WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Получение нетрадиционного органического удобрения вермигумус нкт и его экологическая оценка в условиях защище н ного грунта

На правах рукописи





Бесчастнова Оксана Сергеевна

получение нетрадиционного органического удобрения вермигумус нкт и его экологическая оценка в

условиях защищенного грунта

03.00.16 - экология




Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук



Астрахань 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО Астраханский государственный университет, а также в тепличном хозяйстве МУП «Коммунстройсервис» г. Астрахани.

Научный руководитель: доктор биологических наук

Лозовская Марина Вячеславовна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Зайцев Вячеслав Федорович;

доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Воробьев Владимир Иванович

Ведущая организация: ГНУ Астраханская опытная станция

Всероссийский институт растениеводства

Защита состоится «_28_» __мая___ 2007 г. в ________ часов на заседании диссертационного совета Д 212.009.02 при Астраханском государственном университете по адресу: г. 414000, Астрахань, пл. Шаумяна, 1, Естественный институт АГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Естественного института Астраханского государственного университета по адресу: 414000, Астрахань, пл. Шаумяна, 1

Автореферат разослан «____» __________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук,

доцент Пироговский М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Усиление антропогенной нагрузки приводит к вовлечению в биогеохимический круговорот тяжелых металлов и микроэлементов, что приобретает особое значение для функционирования экосистем, здоровья человека. Большое значение для сохранения здоровья людей имеет учет трансформации эволюционно сложившегося биогеохимического цикла биологически важных элементов в компонентах агроэкосистем, особенно в цепи: почва-растения-человек (Виноградов, 1982; Гребенников, Ельников, 2001; Обухов, 1990; Овчаренко, 1995; Пинский, 1990; Просянникова, Анохин, 1999; Сает и др., 1990). Как избыток химических элементов в окружающей среде, так и их недостаток могут отразиться на изменениях обмена веществ, на развитии специфических заболеваний человека. Так значительный ущерб здоровью человека может нанести изменение содержания тяжелых металлов как приоритетных загрязнителей в продукции растениеводства. В настоящее время слабо изучены региональные особенности распределения тяжелых металлов в компонентах агроэкосистем, взаимосвязи между биогеохимическими условиями окружающей среды и состоянием здоровья человека. Актуальным является биогеохимическая оценка в условиях защищенного грунта как наиболее уязвимых с точки зрения накопления поллютантов агроэкосистем.

Развиваемые принципы экологического земледелия, органического растениеводства направлены на корректировку накопившихся в сельском хозяйстве проблем (Минеев и др., 1993; Орлов, 1996). Одной из мер снижения доступности для растений тяжелых металлов является применение мелиорантов, образующих с поллютантами труднорастворимые соединения. Чаще всего для этой цели используют известковые материалы. Биодоступность тяжелых металлов снижает и повышенное содержание органического вещества в почвах.

В условиях резкого сокращения объемов применения традиционных органических удобрений – навоза и т.д. большое значение придается новым, нетрадиционным видам органических удобрений – компостам. Особую роль среди них играют вермикомпосты, получаемые в ходе технологий вермикомпостирования отходов сельскохозяйственного производства. Важным преимуществом вермикомпостов является повышение их качественных характеристик по отношению к традиционным органическим удобрениям, улучшение физических и агрохимических свойств, снижение дозы внесения, положительное воздействие на плодородие почв, продуктивность выращиваемых культур.

Однако не существует технологий вермикомпостирования отходов сельскохозяйственного производства для Юга России, в литературе нам не встретилось данных по применению вермикомпостов в условиях защищенного грунта. Важность этих вопросов и необходимость их научного обеспечения обусловили выбор цели настоящего исследования.

Цель настоящего исследования состояла в экологической оценке вновь полученного нетрадиционного органического удобрения Вермигумус НКТ в условиях защищенного грунта.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

  1. определить качественные и количественные характеристики органического удобрения Вермигумус НКТ;
  2. сравнить химический состав органического удобрения Вермигумус НКТ с компостом;
  3. оценить влияние органического удобрения Вермигумус НКТ на рост рассады огурца в условиях защищенного грунта;
  4. определить качественные и количественные характеристики почвы при использовании Вермигумуса НКТ;
  5. изучить связь между содержанием биодоступных форм тяжелых металлов в почве и растениеводческой продукции под влиянием нетрадиционного органического удобрения.

Научная новизна. В результате проведенных исследований выявлены качественные и количественные показатели органического удобрения Вермигумус НКТ, полученного при вермикомпостировании навоза в условиях Юга России. Качественный и количественный состав полученного органического удобрения Вермигумус НКТ отвечает техническим требованиям, предъявляемым к вермикомпостам.

Выведены технологические линии дождевых червей, сохраняющих жизнеспособность при температуре свыше 30°С. В процессе работы определены параметры рациональной технологии выращивания маточного стада дождевых червей, проведено обоснование выбора кормовых компонентов для культивируемых дождевых червей, определены подходы к оценке адаптации разводимых дождевых червей, оценены показатели качества используемых кормовых субстратов.

Изучено влияние Вермигумуса НКТ на биодоступность тяжелых металлов.

Научно-практическая значимость состоит в разработке технических условий производства органического удобрения Вермигумус НКТ в условиях Юга России. Подтверждено соответствие качества полученного органического удобрения разработанным техническим условиям. Вермигумус НКТ стимулирует рост рассады огурца в условиях защищенного грунта, связывает тяжелые металлы в грунте.

Полученные результаты могут лечь в основу разработки технологии промышленного вермикомпостирования отходов сельскохозяйственного производства в условиях Юга России.

На основании полученных данных для Юга России было рекомендовано экологически безопасное нетрадиционное агрохимическое средство, используемое для повышения плодородия и продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях защищенного грунта.

Положения, выносимые на защиту:

    • основой технологии вермикультвивирования в условиях Юга России является использование технологических линий дождевых червей, адаптированных к повышенным значениям температуры и специализированных на переработке определенных видов сельскохозяйственных отходов;
    • включение вермикомпостов в биологический круговорот агроценоза является важным элементом системы управления примесными элементами (тяжелые металлы) и плодородием почв.

Апробация. Материалы доложены и обсуждены на Первой российской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2006); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива – 2006» (Нальчик, 2006); IX Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2006); Второй российской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ общим объемом 0,8 п.л. (авторский вклад – 0,515 п.л.) получено положительное решение о формальной экспертизе заявки на выдачу патента на изобретение (Заявка на изобретение № 2006119533.-Приоритет от 05.07.2006).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит введение, 3 главы, выводы, 10 рисунков, 10 таблиц, библиографический указатель (145 источника, из них 32 - работы иностранных авторов).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал и методы исследования

Оценка качественных и количественных показателей полученного нетрадиционного органического удобрения и почвы включала: определение массовой доли сухого вещества (ГОСТ 26713-85), массовой доли органического вещества в пересчете на углерод (ГОСТ 27980) термогравиметрическим методом, массовой доли золы (ГОСТ 26714-85) термогравиметрическим способом, отношения углерода к азоту С:N расчетным путем, рН (ГОСТ 27979-88), общего азота (ГОСТ 26715-85) фотометрическим методом в модификации ЦИНАО, общего фосфора (ГОСТ 26717-85) фотометрическим методом, общего калия (ГОСТ 26718-85) пламенно-фотометрическим методом, гуминовых веществ (ГОСТ 9517-94).

Определение валового содержания тяжелых металлов проводили методом кислотной варки в концентрированной азотной кислоте с добавлением 30 % Н2О2, кислоторастворимых форм тяжелых металлов - в вытяжке 1М НCl и обменнопоглощенных форм тяжелых металлов - в вытяжке 1М ацетат-аммонийного буфера с рН 4,8 (Методические рекомендации, 1981).

Образцы растений взвешивали, высушивали в термостате. Воздушно сухие образцы размалывали на электрической мельнице. Содержание Zn, Cu, Pb, Cd, Ni и Cr в растительных образцах определяли после озоления концентрированной азотной кислотой с 30 % Н2О2. на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Хитачи-1080».

Определение параметров рациональной технологии выращивания маточного стада дождевых червей проводили при вермикультивировании ящичным способом. Лабораторное производство вермигумуса ориентировали на переработку отходов сельскохозяйственного производства: навоз крупного рогатого скота, лошадей, овец; подсушенные растения лебеды татарской, томатный жмых.

Морфологические признаки огурца изучали на рассаде. Длину главного стебля измеряли линейкой от основания стебля до точки роста верхушки стебля. Подсчитывали количество листьев. Оценивали общее развитие растений, внешний вид. Исследованию подверглись 50 растений в трехкратной повторности. Статистические параметры определяли по общепринятым методикам.

Результаты исследования и их обсуждение

Параметры рациональной технологии выращивания маточного

стада дождевых червей

Нами проведен химический анализ компостированных в аэробных условиях кормовых субстратов разного состава:

№1 – навоз крупного рогатого скота (КРС) + трава злаковых (9:1),

№2 – конский навоз + навоз КРС (1:1),

№3 - овечий навоз + навоз КРС (1:1),

№4 - навоз КРС + томатный жмых (1:1),

навоз КРС + трава лебеды (9:1).

Отношение компонентов в кормовых субстратах рассчитывали на сухое вещество. Результаты анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты химического анализа кормовых субстратов

Показатели качества Результат анализа кормовых субстратов
1 2 3 4 5
рН KCl не менее 7,8 7,7 8,4 7,9 7,7
Содержание:
- сухое вещество, %, не менее 13,0 17,0 18,0 16,0 18,0
- органическое вещество, % от сухого вещества, не менее 78 63 66 72 62
- доля гуминовых веществ, % от общего содержания органического вещества, не менее 4,4 10,1 4,9 7,1 4,8
- соотношение С:Н, не более 20,2 19,4 12,4 14,2 14,6
- азот общий, % на сухую массу, не менее 1,80 1,60 2,37 2,31 2,04
- фосфор общий, % на сухую массу, не менее 1,06 0,95 1,51 1,66 0,97
- калий общий, % на сухую массу, не менее 0,81 0,98 4,40 0,75 0,90

Установлена слабощелочная реакция у большинства кормовых субстратов, и несколько повышенная щелочность кормового субстрата №3 (овечий навоз + навоз КРС). Питательность всех вариантов кормовых субстратов по данным химического анализа можно оценить как хорошую. Об этом можно судить по высокому содержанию в кормах органических веществ, минеральных компонентов.

С учетом способности дождевых червей проявлять максимальную адаптивность к разным видам кормовых субстратов на ранних этапах онтогенеза, нами были выведены технологические линии дождевых червей для формирования специализированных маточных стад для переработки отходов сельхозпроизводства определенного вида.

Плотность посадки червей маточного стада в ящики для культивирования может варьировать в широких пределах. Оптимальные результаты культивирования достигаются при внесении маточной культуры червей в соответствии со средними значениями плотности посадки (8 тыс. шт./ м2 или 1,44 кг/ м2). В процессе выращивания маточного стада червей общую численность и биомассу неполовозрелых и половозрелых червей следует поддерживать не выше уровня 16,0 тыс.шт./м2 и 2,9 кг/м2 соответственно. При соблюдении этого правила удается сохранять высокую продуктивность при выращивании маточного стада червей при хороших показателях длины и массы тела половозрелых особей.

Таблица 3

Вариабельность показателей плотности посадки червей маточного стада в емкости для культивирования, М (min-max)

Группа Численность, тыс.шт. /кв.м. Биомасса, кг/кв.м.
Коконы 6,5 (2,3-12,5) -
Неполовозрелые 5,6 (1,6-10,3) 0,83 (0,26-1,33)
Половозрелые 2,4 (1,2-3,8) 0,61 (0,42-0,86)

Темп роста биомассы разновозрастной группы червей в ящиках зависит от степени их адаптации к условиям культивирования. При поддержании оптимальных условий содержания коэффициент прироста биомассы за месяц должен составлять не менее 1,2-1,3, что позволяет получать удвоение биомассы за 2-3 месяца. По мере достижения максимально допустимой плотности посадки (более 16,0 тыс.шт./м2 и 2,9 кг/м2) червей следует рассаживать в соответствии с оптимальными значениями данных параметров.

В лабораторных условиях в экспериментальных емкостях объемом 1л, где содержались дождевые черви (в соотношении неполовозрелые особи : половозрелые особи как 3:1) определяли продукцию коконов при разных температурных режимах и кормлении компостированным навозом КРС. Установлено, что средняя скорость сбрасывания составила 2,0±0,34 кокона/нед. Не выявлено корреляции между массой дождевых червей и числом коконов. При температурном оптимуме (18-25С) количество зародышей в среднем составило 2,5 особей, относительная масса кокона составила 3,3% от средней массы половозрелых червей. Средняя масса кокона составила 10,2±0,10 мг.

Выявлено влияние повышенных значений температуры на снижение массы отложенных коконов и увеличение относительного числа уродств у эмбрионов. Так прогрев субстрата до 33С в течение 3-5 суток обусловил появление различного вида аномалий развития у 15,3±2,30% эмбрионов. При кормлении дождевых червей разными кормовыми субстратами отмечена 100%-ная выживаемость животных.

3.2. Разработка технических условий на производство нового органического удобрения Вермигумус-НКТ

Анализ рынка органических удобрений в России показывает наличие товаров, не вполне соответствующих по качеству продукции вермикомпостирования. Это обусловлено наличием почвосмесей, смесей торфа и продукции вермикомпостирования на рынке органических удобрений. Такая продукция предлагается под видом чистого вермигумуса. Поэтому проведение процедуры сертификации производимой продукции является обязательным условием продвижения вермикомпоста как конкурентноспособного товара. Для реализации этой цели было проведено техническое документирование получаемого вермикомпоста и проведение процедуры подтверждения соответствия разработанным техническим условиям.

Разработанные технические условия изготовления вермикомпоста приведены в Приложении 1.

Нами проведен химический анализ полученного вермикомпоста и сравнение его свойств с разработанными техническими условиями. Результаты анализа приведены в таблице 4.

Таблица 4

Результат химического анализа произведенного вермикомпоста

Показатели качества Технические требования к вермикомпостам Фактическое значение результата анализа
1 2 3
рН KCl не менее 6,5 7,8
Содержание:
- сухое вещество, %, не менее 40 13,0
- органическое вещество, % от сухого вещества, не менее 15 78
- доля гуминовых веществ, % от общего содержания органического вещества, не менее 15 4,4
- соотношение С:Н, не более 30 20,2
- азот общий, % на сухую массу, не менее 0,5 1,80
- фосфор общий, % на сухую массу, не менее 0,1 1,06
- калий общий, % на сухую массу, не менее 0,1 0,81
-фенолы, мг/кг, не более 15 <0,05
-полициклические углеводороды, мг/кг, не более 0,02 <0,005
90Sr, Ku/кг, не более 5*10-10 1,4*10-10

137Cs, Ku/кг, не более 5*10-7 1,0*10-7

-сумма радионуклидов, Ku/кг, не более 1*10-8 0,8*10-8

-тяжелые металлы, мг/кг, не более

Cd 20 0,1

Co 100 1,6

Cr 750 0,6

Cu 1000 3,0

Hg 16 <0,01

Mn 3000 25,0

Mo 50 0,1

Ni 300 4,0

Pb 750 3,9

Zn 2500 21,7

-жизнеспособные яйца гельминтов, шт/кг отсутствуют Не обнаружено

-титр кишечной палочки, не менее, г 0,01 1,0

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о соответствии полученного вермигумуса разработанным техническим условиям производства нового органического удобрения – Вермигумуса-НКТ (рис.8). Пробы органического удобрения Вермигумус-НКТ прошли испытания для целей сертификации по Техническому заданию, согласованному с органом по сертификации продукции ФГУ «ГЦАС «Астраханский», по ТУ 9890-001-93936071-06.

    1. Сравнительная оценка вермикомпоста и компоста

Противоречивым является вопрос, существуют ли различия между вермигумусом и компостом, приготовленным традиционным способом. По данным финских и итальянских ученых, не наблюдается разницы по химическому составу между вермикомпостами, приготовленными из разных видов сырья (табл. 5). Известно, что вещества, содержащиеся в отходах, превращаются в формы, доступные для растений. Содержание гуминовых кислот в вермигумусе в 1,5 раза выше, чем в традиционном компосте, а содержание фульвокислот больше почти в 4 раза. По содержанию общего азота вермигумус превосходил традиционный компост более чем в 2 раза.

Таблица 5

Агрохимические показатели вермигумуса различных
видов органического сырья (по данным Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства РАСХН )

Показатели качества Виды органического сырья
Птичий помет Свиной навоз Осадки сточных вод Отходы плодоовощной продукции КРС
Фирма "Радуга" Фирма "СБ"
Массовая доля влажности, % 45 40-46 45 47 68 54
Массовая доля органического вещества (в пересчете на сухое вещество), % - 55-62 28 70 11 50
Отношение C : N - 20-22 11 - 8,7 25
Общий азот, массовая доля на сухое вещество, % 0,7-1,1 1,4-1,8 1,3 1,8 0,9 2,32
Р2О5, массовая доля на сухое вещество, % 0,8 6,4-7,3 0,8 2,0 0,5 1,3
К2О, массовая доля на сухое вещество, % 1,0 1,1-1,2 0,7 1,5 0,7 1,1
рН солевой вытяжки 7,2 7,1-7,3 7,0 7,1 6,5 7,2

 Токсикологическая оценка вермигумуса, проведенная по суммарному содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов свинца, кадмия, кобальта, хрома, марганца, цинка, меди, железа, выявила значительное уменьшение их содержания при переработке навоза КРС дождевыми червями. Подтверждением этого положения служат данные таблицы 6, в которой представлены результаты вермикомпостирования осадков сточных вод. Исходным субстратом для получения вермигумуса явились: ОСВ - 70%, подстилочный навоз - 20%, солома - 10% (водоканал Клин).

Данные, представленные в таблице 6, говорят о том, что использование вермикультуры для утилизации осадков сточных вод позволяет значительно снизить содержание тяжелых металлов. Их уменьшение не имеет четкой закономерности. Так, снижение содержания тяжелых металлов в вермигумусе из активного ила колебалось от 22,3 раз (Sr) до 1,3 раза (Cd). Эти различия связаны, в первую очередь, с уровнем содержания того или иного элемента. Но такой четкой зависимости может и не быть.

Таблица 6

Содержание валовых форм тяжелых металлов в осадках сточных вод и

биогумусе из них (мг/кг) в сравнении с биогумусом из куриного помета

Субстраты Cu Ni Pb Zn Cd Sr Cr Co Hg
Активный ил "Биомаш" 400 120 20 300 1,2 920 230 5
вермигумус (ил+торф+ навоз) "Биомаш" 65 9,5 3,6 74,5 0,9 41,3 15 1,8
Остатки сточных вод Водоканал Клин 85,1   330 665 2,5     5,1 84,0
вермигумус Водоканал Клин 62,2   114 399
вермигумус (куриный помет) 28,4 9,2 20,4 260 0,4   10,2   0,04

При вермикультивировании осадков сточных вод (водоканал Клин) изменения были менее значительными и они колебались от 2,9 (Pb) до 1,4 (Cu) раза. Несмотря на то, что содержание Pb превышает ПДК, в вермигумусе из осадков сточных вод исчезли такие элементы, как кадмий, кобальт, ртуть, что значительно снизило общую токсичность по сравнению с исходным субстратом.

Сравнение вермигумуса из осадков сточных вод с вермигумусом из куриного помета говорит о большей экологической чистоте последнего. Однако по содержанию никеля, кадмия и хрома они не различались существенно.

Аналогичные результаты получены и другими исследователями. Установлено, что в процессе вермикультивирования происходит снижение как валовых, так и подвижных форм тяжелых металлов. Максимальная концентрация тяжелых металлов в организме дождевых червей отмечается уже через 10 дней, и содержание отдельных элементов в них увеличивается в 2-8 раз по сравнению с аналогами, находившимися в навозе КРС. Процесс зависит от адаптации червей к сырью (Зимина и др., 2005).

Распространенные в настоящее время технологии производства вермигумуса характеризуются, как правило, сезонностью производственного цикла. Это ограничивает возможности создания не только высокотехнологических производств, но и внедрения механизации и автоматизации. Поэтому введение в отечественную практику промышленных комплексов вермикультивирования круглогодичного действия – надежная основа создания в будущем системы производства экологически чистых органических удобрений на основе утилизации различных отходов сельского хозяйства. Разработка вермитехнологий в закрытых помещениях предполагает использование специализированных пород дождевых червей, адаптированных к повышенным значениям температуры. Особенно актуально это для Юга России. Одним из итогов настоящего исследования явилось определение подобных специализированных пород, способных переносить долговременное повышение температуры субстрата до 33°С. При этом черви продолжают питаться, активны. Однако появление 15,3±2,30% эмбрионов с различного рода аномалиями развития свидетельствует о снижении плодовитости при таких значениях температуры.

Вермигумус, являясь экологически чистым органическим удобрением, оказывает многостороннее действие на почву и растение. Характерной особенностью вермигумуса является высокое содержание хорошо гумифицированного материала, который обуславливает их исключительные физические свойства: содержание водопрочных агрегатов 70-95%, в том числе около 50% приходится на агрегаты 1-3 мм. Эти свойства вермигумуса способствуют восстановлению истощенных почв (Парханеева, 2005). Внесение вермигумуса в почву увеличивает численность агрономически полезных групп микроорганизмов, аммонификаторов, нитрифицирующих бактерий и целлюлозоразлагающих микроорганизмов, осуществляющих первую стадию гумификации органического вещества. Вермигумус обеспечивает повышение биоэнергетического потенциала почв и, следовательно, уровня их потенциального плодородия. При внесении вермигумуса улучшается агрегатный состав почвы, ее водопроницаемость и влагоемкость. Имея слабо щелочную реакцию, вермигумус способствует существенному повышению буферности почвы, что имеет большое значение для кислых почв, а также обладает высокой способностью к сорбции тяжелых металлов.

В результате настоящего исследования были выявлены качественные и количественные показатели вермигумуса, полученного в условиях лабораторного вермикомпостирования отходов сельскохозяйственного производства. Установлено преимущество полученного вермигумуса перед компостированным навозом КРС. Так в вермигумусе наблюдается увеличение доли сухого вещества, гуминовых веществ, общего азота, общего фосфора, общего калия. Следовательно, питательная ценность для растений у полученного вермигумуса существенно выше, чем у традиционно компостированного навоза КРС.

Результаты наших исследований сходны с данными, приведенными прочими производителями вермикомпостов. Так в таблице 7 приведены результаты анализа вермикомпостов, производимых ОАО «Грин-ПИКъ» (Владимирская обл.) и ЧП «Ахатова Н.М.» (г. Набережные Челны).

Таблица 7

Химический состав вермигумуса (по данным разных производителей)

показатель ОАО «Грин-ПИКъ», Владимирская обл. ЧП «Ахатова Н.М.», г. Набережные Челны
рН 54,5
Влажность, % 40-45 36,5
Зольность, % 35-45
Органическое вещество, % от сухого вещества 55-65 0,74
доля гуминовых веществ, % от общего содержания органического вещества 25-32% 0,97
азот общий, % на сухую массу 1,0-2,0% 0,41
фосфор общий, % на сухую массу 1,5-3,0% 5,1
калий общий, % на сухую массу 1,2-2,0% 1,25
Кальций 4,0-6,0%
Магний 0,6-2,3%
Железо 0,6-2,5%
Марганец 60-80 мг/кг
Массовая доля тяжелых металлов, мг/кг ниже ПДК для почв
Патогенная микрофлора отсутствует
Яйца гельминтов отсутствует

Таким образом, в результате настоящего исследования были выявлены параметры рациональной технологии выращивания маточного стада дождевых червей в условиях лабораторного вермикультивирования получения нетрадиционного органического экологически чистого удобрения Вермигумуса НКТ. Полученные результаты могут лечь в основу для разработки технологии промышленного вермикультивирования и переработки отходов сельскохозяйственного производства в условиях Юга России.

3.4. Выращивание рассады огурца в условиях защищенного грунта с использованием Вермигумуса НКТ

Эффективное использование удобрений в сельском хозяйстве является важным фактором в улучшении плодородия почв и в повышении урожайности культур в открытом и защищенном грунте. В Астраханской области выращиванием культур в условиях защищенного грунта занимается меньше десятка хозяйств. Однако ранняя овощная продукция, а также декоративные культуры востребованы у населения города. Большим спросом пользуются ранние огурцы. В условиях защищенного грунта растения требуют лучшего питания по сравнению с открытым грунтом. Как правило, на одной площади круглогодично выращивают несколько видов культур.

Известно, что огурец отличается быстрым темпом роста и развития. За относительно короткое время он способен формировать высокий урожай, что обусловлено соответствующим уровнем потребления питательных веществ из почвы. Обильные и частые поливы способствуют вымыванию питательных веществ из грунта. Для получения высоких урожаев огурца необходимо использование качественных органических удобрений. Поэтому актуальной проблемой является поиск экологически чистых органических удобрений, которые можно использовать в условиях защищенного грунта. Особое место среди последних занимают вермикомпосты, ценность которым придают гуминовые кислоты (от 5,6 до 17,6% на сухое вещество). Вермикомпост является основным продуктом переработки органических отходов с помощью дождевых червей. Диапазон значений рН вермикомпоста от - слабокислых до слабощелочных значений. Это способствует созданию в почве условий, повышающих устойчивость растений к болезням. При этом вермикомпост содержит биологически активные вещества, ускоряющие прорастание семян, а также улучшающие приживаемость рассады овощных культур после высадки ее в открытый грунт (Касатиков, Касатикова, 2002).

Описываемый этап работ был посвящен изучению влияния органического удобрения Вермигумус-НКТ на рост рассады огурца в условиях защищенного грунта.

Вермигумус-НКТ – органическое экологически чистое удобрение, полученное при вермикомпостировании навоза крупного рогатого скота. Опыты проводились в тепличном комплексе МУП г. Астрахани «Коммунстройсервис». При выращивании рассады были использованы смеси тепличного грунта с Вермигумусом-НКТ в следующих вариантах:

  1. Почва (контроль);
  2. Почва : Вермигумус-НКТ (9:1);
  3. Почва : Вермигумус-НКТ (4:1);
  4. Почва : Вермигумус-НКТ (2:1).

При добавлении 1 части Вермигумуса-НКТ к 9 частям почвы растения огурца сорта Криспина (n=50) через месяц после посева имели среднюю длину наземной части 200,0 ± 25,50 мм, что достоверно выше, чем у растений, выращиваемых без удобрения. При этом среднее количество листьев в опытной и контрольной группах существенно не отличалось.

При добавлении 1 части Вермигумуса-НКТ к 4 частям почвы у растений огурца сорта Криспина (n=50) достоверно увеличивалась средняя длина наземной части растений и уменьшалось среднее количество листьев.

Аналогичная картина наблюдалась и при добавлении 1 части Вермигумуса-НКТ к 2 частям почвы (табл. 8; рис.9, 10).

Установлено, что продолжительность рассадного периода растений огурца во всех вариантах опытов существенно не изменялась. Появление первого настоящего листа в опытных группах наступило на 2 дня раньше контрольной.

Таблица 8

Влияние различных почвенных смесей на рост огурца сорта Криспина

(1 месяц после посева)

Почвенная смесь Средняя длина наземной части, мм Среднее количество листьев, шт
1 Почва 130,0 ± 21,00 5,3 ± 0,12
2 Почва : вермигумус - (9:1) 200,0 ± 25,50* 5,0 ± 0,10
3 Почва : вермигумус - (4:1) 275,0 ± 24,32*** 4,7 ± 0,18*
4 Почва : вермигумус - (2:1) 300,0 ± 16,00*** 4,0 ± 0,20***

Рис. 9. Изменение средней длины наземной части рассады огурца сорта Криспина при добавлении Вермигумуса-НКТ, мм

Рис.10. Изменение среднего количества листьев у рассады огурца сорта Криспина при добавлении в почву Вермигумуса-НКТ, шт

Известна требовательность огурцов к пищевому режиму в связи с расположением корневой системы в верхнем слое почвы. Поэтому важно при выращивании огурцов, особенно в условиях защищенного грунта, вносить органические удобрения. Внесение удобрений, повышающих микробиологическую активность почвы, приводит к повышению питания огурцов углекислотой, выделяемой из почвы (благодаря стелющимся листьям огурцы используют углекислоту в большей мере, чем прочие растения) (Брызгалов, 1983).

Характерной особенностью закрытого грунта являются повышенная влажность воздуха и почвы, а также температура воздуха от +25 до +30°С, которые способствуют развитию и размножению патогенных грибов, бактерий и вирусов. Часто при культивировании растений огурца приходится проводить обработку от мучнистой росы, белой гнили, поражающих органы растения. Возбудители болезней растений сохраняются в почве.

При проведении опытов установлено, что огурцы, при посадке которых добавлялся Вермигумус-НКТ, проявили устойчивость к заболеваниям. Контрольные же растения оказались зараженными. Это позволяет сделать вывод, что Вермигумус-НКТ способен обеспечить защиту растений огурца в тепличных условиях от грибковых заболеваний.

Таким образом, при использовании Вермигумуса-НКТ сокращается продолжительность рассадного периода огурца. Кроме того, данное удобрение способно защитить выращиваемые в условиях защищенного грунта растения огурца от грибковых заболеваний.

3.5.Влияние Вермигумуса-НКТ на содержание тяжелых металлов в

растениях огурца

Нормирование тяжелых металлов в почве и растениях является весьма сложным из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды (Черных, 1995; Черных, Ладонин, 1995; Перцовская и др., 1982; Обухов, 1992). Изменение только агрохимических свойств почвы (реакции среды, содержания гумуса, степени насыщенности основаниями, гранулометрического состава) может в несколько раз уменьшить или увеличить содержание тяжелых металлов в растениях (Аристархов, 2000; Байдина, 1994). Имеются противоречивые данные даже о фоновом содержании некоторых металлов. Приводимые исследователями результаты порой различаются в 5-10 раз.

В таблице 9 приведены официально утвержденные предельно допустимые концентрации (ПДК) и допустимые уровни их содержания по показателям вредности. В соответствии с принятой гигиенистами схеме нормирование тяжелых металлов в почвах подразделяется на транслокационное (переход элемента в растения), миграционное водное (переход в воду) и общесанитарное (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз).

Таблица 9

Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (по ГН 2.1.7.2041-06)

Наименование веществ ПДК, мг/кг почвы с учетом фона Показатели вредности
Транслокационный Водный Общесанитарный
Подвижные формы
Медь 3,0 3,5 72,0 3,0
Никель 4,0 6,7 14,0 4,0
Цинк 230 23,0 200,0 37,0
Кобальт 5,0 35,0 >1000 5,0
Хром 6,0 - - 6,0
Валовое содержание
Марганец 1500,0 3500,0 1500,0 1500,0
Свинец 30,0 35,0 260,0 30,0
Ртуть 2,1 2,1 33,3 5,0

Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2042-06 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве», действующие в настоящее время в России, разработаны только для шести химических элементов: Zn, Cu, Ni, Cd, Pb и As. На сегодняшний день в России, на основании СанПиН 2.3.2.1078-01 и СанПиН 2.3.2.1280-03, в пищевых продуктах контролируется содержание только четырех химических загрязнителей: Pb, As, Cd и Hg. Допустимые уровни содержания олова и хрома регламентируются только в том случае, если исследуемые продукты производятся в сборной жестяной (Sn) или в хромированной (Cr) таре.

Валовое содержание является фактором емкости, отражающим, в первую очередь, потенциальную опасность загрязнения растительной продукции, инфильтрационных и поверхностных вод. Характеризует общую загрязненность почвы, но не отражает степени доступности элементов для растения. Для характеристики состояния почвенного питания растений используются только их подвижные формы.

Определение подвижных форм производят, используя различные экстрагенты: общее количество подвижной формы металла – применяя кислотную вытяжку (1н НСl). В ацетатно-аммонийный буфер переходит наиболее мобильная часть подвижных запасов тяжелых металлов в почве. Концентрация металлов в водной вытяжке показывает степень подвижности элементов в почве, являясь самой опасной и «агрессивной» фракцией. Поступление тяжелых металлов в растения зависит в большей степени от содержания подвижных форм, чем от содержания валовых форм тяжелых металлов в почве. Управляя конкретными почвенными параметрами, можно контролировать поведение тяжелых металлов в системе «почва- растение» (Цыганок, 1996; 2007).

Попытка классификации почв по содержанию тяжелых металлов была предпринята А.И. Обуховым (1992) (табл.10). Большим недостатком нормирования является то обстоятельство, что в ПДК пока не учитывается совместный отрицательный эффект ТМ, хотя известно, что почвы загрязняют обычно не одним, а несколькими химическими элементами и что объединенное токсическое действие последних может быть выше, чем наиболее высокое индивидуальное.

Таблица 10

Классификация почв по содержанию и степени загрязнения подвижных

форм ТМ, мг/кг воздушно-сухой почвы (Обухов, 1992)

Градации Pb Cd Zn Cu Ni Co
Содержание
Очень низкое <0,2 <0,02 <1 <0,2 <0,2 <0,1
Низкое 0,2-0,5 0,02-0,05 1-2 0,2-0,5 0,2-0,5 0,1-0,2
Среднее 0,5-1,5 0,05-0,10 2-5 0,5-2,0 0,5-1,5 0,2-0,5
Высокое 1,5-5,0 0,10-0,50 5-20 2,0-5,0 1,5-5,0 0,5-3,0
Загрязнение
Слабое (ПДК) 5-10 0,5-1,0 20-50 5-10 5-10 3-5
Среднее 10-50 1,0-3,0 50-100 10-50 10-50 5-25
Сильное 50-100 3,0-5,0 100-200 50-100 50-100 25-50
Очень сильное >100 >5,0 >200 >100 >100 >50

Тепличная грунтосмесь в наших экспериментах характеризовалась высоким содержанием подвижных форм кадмия (0,30±0,005 мг/кг), кобальта (0,56±0,006 мг/кг), меди (2,96±0,002 мг/кг), средним содержанием подвижных форм никеля (,87±0,005 мг/кг), слабым загрязнением подвижными формами цинка (50,00±2,003 мг/кг) и свинца (6,11±0,003 мг/кг). Добавление к грунтосмеси Вермигумуса НКТ позволило снизить содержание подвижных форм тяжелых металлов пропорционально дозе вносимого удобрения (табл. 11).

Валовое содержание свинца в контрольной пробе грунтосмеси превышало ПДК более чем в 2 раза. Добавление Веримигумуса НКТ в соотношении 1 : 9 снизило данный показатель до 0,28 ПДК.

Таблица 11

Содержание тяжелых металлов в тепличных грунтосмесях, содержащих разное количество Вермигумуса-НКТ

Показатели качества Фактическое значение результата анализа
Почва Почва : вермигумус - (9:1) Почва : вермигумус - (4:1) Почва : вермигумус - (2:1)
Валовые формы тяжелых металлов, мг/кг:
Кадмий 0,12 ±0,005 0,12±0,002 0,14±0,002 0,12±0,002
Кобальт 5,10±0,002 3,20±0,003 3,10±0,002 3,00±0,090
Хром общий 25,00±1,002 8,10±0,005 8,70±0,004 8,00±0,800
Медь 30,9±1,002 13,40±1,200 14,90±1,005 1,50±0,120
Марганец 270,00±25,003 398,00±32,000 261,00±25,000 260,00±21,000
Никель 21,70±2,001 7,20±0,005 4,20±0,300 4,30±0,400
Свинец 66,90±3,020 8,50±0,006 8,20±,005 8,30±0,200
Цинк 161,20±21,000 87,40±2,001 62,00±2,003 63,00±3,000
ртуть <0,01 <0,01 <0,01 <0,01
Подвижные формы тяжелых металлов, мг/кг:
Кадмий 0,30±0,005 0,05±0,005 0,05±0,005 0,05±0,005
Кобальт 0,56±0,006 0,05±0,002 0,01±0,001 0,02±0,002
Хром 3,60±0,003 2,90±0,001 3,10±0,020 3,00±0,001
Медь 2,96±0,002 0,75±0,005 0,68±0,006 0,68±0,002
Марганец 49,50±1,002 44,80±1,002 51,90±1,100 51,00±2,010
Никель 0,87±0,005 0,45±0,001 0,41±0,042 0,40±0,004
Свинец 6,11±0,003 0,45±0,002 0,59±0,250 0,58±0,005
Цинк 50,00±2,003 10,10±0,980 11,90±1,021 11,50±1,002
молибден 0,12±0,002 0,08±0,008 0,03±0,003 0,02±0,0002

Наземные части растений огурца содержали тяжелые металлы гораздо ниже нормативов, установленных МЗ СССР ГН 6229-91 и Госкомсанэпиднадзором РФ ГН 2.1.7.020-94 (табл. 12).

Таблица 12

Содержание тяжелых металлов в рассаде огурца

Показатели качества, мг/кг Фактическое значение результата анализа
Почва Почва : вермигумус - (9:1) Почва : вермигумус - (4:1) Почва : вермигумус - (2:1)
Свинец 0,001±0,0002 0,001±0,0006 0,001±0,0005 0,001±0,0005
Кадмий 0,006±0,0005 0,006±0,0002 0,004±0,0002 0,004±0,0002
Молибден 0,034±0,0020 0,038±0,0080 0,021±0,003 0,020±0,003
Хром 0,760±0,0200 0,147±0,0050 0,265±0,0400 0,260±0,0400
Никель 0,270±0,0100 0,168±0,0050 0,155±0,0300 0,150±0,0300
Цинк 1,080±0,0020 0,810±0,010 0,690±0,030 0,680±0,030
Медь 0,430±0,0200 0,240±0,2000 0,242±0,050 0,224±0,050

Удобрения как фактор, воздействующий на содержание тяжелых металлов в почве и растениях, вызвали интерес исследователей сравнительно недавно (Цыганок, 1999). Накопленные данные весьма противоречивы. Считается, что, с одной стороны тяжелые металлы поступают в почву в составе удобрений, загрязняя почву, растения и грунтовые воды, а с другой - удобрения, изменяя агрохимические свойства почвы, могут влиять на подвижность токсикантов в почве и их поступление в растения (Овчаренко, 1995). Имеются данные об особенностях накопления тяжелых металлов разными видами дикорастущих и культурных растений (Башмаков, 2002; Сика, 2002).

Считается, что большую опасность с точки зрения загрязнения среды тяжелыми металлами представляет использование в сельском хозяйстве компостов из городского мусора, бытовых и промышленных осадков сточных вод. С пестицидами и фунгицидами в пахотный слой почвы попадает сравнительно небольшое количество токсикантов, т.к. расход этих препаратов небольшой, и поэтому они не являются серьезным источником загрязнения почв (Controles de residus…, 1992; Hickey et al.,1994; Maliszewska, Werzbicha, 1978).

По мере минерализации органического вещества удобрений в почве катионы металлов переходят из него на почвенные коллоиды или свежевнесенное органическое вещество, и так как подвижность многовалентных катионов токсикантов небольшая, их концентрация постепенно возрастает (Алексеев, Аллилуева, 1988). Тяжелые металлы также могут переходить в легкоподвижную форму и становиться доступными для растений или мигрировать вниз по профилю почвы.

Считается, что наиболее чувствительным методом оценки загрязнения почв тяжелыми металлами является оценка содержания в почве подвижных форм этих соединений (Плеханова и др., 1995; Miller et al., 1995), так как именно эти формы в первую очередь попадают в растения и организм человека. Наиболее значимыми факторами, повышающими устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами, является увеличение их поглотительной способности и рН за счет внесения мелиорантов органического и минерального происхождения (торф, лигнин, навоз, растительные компосты, известь, глина, цеолиты и др.) (Галактионова и др., 1993).

По данным Файзы Салама Али Саламы (1993), на почвах, загрязненных солями тяжелых металлов, применение органических удобрений способствует уменьшению подвижности поллютантов в почвах и их поступлению в растения. И биологически активные органические удобрения (экскременты животных), и биологически инертные (торф и компосты) выступают как хорошие сорбенты катионов и анионов, повышают буферность почв.

Полученные нами данные вполне согласуются с представленными в литературе.

ВЫВОДЫ

  1. Определены параметры рациональной технологии выращивания маточного стада дождевых червей в условиях лабораторного вермикультивирования, что позволило разработать технологию производства нетрадиционного органического экологически чистого удобрения Вермигумус НКТ. Оптимальные результаты культивирования ящичным методом достигаются при внесении маточной культуры червей в соответствии со средними значениями плотности посадки (8 тыс. шт./ м2 или 1,44 кг/ м2). Благоприятные для адаптации маточной культуры червей условия создаются при введении в состав почвогрунта вермигумуса, обусловливающего его пористую структуру и оптимальные химические свойства. Проведенная сертификация выявила качественные и количественные показатели вермикомпоста, полученного в условиях лабораторного вермикомпостирования отходов сельскохозяйственного производства. Подтверждено соответствие качества полученного органического удобрения разработанным техническим условиям ТУ 9890-001-93936071-06.
  2. Выведены технологические линии дождевых червей, сохраняющие жизнеспособность при повышенных значениях температуры, что особенно важно при утилизации конкретных видов отходов сельскохозяйственного производства в условиях Юга России.
  3. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о преимуществе полученного вермигумуса перед компостированным навозом крупного рогатого скота. Так в вермигумусе наблюдается увеличение доли сухого вещества, гуминовых веществ, общего азота, общего фосфора, общего калия. Следовательно, питательная ценность для растений у полученного вермигумуса существенно выше, чем у традиционно компостированного навоза крупного рогатого скота.
  4. Вермигумус НКТ имеет благоприятные агрофизические и агрохимические свойства, создавая оптимальные условия водно-воздушного и питательного режима для растений огурца в условиях защищенного грунта, у которых улучшаются морфологические признаки по сравнению с традиционно применяемыми тепличными грунтосмесями.
  5. Улучшение качества почвы в условиях защищенного грунта, загрязненной тяжелыми металлами, возможно при внесении в нее вермикомпоста Вермигумус НКТ. Эффект основан на закреплении тяжелых металлов органическим веществом вермикомпоста. Использование Вермигумуса НКТ в качестве мелиорирующего компонента при выращивании рассады способно существенно снизить подвижность кадмия, кобальта, хрома, меди, никеля, свинца, цинка, молибдена
  6. Внесение в почвосмеси защищенного грунта Вермигумуса НКТ приводит к дозозависимому снижению содержания молибдена, хрома, никеля, цинка, меди в наземных частях рассады огурца.
  7. При выращивании огурца в условиях защищенного грунта рекомендуется внесение Вермигумуса НКТ в грунтосмесь в соотношении 1 : 9, что улучшает условия водно-воздушного и питательного режима рассады огурца.

Практические рекомендации

Материалы исследований рекомендуется использовать специалистам сельскохозяйственного производства для получения растениеводческой продукции в условиях защищенного грунта, соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

  1. Бесчастнова, О.С. Влияние человеческой деятельности на распространение дождевых червей/ Бесчастнова О.С., Лозовская М.В // Актуальные проблемы современных аграрных технологий:.Материалы российской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием: Астрахань, 2006.- С.3-4.
  2. Бесчастнова, О.С. Pheretima diffringens – адвентивный вид в условиях аридной полупустынной зоны / Бесчастнова О.С., Лозовская М.В., Лозовская Г.А., Борисова М.А. // Перспектива – 2006: Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.- Нальчик, 2006.- С. 183-184.
  3. Лозовская, М.В. Адаптация дождевых червей к питанию и переработка отходов сельскохозяйственного производства / Лозовская М.В., Лозовский А.Р., Бесчастнова О.С., Пилипенко В.Н., Лысенко Е.Ю., Бобков М.В. // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: Материалы IX Международной научной конференции. Астрахань, 2006.- С. 10-13.
  4. Лозовская, М.В. Способ получения и оценки технологических пород дождевых червей / М.В. Лозовская, А.Р. Лозовский, В.Н. Пилипенко, О.С. Бесчастнова // Заявка на изобретение № 2006119533.-Приоритет от 05.07.2006.
  5. Лозовская, М.В. Получение и оценка технологических пород дождевых червей / Лозовская М.В., Лозовский А.Р., Бесчастнова О.С., Пилипенко В.Н., Лысенко Е.Ю., Бобков М.В. // Вестник Московского государственного областного университет. Серия: «Естественные науки».- 2006.- №6. С. 64-69.
  6. Бесчастнова, О.С. Использование вермигумуса-НКТ при выращивании рассады огурца и декоративных культур в условиях защищенного грунта / Бесчастнова О.С., Лозовская М.В., Шахмедов И.Ш. // Актуальные проблемы современных аграрных технологий: Материалы Второй российской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием.- Астрахань, 2006.-С.5-6.

Тираж 100 экз. Подписано в печать 27.09.04. Заказ №

Издательство, адрес



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.