CC BY
31
III. ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Л. В. Будажапов
г. Улан-Удэ
Миграция нитратного азота серой лесной почвы и удобрения во времени и пространстве в лесостепи Прибайкалья
A detailed panorama of inner soil migration of nitrate nitrogen grey forest soil is introduced for the first time including additional nitrogen interaction and nitrogen fertilizer in a définit period of time and soil profile in Transbaikalia forest steppe land cultivation, its migration has increased from fertilizer > additional nitrogen interaction > soil and was expressed by different polinom functions and exponents accordingly Among them the largest kinetics had nitrate nitrogen of soil source.
Известно, что основным ионом - мигрантом азотистых форм в большинстве почв является нитратный азот в силу высокой его лабильности (Турчин,1972; Кореньков, 1976;Смирнов, 1977;Гамзиков, 1981;Никитишен, 1984,2002; Башкин, 1987; Муравин, 1991; Лаврова, 1992;Кидин, 1993; Семенов, 1996,1999, Савич, 2004).
И в этом отношении, серые лесные почвы лесостепи Прибайкалья, на долю которых приходится почти 3/4 пахотных угодий, не являются исключением. При этом, увеличение их продуктивности, с одной стороны, невозможно без привлечения азота удобрений в силу незначительного (п = 288) его содержания (Í.11 ± 0-06 мг / кг) и очень высокой вариабельности во времени (V = 96.8%) и пространстве (V = 87.6%), а с другой - их внесение провоцирует усиление миграционной способности N - NCV в пространстве и во времени (Гамзиков, 1981;Никитишен, 1984,2002,2003; Кудеяров,1985; БашкиН, 1987; Руделев,1992; Лаврова, 1992;СеменовЛ996). Более того, на фоне промывного водного режима (К увл. = LI 5 - 1.23) миграция нитратного азота по их профилю в период весна - осень провоцирует развитие негативных явлений связанных с загрязнением водных ресурсов озера Байкал (Абашеева,1992;Будажапов,1999; Gamzikov,
Budazhapov, 2002). В результате этого, актуальность миграционной оценки нитратного азота в эколого - почвенных режимах лесостепи Прибайкалья не вызывает сомнений. Однако, при всей очевидности этих проблем возможности их решения ограничивались и отсутствием надежных методов исследований, а потому в большинстве своем отражали, как правило, фактологическую оценку.
Цель исследований - количественная оценка миграции нитратного азота серой лесной почвы и удобрения по профилю (пространство) в период весна - осень (время) с применением меченой индикации (,5ñ) и построение прогностических моделей их внутрипочвенной миграции в условиях лесостепи Прибайкалья.
Результативность работы обеспечивалась постановкой микрополевых опытов с глубинами в сосудах без дна (30 х 30 х 100 см) на серой лесной почве естественного сложения в период 1996 - 2002 г.г. (местность Барки, Кабанский район, Бурятия). Схема опыта включала три варианта (без удобрений, Р40К40 - фон, фон + Ы60) в трехкратной повторности. Ежегодно весной перед посевом яровых зерновых культур (пшеница - ячмень - овес) в пахотный слой вносили меченую (l5N) соль натриевой селитры с исходным обогащением А = 37.5 ат. %. Образцы почв отбирали в динамике (май - июль - сентябрь) с каждого 0 - 20 см слоя вплоть до метровой толщи. Нитратный азот определяли по общепринятым методикам (ГОСТ 26489 - 85) в аналитическом центре Бурятской ГСХА, а изотопный его состав - на масс - спектрометре МИ - 120IB (г. Москва).
В результате исследований установлено, что если на контрольных вариантах (PK - фон) миграция нитратного азота представлена только почвенным, то при внесении азотного удобрения (фон + N) состав нитратного азота оказался шире и представлен N - N03" почвенного происхождения, вносимого удобрения и «экстрЗ» N - N03" (табл. 1,2,3). При этом, доля каждого в составе общего была различной и отличалась »о величине и характеру миграции в пространстве и во времени.
В этой связи, выделим ряд ключевых позиций, которые и определяли в итоге специфику их внутрипочвенной миграции в составе общего N - NO3".
Первая определяется тем, что преобладающей формой миграции N - NO3' во времени и пространстве при внесении азотного удобрения оказался почвенный, доля которого по этим
87
двум объективным признакам составила в среднем по метровой ее толще 9/10 от общего. В абсолютном выражении его присутствие снижалось во времени по всему ее профилю: с 2.73 мг во время всходов весной (табл.1) до 1.07 мг летом (табл.2) и 0.49 мг / кг после уборки растений (табл.3).
При этом, наибольшее его содержание наблюдалось в пахотном ее слое и в среднем составило соответственно 4.98, 2.55 и 1.19 мг / кг, а на метровой ее глубине уже обнаруживался в виде следовых величин. В результате, характер внутрипочвенной миграции N - N0^ почвы при внесении азотного удобрения независимо от времени, аппроксимировался экспоненциальной регрессией:
N - N03" почвы весной (май), мг / кг = 8.32 е _(Ш0(1..................(1);
N -N0*" почвы летом (июль), мг / кг = 5.78 е ~0686<|..................(2)
N - ЫОз" почвы осенью (сентябрь), мг / кг = 5.69 е "1,1го<|...........(3),
где 8.32, 5.78 и 5.69 - константа; е - основание натурального логарифма; 0.430, 0.686 и 1.120 - константа (к) миграции нитратного азота почвы в пространстве; <3 - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя метрового профиля этой почвы. Качество построенных моделей было очень высоким - величина индекса их детерминации (Я2) составила соответственно 0.968, 0.949 и 0.929. Анализ этих моделей позволяет заключить, что константа (к) миграционной способности N - N0}" почвы по профилю возрастала во времени, что вполне соответствовало увеличению осадков в лесостепи с весны до осени - г = 0.67 ± 0.12.
Таблица 1
Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы во время всходов яровых зерновых культур (май) в лесостепи Прибайкалья на варианте
фон (средние за 1996-2002 гг.)
N - N03" почвы ч^-ИО/удобр. «экстра» N0-,
J f-l слой почвы, общий N - NO/, мг мг % общ. N-NOj" мг % почв. N- NCV
X (9 £ EL см мг / кг кг % общ. N- NCV кг кг
т 0-20 3.43 ±0,2 3.43 100.0
20-40 2.50 ±0.3 2.50 100.0
о 40-60 1.44 ±0.4 1,44 100,0
о 60-80 0.77 ±0.5 0.77 100,0
2 * г 80-100 0.48 ±0.5 0.48 100.0
о •е- среднее 1.72 ±0.! 1.72 100.0
0-20 5.04 ±0.1 4,98 98.8 0.06 1,19 1.55 31.1
* 4t 20-40 4.31 ±0,02 4.19 97.2 0,12 2.78 1.69 40,3
Ф VO 40-60 2.05 ± 0.1 2.01 98.0 0.04 1.95 0.57 28.4
60-80 1.61 ±0,1 1,60 99.4 0,01 0.62 0.83 51.6
X 80-100 0,94 ±0.1 0.94 100.0 - - - -
О -е- среднее 2.79 ± 0.2 2.73 97.8 0.06 2,20 1.01 37.0
* НСР 01- 0,19; ** НСР N - N0," общий 0.3 1; N - N0/ почвы 0.35; "ТМ- N0/ удобрения 0.018; «экстра» N - Ы03" 0,2 ].
Вторая заключалась в том, что при внесении азотного удобрения (фон + N1) величина внутрипочвенной миграции N - N0^' удобрения в пространстве была крайне незначительной и неустойчивой во времени (табл. 1,2,3). В абсолютном выражении эта величина весной по всходам зерновых культур в среднем составила 0.06 мг или 2.20% от общего (табл.1) и летом в период наибольшего выпадения осадков достигала наибольшей величины - 0.14 мг или 11.6% (табл.2), а осенью после их уборки - 0.04 мг / кг или 8.16% (табл.3).
При этом, несмотря на крайне незначительную долю миграции нитратного азота удобрения по профилю этой почвы в составе общего, впервые выявлен внутрипочвенный его нитратный максимум, который находился в 20 - 40 см слое, где его аккумуляция оказалась наибольшей. Последняя достигала весной 0,12 мг или 2.78% от общего в этом слое (табл,1), возрастала до 0.24 мг или 11.0% в летний период (табл.2) и снижалась после уборки растений осенью до 0.10 мг/ кг или 10.8% (табл.З).
88
Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы в фазу выхода в трубку яровых зерновых культур (июль) в лесостепи Прибайкалья на
варианте фон (средние 1996 - 2002 г.г.)
N - NO!' почвы ISN -NO3 ' УДОбр. «экстра» NOi'
3 Ё я S <Х m слой почвы, см общий N - NO,", МГ 1 КГ МГ кг % общ, N-NO; М[ кг % общ. N-NOj- MI КГ % почв. N- ТМОэ-
*■ 0-20 1.68 ±0.4 1.68 100.0 - -
Ж О 20-40 1.28 ± 0.5 1.28 100.0 -
40-60 0.52 ±0.6 0.52 100,0 - -
О 60-80 0,19 ± 0.5 0.19 100.0 -
и 80-100 0.03 ±0,02 0.03 100.0 - -
среднее 0.74 ±0,1 0.74 100.0 -
0-20 2,71 ±0,1 2.55 94 1 0.16 5.90 0.87 34,1
* 20-40 2.19 ± 0.1 1.95 89.0 0.24 ) 1.0 0.67 34,4
о 40-60 0,72 ±0.1 0.62 86.1 0.10 13.9 0.10 16,!
г 60-80 0.42 ± 0.2 0.38 90.5 0.04 9.52 0,19 50.0
+ я 80-100 следы - - - - -
о -& . среднее 1.21 ±0.1 1,07 88.4 0.14 И.6 0.36 32.7
«НСР 05i0.lt; ** НСР 05: Nобщий 0.18: Ж>з" почвы 0.14;
N0]' удобрения 0.044; «экстра» N - N0," 0,08.
Эколого-агрохимическая значимость подобного накопления в профиле этой почвы N - N03" удобрения определялась тем, что этот нитратный максимум удобрения при определенных условиях с одной стороны, служит одним из ближайших резервов доступного для растений минерального азота в почве, а с другой - препятствует непроизводительным потерям N - >Ю3 удобрения с внутрипочвенным нисходящим током, что ограничивает развитие негативных экологических явлений в непосредственной близости уникального хранилища запасов пресной воды, как озеро Байкал,
Как следствие, характер внутрипочвенной миграции N - N03' удобрения по ее профилю в отличие от почвенного в равных эколого - почвенных условиях их оценки подчинялся кривой полиномиального распределения разного порядка:
N-N0}" удобрения весной, мг/кг = 0.032^ - 0.26с12 + 0.62(1 - 0.33....(4), N-N03" удобрения летом, мг / кг = -0.015с14 - 0.20с13 - 0.94с12 + 1.7 Ы - 0.80.. .(5), N-N03* удобрения осенью, мг / кг = 0.011 (I4 + 0.156* - 0.67с13 +\.2Ы- 0.64...(6), где 0.33, 0.80 и 0.64 - константа; 0.032, 0.015 и 0.011 - константа (к) миграции N - N0.1* в пространстве; с) - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя почвы. По всем моделям (4,5,6) их качество построения было очень высоким - К2 = 1. Отметим, что константа (к) миграции нитратного азота удобрения была в п - ниже почвенного, что характеризует очень слабую миграционную способность первого в равных со вторым эколого - почвенных режимах лесостепи региона.
И третья ключевая позиция определялась тем, что впервые для земледелия лесостепи Забайкалья выявлен факт усиления миграции нитратного азота серой лесной почвы под воздействием вносимого азотного удобрения (фон + Ы) по ее профилю в течение вегетационного сезона. Последний определялся как разница между содержанием нитратного азота почвы на вариантах РК - фон и фон и выражался так называемой величиной «экстра» N (Турчин, 1966; Смирнов, 1977; Гамзиков, 1981; Кудеяров,1985; Башкин, 1987; Лаврова, 1992; Руделев,1992; Кидин, 1993; Семенов, 1996; Назарюк, 2004).
Установлено, что даже при незначительной миграции N - N0/ удобрения во времени и пространстве именно его внесение сопровождалось дополнительным высвобождением N-N0^ почвенного происхождения («экстра» - ЭД, размеры которого значительно изменялись во времени и пространстве (табл. 1, 2, 3).
89
Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы после уборки яровых зерновых культур (сентябрь) в лесостепи Прибайкалья на варианте фон +К (средние за 1996-2002 гг.)
N - N04" почвы -ыо3- удобр. «экстра» N0/
2 £ (0 О. Я слой почвы, см общий N - N0,", мг/кг мг кг % общ, м- да^- мг кг % общ. И- N0/ мг кг % почв. И- N0,
* 0-20 0.71 ±0.3 0.71 то - _ -
X о 20-40 0.38 ±0.2 0.38 100.0 - - - -
40-60 0,22 ±0.6 0.22 100.0 - • _
о 60-80 0.02 ±0.01 0.02 100.0 - - -
80-100 следы 100,0 - - -
тг среднее 0.27 ± 0,3 0.27 100.0 - - -
0-20 ¡.23 ±0:2 1.19 96.7 0.04 3.25 0.48 40.3
* 20-40 0.93 ±0.1 0.83 89.2 0.10 10.8 0.45 48.4
$ 40-60 0.40 ±0.04 0,38 95.0 0.02 5.00 0,16 40.0
60-80 0.05 ±0.02 0,04 80,0 0.01 25.0 0.02 50.0
+ 80-100 0.03 ± 0.01 0.02 100.0 0.01 33.3 . -
о —Л— среднее 0.53 ±0.06 0.49 92.5 0.04 8,16 0.22 44.9
* НСР о;; 0.09; ** НСР о*: N - N0,' общий 0.24; N - N0/ почвы 0.21; 1 - N0}* удобрения 0.016; «экстра» N -N0/0.10.
Величина «экстра» N0.1" в пространстве регистрировалась не ниже 60 - 80 см слоя этой почвы. При этом, максимум его присутствия не всегда наблюдался в пахотном слое почвы и регистрировался во время всходов (май) в 20 - 40 см ее слое, составляя 1.69 мг/ кг (табл. 1), а позднее - только в пахотном слое, составляя 0.87 мг и 0.48 мг / кг (табл.2,3). Возможно, это связано с высоким его использованием в критический для растений период (всходы) при невысоком содержании нитратного азота в пахотном слое с одной стороны, и меньшей его миграцией и потребностью в нем самих растений позднее - с другой стороны. При этом, необходимо отметить, что значимые различия в содержании «экстра» N-N03' по профилю почвы наблюдались лишь в пределах пахотного слоя.
Что касается времени, то его присутствие по всем слоям почвенного профиля изменялось с весны до осени, снижаясь в среднем с 1.01 мг во время входов весной (табл,1) до 0.36 мг при трубковании летом (табл.2) и 0.22 мг / кг после уборки осенью (табл.3). Причем, абсолютное снижение сопровождалось ростом относительной его величины по этому признаку. В целом, размеры появления «экстра» N - N03* в почве были значительными и достигали 1/2 от N - N0^" почвы и за вегетационный сезон в среднем составили в пахотном слое 0.91 мг, а в 0 - 80 см толще не превышали 0.50 мг / кг.
Характер прогностических моделей определения «экстра» N0/ в серой лесной почве лесостепи Прибайкалья в течение сезона складывался аналогично N-N03* удобрения и аппроксимировался полинома разной степени в виде:
«экстра» N03" весной, мг / кг = - 0.19сГ4 + 2.3М3 - 10. + 16М -7.14.........(7),
«экстра» N0^' летом, мг / кг = 0.17<13 - 1.22с12 + 2.24с1 - 0.33...............(8),
«экстра» N03" осенью, мг / кг = - 0.018(14 + 0.25(13 -\.Ш2+ 2.03с1 - 0.60.......(9),
где 7,14, 0.33 и 0.60 - константа; 0.19, 0.017 и 0.018 - константа (к) миграции «экстра» N03" в пространстве; (1 - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя метрового профиля этой почвы. Качество построения этих моделей (7,8,9) было высоким - Я2 = 1. При этом, константы (к) миграции «экстра» N - N0^" были на уровне аналогичных для N - N03" удобрения (4,5,6), а значит значительно ниже N -N03" почвы (1,2,3). Заключение
Благодаря применению стабильного изотопа |5Ы впервые дана панорама внутрипочвенной миграции нитратного азота во времени и пространстве с его разделением на почвенный к удобрения. При этом, его состав представлен N - Ы03" почвы (70%), удобрения (3.6%) и «экстра» N - Ы03' (26.4%), ранжирование которых по размерам их миграции в метровой толще в течение вегетационного сезона возрастало в ряду: N - Ы03" удобрения (1.75 мг / кг) > «экстра» N -Ш3"(12.61 мг / кг) > N - N0/ почвы (33.65 мг / кг). Ха-
90
рактер миграции первых двух форм во времени и пространстве подчинялся полиному разного порядка, а последнего - экспоненте. Причем, константа (к) миграции последнего была наибольшей среди них н возрастала соответственно осадкам, составляя весной к = 0.430 слой летом к = 0.686 слой и осенью к = 1.120 слой И если внутрипочвенная миграция N - N0/ удобрения и «экстра» >Ю3"ограничивалась по глубине не ниже слоя 60 - 80 см с максимумом аккумуляции в 20 - 40 см слое, то N - Ы03" почвенного происхождения вплоть до метровой отметки с максимумом в пахотном слое. Впервые дана количественная оценка усиления миграции N - ЫСЬ" серой лесной почвы под воздействием азотного удобрения в виде дополнительного высвобождения или «экстра» N03", размеры появления которого оказались значительными и достигали почти 1/2 от N - N0/ почвы за вегетационный сезон и в среднем составили в пахотном слое 0.91 мг / кг, а в 0 - 80 см толще не превышали 0.50 мг / кг.
Литература
1. Абашеева Н.Е. Агрохимия почв Забайкалья. - Новосибирск: Наука, 1992.-214 с.
2. Баш к и н В.Н. Агрогео химия азота. -Пущино: Изд-во науч.центра биол, исслед. АН СССР, 1987. -270 с.
3. Будажапов JI.B. Особенности трансформации азота удобрений в криоаридных почвах бассейна озера Байкал // Бюл. ВНИИ удобрений и агропочвоведения. - М.:ВИУА,1999.-№112. - С.25-28.
4. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. -М.:Наука,1981.-266с.
5. Кндин В,В, Трансформация, состав потерь и баланс азота удобрений в системе почва - растение: автореф. дне. д-ра х.-хоз паук. -M.: ТСХА, 1993. - 64 с,
6. Кореньков Д. А. Агрохимия азотных удобрений. ~М.:Наука,1976. -210 с.
7. Кудеяров В.Н. Превращение в почвах азота удобрений и пути повышения его эффективности: автореф. дне. д-ра биол. наук. - М,:ВИУА, 1985. -36 с.
8. Лаврова И.А. Превращение азота удобрений в системе почва-растение и повышение их эффективности: лис. д-ра биол. наук, -М.: ВИУА, 1992.-332 с.
9. Муравин Э.А. Вопросы азотного питания растений и повышения эффективности азотных удобрений: автореф. дис. д-ра биол. наук. - М..ТСХА, 1991. -57 с.
10. Назарюк В.М. Баланс и трансформация азота в агроэкосисгемах. -Новосибирск: Изд-во СО РАН,2002. - 257 с.
11. Никитишен В.И. Агрохимические основы 'эффективного применения удобрений в интенсивном земледелии. -М.:Наука,1984.-214с.
12. Никитишен В.И. Плодородие почв и устойчивость функционирования агроэкосистемы. - М.: Наука,2002. -245 с.
13. Никитишен В.И. Эколого-агрохимические аспекты сбалансированного применения удобрений в адаптивном земледелии. - М,:Наука,2003. - 183 с.
14. Руделев Е.В. Минерализация - иммобилизация азота в основных типах почв России и эффективность азотных удобрений: автореф. дис. д-ра биол. наук. -М.: ВИУА, 1992. - 34 с.
15. Савич В.И. Физико-химические основы плодородия почв // Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии. -M.: МСХА, 2004.-С. 144-183.
16. Семенов В.М, Процессы круговорота азота в системе почва - растение и эффективность их регулирования агрохимическими приемами: автореф, дис, д-ра биол. наук, - М.:ВИУА,1996. -36 с,
17. Семенов В.М. Слагаемые эффективности азотных удобрений в системе почва-растение и критерии их количественной оценки // Агрохимия. - 1999, - №5. - С,25-32.
18. Смирнов П.М. Вопросы агрохимии азота (в исследованиях с lsN). - M.: ТСХА, 1977. -74 с,
19. Турчик Ф.В. Азотное питание растений и применение азотных удобрений. - М.: Колос, 1972. - 335 с.
20. Gamzikov G.P., Budazhapov L.V, The losses of nitrogen fertilizer by leaching water in the frozen soils of Transbaikalia // Ecology life, -№7 .-Novgorod the Great,2002. P, 17.
Л.КБолонева, М.Г. Меркушева
г. Улан-Удэ
Влияние морденитового туфа и его органо-минеральных смесей на численность микроорганизмов аллювиальной луговой почвы
Почвенные микроорганизмы являются обязательным компонентом любой агроэкосистемы, они обладают мощным ферментативным аппаратом, выполняют многообразные функции в круговороте веществ, обеспечивая постоянное функционирование экосистем в целом.
Основным объектом исследования послужили аллювиальные луговые почвы бассейна нижнего течения р. Уды.
В наших опытах изучалась биологическая активность аллювиальной луговой почвы и влияние на нее органо-минеральных смесей на основе морденитового туфа (МТ) Муорталинского месторождения, минеральных удобрений (аммиачная селитра, двойной суперфосфат, мористый калий) и подстилочного куриного помета (ПКП). Биологическая активность оценивалась по изменению общей численности микроорганизмов. Схема опыта состояла из следующих ва-
91
