Хранение гуминовых удобрений из леонардита и изменение их химического состава
До недавнего времени при использовании леонардита на удобрение его заготовка и приготовление компостов или смесей осуществлялись исключительно силами потребителей. Однако такие формы производства не могли полностью удовлетворить возросших потребностей сельского хозяйства, в связи с чем возникла необходимость организации промышленного производства гуминовых удобрений.
В настоящее время перед агрорынком стоит задача массового изготовления органо-минеральных гуминовых удобрений, что вызывает необходимость решить ряд организационных вопросов и, прежде всего, время производства удобрений и продолжительность их хранения.
Задачей наших исследований было изучить изменение химического состава гуминовых удобрений при их хранении в течение длительного периода.
Опыты проводились в Черниговской области и Житомирской области и на разных предприятиях.
Пробы для исследования отбирали зондом по коньку штабелей перпендикулярно плоскости дна и по откосу перпендикулярно его плоскости через каждые полметра по горизонтам. Для отбора одной пробы производили три бурения в одном месте, но в трех точках, постепенно углубляя каждую точку. Таким образом, пробы из трех челноков зонда, отобранные на одинаковой глубине, составляли среднюю пробу. Отбор проб проводили через определенные сроки хранения.
Динамика температур, зольности и влажности
Наблюдения за температурой, влажностью и зольностью проводились в Замглайском районе Черниговской области. Через 20 дней после закладки температура по всему его профилю соответствовала температуре внешней среды. После 70-дневного хранения в летний период зафиксировано резкое повышение температуры до 50-57°, которая держалась в этих пределах 35 дней, после чего началось ее снижение.
Изменение температуры наблюдалось и по профилю штабеля: максимальной величины она достигала на глубине 1-2 м, а затем постепенно падала. Дальнейшие наблюдения за температурой в штабелях с удобрениями показали, что даже на одном предприятии разогревание их происходит неодновременно, что, по-видимому, зависит от влажности и зольности сырья.
Необходимо отметить, что сравнительно высокая влажность леонардита (50-60%), являющаяся необходимым условием при изготовлении удобрений, тормозит повышение температуры в штабеле до более высоких пределов, благодаря чему поддерживаются оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов.
Зольность по срокам хранения почти не изменялась. Имеющиеся колебания следует скорее отнести за счет неравномерного содержания золы в исходном продукте, чем за счет потерь органического вещества.
Динамика общего азота и его форм
Содержание общего азота, как показали наблюдения на Замглайском районе, во время хранения не остается стабильным, оно изменяется. Очевидно, по мере хранения происходит перераспределение общих запасов азота. К моменту окончания закладки опытных штабелей содержание в леонардите + NPK аммиачного азота значительно преобладало над нитратным. В период хранения наблюдалось увеличение подвижных форм азота. Максимальное количество было зафиксировано на четвертом и шестом месяце, в этот период содержание аммиачного азота преобладало над нитратным. К годичному сроку хранения количество подвижных форм азота в леонардите + NPK значительно упало, однако оно было больше первоначального. К этому времени аммиачный азот почти полностью перешел в нитратный.
В качестве примера в таблице 1 приведены некоторые данные на одном из Черниговских предприятий.
| Сроки хранения, месяцы | Формы азота | Содержание | ||
|---|---|---|---|---|
| 3 месяц | 6 месяц | 12 месяц | ||
| Содержание на метровой глубине | Гидролизуемый | 0,344 | 0,354 | 0,292 |
| в том числе аммиачный | 0,242 | 0,125 | 0,092 | |
| нитратный | 0,102 | 0,229 | 0,200 | |
| Содержание на двухметровой глубине | Гидролизуемый | 0,346 | 0,497 | 0,307 |
| в том числе аммиачный | 0,159 | 0,063 | 0,071 | |
| нитратный | 0,187 | 0,434 | 0,236 | |
| Среднее по штабелю | Гидролизуемый | 0,330 | 0,388 | 0,341 |
| в том числе аммиачный | 0,212 | 0,175 | 0,094 | |
| нитратный | 0,118 | 0,213 | 0,246 | |
Содержание подвижных форм азота увеличивается с глубиной отбора до двух метров, а затем наблюдается его постепенное уменьшение.
На различных предприятиях накопление подвижных форм азота колеблется в опытных штабелях по месяцам. Так, на предприятии в Житомирской области максимальное количество подвижного азота в опытном штабеле зафиксировано в начале третьего месяца после закладки на хранение, на Замглайском — во второй декаде пятого месяца, на третьем предприятии — только на седьмом месяце хранения удобрений. Не имея экспериментальных данных для объективной оценки обнаруженного явления, можем только сказать, что режимы хранения штабелей неидентичны. По-видимому, решающую роль в этом играет способность леонардита к саморазогреванию.
Перераспределение азота в толще штабеля и изменение его форм в процессе хранения, очевидно, необходимо объяснить микробиологическими процессами, которые протекают в массе гуминовых удобрений, так как там создаются для этого все необходимые условия. Возможно, в толще штабеля идет ферментативное расщепление органических веществ леонардита с выделением аммиака. Этот аммиак, оставаясь в диффузном состоянии, передвигается совместно с водяными парами к верхним границам штабеля. Часть аммиака может нитрифицироваться. Азотная кислота, в свою очередь, вступая в соединение с аммиаком, образует аммиачную селитру.
Объясняя передвижение азота в штабеле гуминовых удобрений при хранении и придавая большое значение микробиологическим процессам, нельзя не высказать мысль о том, что на весь ход этих превращений оказал влияние и температурный режим. Однако, учитывая то, что температура в штабеле с удобрением ниже, чем температура в штабеле с леонардитом, можно предположить, что роль собственно термического фактора при хранении гуминовых удобрений меньше, чем при хранении леонардита.
Изменение подвижности фосфора
Проведенные анализы показали (табл. 2), что количество фосфорных соединений, растворимых в 0,5 н. H₂SO₄, в удобрениях возрастает по мере хранения. Изменяется оно также и по профилю штабеля.
| Наименование месторождений | Сроки хранения, месяцы | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 11 | |
| Замглайский район (Черниговская область) | 0,192 | - | 0,313 | 0,337 | - | 0,421 |
| Великое (Киевская область) | 0,394 | - | 0,391 | - | - | 0,703 |
| Примечание: «-» — не определяли. | ||||||
До 140-дневного срока хранения максимальная растворимость наблюдается на глубине 1,5-2,5 м, затем количество подвижных форм фосфорной кислоты значительно увеличивается и распределяется более равномерно по всему профилю штабеля, достигая максимума на 340-й день. Что же касается водорастворимого фосфора, то здесь также наблюдается тенденция к повышению растворимости к концу хранения.
Общую закономерность — увеличение подвижных форм фосфора во время хранения удобрений, — по-видимому, следует объяснить мобилизацией фосфора труднорастворимых фосфатов в присутствии образовавшейся азотной кислоты. Не исключена возможность образования подвижных фосфорорганических соединений, так как известно, что фосфорная кислота может давать комплексные соединения с гуминовой кислотой. Однако опытные данные по этому вопросу нами еще не получены.
Подвижность гуминовых кислот и изменение рH
Как показали анализы, при хранении гуминовых удобрений в опытном штабеле в Замглайском районе, рН водной вытяжки изменяется в щелочную сторону до 90-120-дневного срока, затем с увеличением срока хранения щелочность реакции снижается и временами доходит до кислой. Изменение реакции наблюдается и по профилю штабеля. Максимальной щелочности удобрения достигают на глубине 2-2,5 м, а затем щелочность начинает падать, кислая реакция наблюдается в поверхностных слоях штабеля.
Интересно отметить, что повышение рН идет параллельно накоплению аммиачного азота, а падение соответствует увеличению нитратного азота. Описанные выше явления наблюдались и в опытных штабелях с. Великого Киевской области.
В период хранения гуминовых удобрений количество водорастворимых форм гуминовых кислот возрастает до определенного периода. Максимальное накопление водоподвижных форм гуминовых кислот происходит на пятом-шестом месяце их хранения. В этот период в леонардите + NPK накапливается и максимальное количество подвижных форм азота. Содержание гуминовых кислот изменяется также и по профилю штабеля. Если сопоставить графики, характеризующие количество водорастворимых гуминовых кислот и количество аммиачного азота, то нетрудно заметить параллелизм, а это означает, что аммиак, выделившийся в процессе разложения органического вещества леонардита, улавливается гуминовыми кислотами и при этом образуются растворимые соли — гуматы аммония. В дальнейшем по мере удлинения сроков хранения содержание водорастворимых гуминовых кислот падает, особенно в поверхностных слоях штабеля. Нужно отметить, что падение растворимости гуминовой кислоты в этих слоях почти параллельно накоплению нитратного азота. Значит, азотная кислота вызывает коагуляцию гуминовых кислот, поэтому накопление такой формы азота, с этой точки зрения, не желательно.
Суммируя все вышеизложенное, можно сказать, что в процессе годичного хранения гуминовых удобрений происходит абсолютно незначительное падение содержания водорастворимых гуминовых кислот и подкисление самого удобрения. Аммиачный азот за этот срок почти полностью переходит в нитратный. Такие удобрения уже нельзя называть торфо-минерально-аммиачно-гуминовыми, так как они в этот период не содержат водоподвижных гуминовых кислот и аммиачного азота. По-видимому, их лучше называть в этот период органо-минерально-нитратными.
В тех случаях, когда происходит падение содержания водорастворимых форм гуминовых кислот, можно рекомендовать дополнительную обработку таких удобрений аммиачной водой, рассчитав ее дозу по свободной емкости поглощения. Накопившаяся азотная кислота нейтрализуется аммиаком, удобрения с кислой реакцией станут слабощелочными, а гуминовые кислоты вновь перейдут в водорастворимое состояние.
В заключение необходимо сказать, что оптимальной высотой штабеля при закладке гуминовых удобрений на хранение нужно считать 3,5-4 м. Закладка более высоких штабелей нецелесообразна, так как в глубоких слоях накопление питательных веществ происходит незначительно.
Результаты микровегетационных и полевых опытов
Для изучения удобрительных качеств гуминовых удобрений, подвергшихся хранению, были поставлены микровегетационные и полевые опыты с помидорами, капустой, кукурузой, картофелем, сахарной свеклой и льном.
В лабораторных условиях был заложен микровегетационный опыт в песчаной культуре с помидорами, задачей которого было установить изменение удобрительных качеств гуминовых удобрений в зависимости от местоположения в штабеле при хранении. Вес песка в сосуде — 1 кг, количество растений — 15, повторность — четырехкратная. Для опыта были взяты образцы леонардит + NPK в Киевской области после 6-месячного хранения, отобранные из штабеля на глубине 0,5; 1,5; 2 и 3 м. Навески удобрений из расчета по 20 г абсолютно сухого вещества вносили в сосуд взамен азота и фосфора в смеси Прянишникова. Опыт был заложен 15 февраля 2020 г. и закончен через три недели. Учтен абсолютно сухой вес проростков, вынос азота и фосфора на сосуд (табл. 3).
| Схема опыта, показатели | Полная смесь Прянишникова (контроль) | леонардит + NPK, отобранный на глубине, м | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | 1,5 | 2 | 3 | ||
| Вес зеленой массы 10 растений, мг | 3550 | 3920 | 5250 | 5130 | 5610 |
| Вес абсолютно сухого вещества 10 растений, мг | 208 | 304 | 326 | 438 | 417 |
| Внесено подвижного азота на сосуд, мг | 77,5 | 80,0 | 77,0 | 80,0 | 98,0 |
| Вынос азота на сосуд, мг | 8,6 | 7,3 | 8,8 | 12,4 | 12,7 |
| Коэффициент использования азота | 11,09 | 9,12 | 11,42 | 17,47 | 12,96 |
| Внесено подвижного P₂O₅ на сосуд, мг | 82,0 | 48,0 | 58,0 | 46,0 | 50,0 |
| Вынос P₂O₅ на сосуд, мг | 4,80 | 4,80 | 4,00 | 4,80 | 5,93 |
| Коэффициент использования P₂O₅ | 5,85 | 10,0 | 6,70 | 10,43 | 11,87 |
Результаты опыта наглядно показывают, что коэффициент использования различных питательных веществ леонардита + NPK выше, чем в смеси Прянишникова, причем с глубиной отбора проб он повышается, а это значит, что леонардите + NPK после шестимесячного срока хранения своих удобрительных качеств несколько не потерял.
30 марта 2020 г. был заложен второй микровегетационный опыт в песчаной культуре с помидорами. В задачу опыта входило сравнить удобрительные качества гуминовых удобрений, полученных из различных торфопредприятий, после 7-месячного срока хранения. Для этой цели были отобраны идентичные по местоположению пробы из штабелей Замглайского района Черниговской области, а также на предприятиях Житомирской области и Киевской области. Навески леонардита + NPK по 10 г на сосуд в пересчете на абсолютно сухой вес даны взамен минерального азота и фосфора в смеси Прянишникова. 24 апреля опыт был закончен. В таблице 4 приводятся данные этого опыта.
| Схема опыта, показатели | Полная смесь Прянишникова (контроль) | Наименование районов размещения предприятий | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Замглайский | Киселевский | Бучманский | Кодранский | ||
| Вес зеленой массы 100 растений, г | 58,467 | 48,797 | 56,205 | 60,00 | 62,115 |
| Вес абсолютно сухого вещества 100 растений, г | 5,029 | 4,489 | 3,721 | 4,454 | 4,550 |
| Внесено подвижного азота на сосуд, мг | 77,5 | 39,0 | 56,0 | 28,6 | 58,4 |
| Вынос азота на сосуд, мг | 23,2 | 22,2 | 15,0 | 21,7 | 23,5 |
| Коэффициент использования азота | 29,9 | 56,9 | 26,7 | 75,8 | 40,2 |
| Внесено подвижного P₂O₅ на сосуд, мг | 82,0 | 24,6 | 14,4 | 19,2 | 29,0 |
| Вынос P₂O₅ на сосуд, мг | 4,1 | 3,5 | 5,4 | 3,3 | 4,9 |
| Коэффициент использования P₂O₅ | 5,0 | 14,2 | 37,5 | 17,1 | 16,9 |
| Примечание: В таблице указаны результаты опыта на пробах, отобранных из штабелей на глубине 1 м по откосу. | |||||
В этом опыте коэффициент использования азота и фосфора растениями, удобренными леонардитом + NPK, как правило, также значительно больший, чем по смеси Прянишникова. Необходимо отметить, что опытные растения, удобренные гуминовыми удобрениями, в микровегетационных опытах во всех случаях были более развитыми, чем растения на контроле. Это дает право думать, что растения используют не только подвижный азот и фосфор, а и его более стабильные формы.
Эта мысль и все высказанные выше положения нашли свое подтверждение и в результатах полевых опытов, в которых сравнивалась эффективность леонардита + NPK свежеприготовленного и после зимнего хранения. В качестве примера приведем результаты опытов (табл. 5), в Репкинском районе Черниговской области в 2020 г. Опыты были заложены в трех повторностях на темно-серых оподзоленных почвах.
| Схема опыта | Кукуруза | Сахарная свекла | Лен | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Всего зеленой массы, ц/га | В том числе початков | Прибавка ц/га | К контролю, % | Урожай, ц/га | Прибавка ц/га | Урожай | Прибавка | |
| Контроль (без удобрений) | 146,3 | 64,8 | - | - | 343,6 | - | 493,0 | - |
| Adept, 2л/га (3 раза) | 275,0 | 141,7 | 128,9/76,9 | > 87.7 | 463,6 | 120,9 | 536,0 | 43,0 |
| леонардите + NPK прошлого года, 10 т/га | 350,3 | 158,8 | 204,0/90,0 | > 138,9 | 459,0 | 115,6 | 700,0 | 207,0 |
| леонардит + NPK в количестве, эквивалентном 2л/га Adept, (3 раза) | 256,3 | 133,7 | 110,0/68,9 | > 74,8 | 424,6 | 81,0 | 583,0 | 90,0 |
| Примечание: В числителе показана прибавка урожая початков, в знаменателе — зеленой массы. | ||||||||
Из таблицы видно, что эквивалентный набор смеси минеральных удобрений уступает леонардиту + NPK, и особенно после зимнего хранения.
В 2023-2024 гг. леонардит + NPK Бучманского предприятия, подвергшаяся перезимовке в штабеле, испытывалась на плодоносящих виноградниках Закарпатской области в двух различных микро-природно-климатических районах. В таблице 6 приведены результаты опытов с удобрениями на опытном поле с виноградом.
| Схема опыта | 2023 г. | 2024 г. |
|---|---|---|
| Контроль | Средний урожай, ц/га: 85,98 Прибавка, %: - |
Средний урожай, ц/га: 18,4 Прибавка, %: - |
| леонардите + NPK, 3 кг под куст | Средний урожай, ц/га: 112,00 Прибавка, %: 26,02 |
Средний урожай, ц/га: 19,9 Прибавка, %: 3,0 |
| NPK (эквивалент 3 кг леонардите + NPK) | Средний урожай, ц/га: 105,60 Прибавка, %: 19,62 |
Средний урожай, ц/га: 18,8 Прибавка, %: 2,2 |
Кроме того, необходимо отметить, что по удобренным вариантам увеличивается в ягодах содержание сахара. Особенно заметно в этом отношении действие гуминовых удобрений.
Выводы
- В процессе осенне-зимнего хранения в гуминовых удобрениях (леонардит + NPK) происходят изменения в химическом составе, а именно:
- а) в результате разложения органических веществ леонардита увеличивается количество легкоподвижных форм азота. Максимальная мобилизация азота в штабеле наблюдается на глубине 1,5-2,5 м;
- б) труднорастворимые фосфорные соединения переходят в более подвижное состояние;
- в) динамика рН и подвижность гуминовых кислот в общем параллельны изменениям содержания аммиачного и нитратного азота. Увеличение количества аммиачного азота в гуминовых удобрениях сопровождается повышением рН и растворимости гуминовых кислот, увеличение же нитратного азота влечет за собой снижение рН и растворимости гуминовых кислот.
- Постановкой вегетационных опытов установлена высокая доступность питательных веществ гуминовых удобрений, подвергавшихся хранению в течение длительного срока.
- Урожайность сельскохозяйственных культур при внесении гуминовых удобрений после осенне-зимнего хранения выше, чем при удобрении леонардита + NPK и эквивалентным набором минеральных удобрений.
- Хранение гуминовых удобрений в течение осенне-зимнего периода не снижает их удобрительных качеств, но оптимальный срок хранения, с этой точки зрения, колеблется в зависимости от свойства леонардита и в большинстве случаев равняется 4-6 месяцам. На качество удобрений влияет размер штабеля. Оптимальная высота штабеля при закладке его на хранение — 3,5-4 м.