CC BY
15
ИЗУЧЕНИЕ НЕОДИМСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ НА ДЕРНОВО-ГЛЕЕВЫХ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВАХ ЗАБАЙКАЛЬЯ
1 2
Н.Н. Пигарева , Н.М. Кожевникова
1 Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН (Улан-Удэ)
2Байкальский институт природопользования СО РАН (Улан-Удэ)
Удобрения, содержащие редкоземельные элементы (РЗЭ), способствуют повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды и росту их продуктивности (Абашеева и др., 2004, 2006; Чимитдоржиева и др., 2007). В Забайкалье основными минералами, концентрирующими Р3Э являются апатит, бастнезит, ал-ланит и монацит в зависимости от месторождения. Содержание РЗЭ в них в среднем составляет ~0,1 % (Переломов, 2007). Для предотвращения вымывания РЗЭ из почвы, применяют сорбционную технологию, которая в качестве носителя микроэлементов предполагает использование природных цеолитов, благодаря их уникальным структурным и ионообменным свойствам. Внедряя в структуру цеолита микроэлементы, удалось интенсифицировать процессы азотного обмена в мерзлотных почвах, ускорить сроки созревания агроценозов, улучшить их качественный состав (Лобода, 2000).
Цель данной работы - изучить влияние неодимсодержащего микроудобрения на показатели биологической активности и пищевой режим мерзлотных почв, а также продуктивность и химический состав пастбищного травостоя на дерново-глеевой мерзлотной почве.
Микрополевые опыты закладывали на делянках площадью 1 м2 при защитной полосе 0,5 м. Опыты были заложены в 4 яруса. Расположение делянок рендомини-зированное. Повторность опыта четырехкратная.
Неодимсодержащее микроудобрение на цеолитовой основе получено по сорбционной технологии насыщением морденитсодержащего туфа Мухор-Талинского месторождения (Бурятия) из 0,01% раствора сульфата неодима. Природный цеолит имел следующий состав (массовая доля), %: SiO2 - 70,96, Al2O - 11,97, MgO - 0,18, CaO - 0,92, Na2O - 2,38, K2O - 5,22. Отношение Si/Al = 5,2. Массовая доля цеолита в туфе составляла 60-62%. Размеры зерен туфа 1-2 мм, отношение масс цеолита и раствора Nd2(SO4)3 варьировали от 1:50 до 1:10.
В качестве минеральных удобрений вносили аммиачную селитру (Naa), хлористый калий (Кх) и простой гранулированный суперфосфат (Рс) в дозах по 40 кг д.в./га. Удобрения вносили 20-25 мая в виде растворов методом щелева-ния. Уборку фитомассы с опытных делянок проводили во время максимальной продуктивности трав (20-25.08).
Анализ почвенных и растительных образцов проводили стандартными методами. Валовое содержание неодима в почве определяли после разложения смесью концентрированных кислот HF, HNO3 и HCl с последующим атомно-адсорбционным анализом на спектро-фометре AAS SOLAAR M6 и фотоколометрически с ар-сеназо Ш. Для автоматизации в пламени использовали смесь ацетилен - воздух. Подвижную форму неодима определяли в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8. В растениях валовое содержание неодима устанавливали после сухого озоления при 550 °С и последующего растворения в разбавленной HCl (1:1).
Данные урожайности травостоя на пастбище обработаны дисперсионным методом (Доспехов, 1979).
Несмотря на значительное количество работ по изучению минерального азота в почвах Сибири, исследований азотного режима мерзлотных почв при внесении неодимсодержащих удобрений не было проведено. В то же время особенности экологических факторов криоли-тозоны Забайкалья (жесткий гидротермический режим и короткий вегетационный период), требуют изучения зонально-провинциальных особенностей азотного режима почв. Неблагоприятный гидротермический режим криолитозоны тормозит процессы нитрификации, поэтому в мерзлотных почвах часто обменный аммонийный азот преобладает над нитратным (Пигарева, Корсу-нов, 2004). Большее количество обменного аммонийного азота обусловлено преимущественным развитием процессов аммонификации и заторможенностью трансформации аммиака в нитраты.
Исследования показали постоянное присутствие обменного аммонийного азота в дерново-глеевых мерзлотных почвах. Содержание обменного аммония в 0-20 см слое в течение вегетационного периода варьирует в широком диапазоне - от 6 до 45 мг/кг.
При внесении минеральных и неодимсодержащих удобрений наблюдается увеличение количества обменного аммония в почве. Максимальное количество аммонийного азота наблюдается в июне на варианте Ф + 3 мг/кг №. В июле, в период интенсивного роста растений, при минимальном количестве нитратов, количество аммонийного азота даже возрастает, что указывает на увеличение процесса аммонификации и слабое использование этой формы азота растениями. Потребление аммонийного азота в мерзлотных почвах даже в период интенсивного роста растений не превышает 36% от общего его содержания в почве (Пигарева, Корсунов, 2004).
Биоклиматические условия Забайкалья определяют обычно невысокое содержание нитратного азота. Результаты наших исследований показали, что весной количество нитратного азота в 0-20 см слое дерново-глеевых мерзлотных почв при пастбищном фитоценозе составляло около 3 мг/кг почвы. Применение удобрений положительно влияло на нитратный режим мерзлотных почв. Максимальное количество нитратного азота (в июне) наблюдалось на варианте М40Р40К40 + 0,5 мг/кг Ш. В дальнейшем, в связи с потреблением растениями, содержание нитратного азота на всех вариантах постепенно снижалось. В конце вегетационного периода, в связи со снижением потребности растений в нитратном азоте, его количество несколько возрастает.
Поскольку еще длительное время урожай сельскохозяйственных культур, особенно на почвах криолитозоны Забайкалья, придется получать в основном за счет азота почвы, необходимо изучение условий, способствующих минерализации азотсодержащих органических соединений.
Все мерзлотные почвы Забайкалья отличает высокая интенсивность накопления подвижного минерального азота в оптимальных условиях (Пигарева, 2007). Дерново-глеевые мерзлотные почвы также характеризуются высокой потенциальной нитрификационной способностью. С увеличением продолжительности компостирования потенциальная нитрификационная способность дерново-глеевых мерзлотных почв возрастала на контроле в течение 30-дневного компостирования и достигла максимальной величины - 127 мг/кг, в то время как в полевых условиях количество нитратов не превышало 10 мг/кг. Таким образом, при создании оптимальной температуры и влажности происходит вовлечение резервных азотсодержащих соединений почвы, и количество нитратов возрастает в 13 раз. При дальнейшем компостировании в контроле происходит спад в накоплении нитратов (табл. 1).
При внесении минеральных удобрений интенсивность накопления нитратного азота постоянно возрастает и к 45-ти дням компостирования достигает 163 мг/кг N-N0^ Внесение неодимсодержащих микроудобрений способствует большей активизации азотсодержащих элементов в первые сроки компостирования (7-14 дней), при внесении самостоятельно и в комплексе с цеолитом дозы 3 мг/кг № на вариантах Фон + 3 мг/кг № и Фон + МУ (3 мг/кг №). Максимальная азотмобилизующая способность неодима проявилась при 30 дневном компостировании на варианте Фон + МУ (3 мг/кг Ш) и составила 171 мг/кг N-N03.
Результаты показали, что длительное пребывание дерново-глеевой мерзлотной почвы в благоприятных условиях температуры, влажности и аэрации, способствует большему вовлечению в биохимические процессы трудногидролизуемых соединений азота. Поэтому длительное компостирование выявляет не столько способность почвы снабжать растения усвояемым азотом в естественных условиях, сколько ее потенциальные возможности.
Мерзлотные почвы Забайкалья характеризуются медленным прогреванием с весны и ранним их охлаждением осенью, относительно коротким периодом активных температур, периодическими засухами и увлажнением. Поэтому для них более надежный показатель нитрифи-кационной способности можно получить при непродолжительном компостировании. В полевых условиях при наличии растительности количество нитратного азота при пастбищном фитоценозе не превышает 10 мг/кг.
1. Влияние минеральных удобрений и РЗЭ удобрений на потенциальную нитрифика-ционную способность дерново-глеевых мерзлотных почв _______________________________
Вариант N-N03, мг/кг №ЫН4, мг/кг
дни исход- ное через 45 дней
исход- ное 7 14 30 45
Контроль 7 44 72 217 107 19 14
^0Р40К40 (фон) 46 89 158 163 11
Цеолит 25 42 105 129 12
Ф + 3 мг/кг № 49 105 155 113 11
Ф + 6 мг/кг № 48 86 144 129 15
Ф + МУ (3 мг/кг Ш) 45 87 171 158 13
Ф + МУ (6 мг/кг Ш) 44 79 129 160 9
2. Влияние неодимсодержащих микроудобрений на химический состав травостоя, % на сухое вещество
Вариант ^”общ. Зола Р2О5 К2О Са2+ М£+ Ш, мг/кг
Контроль 1,16 5,90 0,47 1,11 0,40 0,17 0,32
N4^40^10 (фон) 1,71 7,94 0,46 1,13 0,57 0,24 0,38
Ф + 0,5 мг/кг № 1,73 6,61 0,48 1,01 0,41 0,20 -
Ф + 3 мг/кг № 1,64 9,35 0,43 0,80 0,53 0,20 0,36
Ф + МУ (0,5 мг/кг №) 1,54 7,59 0,36 0,83 0,44 0,19 -
Ф + МУ (3 мг/кг Ш) 1,58 6,70 0,39 0,88 0,55 0,24 0,32
Количество нитратов в дерново-глеевой мерзлотной почве, накопившихся даже при 7-дневном компостировании почв в контроле составляет 44 мг/кг, поэтому этот срок компостирования наиболее соответствует мобилизационной способности дерново-глеевых мерзлотных почв в отношении усвояемого азота.
Нитрификационная способность пахотного слоя мерзлотных почв, оцениваемая величиной 20-45 мг/кг N N03, считается значительной (Пигарева, 2007).
Отношение нитратного и аммонийного азота в полевых условиях обычно складывалось в пользу аммонийной формы. В процессе компостирования содержание аммонийного азота уменьшалось с 19 до 9 мг/кг, за счет увеличения количества нитратного. Следовательно, при компостировании нитрификация аммония проходит более интенсивно, чем образование аммонийного азота в результате минерализации органического вещества. В полевых условиях на изученных почвах такой интенсивной нитрификации не наблюдается. Значит, высокое содержание аммонийного азота в полевых условиях свидетельствует о влиянии почвенного климата на процесс нитрификации.
При внесении минеральных удобрений ^0Р40К40 урожайность трав к концу вегетации повысилась на 79%. Внесение цеолита увеличивало продуктивность надземной фитомассы на 8% по сравнению с вариантом ^0Р40К40, что обусловлено биологической активностью природных цеолитов. Использование неодимсодержащего микроудобрения повышало продуктивность надземной фитомассы на 9-19%, по сравнению с вариантом ^0Р40К40 + Цеолит.
Несмотря на различие гидротермических условий в действии неодимсодержащих микроудобрений отмечена закономерность - максимальная продуктивность пастбищного травостоя получена при внесении дозы МУ (3 мг/кг №), прибавка на этом варианте составила 2,3 ц/га, или 19% по сравнению с ^^^К^ + Цеолит.
Внесение неодимсодержащих микроудобрений повышало не только на продуктивность, но и улучшало качественный химический состав пастбищного фитоценоза (табл. 2).
Таким образом, исследования по оценке эффективности неодимсодержащих микроудобрений показали их положительное влияние на продукционный процесс в системе почва-растение. Применение природного цеолита и неодимсодержащих микроудобрений влияло на уровень накопления подвижных форм азота, что служит показателем экологического благополучия в почвенной среде и повышения плодородия мерзлотных почв.
