Плодородие почвы определяется следующими факторами:
- твердые элементы, - по сути основа из глины и песка;
- наличие минеральных солей;
- наличие органических компонентов;
- присутствие почвообразующей микрофлоры;
- вода, распределенная в корнеобитаемом слое;
- пористая структура, в которой есть место для корней и воздуха;
- достаточное обеспечение теплом;
Ничего нового, это знают все. Но есть одно "но".
Плодородие (продуктивность) это эмерджентное свойство почвы.
Эмерджеентность или эмерге́нтность (англиц. от emergent «возникающий, неожиданно появляющийся») в теории систем — наличие у системы свойств, не присущих её компонентам по отдельности; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов.
То есть, плодородие возникает только в том случае, если все компоненты системы есть в наличии одновременно. Если не хватает хотя бы одного, то плодородие (как способность давать урожай) исчезает.
Итак, для получения урожая мы работаем не с "землей", дорогие друзья, а со сложной биологической системой.
Рассмотрим все пункты по отдельности.
1. Твёрдые элементы, база.
Это кому как повезло. Почвы бывают разные: песчаные, супесчаные, суглинки, глины, каменистые. Большинство культур предпочли бы суглинки, то есть соотношение песка и глины в субстрате примерно поровну. Но такие редкость. Исправляется ситуация добавлением того, чего не хватает: на глину — песка, на песок — тяжелой земли.
Отчасти исправить механический состав можно, если добавлять по мере сил и возможностей перегной, компост и прочие рыхлящие материалы. Обладателям больших участков с не очень хорошей почвой, возможно, стоит попробовать перейти на стационарные приподнятые грядки. Подробнее здесь: Грядка — лазанья
2. Минеральные соли можно вносить с химическими удобрениями. Но важно делать это рационально и понимать сколько, чего, когда, куда. Нормально работают они только совместно с органическими удобрениями. Полуперепревшие растительные остатки создают правильную кислотность, вбирают в себя излишки минеральных солей. Некоторые почвенные организмы, которые питаются органикой, расщепляют минеральные соли до "съедобных" для корней ионов.
3. Органика + микрофлора + вода в меру: инструменты, которые все вместе создают пористую структуру почвы и производят гумус. И это не достигается перекопкой, это ежегодной перекопкой уничтожается.
В природе корни растений прорастают в землю. Насекомые и черви строят систему ходов. Живут, и затем там же умирают и разлагаются. Перемешивают и дробят субстрат. Все поры заселяются микроорганизмами. Рано или поздно комочки почвы склеиваются в так называемые коацерватные капли с помощью физико-химических процессов. По свойствам каждый такой комочек похож на зернышко желатина, в котором замешаны все ингредиенты почвы. Это живая система: что-то выделяет, что-то поглощает, на ней и в ней обитают микроорганизмы (которые и производят тот самый желатин), внутри и на поверхности удерживается вода, есть запас минеральных солей. Этим же путем, вероятно, когда-то на нашей планете возникла первая живая клетка в бульоне вулканических озёр.
4. Тепло. С плодородием связь прямая: скорость прохождения любых химических реакций напрямую зависит от температуры, в данном случае почвы. Для растений нижний порог это +10С, оптимум - +20С, верхний предел +28С, реже +30С. Поэтому для улучшения этого параметра в обе стороны используют разные агротехнические меры.
Если исчезает или ослабляется хотя бы один из факторов плодородия, то начинается обратный процесс: деградация почвы она же регресс плодородия. Происходит это всегда очень быстро и стремительно. В отличие от наращивания и сохранения плодородия. Мдя.
Теория процесса компостирования.
Остановимся подробнее на самом загадочном пункте №3.
Процесс компостирования - это когда микроорганизмы в присутствии тепла и воды поедают органические отходы.
Компост это смесь наиболее стабильных органических соединений, продуктов распада, биомассы из мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и минеральных солей.
Если грамотно организовать этот процесс, то можно довольно быстро и активно повысить плодородие и здоровье почвы.
Микробиологические аспекты компостирования
Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.
Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:
микрофлора – бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;
микрофауна – простейшие;
макрофлора – высшие грибы;
макрофауна – двупарноногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки.
Итак, биохимия компостирования.
Если у нас есть органическое вещество, то несколько групп живых организмов его обязательно переработают. Неважно, будут ли эта живность из окружающей среды, или из микробиологического препарата.
Кто это? - бактерии, микромицеты, грибы, дрожжи, водоросли, актиномицеты, высшие грибы, простейшие, муравьи, клещи, термиты, пауки, жуки, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы и многие другие.
Самые активные потребители отмерших остатков это микроорганизмы. Особенно если отходы собраны в кучу или бурт. Все они аэрофилы, то есть с помощью кислорода воздуха окисляют и разлагают сложные органические соединения. Вот поэтому для них и организуют хорошую подачу кислорода в компостируемый субстрат. Если этого не делать, то за работу возьмутся другие микроорганизмы - аэрофобы, которые вызывают гибель аэрофилов и вызывают гнилостные процессы с образованием токсичных газов и слизи. Рыхление и перекладывание компостной кучи очень важное мероприятие.
В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна.
- психрофилы предпочтительна температура ниже 20 градусов Цельсия,
- мезофилы – 20-40 градусов Цельсия,
- термофилы – свыше 40 градусов Цельсия.
Фазы компостирования.
Как любой микробиологический процесс, компостирование разделено на несколько условных фаз:
1. Лаг-фаза.
Идёт заселение бурта первыми микроорганизмами. Некоторым субстрат "нравится" и они приступают к размножению и заселению всего объёма. Другим он не подходит, и такие не размножаются, а значит вытесняются из среды. Без внесения культуры микроорганизмов извне эта стадия занимает много времени. Пока вся эта мелочь разберётся друг с другом и решит "кто здесь главный".
2. Мезофильная фаза.
Время "низкотемпературных микроорганизмов". Часть почвенной микрофлоры предпочитает умеренную температуру для питания и размножения. Эти микробы и дрожжи перерабатывают "лёгкие" углеводы - сахара, простые углеводы и прочее. Одновременно они выделяют в субстрат антибиотики и спирт, чем сдерживают все остальные типы микрооргнаизмов. Но запасы такой пищи небесконечны - подъев напоследок кое-что из белков и негрубой клетчатки, они выделяют как побочный продукт массу органических кислот и отмирают.
3. Термофильная фаза.
На свеженькие тушки мезофилов и сложные углеводы, включая целлюлозу, после окончания работы химзащиты - набрасываются термофильные микроорганизмы. У них прекрасный аппетит, и они лучше всего питаются и активно размножаются при температуре выше + 45С. Некоторые вполне себя прекрасно чувствуют при +55 - 60С.
Это стадия разогрева кучи. Термофилы активно расщепляют "тяжелые" углеводы, выделяют много энергии, быстро размножаются. Но одновременно в этих же условиях начинают шустрить анаэробы. Сейчас польза от них есть: они легко перебивают в энергию жир, белки и любые другие останки животных и насекомых, включая шерсть. В субстрате идёт конкуренция. А заодно и его стерилизация (соревнующиеся жрут всё подряд и друг-друга тоже). И если на этой фазе немножко ворошить кучу, то мы даем поддержку аэрофильным термофилам. И анаэробы не смогут "проквасить" наш компост, а значит, что вони и ослизнения не случится.
Именно в этот момент происходит нейтрализация. При разложении белков выделяется аммиак, который имеет щелочную реакцию и вступает с кислотами в реакции нейтрализации. Компост обогащается разными аммонийными солями, то есть азотом и калием.
4. Фаза созревания.
Рано или поздно заканчиваются корма и для термофилов. Начинается отмирание и этой фракции почвообразующей микрофлоры. Падает температура. И на последнем этапе в субстрате снова развиваются мезофилы, теперь уже чтобы доесть погибших термофилов. Это заключительный этап компостирования. Вся органика разбивается до простейших веществ: гумуса и гумминовых кислот. Конец истории.
Главное правило успешной компосто-экономики:
Оптимальное соотношение азот-углерод – 1:25.
Изменение этого показателя приводит либо к окислению углерода, либо к потере азота (улетучивается в виде аммиака). То есть идут побочные реакции, которые обедняют конечный продукт и портят жизнь правильным микроорганизмам.
- углерод-содержащие вещества называют "сухими или коричневыми": кора, стружка, солома, бурьян, сухие листья.
- азот-содержащие - "свежими или зелеными": трава, ряска, зеленые листья и еще раствор азотных удобрений.
Поэтому смотрим химический состав сырья.
Пример.
Допустим, что есть пивная дробина. Это сырьё является высокобелковым продуктом с высоким содержанием углеводов до 77,3 %, в том числе клетчатки (до 26,9 %). Оно требует внимательного подхода, так как склонно к гидролизу и гниению, из-за которых выделяет зловонные газы. Без ворошения и добавки углеродистого компонента - здесь не обойтись.
Существует готовая рекомендация на 5 кг. торфа (содержание углерода 70:1), нужно добавить 5 кг дробины. При таком соотношение создается правильное соотношение С и N.
Если торфа нет, то его можно заменить равным количеством соломенной сечки, или 500 гр. вместо 5 кг. - опилок или мелкой древесной стружки, или же чипсами из веток.
Также можно посчитать соотношение азота и углерода в дробине по формуле:
C:N = ((100-A)*50)/(100*X)
где А – зольность %;
(100 – А) – содержание органического вещества, %;
Х – содержание общего азота в расчете на абсолютно сухой вес, %.
C/N= ((100 - 1%) х 50) / (100 х 4,42) = 4950/442 = 11:1, а нужно 25:1.
Поэтому следует обязательно добавить что-то богатое углеродом.
Как сделать компост лекарством для почвы?
Если растения на участке очень страдают от корневых гнилей, то лекарством от этого недуга может стать компост обогащенный актиномицетами.
Актиномицеты - почвенные бактерии, которые умеют "плести" мицелий как грибы.
Их экологическая роль:
- разложение сложных устойчивых субстратов,
- участие в синтезе и разложении гуминовых веществ,
- симбионты (полезные для обмена веществ) для беспозвоночных и высших растений.
Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не могут составить им конкуренцию. Они более эффективны на последующих стадиях процесса. Когда актиномицетов становится очень много, то на глубине примерно 10 см. появляется налет белого или серого цвета, типичный для этой группы микроорганизмов. Если положить такой компост в посадочные ямы или прикопать на грядках, то актиномицеты заселяют корни культурных растений, чтобы питаться корневыми выделениями. При этом они выделяют антибиотики, которые уничтожат их конкурентов - микроорганизмы, вызывающие гниение корней.
Фауна компостной кучи.
В процессе компостирования принимают активное участие не только бактерии, грибы, актиномицеты, но и беспозвоночные. Эти организмы сосуществуют с микроорганизмами и являются основой «здоровья» компостной кучи. В дружной команде компостеров – муравьи, жуки, сороконожки, гусеницы озимой совки, ложные скорпионы, личинки фруктового жука, многоножки, клещи, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы, ногохвостки, пауки, пауки-сенокосцы, энхитреиды (белые черви) и др. После того как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста.
Поэтому не следует проливать компост ядами. Чтобы удалить личинок хрущей, медведок и гусениц будет достаточно просеять субстрат через сито. Но есть способ лучше! Дать покопаться в компосте курочкам или перепелам. Всё живое будет отловлено и съедено, а крепкие ножки птичек распушат его как надо.
Как ускорить?
Процесс естественного разложения субстрата при компостировании может быть ускорен:
- за счет правильного соотношения углерода и азота;
- поддержанием умеренной влажности;
- оптимальной температуры;
- достаточным уровнем кислорода;
- небольшим размером частиц сырья;
- достаточно большим размером и компактной формой компостной кучи;
- а также поддержанием правильного рН.
Питательные вещества и добавки.
Сообщество микроорганизмов, которые могут принять участие в разложении органических веществ, называют деструкторами органических отходов.
Ускорить работу деструкторов могут различные химические, растительные и бактериальные добавки.
Но справедливости ради нужно заметить, что большинство отходов содержит изначально все необходимые питательные вещества и широкий спектр микроорганизмов, что делает их пригодными для естественного компостирования.
Но, например, при преобладании "коричневых" отходов - не помешает пролить сырьё раствором азотных удобрений.
Если для компостирования есть только "зеленые" материалы или пищевые отходы, то лучше доверить работу дождевым червям. Это лучшие в природе специалисты по работе с таким сырьем. Или же нужно в качестве источника углерода добавить в компост любую бумагу и гофрокартон. Без соблюдения баланса азотистые вещества гниют с выделением неприятного запаха, на них растет плесень. Азот испаряется или стекает под кучу вместе со студенистой жижей.
Чтобы сократить лаг-фазу можно внести любой микробиологический препарат. Такая закваска ускорит начало процесса.
Для раскисления субстрата, если компостируются в основном зеленые материалы, можно добавить немного мела или золы.
Начало термофильной стадии можно ускорить если внести в центр кучи готовый свежий компост или специальные термофильные микробные препараты.
Если основа субстрата это сырой навоз, мокрая подстилка, птичий помёт, то очень желательно прослаивать сырьё ветками, щепой, лузгой, стружкой. Такие достаточно крупные древесные отходы улучшат поступление воздуха в сырьё, будут впитывать лишнюю влагу и станут источником лигнина.
Кислотность субстрата - рН.
рН является наиболее важным показателем «здоровья» компостной кучи.
Как правило, рН отходов во второй фазе компостирования достигает 5,5–6,0 (слабокислая реакция, её очень любят овощные растения). Фактически эти значения рН являются индикатором того, что процесс компостирования начался, то есть вступил в лаг-фазу.
Уровень рН определяется активностью кислотообразующих бактерий, которые разлагают сложные углеродсодержащие субстраты (полисахариды и целлюлозу) до более простых органических кислот. Значения рН поддерживаются также ростом грибов и актиномицетов, способных разлагать лигнин в аэробной среде.
Аэробные ("воздушные") микроорганизмы производят кислоты. Анаэробные ("безвоздушные") кислоты поедают. Если дать им волю, то субстрат станет слишком щелочным - можно ожидать рост рН до 7,5–9,0.
Признаками того, что в куче завелись анаэробы будут зловоние и слизь.
Лечится такая экологическая мини-катастрофа очень просто - субстрат надо прорыхлить. А лучше проветрить, то есть перебросить на новое место. В компост поступит воздух, который убьет неправильных микробов.
Добавление нейтрализующей химии даст большой побочный эффект в виде засоления.
Влажность.
Компостные микробы нуждаются в воде. Разложение осуществляется быстрее всего в тонких жидких пленках, которые есть на поверхностях органических частиц. 50–60% влаги считается оптимальным содержанием для осуществления процесса компостирования, но при использовании древесных носителей субстрат может быть и более мокрым.
Содержание влаги менее 30% подавляет бактериальную активность. При влажности менее 30% от общей массы скорость биологических процессов резко падает, а при влажности 20% они могут вовсе прекратиться.
Влажность более 65% препятствует газообмену и поступлению воздуха в кучу. Пустоты в структуре компоста заполняются водой. Аэробы отмирают, анаэробы размножаются. Как следствие компостирование замедляется и появляется вонь.
Наличие влаги определяется элементарным сдавливанием комка компоста в кулаке. Если при сжатии выделяется 1-2 капли воды, то влажность компоста достаточная.
Вода образуется в ходе компостирования за счет жизнедеятельности микроорганизмов и теряется за счет испарения. В случае применения принудительной аэрации потери воды могут быть значительными, и возникает необходимость в поливе.
Если в момент когда влажность компоста оптимальная, накрыть кучу полиэтиленовой пленкой, то уровень влажности будет сам по себе сохранятся довольно долго.
Размер частиц.
Основная микробная активность проявляется на поверхности органических частиц. Следовательно, уменьшение размера частицы ведет к увеличению площади поверхности. Большая поверхность это много деструкторов.
Но на практике оказывается, что мелкие частицы слипаются между собой и образуют комки, что по факту уменьшает активную площадь. Также такие субстраты излишне уплотняются, поэтому в них мало воздуха, а это для микрофлоры очень плохо.
Оптимальный размер частиц находится в диапазоне 0,3–5 см.
Если будет возможность перекидывать кучу с места на место, то есть проводить принудительную аэрацию, то можно нарубить отходы помельче - 1-1,5 см.
Для неподвижных куч с естественной аэрацией нужно закладывать материалы крупными кусками. Лучший размер от 5 см. Немного крупной щепы, прутьев, коры, кукурузных стеблей и прочего подобного существенно улучшат газообмен в неподвижных компостных кучах.
Размер и форма компостной кучи.
Слишком большие кучи очень сильно разогреваются. Температура может достигать критических значений. Вплоть до 90 градусов. Легко происходит самостерилизация, то есть вымирание всех деструкторов. За такими компостниками нужен присмотр. Если температура станет выше +55С, придётся перекидывать и проливать холодной водой.
В маленьком объеме отходы быстро пересыхают. В небольшой куче негде разгуляться достаточному количеству нужной живности. А температура может оказаться слишком низкой. Для компостирования небольших порций лучше привлечь дождевых червей, пустить материал на травяную жижу или взять специальные закваски "для бочки".
Оптимальный размер компостника без аэрации это 1 м. х 1 м. х 1 м.
Максимальный 1,5 м. в ширину и 1,5 м. в высоту, длина бурта может быть произвольная.
Если сделать шире, то в центр компоста не сможет проникнуть воздух. Если сделать выше чем 1,5 м, то масса будет сама себя спрессовывать и внутри будут размножаться только вонюченькие анаэробы.
Компостный штабель ниже 1 метра высотой, слишком быстро теряет тепло. В нем невозможно поддерживать температуру достаточную для термофильных организмов. Кроме того, из-за большой потери влаги замедляется степень образования компоста.
Свободный объем или плотность укладки.
Компостируемую массу упрощенно можно рассматривать как трехфазную систему, в которую входят твердая, жидкая и газовая фазы. Структура компоста представляет собой сеть твердых частиц, в которую заключены пустоты различного размера. Пустоты между частицами заполнены газом (преимущественно кислородом, азотом, диоксидом углерода), водой или газожидкостной смесью. Если пустоты целиком заполнены водой, то это сильно затрудняет перенос кислорода. Порозность компоста определяют как отношение свободного объема к общему объему, а свободное газовое пространство – как отношение газового объема к общему объему. Минимальное свободное газовое пространство должно быть порядка 30%.
Оптимальная влажность компостируемой массы варьирует и зависит от материала. Разное сырьё может иметь разную влажность. Главное, чтобы между частицами было достаточное количество воздуха.
Время созревания компоста.
Чем ближе условия к идеальным, тем быстрее созревает компост.
Необходимая продолжительность процесса образования компоста зависит и от условий окружающей среды. В литературе можно встретить различные значения длительности компостирования: от нескольких недель до 1-2 лет.
Это время колеблется от 10-11 суток (образование компоста из огородных отходов) до 24 месяцев (древесные отходы с высоким отношением C/N – 78:1). При активном компостировании длительность процесса составляет 2–9 месяцев (в зависимости от методов компостирования и природы субстрата). Но если соблюсти соотношение азота и углерода, то возможен и более короткий период: 1–4 месяца.
Соотношение углерод/азот.
Пищевые отходы - 15:1
Опилки, дерево, бумага - 400:1
Солома - 80:1
Скошенная трава - 15:1
Листья - 50:1
Фруктовые отходы - 35:1
Перепревший навоз - 20:1
Кукурузные стебли - 60:1
сено люцерны - 12:1
В ходе компостирования физическая структура материала подвергается изменению. Он приобретает темный цвет, ассоциируемый с компостом. Заслуживает внимания изменение запаха компостируемого материала от зловонного до нейтрального «запаха земли».
А вы знали, что приятный запах "спелой земли", обусловлен веществами геосмином и 2-метилизоборнеолом. И это продукты жизнедеятельности актиномицетов.
Зрелый компост не гниет и не портится. Темный цвет и однородная структура могут появиться задолго до достижения нужной степени стабилизации. То же можно сказать о «запахе почвы». Пока не разработаны однозначные критерии для оценки приемлемых уровней стабильности и «зрелости» компоста.
Но не вполне зрелый продукт не навредит растениям. Процессы созревания закончатся после внесения в почву или субстраты.
И в заключение - рецепт быстрого компоста.
1-й слой: - 10 см. - щепка, стружка, прутья или другой грубый древесный материал. Он обеспечит циркуляцию воздуха и сток лишней влаги.
2-й слой: - 20 см. - трава, листья, ряска, овощные очистки. Материалы должны быть «влажными как губка».
3-й слой: - закваски, микробные препараты, готовый компост, лесная подстилка.
4-й слой: (если есть) 10 см. навоза или птичьего помёта. Этот слой нужно присыпать мелом, золой, известью для раскисления. Добавьте воды, если навоз сухой.
Если органический источник азота недоступен, то нужно добавить 350 гр. мочевины на 1 кв. м.
Следующие слои: повторяем шаги с первого по 4-й пока высота кучи не достигнет 1 м. Сверху нужно сформировать яму, чтобы вода стекала внутрь компоста.
Правильно сделанная куча за 4-5 дней разогреется до +60С, и начнет оседать.
Через 3-4 недели перекладываем кучу заново. Материалы с краев помещаем в середину. При необходимости поливаем.
Если есть силы и время, можно перекинуть таким же образом субстрат еще 1-2 раза.
Компост будет готов за три-четыре месяца. Если начать компостирование весной, то к осени процесс будет завершен. И осенью можно будет заложить еще одну порцию, которая будет готова весной.
А вы знали, что на природных ландшафтах за один сезон толщина гумусного слоя нарастает всего на 3-4 мм. А на бедных и сухих почвах - только на 1,5 мм.
