CC BY
30ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЛАБИЛЬНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВАХ ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ
Н.Ф.Ганжара1, д.б.н., Р.Ф. Байбеков2, чл.-корр. РАСХН, Б.А. Борисов1, д.б. н., С.М. Надежкин3, д.б.н.,
1РГА У-МСХА, 2ВНИИА, 3ВНИИССОК
Изучены параметры лабильного органического вещества (ЛОВ) в агроценозах центральной лесостепи Приволжской возвышенности в зависимости от вида севооборота, продолжительности использования многолетних трав, различных систем удобрения. Показано, что способность почв региона к высвобождению минерального азота зависит от количества и качества ЛОВ.
Ключевые слова: легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество (ЛОВ), азот ЛОВ, углерод ЛОВ, стабильный изотоп 15N, отношение С: Nов.
Органическое вещество почвы является самым крупным источником питательных веществ для растений. Реальный вклад в образование доступных питательных веществ вносят, в основном, легкоминерализуемые его компоненты. Высокая продуктивность сельскохозяйственных угодий обеспечивается запасом разлагающихся растительных остатков, корней, корневых выделений и микробной биомассы [3, 7].
В многочисленных опытах выявлено, что даже при использовании рекомендованных доз минеральных удобрений около 50% потребности в азоте растения удовлетворяют за счет органического вещества почвы. При этом значительная часть почвенного азота поступает из наиболее подвижных его форм [4, 5, 6]. Поэтому в качестве критериев оптимального содержания ЛОВ можно использовать обеспеченность растений почвенным азотом [1, 2, 8].
Объекты и методы исследований. Исследования проводили в стационарных полевых и микрополевых опытах в 19802006 гг. Изучали различные системы удобрения и обработки почвы в типичных севооборотах на черноземных и серых лесных почвах лесостепи Приволжской возвышенности. Для оценки роли качественного состава ЛОВ были проведены микрополевые опыты на черноземе выщелоченном и светло-серой лесной почве в поливиниловых сосудах без дна (размером 50х50х40 см, вмещающих 90 кг почвы, на естественном подпахотном горизонте). Схема опыта: 1) (без удобрения) контроль; 2) (15КН4)2804; 3) донника; 4) соломы; 5) донника + 14Ы соломы; 6) соломы + 14Ы донника. Повторность - шестикратная. Все органические удобрения были заранее помечены стабильным изотопом сульфата аммония (92 ат.%), который вносили в почву вегетационных сосудов, где выращивали донник и овес. Уборку донника проводили в период начала побурения бобов, овса - при полной спелости зерна. Надземная масса донника содержала избыток
(28,13 ат.%), корни -26,08, солома овса 35,64 и (15ЫН4)2804 - 20,16 ат.%. Азот вносили из расчета 1000 мг/сосуд. Это позволило получить ЛОВ с разным отношением С:№
Результаты и их обсуждение. Использование стабильного изотопа 15Ы в микрополевых опытах позволило установить не только размеры использования азота из различных видов удобрений, но и проследить его судьбу в последействии и рассчитать баланс иммобилизованного азота. Установлено, что реми-нерализация при использовании соломы достигает 15%, донника - 34% от 15Кобщ. и 56-73,0% от 15Клов. Использование реми-нерализованного азота в последействии (1-ой культурой) составляло при внесении в почву соломы 18-21% (в среднем 19,5%), донника в среднем 22,4%. Расчеты показывают, что общее количество азота, используемого в последействии из состава ЛОВ составляет при использовании соломы (при С:Ылов = 22) не менее 10,8%, и при использовании донника - не менее 16,4% (С:Ылов = 17,5). В дальнейших расчетах нами приняты коэффициенты использования азота из состава ЛОВ: при от-
ношении С:Ылов > 20-10%, а при С:Ылов < 20-16%.
Определение содержания и состава ЛОВ в различных севооборотах, под разными культурами позволило установить, что в ряду севооборотов зернопаропропашной- зернопропаш-ной - зернотравянопропашной на светло-серой лесной почве содержание Слов. возрастало с 0,105 до 0,152%, на черноземе выщелоченном - с 0,322 до 0,447%. В содержании азота происходили более заметные изменения, которые заключаются в том, что при замене чистого пара на занятый и при введении в 5-польные севообороты клевера содержание Ылов увеличивалось в 1,3-1,8 раза в светло-серой лесной и в 1,1-1,6 раза в черноземе выщелоченном.
По истечении 1-ой ротации в зернопаропропашном и зер-нопропашном севооборотах отношение С:Ылов было выше 20, а в зернотравянопропашном севообороте - ниже 20, что обеспечивало большее использование азота ЛОВ последующими культурами севооборота. Запасы углерода ЛОВ в светлосерой лесной почве составляли 2,5-3,6 т/га, а в черноземе выщелоченном - 10,6-14,8 т/га. Запасы азота, соответственно, 110-202 и 505-818 кг/га. С учетом коэффициентов использования Ылов вероятное высвобождение азота для формирования урожая сельскохозяйственных культур из светло-серой лесной почвы составляло 11-32 кг/га, а из чернозема выщелоченного - 50-131 кг/га.
При возделывании многолетних трав в выводных полях севооборотов влияние их на режим ЛОВ значительно выше, чем однолетних культур. Так, на светло-серой лесной почве при увеличении продолжительности жизни козлятника восточного с 1 до 8 лет жизни количество Слов возрастало с 3,4 до 6,3 т/га, а Ылов - со 155 до 391 кг/га. На черноземе выщелоченном, соответственно, 6,1-12,8 т/га и 264-934 кг/га. При этом, по мере увеличения срока использования бобовых трав отмечается существенное уменьшение отношения С:Ы в составе ЛОВ, в результате чего количество потенциально доступного для растений азота увеличивалось в серой лесной почве с 16 до 62, а в черноземе - с 26 до 137 кг/га.
На режим ЛОВ существенное влияние оказывает применение удобрений. При этом действие различных видов их неодинаково: органическая система удобрения повышает содержание как Слов, так и Ылов и мало влияет на отношение С:Ы в составе ЛОВ; минеральная и органо-минеральная в большей мере способствуют повышению содержания азота в составе ЛОВ, в результате чего отношение С:Ы снижается и возрастает степень использования Клов. Так, на светло-серой лесной почве при использовании органических удобрений (10 т/га севооборотной пашни зернопаропропашного севооборота) содержание Слов возрастало на 41%, Ылов - на 45%, в результате отношение С:Ы практически не менялось (табл. 1). Применение минеральных удобрений (К60Р60К60 на 1 га севооборотной пашни) вызывало незначительный рост Слов (на 8%), однако Ылов увеличивалось на 39%, в результате чего отношение С:Ы снижалось с 23 до 18, а коэффициент использования азота ЛОВ возрастал с 10 до 16%.
Аналогичная, хотя и менее выраженная картина была характерна и для чернозема выщелоченного: при использовании органической системы удобрений отношение С:Ы составило 20,5, а при минеральной - 18,4. Несмотря на примерно одинаковые запасы азота (597 и 617 кг/га), использование его растениями из состава ЛОВ во втором случае в 1,6 раза больше, чем в первом, что обусловлено изменением коэффициента использования Ылов.
Известкование среднекислых почв лесостепи Среднего Поволжья способствует активизации процессов минерализации органического вещества растительных остатков и почвы, в результате чего в составе ЛОВ отношение С:Ы снижалось на 0,7-0,9 ед. Совместное использование органических и минеральных удобрений, а также их внесение на известкованном фоне способствует большему росту биологической активности почвы, что также положительно сказывается на содержании азота в составе ЛОВ и снижении отношения С:Ы. При этом коэффициент использования Ылов возрастал до 16%, а общее количество высвобождаемого азота для создания урожая последующих культур севооборота увеличивалось в 2,43,2 раза на светло-серой лесной почве и в 2,1-2,9 раза на черноземе выщелоченном.
1. Параметры лабильного органического вещества в почвах при различных системах удобрения в зернопаропропашных
2. Оценка сельскохозяйственных культур по влиянию
Группы Содержание, % C:N Запасы КИ Высвобождение N, кг/га
культур C N C, т/га N, кг/га азота
Клевер 0,401 0,0234 17,1 13,23 772 16 124
Горох 0,335 0,184 18,2 11,06 607 16 97
Картофель 0,291 0,0170 17,1 9,60 561 16 90
Кукуруза 0,337 0,0169 19,9 11,12 558 16 89
Озимые зерновые 0,386 0,0175 22,0 12,74 578 10 58
Яровые зерновые 0,337 0,0169 22,6 11,12 492 10 49
Чистый пар 0,274 0,0170 16,1 9,05 561 16 90
С целью оценки влияния различных видов полевых культур на режим ЛОВ нами были отобраны почвенные образцы из пахотного (0-30 см) слоя чернозема выщелоченного под различными культурами севооборотов одновременно на всех полях (рано весной - в период начала возобновления вегетации озимых и клевера или при достижении физической спелости почвы).
Установлено, что наименьшее содержание Слов характерно для культур, идущих по чистому пару и картофелю - 0,2630,308%. В порядке возрастания углерода ЛОВ культуры располагаются следующим образом: картофель < горох < яровые зерновые < кукуруза < озимые зерновые < клевер. По содержанию азота ЛОВ наименьшее количество отмечалось под яровыми зерновыми, далее в возрастающем порядке идут кукуруза < картофель < озимые зерновые < горох < клевер.
В связи с различиями в запасах азота в составе ЛОВ и отношением С:Ы в нем сельскохозяйственные культуры как предшественники по-разному обеспечивали последующие культуры доступным азотом (табл. 2). Наименьшей способностью к высвобождению доступного азота характеризуются зерновые культуры (49-58 кг/га), далее в порядке возрастания располагаются кукуруза, картофель, чистый пар и зернобобовые (89-97 кг/га) и клевер (124 кг/га).
В зависимости от культур полевых севооборотов и типа почвы, а также отношения С:Ылов высвобождение азота колеблется (табл. 3): — в светло-серой лесной почве при отношении С:Ылов больше 20 - от 10 до 35 кг/га, а при отношении меньше 20 - от 20 до 71 кг/га; — в серой лесной почве - 13-65 и 25-127 кг азота; — в черноземе выщелоченном, соответственно, 21-72 и 43-147 кг/га.
севообо! отах
Система удобрений С ^лов, % н™, % C:N Слов ^лов т/га И™ кг/ га КИ Вероятное использование Пюв, кг/га
Светло-серая лесная почва
Без удобрений 0,112 0,0049 22,9 2,69 118 10 12
Навоз 10 т/га 0,158 0,0071 22,2 3,79 170 10 17
NPK 0,121 0,0068 17,8 2,90 163 16 26
Известь по 1,0 Нг 0,123 0,0056 22,0 2,95 134 10 13
Навоз + известь 0,147 0,0076 19,3 3,53 182 16 29
Навоз + NPK 0,164 0,0093 17,6 3,94 223 16 36
Навоз +NPK + известь 0,169 0,0099 17,1 4,06 238 16 38
НСР0,95 0,023 0,0018 - - - - -
Чернозем выщелоченный
Без удобрений 0,322 0,0159 20,3 10,63 505 10 50
Навоз 8 т/га 0,371 0,0181 20,5 12,24 597 10 60
№К 0,344 0,0187 18,4 11,35 617 16 98
Известь по 1,0 Нг 0,318 0,0162 19,6 10,49 535 16 86
Навоз + известь 0,384 0,0197 19,5 12,67 650 16 104
Навоз + №К 0,406 0,0214 19,0 13,40 706 16 113
Навоз +МРК + известь 0,418 0,0239 17,5 13,79 789 16 126
Навоз+ МРК + сидерат 0,416 0,0260 16,0 13,73 858 16 137
Навоз+МРК+ известь + сидерат 0,437 0,0278 15,7 14,42 917 16 147
НСР0,95 0,048 0,024 - - - - -
3. Необходимое количество ПКО и азотных удобрений для получения урожая яровой пшеницы в 2,0 т/га при разном содержании ЛОВ и отношении C:N в нем
Исходный Вероятное вы-свобож- Де-фи-цит азота, кг/га Необходимое количество ПКО для доведения запасов ЛОВ, высвобож- Доза азота удобрений при
уровень Слов лов дение азота, дающих 76 кг/га азота при С:М в ПКО C:N в ПКО
кг/га >30 <30 >30 <30
Светло- серая лесная почва, C:N в ЛОВ > 20
<0,1 <10 >66 >22,0 >16,5 >57 >50
0,1-0,2 10-20 56-66 18,7-22,0 14,0-16,5 47-57 44-50
0,2-0,3 20-30 46-56 15,3-18,7 11,5-14,0 37-47 34-44
0,3-0,4 30-40 36-46 12-15,3 9,0-11,5 27-37 18-34
0,4-0,5 40-50 26-36 8,7-12,0 6,5-9,0 18-27 12-18
0,5-0,6 50-60 16-26 5,3-8,7 4,0-6,5 7-18 5-12
0,6-0,7 60-70 6-16 2,0-5,3 1,5-4,0 0-7 0-5
>0,7 >70 <6 <2,0 <1,5 0 <0
Светло- серая лесная почва, C:N в ЛОВ > 20
<0,1 <20 >56 >18,7 >14,0 >45 >40
0,1-0,2 20-40 36-56 12,0-18,7 9-14 27-45 20-40
0,2-0,3 40-60 16-36 5,3-12,0 4-9 7-27 0-20
0,3-0,4 60-80 0-16 <5,3 <4 0-7 0
>0,4 >80 0 0 0 0 0
Чернозем выщелоченный, C:N в ЛОВ > 20
<0,1 <14 >62 >20,6 >15,5 >46 >42
0,1-0,2 14-29 47-62 15,7-20,6 11,8-15,5 32-46 26-42
0,2-0,3 29-43 33-47 11,0-15,7 8,2-11,5 18-32 12-26
0,3-0,4 43-57 19-33 6,3-11,0 4,8-8,2 4-18 0-12
0,4-0,5 57-70 6-19 2,0-6,3 1,5-4,8 0-4 0
>0,5 >70 <6 <2,0 <1,5 0 0
Чернозем выщелоченный, C:N в ЛОВ < 20
<0,1 <30 >46 >15,3 >11,5 >35 >30
0,1-0,2 30-58 18-46 6,0-15,3 4,5-11,5 10-35 0-30
0,2-0,3 58-80 0-18 0-6 0-4,5 0-10 0
>0,3 >80 0 0 0 0 0
Заключение. Таким образом, изучение параметров лабильного органического вещества в агроценозах центральной лесостепи Приволжской возвышенности дало возможность провести количественную оценку режима ЛОВ в зависимости от вида севооборота, продолжительности использования многолетних трав, различных систем удобрения. Показано, что способность почв региона к высвобождению минерального азота зависит как от количества, так и от качества легкоразла-гаемого органического вещества.
Литература Ганжара Н.Ф. Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества подзолистых и черноземных почв Европейской части СССР. Автореферат дисс. д-ра биол. наук. М.: МСХА, 1988.- 31 с. 1. Зезюков Н.И., Дедов А.В. Содержание лабильного органического вещества в пахотных черноземах ЦЧЗ // Почвоведение, 1994.- № 10.- С. 54-57. 2. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996.- 367 с. 3. Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.:Наука, 1989.- 216 с. 4. Кузяков Я.В. Трансформация низкомолекулярных органических азотсодержащих веществ в почв // Почвоведение, 1996.- N° 12.- С. 14301439. 5. Тейт Р. 3-ий. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты. Пер. с англ. М.: Мир, 1991.- 400 с. 6. Туев Н.А. Микробиологические процессы гумусообразования. М.: Агро-промиздат, 1989.- 237 с. 7. Шарков И.Н. Минерализация и баланс органического вещества в почвах агроценозов Западной Сибири. Автореферат дисс. д-ра биол. наук. Новосибирск, 1997.- 37 с.
OPTIMIZATION OF LABILE ORGANIC MATTER CONTENT IN FOREST-STEPPE SOILS OF THE VOLGA REGION
N.F. Ganzhara1, R.F. Baibekov2, B.A. Borisov1, S.M. Nadezhkin3 1Russian State Agricultural University - Moscow Agricultural Academy, Russian Academy of Sciences, ul Timiryazeva 49, Moscow,
127550 Russia; 2Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia; 3All-Russian Research Institute of Vegetable Breeding and Seed Production,
Lesnoi Gorodok, Odintsovo raion, Moscow oblast, 143080 Russia Parameters of labile organic matter (LOM) in central forest-steppe agrocenoses of the Volga Upland were studied depending on crop rotation, duration ofperennial grass growing, and fertilizing systems. It was shown that the capacity of regional soils to release mineral nitrogen depended on the content and quality of LOM.
Key words: labile organic matter (LOM), LOM nitrogen, LOM carbon, stable 15N isotope, C : NLOM ratio.
