Przechowywanie nawozów humusowych z leonardytu i zmiany ich składu chemicznego
Do niedawna przy wykorzystaniu leonardytu na nawóz jego przygotowanie i kompostowanie lub mieszanie odbywało się wyłącznie przez użytkowników. Jednak takie formy produkcji nie mogły w pełni zaspokoić rosnących potrzeb rolnictwa, dlatego zaistniała konieczność organizacji przemysłowej produkcji nawozów humusowych.
Obecnie przed rynkiem rolnym stoi zadanie masowej produkcji organomineralnych nawozów humusowych, co wymaga rozwiązania szeregu kwestii organizacyjnych, przede wszystkim czasu produkcji nawozów i czasu ich przechowywania.
Celem naszych badań było zbadanie zmian składu chemicznego nawozów humusowych podczas ich długotrwałego przechowywania.
Doświadczenia przeprowadzono w obwodzie czernihowskim i obwodzie żytomierskim na różnych przedsiębiorstwach.
Próbki do badań pobierano sondą wzdłuż grzbietu stosów prostopadle do płaszczyzny dna i wzdłuż skarpy prostopadle do jego płaszczyzny co pół metra w poziomach. Do pobrania jednej próbki wykonano trzy odwierty w jednym miejscu, ale w trzech punktach, stopniowo pogłębiając każdy punkt. W ten sposób próbki z trzech odwiertów sondy, pobrane na tej samej głębokości, stanowiły próbkę średnią. Pobieranie próbek odbywało się w określonych odstępach czasu przechowywania.
Dynamika temperatur, zawartości popiołu i wilgotności
Obserwacje temperatury, wilgotności i zawartości popiołu prowadzono w rejonie zamglajskim obwodu czernihowskiego. Po 20 dniach od założenia temperatura w całym profilu odpowiadała temperaturze otoczenia. Po 70 dniach przechowywania w okresie letnim odnotowano gwałtowny wzrost temperatury do 50-57°, która utrzymywała się w tych granicach przez 35 dni, po czym zaczęła spadać.
Zmiany temperatury obserwowano również w profilu stosu: maksymalną wartość osiągała na głębokości 1-2 m, a następnie stopniowo spadała. Dalsze obserwacje temperatury w stosach z nawozami wykazały, że nawet w jednym przedsiębiorstwie ich nagrzewanie następuje nierównomiernie, co prawdopodobnie zależy od wilgotności i zawartości popiołu w surowcu.
Należy zaznaczyć, że stosunkowo wysoka wilgotność leonardytu (50-60%), będąca niezbędnym warunkiem przy produkcji nawozów, hamuje wzrost temperatury w stosie do wyższych wartości, dzięki czemu utrzymują się optymalne warunki dla mikroorganizmów.
Zawartość popiołu w czasie przechowywania prawie się nie zmieniała. Istniejące wahania należy raczej przypisać nierównomiernej zawartości popiołu w produkcie wyjściowym niż stratom substancji organicznej.
Dynamika azotu ogólnego i jego form
Zawartość azotu ogólnego, jak wykazały obserwacje w rejonie zamglajskim, podczas przechowywania nie pozostaje stabilna, ulega zmianom. Oczywiście, w miarę przechowywania następuje redystrybucja ogólnych zasobów azotu. W momencie zakończenia zakładania doświadczalnych stosów zawartość azotu amonowego w leonardycie + NPK znacznie przewyższała azot azotanowy. W okresie przechowywania obserwowano wzrost mobilnych form azotu. Maksymalną ilość odnotowano w czwartym i szóstym miesiącu, w tym okresie zawartość azotu amonowego przewyższała azot azotanowy. Po roku przechowywania ilość mobilnych form azotu w leonardycie + NPK znacznie spadła, jednak była większa niż początkowa. W tym czasie azot amonowy prawie całkowicie przekształcił się w azotanowy.
Jako przykład w tabeli 1 przedstawiono niektóre dane z jednego z przedsiębiorstw czernihowskich.
| Okres przechowywania, miesiące | Formy azotu | Zawartość | ||
|---|---|---|---|---|
| 3 miesiąc | 6 miesiąc | 12 miesiąc | ||
| Zawartość na głębokości 1 metra | Hydrolizowalny | 0,344 | 0,354 | 0,292 |
| w tym amonowy | 0,242 | 0,125 | 0,092 | |
| azotanowy | 0,102 | 0,229 | 0,200 | |
| Zawartość na głębokości 2 metrów | Hydrolizowalny | 0,346 | 0,497 | 0,307 |
| w tym amonowy | 0,159 | 0,063 | 0,071 | |
| azotanowy | 0,187 | 0,434 | 0,236 | |
| Średnia dla stosu | Hydrolizowalny | 0,330 | 0,388 | 0,341 |
| w tym amonowy | 0,212 | 0,175 | 0,094 | |
| azotanowy | 0,118 | 0,213 | 0,246 | |
Zawartość mobilnych form azotu wzrasta wraz z głębokością poboru do dwóch metrów, a następnie obserwuje się jego stopniowy spadek.
W różnych przedsiębiorstwach akumulacja mobilnych form azotu waha się w doświadczalnych stosach w poszczególnych miesiącach. Na przykład w przedsiębiorstwie w obwodzie żytomierskim maksymalną ilość mobilnego azotu w doświadczalnym stosie odnotowano na początku trzeciego miesiąca po założeniu przechowalni, w rejonie zamglajskim — w drugiej dekadzie piątego miesiąca, a w trzecim przedsiębiorstwie — dopiero w siódmym miesiącu przechowywania nawozów. Nie mając danych eksperymentalnych do obiektywnej oceny tego zjawiska, możemy jedynie stwierdzić, że reżimy przechowywania stosów nie są identyczne. Prawdopodobnie decydującą rolę odgrywa tu zdolność leonardytu do samonagrzewania.
Redystrybucję azotu w masie stosu i zmianę jego form w procesie przechowywania należy prawdopodobnie tłumaczyć procesami mikrobiologicznymi, które zachodzą w masie nawozów humusowych, ponieważ stwarzają one do tego wszystkie niezbędne warunki. Możliwe, że w masie stosu zachodzi enzymatyczny rozkład substancji organicznych leonardytu z wydzieleniem amoniaku. Amoniak ten, pozostając w stanie dyfuzyjnym, przemieszcza się wraz z parami wodnymi do górnych granic stosu. Część amoniaku może ulec nitryfikacji. Kwas azotowy z kolei, wchodząc w połączenie z amoniakiem, tworzy saletrę amonową.
Wyjaśniając przemieszczanie się azotu w stosie nawozów humusowych podczas przechowywania i przypisując duże znaczenie procesom mikrobiologicznym, nie można nie wspomnieć, że na przebieg tych przemian wpłynął również reżim temperaturowy. Jednak biorąc pod uwagę, że temperatura w stosie z nawozem jest niższa niż w stosie z leonardytem, można przypuszczać, że rola samego czynnika termicznego przy przechowywaniu nawozów humusowych jest mniejsza niż przy przechowywaniu leonardytu.
Zmiana mobilności fosforu
Przeprowadzone analizy wykazały (tabela 2), że ilość związków fosforu rozpuszczalnych w 0,5 n. H₂SO₄ w nawozach wzrasta w miarę przechowywania. Zmienia się również w profilu stosu.
| Nazwa złóż | Okres przechowywania, miesiące | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 11 | |
| Rejon zamglajski (obwód czernihowski) | 0,192 | - | 0,313 | 0,337 | - | 0,421 |
| Wielkie (obwód kijowski) | 0,394 | - | 0,391 | - | - | 0,703 |
| Uwaga: „-” — nie oznaczano. | ||||||
Do 140 dnia przechowywania maksymalną rozpuszczalność obserwowano na głębokości 1,5-2,5 m, następnie ilość mobilnych form kwasu fosforowego znacznie wzrosła i rozkładała się bardziej równomiernie w całym profilu stosu, osiągając maksimum w 340 dniu. Jeśli chodzi o fosfor rozpuszczalny w wodzie, to również obserwuje się tendencję do wzrostu rozpuszczalności pod koniec przechowywania.
Ogólną prawidłowość — wzrost mobilnych form fosforu podczas przechowywania nawozów — należy prawdopodobnie tłumaczyć mobilizacją fosforu z trudno rozpuszczalnych fosforanów w obecności powstałego kwasu azotowego. Nie wyklucza się możliwości powstania mobilnych związków fosforoorganicznych, ponieważ wiadomo, że kwas fosforowy może tworzyć związki kompleksowe z kwasem humusowym. Jednak dane doświadczalne na ten temat nie zostały jeszcze przez nas uzyskane.
Mobilność kwasów humusowych i zmiana pH
Jak wykazały analizy, podczas przechowywania nawozów humusowych w doświadczalnym stosie w rejonie zamglajskim, pH ekstraktu wodnego zmienia się w kierunku zasadowym do 90-120 dnia przechowywania, następnie wraz z wydłużeniem czasu przechowywania zasadowość reakcji zmniejsza się i czasami dochodzi do kwasowej. Zmianę reakcji obserwuje się również w profilu stosu. Maksymalną zasadowość nawozy osiągają na głębokości 2-2,5 m, a następnie zasadowość zaczyna spadać, kwaśną reakcję obserwuje się w powierzchniowych warstwach stosu.
Warto zauważyć, że wzrost pH przebiega równolegle z akumulacją azotu amonowego, a spadek odpowiada wzrostowi azotu azotanowego. Opisane zjawiska obserwowano również w doświadczalnych stosach we wsi Wielkie w obwodzie kijowskim.
W okresie przechowywania nawozów humusowych ilość rozpuszczalnych w wodzie form kwasów humusowych wzrasta do pewnego okresu. Maksymalna akumulacja wodno-mobilnych form kwasów humusowych występuje w piątym-szóstym miesiącu ich przechowywania. W tym okresie w leonardycie + NPK gromadzi się również maksymalna ilość mobilnych form azotu. Zawartość kwasów humusowych zmienia się również w profilu stosu. Jeśli porównać wykresy charakteryzujące ilość rozpuszczalnych w wodzie kwasów humusowych i ilość azotu amonowego, łatwo zauważyć paralelizm, co oznacza, że amoniak uwolniony w procesie rozkładu substancji organicznej leonardytu jest wychwytywany przez kwasy humusowe i tworzą się rozpuszczalne sole — huminian amonu. W miarę wydłużania okresu przechowywania zawartość rozpuszczalnych w wodzie kwasów humusowych spada, szczególnie w powierzchniowych warstwach stosu. Należy zauważyć, że spadek rozpuszczalności kwasu humusowego w tych warstwach przebiega niemal równolegle z akumulacją azotu azotanowego. Oznacza to, że kwas azotowy powoduje koagulację kwasów humusowych, dlatego akumulacja tej formy azotu z tego punktu widzenia jest niepożądana.
Podsumowując powyższe, można stwierdzić, że w procesie rocznego przechowywania nawozów humusowych następuje bardzo nieznaczny spadek zawartości rozpuszczalnych w wodzie kwasów humusowych i zakwaszenie samego nawozu. Azot amonowy w tym czasie prawie całkowicie przekształca się w azotanowy. Takich nawozów nie można już nazywać torfowo-mineralno-amonowo-humusowymi, ponieważ w tym okresie nie zawierają one wodno-mobilnych kwasów humusowych i azotu amonowego. Wydaje się, że lepiej nazywać je w tym okresie organomineralno-azotanowymi.
W przypadkach, gdy następuje spadek zawartości rozpuszczalnych w wodzie form kwasów humusowych, można zalecić dodatkową obróbkę takich nawozów wodą amoniakalną, obliczając jej dawkę na podstawie wolnej pojemności sorpcyjnej. Nagromadzony kwas azotowy zostanie zobojętniony amoniakiem, nawozy o odczynie kwaśnym staną się słabo zasadowe, a kwasy humusowe ponownie przejdą w stan rozpuszczalny w wodzie.
Podsumowując, należy stwierdzić, że optymalną wysokością stosu przy zakładaniu nawozów humusowych do przechowywania jest 3,5-4 m. Zakładanie wyższych stosów jest niecelowe, ponieważ w głębokich warstwach akumulacja składników odżywczych jest nieznaczna.
Wyniki doświadczeń mikrowaletacyjnych i polowych
W celu zbadania właściwości nawozowych nawozów humusowych poddanych przechowywaniu, przeprowadzono doświadczenia mikrowaletacyjne i polowe z pomidorami, kapustą, kukurydzą, ziemniakami, burakami cukrowymi i lnem.
W warunkach laboratoryjnych założono doświadczenie mikrowaletacyjne w kulturze piaskowej z pomidorami, którego celem było ustalenie zmian właściwości nawozowych nawozów humusowych w zależności od położenia w stosie podczas przechowywania. Masa piasku w naczyniu — 1 kg, liczba roślin — 15, powtórzenia — czterokrotne. Do doświadczenia pobrano próbki leonardyt + NPK w obwodzie kijowskim po 6 miesiącach przechowywania, pobrane ze stosu na głębokości 0,5; 1,5; 2 i 3 m. Dawki nawozów w przeliczeniu na 20 g absolutnie suchej substancji wprowadzono do naczyń zamiast azotu i fosforu w mieszance Prjanisznikowa. Doświadczenie założono 15 lutego 2020 r. i zakończono po trzech tygodniach. Uwzględniono absolutnie suchą masę siewek, pobranie azotu i fosforu na naczynie (tabela 3).
| Schemat doświadczenia, wskaźniki | Pełna mieszanka Prjanisznikowa (kontrola) | leonardyt + NPK, pobrany na głębokości, m | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | 1,5 | 2 | 3 | ||
| Masa zielona 10 roślin, mg | 3550 | 3920 | 5250 | 5130 | 5610 |
| Masa absolutnie suchej substancji 10 roślin, mg | 208 | 304 | 326 | 438 | 417 |
| Wprowadzono mobilnego azotu na naczynie, mg | 77,5 | 80,0 | 77,0 | 80,0 | 98,0 |
| Pobranie azotu na naczynie, mg | 8,6 | 7,3 | 8,8 | 12,4 | 12,7 |
| Współczynnik wykorzystania azotu | 11,09 | 9,12 | 11,42 | 17,47 | 12,96 |
| Wprowadzono mobilnego P₂O₅ na naczynie, mg | 82,0 | 48,0 | 58,0 | 46,0 | 50,0 |
| Pobranie P₂O₅ na naczynie, mg | 4,80 | 4,80 | 4,00 | 4,80 | 5,93 |
| Współczynnik wykorzystania P₂O₅ | 5,85 | 10,0 | 6,70 | 10,43 | 11,87 |
Wyniki doświadczenia wyraźnie pokazują, że współczynnik wykorzystania różnych składników odżywczych leonardytu + NPK jest wyższy niż w mieszance Prjanisznikowa, przy czym wzrasta wraz z głębokością poboru próbek, co oznacza, że leonardyt + NPK po sześciomiesięcznym przechowywaniu nie stracił swoich właściwości nawozowych.
30 marca 2020 r. założono drugie doświadczenie mikrowaletacyjne w kulturze piaskowej z pomidorami. Celem doświadczenia było porównanie właściwości nawozowych nawozów humusowych pozyskanych z różnych przedsiębiorstw torfowych po siedmiomiesięcznym przechowywaniu. W tym celu pobrano identyczne próbki pod względem położenia ze stosów w rejonie zamglajskim obwodu czernihowskiego oraz w przedsiębiorstwach obwodu żytomierskiego i obwodu kijowskiego. Dawki leonardytu + NPK po 10 g na naczynie w przeliczeniu na absolutnie suchą masę podano zamiast mineralnego azotu i fosforu w mieszance Prjanisznikowa. 24 kwietnia doświadczenie zakończono. W tabeli 4 przedstawiono dane z tego doświadczenia.
| Schemat doświadczenia, wskaźniki | Pełna mieszanka Prjanisznikowa (kontrola) | Nazwy rejonów lokalizacji przedsiębiorstw | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Zamglajski | Kisielewski | Buczmański | Kodrański | ||
| Masa zielona 100 roślin, g | 58,467 | 48,797 | 56,205 | 60,00 | 62,115 |
| Masa absolutnie suchej substancji 100 roślin, g | 5,029 | 4,489 | 3,721 | 4,454 | 4,550 |
| Wprowadzono mobilnego azotu na naczynie, mg | 77,5 | 39,0 | 56,0 | 28,6 | 58,4 |
| Pobranie azotu na naczynie, mg | 23,2 | 22,2 | 15,0 | 21,7 | 23,5 |
| Współczynnik wykorzystania azotu | 29,9 | 56,9 | 26,7 | 75,8 | 40,2 |
| Wprowadzono mobilnego P₂O₅ na naczynie, mg | 82,0 | 24,6 | 14,4 | 19,2 | 29,0 |
| Pobranie P₂O₅ na naczynie, mg | 4,1 | 3,5 | 5,4 | 3,3 | 4,9 |
| Współczynnik wykorzystania P₂O₅ | 5,0 | 14,2 | 37,5 | 17,1 | 16,9 |
| Uwaga: W tabeli podano wyniki doświadczenia na próbkach pobranych ze stosów na głębokości 1 m wzdłuż skarpy. | |||||
W tym doświadczeniu współczynnik wykorzystania azotu i fosforu przez rośliny nawożone leonardytem + NPK był z reguły również znacznie wyższy niż w mieszance Prjanisznikowa. Należy zauważyć, że rośliny doświadczalne nawożone nawozami humusowymi w doświadczeniach mikrowaletacyjnych we wszystkich przypadkach były lepiej rozwinięte niż rośliny w kontroli. To upoważnia do przypuszczenia, że rośliny wykorzystują nie tylko mobilny azot i fosfor, ale także jego bardziej stabilne formy.
Ta myśl i wszystkie powyższe tezy znalazły potwierdzenie w wynikach doświadczeń polowych, w których porównywano skuteczność leonardytu + NPK świeżo przygotowanego i po zimowym przechowywaniu. Jako przykład podano wyniki doświadczeń (tabela 5), w rejonie repkińskim obwodu czernihowskiego w 2020 r. Doświadczenia założono w trzech powtórzeniach na glebach ciemnoszarych zbledniałych.
| Schemat doświadczenia | Kukurydza | Burak cukrowy | Len | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Całkowita masa zielona, dt/ha | W tym kolb | Przyrost dt/ha | W stosunku do kontroli, % | Plon, dt/ha | Przyrost dt/ha | Plon | Przyrost | |
| Kontrola (bez nawozów) | 146,3 | 64,8 | - | - | 343,6 | - | 493,0 | - |
| Adept, 2l/ha (3 razy) | 275,0 | 141,7 | 128,9/76,9 | > 87.7 | 463,6 | 120,9 | 536,0 | 43,0 |
| leonardyt + NPK z zeszłego roku, 10 t/ha | 350,3 | 158,8 | 204,0/90,0 | > 138,9 | 459,0 | 115,6 | 700,0 | 207,0 |
| leonardyt + NPK w ilości równoważnej 2l/ha Adept, (3 razy) | 256,3 | 133,7 | 110,0/68,9 | > 74,8 | 424,6 | 81,0 | 583,0 | 90,0 |
| Uwaga: W liczniku podano przyrost plonu kolb, w mianowniku — masy zielonej. | ||||||||
Z tabeli wynika, że ekwiwalentny zestaw mieszanki nawozów mineralnych ustępuje leonardytowi + NPK, a zwłaszcza po zimowym przechowywaniu.
W latach 2023-2024 leonardyt + NPK z przedsiębiorstwa buczmańskiego, który został przechowany zimą w stosie, testowano na owocujących winnicach w obwodzie zakarpackim w dwóch różnych mikroregionach przyrodniczo-klimatycznych. W tabeli 6 przedstawiono wyniki doświadczeń z nawozami na doświadczalnym polu z winoroślą.
| Schemat doświadczenia | 2023 r. | 2024 r. |
|---|---|---|
| Kontrola | Średni plon, dt/ha: 85,98 Przyrost, %: - |
Średni plon, dt/ha: 18,4 Przyrost, %: - |
| leonardyt + NPK, 3 kg pod krzew | Średni plon, dt/ha: 112,00 Przyrost, %: 26,02 |
Średni plon, dt/ha: 19,9 Przyrost, %: 3,0 |
| NPK (ekwiwalent 3 kg leonardytu + NPK) | Średni plон, dt/ha: 105,60 Przyrost, %: 19,62 |
Średni plon, dt/ha: 18,8 Przyrost, %: 2,2 |
Ponadto należy zauważyć, że na wariantach nawożonych zwiększa się zawartość cukru w jagodach. Szczególnie wyraźne jest pod tym względem działanie nawozów humusowych.
Wnioski
- W procesie przechowywania jesienno-zimowego w nawozach humusowych (leonardyt + NPK) zachodzą zmiany w składzie chemicznym, a mianowicie:
- a) w wyniku rozkładu substancji organicznych leonardytu zwiększa się ilość łatwo mobilnych form azotu. Maksymalna mobilizacja azotu w stosie obserwowana jest na głębokości 1,5-2,5 m;
- b) trudno rozpuszczalne związki fosforu przechodzą w bardziej mobilną postać;
- c) dynamika pH i mobilność kwasów humusowych ogólnie są równoległe do zmian zawartości azotu amonowego i azotanowego. Wzrost ilości azotu amonowego w nawozach humusowych towarzyszy wzrostowi pH i rozpuszczalności kwasów humusowych, natomiast wzrost azotu azotanowego pociąga za sobą spadek pH i rozpuszczalności kwasów humusowych.
- Poprzez doświadczenia wegetacyjne ustalono wysoką dostępność składników odżywczych nawozów humusowych przechowywanych przez długi okres.
- Plonowanie roślin uprawnych przy zastosowaniu nawozów humusowych po przechowywaniu jesienno-zimowym jest wyższe niż przy nawożeniu leonardytem + NPK i ekwiwalentnym zestawem nawozów mineralnych.
- Przechowywanie nawozów humusowych w okresie jesienno-zimowym nie obniża ich właściwości nawozowych, ale optymalny okres przechowywania pod tym względem waha się w zależności od właściwości leonardytu i w większości przypadków wynosi 4-6 miesięcy. Na jakość nawozów wpływa wielkość stosu. Optymalna wysokość stosu przy zakładaniu go do przechowywania wynosi 3,5-4 m.