СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Органические удобрения 7
1.2. Компосты 7
1.2.1. Роль компостов в мелиорации почв 7
1.2.2. Процесс компостирования 8
1.2.3. Факторы, влияющие на процесс компостирования 9
1.2.4. Биохимия процесса компостирования 10
1.2.5. Разложение соединений углерода и азота 10
1.2.6. Микро- и макроорганизмы, участвующие в процессе компостирования 11
1.2.7. Конечный продукт и его качество 12
1.2. Гуминовые вещества 13
1.2.1. Общее понятие 13
1.2.2. Состав и структура 13
1.2.3. Роль в сельском хозяйстве 15
1.3. Биоуголь (БУ) 16
1.3.1. Свойства и применение 16
1.3.2. Влияние на почвенные параметры 16
1.3.3. Влияние на сельскохозяйственные культуры 16
1.3.4. БУ в компостах 17
1.3.5. Взаимодействие с почвенной биотой 18
1.4. Безопасность органических удобрений 19
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 20
2.1. Объекты исследования 20
2.2. Методы исследования 21
2.2.1. Химический и элементный состав исследуемого материала 21
2.2.2. Содержание углерода в компостах 21
2.2.3. Групповой и фракционный состав 21
2.2.4. Определение оптической плотности ГК 22
2.2.5. Определение численности бактерий и грибов в компостах 23
2.2.6. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) 23
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 24
3.1. Минерализация органического вещества 24
3.2. Процесс гумификации 25
3.3. Качественный состав сформированных ГК 27
3.4. Оптическая плотность новообразованных ГК 31
3.4. Влияние СаСОз и БУ на элементный состав и молекулярную структуру новообразованных ГК 32
3.5. Численность бактерий и грибов в компостах 36
3.6. Характеристика полученного компоста 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
ВЫВОДЫ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 54
В последнее время всё большее внимание уделяется негативным последствиям изменения климата, росту населения и увеличению количества отходов. Особое беспокойство вызывают: растущая антропогенная нагрузка на почвы, их деградация, потеря гумуса, и, как следствие, снижение важнейшей почвенной функции - плодородия.
Органическое вещество почв и гумус являются главнейшими факторами, поддерживающими плодородие, а также обеспечивающими устойчивость и стабильность экосистем. Для пополнения запасов гумуса в основном используются органические удобрения в виде компостов. Однако большую их часть, как правило, составляют новообразованные слабо гумифицированные соединения. Они не обладают способностью закрепляться в почве и быстро подвергаются минерализации, не достигая глубокой химической зрелости. Кроме того, небольшую долю в компостах занимают трудногидролизуемые органические остатки, которые слабо трансформируются, и являются источником нерастворимого остатка гумуса. Так, возникает необходимость разработки и использования удобрений, в которых содержатся стабилизированные формы гуминовых веществ, а их использование не ухудшает качество органического вещества почвы.
Повысить эффективность применения удобрений в виде компостов, полученных из органических отходов, можно путём перевода лабильных гуминовых кислот в их устойчивые формы. А возрастание роли процесса гумификации может привести к снижению доли трудногидролизуемых соединений. Полученные удобрения могли бы стать надёжной основой для формирования и сохранения плодородия почв.
Цель работы - определить возможность получения новых видов органических удобрений, содержащих стабилизированные формы новообразованных гуминовых кислот.
Задачи:
- изучить влияние карбоната кальция и биоугля на минерализацию и гумификацию растительных остатков;
- охарактеризовать состав новообразованных гуминовых кислот, формирующихся при трансформации растительных остатков с участием карбоната кальция и биоугля;
- определить оптическую плотность и элементный состав новообразованных гуминовых кислот;
- оценить возможность получения относительно устойчивых форм гуминовых кислот в процессе разложения растительных остатков в присутствии карбоната кальция и биоугля.
Данная работа была выполнена на кафедре агрохимии биологического факультета СПбГУ в 2020-2022 годах. Автор выражает искреннюю благодарность всем сотрудникам кафедры за помощь в проведении исследования.
Работа частично поддержана грантом РНФ №22-26-00187 «Новые формы комплексных органических удобрений: принципы производства, критерии качества, перспективы применения в сельском хозяйстве».
Существующие в наше время глобальные проблемы, связанные с повышенной антропогенной нагрузкой на почвы, потерей гумуса и снижением плодородия, могут быть решены внесением органических удобрений. Однако в составе используемых на сегодняшний день удобрений содержится слабогумифицированное органическое вещество, не способное закрепляться в почве. Кроме того, они обладают низкой устойчивостью к микробиологическому разложению и подвержены быстрой минерализации. Эта проблема потенциально может быть решена созданием нового вида органических удобрений с улучшенным качественным составом.
В работе были представлены данные, полученные в результате проведения инкубационного эксперимента, направленного на возможность получения органических удобрений, содержащих новообразованные стабилизированные формы гуминовых кислот. Добавки в виде карбоната кальция и биоугля оказали положительное влияние на процессы, происходящие в ходе компостирования. Под их действием наблюдалась активизация процессов гумификации и минерализации. Процесс трансформации органических остатков в присутствии БУ шёл в сторону углубления гумификации. Обнаружено формирование устойчивых гуматов кальция. Сформированные в полученных компостах гуминовые кислоты были близки по своим свойствам к природным и отличались высокой степенью химической «зрелости», ароматичности и устойчивостью к микробиологическим воздействиям.
Полученные компосты можно было бы в дальнейшем применять в сельском хозяйстве с целью улучшения качества почвенного органического вещества, сохранения и воспроизводства плодородия, и, в целом, положительного воздействия на агроэкологическое состояние экосистем.
Изучаемая проблема, связанная с разработкой новых видов органических удобрений, является фундаментальной и носит глобальные масштабы. Необходимо всестороннее изучение аспектов трансформации органических остатков, а также дальнейшее изучение биохимических и микробиологических механизмов формирования устойчивых новообразованных гуминовых кислот в процессе компостирования при участии биоугля.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
