CC BY
5ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ СИМБИОТИЧЕСКОГО АЗОТА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ НА СКЛОНАХ
О.А. Соколов, д.б.н., Н.Я. Шмырева, к.б.н., Л.Н. Цуриков, к.б.н., ВНИИА
В условиях дерново-подзолистой почвы на склоне юго-восточной экспозиции определены размеры потребления, иммобилизации и потерь симбиотического азота при выращивании многолетних трав. Локальное внесение азотных удобрений существенно снижало газообразные потери симбиотического азота и повышало потребление его растениями.
Ключевые слова: стабильный изотоп азота 15N, симбио-тический азот, циклы азота, устойчивость агрофитоцено-зов.
Баланс азота удобрений при выращивании многолетних бобово-злаковых трав изучен не достаточно. Так, в чистом посеве клевер использовал 43-46%, а тимофеевка - 52-53% азота удобрения [18]. В смешанных посевах клевера и тимофеевки растения использовали 9-47% азота удобрения [2, 3, 23, 24]. Злаковые многолетние травы (тимофеевка, кострец) в различных регионах использовали от 26 до 78% азота удобрения [7, 9, 15, 22]. Иммобилизация азота удобрений при выращивании многолетних злаковых трав колебалась в пределах 3-74%, а газообразные потери азота удобрений составляли 1048% от применяемой дозы [1, 4-6, 8, 22]. Эти статьи баланса при выращивании многолетних бобово-злаковых трав оставались неизученными. Также не изучено и участие азота почвы и симбиотического азота в процессе иммобилизации и в образовании газообразных соединений при выращивании многолетних бобово-злаковых трав.
Объекты и методы исследований. В условиях длительного стационарного опыта Смоленского НИИСХ в начале третьей ротации севооборота (2006 г.) был заложен микрополевой опыт с сернокислым аммонием, обогащённым тяжёлым изотопом азота (20 ат. %). Чередование культур в севообороте: озимая рожь-овёс-ячмень (с подсевом многолетних трав) - многолетние травы 1 г. п. - многолетние травы 2 г.
Почва - дерново-подзолистая среднесуглинистая на карбонатном моренном суглинке слабо (приводораздельная часть склона 2-3°) и среднесмытая (средняя часть склона 4-5° и нижняя часть склона 5-7°). Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы по склону представлена следующими показателями: рН сол. - 5,7; 5,9; 6,1, Нг - 1,18; 0,6; 6,0 мг-экв./100 г и Мg2+ - 2,0; 2,4; 2,2 мг-экв./100 г почвы, гумус -2,1; 0,9; 0,8%, общий азот - 0,19; 0,13; 0,09%, подвижный фосфор - 13,7; 15,8; 18,7 и обменный калий - 13,8; 15,0; 16,7 мг/100 г почвы.
Микрополевой опыт (размер делянки 0,5 х 1,0 м) размещён на склоне ЮВ экспозиции. Длина склона - 300м, повторность - 4-х кратная, с
- 2-х кратная. Азотные удобрения (№) вносили в дозе 30 кг/га двумя способами: вразброс и локально.
Метеорологические условия были близкими к среднемно-голетним данным. В целом за период вегетации имел место незначительный дефицит осадков (130 мм против 180 мм в норме). Температура за этот период - в пределах нормы, ГТК за изучаемый период был несколько ниже нормы (1,3 против 1,7).
Общий азот в почвенных и растительных образцах определяли по методу Кьельдаля-Йодльбауэра. Изотопный состав азота определяли на масс-спектрометре МИ-1102. Расчёты потоков азота удобрений, почвы и симбиотического проводили по формулам, использованным рядом авторов [13, 19, 25]. Размеры азотфиксации многолетними травами определяли по
[17].
Результаты и их обсуждение. В условиях склона многолетние бобово-злаковые травы лучше использовали азот удобрений по сравнению с зерновыми культурами (озимая рожь, овёс, ячмень) независимо от способа применения азот-
ных удобрений (табл. 1). При этом травы в 1,5-1,6 раза при разбросном и в 1,5-1,9 раза при локальном способе внесения азотных удобрений лучше использовали азот удобрения, чем зерновые культуры.
1. Баланс азота удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур на различных элементах склона в зависимости от способа внесения азотных удобрений, % от применяемой дозы
(элементы склона: 1-водораздел, 2-средняя часть склона, 3-нижняя
Способ Использовано Закреплено в 100 Газообразные
внесения растениями см слое почвы потери
азотных 1 2 3 1 2 3 1 2 3
удобрений
разброс "N50 локально
'^30 разброс 15^0 локально
15 30
Зерновые культуры
11 24
10 20
28 38
25 32
16 27
57 32
Многолетние травы 1-го года пользования
22 45
23 45
15 34
34 40
32 39
27 31
44 15
63 44
45 16
73 55
58 35
При выращивании многолетних трав в почве закрепляется в 1,1-1,6 раз больше азота удобрений по сравнению с зерновыми культурами. При этом, иммобилизация азота удобрений снижалась от верхней к нижней части склона, что снижает степень компенсации потребления азота растениями. Локальное внесение азотных удобрений усиливало иммобилизацию азота удобрений на всех элементах склона по сравнению с разбросным их применением.
Газообразные потери азота удобрений снижались в 1,5-2,0 раза при выращивании многолетних бобово-злаковых трав по сравнению с зерновыми культурами. При разбросном внесении азотных удобрений под травами терялось 44-58% азота удобрения, тогда как при локальном - 15-35%. Наибольшее количество азота терялось в нижней части склона: под травами - 35-58%.
В интенсификации процессов внутрипочвенных циклов азота важное значение имеет также соотношение иммобилизации и минерализации азотсодержащих веществ почвы, азота удобрений и симбиотического азота [11, 12]. При выращивании сельскохозяйственных культур на склонах возрастают газообразные потери азота и потери его в процессе эрозии почвы [16, 21].
В основе функциональных и структурных изменений в блоке «почва-растение» лежит азотный обмен как внутри этих компонентов, так и между ними, интегрированный потоками (азота удобрений, азота почвы и симбиотического азота), формирующими внутрипочвенный (гетеротрофный) и автотрофный циклы элемента [16].
Потребление симбиотического азота травами и его иммобилизация в почве снижались от верхней к нижней части склона, тогда как газообразные потери, наоборот, возрастали (табл. 2).
2. Потоки азота при выращивании многолетних бобово-злаковых трав на различных элементах склона в зависимости от способа внесения азотных удобрений
(здесь и в табл.3 разброс (1), локально (2), в числителе - г/м2, знаменателе - % от общего азота статьи баланса)
Верхняя часть Средняя часть Нижняя часть
Параметры склона склона склона
1 2 1 2 1 2
Потреблено растениями
н о удобрений 0,67 7 1,36 10 0,69 9 1,34 13 0,46 10 1,01 11
почвы 2,75 30 3,17 24 1,86 26 2,17 21 1,17 26 1,37 18
симбиотический 5,90 63 8,84 66 4,73 65 6,76 66 2,87 64 5,34 69
общий 9,32 13,37 7,28 10,27 4,50 7,72
Закреплено в почве
удобрений 1,02 7 1,20 10 0,96 9 1,17 13 0,81 10 0,93 13
H почвы 4,11 2,80 2,59 1,89 2,06 1,26
о з 29 24 26 21 26 18
А симбиотический 8,98 64 7,80 66 6,59 65 5,90 66 5,05 64 4,92 69
общий 14,11 11,80 10,14 8,96 7,92 7,11
Газообразные потери
удобрений 1,32 7 0,45 10 1,35 9 0,49 13 1,73 10 1,06 13
H почвы 5,32 1,05 3,64 0,79 4,40 1,44
о 3 29 24 26 21 26 18
симбиотический 11,62 64 2,93 66 9,25 65 2,47 66 10,79 64 5,60 69
общий 18,26 4,43 14,24 3,75 16,92 8,10
В потреблении растениями, закреплении в почве и в газообразных потерях симбиотический азот занимает основную долю (63-69%). При локальном внесении азотных удобрений потребление азота атмосферы растениями повышалось, а его иммобилизация и газообразные потери существенно снижались по сравнению с разбросным способом на всех элементах склона. Наиболее эффективно на газообразные потери сим-биотического азота азотные удобрения действовали при локальном применении. Так, в верхней части склона потери симбиотического азота снижались в 4 раза, в нижней части - в 1,9 раза по сравнению с разбросным способом.
Показателями экологической устойчивости агроэкосистем являются отношения Н-М : РИ и РИ:М, характеризующие соотношение между потоками азота, направленными в гете-ро- и автотрофный циклы [10, 11, 13, 20]. Чем выше соотношение Н-М:РИ, тем система менее устойчива. В тоже время, чем ниже значение отношения РИ:М, тем система менее устойчива. При выращивании многолетних бобово-злаковых трав величина рециркуляции азота (РИ:М) оказалась выше (в 1,2-1,6 раза при разбросном применении азотных удобрений и в 1,1-1,3 раза - при локальном) по сравнению с зерновыми культурами (табл. 3), что обеспечивало большую устойчивость системе «почва-растение». Рециркуляция азота под травами снижалась от верхней части склона к нижней. Локальное внесение азотных удобрений усиливало рециркуляцию азота в 1,1-1,2 раза.
3. Показатели интегральной оценки функционирования системы «почва-растение» при выращивании сельскохозяйственных культур на различных элементах склона _
Элементы склона Способ внесения азотн. уд. Зерновые культуры Многолетние травы
РИ:М,% Н-М:РИ РИ:М,% Н-М:РИ
Верхняя 1 28 2,7 33 2,0
часть 2 34 2,0 38 1,6
Средняя 1 24 3,3 21 2,2
часть 2 31 2,3 37 1,7
Нижняя 1 17 5,0 27 2,7
часть 2 27 2,8 30 2,3
Показатель Н-М:РИ под травами оказался на 20-30% ниже, чем под зерновыми культурами, что свидетельствует об их большей экологической устойчивости. Последняя достигалась за счёт дополнительного использования симбиотического азота и меньших потерь его в процессе эрозии почвы. Соотношение Н-М : РИ увеличивалось от приводораздельной части склона к тальвегу, то есть идёт падение устойчивости системы. Локализация азотных удобрений снижала этот показатель в 1,2-1,3 раза по сравнению с разбросным способом их внесения.
Для определения степени устойчивости разработаны критерии интегральной оценки режимов функционирования аг-роэкосистем и уровней воздействия на них [14]. Выращивае-тЮ @упца-рг. ги
мые многолетние бобово-злаковые травы на склоновых землях находятся в состоянии экологического неравновесия: в зоне стресса на всех элементах склона, кроме нижней его части при разбросном способе внесения азотных удобрений (зона резистентности). Зерновые культуры в этих условиях находились в менее устойчивом состоянии [16].
Таким образом, впервые определены размеры иммобилизации и газообразных потерь симбиотического азота при выращивании многолетних бобово-злаковых трав на всех элементах склона.
Литература
1. Буторина М. А., Стрелкова А. А, Кашеварова Т. П. Превращение азота удобрений в торфяных почвах Карелии. Сб.: Применение 15N в агрохимических исследованиях. Новосибирск, СО Наука, 1988, C. 8385. 2. Быстров А. В., Шмырева Н. Я. Влияние азотных удобрений на продуктивность травосмеси в условиях эрозионного ландшафта. Агрохимия, 2002, № 6. C. 82-90. 3. Дворецкий В.В. Влияние минеральных удобрений на формирование и продуктивность сеяных злаковых травостоев в условиях мелиорированых супесчаных почв района Верхней Волги. Автореферат канд. дисс., М., ВИУА 1996, 23 с. 4. Ефимов В. Н., Царенко В. П., Шидловская Т. П. Баланс и превращение азотных удобрений под многолетними травами на торфяных низинных почвах Вологодской обл. Агрохимия, 1985, № 3, С. 3-9. 5. Ефимов В. Н., Царенко В. П., Лагутина Т. Б. Вынос азота дренажными водами на пойменных торфяных почвах Архангельской области и баланс 15N под многолетними травами. Тез. докл.: Почвенно-агрохимические и экологические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов. Пущино, ОНТИ, 1988, С. 161-162. 6. Ефимов В. Н., Царенко В. П., Юдушкина Т. А. Баланс азота удобрений под многолетними травами на торфяных низинных почвах северо-запада РСФСР. Сб.; Гумус и азот в земледелии Нечернозёмной зоны РСФСР. Л., 1989, С. 15-19. 7. Кореньков Д. А. Агроэкологиче-ские аспекты применения азотных удобрений. М., Агроконсалт, 1999, 296 с. 8. Кореньков Д. А., Руделев Е. В., Филимонов Д. А. Использование азота луговыми злаковыми травами и его баланс на некоторых почвенных разностях Нечернозёмной зоны СССР. Агрохимия, 1980, N° 2, С. 3-8. 9. Лаврова И. А. Превращение азота удобрений в системе почва-растение и повышение их эффективности. Автореф. докт. дисс., М., ВИУА, 1992, 36 с. 10. Милащенко Н. З., Соколов О. А., Брайсон Т., Черников В. А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Кн. 2. Устойчивое развитие агроландшафтов. Пущино, ОНТИ, 2000, т. 2, 282 с. 11. Одум Ю. Экология. М., Мир, 1986, т. 2, 376 с. 12. Осипов А. И., Соколов О. А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Кн. 4. Роль азота в плодородии почв и питании растений. С-Петербург, 2001, 360 с. 13. Помазкина Л. В. Агрохимия азота в таёжной зоне Прибайкалья. Новосибирск, СО Наука, 1985, С. 176. 14. Помазкина Л. В., Котова Л. Г., Лубнина Е. В. Биогеохимический мониторинг и оценка режимов функционирования агроэкоси-стем на техногенно загрязнённых почвах. Новосибирск, СИФ РАН Наука, 1999, 208 с. 15. Руделев Е. В. Минерализация - иммобилизация азота в основных типах почв России и эффективность азотных удобрений. Автореф. докт. дисс., М., ВИУА, 1992, 34 с. 16. Соколов О. А., Шмырева Н. Я. Показатели циклов азота и устойчивость агроэкоси-стем в условиях склона. Плодородие, 2009, № 3 (48), С. 4-6. 17. Тре-пачёв Е. П. Агрохимические аспекты биологического азота в современном земледелии. М., Агроконсалт, 1999, 532 с. 18. Трепачёв Е. П., Атришкова Н. А., Хабарова А. И. Минеральный азот и бобовые растения. Агрохимия, 1973, № 6, С. 3-12. 19. Турчин Ф. В. Использование азотных удобрений урожаем и их превращение в почве. ЖВХО, 1965, 10, № 4, С. 400-401. 20. Черников В. А., Милащенко Н. З., Соколов О. А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Кн. 3. Устойчивость почв к антропогенному воздействию. Пущино, ОНТИ, 2001, 201 с. 21. Шмырёва Н. Я., Соколов О. А. Управление потоками азота на разных элементах склона. Плодородие, 2009, № 3 (48), С. 6-7. 22. Шулетина Л. И. Влияние форм азотного удобрения и ингибитора нитрификации КМП на азотный режим торфяной низинной почвы, урожайность и качество многолетних злаковых трав. Автореф. канд. дисс. С-Петербург, СПб ГАУ, 1993, 19 с. 23. Явтушенко В. Е., Цуриков Л. Н., Шмырёва Н. Я. Использование многолетней бобово-злаковой травосмесью азота удобрений в зависимости от срока их внесения, рельефа и способов обработки почвы. Агрохимия, 2005, № 1, С. 1-8. 24. Явтушенко В. Е., Цуриков Л. Н., Шмырёва Н. Я. Использование азота многолетним бобово-злаковым травостоем из профиля дерново-подзолистой почвы в эрозионном рельефе. Агрохимия, 2006, N° 1, С. 1-7 25. Fried M., Dean L. A concerning the measurement of available soif nutrients. Soil Sci., 1952, v. 73, N4, Р. 263-271.
CHANGES IN PARAMETERS OF SYMBIOTIC NITROGEN FLUXES UNDER PERENNIAL GRASSES GROWN ON
SLOPES
O.A. Sokolov, N.Ya. Shmyreva, L.N. Tsurikov Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul Pryanish-
nikova 31a, Moscow, 127550 Russia
The consumption, immobilization, and loss of symbiotic nitrogen in soddy-podzolic soil under perennial grasses grown on a slope of southeastern exposure were determined. The local application of nitrogen fertilizers significantly decreased the gas loss of symbiotic nitrogen and increased its uptake by plants.
Key words: stable nitrogen isotope 15N, symbiotic nitrogen, nitrogen cycles, stability of agrophytocenoses.
