CC BY
68
УДК 631.416.2:631.445
МЕТОДОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ АЗОТНОГО РЕЖИМА В ЗЕРНОСВЕКЛОВИЧНОМ СЕВООБОРОТЕ
В.В. НИКИТИН, доктор сельскохозяйственных наук, научный консультант
Белгородский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью поиска наиболее приемлемой модели прогноза обеспеченности культур зерносвекловичного севооборота усвояемыми формами азота почвы. На первом предварительном этапе были изучены корреляционные зависимости между содержанием различных форм почвенного азота, определенным общепринятыми методами и величиной урожайности. В среднем по четырем культурам наиболее тесная зависимость установлена при использовании методов определения нитрифицирующей способности и нитратного азота (R=0,93...0,94). Однако с учетом сложности проведения анализа и требуемой оперативности в практике сельскохозяйственного производства предпочтение следует отдать методу определения в почве азота нитратов. В алгоритме решения поставленной задачи большую трудность представляла техника проведения отбора почвенных образцов, в частности оптимальная глубина профиля, вовлекаемого в выборку. При анализе корреляционной зависимости между наличием нитратов на разных глубинах и продуктивностью культур были получены данные, свидетельствующие об увеличении коэффициента корреляции с глубиной и его стабилизации при отборе проб с 80.120 см. Показатели репрезентативности отбора с глубиной (от 0.20 см до 0.80 см) повышаются с 0,190до 0,018, доверительный интервал сужается с 3,4...5,1 до 1,0...1,4, критерий Фишера уменьшается с 19,8 до 1,5. Таким образом для получения экспериментальных аналитических данных по содержанию нитратного азота в черноземе типичном, пригодных для прогноза обеспеченности почвы усвояемым азотом с требуемой в биологических исследованиях степенью верификации в выборку необходимо вовлекать почву на глубину метрового слоя.
Ключевые слова: почвенный профиль, нитратный азот, миграция, доверительный интервал, чернозем типичный, коэффициент корреляции.
Для ученых-агрохимиков и практиков АПК наиболее актуальны изыскания в сфере разработки методов диагностики обеспеченности почвы под основными культурами севооборота наиболее значимыми элементами питания. Анализ результатов исследований, проведенных в ЦЧЗ, свидетельствует, что среди макроэлементов первое место в формировании урожая на черноземах принадлежит азоту (60...80 %).
Кроме того, предметом длительных дискуссий в научной среде остаются сроки и методы отбора почвы для составления прогноза в потребности в дополнительном азотном питании. Спектр рекомендаций достаточно разнообразен - от поздне-осенних до весеннее-летних и от 20сантиметровой до полутораметровой глубины [4.7].
Поэтому цель наших исследований выбор наиболее подходящего метода анализа содержания азота в почве, адекватно отражающего сложившуюся ситуацию, а также определение оптимальной глубины профиля для отбора почвенных образцов.
Условия, материалы и методы. Для достижения поставленной цели были изучены математические зависимости между продуктивностью культур и содержанием азота в почве, определенным по наиболее распространенным прописям химических анализов для черноземов. Опыт заложен на черноземе типичном со следующей агрохимической характеристикой: содержание гумуса (по Тюрину) - 6,03 %, рНКС| - 6,1, Нг (по Каппену) - 1,67 мг-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 39 мг-экв./100 г почвы, N (по Корнфильду) -145 мг/кг, Р205 (по Чирикову) - 54 мг/кг, К20 (по Чирикову) - 116 мг/ кг, степень подвижности фосфора (по Карпинскому-Замятиной) - 0,08 мг/л, степень подвижности калия (в 0,005 н СаС12) - 2,1 мг/л.
Исследования проводили в пятипольном зерносвекловичном севообороте со следующим чередованием культур: горох, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень, кукуруза на силос. Минеральные удобрения в виде аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия вносили под сахарную свеклу и кукурузу осенью под плуг, под озимую пшеницу - под дискование с последующей культивацией. Полуперепревший навоз вносили под свеклу перед зяблевой вспашкой.
Таблица 1. Коэффициенты корреляции между урожайностью и содержание различных форм азота в почве (среднее за десять лет)
Культура N-NO3 N . min N г Нитрифицирующая способность
Сахарная свекла 0,91 0,61 0,41 0,96
Ячмень 0,96 0,47 0,38 0,86
Кукуруза 0,89 0,48 0,34 0,97
Озимая пшеница 0,95 0,42 0,25 0,96
В среднем 0,93 0,50 0,34 0,94
Почвенные и растительные образцы отбирали в соответствии с методиками для каждой культуры [1]. Химические анализы проводили методами, рекомендованными для Центрально-Черноземной зоны, а при более детальных исследованиях - по прописи [2]. При массовых анализах в основном придерживались ГОСТов, рекомендованных для агрохимслужбы ЦИНАО, а при приготовлении растительных образцов - методических разработок отраслевых институтов.
Глубина, см
Рис. 1. Миграция нитратов по профилю почвы в севообороте (начало вегетации): контроль;---------навоз; - 2NPK; - навоз + 2NPK
Глубина, см
Рис. 2. Миграция нитратов по профилю почвы в севообороте (конец вегетации): контроль; - навоз; - 2ЫРК; - Навоз + 2ЫРК.
Для сопоставления характера распределения нитратного азота по глубинам мы усреднили результаты десятилетних анализов по каждой культуре и в целом по севообороту.
Результаты и обсуждение. Прежде всего, следует отметить невысокий коэффициент корреляции между урожайностью и концентрацией в почве гидролизуемого азота, определение которого рекомендовано подразделениям агрохимслужбы при составлении агропаспортов хозяйств [3]. Этого и следовало ожидать, если учесть, что в его основу положен принцип гидролиза органического вещества почвы и, в конечном счете, фиксации выделившегося аммония.
Содержание минерального азота в пахотном слое почвы было связано величиной урожайности более тесно, а самые высокие коэффициенты корреляции отмечены при использовании методов, предусматривающих определение нитрифицирующей способности и содержания нитратного азота (табл.1). Учитывая, что определение нитрифицирующей способности почвы процедура длительная, дорогостоящая и для диагностических целей малоприемлемая, на наш взгляд, наибольший интерес представляет метод определения нитратного азота, который при существующей лабораторной базе можно поставить на поток.
В начале вегетации содержание нитратного азота по всем культурам убывает с глубиной, при этом графические кривые в вариантах с использованием естественного плодородия почвы идут параллельно оси Х, начиная с глубины 120.140 см (рис. 1), в случае применения удобрений - с глубины 140.160 см (у зерновых раньше, у пропашных позже).
Перед уборкой в вариантах без минеральных удобрений содержание нитратного азота в почвенном профиле становится стабильным с глубины 80.100 см
(рис. 2), а при использовании двойных доз ЫРК, как на фоне навоза, так и без него, - с глубины 140 см. Однако наибльшая скорость убыли отмечена на глубине 20.80 см, что свидетельствует об экстремуме поглощения указанного элемента растениями для накопления пластических веществ именно в этом слое почвы.
Характер расположения кривых свидетельствует о том, что значительная убыль нитратов происходит максимум до глубины 120.160 см, ниже остается «мертвый запас», невостребованный культурой. При этом коэффициенты корреляции с урожайностью, начиная с глубины 0.100 см и ниже различаются между собою несущественно (табл. 2.), поэтому, на наш взгляд, для диагностики минерального азота можно ограничиться этим горизонтом. Отрицательная зависимость между урожайностью гороха и содержанием нитратов в верхних слоях почвы, по всей вероятности, связана с биологией бобовых вообще, которые способны к симбиозу с клубеньковыми бактериями (Rhizobium), фиксирующими атмосферный азот. Жизнедеятельность последних при внесении минерального азота подавляется, что вызывает ухудшение азотного питания растений.
Полученные результаты свидетельствуют о довольно тесной связи между среднемноголетними урожаями и содержанием нитратного азота на небольшой глубине. Поэтому возникает вопрос о возможности использования в диагностических целях таких образцов в сочетании с коэффициентами пересчета на запас элемента в слое 0.100 см.
При статистической обработке большой выборки, в которой представлены результаты по отдельным годам, мы рассчитали поправочные коэффициенты по исследуемым слоям. Они, естественно, убывают с глубиной и одновременно уменьшается ошибка средней. Однако доверительный интервал с общепринятым в биологии уровнем вероятности этих величин достаточно широк даже на глубине 0.80 см (табл. 3). При 5 %-ном уровне значимости на глубине 0.20 см он колеблется в пределах 3,5.4,5; 0.40 см - 1,9.2,3; 0.60 см - 1,4.1,6; на глубине 0.80 см - 1,1.1,2. При 1 %-ном уровне значимости разброс минимальных и максимальных значений еще больше.
В этом же мы убеждаемся, сравнивая отношения дисперсий по слоям: фактический критерий Фишера больше теоретического при уровне вероятности 0,95 везде за исключением глубины 0.80 см. Тем не менее результаты наблюдений, проведенных в пятидесяти полях, согласно которым запасы нитратного азота, локализованного в слое 0.100 см, на 95.97 % покрывают вынос этого элемента с урожаем свидетельствуют в пользу
Таблица 2. Корреляция между урожаем культур и содержанием нитратов в почвенном профиле (среднее за десять лет)
3 § Уо о С I Сахарная свекла Ячмень Кукуруза на силос Горох Озимая пшеница Среднее
0.20 0,64 0,36 0,69 -0,37 0,28 0,32
0.40 0,67 0,75 0,75 -0,02 0,58 0,55
0.60 0,69 0,82 0,90 0,22 0,67 0,66
0.80 0,73 0,88 0,91 0,62 0,73 0,77
0.100 0,75 0,90 0,91 0,63 0,75 0,79
0.120 0,76 0,91 0,92 0,65 0,77 0,80
0.140 0,79 0,91 0,93 0,65 0,78 0,81
0.160 0,81 0,91 0,93 0,65 0,78 0,82
0.180 0,81 0,91 0,93 0,65 0,78 0,82
0.200 0,82 0,91 0,93 0,65 0,78 0,82
Таблица 3. Статистические критерии репрезентативности различных глубин отбора почв для диагностики азотного режима (среднее за десять лет)
Глубина, см N-NO3, кг/га Коэффициент пересчета на 0...100 см Sx Доверительный интервал Нф
Р=0,95 1 Р=0,99
0.20 25 4,04 0,190 3,4...4,5 3,4.5,1 19,8
0.40 52 2,11 0,083 1,9...2,3 1,8...2,5 6,7
0.60 73 1,51 0,033 1,4.1,6 1,3.1,7 3,4
0.80 92 1,19 0,018 1,1.1,2 1,0.1,4 1,5
0.100 110 1,00 0,000 - - 1,0
<05 = 1,39
метровой отметки. Кроме того, при глубине 0.80 см доверительный интервал поправочных коэффициентов на уровне вероятности 0,99 (а именно этот уровень следует брать за основу, учитывая изменчивость исследуемого объекта и его значение) составляет 1,1...1,4.
Выводы. Среди различных методов определения азота в черноземе типичном наиболее высокая степень связи с урожайностью отмечена при определении нитратного азота и нитрифицирующей способности. В силу несущественных различий между ними по величине корреляции и большей доступности первого, его следует рекомендовать для диагностики.
Коэффициенты корреляции между урожайностью культур, а также продуктивностью севооборота в целом и содержанием нитратного азота увеличиваются с глубиной отбора образца, однако, начиная со
100___120 см они по абсо-
лютным величинам разнятся несущественно.
Нитраты почвы передвигаются с почвенной влагой на довольно значительную глубину, но ниже метровой отметки их содержание практически стабилизируется.
В среднем за пятьдесят опыто-лет зафиксировано, что вынос азота с урожаем основной и побочной продукции почти на 100 % покрывается метровыми запасами этого элемента в почве, то есть указанный горизонт можно считать базой для формирования продукции растений.
Коэффициенты пересчета содержания нитратного азота неглубоких горизонтов на метровый слой значительно варьируют по годам, поэтому различия между их дисперсиями и дисперсией горизонта 0.100 см существенны с 95 %-ным уровнем вероятности, что свидетельствует о принадлежности таких выборок к разным генеральным совокупностям. В этой связи, для построения прогнозной модели обеспеченности чернозема типичного азотом почву необходимо отбирать с метровой глубины.
Литература.
1. Бюлл. ВИУА, вып. 11, М., 1965.
2. Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями. Ч. 1, 2, З. - М., 1975.
3. Справочник агрохимика. - Минск: Ураджай, 1965. - 214 с.
4. Ишкаев Т.И. Использование почвенно-диагностических методов при определении потребности растений в азотных удобрениях// Вопросы химизации сельскохозяйственного производства Западной Сибири, вып. 1. - С. 128-132.
5. Гамзиков Г.П. Дианостика азотного питания полевых культур в сельском хозяйстве // Химия в сельском хозяйстве. -1987. - N 1. - С. 61-65.
6. Агафонов Е.В., Агафонова Л.Н. Применение азотных удобрений под озимую пшеницу в зоне недостаточного увлажнения Северного Кавказа//Агрохимия. - 1983. - N 11. - С. 3-7.
7. В.Г.Черненок В.Г. Диагностические подходы к прогнозированию эффективности азотных удобрений // Проблемы азота в интенсивном земледелии. - Новосибирск, 1990. - С. 13-17.
METHODOLOGY DIAGNSTIKI NITROGEN REGIME IN ZERNOSVEKLOVICHNOM CROP ROTATION V. V. Nikitin
Summary: Carrying out this research was intended - to identify the most appropriate model for prediction of availability of crop rotation zernosveklovichnogo assimilable forms of nitrogen of the soil. In the first preliminary stage were examined correlative relationships between crops and generally accepted methods of determining the various forms of soil nitrogen. The average of four cultures showed the closest relationship methods nitrifying capacity and nitrate nitrogen (R = 0.93-0.94). However, given the complexity of analysis required and the efficiency of agricultural production in the practice of course be preferred method for the determination of nitrate nitrogen in the soil. The algorithm to solve this problem besides a great difficulty presented technique of sampling soil samples - the depth profile of involving in the sample. In analyzing the correlation between the presence of nitrate at different depths and productivity of crops were obtained evidence of a permanent increase in the correlation coefficient with depth, in principle, stabilize at a depth of 80-120 cm representative sampling rates with depth (0-20 cm to 0 - 80 cm) increased: from 0.190 to 0.018, the confidence interval narrowed from 3.4-5.1 to 1.0-1.4, Fisher’s criterion is reduced from 19.8 to 1.5. Given the above, it should be stated that in order to obtain experimental data on the analytical content of nitrate nitrogen in the typical black soil suitable for the prediction of availability of assimilable nitrogen of the soil to the required degree in biological studies, verification should be involved in the selection of the soil to a depth meter column.
Key words: soil profile, nitrate nitrogen, migration, the confidence interval, a typical black soil, the correlation coefficient.
ВНИМАНИЮ СОИСКАТЕЛЕЙ УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ И ДРУГИХ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛИЦ!
Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК» издает монографии и другую книжную продукцию с редактированием и всеми выходными данными.
Цены договорные.
Заявки отправлять по адресу: 1Q1QQQ, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166.
Тел.: (495) 557-13-Q1, (916) 241-63-43. E-mail: [email protected]
