CC BY
163
УДК 631.41:631.445.4
СОДЕРЖАНИЕ ГУМУСА, АЗОТА И ФОСФОРА В АГРЕГАТАХ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Е.В. ДУБОВИК, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ВНИИЗиЗПЭ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. При изучении содержания гумуса, валового азота и фосфора в почвенных агрегатах в пределах одного поля выявлено, что величины этих агрохимических показателей во фракциях чернозема типичного определяются не только их процентным содержанием в изучаемых почвенных отдельностях, но и количеством почвенных агрегатов определенного размера в почве. В образцах с условным I, II и III уровнем плодородия минимальное содержание гумуса (4,55...4,68 %) отмечено в почвенных агрегатах размером <0,25 мм независимо от исходного уровня плодородия. Максимальное количество гумуса (5,15 %) при I уровне плодородия содержалось в агрегатах размером 1.0,5 мм, при II уровне (5,33 %) - 2.1 мм, а при III уровне (5,42 %) - 0,5.0,25 мм. Концентрация валового азота в почвенных агрегатах была близкой к величине этого показателя в нефракционированной почве и связано с уровнем ее плодородия в целом. Наибольшее количество азотистых веществ (0,22. 0,23 %) аккумулируется в почвенных отдельностях >10 мм и 2.1 мм. Содержание фосфора в почвенных агрегатах увеличивается по мере их уменьшения. Независимо от уровня плодородия минимальное количество общего фосфора (0,13.0,14 %) установлено в агрегатах размером <0,25 мм, а максимальное (0,14.0,16 %) - 1.0,25 мм.
Ключевые слова: почвенные агрегаты, гумус, общий азот, общий фосфор, плодородие почвы, прецизионное земледелие.
Формирование почвенного плодородия определяется сочетанием природных и антропогенных факторов внешнего воздействия. Изучение его основных показателей лежит в основе планирования и разработки высокотехнологичного направления - прецизионного земледелия. Основу плодородия черноземных почв составляют как агрохимические, так и агрофизические свойства. Среди комплекса последних следует выделить уникальный продукт почвообразования - почвенные агрегаты. Структура почвы формируется при участии и взаимодействии физических, химических, минералогических и биологических факторов, роль которых зависит от типа почвы и уровня организации почвенных систем [1]. В них протекают практически все почвенные микропроцессы [2].
Агрегатный структурный уровень принято подразделять на три подуровня: ультрамикроагрегаты (<20 мкм), микроагрегаты (20...
250 мкм) и макроагрегаты (>250 мкм) [3, 4]. Для характеристики почвообразовательного процесса, доступности растениям питательных элементов и ряда других свойств многие исследователи изучали химический состав фракций механических элементов почв (<250 мкм), содержание в них гумуса, азота и фосфора [5.8 и др.], в то же время работ по-
священных вопросам определения агрохимического состава макроагрегатов недостаточно, особенно в прецизионном земледелии. При изучении совокупности агрегатного состояния и агрохимических свойств в пределах одного поля можно проследить зависимость содержания основных элементов питания в различных по размеру структурных отдельностях и учитывать это при планировании и управлении сельскохозяйственным использованием земель.
Таким образом, цель нашей работы - определение взаимосвязи между размером и количеством почвенных агрегатов и содержанием в них гумуса, азота и фосфора.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на территории опытного поля ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии Россельхозакадемии (Курская область, Медвенский район). Полигон по точному земледелию площадью 2 га заложен в 2006 г. на приводораздельном участке с уклоном 0.1,50, примыкающем к северному склону. Территория участка была разбита равномерной сеткой с шагом опробования 10 м. Почвенный покров представлен черноземом типичным тяжелосуглинистым, сформированным на лессовидном карбонатном суглинке. Исследования проводили с 2006 по 2009 гг.
По результатам общей агрохимической оценки с учетом показателей потенциального плодородия были выделены почвенные образцы с условным I, II и III уровнем. Их подвергли фракционированию в воздушно-сухом состоянии по методу Н.И. Саввинова [9]. В почвенных агрегатах размером >10 мм, 10.7 мм, 7.5 мм, 5.3 мм, 3.2 мм, 2.1 мм, 1.0,5 мм, 0,5.0,25 мм и <0,25 мм определяли следующие агрохимические показатели: гумус (по Тюрину), валовой азот и фосфор (по Гинзбург). Материалы исследования обрабатывали вариационно-статистическими методами [10, 11].
Результаты и обсуждение. Один из основных элементов почвенного плодородия, играющий огромную роль при формировании структурных отдельностей -гумус. В среднем за 4 года наименьшее его содержание - (4,58.4,55 и 4,68 %) отмечено независимо от
Рис. 1. Содержание гумуса (%) в агрегатах чернозема типичного в зависимости от уровня плодородия: Щ - I уровень; □ - II уровень; □ - III уровень плодородия.
Рис. 2. Содержание валового азота (%) в агрегатах чернозема типичного в зависимости от уровня плодородия: Щ - I уровень; □ - II уровень; □ - III уровень плодородия.
исходного уровня плодородия в почвенных агрегатах <0,25 мм. При I уровне плодородия самое высокое количество гумуса (5,15 %) установлено в агрегатах 1.0,5 мм, при II уровне (5,33 %) - 2.1 мм и при III уровне (5,42 %) - в агрегатах 0,5.0,25 мм.
Несмотря на высокую гумусированность фракций 1,0.0,25 мм при I и III уровне плодородия, эти структурные отдельности содержат незначительное количество гумуса почвы - 4,6...7,6 % от валового содержания (табл.1). Наибольшее количество гумуса во фракциях 2.1 мм при II уровне плодородия определяется высокой долей агрегатов такого размера в почве (20,17 %), то есть чем выше доля агрегатов того или иного размера, тем больше валовое содержание гумуса в таких структурных отдельностях. Эта зависимость выражается параболой и подтверждается высоким коэффициентом корреляции.
Высокая доля агрегатов >2 мм при аккумуляции гумуса почвы обусловлена значительным содержанием в почве структурных отдельностей такого размера, а также содержанием органического вещества близким к концентрации гумуса в не-фракционированной почве.
В почвенных агрегатах отмечено достаточно ровное распределение валового азота (рис. 2), а его количественное содержание близко к величине этого показателя в нефракционированной почве (см. табл.) и зависит от уровня плодородия в целом.
Наибольшее количество азотистых веществ почвы акку-
мулируется в отдельностях размером >10 мм и 2.1 мм и составляют 18,2.25,0 % и зависит в первую очередь от доли этих фракций в почве.
Отношение углерода к азоту во всех агрегатах чернозема типичного несколько уже, чем в нефракциониро-ванной почве. В отдельностях <0,25 мм при среднем и высоком уровне плодородия величины С^ были наименьшими, что свидетельствует об обогащенности таких частиц азотом.
Общеизвестно, что содержание фосфора в почве связано с концентрацией гумуса. Во всех изучаемых почвенных образцах минимальная величина этого показателя была установлена в агрегатах <0,25 мм (0,13.0,14 %), максимальная - в частицах размером 1.0,25 мм (0,14.0,16 %).
Количество фосфора в почвенных агрегатах (рис. 3) увеличивается по мере уменьшения размеров почвенных отдельностей до размера 0,5.0,25 мм. Во фракции <0,25 мм отмечается резкое снижение его содержания. Четко прослеживается взаимосвязь уровня плодородия
Таблица. Содержание гумуса, азота и фосфора в агрегатах чернозема
типичного
Гумус, % N общий, % Р„Ог общий, %
Диаметр частиц, мм Содержание фракций в почве, % к массе фрак- ции к валовому содержанию в почве к массе фрак- ции квало-вому содержанию в почве СN к массе фрак- ции квало-вому содержанию в почве
Почва* I уровень плодородия 5,02 0,20 14,6 0,123
>10 23,75 5,01 23,7 0,22 25,0 13,2 0,132 24,4
10.7 9,88 5,12 10,2 0,21 10,0 14,1 0,135 8,1
7.5 8,96 5,02 8,9 0,22 10,0 13,2 0,135 8,1
5.3 11,42 5,05 11,5 0,21 10,0 13,9 0,137 16,3
3.2 10,16 5,05 10,2 0,22 10,0 13,3 0,138 8,1
2.1 18,18 5,04 18,3 0,22 20,0 13,3 0,139 16,3
1.0,5 4,42 5,15 4,6 0,22 5,0 13,6 0,142 4,9
0,5.0,25 6,65 5,04 6,6 0,22 5,0 13,3 0,141 7,3
<0,25 6,59 4,58 6,0 0,20 5,0 13,3 0,127 6,5
Почва II уровень плодородия 5,11 0,21 14,1 0,144
>10 20,69 5,12 20,7 0,22 19,0 13,5 0,144 20,8
10.7 8,61 5,07 8,6 0,22 9,5 13,4 0,144 6,9
7.5 9,18 5,09 9,2 0,21 9,5 14,1 0,145 6,9
5.3 11,88 5,10 11,9 0,22 14,3 13,4 0,145 13,9
3.2 12,24 5,09 12,1 0,22 14,3 13,4 0,144 13,9
2.1 20,17 5,19 20,5 0,22 19,0 13,7 0,147 20,8
1.0,5 4,67 5,15 4,7 0,23 4,8 13,0 0,148 5,0
0,5.0,25 6,11 5,17 6,3 0,23 4,8 13,0 0,148 6,2
<0,25 6,45 4,66 6,0 0,21 4,8 12,9 0,131 5,6
Почва III уровень плодородия 5,24 0,22 13,8 0,147
>10 21,61 5,24 21,6 0,22 22,8 13,8 0,155 20,4
10.7 9,61 5,17 9,5 0,23 9,1 13,0 0,157 6,8
7.5 8,35 5,23 8,4 0,23 9,1 13,2 0,156 6,8
5.3 10,59 5,25 10,7 0,23 9,1 13,2 0,159 13,6
3.2 11,58 5,31 11,6 0,23 13,6 13,4 0,161 13,6
2.1 19,52 5,35 19,8 0,23 18,2 13,5 0,161 20,4
1.0,5 4,52 5,36 4,6 0,23 4,5 13,5 0,162 4,8
0,5.0,25 7,03 5,42 7,6 0,23 9,1 13,7 0,162 6,8
<0,25 7,21 4,68 6,5 0,21 4,5 12,7 0,147 6,8
* - в нефракционированной почве
0,17
ОДб
0,15
0,14
одз
ОД 2 0,11 одо
-4І
у = -0,0006х2 + 0,0055х + 0,1478 R2 = 0,5164
у = -0,0005х2 + 0,0043х + 0,1379 R2 = 0,416
у = -0,0005х2 + 0,0055х + 0,1255 R2 = 0,5057
>10 10.-7 7.-5 5.-3 3.-2
2.-1 1.-0,5 0,5-0,25 <0,25
Рис. 3. Содержание валового фосфора (%) в агрегатах чернозема типичного в зависимо сти от уровня плодородия: Щ - I уровень; □ - II уровень; □ - III уровень плодородия.
с концентрацией этого элемента питания в почвенных агрегатах, по мере его увеличения возрастает содержание фосфора в почвенных отдельностях.
Наиболее важна агрономически ценная структура, формирование которой происходит за счет агрегатов меньшего размера. В связи с этим возникает необходимость обеспечения всех почвенных отдельностей основными элементами питания для сохранения и поддержания почвенного плодородия и получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Совершенно очевидно, что абсолютные запасы гумуса, азота и фосфора определяются не только процентным содержанием в изучаемых фракциях, но и в
первую очередь долей этих фракций в анализируемой почве. Так, агрегаты от 5 до 1 мм находятся в преобладающем количестве и составляют 40.45 %, причем содержание гумуса в структурных отдельностях этого размера близко к количеству органического вещества в не-фракционированной почве.
Выводы. Минимальное содержание гумуса установлено в почвенных агрегатах размером <0,25 мм независимо от исходного уровня плодородия. Максимальная величина этого показателя при I уровне плодородия отмечена в агрегатах размером 1.0,5 мм, при II уровне - в агрегатах 1.2 мм и при III уровне - 0,5.0,25 мм.
Содержание валового азота в почвенных агрегатах близко к величине этого показателя в нефракцио-нированной почве и связано с уровнем ее плодородия в целом. Наибольшее количество азотистых веществ аккумулируется в почвенных отдельностях >10 мм и 1.2 мм.
Количество фосфора в почвенных агрегатах увеличивается по мере уменьшения размеров почвенных отдельностей. Независимо от уровня плодородия минимальное его содержание установлено в агрегатах размером <0,25 мм, а максимальное - 1...0,25 мм.
Литература.
1. АлексееваТ.В., Соколовска З., Хайнос М., Алексеев А.О., Калинин П.И. Водопрочность агрегатов почв субтропиков и тропиков (Грузия и Китай): связь и минералогическим составом и химическими свойствами // Почвоведение. 2009. №4. С. 452.462.
2. Хан К.Ю., Поздняков А.И., Сон Б.К. Строение и устойчивость почвенных агрегатов // Почвоведение. 2007. №4. С. 450.456.
3. ВоронинА.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 244 с.
4. Tisdall J.M., Oades J.M. Orqanic matter and water-stable aqqreqates in soils //J.Soil Science. 1982. V.33. P.141 - 163.
5. Асланов Н.Н. Содержание гумуса, азота и фосфора в механических фракциях сероземов // Почвоведение. 1966. №3. С. 88 - 90.
6. Тюрменко А.Н. Содержание гумуса и емкость поглощения фракций механических элементов почв Западного Казахстана // Почвоведение. 1973. №5. С. 26 - 33.
7. Кривошеев М.П. Содержание гумуса, азота и фосфора в механических фракциях каштановых почв южных предгорий Западного Тарбагая //Агрохимия. 1981. №3. С. 92 - 94.
8. Убугунов Л.Л., Убугунова В.И., Меркушева М.Г. Содержание гумуса и азота в гранулометрических фракциях каштановых почв Западного Забайкалья //Почвоведение. 1990. №1. С. 80 - 86.
9. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почвы. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
10. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. 292 с.
11. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Колос, 1979. 416 с.
THE CONTENT OF HUMUS, NITROGEN AND PHOSPHORUS IN THE AGGREGATES OF TYPICAL CHERNOZEM SOILS IN PRECISION AGRICULTURE
E.V. Dubovik
Summary. When studying the content of humus, total nitrogen and phosphorus in soil aggregates within a field it has been revealed that the content of those agrochemical indexes in the fractions of typical chernozem soils is determined not only by their percent content in the studied soil fragments, but also directly by the amount of the soil aggregates of a certain size in the soil studied. By the results of the total agrochemical estimation of the plot considering the indexes of potential fertility soil samples with conditional fertility levels I, II and III have been singled out. As a result of the investigation it has been established that minimal humus content (4.55 to 4.68 %) is marked in the soil aggregates of the size less than 0.25 mm independent of the initial fertility level. Maximum humus amount (5.15 %), the fertility level being low, was contained in the aggregates of the size 1 to 0.5 mm, in the aggregates of the size 2 to 1 mm, the fertility level being medium (5.33 % of humus), and in the aggregates of the size 0.5 to 0.25 mm, the fertility level being high (5.42 % of humus). The content of total nitrogen in the soil aggregates was close to its content in unfractionated soil and was connected with the soil fertility level in the whole. The greatest amount of soil nitrogenous substances (0.22 to 0.23 %) is accumulated in soil particles more than 10 mm and 2 to 1 mm. It has been established that the phosphorus content in the soil aggregates increases as far as the sizes of the soil particles decrease. Independent of the fertility level minimal content of total phosphorus (0.13 to 0.14 %) is established in the aggregates of the size less than 0.25 mm, and maximum content (0.14 to 0.16 %) is established in the aggregates 1 to 0.25 mm.
Key words: soil aggregates, humus, total nitrogen, total phosphorus, soil fertility, precision agriculture.
