CC BY
13ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КУКУРУЗОЙ АММОНИИНОГО И НИТРАТНОГО АЗОТА ИЗ РАЗНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВЫ
В.В.Кидин, д.б.н., Е.Н.Ильюк, к.б.н., РГАУ-МСХА
Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур является важнейшим фактором, определяющим их урожайность и качество продукции. При этом наиболее существенное влияние на рост и развитие растений и эффективность азотных удобрений оказывает содержание минерального азота в почве в начале вегетации. Применение азотных удобрений без учета содержания минерального азота в корнеобитаемом слое почвы снижает их эффективность и вызывает опасность загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции нитратами.
Исследованиями, проведенными в различных почвенно-климатических зонах [1,3-7], установлено, что количественная и качественная оценка содержания минерального азота в почве и использования его сельскохозяйственными растениями дает возможность более точно определить оптимальные дозы азотных удобрений и скорректировать сроки их внесения с учетом погодных условий, предшественника, плодородия почвы и планируемой урожайности.
Почвенная диагностика является достаточно надежным методом определения потребности сельскохозяйственных культур в азотном питании и удобрении, однако большая трудоемкость процесса отбора образцов почвы для анализа, особенно в подпахотных горизонтах, а также слабая изученность вопроса о доступности растениям аммонийной и нитратной форм азота и размерах использования их из разных слоев почвы существенно ограничивает широкое применение этого метода.
Еще Д.Н. Прянишников [8] писал, что равноценные в физиологическом отношении аммонийная и нитратная формы азота могут использоваться сельскохозяйственными растениями в полевых условиях с неодинаковой эффективностью в зависимости от кислотности и гранулометрического состава почвы.
Несмотря на исследования, проведенные в более поздний период [1-3,7], вопрос о преимущественном использовании растениями разных форм минерального азота почвы до настоящего времени остается спорным. Большое количество противоречивых экспериментальных данных не только не позволило уточнить роль аммонийного и нитратного азота почвы и питании растений на отдельных этапах онтогенеза, а наоборот, способствовало формированию диаметрально противоположных мнений по этому вопросу, что тормозило принятие практических решений.
До настоящего времени остаются дискуссионными сроки и глубина отбора образцов при осуществлении почвенной диагностики содержания минерального азота под посевами зерновых и пропашных культур, а также сроки ее проведения [1, 4-6] и размеры использования сельскохозяйственными культурами минерального азота почвы [1, 3-7].
По нашему мнению, причина имеющихся противоречий в том, что лабильное соотношение аммонийной и нитратной форм азота в почве, вызванное постоянно протекающими в ней процессами аммонификации, нитрификации и денитри-фикации, а также неодинаковая их доступность растениям из разных горизонтов почвы делают в методическом аспекте невозможным определение реальных коэффициентов исполь-
зования разных форм азота почвы без применения стабильного изотопа.
Задачей настоящей работы было изучение с помощью стабильного изотопа размера потребления кукурузой аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов дерново-подзолистой почвы.
Методика. Исследования проводили в лизиметрических опытах кафедры агрохимии РГАУ-МСХА, используя цилиндрические металлические сосуды вместимостью 290-295 кг почвы, которые набивали в 1995 г. дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой с сохранением естественной последовательности генетических горизонтов. Глубина горизонтов составляла: пахотного - 20-22 см, подпахотного переходного - 15-17 см и иллювиального - 46-48 см. Очередное известкование почвы по полной гидролитической кислотности было проведено осенью 1998 г. Агрохимический анализ почвы пахотного и подпахотных слоев осуществляли общепринятыми методами перед закладкой опыта с кукурузой в 1999 г. (табл. 1). Содержание аммонийного и нитратного азота в разных слоях почвы определяли ежегодно (1999-2001 гг.)
1. Агрохимическая характеристика профиля дерново-подзолистой почвы
Слой почвы, см рНга Содержание общего азота, мг/100 г Нг 1 S Р2О5 1 К2О
мг-экв/100 г мг/кг
0-20 6,4 108 1,6 9,2 145 178
20-40 6,0 54 1,4 5,7 89 112
40-60 6,1 59 1,7 7,3 73 86
60-80 5,5 31 2,1 3,3 58 65
80-100 5,2 24 2,6 6,4 52 68
В качестве фосфорных и калийных удобрений ежегодно использовали смесь одно- и двухзамещенного фосфата калия (КН2РО4 и К2НРО4 ) из расчета 2,4 г на лизиметр (по 120 кг/га) Р2О5 и К2О. Кукурузу подкармливали азотом в фазу 6-7 листьев немеченой аммиачной селитрой из расчета 1,6 г N на лизиметр (80 кг/га).
2. Содержание минерального азота в разных слоях почвы в лизиметре перед посевом кукурузы _(в среднем за 3 года)_
Слой почвы, см Содержание минерального азота Масса почвы, кг Плотность почвы, г/см3
мг/кг кг/га
0-20 18 46 51 1,27
20-40 11 32 58 1,45
40-60 8 24 61 1,52
60-80 6 18 61 1,53
80-100 - - 62 1,55
0-80 - 120 293 -
Опыт поставлен при естественном увлажнении в двух блоках, объединенных единой схемой. В одном изучали доступность растениям аммонийного азота почвы, в другом - нитратного. Каждый из блоков состоял из 24 лизиметров, включал 6 вариантов в 4-х кратной повторности. Перед посевом
This document was created using
Плодородие №1 2007 7
Solid Converter PDF
кукурузы минеральный азот метили небольшим количеством стабильного изотопа азота 15N путем локального внесения на глубину 10, 30, 50 и 70 см в середину каждого из слоев раствора сульфата аммония - (15NH 4)2SO4 или натриевой селитры - Na15NO3 с высоким обогащением 15N (93-95 атом. %) из расчета 160 мг/лизиметр (8 кг/га) 15n-nh4+ или N- NO3-, что составляло 17-40% от содержания почвенного минерального азота в отдельном слое почвы или примерно 5-6% от содержания его во всем корнеобитаемом слое на период посева кукурузы. Наряду с локальным внесением, в одном варианте каждого блока меченые сульфат аммония и натриевую селитру перемешивали с почвой в слое 0-20 см.
Внесение меченого азота осуществляли следующим образом. Металлическим стержнем диаметром 7 мм делали равномерно по всей площади лизиметра 16 отверстий и на дно каждого отверстия вносили цилиндрической пипеткой или шприцем с удлинительной пластиковой трубкой по 5 см3 раствора меченных 15N сульфата аммония или натриевой селитры необходимой концентрации, после чего отверстия засыпали почвой и уплотняли.
В оптимальные для Московской области сроки в каждый лизиметр высевали по 6 семян кукурузы. Всходы прореживали, оставляя до уборки в каждом в сосуде по 4 растения. Удаленные при прореживании растения высушивали и использовали для последующего учета массы и изотопного состава азота в урожае. Кукурузу убирали в конце августа - начале сентября в фазу молочной спелости зерна.
Для определения размера иммобилизации внесенного меченого азота, после уборки растений ежегодно отбирали почвенные образцы из изучаемых горизонтов. Содержание общего азота в почве и растениях определяли методом мокрого озоления по Кьельдалю. Минеральный азот почвы (аммонийный и нитратный) экстрагировали раствором 0,1 н KCl с последующим его определением в щелочной среде по Девар-ду. Изотопный состав азота анализировали на масс-спектрометре МИ-1201В в лаборатории азотных удобрений ВНИИА.
Избыток содержания 15N атом. % в азоте почвы или растений определяли по разности между обогащением 15N образца и естественным природным содержанием 15N (0,367 атом. %). Коэффициенты использования минерального азота кукурузой и размер закрепления его в почве рассчитывали, исходя из общего содержания азота и избытка атомного процента 15N в почве и растениях.
Результаты исследований. Внесение в разные слои почвенного профиля небольшой дозы меченных 15N по фону N80P120K120 практически не оказало достоверного влияния на урожай кукурузы и течение естественных процессов трансформации природного азота почвы. В среднем за 3 года урожай сырой массы кукурузы в контроле (Р120К120) составил 0,78 кг/лизиметр (390 ц/га). В вариантах с внесением по фону Р120К120 8 кг/га меченого азота в отдельный горизонт почвы до посева и 80 кг/га азота аммиачной селитры в подкормку в фазу 6-7 листьев, урожай сырой массы кукурузы увеличивался до 0,95-1,05 кг/лизиметр (470-530 ц/га), а сухой массы кукурузы - до 174-192 г/лизиметр. При этом достоверная прибавка урожая от внесения 8 кг/га меченого азота до посева кукурузы отмечена лишь в варианте с внесением сульфата аммония в слой почвы 20-40 см (табл. 3) по сравнению с внесением его в слой 60-80 см. Увеличение выноса общего азота растениями из подпахотного слоя (20-40 см) наблюдалось как при внесении меченого сульфата аммония, так и аммиачной селитры. Несмотря на недостоверность прибавок урожая, и выноса азота кукурузой в других вариантах опыта, отличающихся глубиной внесения 15N-nh4+ и N- NO3-, в них в течение 3 лет четко просматривается тенденция снижения урожая кукурузы и выноса общего азота растениями при внесении меченного 15N сульфата аммония и натриевой селитры в нижние слои почвенного профиля по сравнению с пахотным и ближайшим подпахотным слоем.
3. Урожай и вынос азота кукурузой в сосудах с (15NH 4)2SO4 (1) и Na15NO3 (2) (в среднем за 3 года)
Внесение 15N в слой почвы по фону N80P120K120 Урожай сухой массы, г/лизиметр Содержание общего азота в растениях, % Вынос общего азота, г/лизиметр Вынос 15N растениями, г/лизиметр
1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2
Контроль PK локально 137 1,14 1,56
0-20 см с перемеш. 18б 179 1,2б 1,28 2,34 2,29 б3 б7
0-20 см 1S7 17S 1,29 1,31 2,41 2,33 бб 71
20-40 см 192 1S2 1,30 1,33 2,49 2,43 S5 7S
40-б0 см 17б 179 1,28 1,29 2,25 2,31 45 32
б0-80 см 174 17б 1,27 1,25 2,21 2,20 19 13
НСР 05 17 15 0,19 0,21
На основании выноса общего азота растениями и его изотопного состава определены размеры потребления кукурузой аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы. Исследования показали, что использование растениями минерального азота, содержащегося в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, перед посевом кукурузы зависит от глубины его расположения в почвенном профиле.
Наиболее высокий размер потребления кукурузой аммонийного и нитратного азота почвы наблюдался из пахотного и подпахотного горизонта 20-40 см, что обуславливается особенностями морфологического строения ее корневой системы.
Вынос минерального азота почвы растениями из других подпахотных горизонтов находился в обратной зависимости от глубины его расположения. Использование кукурузой аммонийного и нитратного азота почвы из пахотного и подпахотного горизонтов было примерно в 2 раза выше, чем из слоя почвы 40-60 см и, соответственно, в 7-8,5 и 4-5 раз выше, чем из слоя 60-80 см (табл. 3).
Было установлено, что коэффициенты использования минерального азота находятся в обратной зависимости от глубины его расположения в корнеобитаемом слое почвы. Наиболее высокие коэффициенты использования растениями аммонийного и нитратного азота характерны для пахотного и ближайшего подпахотного слоев, для более глубоких горизонтов они были значительно ниже (табл. 4). Более высокие коэффициенты использования почвенного минерального азота растениями из слоя 0-40 см обусловлены, вероятно, тем, что основная масса корней кукурузы сосредоточена в этом слое почвы и слабой миграцией в весенний период минерального азота вверх по профилю. Локальное внесение сульфата аммония и натриевой селитры в слой почвы 0-20 см не имело преимущества перед их внесением с перемешиванием со всем слоем почвы.
Коэффициенты использования аммонийного и нитратного азота из пахотного и подпахотного горизонта почвы были примерно одинаковы. Из более глубоких горизонтов почвы растения лучше использовали аммонийный азот по сравнению с нитратным, что может быть связано с его сохранением в почве вследствие обменного поглощения и последующим использованием растениями по мере их роста и развития. Низкие коэффициенты использования нитратного азота, содержащегося в более глубоких слоях почвы, вызваны, вероятно, денитрификацией и вымыванием его за пределы корне-обитаемого слоя в весенний период.
В целом, коэффициенты использования, содержащегося перед посевом в слое 0-40 см аммонийного и нитратного азота почвы были близкими и составляли 45%, а из корнеоби-таемого слоя 0-80 см, соответственно, 35% и 32%.
Наряду с использованием минерального азота из разных горизонтов почвы растениями, часть его (10-40%) закрепляется в органическом веществе почвы и значительная часть (15-82%)
8 Плодородие №1 2007
э Solid Converter PDF
This document was created using
теряется в результате денитрификации и вымывания нитратов. Наибольшее закрепление минерального азота почвы происходило в слое 0-20 и 20-40 см. В более глубоких слоях почвы, в силу низкого содержания гумуса и микробиологической активности, иммобилизация аммонийного и нитратного азота заметно ниже. Потери аммонийного азота из всех горизонтов почвы были значительно ниже, чем нитратного.
Таким образом, сложившееся в агрохимической практике мнение об идентичности путей трансформации и доступности растениям минерального азота почвы и удобрений справедливо лишь в пределах одного и того же пахотного слоя. Превращение минерального азота в подпахотных горизонтах по сравнению с пахотным имеет свои особенности, которые следует учитывать при корректировке доз удобрений и разработке мероприятий по охране окружающей среды.
Литература
1. Акулов Г.П., Лукин С.В. Потребление сахарной свеклой нитратного азота, мигрировавшего на разные глубины почвенного профиля. // Почвоведение. 1996. № 11. С. 1385. 2. Белахуэл Джаллул. Трансформация аммонийного и нитратного азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы. Автореф. канд. дис. М., 1998. - 20 с. 3. Гущина Е.О. Использование кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы. Автореф. канд. дис. 1999. - 18 с. 4. Кидин В.В., Ионова О.Н. Динамика потребления аммонийного нитратного растениями из разных горизонтов почвы // Агрохимия. 1992. N° 11. - С. 3. 5. Мальцев В.Т. Формирование урожая яровой пшеницы и использование азота удобрений (15N) в зависимости от глубины их размещения // Агрохимия. 1988. № 8. С. 3. 6. Корчагина Ю.И., Шафран С.А. Азотный режим почв Нечерноземья // Химизация сел. хоз-ва. 1988. С. 6. 7. Никитишен В.И. Факторы, обусловливающие последействие азотных и фосфорных удобрений // Плодородие. 2004. -.№2. С. 18. 8. Прянишников Д.Н. Аммиак, нитраты и нитриты как источник азота для высших растений // Из результатов вегетационных опытов. - Т. 13. М., 1926.
Плодородие №1 2007 9
This document was created using
Solid Converter PDF
