АГРОХИМИЯ, 2015, № 2, с. 33-45
УДК 631.87:630*892.4
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОРЫ РАЗНЫХ ВИДОВ ДЕРЕВЬЕВ И УДОБРИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ЕЕ ОСНОВЕ
© 2015 г. О.А. Ульянова, В.В. Чупрова
Красноярский государственный аграрный университет 660049 Красноярск, просп. Мира, 90, Россия E-mail: kora64@mail.ru
Поступила в редакцию 15.10.2014 г.
Исследованы процессы разложения и минерализации коры разных видов деревьев (ели, лиственницы, сосны, осины) при компостировании с различными добавками (минеральными удобрениями, цеолитом, вермикулитом, сапропелем). Определены константы разложения и время полуразложения коры различных видов деревьев и удобрительных композиций на их основе, позволяющие оценить срок их действия. Установлено, что удобрительные композиции с осиновой корой разлагаются быстрее, чем на основе хвойных.
Ключевые слова: минерализация, кора деревьев, удобрительные композиции.
ВВЕДЕНИЕ
Переход сельского хозяйства на интенсивные технологии требует применения разнообразных удобрительных средств для повышения урожайности полевых культур и воспроизводства плодородия почв. Перспективным ресурсом органического вещества для производства местных видов удобрений является крупнотоннажный отход лесной отрасли - древесная кора. Ежегодные объемы ее накопления в РФ достигают 25-30 млн. т [1, 2]. В Красноярском крае образуется около 500 тыс. т коры в год. Проблема ее утилизации весьма актуальна: в целевые продукты перерабатывают всего 10% от массы образующейся коры, остальную часть хранят в многолетних отвалах, либо сжигают, загрязняя окружающую среду. Целесообразность использования коры разных видов деревьев для производства удобрительных композиций (УК) очевидна в экологическом плане и обусловлена значительным ее почвенно-мелиоративным, гумусообразовательным и биоэнергетическим потенциалом. Запасы природных ресурсов Сибири, которые можно использовать в качестве компонентов для приготовления удобрительных композиций, огромны и содержат: цеолитовых туфов - 73 млн. т, вермикулита - 7.3 млн. т, сапропеля - 19.6 млн. т. Наличие в крае крупнотоннажных отходов - древесной коры и большой минерально-сырьевой базы - делает возможной разработку на их основе удобрительных композиций. Биоконверсию таких материалов в условиях Красноярского края можно рассматривать в каче-
стве нового направления исследований, ориентированного на снижение риска неконтролируемого распространения древесных отходов и конструирование новых видов удобрительных композиций. Однако процессы биоконверсии древесной коры изучены недостаточно, с добавками сапропеля и минеральных ресурсов - еще не исследованы. Цель работы - изучение интенсивности процесса разложения и минерализации коры разных видов деревьев и удобрительных композиций на ее основе при компостировании.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Процесс разложения и минерализации отходов деревообрабатывающей промышленности -осиновой, лиственничной, еловой и сосновой коры - изучали в течение годового периода их компостирования в условиях модельных опытов с различными добавками по схемам, представленным в табл. 1. Компостирование проводили в пластиковых сосудах при температуре 18-23 °С в четырехкратной повторности. Масса компостируемой коры составляла 500 г.
Через каждые 2 нед компостирования проводили перемешивание смесей и осуществляли их полив. Влажность конвертируемых компостов поддерживали на уровне 60% ПВ (полной влаго-емкости). Отношение С : N было сбалансировано внесением мочевины ^м). В качестве источника фосфора использовали суперфосфат (Рс). Минеральные добавки (мочевину и суперфосфат)
Таблица 1. Схемы модельных опытов
Кора Вариант, № Полное наименование Сокращенное название
Осина 1 Кораосин Контроль
2 Кораосин + минеральные удобрения ^мРс) Коро-минеральная композиция - КМК
3 Кораосин + ^Рс + цеолит 10% Коро-минерально-цеолитовая композиция-10 -КМЦК-10
4 Кора0сИн + ад + цеолит 20% Коро-минерально-цеолитовая композиция-20 -КМЦК-20
5 Кораосин + ад + цеолит 30% Коро-минерально-цеолитовая композиция-30 -КМЦК-30
6 Кораосин + ад + вермикулит 10% Коро-минерально-вермикулитовая композиция -КМВК
7 К°раосин + ад : сапр°пель = = 2 : 1 Коро-минерально-сапропелевая композиция -КМСК
Листвен- 1 К°ралиств Контроль
ница 2 К°ралиств + ад Коро-минеральная композиция - КМК
3 К°ралиств + ад + цеолит Сахаптинский 10% Коро-минерально-цеолитовая композиция-10 -КМЦК-10
4 Коралиств + ад + цеолит Сахаптинский 15% Коро-минерально-цеолитовая композиция 15 -КМЦК-15
Ель 1 Кораелов Контроль
2 Кораелов + ^Рс Короминеральная композиция - КМК
3 Кораелов + ^мРс + цеолит Сахаптинский 10% Коро-минерально-цеолитовая композиция-10 -КМЦсК-10
4 Кораелов + ^мРс + цеолит Сахаптинский 15% Коро-минерально-цеолитовая композиция-15 -КМЦсК-15
5 Кораелов + ^мРс + цеолит Пегасский 10% Коро-минерально-цеолитовая композиция-10 -КМЦпК-10
6 К°раелов + ВД, + вермикулит 10% Коро-минерально-вермикулитовая композиция -КМВК
7 Кораелов + ^мРс : сапропель = = 2 : 1 Коро-минерально-сапропелевая композиция -КМСК
Сосна 1 К°расосн Контроль
2 Корасосн + ^Рс Коро-минеральная композиция - КМК
3 Корасосн + NмPс + цеолит 10% Коро-минерально-цеолитовая композиция-10 -КМЦК-10
4 Корасосн + ^Рс + цеолит 20% Коро-минерально-цеолитовая композиция-20 -КМЦК-20
5 Корасосн + ЧД + цеолит 30% Коро-минерально-цеолитовая композиция-30 -КМЦК-30
6 Корасосн + ЧД + вермикулит 10% Коро-минерально-вермикулитовая композиция -КМВК
7 Корасосн + NмPс : сапропель = = 2 : 1 Коро-минерально-сапропелевая композиция -КМСК
Примечание. Обозначения вариантов те же в табл. 3-8 и на рис. 1, 2.
вносили в количествах (по д. в.) 1.5 и 0.25% соответственно от сухой массы коры. Кроме этого, кору смешивали с цеолитом в количестве 10-30% (размер фракций - 0.5-3.0 мм) и вермикулитом -10% от ее массы. Коро-минерально-сапропелевую композицию готовили путем смешивания коры с КмРс (2 части) и сапропелем (1 часть).
Концентрацию углерода, общего азота в коре и удобрительных композициях определяли на анализаторе "Flash EA-1112, Thermo Quest", лег-когидролизуемый азот - методом Корнфилда, рННО - потенциометрическим методом.
Минерализацию органического вещества определяли по интенсивности разложения целлюлозы
аппликационным методом [3] и по продуцированию СО2 - абсорбционным методом в модификации Шаркова [4] с шагом 14 сут на протяжении всей инкубации. Суммарное продуцирование углерода в виде C-CO2 за период наблюдений оценивали с помощью метода линейного интерполирования по формуле: A = {[(51+52):2]х^1 + + [(Я2+Яз):2]х?2 + ... [(B„-1+B„):2]xtn }х0.273, где А - суммарное количество C-CO2 , выделившееся за период наблюдений, г/м2; B1, B2 , B3 ... Bn- соответственно величины 1-, 2-, 3-, ... n-го измерений скорости продуцирования CO2, г/м2/сут; t1, t2, tn-1 - периоды времени между измерениями, сут; 0.273 - коэффициент пересчета CO2 в С.
Об интенсивности разложения целлюлозы судили по убыли массы льняной ткани, предварительно взвешенной и заложенной на 30 сут в каждый сосуд.
Для описания процессов разложения органического вещества использовали экспоненциальную функцию разложения, впервые предложенную в работе [5] и детально рассмотренную в [6]. Было показано, что процесс разложения органических соединений подчиняется уравнению реакции первого порядка: dC/dT = - kC, где С0 и С - концентрации субстрата в начале и в конце периода измерения, Т - время, k - константа скорости разложения субстрата, измеренная в единицах времени (ч, сут, год). Уравнение позволяет не только рассчитывать степень разложения органических соединений в зависимости от времени, но и сравнивать скорости распада веществ в разных условиях на основании сопоставления величин коэффициентов k или связанных с ними величин периода полуразложения Т05 = ln 2/k, а также подсчитать время кругооборота органического материала, точнее, время 95% потерь Т095 = 3/k [7]. По указанным формулам были рассчитаны константы разложения органического вещества коры разных видов деревьев и удобрительных композиций на их основе и периоды полуразложения.
Полученные результаты исследования обработали методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов с использованием программных пакетов "Excel", "Statistica".
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Минерализация - это комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложению органических остатков и собственно гумусовых веществ до конечных продуктов окисления (СО2, Н2О, NH3 и др.). Этот процесс обязателен и необходим в цикле углерода, т.к. он определяет освобождение и переход в доступную форму основных элементов минераль-
ного питания растений. Важнейшим показателем, определяющим интенсивность минерализации органического вещества, является скорость продуцирования углекислого газа.
Минерализация лиственничной коры и композиций на ее основе. Процесс минерализации коры лиственницы с различными добавками при компостировании наглядно прослежен по респирацион-ной активности коры и композиций на ее основе (рис. 1а). Минимальная интенсивность выделения углекислоты из коры лиственницы выявлена в контроле. Среднесуточное выделение СО2 в течение полугодового компостирования в этом варианте изменялось в пределах 5-12 г/м2/сут, и согласно градациям, расценивалось как слабое и среднее в зависимости от срока определения показателя. Лимитирующими факторами, снижающими интенсивность минерализации лиственничной коры, являлись кислый рН 4.1, низкое содержание азота, широкое соотношение С : N. Внесение в лиственничную кору минеральных удобрений и природных цеолитов, нейтрализующих ее кислую реакцию, приводило к статистически значимому увеличению в 1.7-1.8 раза эмиссии СО2 в зависимости от варианта опыта. Различия между контролем и вариантами с применением минеральных добавок были существенными. В то же время различия в вариантах с использованием только минеральных удобрений (вариант 2) и применением минеральных удобрений совместно с 10- и 15%-ными добавками цеолита Сахаптинского месторождения (варианты 3 и 4) были статистически незначимыми. Среднесу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.