CC BY
26
УДК 631.811.1 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10086
ИЗМЕНЕНИЯ ЗАПАСОВ МИНЕРАЛЬНОГО АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЕ
А.Г. Дзюин, к.с.-х.н.
Удмуртский НИИСХ- филиал Удмуртского ФИЦ УрО РАН, e-mail: ugniish@yandex.ru
В длительных 8-польных севооборотах на дерново-подзолистых почвах изучено накопление минерального азота в пахотном слое почвы без внесения и с внесением минеральных (в том числе азотных) удобрений в зависимости от их дозы, а также от использования навоза и извести. Выявлены условия использования растениями из почвы «экстра-азота». Установлено, что «экстраазот» служит резервным фондом питания растений азотом, как в благоприятных гидротермических условиях вегетации растений, хорошо обеспеченных питательными веществами почвах, а также на бедных по плодородию почвах. Регулирующим фактором баланса азотного питания в почве является «труднодоступный» для растений, закрепленный почвой обменно-поглощенный аммоний. За счет аммония в ряде случаев наблюдалось сверхлимитное, (сверх вносимых доз азота с удобрениями) потребление азота. В результате этого существенно повышалась продуктивность севооборота. На фоне без навоза запасы азота в среднем возросли до 37,6%, на фоне навоза - до 45,6%. За ротацию при внесении N47P31K37 и навоза 40 т/га минерального азота накапливалось в количестве 140-158 кг/га, что является достаточным для получения 3,0-3,4 т. зерн.ед/га.
Ключевые слова, дерново-подзолистая почва, длительный севооборот, навоз, азот удобрений, минеральный азот почвы, аммоний, нитраты, «экстра-азот».
CHANGES IN MINERAL NITROGEN RESERVES IN SODDY-PODZOLIC LOAMY SOIL
PhD. A.G. Dzyuin
Udmurt Scientific Research Institute ofAgriculture - branch of Udmurt FRC RAS: ugniish@yandex.ru
Studies on soddy-podzolic soils, carried out with long crop rotations, have studied the accumulation of mineral nitrogen in the arable layer of the soil without application and with the introduction of mineral (including nitrogen) fertilizers depending on their dose, use of manure. The conditions for the emergence and use of extra-nitrogen from plants by the soil are revealed. It has been established that «extra-nitrogen» is a reserve fund for plant nutrition with nitrogen, as in favorable hydrothermal conditions of vegetation ofplants, soils well supplied with nutrients, and also on soils poor in fertility. The regulating factor in the balance of nitrogen nutrition in the soil is «hard-to-reach» for plants, fixed by the soil ammonium. Due to ammonium, in a number of cases, superlimit was observed (in excess of the doses of nitrogen applied with fertilizers) nitrogen consumption. As a result, the productivity of crop rotation increased significantly. On average, nitrogen reserves increased against the background of manure to 37.6%, against the background of manure to 45.6%. Mineral nitrogen was accumulated during the rotation: when N47P31K37 was applied and 40 t/ha of manure were used in the amount of140-158 kg/ha, which is sufficient to produce 3.0-3.4 t of grain units/ha.
Keywords. soddy-podzolic soil, long-term crop rotation, manure, fertilizer nitrogen, soil mineral nitrogen, ammonium, nitrates, «extra nitrogen».
Первым продуктом минерализации органического азота является КИз" и (процесс аммонификации), который в благоприятных условиях окисляется бактериями до N02" и N03" (процесс нитрификации). Минерализованный азот усваивается растениями [1-3]. Азот почвы состоит из нескольких фракций: минеральной (нитриты, нитраты, обменный аммоний); легкогидролизуемой (амиды, амины); трудногидролизуемой (амины, часть амидов, часть необменного аммония и азота гуминов, битумов, необменный аммоний) [4]. В.П. Ковриго [5] к фракции легкогидролизуемого азота включил азот
аминокислот, амидов, аммонийный и нитратный азот. Следует отметить, что такое разделение запасов азота в почве на фракции довольно условное. В зависимости от разновидности почвы, реакции среды, метеорологических условий, гидротермического режима, агротехнических приемов и т.п. запасы азота могут переходить из одного состояния в другое. Это накладывает определенные трудности для прогнозирования динамики доступного для растений азота в почве и тем самым определения оптимального уровня применения удобрений.
По данным А.С. Пискунова [6], на дерново-
подзолистых почвах Предуралья содержание минерального азота в слое 0-20 см определялось от 111 до 155 кг/га, в слое 0-40 см от 229 до 286 кг/га. На площадке, заложенной в «Живсовхозе» на неокультурен-ной дерново-подзолистой почве, суммарное количество N-NO3 и N-NH4 составляло от 66,2 до 174,0 кг/га. Примерно такой уровень содержания минерального азота обнаружился в пахотном слое дерново-подзолистой почвы стационарного опыта (73,9-82,6 кг/га), расположенного на опытном поле Удмуртского НИИСХ. Таким образом, около 100 кг/га в среднем составляет количество подвижного минерального азота, которое может образовываться в пахотном слое в естественных условиях без применения удобрений.
Изменение даже одного фактора - природного или агротехнического характера приводит к нарушению обычно сложившегося равновесия в почвенных процессах. А сочетание нескольких факторов изменяет всю динамику образования и расхода запасов минерального азота, состоящего из конечных продуктов минерализации органического азота - аммония и нитратов. Несмотря на ограниченное усвоение аммония растениями по сравнению с нитратами, он создает фон для всего баланса азотного питания в почве, который может проявиться в любой момент в долговременной перспективе [7]. Поэтому для наиболее полного выяснения возможного уровня образования и расхода (потребления) минерального азота необходимо определять не только нитратный азот, но и аммонийный. Это поможет прогнозировать многие негативные стороны воздействия природных и антропогенных факторов на систему почва-растение, а также выявить размеры накопления азота, названного термином «экстра - азот» почвы [2, 8, 9]. Значительное накопление нитратов растениями связано не только с внесением азотных удобрений, но и с обеспеченностью самой почвы доступным азотом. Этим объясняется накопление нитратов в растительной продукции выше допустимого уровня [10]. По данным В.Н. Кудеярова, С.А. Благодатского и А.А. Ларионовой [11] образование «экстра - азота» почти полностью обусловлено замещением минерального азота почвы азотом удобрений вследствие интенсивных иммобилизационно-мобилизационных процессов. Появление дополнительного «экстра -азота» А.И. Осипов и О.А. Соколов [12] объясняют также внесением удобрений.
Несмотря на многочисленные исследования, многие аспекты этой проблемы остаются дискуссионными. И.Н. Шарков [13], анализируя различные точки зрения на эту проблему, пришел к выводу не в пользу широко распространенного в отечественной литературе мнения об усилении минерализации азотсодержащих соединений почвы при применении азотных удобрений. Он не выявил ни одного факта появления «экстра-азота», который бы прямо свидетельствовал об усилении биологиче-
скои минерализации органического вещества почвы под влиянием азотного удобрения. Все эти факты, по его мнению, могут быть объяснены одноИ из следующих причин: повышением способности кор-невои системы растении усваивать минеральныи почвенныи азот, реакциями замещения минерального азота почвы азотом удобрения и деиствием удобрении на почву подобно химическим агентам.
В.М. Семенов [14], обобщив имеющиеся фактические материалы, пришел к выводу, что ключевую роль в формировании «экстра-азота» играет активный фонд почвенного азота, включающего в себя минеральный, микробный и метаболический пулы, которые формируются и обновляются в ходе минерализа-ционно-иммобилизационного циклирования азота.
Цель исследований - изучить влияние систем удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборота. Проследить изменение запасов минеральных форм азота под культурами длительных севооборотов с использованием минеральных и фоновых (навоз, известь) удобрений.
Объекты и методы. Исследования проводили в 8-польном севообороте стационарного опыта, заложенного в 1971-1972 гг. с двукратным повторением во времени и чередованием культур: 1 - пар черный; 2 - озимая рожь; 3 - картофель в 1-3 и кукуруза в 4-5 ротациях; 4 - яровая пшеница + клевер; 5 - клевер 1 г.п.; 6 - клевер 2 г.п.; 7 - озимая рожь; 8 - ячмень.
В работе приведены усредненные данные выборочных фонов и вариантов. Фактор А - фоны: Н1 -навоз 40 т/га внесен под первую ротацию севооборота; Н5 - навоз 40 т/га под первую и по 60 т/га под 2-5 ротации; И2Н5 - известь по 1Нг под первую и по 2Нг - под 2 ротации + навоз 40 и по 60 т/га под каждую ротацию. Фактор В - варианты: 1- без удобрений; 2 - К4оР4оК4о; 3 - КбоРбоКбо. В трех последних ротациях дважды запахивали солому озимой ржи. Почва дерново-среднеподзолистая среднесуглини-стая с показателями до закладки опыта: рИка 5,о; Нг 2,7; Б - 14,8 мг-экв/100 г, Р2О5 52,о; К2О 98 мг/кг, гумус 2,5%. Повторность опыта четырехкратная.
Нитратный азот (N-N03) определяли ионометри-ческим методом (ГОСТ 26489-85), обменно-поглощенный аммонийный азот (М-ЫЩ) - с реактивном Несслера (ГОСТ 26489-85).
Для выявления относительного расхода минерального азота за период вегетации растений его запасы рассчитали по ротациям севооборота в слое почвы 0-20 см, чтобы определить, какой баланс прихода с минеральными удобрениями и расхода растениями во время вегетации. Расчет запаса минерального азота (N-^4 и N-N03) в начале и конце вегетации растений провели по методике ЦИНАО [15].
В период вегетации растений май во все годы кроме 2005 г. отличался достаточным количеством осадков. Особенно много их выпало в 2001-2004 гг.
_
- 1,8-3,6 раза выше нормы. В июне также осадков выпадало больше нормы, кроме 2006 и 2008 гг. Переувлажнение, как правило, приводило к полеганию озимой ржи. В июле повышенная температура воздуха и недостаток осадков в 2001-2003 гг. несколько задерживали рост и развитие растений. Лето 2009 г. было засушливым.
Результаты. Применение минеральных удобрений в многолетнем стационарном опыте увеличивало запасы минерального азота в почве (табл. 1). С повышением доз его запасы возрастали, увеличивался и расход азота. Наибольшее количество минерального азота в почве было обнаружено в начале вегетации растений в третьей ротации севооборота при внесении азота в среднегодовой дозе N77 (512,5 кг/га). Соответственно и расход был высокий
- 198,2 кг/га.
За четыре ротации севооборота растениями потреблялось минерального азота: без внесения удобрений в среднем 34,6 кг/га с колебаниями по ротациям от 8,7 до 70,5 кг/га. С увеличением дозы внесения азота в среднегодовой дозе с N45 до N73 содержание его увеличивалось. При внесении меньшей дозы доля расходуемого азота из минеральных удобрений составила в среднем 86,4% (по ротациям 60,0-89,3%). Остальное количество (не усвоенный азот) вероятнее всего переходит в трудноразлагае-мые соединения [16]. С внесением дозы азота N73 потребление его растениями достигало 100% (98100%), и существовал азот в остатке сверх потребленного количества, например, в третьей ротации -62,8 (139,8 минус доза азота 77) кг/га. Судьба этой части азота двоякая: если это в нитратной форме -то в осенне-весенний период произойдет иммобилизация микроорганизмами или вымывание в нижележащие слои почвы, если в форме аммония -
поглощение почвой. Вместе с тем растения в определенных условиях потребляли дополнительное количество азота, сверх вносимых доз с удобрениями. В 4-й ротации коэффициенты использования азота (КИУ) наибольшими были у озимой ржи -первой культуры севооборота, под которую в паровом поле вносили органические и минеральные удобрения. На унавоженных фонах коэффициент использования азота достигал 100-139%. Растения ржи использовали его не только из минеральных, но и из органических удобрений, в том числе из продуктов разложения растительных остатков предшествующих культур. Таким образом, озимой рожью, а также яровой пшеницей на хорошо удобренных почвах очевидно усвоение «экстра-азота». Дополнительное, сверхлимитное его потребление в благоприятных условиях, вероятно, требовалось для образования белка в зерне. При этом минеральные удобрения в дозе N45Pз5Kз2 в среднем за четыре ротации увеличили продуктивность севооборота на 32,3%, в дозе N7зP68K7l - на 40,9%.Наибольшие прибавки от удобрений получены в третьей ротации - 1,22 и 1,43 т з.е./га соответственно по уровням внесения удобрений. Расчеты показали, что в прибавке продуктивности доля минеральных удобрений в среднем составляет 39,5%, из них 15,6% доля азотных, 13,5% - фосфорных и 10,4% - калийных удобрений.
В 5 -й ротации севооборота появление «экстраазота» было обусловлено внесением низких доз минеральных удобрений. Очень низкие (N^10^0) и низкие (N2oP2oK2o) дозы резко повышали коэффициент использования азота из минеральных удобрений (табл. 2).
Растения, испытывая дефицит, вынуждены были использовать его не только из внесенной дозы удоб-
1. Запасы минерального азота (N-N04 + N-NOз) за период ротации севооборота
в зависимости от внесения минеральных удобрений (среднее по двум закладкам опыта)
Ротация Среднегодовые Запас минерального азота, кг/га Расход минерального азота Продуктив-
севообо- дозы мине- в начале в конце расход за из минеральных доля из из почвы, ность сево-
рота ральных удоб- вегетации вегета- вегетацию удобрений, кг/га мин. удоб- кг/га оборота, т
рении ции растений рений, % зерн.ед/га
Без удобрений 82,6 73,9 8,7 - - - 22,7
1 N64P46K46 184,7 121,9 62,8 54,1 84,5 - 27,2
N64P46K46 184,7 121,9 62,8 54,1 84,5 - 27,5
Без удобрений 221,4 163,0 58,4 - - - 21,8
3 N56P46K46 368,4 269,4 99,0 40,6 72,5 - 34,0
N77P86K77 512,5 314,3 198,2 139,8 100,0 62,8 36,1
Без удобрений 119,3 48,8 70,5 - - - 27,9
4 NзoP28Kl7 155,4 58,1 97,3 26,8 89,3 - 34,8
N8^80^02 222,6 72,7 149,9 79,4 98,0 - 37,8
Без удобрений 119,7 101,4 18,3 - - - 20,4
5 N28P20K20 134,9 99,8 35,1 16,8 60,0 - 26,7
N68P60K60 210,1 121,3 88,8 70,5 100,0 2,5 29,3
Без удобрений 133,6 99,0 34,6 - - - 23,2
Среднее N45Pз5Kз2 210,8 137,3 73,5 38,9 86,4 - 30,7
N7зP68K7l 282,5 157,6 124,9 90,3 100,0 17,3 32,7
НСР0 30,6 0,08
2. Коэффициенты использования азота из минеральных удобрений культурами
севооборота, % (среднее по двум закладкам опыта и фонам Н1, И22, _ Н5, И2Н5)
Вариант Озимая рожь, 20042005 гг. Кукуруза, 2005-2006 гг. Яровая пшеница, 2006-2007 гг. Клевер 1 г.п., 20072008 гг. Клевер 2 г.п., 20082009 гг. Озимая рожь, 20092010 гг. Ячмень, 2010-2011 гг. Среднее
(NPK)10 200,0 98,0 180,0 144,0 216,0 200,0 70,0 158,2
(NPK)20 132,5 50,5 100,0 78,5 62,5 103,5 87,5 87,8
(NPK)40 64,5 42,8 69,5 51,2 57,5 68,2 48,8 57,5
(NPK)60 45,8 29,2 60,3 37,5 38,8 49,7 52,8 44,9
Среднее 110,7 55,1 102,4 77,8 93,7 105,4 64,8 87,1
НСР05 35,4
рения (на все 100%), но и из органических соединений и почвы. Поглощенный почвой аммоний на фоне без удобрений, высвобождаясь в период интенсивного потребления растениями азота, увеличивал его концентрацию в зоне корневой системы растений. В процессе нитрификации аммония нитраты активно использовались культурами севооборота. В этой ситуации в вариантах КюРюКю КИУ азота возрос у: клевера 2 г.п., озимой ржи, яровой пшеницы, клевера 1 г.п. и кукурузы. По мере увеличения доз удобрений значения КИУ снижались и при дозе КбоРбоКбо нормализовались, составив 45% в среднем. Определенное влияние на показатели КИУ оказали фоны. На фонах с низким плодородием почвы (Н1, И22) значения КИУ азота были выше, и, наоборот, чем выше плодородие (Н5, И2Н5), тем ниже значения коэффициентов. Таким образом, высокая доступность азота растениям обеспечивалась за счет «экстра-азота», то есть резервного. При высоком содержании в почвенном растворе подвижных легкоусвояемых форм азота минерального и органического происхождения (аммонийного и нитратного, прежде всего) растения часто перенасыщались азотом. В результате они теряли устойчи-
вость и полегали. Следует заметить, что нередко в овощах, фруктах это приводит к увеличению содержания нитратов выше допустимых норм, к порче продукции при хранении.
Таким образом, на территории моренно-зандрового типа агроландшафта Предуралья в пахотном слое дерново-подзолистой суглинистой почвы применение минеральных удобрений с включением азотных в дозе N45 увеличивало запасы минерального азота в среднем до 211 кг/га. С повышением дозы азота его запасы возрастали до 282 кг/га. При этом продуктивность увеличилась с 32,9 до 40,9%. На хорошо удобренных почвах растения потребляли дополнительное количество азота, сверх вносимых доз с удобрениями. Коэффициент использования азота (КИУ) достигал 100-139%, что свидетельствует об использовании растениями «экстра-азота». Важную роль в появлении дополнительно усвояемого азота играет аммоний, находящийся в фактически и условно закрепленном состоянии. Растения корневыми волосками и микрофлора способствуют переводу его в нитратную форму, которая легко усваивается растениями.
Литература
1. Прянишников Д.Н. Азот в жизни растений и в земледелии СССР. - М.: АН СССР, 1945. - 197 с.
2. Кореньков Д.А. Агроэкологические аспекты применения азотных удобрений. - М.: Агроконсалт, 1999. - 296 с.
3. Кидин В.В., Зенкина В.В. Влияние рыхления и аэрации почвы разных горизонтов на ее биологическую активность почвы, аммонификацию и денитрификацию // Известия ТСХА, 2008, Вып. 3. - С. 33-41.
4. Шконде Э.И., Королева И.Е. О природе и подвижности почвенного азота // Агрохимия, 1964, № 10. - С. 17-36.
5. Ковриго В.П. Почвы Удмуртской Республики: монография. - Ижевск: РИО Ижевская ГСХА, 2004. - 490 с.
6. Пискунов А.С. Азот почвы и эффективность азотных удобрений на зерновых культурах в Предуралье. - Пермь: Изд-во ПСХИ, 1994. - 168 с.
7. Лапа В.В., Ивахненко Н.Н. Баланс азота, фосфора и калия и применение удобрений на почвах пахотных земель Беларуси. -Минск: Изд-во «Издательский дом «Беларусская наука», 2017. - С. 48-57.
8. Завалин А.А., Пасынков А.В. Азотное питание и прогноз качества зерновых культур. - М.: Изд-во ВНИИА, 2007. - 208 с.
9. Сычев В.Г., Шафран С.А., Аникст Д.М., Листова М.П., Прошкин В.А., Романенков В.А. Основные направления исследований по агрохимии азота в современном земледелии // Бюллетень Географической сети опытов с удобрениями. - М.: ВНИИА, 2009, № 6. - 76 с.
10. Кореньков Д.А. Вопросы агрохимии азота и экология // Агрохимия, 1990, № 11. - С. 28-37.
11. Кудеяров В.Н., Благодатский С.А., Ларионова А.А. Изменение внутрипочвенных потоков азота при внесении азотных удобрений // Агрохимия, 1990, № 11. - С. 47-53.
12. Осипов А.И., Соколов О.А. Роль азота в плодородии почв и питании растений. - С.- Пб.: АФИ, 2001. - 360 с.
13. Шарков И.Н. Азотные удобрения и минерализация азотсодержащих соединений почв // Почвоведение, 1992, № 2. - С. 91-103.
14. Семенов В.М. Образование «экстра-азота» в удобряемых почвах и его роль в питании растений // Агрохимия, 1999, № 8. - С. 5-12.
15. Методика разработки нормативных показателей выноса и коэффициентов использования питательных веществ с.-х. культурами из минеральных удобрений и почвы. - М.: Изд-во ЦИНАО, 1982. - 57 с.
16. Цыбулько Н.Н., Пунченко С.С., Жукова И.И. Потребление растениями и баланс азота на дерново-подзолистых почвах разной эродированности при возделывании ярового рапса // Вести БГПУ: Серия 3. Физика. Математика. Информатика. Биология. География, 2017, № __. - С. 5-15.
