Научная статья на тему 'Органическое вещество и Азот торфяной почвы под пастбищем длительного использования'

Органическое вещество и Азот торфяной почвы под пастбищем длительного использования Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
66
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
торфяные низинные почвы / многолетнее культурное пастбище / условия почвообразования / гумусовое состояние и азот / peat lowland soils / long-term cultural pasture / soil formation conditions / humus state and nitrogen

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — В П. Царенко, А Н. Уланов, А С. Горский

В данной статье представлены результаты исследования влияния длительного (81 год) бессменного возделывания долголетнего культурного пастбища с применением и без применения минеральных удобрений в течение 9 последних лет на трансформацию органического вещества и азота торфяной низинной освоенной почвы Кировской лугоболотной опытной станции. Исследования проводились в длительных полевых стационарных опытах в климатических условиях Кировской области. На основании сравнения данных по изменению валовых содержаний углерода и азота органического вещества почвы, а также основных фракций гумусовых кислот между собой и с аналогичными показателями в почве под лесом авторы приводят характеристику и направленность основных процессов почвообразования в условиях пастбищного использования торфяных почв. Показано, что важнейшими факторами, определяющими направленность и скорость почвообразовательного процесса, являются плотная дернина, экскременты выпасаемого скота и минеральные удобрения. Наиболее интенсивное воздействие на процессы трансформации органических и гумусовых веществ, а также на азот этих соединений оказывает использование минеральных удобрений, несмотря на протекторное действие плотно сформированной дернины, которая способствует снижению темпов минерализации органического вещества почвы. При возделывании многолетнего культурного пастбища без удобрений отмечается замедление процессов трансформации органического вещества и снижение азота фракций гумусовых кислот.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — В П. Царенко, А Н. Уланов, А С. Горский

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ORGANIC MATTER AND NITROGEN IN PEAT SOILS UNDER PASTURE OF LONG USE

This article presents the results of a study of the impact of long-term (81 years) permanent cultivation of long-term cultivated pastures with and without the use of mineral fertilizers over the past 9 years on the transformation of organic matter and nitrogen from peat low-lying developed soil of the Kirov meadow swamp experimental station. The research was carried out in long-term field experiments in the climatic conditions of the Kirov region. Based on a comparison of data on changes in the gross contents of carbon and nitrogen of the organic matter of the soil, as well as the main fractions of humic acids with each other and with similar indicators in the soil under the forest, the authors give a description and orientation of the main processes of soil formation in the conditions of grazing use of peat soils. It is shown that the most important factors determining the direction and speed of the soil-forming process are dense turf, the excrement of grazed cattle and mineral fertilizers. The most intense effect on the processes of transformation of organic and humic substances, as well as on the nitrogen of these compounds, is exerted by the use of mineral fertilizers, despite the protective effect of the densely formed turf, which helps to reduce the rate of mineralization of the organic matter of the soil. When cultivating a long-term cultural pasture without fertilizers, a slowdown in the processes of transformation of organic matter and a decrease in the nitrogen of humic acid fractions are noted.

Текст научной работы на тему «Органическое вещество и Азот торфяной почвы под пастбищем длительного использования»

6. Tyslenko A.M. Posevnye ploshchadi i urozhajnost' tritikale v Rossijskoj Federacii. Innovacionnye sorta i tekhnologii vozdelyvaniya yarovogo tritikale: kollektivnaya monografiya. -Vladimir: FGBNU VNIIOU. - Ivanovo: Izd-vo PresSto, 2017. - S. 6-14.

7. Ajrih E.V. Rasprostranenie i perspektivy ispol'zovaniya tritikale // Vestnik myasnogo skotovodstva. - 2013. - № 3 (81). - S. 106-109.

8. Kovtunenko V.YA., Panchenko V.V., Kalmysh A.P. Ocenka kollekcionnogo i selekcionnogo materiala yarovogo tritikale v Nacional'nom Centre Zerna // Tritikale. Tritikale i stabilizaciya proizvodstva zerna, kormov i produktov ih pererabotki: materialy 8-j mezhdunar. nauchn.-prakt. konferencii (7 iyunya 2018 goda). - Vyp. 8. - Rostov-na-Donu, 2018. - S. 66-72.

9. Bocharnikova O.G., Gorbunov V.N., SHevchenko V.E. Ocenka sortov yarovogo tritikale po produktivnosti i kachestvu zerna // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 2 (53). - S. 23-30.

10.Ramazanova R.H., Tursinbaeva G.R., Kekilbaeva G.R., Matina A.E., Kasiphan A. Vliyanie azotnyh udobrenij na produktivnost' yarovogo tritikale v suhostepnoj zone Kazahstana // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - 2018. - № 1(62). - S. 47-51.

11.Nenajdenko G.N., Sibiryakova T.V. Vliyanie udobrenij na urozhajnost' i kachestvo zerna yarovogo tritikale // Agrohimiya. - 2015. - № 9. - S. 41-45.

12. Janusauskaite D., Feiziene D., Feiza V. Nitrogen-induced variations in leaf gas exchange of spring triticale under field conditions. // Acta. Fhysiologiae Plantarum. - 2017. - T. 39. - № 9. - 193 s.

13.Kosolapov V.M., CHujkov V.A., Hudyakova H.K., Kosolapova V.G. Fiziko-himicheskie metody analiza kormov. - M.: Izd. «Tipografiya Rossel'hozakademii», 2014. - 344 s.

14.Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij). - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 s.

УДК 631:615 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13081

Доктор с.-х. наук В.П. ЦАРЕНКО (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Доктор с.-х. наук А.Н. УЛАНОВ (Вятская ГСХА, [email protected]) Аспирант А.С. ГОРСКИЙ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО И АЗОТ ТОРФЯНОЙ ПОЧВЫ ПОД ПАСТБИЩЕМ

ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Характерной чертой болотного процесса почвообразования торфяных почв является накопление огромных запасов органического вещества и азота. Это позволило выделить их в группу органогенных почв [1]. Осушение и вовлечение торфяных почв в сельскохозяйственное производство существенно изменило ход их почвообразовательного процесса, при котором накопление органического вещества и азота сменилось процессами их распада [2, 3]. В связи с этим трансформация фонда органического вещества и азота освоенных торфяных почв вызывают значительный научный и практический интерес. Поскольку азот имеет химически конституционную связь с гумусовыми веществами, то трансформация его соединений напрямую зависит от процессов трансформации органического вещества. В основе трансформации органического вещества лежат два основных почвообразовательных процесса - минерализация и гумификация. Минерализации подвержено все органическое вещество почвы: будь это грубодисперсное органическое вещество, гумусовые вещества, свежее органическое вещество, аминокислоты или белки, разница лишь в ее скорости. Для каждой группы органических соединений скорость минерализации различна. Процессу гумификации же в большей степени подвержены продукты минерализации. Эти два сложных, тесно связанных и динамичных процесса

обуславливают почвообразование в каждом отдельном случае в зависимости от множества факторов: возделываемой культуры и её агротехники, удобрений, температуры, влажности и т.д. [4, 5]. В представленной статье дана сравнительная оценка трансформации органического вещества и азота в торфяной низинной почве в условиях бессменной эксплуатации культурного пастбища на протяжении 81 года. В этом ее актуальность.

Цель исследования - изучить изменения валового содержания углерода и азота, а также гумусового состояния почв в условиях многолетнего культурного пастбища и выявить основные закономерности трансформации органического вещества и азота в данных условиях.

Материалы, методы и объекты исследования. В статье представлены основные данные по содержанию углерода и азота органического вещества торфа и основных фракций гумусовых веществ торфяных низинных освоенных почв Кировской лугоболотной опытной станции в условиях многолетнего культурного пастбища.

Почвенные образцы для исследования основных показателей азотного режима отбирали в конце июня 2016 года. Для определения валового углерода и азота использовали метод одновременного определения общего содержания углерода и азота в торфяных почвах по Анстету в модификации Пономаревой и Николаевой. Для оценки гумусового состояния использовали метод определения состава органического вещества торфяных почв по схеме и методу Пономаревой и Николаевой, с последующим определением содержания углерода и азота во фракциях гуминовых и фульвокислот микрохромовым методом Тюрина. Все показатели пересчитаны на абсолютно сухой торф.

Объектом исследования является пастбищный участок, залуженный в 1935 году на площади 25 га, на который ежегодно вносили КРК удобрения. В 2007 году на нем был разбит опыт по следующей схеме: 1. Контроль без удобрений; 2. N90; 3. №оК9о; 4. №оРбо; 5. №оРбоК9о; 6. N35. Опыт заложен в 4-кратной повторности. Площадь каждой делянки (учетная площадь) - 25 м2. Удобрения - аммиачную селитру, простой суперфосфат и хлористый калий вносили следующим образом: азотные - под 1-е и 3-е стравливание, фосфорные и калийные - один раз весной. Всего за период вегетации проводили четыре стравливания. В статье представлены 1 и 5 варианты опыта. Абсолютным контролем служила осушенная целинная торфяная почва под лесом.

Результаты исследования. Уникальность почвообразовательного процесса под пастбищем обусловлена постоянным поступлением свежего органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также с экскрементами выпасаемого скота. Наибольшее значение, на наш взгляд, принадлежит экскрементам скота. По данным А.Н. Уланова [6], во время пастьбы на пастбище остается большое количество продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота в виде кала и мочи. В среднем за пастбищный период на один гектар пастбища в почву вместе с экскрементами попадает 25,5 кг общего азота, 3,9 Р2О5 и 13,8 К2О. Помимо этого, с экскрементами животных в почву ежегодно вносится более 1 т/га сухого органического вещества. Эти условия, безусловно, будут оказывать влияние на почвообразовательные процессы исследуемых почв. Кроме того, применение минеральных удобрений с целью увеличения продуктивности пастбища также будет оказывать существенное влияние.

В табл.1 представлены данные по валовому содержанию углерода и азота, а также их соотношение.

Анализ данных табл.1 показал, что по отношению к целинной почве под лесом в контрольном варианте торфяных почв под пастбищем (вариант без удобрений) наблюдается значительное увеличение валового содержания углерода в среднем на 13,5% по обоим горизонтам и снижение валового азота на 0,21%. Результатом является расширение соотношения С^ в среднем по двум горизонтам: на 7,9 ед. по отношению к целине и на 6,55 ед. к варианту с применением удобрений. Использование минеральных удобрений на пастбище с 1935 года также приводит к увеличению валового углерода и азота, но только в

слое 23-36 см - в среднем на 11,8% и 0,34% соответственно. В результате этого отмечается небольшое увеличение соотношения С^ по отношению к целинной почве - в среднем по двум горизонтам на 1,35.

Таблица 1. Валовое содержание углерода и азота в исследуемых почвах

Глубина, см Валовое содержание, % СЖ

Углерод Азот

Целина (лес)

0-20 43,67 2,21 19,7

20-40 37,95 1,95 19,4

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 52,66 2,00 26,2

23-36 56,09 1,95 28,7

Многолетнее культурное пастбище - ^0Р60К90

0-23 44,45 2,18 20,2

23-36 49,80 2,29 21,6

НСР 0,5 1,65 0,10 -

Таким образом, в варианте без минеральных удобрений на фоне плотной дернины, даже при постоянном поступлении свежего органического вещества и элементов питания с экскрементами выпасаемого скота, интенсивность процессов минерализации торфа идет вяло. В результате этого происходит интенсивная аккумуляция валового углерода. Очевидно, что гетеротрофной микрофлоре для ее активизации и усиления процессов минерализации недостаточно элементов питания, поступающих с экскрементами животных. Напротив, аналогичные условия, наряду с применением полного минерального удобрения, хотя и незначительно, но увеличивают интенсивность минерализационных процессов почвы, в связи с чем отмечается небольшая аккумуляция углерода и азота, а также возрастает продуктивность пастбищного травостоя. Это согласуется с нашими более ранними исследованиями и работами других исследователей [7, 8, 9].

Неотъемлемым результатом процесса гумификации является образование гумусовых кислот, а именно: фракций гуминовых и фульвокислот. От почвенных условий зависит соотношение образования той или иной фракции гумусовых кислот [10]. Более подробно рассмотрим гумусовое состояние исследуемых почв. Характеристика фракции гуминовых кислот представлена в табл. 2. Содержание углерода и азота в гумусовых кислотах принято отображать в процентах в пересчете на абсолютно сухой торф.

Из табл. 2 следует, что наибольшее среднее содержание углерода по двум горизонтам фракции гуминовых кислот принадлежит почве под многолетним культурным пастбищем без применения минеральных удобрений и составляет 13,72%, что на 1,38% больше аналогичного содержания в почве под лесом. В почве под многолетним культурным пастбищем с применением минеральных удобрений в дозах №0Р60К90 содержание углерода гуминовых кислот в среднем по двум горизонтам составило 11,75%, что на 0,59% меньше, чем в почве под лесом. Наибольшая концентрация углерода гуминовых кислот во всех вариантах содержится в слое 23-36 см. Наибольшее среднее по горизонтам содержание азота во фракции гуминовых кислот наблюдается в варианте с применением удобрений, где оно составило 0,7049%. Очевидно, что главную роль в увеличении азота данной фракции гумусовых веществ играют азотные минеральные удобрения. Наименьшее среднее содержание азота по двум горизонтам отмечено в почве под пастбищем без удобрений -0,2995%, что на 0,4054 и 0,0269% меньше, чем в варианте с удобрениями и под лесом соответственно. Наименьшее соотношение углерода к азоту отмечено в варианте пастбища с применением удобрений и составляет 16,6, что обусловлено резким увеличением содержания

азота на фоне снижения углерода данной фракции. В варианте пастбища без удобрений данное соотношение является самым широким и равно 46,4, что связано с уменьшением содержания азота на фоне увеличения углерода этой фракции гумусовых веществ. Соотношение СМ в почве под лесом равно 40,7, что на 24,1 больше, чем под пастбищем с удобрениями, и на 5,6 меньше, чем под пастбищем без удобрений.

Таблица 2. Характеристика фракции гуминовых кислот

Глубина, см Гуминовые кислоты

Углерод, % Азот, % С/К

Целина (лес)

0-20 10,72 0,3975 26,9

20-40 13,96 0,2554 54,6

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 9,04 0,1823 49,5

23-36 18,40 0,4168 44,1

Многолетнее культурное пастбище - К90Р60К90

0-23 10,47 0,7141 14,6

23-36 13,03 0,6958 18,7

НСР 0,5 0,743 0,03171 -

Из вышеизложенного следует, что применение минеральных удобрений на пастбище в течение 81 года способствует снижению данной части органического вещества по углероду и резкому увеличению по азоту, результатом чего является самое узкое соотношение С/К. За 9-летний период без использования минеральных удобрений на пастбище отмечается увеличение углерода и снижение азота фракции гуминовых кислот, в связи с чем отмечается самое широкое соотношение С/К.

По отношению углерода гуминовых кислот к фульвокислотам принято судить о типе гумуса, данный показатель отображает соотношение образования той или иной фракции гумусовых кислот. В табл. 3 представлена характеристика фракции фульвокислот и коэффициент гумификации.

Таблица 3. Характеристика фракции фульвокислот и соотношение Сгк/Сфк

Глубина, см Фульвокислоты Сгк

Углерод, % Азот, % С/К СФК

Целина (лес)

0-20 6,20 0,4057 15,2 1,72

20-40 4,51 0,2594 17,3 3,09

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 4,38 0,3057 14,3 2,18

23-36 5,92 0,3687 16,0 3,10

Многолетнее культурное пастбище - К90Р60К90

0-23 4,35 0,2763 15,7 2,40

23-36 3,35 0,2949 11,3 3,88

НСР 0,5 0,561 0,03711 - -

Сравнительная оценка табл. 3 показала, что по отношению к почве под лесом использование почв под пастбищем способствует уменьшению среднего по горизонтам содержания углерода фракции фульвокислот. Так, среднее содержание углерода фракции

фульфокислот под лесом составило 5,35%, что на 0,2% и 1,5% больше средних содержаний, чем в вариантах пастбища без удобрений и с применением удобрений соответственно. Сравнение среднего содержания азота данной фракции с целинным вариантом указывает на уменьшение его в варианте пастбища с удобрениями в среднем на 0,0469% и увеличение в варианте пастбища без удобрений в среднем на 0,0047%. Соотношение C/N фракции фульвокислот в почве под лесом больше на 1,15 и 2,75 ед., чем среднее соотношение вариантов пастбища без удобрений и с применением удобрений соответственно. Соотношения Сгк/Сфк указывают на гуматный тип гумуса по всем исследуемым вариантам. Использование торфяных низинных почв под пастбище увеличивает это соотношение. Особенно значительно в варианте с применением удобрений.

Выводы. В сравнении с целинной почвой под лесом в почве под долголетним культурным пастбищем с применением полного минерального удобрения наблюдаются следующие закономерности почвообразования: интенсивная аккумуляция валового углерода и азота в горизонте 23-36 см; снижение углерода фракции гумусовых кислот; самое большое соотношение Сгк/Сфк; уменьшение азота фракции фульвокислот и увеличение его во фракции гуминовых кислот.

В почве пастбища без применения минеральных удобрений, куда поступают только экскременты выпасаемого скота, отмечается: интенсивная аккумуляция валового углерода и снижение валового азота; увеличение углерода гуминовых кислот на фоне снижения углерода фракции фульвокислот; уменьшение азота фракции гумусовых кислот и увеличение его во фракции фульвокислот, что диаметрально противоположно варианту с применением удобрений; увеличение соотношения Сгк/Сфк.

В почвообразовательных процессах под долголетним культурным пастбищем основное протекторное действие выполняет плотно сформированная десятилетиями дернина. Главными мелиоративными факторами в варианте пастбища без удобрений является поступление органического вещества и элементов питания с экскрементами животных и корневыми и пожнивными остатками, которых почти хватает для нивелирования потерь органического вещества и элементов, связанных с потребностями в питании пастбищного травостоя. Минеральные удобрения являются мощным агентом почвообразования, они увеличивают интенсивность процессов минерализации и гумификации органического вещества, что наглядно отражает вариант пастбища, на котором прекратили использование минеральных удобрений.

Литература

1. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 264 с.

2. Koops J.G., van Beusichem M.L., Oenema O. Nitrogen loss from grassland on peat soils through nitrous oxide production //Plant and Soil. - 1997. - Т. 188. - № 1. - С. 119-130

3. Бамбалов Н.Н. Агрогенная эволюция осушенных торфяных почв// Почвоведение. - 2005. - № 1. - С. 29-37.

4. Broadbent F.F. Biological and chemical aspects mineralization//Jntern. Soil Gong., 1962. Wellington.

5. Семененко Н.Н. Влияние осушения и способов сельскохозяйственного использования на трансформацию химического состава торфяных почв//Мелиорация. - 2009. - № 2 (62). - С. 147-152.

6. Уланов А.Н. Торфяные и выработанные почвы южной тайги Евро-северо-востока России: монография. - Киров, 2005. - 320 с.

7. Уланов А.Н., Царенко В.П., Горский А.С. Азотный фонд торфяных почв и продуктивность многолетнего культурного пастбища при применении удобрений в условиях Северо-Востока Европейской части РФ//Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2017. - №2 (47). - С. 69-74.

8. Ефимов В.Н., Царенко В.П. Удобрение сельскохозяйственных культур на мелиорированных торфяных почвах. - М.: Агропромиздат, 1988. - 123с.

9. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. - М., 2007. - 138 с.

10. Бамбалов Н.Н., Беленькая Т.Я. Фракционно-групповой состав органического вещества целинных и мелиорированных торфяных почв//Почвоведение. — 1998. — №12. — С. 1431-1437.

Literatura

1. Efimov V.N. Torfyanye pochvy i ih plodorodie. - L.: Agropromizdat, 1986. - 264 s.

2. Koops J.G., van Beusichem M.L., Oenema O. Nitrogen loss from grassland on peat soils through nitrous oxide production //Plant and Soil. — 1997. — T. 188. — № 1. — S. 119-130

3. Bambalov N.N. Agrogennaya evolyuciya osushennyh torfyanyh pochv// Pochvovedenie. - 2005.

- № 1. - S. 29-37.

4. Broadbent F.F. Biological and chemical aspects mineralization//Jntern. Soil Gong., 1962. Wellington.

5. Semenenko N.N. Vliyanie osusheniya i sposobov sel'skohozyajstvennogo ispol'zovaniya na transformaciyu himicheskogo sostava torfyanyh pochv//Melioraciya. - 2009. - № 2 (62). - S. 147-152.

6. Ulanov A.N. Torfyanye i vyrabotannye pochvy yuzhnoj tajgi Evro-severo-vostoka Rossii: monografiya. - Kirov, 2005. - 320 s.

7. Ulanov A.N., Carenko V.P., Gorskij A.S. Azotnyj fond torfyanyh pochv i produktivnost' mnogoletnego kul'turnogo pastbishcha pri primenenii udobrenij v usloviyah Severo-Vostoka Evropejskoj chasti RF//Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta.

- 2017. - №2 (47). - S. 69-74.

8. Efimov V.N., Carenko V.P. Udobrenie sel'skohozyajstvennyh kul'tur na meliorirovannyh torfyanyh pochvah. - M.: Agropromizdat, 1988. - 123s.

9. Umarov M.M., Kurakov A.V., Stepanov A.L. Mikrobiologicheskaya transformaciya azota v pochve. - M., 2007. - 138 s.

10.Bambalov N.N., Belen'kaya T.YA. Frakcionno-gruppovoj sostav organicheskogo veshchestva celinnyh i meliorirovannyh torfyanyh pochv//Pochvovedenie. — 1998. — №12. — S. 1431-1437.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.