Здоровье почв: Утилизация соломы – сжечь или ферментировать?

Сегодня мне бы еще раз хотелось остановиться на приемах повышения  рационального использования соломы и пожнивных остатков – с фокусом на микробиологическую активность почвы/здоровье почв.

Мы обратим внимание  не только на ценность соломы как потенциального удобрения сельскохозяйственных растений, но и как субстрата для функционирования микрофлоры, обеспечивающей не только минерализацию или гумификацию, но и азотфиксацию.

Как лучше утилизировать солому - сжечь или минерализировать/гумифицировать?

Больше аргументов в пользу ферментации  - минерализации /гумификации. Почему? Подсчитано, что с каждой сгоревшей тонной соломы на поле теряется до 700 кг гумуса, нарушается структура почвы, снижается её устойчивость к ветровой и водной эрозии, теряется весь азот, не говоря уже об углероде и других элементах питания.

Солома и пожнивные остатки-как удобрение.

Достоверно установлено, что использование соломы в качестве удобрения в 4 раза дешевле, чем применение равноценного по агрономической эффективности количества навоза, и в 10-12 раз дешевле применения эквивалентного количества NPK в составе минеральных удобрений.

В 1 тонне соломы с влажностью 14 % содержится 800 кг органического вещества, в то время как в 1 тонне навоза при влажности 85 % – 270 кг. Подсчитано, что при средней урожайности зерновых культур в 30 ц/га с соломой вносится в почву 3200 кг органического вещества, 14-22 кг азота, 3-7 – фосфора, 22-25 – калия, 9-37 – кальция, 2-7 кг магния, 12 г меди 1,6 г молибдена, 160 г цинка.

Размер выхода растительных остатков при различной урожайности  (урожайность, т/га /коэффициент выхода):

Озимые зерновые:

• 0,1 /1,6    
• 1,1-2,0/1,5
• 2,1-3,0/1,3
• 3,1-4,0/1,1
  

Кукуруза на силос:  

• 10/0,18
• 10,1-20,0/0,14
• 20,1-30,0/0,13
• 30,1-40,0/0,11

Рапс:     

• 1,0/1,5
• 1,1-1,5/1,3
• 1,6-2,0/1,2
• 2,1-2,5/1,0

 Преимущества соломы и пожнивных остатков как удобрения

 Использование соломы в качестве удобрения имеет несколько преимуществ.          

1.Солома легко распределяется по всем полям, независимо от их удалённости, что определяет высокую экономическую эффективность ее использования.   

2. Солома содержит в своем составе в 3-4 раза больше углерода, чем другие органические удобрения. Углерод соломы сосредоточен в наиболее ценных для плодородия соединениях – целлюлозе, гемицеллюлозе, в пентозанах и лигнине, которые являются, как энергетическим субстратом для почвенных микроорганизмов, так и основным источником органических соединений для синтеза гумуса.   

3.Заделка соломы в почву возвращает в биологический круговорот биофильные элементы питания (калий, азот, фосфор, кальций, магний) и ряд микроэлементов (цинк, марганец, железо, медь, бор, молибден), ежегодно отчуждаемые с урожаем сельскохозяйственных культур.  

4. Внесение соломы в почву стимулирует активное развитие почвенной микро- и мезофауны, увеличивая биологическую активность почв, повышая активность дождевых червей и других живых организмов, населяющих почву. Для ускорения минерализации размер резки соломы должен составлять 5-7 см, а глубина заделки не должна превышать 15 см. При более глубокой заделке минерализация соломы резко замедляется из-за невозможности целлюлозоразлагающих микроорганизмов обитать в анаэробных условиях. Кроме того, при глубокой заделке соломы происходит накопление патогенной микрофлоры, которая угнетающе действует на корневую систему культурных растений. 

5. Дополнительное поступление в почву свежего органического вещества заметно оптимизирует  физические свойства почвы /ее водно-воздушного режима.

6. По мере истощения запаса легкоразлагаемых органических соединений микроорганизмы начинают перерабатывать более устойчивые растительные компоненты и гумусовые фракции почвы . Поэтому обеспечение микробиоты легко разлагаемым органическим материалом путем возврата в агроэкосистему биомассы, не используемой в качестве товарной продукции, необходимо для поддержания биохимической деятельности микроорганизмов на оптимальном уровне и активного протекания биологического круговорота при сохранении базовых гумусовых запасов.

Отрицательные факторы, препятствующие использованию соломы на удобрение и приемы их контроля.

1. Кратковременное снижение урожайности возделываемых культур в первый год после запашки соломы, причиной которого является ухудшение азотного питания растений из-за активного использования минеральных форм азота микроорганизмами, разлагающими солому.

- Эта проблема достаточно легко решается внесением компенсирующей дозы минерального азота, обеспечивая активное функционирование участвующей в разложении микрофлоры.    

2. Длительный период разложения соломы зерновых культур из-за широкого соотношения С:N 80:1 и высокого содержания целлюлозы, лигнина и кремнийорганических соединений.    

- Ускорить протекание процессов минерализации и гумификации соломы помогает  подсев бобовых  пожнивных остатков, имеющих более узкое соотношение  С:N 15:1 - таким образом достигается оптимальное соотношение 30-28:1.   

В заключении мне бы хотелось дополнить описание  важности минерализации/гумификации  соломы и пожнивных остатков на примере позитивного влияния  на микробиом почвы.

Микробиологическая активность

В процессе разложения соломы наблюдается сукцессия микроорганизмов, обусловленная специализацией их функций . Наиболее быстро минерализуются наиболее доступные органические соединения: простые сахара, пентозаны, белки. На этой стадии превалирует многочисленная группа амилолитических, аммонифицирующих неспоровых бактерий, а также мукоровые грибы. Позднее в процесс разложения соломы активно включается бациллярная микрофлора и представители микромицетов. Вслед за разложением пектиновых веществ начинается интенсивное разрушение клетчатки и близких к ней соединений, появляются типичные целлюлозолитики: бактерии р. Cytophaga и р.Cellvibrio, на начальных этапах  преобладают Penicillium, Stachybotris, Mucor, на более поздних появлялись Aspergillus, Fusarium, Alternaria и Trichoderma.

Попытка выявить степень зависимости биологической активности от погодно-климатических факторов и агрохимических показателей почвы путем корреляционно-регрессионного анализа показала низкий уровень связи: коэффициент корреляции в большинстве случаев составлял 0,2-0,3. Но достаточно высоким - 0,71 – был коэффициент корреляции между показателями среднесезонной численности гетеротрофных микроорганизмов и количеством углерода пожнивных остатков.

Применение соломы - как прием повышения азотфиксации

Один из наиболее энергоемких микробиологических процессов – это процесс связывания молекулярного азота. В качестве энергетического ресурса осуществления этого процесса для многих азотфиксирующих бактерий служат углеводы пожнивных остатков и соломы.

Поэтому дефицит свежей растительной биомассы является одним из основных факторов, лимитирующих продуктивность азотфиксации свободноживущими и симбиотическими бактериями.

Как показывают результаты научных исследований, применение соломы на удобрение можно рассматривать как эффективный прием повышения азотфиксирующей активности пахотного горизонта. В этом случае широкое отношение C:N в растительных остатках злаковых культур не является сдерживающим фактором для микробиологического процесса связывания молекулярного азота. В последние годы установлена способность фиксировать атмосферный азот у многих групп почвенных сапрофитов: бактерий, грибов, актиномицетов. В дерново-подзолистых и серых лесных почвах наиболее многочисленной группой несимбиотических азотфиксаторов являются бактерии рода Clostridium, которые в отличие от Azotobacter, более широко распространенных в черноземах, обладают значительной толерантностью к повышенной почвенной кислотности.

Применение соломы на удобрение в значительной степени повышает численность и активность этой группы микроорганизмов, способствуя тем самым дополнительному накоплению в пахотных почвах биологического азота, которое, по различным оценкам, может составлять от 8-ми до нескольких десятков килограммов N на гектар за вегетационный период. На 1 т заделанных в почву растительных остатков может фиксироваться от 8 до 16 кг азота.

При подготовке сообщения были использованы литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ, Русакова И.В., 2016
2. ЭЛЕМЕНТЫ БИОЛОГИЗАЦИИ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ  АЛТАЙСКОГО КРАЯ, Цветков М.Л., Лысенко Л.М., 2019
3. О МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДАХ К РАСЧЕТУ БАЛАНСА ГУМУСА В СЕВООБОРОТЕ, Новоселов С.И., 2020
4. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ФАКТОРАМИ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПРИ БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ, АХМЕТЗЯНОВ М.Р., 2020