Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

На территории Южной Осетии, в условиях высокого дефицита минеральных и органических удобрений, актуален вопрос поиска наиболее экономичных и экологически приемлемых способов обеспечения воспроизводства органического вещества и элементов питания в почвах, повышения их плодородия и получения стабильных урожаев растениеводческой продукции. Для успешного развития отрасли растениеводства, экологически ориентированной организации сельскохозяйственного производства значительный научный и практический интерес представляет изучение цеолитовых туфов, крупные месторождения которых имеются в Южной Осетии. Цеолитовые туфы обладают генетическим сродством с почвами района, а также высокими удобрительными и мелиорирующими свойствами.

Впервые три наибольших югоосетинских месторождения ископаемых цеолитовых туфов были обнаружены и описаны Б.В. Залесским и К.П. Флоренским в 1930 г. Ванатское месторождение располагается поблизости от реки Малая Лиахва в районе г. Цхинвал. Присское и Ередвское – на восточной окраине г. Цхинвал, поблизости от сел Прис и Ередв. По данным К.П. Флоренского, запасы Ванатского туфа оцениваются в 2 млн м3, Присского в 1,5 млн м3 и Ередвского – в 1 млн м3. Находки минералов, в том числе и цеолитовых туфов Южной Осетии, изучались в основном в ходе геологических и литологических исследований, а их практическому использованию в сельскохозяйственном производстве практически не уделяли внимания [1].

Химический состав цеолитового сырья является показателем его удобрительной ценности и экологической безопасности. Так, соотношение катионов кремния и алюминия, а также катионный состав определяют ионообменные свойства цеолитов, термо- и кислотоустойчивость и многие другие особенности. Наличие в породах, содержащих цеолит, макро- и микроэлементов, таких как железо, фосфор, магний, медь, цинк, марганец и другие, обусловливает ценность цеолитового сырья для применения в сельском хозяйстве [2].

Накоплено достаточно данных о механизме действия цеолитов в качестве природных химических мелиорантов. Из-за наличия кристаллической структуры, которая обеспечивает полости и каналы в породе, цеолиты улучшают структуру почвы, повышают водо- и воздухопроницаемость, накапливают элементы питания растений, такие как N и K. Имея в своем составе обменные катионы, сорбируют NH4+, цеолиты способны медленно отдавать их в период вегетации растений, осуществляя роль химического пролонгатора. За счет ионного обмена цеолиты понижают кислотность почвы, повышают ее водоудерживающую способность. При использовании в агротехнологиях цеолитов оптимизируется пищевой, водный и биохимический режим почв, что способствует увеличению урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Цеолиты не разрушаются под воздействием факторов эрозии и надежно удерживаются в почве, они не подвержены дальнейшим изменениям. Таким образом, формирующиеся под воздействием цеолитов положительные физические и химические свойства почвы способствуют усилению биологической активности почвы и увеличению численности полезных почвенных микроорганизмов [3; 4].

Большинство исследователей отмечают, что биогенность и агрономическая ценность цеолитового сырья значительно возрастает при его смешивании с органическими компонентами. В качестве органических компонентов применяют торф, опилки, лигнин, сапропель, каныгу и другие. Цеолитовые смеси готовят заранее, сроки и дозы их внесения для различных культур являются предметом изучения авторов [5–7].

Вопросы экологически безопасного использования цеолитовых туфов как в чистом виде, так и в смеси с органическими удобрениями в условиях Южной Осетии до настоящего времени не изучались. Целью исследования явилось изучение эффективности использования органических удобрительных смесей на основе цеолитовых туфов, оторфяненной почвы рододендровых зарослей и птичьего помета при возделывании овса.

Материалы и методы исследования

Полевые исследования проводились в 2013–2015 гг. на опытном участке Югоосетинского государственного университета им. А.А. Тибилова в с. Хеит Цхинвальского района. Зона проведения опытов характеризуется умеренно континентальным, относительно мягким климатом. Среднегодовая температура воздуха 9,5–10,5 °С, количество осадков за период апрель – октябрь составляет 400–450 мм. Почвы аллювиальные черноземовидные, значительной мощности от 100 до 110 см. Содержание гумуса высокое, достигает 5,0 %; легкогидролизуемого азота – высокое (88,9–92,8 мг/100 г почвы); P2O5 – высокое (15–20 мг/100 г почвы), К2О – среднее (30 мг/100 г почвы). Реакция среды (рН) почвенного раствора нейтральная (в пределах 7,0).

В субальпийском и альпийском поясах под рододендровыми зарослями сформировались своеобразные оторфяненные почвы, которые широко распространены в северо-западной части Южной Осетии и занимают довольно значительные площади. Они содержат много гумуса и макроэлементов.

В качестве опытной культуры нами был взят овес, поскольку его посевы занимают значительные площади в Южной Осетии, он является третьей по значимости культурой после яровой пшеницы и ячменя. Схема полевого опыта включала 11 вариантов, в том числе контрольный вариант без удобрений, три варианта применения Присского цеолитового туфа, по одному варианту применения Ванатского и Ередвского цеолитовых туфов, три варианта сочетаний Присского цеолитового туфа, оторфяненной почвы и птичьего помета, а также два варианта с отдельным применением птичьего помета и оторфяненной почвы. Площадь учетной делянки 20 м2, повторность 4-кратная, размещение делянок рандомизированное.

В исследованиях использовались полевые и лабораторные методы. Надземную и подземную фитомассу овса определяли в фазу полного созревания путем высушивания в тени до постоянного веса. Корни предварительно выкапывали и отмывали. Органическое вещество оторфяненных почв определяли гравиметрическим методом после термического озоления. Минеральный состав органических компонентов определяли электронно-микроскопическим и волюметрическим методами. Химический состав – с помощью силикатомного и атомно-сорбционного методов. Обработка результатов полевых исследований проводилась по Б.А. Доспехову [8].

Результаты исследования и их обсуждение

Цеолиты разных месторождений обладают достаточно обширным спектром агрохимических показателей и различны по химическому составу и нахождению в минералах. В качестве предварительной оценки качества цеолитовых туфов Южной Осетии было проведено сравнение их химического состава с цеолитовыми туфами ряда других месторождений: Шивыртуйского (Россия), Сибайского (Россия), Тузбекского (Россия), Сокирницкого (Украина), Тедзамского (Грузия), Артикского (Армения) (табл. 1).

Исходя из сравнительного анализа, природные цеолитовые туфы Южной Осетии по своим характеристикам перспективны для использования в производстве высококачественной сельскохозяйственной продукции. В целом цеолитовые туфы Южной Осетии обладают сбалансированным минеральным составом. Среди цеолитов из других месторождений они выделяются по содержанию доступных для растений форм фосфора, железа, кальция и магния. По содержанию доступного калия уступают лишь цеолитам Сокирницкого и Артикского месторождений.

Изучение оторфяненной почвы показало высокое содержание в ней органического вещества (около 65 %), 1,31 % общего азота, 0,22 % Р2О5, 0,06 % К2О и 0,11 % СаО. Птичий помет содержал 21 % сухого вещества, 1,7 % азота, 1,95 % Р2О5, 0,9 % К2О, 0,32 СаО, 0,12 % MgO, 0,9 % S. Сырой помет для всех вариантов опыта смешивали с оторфяненной почвой в соотношении 5:1, смесь подсушивали и хранили под навесом.

В климатических условиях Южной Осетии эффективность применения удобрений в большой мере связана с обеспеченностью полевых культур доступной влагой. Осуществление мер, направленных на накопление, сбережение и рациональное использование влаги, является одним из главных факторов, определяющих уровень продуктивности полевых культур. В связи с этим природные цеолиты, которые являются хорошим адсорбентом влаги, очень перспективны для применения на полях. Таким образом, под влиянием цеолитов нормализуется водный, пищевой и микробиологический режим почвы, что помогает увеличить хозяйственно ценную часть урожая полевых культур. Эти данные полностью подтверждаются в работе [9].

Важнейшей характеристикой продуктивности посевов является величина созданной растениями биологической массы. В результате наших исследований надземной и подземной биомассы овса обнаружено, что объем ее накопления зависит от дозировки мелиоранта, а также его сочетания с органическими удобрениями. Выявленные результаты показали высокую отзывчивость овса на цеолитовые туфы и их совместное внесение с органическими удобрениями (табл. 2).

Так, надземная фитомасса овса на контрольном варианте в среднем составила 4,363 т/га. Внесение в почву цеолитового туфа Присского месторождения в дозах 1, 3, 5 т/га привело к значительной прибавке к контролю и составило соответственно 1,419, 2,071 и 2,729 т/га. Закономерный рост фитомассы наблюдался также при внесении туфа из Ванатского и Ередвского месторождений и превышал прибавку к контролю при дозе 5 т/га 156,4 % и 155,3 % соответственно. На вариантах с совместным внесением цеолитового туфа и органических удобрений также наблюдается существенное увеличение надземной биомассы. При смешивании Присского туфа с оторфяненной почвой надземная фитомасса овса увеличивалась в среднем до 7,245 т/га, а с птичьим пометом до 7,385 т/га. Максимальная прибавка к контролю наблюдалась на варианте совместного использования Присского туфа, отофяненной почвы и птичьего помета в соотношении 1:1:0,5 и составила 3,554 т/га.

Накопление корневой фитомассы и пожнивных остатков является основным показателем эффективности применения фитомелиорантов. Известно, что остающаяся в пахотном слое подземная фитомасса и пожнивные остатки оказывают положительное влияние на физические, химические и биологические свойства почвы: возрастает содержание гумуса, улучшается структурное состояние, а также микробиологический режим почвы. В результате минерализации органического вещества пополняются запасы элементов минерального питания, в том числе азота, что создает благоприятные условия для последующих культур [10]. Изучение корневой массы овса показало, что прослеживается достоверное ее увеличение в вариантах как с внесением цеолита в чистом виде, так и в смеси с органическими удобрениями. Так, по сравнению контролем, при котором подземная фитомасса составила в среднем за три года 1,427 т/га, при внесении в почву цеолитового туфа Присского месторождения в дозах от 1, 3, и 5 т/га наблюдался закономерный рост количества подземной массы на 139, 163,3 и 196,3 % соответственно.

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют об огромных возможностях применения сорбционных и мелиоративных свойств природных цеолитов как в сельскохозяйственном производстве, так и для решения проблем охраны окружающей среды. При этом нужно грамотно регламентировать существующие условия использования цеолитов, а также учитывать их свойства, которые в большинстве своем определяются условиями формирования цеолитов, а значит – месторождением.

В целях увеличения биологической массы и урожайности сельскохозяйственных культур следует использовать следующие органические удобрения на основе югоосетинских цеолитовых туфов:

1. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

2. Ванатский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

3. Ередвский цеолитовый туф в дозе 5 т/га.

А также смеси на основе Присского цеолитового туфа, включающие следующие компоненты:

1. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га + оторфяненная почва 5 т/га.

2. Присский цеолитовый туф в дозе 5 га + птичий помет 3 т/га.

3. Присский цеолитовый туф в дозе 5 т/га + оторфяненная почва 5 т/га + птичий помет 2,5 т/га.

Адаптация предложенных схем применения органических удобрений на основе югоосетинских цеолитовых туфов для других сельскохозяйственных культур создаст большой потенциал их использования в сельском хозяйстве России. Легкость добычи туфов из югоосетинских месторождений внесет существенный вклад в экономику региона.