почвенных растворов, интенсивность протекания окислительно-восстановительных процессов, катионно-обменную емкость, закрепляющую по отношению к питательным элементам минеральных удобрений и инокулирующую способность состава биоты почв, его экологическую, медицинскую роль в производстве кормов для животных [7,8,9,10,1,12,13,14,15,16]. По данным ФАО, мировое потребление минеральных удобрений в 2000 году достигло 300 млн. тонн, в том числе 170 млн. тонн азота, 70 млн. тонн фосфора и 60 млн. тонн калия [4].
Объекты исследований расположены в древней Акдала-Баканасской дельте в пределах Южного Прибалхашья и в предгорной равнине Заилийского Ала-Тау близ г.
Алматы. Вегетационно-полевые опыты были заложены на рисовых чеках ТОО
«Байменей». В опытах изучалось эффективность действия нового биотехнологического продукта - модифицированного биоминерального удобрения под культуру риса и картофеля. В опытах высевался рис сорта «Баканасский» и сорта картофеля
«Аксор,Тамыр» селекции КазНИИХОК. Полевые опыты проводились в трехкратной повторности. Площади опытных делянок с удобрениями составляли по 12м2. Для
модификации цеолита по химической технологии КазНИИ почвоведения и агрохимии им.
У.У.Успанова использовались следующие удобрения: мочевина, аммиачная селитра, нитроаммофосфат, сульфат марганца, биогумус и Гуми К. Готовые модифицированные удобрения вносили весной.
Для решения поставленных задач нами использовались апробированные методологические подходы и методы закладки вегетационных опытов, моделирования на физических колоннах. Содержание гумуса в пахотном горизонте составляет 1,23 %, в подпахотном горизонте уменьшается резко и составляет 0,44 %, ниже по профилю количество гумуса уменьшается постепенно. Содержание легкогидролизуемого азота в верхнем горизонте составляет 36,4 мг/кг, содержание в нижних горизонтах снижается постепенно до 30,8 мг/кг. Подвижные формы фосфора по профилю составляет от 25,0 мг/кг почвы, а в нижнем горизонте повышается до 28,0 мг/кг почвы. Содержание подвижного калия в пахотном слое высокое 219,2 мг/кг, и по нижележащим горизонтам постепенно снижается.
Новая технология повышения биопродуктивности орошаемых почв основана на существенном интенсивном сорбционном увеличении емкости поглощения ППК, которая сопровождается ростом активности адсорбционных центров и механизма молекулярной адсорбции (Рисунок 1). Она осуществляется в первую очередь по схеме: сорбция азота, фосфора в межпакетных каналах и многочисленных порах цеолита; адсорбируемый компонент также осаждается на более активных участках, дальнейшая адсорбция осуществляется за счет заполнения менее активных центров с меньшей прочностью и энергией их связи. Порядок и интенсивность десорбции катионов из ППК происходит по обратной схеме. На макро- и микроэлементы, обладающих разной степенью сорбируемости, не распространяется правило пропорционального содержания с их концентрацией в почвенном растворе. В обычных условиях общая свободная емкость цеолита (ЕКО) составляет более 2 мг-экв.
Нами разработана методика физико-механической обработки цеолитного сырья и увеличения сорбционного объема в 10 раз (ноу-хау), что позволяет создать сорбционные объемы и резервные емкости поглощения элементами питания и пролонгированными штаммами микроорганизмов [14]. Таким образом, адсорбционная и сорбционная составляющая азота и гуминовых соединений в модифицированных цеолитных удобрений является основным источником минерального питания риса, а вновь формирующий ППК благодаря своей динамичности и составу эффективных микроорганизмов составляет самую активную часть почвы. Его оптимизация за счет увеличения емкости обмена модифицированным цеолитом, создавая мультипликативный эффект повышения других сопряженных параметров плодородия ирригационных рисовых почв.
Модифицированный цеолит удерживает необходимые для минерального питания растений макро- и микроэлементы, гуминовые соединения и микроорганизмы, регулируя их содержания в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) и сохраняя их подвижность в активной для обмена и поглощения растениями форме. Экологическая роль цеолитных удобрений заключается в создании защитного экрана от загрязнения сельхозяйственной продукции тяжелыми металлами (Рис. 1).
В вегетационных полевых опытах 2006-2008 гг. содержания легкогидролизуемого азота в пахотном слое составляет в варианте внесения модифицированного цеолита 2 т/га – 38,2-43,7 мг/кг; МЦ 5 т/га + NH4NO3+NO3P2O5 – 87,8-89,6 мг/кг. Дополнительное обогащение почвы органическим азотом за счет гуминовых препаратов Гуми К– 93,0 мг/кг позволяют получить существенную прибавку урожая риса– 30-100 % и зеленой массы-50 %.
Рисунок 1 – Схема эколого-физиологического действия модифицированного цеолита на
растения.
Рисунок 2 - Жидкое биоорганическое удобрение Гуми К.
Рисунок 3- Варианты Контроля- 8,5 ц/га и Модифицированного Цеолита (МЦ), 2т/га + ГумиК с урожаем риса зерна - 38,1 ц/га.
Рисунок 4- Варианты Контроля- 8,5 ц/га и МЦ, 2т/га + НБГМ - 43,7 ц/га.
Наибольшее содержание азота отмечается на вариантах МЦ 2 т/га + НБГМ (нанобиостимулятор акад. Гильманова М) - 84,7 мг/кг и Цеолита чистого, 2 т/га + ГумиК - 72,7 мг/кг. Внесение биоорганических удобрений и нанобиостимуляторов с модифицированным цеолитом способствует увеличению содержания азота.
Соответственно увеличивается урожайность риса и биомасса. Наиболее высокая урожайность риса приходится на вышеуказанные варианты и составляет 43,7; 38,1 и 31,9 ц/га соответственно. Таким образом, данные по содержанию легкогидролизуемого азота коррелируется с ростом урожая риса и его биометрическими показателями. Опыты на овощах в вегетационный периоды 2010-2011 гг. показали, что применение биоминеральных удобрении привело к высокому урожаю корнеплодов картофеля 30-36 т/га по сравнению с контролем 15-16.
Выводы:
1. Результаты учета урожая риса показали его существенное увеличение по сравнению с контролем более от 1 до 2-х раз на вариантах с внесением свежих органических веществ в виде корней и зеленной массы люцерны и его сочетания с цеолитом.
2. Наиболее высокое содержание легкогидролизуемого азота приходится на варианты:
цеолит + аммиачная селитра + ГумиК – 120,4; биогумусом – 113,4 мг/кг, цеолит + нитроаммофосфатом + ГумиК –124,6. При сравнении этих данных по обеспеченности азотом наиболее эффективным являются варианты Цеолит + NO3P2O5; Цеолит + NH4NO3 + Гуми К и биогумус, а также Цеолит + NO3P2O5 +ГумиК.
3. Микроорганизмы, использующие минеральный и органические формы азота достигают пика численности к середине вегетации в вариантах: Цеолит + NO3P2O5+ГумиК, 2-5т/га;
Цеолит + NH4NO3+ ГумиК, 5т/га; Цеолит+ NO3P2O5+ГумиК, 2 т/га. По количеству плесневых грибов (до 51 тыс. г почвы) установлена аналогичная закономерность.
4. Эффективные дозы модифицированного цеолита под культурой риса определены в 2-5 т/га. Цеолиты в зависимости от модификации (насыщенные азотом, фосфором и биоорганическими удобрениями) дают эффект повышения продуктивности риса от 33 до более 100 % на плодородных зональных почвах. Для риса из модифицированных форм
удобрений более эффективен цеолит насыщенный
нитроаммофосфатом+биоорганическими удобрениями, чем аммиачной селитрой и биоорганическими препаратами. Их последействие ощущается в течении 3 лет.
5. Усложнение схем модификации цеолита комбинацией с микробным препаратом
«Эффективные Микроорганизмы» дает повышение урожая риса – в 3 раза на деградированных почвах. Цеолит и его модификации минеральными элементами питания (азот, фосфор, биоорганические препараты) являются высокоэффективными удобрениями особенно на деградированных рисовых почвах (срезка гумусного горизонта при планировке), рост урожайности зерна риса до 2-3 раза.
6. Применение биоминеральных удобрении привело к высокому урожаю корнеплодов картофеля 30-36 т/га по сравнению с контролем 15-16.
Список использованной литературы:
1. Алешин Е.Н. Сметанин А.П. Минеральное питание риса. Краснодар, 1965, с.208.
2. Ягодин Б.А;.Жуков Ю.П. Агрохимия. М. Колос. 2002. с. 277
3. Елешев Р.Е. Фосфорные удобрения и урожай. Кайнар, Алма-Ата,1984 г.
4. Елешев Р.Е. Применение минеральных удобрений в Казахстане: состояние, стратегия и перспективы. Производство и применение минеральных удобрений в Казахстане. Тараз, 2004, С.5-12.
5. Химия цеолитов и катализ на цеолитах. Под ред. Дж.Рабо, М.: Мир,1980,Т.1.506 с.
2. Цеолиты: Эффективность и применение в сельском хозяйстве. М., 2000. – ч.2. с. 302.
3. Цеолиты: эффективность и применение в сельском хозяйстве/ под ред. А. Романова - М.: ФГНУ «Росинфомаагротех», 2000- 296 с.
4. Пылев Л.Н., Васильева Л.А., Валамина И.Е. Анализ биологической агрессивности цеолитов различных месторождений РФ. Природные минералы на службе человека:
Материалы науч.-практич.конф. Новосибирск, 1999. С. 68-70.
5. Пылев Л.Н., Васильева Л.А., Хрусталев С.А., Краснова Т.А. Канцерогенная безопасность цеолита Холинского месторождения . Ж., Гигиена и санитария. 2003. № 2. С.
53-56
6. Цеолиты http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5965.
7. Синцов А.В., Коваленко С. Н. Возможности цеолитовых технологий в утилизации и захоронении отходов //http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/sintsov04.htm.
8. Курамшина Н.Г., Маннапова Р.Т., Топурия Г.М., Маннапов А.Г. Южноуральские цеолиты – экобезопасность и влияние на организм птицы, сельскохозяйственных животных. Уфа-Оренбург-Москва: Изд-во БашГАУ, 2007. 248 с.
9. Голохваст К.С., Паничев А.М. Цеолиты. Обзор биомедицинской литературы.Успехи наук о жизни, 2009, № 1. С.118-152.
10. Кан В. Патент № 20621 Республики Казахстан «Способ получения модифицированных цеолитных удобрений под культуру риса», 2007.
11. Патент РК по заявке №2012/0453.1 от 17. 04.2012 «Способ получения биоорганических удобрений.
12. Патент по заявке №2012/0499.1 от 26. 04.2012 на изобретение «Способ получения биоминеральных удобрений».
