CC BY
11БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ НАВОЗА И РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ
Е.В. Балашов, Н.П. Бучкина, Е.Я. Рижия, кандидаты биол. наук, АФИ
Выявлена разная степень влияния навоза и растительных остатков озимой ржи и вики на содержание органического вещества, биомассы микроорганизмов и минеральных форм азота и биологическую активность в дерново-подзолистой супесчаной почве.
Ключевые слова: навоз, растительные остатки, эмиссия СО2, N0-
Введение. В настоящее время для обоснованной оценки окультуренности почв используются, наряду с агрохимическими, их биологические и биофизические показатели [1].
Задача наших исследований состояла в том, чтобы оценить влияние навоза и зелёных удобрений на динамику биологических показателей окультуренности дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы в северо-западном регионе России.
Методика. Отбор образцов почвы проводили с 13 мая по 12 августа 2003 г. и с 23 апреля по 15 сентября 2004 г. на агрофизическом стационаре Меньковской опытной станции АФИ. Схема опыта включала: 1) контроль (без навоза); 2) навоз крупного рогатого скота в дозе 80 т/га; 3) навоз в дозе 160 т/га. Навоз в этих дозах внесён в почву дважды: в мае 2003 г. и в июне 2004 г. В 2003 г. на всех участках не выращивались сельскохозяйственные культуры до осени, когда был проведён посев смеси озимой ржи и вики, растительные остатки которых использовали в июне 2004 г. в качестве зелёных удобрений. После заделки органических удобрений проведён посев вико-овсяной смеси.
В образцах почвы измеряли содержание Сорг (по методу Тюрина), его "лёгкой" фракции (ЛФорг) с помощью диспергирования почвы в растворе гексаметафосфата № [5], минеральных форм (N0^, МН4+) азота (с помощью ионоселектив-ных электродов), БА по продуцированию СО2 (с помощью газового хроматографа), содержание Смик по методу определения субстрат-индуцированного дыхания [2]. Одновременно с измерениями БА и субстрат-индуцированного дыхания проводили определение эмиссии N20 из образцов почв с помощью газового хроматографа, оснащенного детектором электронного захвата. Все измерения вышеупомянутых свойств почв выполнены в трёхкратной повторности.
Результаты исследований. В течение вегетационного периода 2003 г. суммарное содержание минерального азота (N0^ + КН4+) варьировало по вариантам в интервалах: 6,246,1 мг/кг (контроль), 7,8-58,4 мг/кг (навоз 80 т/га) и 7,0-40,8 мг/кг (навоз 160 т/га). Тогда как в следующем году различия в суммарном содержании минерального азота в почве контрольного варианта, по сравнению с двумя другими вариантами, были больше (рис. 1).
Во время вегетационного периода 2003 г. содержание Сорг в почве контрольного варианта изменялось в среднем от 1,4 до 2,3%. Внесение навоза в обеих дозах в конце мая 2003 г. способствовало небольшому возрастанию содержания Сорг в почве до уровня 1,9-2,3%. Совместное внесение зелёных удобрений и навоза в дозе 80 т/га в начале июня 2004 г. также не вызвало большого отклика содержания Сорг (1,9-2,1%).
навоз в дозах 80 т/га и 160 т/га в течение вегетационного периода 2004 г.
Однако после совместной заделки зелёных удобрений и навоза в дозе 160 т/га всё же произошло достоверное повышение содержания Сорг и его сохранение на уровне - 2,43,3% в течение последующего вегетационного периода. Заделка только зелёных удобрений в почву контрольного варианта не привела к достоверному увеличению содержания Сорг (по сравнению с его уровнем осенью 2003 г.), которое не превышало 2,2% в дальнейший период наблюдений в 2004 г. Изменения содержания Сорг не имели заметно выраженной сезонной динамики во время наблюдений в 2003-2004 гг.
Наши результаты показали, что БА была более отзывчива к внесению удобрений, чем содержание Сорг. Внесение навоза весной 2003 г. способствовало увеличению БА почвы по сравнению с её значениями в контрольном варианте. Средние значения БА почвы в течение вегетационного периода 2003 г. составляли 0,9-2,1 мг С-СО2/кг/час (контроль), 1,4-7,6 мг С-СО2/кг/час (навоз 80 т/га) и 1,3-5,8 мг С-СО2/кг/час (навоз 160 т/га). Весной 2004 г. до заделки зелёных удобрений БА почвы контрольного варианта изменялась от 1,3 до 2,6 мг С-СО2/кг/час, а после их заделки увеличилась и варьировала от 2,4 до 3,3 мг С-СО2/кг/час в июне - сентябре. В этот же период времени её значения после совместного внесения зелёных органических удобрений и навоза были выше, чем в контроле (2,4-4,5 мг С-СО2/кг/час), и достигали 1,8-5,5 мг С-СО2/кг/час (навоз 80 т/га) и 3,4-9,0 мг С-СО2/кг/час (навоз 160 т/га). Таким образом, внесение органических удобрений способствовало повышению степени окультуренности почвы в величинах БА, что проявилось в её тесных корреляциях с содержанием Сорг (г=0,75-0,94), например, в 2004 г. Тогда как сезонные изменения содержания Сорг в почве контроля в том же году не сопровождались его строгими корреляциями с БА (г=0,07-0,35). Тем не менее, более тесные корреляционные связи между этими параметрами наблюдались в почве вариантов с 80 т/га (г = 0,65) и 160 т/га навоза (г = 0,83) в течение вегетационного периода 2004 г.
Биомасса микроорганизмов (содержание Смик) успешно используется в качестве чувствительного индикатора изменений окультуренности почв [3]. Согласно результатам наших исследований, содержание Смик в почве после внесения 80 т/га и 160 т/га навоза в конце мая 2003 г. увеличилось и оставалось выше его значений в почве контроля до окончания вегетационного периода (рис. 2). Заделка зелёных удобрений (контроль) в начале июня 2004 г. также вызвала повышение содержания Смик, по сравнению с его значениями в апреле -мае этого года. Наибольшее содержание Смик в почве наблюдалось только в варианте с совместным внесением зелёных удобрений и навоза в дозе 160 т/га. В этом варианте сезонная динамика этого параметра проявилась в наибольшей степени, что могло быть обусловлено сезонной динамикой осадков. В 2003 г. общее количество осадков составляло в мае - 211,9 мм, июне - 79,5, июле - 82,1, августе - 258,7, сентябре - 93,0, а в 2004 г. - 97,0 (май), 305,8 (июнь), 215,1 (июль), 106,0 (август) и 139,4 мм (сентябрь).
Рис. 1. Динамика суммарного содержания минерального азота в почве вариантов: контроль (зелёные удобрения), зелёные удобрения +
1500 1200 900 600 300 0
п.
|Т1 П П пП
13.05 29.05 01.07 01.0 2003 г.
8 23.04 17.05 18.06 20.07 11.С 2004 г.
А
12
13.05 29.05 01.07 01.08 12.0 2003 г.
: 23.04 17.05 18.06 20.07 11.С 2004 г.
Рис. 2. Содержание биомассы микроорганизмов (Смик) в почве вариантов: контроль (А), навоз в дозе 80 т/га (Б) и 160 т/га (В) в течение вегетационного периода 2003-2004 гг. (планки - стандартное отклонение при Р < 0,95 и n = 3)
Метаболическое частное (qCO2, отношение БА к содержанию Смик) характеризует эффективность микроорганизмов в использовании доступного органического вещества для формирования их биомассы. [3]. Внесение обеих доз навоза в мае 2003 г. привело к возрастанию этого показателя. Внесение органических удобрений в 2004 г. не привело к долговременному улучшению физиологического состояния микробного сообщества. Таким образом, почвенные микроорганизмы были не в состоянии поддерживать высокую метаболическую эффективность использования доступного органического углерода для формирования своей биомассы на протяжении длительного периода времени.
Внесение органических удобрений вызвало повышение содержания ЛФорг, которая представляет собой слаборазло-жившиеся растительные остатки [5]. В июле 2003 г. содержание ЛФорг в почве составляло 12,4-15,8 г/кг (контроль) и 20,4-25,7 г/кг (навоз 160 т/га). В мае - августе 2004 г. содержание ЛФорг изменялось в диапазонах - 8,0-20,0 г/кг (зелёные удобрения) и 24,0-51,2 г/кг (зелёные удобрения + навоз 160 т/га). Накопление ЛФорг в почве в 2004 г., вызванное совместным внесением зелёных удобрений и максимальной дозы навоза, способствовало увеличению содержания Сорг (г=0,67) и Смик (г=0,75), а также усилению БА (г=0,67). Повышение содержания ЛФорг в почве благодаря внесению только зелёных удобрений привело к увеличению только содержания Смик (г=0,78).
Biological parameters of cultivated soil at the application of manure and plant residues E. V. Balashov, N.P. Buchkina, E. Ya. Rizhiya, Research Institute of Agrophysics, Russian Academy of Agricultural Sciences, Grazhdanskii pr. 14, St. Petersburg, 195220 Russia Summary. Different effects of manure and winter rye and vetch residues on the content of organic matter, microbial biomass, mineral nitrogen, and biological activity in loamy sandy soddy-podzolic soil were revealed. Key words: manure, plant residues, CO2 emission, N2O.
Внесение зелёных удобрений и навоза может привести к накоплению в почве ЛФорг с разным содержанием доступного азота и, как следствие, к разной эмиссии N2O из почвы [6]. При измерении БА эмиссия N2O обусловлена жизнедеятельностью микроорганизмов, использующих доступный минеральный азот в почве и минерализуемом органическом веществе, которое может быть представлено, в том числе, в форме ЛФорг. Возможно поэтому эмиссия N2O имела тесные корреляции с ЛФорг в почве трёх вариантов внесения зелёных удобрений и навоза например, в июле (r=0,72) и августе (r=0,93) 2004 г.
В 2004 г. эмиссия N2O из почвы контрольного варианта достигала в среднем 0,3-0,5 мкг N^-N/кг/час (без зелёных удобрений) и 0,5-1,2 мкг N^-N/кг/час (с зелёными удобрениями). Совместное применение зелёных удобрений и максимальной дозы навоза вызвало повышение уровня эмиссии N2O из почвы до 0,7-1,7 мкг N^-N/кг/час. В июне 2004 г. в почву внесено N135 с зелёными удобрениями (контроль), а при совместной их заделке с 160 т/га навоза - N984. Внесение этих доз азота оказало разное влияние на содержание минерального азота в почве (рис. 1) и, как следствие, на микробиологические процессы нитрификации и особенно денитрификации. Поэтому эмиссия N2O из этой почвы, как и ожидалось, была наибольшей при совместном внесении зелёных удобрений и максимальной дозы навоза.
Таким образом, при разработке мер по рациональному управлению окультуренностью почв с помощью внесения зелёных удобрений и навоза необходимо принимать во внимание возможные газообразные потери азота [4]. Эти эмиссионные факторы были гораздо меньше его критического значения (1,25%), установленного Межправительственным Советом по Изменению Климата (IPCC), в состав которого входит Российская Федерация.
Литература
1. Шурхно Р.А., Королёва Н.В., Наумова Р.П. Биологические свойства корнеобитаемой зоны многолетних бобовых трав // Доклады РАСХН. - 2006. - № 3. С. 31-36. 2. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. - 1978. -Vol. 10. - P. 215-221. 3. Anderson T.-H. Microbial eco-physiological indicators to access soil quality // Agriculture, Ecosystems & Environment. - 2003. - Vol. 98. - P. 285293 . 4. Buchkina N.P., Balashov E.V., Rizhiya E.Y., Smith K.A. Nitrous oxide emissions from a light agricultural soil of north-western Russia in relation to applied N fertilizer and manures // Proceedings of the 17th Int. ISTRO Conf. - 2006. - Kiel. - Germany. - P. 19-20. 5. Cambardella C.A., Elliott E.T. Particulate soil organic matter changes across grassland cultivation sequence // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1992. - Vol. 56. - P. 777-783. 6. Velthof G.L., Kuikman P.J., Oenema O. Nitrous oxide emission from soils amended with crop residues // Nutrient Cycling in Agroecosystems. -2002. - Vol. 62. - P. 249-261.
В
1500
1200
300
0
