Гуминовые удобрения (органические)
Среди органических удобрений особняком выделяется группа веществ органической природы естественного происхождения, получивших название гуминовые удобрения.
Гуминовые удобрения и препараты получают из природного сырья: торфа, бурого угля, сапропеля.
Природа эффективности гуминовых удобрений
Происхождение и свойства этих веществ существенно разнятся, но их объединяет наличие в составе гуминовых веществ. Гуминовые вещества – особая группа органических соединений, происхождение которых связано с процессами биохимического разложения и преобразования растительного опада (листья, корни, ветки, стволы), останков животных, белковых тел микроорганизмов. В современный исторический период они образуются и накапливаются в почвах. В их составе обнаружены гуминовые кислоты, фульвокислоты, соли этих кислот – гуматы ифульваты, а также гумины – прочные соединения гуминовых кислот и фульвокислот с почвенными минералами. Климатические условия на Земле прошлых геологических эпох, способствовали накоплению гуминовых веществ в осадках и образованию каустобиолитов[1]. Причем в каустобиолитах гуминовые вещества сохранились преимущественно в виде гуминовых кислот.
Однако гуминовые вещества, содержащиеся в этих полезных ископаемых, переходят в физиологически активное состояние и эффективно действуют как стимуляторы роста растений и источники элементов питания лишь после активации. Активаторами могут быть повышенные температуры, навоз, птичий помет, минеральные соединения, например аммиачная вода или другие щелочи. Препараты чаще всего представляют собой очищенные от примесей гуминовые кислоты или соли гуминовых кислот, например гумат натрия. Поэтому их используют в качестве стимуляторов роста для опрыскивания семян (повышается всхожесть и урожайность), посевов, замачивания клубней и черенков (улучшается и ускоряется укоренение). Ввиду их перспективности им будет уделено особое внимание в 4-ой части этой книги.
Удобрения по сути своей также являются солями гумусовых кислот. Но при получении удобрений не производят отделения от субстрата и очистки от примесей гуминовых соединений. Это так называемые «балластные удобрения». Их используют как основное удобрение под вспашку, но можно использовать и в подкормку.
В составе гуминовых удобрений элементы питания присутствуют в виде органических соединений и становятся доступными для растений после их трансформации в минеральные формы. Количество их определяется составом того каустобиолита, из которого получено удобрение, а также способом активизации. Так, торф содержит от 0,8 до 3,3% азота, 0,06 – 0,5% фосфора, 0,1- 0,15% калия. Бурый уголь содержит 1,2% азота, его обработка в целях активизации гуминовых веществ, например, аммиачной водой одновременно повышает содержание азота в удобрении до 4,0%. Много этот или мало? Судите сами. Рекомендуемые дозы углегумата натрия — 0,25 – 1 т/га. Содержание азота – 1,6%, следовательно, с этим удобрением на гектар пашни поступает от 4 до 16 кг азота. Таким образом, хотя в гуминовых удобрениях и содержатся азот, фосфор и калий, но их настолько мало, что говорить о них, как об источнике NPK не приходится.
Гуминовые удобрения содержат высокое количество углерода гуминовых веществ. Так, в удобрениях, полученных из бурого угля содержание углерода составляет от 50 до 60%, что существенно изменяет баланс органического вещества в почвах, при условии внесения, например, бурого угля в мелиоративных дозах. Однако, при использовании обычных доз гуминовые удобрения незначительно повышают содержание органического углерода в почве. Следовательно, природа положительного влияния этих удобрений на рост и развитие растений и почвенное плодородие иная.
Исследованиями многих ученых нашей страны, ближнего и дальнего зарубежья, установлено, что гуминовые вещества, внесенные с удобрениями этого типа прежде всего изменяют физические свойства почв. Было установлено, что внесение углегуминовых удобрений влияет на водно-физические свойства почвы: повышается капиллярная и полевая влагоемкость легких почв (в среднем на 20-30%) и водопроницаемость тяжелых, улучшается структура и ее водопрочность, уменьшается плотность почвы. Отмечалось, что низкие дозы углегуминовых удобрений способствуют повышению водопрочности агрегатов, а высокие — изменяют соотношение структурных отдельностей в пользу агрономически ценных фракций. Это, в свою очередь, сопровождается изменениями в гумусном состоянии, и в биологических характеристиках почвы. Исходя из этого еще в 1968 году был предложен метод получения искусственныхструктурообразователей на основе гуминовых кислот (Сафаров, Ахмедова, Гаджиев, 1968).
Причем, усиление микробиологической активности наблюдается как в первый год внесения удобрений, так и в последействии. При этом максимальная общая численность микроорганизмов установлена в начальные фазы развития растения и особенно при использовании твердых форм углегуматов. Наибольшее действие удобрения оказывают на группы азотфиксаторов,аммонификаторов и нитрификаторов, целлюлозоразлагающие и маслянокислые бактерии. Одновременно с увеличением численности микроорганизмов усиливается и ферментативная активность почвы, что, в свою очередь, увеличивает подвижность питательных элементов почвы.
Таким образом, применение гуминовых удобрений существенно изменяет условия почвенного питания растений, вызывая активное усиление процессов мобилизации питательных веществ в усвояемой для растений форме. Почвы, где вносились гуматы, характеризуются лучшими условиями азотного и фосфатного режимов при накоплении в них гумусовых соединений за счет новообразования гуминовых кислот. При этом:
- усиливается подвижность фосфора почвы;
- усиливаются процессы нитратообразования в почве, что способствует значительному увеличению общего и белкового азота и преобладанию содержания нитратов над аммиачным азотом на фоне роста нитрификационной способности и увеличения выделения углекислоты почвой. Возрастает также фотохимическая фиксация азота и доступность растениям органического азота почвы;
- ускоряется поступление аммиачных и амидных форм азота, фосфора в растение, в результате наблюдается увеличение содержания азота и фосфора в растении и их вынос;
- увеличивается концентрация железа, кальция, алюминия при снижении количества магния, т.е. гуматы оказывают существенное влияние на содержание и динамику почвенных катионов, кроме калия.
Итак, внесение углегуминовых удобрений оказывает значительное влияние на свойства почвы.
Еще одной особенностью этих удобрений является снижение или полное устранение отрицательного воздействия неблагоприятных для развития растений факторов. Так, при отклонении условий питания растений от нормы, удобрения более эффективны в ранние периоды развития растений при значительном недостатке в почве фосфора.
Гуминовые удобрения эффективнее при неблагоприятных для развития растений погодных условиях, больший эффект удобрений наблюдается при отклонении хотя бы одного из факторов роста и развития растений от оптимального. Наконец, имеются данные, что гуминовые удобрения проявляют защитные свойства: радиозащита (Лукьяненко, Петриченко, 1975), защита отфитотоксичного действия гербицидов (Горовая и др., 1985), адсорбционные свойства по отношению к вредным примесям и пестицидам в почве (Пивоваров, 1962).
Таким образом, действие гуминовых удобрений на почвенное плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур можно представить в виде комплекса взаимосвязанных процессов:
- Влияние удобрений на физико-химические и физические свойства почвы;
- Непосредственное воздействие удобрений на жизнедеятельность высших растений и микроорганизмов;
- Усиление процессов внутрипочвенного обмена: адсорбция удобрениями элементов питания почвы с улучшением питательного режима развития растений и усилением биологической активности. Конечным результатом этого взаимодействия является повышение плодородия почвы и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур.
Необходимо заметить, что на разных почвах эффективность гуминовых удобрений несколько разнится. Отмечено, что лучше всего гуминовые удобрения проявляют себя на дерново-подзолистых почвах, ослабевает их действие на черноземах. Дальнейшее продвижение на юг характеризуется усилением эффективности их действия, что определяется гумусным состоянием органического вещества почвы. Эффективнее внесение удобрений на слабогумусированных низкоплодородных почвах, а также на выпаханных и обесструктуренных длительным орошением, так как они способствуют оптимизации свойств почвы.
Получение гуминовых удобрений
В основе получения гуминовых удобрений и препаратов лежат свойство гуминовых кислот каустобиолитов образовывать водо-растворимые соли с натрием, калием, аммонием. Наиболее распространенным методом получения гуминовых удобрений и препаратов является «выщелачивание» гуминовых веществ из ископаемого сырья. С использованием этого метода их производство развивается в двух направлениях — получение балластных и безбалластных удобрений. Именно безбалластные гуматы чаще называют препаратами или стимуляторами роста, а балластные гуматы — удобрениями, что обусловлено различными способами их применения и дозировками.
В процессе производства балластных гуматов гуминовые вещества не отделяют от всей угольной или торфяной массы. Их применяют в довольно высоких дозах, сопоставимых с общепринятыми дозами традиционных органических удобрений (обычные дозы 0,25 — 5 т/га, но могут быть и выше). Причем, производство этих удобрений в ряде случаев предусматривает обогащение их элементами питания (азотом, фосфором, калием, микроэлементами) в ходе обработок химическими реагентами.
Использование гуминовых веществ в виде препаратов обычно не сопровождается каким-либо существенным влиянием на почвенное плодородие в смысле изменения химических и физических характеристик почвы, так как концентрация гуминовых препаратов чрезвычайно низка, а применение их часто ограничивается предпосевной обработкой семян, или внекорневыми подкормками растений. Балластные гуминовые удобрения сочетают в себе некоторые свойства традиционных органических удобрений и классических гуминовых препаратов. Как и последние, гуминовые балластные удобрения обладают значительной физиологической активностью, но одновременно они оказывают заметное рекультивирующее влияние на почву: улучшают структурное состояние, водно-физические свойства, способствуют росту нитрификационной способности и увеличению подвижности фосфорных соединений.
Одной из первых была разработана схема получения и способы применения органо-минеральных гуминовых удобрений типа гумофоски в Днепропетровском СХИ под руководством Л.А.Христевой[2]. Сырьем для получения удобрений служили бурый уголь, торф и др.
Различные модификации и модернизации этой схемы позволили получить достаточно представительный ряд гуминовых удобрений. Вот некоторые наиболее широко известные из них.
В настоящее время предприятия Минтоппрома России производят торфяные удобрения с аммиаком: ТМАУ-1, ТМАУ-2, ТАУ-1, ТАУ-2, ТМАУ-4К, ТМАУ-6К, ТМАУ-3. Эта группа удобрений, разработанных сотрудниками ВНИИТП, характеризуется высокой экономической эффективностью и рекомендуется к применению под овощные культуры. Прибавки, которые получены при их использовании следующие. Картофель — 71 ц с га, капуста — 225, корнеплоды — 180, кукуруза -152 ц с га (цифры даны с округлениями до целого).
Лабораторией растениеводства ВНИИТП разработано и жидкое комплексное удобрение «Тюльпан», хорошо зарекомендовавшее себя в тепличных условиях, сырье — торф со степенью разложения не менее 20%.
Органоминеральные удобрения на основе торфа под названием КГУ (комплексное гуминовое удобрение), выпускают опытно-промышленные цеха в Беларуссии по технологии, разработанной Институтом проблем использования природных ресурсов и экологии Белоруссии.
Александрийский завод горного воска (Украина) выпускает гумат натрия балластный, представляющий собой продукт обработки бурого угля раствором каустической соды. Содержит до 50% растворимых в воде гуматов натрия. Его применяют в растениеводстве в качестве удобрения. Кроме того, предварительно освобожденный от балласта, применяется в виде растворов (50 — 100 мг/л) для предпосевной обработки семян (5- 7 л 2,5 %-го раствора на 1 т зерна) Органоминеральное гуминовое удобрение «Гуммофос» приготовлено на основе торфа Замглайского месторождения по рекомендациям, разработанным Проблемной лабораторией по гуминовым удобрениям Днепропетровского СХИ. Имеет следующую характеристику: влага — 50 %, рН — 8,8; состав сухого вещества, %: ГК — 30, Р2 О5 — 1,03. Применяется как стимулятор роста и удобрение — источник элементов минерального питания.
Сельскохозяйственный кооператив «Флора» в г. Днепропетровске выпускает органоминеральное гуминовое удобрение «Florex». Разработаны три формы: Florex-bio, Florex-N, Florex-PK.
Гуминовые удобрения производят не только в нашей стране, но и за рубежом. Например, в Австралии выдан патент на сложное гуминовое удобрение, содержащее в своем составе полностью и не полностью гумифицированное органическое вещество, микроорганизмы, макроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний) и микроэлементы (цинк, марганец, кобальт, бор, молибден).
Американская компания American Colloid Company производит азотное удобрение с биостимулятором из ГК: «Organo-gro».
Итальянская фирма «Виньета Минерариа» производит гумат калия под названием «Умекс».
Все перечисленные выше удобрения получены путем обработки каустобиолитов химическими реагентами. Между тем, активация гуминовых кислот, например, бурого угля, возможна и в результате биологического воздействия. В качестве такого воздействия могут применяться различные биологически активные вещества или отходы их производства, стимулирующие вспышку биологической активности в почве. В этом случае необязательно проводить обработку сырья в заводских условиях препаратами, содержащими биологически активные вещества. Достаточно внести их в почву перед посевом в соответствующих пропорциях совместно[3] (Безуглова и др., 1997). Возможно использование в таких целях и чистых культур микроорганизмов или ферментов. Вероятно, биологические приемы воздействия являются наиболее перспективными в силу их экологической чистоты и относительной простоты, а следовательно и дешевизны.
ВНИИ ТП и НИИГ разработали новое торфо-гуминовое удобрение. Это гранулированное комплексное органо-минеральное удобрение, которое под торговой маркой “Тогум” выпускается московской фирмой “Флора-Балт” в упаковках от 50 г до 5 кг.
В состав удобрения входят: 85% — органика, а также основные элементы питания растений (азот, фосфор, калий, микроэлементы) и биологически активные вещества в виде гумата калия. Этим удобрением можно заправлять грунт, почву, любой субстрат для выращивания рассады. Хорошо подкармливать растения. Тогум не слеживается, не пылит, элементы питания долгое время не вымываются грунтовой, ливневой, поливочной водой, что обеспечивает пролонгированность действия удобрения. Тогум представляет собой цилиндрические темно-коричневые или черные гранулы диаметром 3 — 5 мм и длиной — 4 — 10 мм. Гранулы легки и прочны, хорошо поглощают воду, благодаря чему тогум смягчает воздействие засухи, отдавая излишек воды в почву. Если же почва, наоборот, насыщена влагой, гранулы впитывают избыточную влагу. При разложении органики — основы удобрения — выделяется тепло и происходит саморазогрев, благодаря этому тогумподдерживает положительную температуру, что очень важно во время заморозков.
Основное преимущество тогума — медленное вымывание элементов питания грунтовой, поливной водой, атмосферными осадками, что обеспечивает постепенное поступление их в почву и продолжительное действие. Одноразового внесения тогума хватает на весь вегетационный сезон, а эффект от внесения удобрения наблюдается в течение 3 — 4 лет.
Предназначен для выращивания овощных, цветочных, декоративных и других культур. Может использоваться во всех климатических зонах, на любых почвах, в открытом и закрытом грунте, при устройстве газонов и т.д. Его применение обеспечивает получение экологически чистой продукции: содержание нитратов в 6 — 8 раз ниже, чем при использовании минеральных удобрений.
Тогум получают промышленным способом, перерабатывая низинный торф с высоким содержанием гуминовых кислот.
К гуминовым удобрениям следует отнести и широко рекламируемые в последние годы удобрения «Суперкомпост» «Экоплодогумус», разработчик и производитель которых фирма «Континент-XXI». Однако, эти удобрение, несмотря на сходство по составу, воздействию, дозировкам и способам применения с другими гуминовыми удобрениями, имеет принципиальное отличие от только что рассмотренной группы. Обусловлено это тем, что сырьем для получения удобрений служит сложный комплекс компонентов переменного состава: птичий помет, навоз, отходы производства и т.д. Однако и к обычным компостам их отнести не представляется возможным, так как получают эти удобрения в заводских условиях в специально созданных установках в течение всего нескольких часов, активизируя процессы переработки исходного сырья биологически активными веществами.
В магазинах встречаются также органо-минеральные смеси, приготовленные как правило на основе низинного торфа. Покупать их имеет смысл только в том случае, если невозможно приобрести навоз, или если его не вносили очень давно. В продаже имеется много готовых земельных смесей для выращивания рассады и комнатных цветов: грунт торфяной, торфолин, “Азалия” и др. Лучше приобретать земельные смеси, приготовленные на основе низинного торфа или биогумуса. Почва неизвестного состава и происхождения может оказаться просто использованным грунтом из теплиц.
Применение гуминовых удобрений
В результате действия углегуминовых удобрений на растительный организм урожайность сельскохозяйственных культур повышается в среднем на 60 %.
В 1989 году институтом «КАТЭКНИИУГОЛЬ» на базе Ачинского глиноземного завода была создана опытно-промышленная установка по производству балластных гуматов из бурых углей Канско-Ачинского бассейна. Урожайность овощных, садовых, зерновых культур при использовании этого удобрения из расчета 5 — 10 кг / га увеличивается до 40 %, при этом созревание их ускоряется на 5-7 дней. Прибавка урожая по товарной продукции составила: на моркови — 50 ц/га, на капусте — 98 ц/га, на ячмене 1,8-3,5 ц/га, на картофеле — 31 ц/га, а огурцов в теплице — 2,9 кг/ м2 (Уланов, 1992). Таким образом, к настоящему времени накоплен значительный опыт применения торфов, сажистых углей и углегуминовых препаратов из них в самых разнообразных почвенно-климатических зонах и под различные культуры.
Еще в 1951 году Л.А. Христева провела ранжирование сельскохозяйственных культур на группы по их отзывчивости на гуминовые удобрения (табл.35).
Однако отзывчивость сельскохозяйственных культур на гуминовые удобрения в значительной степени зависит от условий произрастания. В экстремальных условиях эффективность гуминовых удобрений возрастает и даже слабо реагирующие культуры дают хорошую прибавку при использовании гуминовых удобрений. Например, мы использовали гуминовые удобрения, приготовленные нами по оригинальной технологии, под фасолью, относящейся к группе слабо реагирующих на гуминовые удобрения, и получили статистически достоверную прибавку при внесении 1 т/ га балластного удобрения (рис.). Такая активная реакция растений фасоли связана с экстремально сухими условиями года (1993), фасоль повсеместно в Ростовской области в том году дала сравнительно низкую урожайность. В нашем опыте на контроле она была заметно выше, чем в среднем по области (37,5 ц/га), на всех вариантах с гуминовыми удобрениями была отмечена прибавка урожайности, а на варианте с углегуминовым удобрением, приготовленном по нашей оригинальной технологии, она составила 10,1 ц/га.
| Группы реакции | Сельскохозяйственные растения |
|---|---|
| Очень сильно реагирующие | Помидоры, картофель, сахарная и столовая свекла |
| Хорошо реагирующие | Озимая пшеница, яровая пшеница (за иск. Сорта Мелянопус 1387), ячмень (за иск. Паллидум-32), овес, просо, кукуруза, рис, житняк, люцерна, кок-сагыз |
| Слабо реагирующие | горох, фасоль, коровий горох, чечевица, арахис, кунжут, хлопчатник (сорт ОД-1), маш |
| Почти не реагирующие | Подсолнечник, клещевина, тыква, хлопчатник (большинство сортов), кенаф |
Очень эффективно использование гуминовых препаратов совместно с минеральными удобрениями. Например, итальянская фирма «Veneta Mineraria» в 1987 году разработала проект «Умекс», включавший производство препарата «Умекс» (гумата калия) и гранулированных минеральных удобрений в гуматных оболочках. По итальянской технологии в Беларуссии были разработаны несколько новых удобрений на основе карбамида, суперфосфата и хлористого калия, обработанных гидрогуматами или оксигуматами. Получены были следующие результаты. Применение карбамида, содержащего гидрогумат, в дозе N90-120 на фоне РК+60 т/га органических удобрений в производственных опытах с картофелем на дерново-подзолистой суглинистой почве позволяет повысить урожайность в среднем на 28 ц/га (или 8,5 %) по сравнению с карбамидом, необработанным гидрогуматом. На дерново-подзолистой супесчаной почве прибавка от применения этого удобрения составила 31 ц/га. Прибавка урожая от применения карбамида с гидрогуматом под кормовые корнеплоды по сравнению со стандартным карбамидом на дерново-подзолистой суглинистой почве при внесении дробно составила 212 ц/га, или 19,9 %, а при внесении в один прием — соответственно 285 ц/га или 26,7 %. При этом в вариантах с новыми удобрениями увеличилось содержание и сбор сухого вещества, улучшилось качество корней корнеплодов за счет снижения содержания нитратов (Пироговская, Богомаз и др., 1992).
Универсальное органо-минеральное удобрение: содержит не менее 40% нейтрализованного аммонифицированного торфа, NPK соответственно 7-7-8, магния 1,5%, микроэлементы в оптимальном соотношении.
Исполин. Выпускается в двух модификациях — для картофеля (содержание органического вещества до 60%, NPK — 0,6-1-5, гуминовых веществ 4%, микроэлементы, стимуляторы роста) и для овощей (ОВ до 60%, NPK 6,5-10-10, гуминовых веществ 6%, микроэлементы, стимуляторы роста).
При очень экономном расходовании обе смеси оказывают долговременное положительное действие на почву, улучшают всхожесть семян и прорастание клубней, приживаемость рассады, стимулируют рост растений и способствуют значительному росту урожайности.
Целую серию гуматизированных органоминеральных удобрений выпускает НПО «Реализация экологических технологий» в г. Санкт-Петербурге. Они представляют собой модифицированные гуминовыми компонентами стандартные минеральные удобрения (карбамид, аммиачная селитра, суперфосфат, аммофос, нитроаммофоска, суперфоска, азофоска,сульфоаммофос). В качестве гуминового компонента используется гуминовый препарат, известный на рынке как «Лигногумат», отличительной особенностью которого является высокое содержание солей гуминовых кислот.
«Гумат-универсал», выпускаемый Иркутской фирмой «Гумат», характеризуется оптимальным соотношением основных элементов питания, высоким содержанием гумата, а также наличием в составе микроэлементов.
Таким образом, сравнительный анализ эффективности применения различных удобрений показывает, что все они дают хорошие прибавки урожайности, способствуют улучшению качества продукции. Немаловажно и то, что эти удобрения являются, безусловно, экологически чистыми. Так как эти удобрения еще не получили столь широкого применения, как другие виды органических удобрений, а также потому, что в зависимости от способа производства их свойства значительно разнятся, их характеристика, дозировка и способы применения обязательно указываются на упаковке.
[1] Каустобиолиты – горючие полезные ископаемые органического происхождения (торф, ископаемый уголь, как каменный, так и бурый, горючие сланцы, нефть, асфальт и т.д.).
[2] Авторское свидетельство № 689555 — Христева Л.А, Драгунов С.С., Ярчук И.И. и др. Способ приготовления органо-минеральных гуминовых удобрений, например гумофоски. 19.12.60 г.
[3] Патент на изобретение № 2111195. Приоритет изобретения 19 июня 1996 г. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 20 мая 1998 года. Безуглова О.С., Коган И.Б., Морозов И.В., Поном