Применение жидкого подкисленного навоза ограничивает выбросы газообразного аммиака и снижает потери азота. Польские ученые проверили степень влияния органики на химические свойства и бактериальное сообщество почвы, используемой для выращивания кукурузы

Группа ученых из Института технологий и наук о жизни, Польша, и Институт генетики и биотехнологии животных Польской академии наук оценили применение подкисленного навоза на почвенный микробиом в связи с ростом популярности органических подкормок.

«На органические удобрения приходится почти 2% мировых выбросов парниковых газов. Выбросы аммиака (NH 3) - одна из наиболее важных проблем, связанных с использованием органики, так как загрязнение воздуха аммиаком создает возможный риск для здоровья человека и животных.

Испарение NH 3 из жидкого навоза составляет более 70% от общих выбросов этого газа из сельскохозяйственных источников. Кроме того, в первые 24 часа после внесения жидкая суспензия теряет до 50% своего NH 3 в виде газообразных выбросов, что также способствует снижению ценности удобрений.

Улетучивание аммиака, полученного из удобрений, зависит от конкретной почвы и атмосферных условий, таких как высокая щелочность, высокая влажность и низкая буферная способность почвы.

Применение подкисленного азота позволяет снизить pH суспензии до значения ниже 6,4, чтобы баланс NH 3 -NH 4 смещался в сторону ионизированной формы. Подкисленный навоз (SAT) превращает вредный газообразный аммиак в водный раствор аммония, который остается в почве, а также способствует сокращению выбросов метана (CH 4) и закиси азота (N 2 O).

В Европе примерно 11% всех сельскохозяйственных культур занимают кукурузные поля. Это не только продовольственная, но и техническая культура, только 12–13% ее продукции используется для непосредственного потребления человеком.

В Польше посевные площади под кукурузу увеличились с 2007 года более чем на 146% и в настоящее время составляют 8% от общей посевной площади в Европейском Союзе.

Кукуруза, будучи важной и широко возделываемой культурой, также является одним из крупнейших потребителей органических и минеральных удобрений. Поэтому важно сбалансировать устойчивость производства и экономические факторы, ограничивая при этом негативное воздействие на окружающую среду.

Микроорганизмы, обитающие в почве, многочисленны и очень разнообразны, а также чувствительны к изменениям условий окружающей среды. Они участвуют в метаболизме почвы, тем самым играя ключевую роль в поддержании ее плодородия и определяя долгосрочную продуктивность сельхозугодий.

Поскольку микробиомы имеют решающее значение для поддержания функций почвы, были предприняты значительные усилия для понимания реакции бактериального сообщества на нарушение или изменение окружающей среды, в том числе, при внесении удобрений.

Часто обнаруживается, что Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria и Bacteroidetes увеличивают свою общую долю в бактериальных сообществах за счет азотных удобрений, в то время как относительное количество Acidobacteria и Chloroflexi снижается. Однако, нет никаких исследований реакций бактериального сообщества на подкисленные жидкие органические удобрения с использованием секвенирования.

По этим причинам наша научная работа была направлена на оценку возможных последствий внесения подкисленных удобрений навозной жижи для выращивания кукурузы. Мы попытались ответить на следующие вопросы: снижает ли использование подкисленной навозной жижи pH почвы и будут ли какие-либо возможные изменения pH иметь последствия для сообщества почвенных бактерий?

Полевой эксперимент, связанный с выращиванием кукурузы, проводился в период посевов 2017–2018 годов в Фаленти, Мазовецкое воеводство, Польша.

Согласно классификации почв World Reference Base, почва принадлежала к черноземам, имела супесчаную структуру и следующие химические свойства до внесения удобрений (измерено в слоях почвы 0–20 см, март 2017 г.): pH 6,4, N-NO 3 - 7,74 мг/кг, N-NH 4 - 4,0 мг/кг).

Модифицированный жидкий навоз крупного рогатого скота получали методом подкисления и в апреле 2017 и 2018 гг. удобряли опытные участки.

Для сравнения были применены следующие способы внесения удобрений: контроль (без удобрения); 84 N кг/га сырого навоза; 84 N кг/га подкисленной суспензии; 105 N кг/га сырого навоза и 105 N кг/га подкисленной суспензии. Жидкие растворы распределяли 10-литровыми пластиковыми лейками в линию, чтобы имитировать ленточное разбрасывание с помощью тянущегося шланга. Норма удобрения навозной жижи рассчитывалась в соответствии с ее свойствами.

Значения pH суспензии измеряли непосредственно в 50 мл неразбавленной суспензии, которую предварительно перемешивали до гомогенного состояния.

Образцы почвы для химического анализа были взяты с глубины 0–20 см в мае и августе в 2017 и 2018 годах. Образцы для бактериального секвенирования собрали в августе 2018 года.

Значения pH в исследуемых почвах независимо от обработки и года статистически не различались и после внесения навозной жижи значения сохранялись на одинаковом уровне во всех вариантах опыта. Однако при этом снизились выбросы аммиака после внесения подкисленной суспензии в оба года по сравнению с обработкой контрольной и сырой суспензией.

Более того, результаты, основанные на секвенировании почвы, показывают, что кратковременное удобрение подкисленным навозом не вызывает немедленных изменений в структуре бактериального сообщества.

В сельскохозяйственных почвах доминируют следующие бактерии: Actinobacteria (35–39%), Proteobacteria (26–33%) и Acidobacteria (11–13%), реже - Firmicutes (3–6%), Bacteroidetes (2–3%) и Chloroflexi (1–2%).

Удобрение навозом, жидким навозом или навозом может стимулировать развитие копиотрофных бактерий, например, бактерий, принадлежащих к типам Actinobacteria, Proteobacteria или Firmicutes. Эти бактерии быстро размножаются при внесении большого количества органики.

При этом большее количество углерода и азота не влияет на развитие олиготрофных бактерий, к которым в основном относятся ацидобактерии. Эта группа бактерий имеет более экономичную жизненную стратегию, чем копиотрофные бактерии, и встречается в почвах, бедных питательными веществами.

Следовательно, внесение большого количества органического вещества в почву может нарушить естественное соотношение O: K и, таким образом, отрицательно повлиять на биологический гомеостаз почвы.

Но, как говорилось выше, изменений в структуре бактериальных сообществ за счет использования подкисленной и неподкисленной субстанции не отмечено.

Из-за краткосрочного характера эксперимента бактериальное сообщество быстро вернулось к исходному состоянию, тогда как постоянные изменения обычно наблюдаются только после длительного применения органики.

Вывод. Существует необходимость в дальнейших исследованиях по этому вопросу, но в настоящее время использование подкисленной навозной жижи в качестве удобрения представляется экологически безопасным способом повышения урожайности кукурузы при одновременном ограничении выбросов аммиака и других потенциально вредных газообразных веществ».

По статье авторов «Химические свойства и реакция бактериального сообщества на подкисленное удобрение навоза крупного рогатого скота в почве после выращивания кукурузы» (Павел Станислав Вежховский, Якуб Добжиньски, Камила Мазур, Марек Киерончик, Витольд Ян Вардал, Томаш Саковски, Ежи Барщевский), опубликованной на портале MDPI.