CC BY
36
УДК 631.811.1
трансформация азота биомассы горчицы белой
А.С. АВИЛОВ1, главный почвовед (адго^т_31@ mail.ru)
О.А. СОКОЛОВ2, доктор биологических наук, главный научный сотрудник
А.А. ЗАВАЛИН2, член-корреспондент РАН, зав. лабораторией
Н.Я. ШМЫРЕВА2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова, ул. Прянишникова, 31а, Москва, 127550, Российская Федерация
Резюме. Для изучения размеров использования озимой пшеницей азота биомассы горчицы белой, выращиваемой в качестве сидерата, на черноземе типичном были заложены микрополевые опыты. Агрохимическая характеристика почвы: рНКС1 - 6,5, содержание гумуса (по Тюрину) - 5,0%, Nобщ (по методу Кьельдаля-Йодльбауэра) - 0,23%, подвижных форм фосфора и калия (по Чирикову) - 110 и 105 мг/кг, соответственно. Исследования проводили в сосудах из полиэтиленовой пленки без дна, размером 23x45x30 см. Удобрения в дозе N60Р60К60 вносили перед посевом озимой пшеницы. Схема опыта предусматривала следующие варианты: Р(ЮК(Ю (фон), фон + 15Горчица (15Г) в количестве, эквивалентном Ь6(ю, фон + 15Nм, фон + 2/3дозы 15Г+ 1/3 дозы Nм. Поступающий в почву азот горчицы белой сразу же вовлекается во внутрипочвенный цикл этого элемента, изменяя интенсивность трансформации почвенного азота. При внесении биомассы горчицы, меченной 15N, в почву озимая пшеница использовала этот азот на 27% меньше, чем азот мочевины, при этом его потери были ниже на 57%, а закрепление в почве на 76% больше. При совместном внесении биомассы горчицы и мочевины использование озимой пшеницей азота горчицы и его газообразные потери повышались, а закрепление в почве снижалось. Продуктивность озимой пшеницы при заделке биомассы горчицы возрастала, по сравнению с фоном (Р60К60), в 2 раза, в случае ее совместного применения с мочевиной - в 2,3 раза, при внесении мочевины - в 2,6 раза.
Ключевые слова: изотоп азота 15N, иммобилизация азота, азот горчицы, азот почвы, азот удобрения, газообразные потери.
Для цитирования: Использование озимой пшеницей азота биомассы горчицы белой, меченной 15N, в условиях черноземных почв/А.С. Авилов, О.А. Соколов, А.А. Завалин, Н.Я. Шмырева //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №2. С. 29-31.
Ведущая роль в повышении плодородия почвы принадлежит удобрениям. Применение минеральных удобрений сократилось из-за высоких цен. Дефицит навоза (менее 1 т/га пашни), а также энергозатратность его использования поставили на повестку дня поиск новых путей управления плодородием почв.
В сложившихся условиях для сохранения плодородия почвы и обеспечения стабильной продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо шире использовать сидераты [1-8]. Они служат источником углерода и азота(аминокислоты,лигнин, полифенолы), из которых образуются гумусовые вещества, а также матрицей для новых почвенных агрегатов и средой развития микроорганизмов [9-13]. Под действием сидератов улучшается структурное состояние почвы, повышается водопроницаемость, что способствует лучшему усвоению осадков [2, 14, 15].
В качестве примера эффективного использования сидератов можно назвать Белгородскую область, где в 2011 г. их размещали на площади всего 19 тыс. га, в 2012 г. - 78 тыс. га, в 2014 г. - 284 тыс. га. В перспективе сидератами планируется ежегодно занимать около 350 тыс. га [16].
Установлено, что использование горчицы белой обеспечивает повышение биологической активности почвы, усиление процессов минерализации и гумификации органического вещества, снижение потерь гумуса и накопление питательных веществ в пахотном слое [17-19]. Однако, несмотря на достаточно широкое ее распространение в земледелии ЦЧР, вопросы размеров использования азота биомассы растений этого вида последующими культурами, характер его закрепления в почве и размеры газообразных потерь остаются открытым.
Цель нашей работы - изучить размеры использования озимой пшеницей азота биомассы горчицы белой, заделываемой в качестве сидерата.
Условия, материалы и методы. Для решения постановленной задачи работу проводили в микрополевом опыта на черноземе типичном (Белгородской обл.). Выращивали озимую пшеницу сорта Губернатор Дона. На долю чернозема типичного приходится 44,8% пашни области, озимая пшеница в структуре посевных площадей занимает почти 25% [20].
Агрохимическая характеристика почвы: рНКС| - 6,5, гидролитическая кислотность - 1,32 мг-экв/100 г почвы, содержание обменного Са2+ - 26,7 мг-экв/100 г почвы, Мд - 2,81 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 35,6 мг-экв/100 г, гумуса (по Тюрину) - 5,0%, (по методу Кьельдаля-Йодльбауэра) - 0,23%, подвижных форм фосфора и калия (по Чирикову) - 110 и 105 мг/кг, соответственно.
Исследования проводили в сосудах из полиэтиленовой пленки без дна, размером 23x45x30 см. Удобрения в дозе ^0Р60К60 вносили перед посевом озимой пшеницы. Схема опыта предусматривала следующие варианты: Р60К60 (фон), фон + 15Горчица (15Г) в количестве, эквивалентном по азоту фон + (табл. 1), фон + 2/3 дозы 15Г + 1/3 дозы В качестве фосфорно-калийных удобрений использовали суперфосфат двойной и хлористый калий. Горчицу предварительно выращивали на фоне с внесением сульфата аммония с высоким обогащением ^ (95,2 атомных %).
Таблица 1. Характеристика удобрений, меченных применяемых в исследовании
Источник азота Соотношение C:N ^общ' % 15N, атомных % Доза N, г/м2
Горчица
белая 21 3,3 15,3 6,01
Мочевина 46,0 13,3 6,03
Повторность в опыте 6-икратная, с изотопом 15N - 2-х кратная. В растительных и почвенных образцах определяли общий азот (по Кьельдалю-Йодельбауэру), изотопный состав азота на масс-спектрометре «Delta V».
результаты и обсуждение. Благодаря большему накоплению в зерне и соломе озимая пшеница потре-
Таблица 2. Потребление азота озимой пшеницей
Зерно Солома Общий вы- N удобрения N почвы
Вариант масса, г/м2 N, % вынос, г/м2 масса, г/м2 N, % вынос, г/м2 нос азота, г/м2 г/м2 % от внесенного г/м2 «экстра азот»
Р60К60 (фон) Фон + 15Г 164 1,71 2,80 254 0,48 1,22 4,02 4,02
329 1,89 6,22 496 0,54 2,68 8,90 1,89 31,5 7,01 2,99
Фон + 15N 430 2,03 8,73 666 0,61 4,06 12,79 2,64 44,0 10,15 6,13
Фон + 2/315Г + 1/3N 375 1,95 7,31 569 0,59 3,36 10,67 2,37 39,5 8,30 4,28
Р, % м 3 3
НСР05, г/м2 част. ср. 25 36
овса [21-24]. В случае совместной заделки биомассы горчицы и мочевины использование азота растениями и газообразные потери повышались, а его закрепление в почве снижалось, по сравнению с применением си-дерата в чистом виде.
Наибольшее потребление азота мочевины и почвы обеспечило формирование самого высокого урожая зерна озимой пшеницы (см. табл. 2). При заделке си-дерата продуктивность озимой пшеницы была самой низкой. В варианте с их совместным применением урожайность была на 14% выше, чем в случае внесения только биомассы горчицы.
выводы. Поступающий в почву азот горчицы белой сразу же вовлекается во внутрипочвенный цикл этого минерального элемента, изменяя интенсивность трансформации его почвенной формы. В варианте с заделкой биомассы горчицы, меченной 15N, озимая пшеница использовала меньше (на 27%) азота удобрения, чем при внесении мочевины, одновременно потери его были ниже (на 57%), а закрепление в почве выше (на 76%). При совместной заделке биомассы и мочевины повышалось использование озимой пшеницей азота горчицы и его газообразные потери, а также снижалось закрепление этого элемента в почве. Продуктивность растений при внесении биомассы возрастала, по сравнению с фоном (Р60К60), в 2 раза, в варианте с мочевиной - в 2,6 раза, а при их совместном использовании - в 2,3 раза.
Литература.
1. Анисимова Т.Ю. Эффективность использования люпина узколистного на удобрение и баланс NPK в звене севооборота //Агрохимия. 2014. №6. С.43-47.
2. Борисова Е.Е. Влияние предшественников на урожайность яровой пшеницы на серых лесных почвах// Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2014. Т.9. № 2 (32). С. 89-93.
3. Харкевич Л. П., Шаповалов В.Ф., Анишина Ю.А. Урожай и качество зеленой массы люпина в зависимости от применяемых систем удобрения // Плодородие. 2011. №1. С.7-8.
4. Чекмарев П.А., Лукин С.В. Итоги реализации программы биологизации земледелия в Белгородской области//Земле-делие. 2014. №8. С. 3-6.
5. Jones D.L., Shannon D., Murphy D.V. Role of dissolved organic nitrogen in soil N cycling in grassland soils // Soil Biol. Biochem. 2004. V.36. №5. Рр. 749-756.
6. Pansu M., Thuries L. Kinelie C and N mineralization and N volatilization of organic inputsin soil// Soil Biochem. 2003. V.35. №1. Рр.37-48.
7. Petersen B.M., Jensen L.S., Hansen S. CN-SIM: a model for the turnover of soil organic matter. Short-term carbon and nitrogen development// Soil Biol. Biochem. 2005. V. 37. №5. Рр. 375-393.
8. Six J., Bossuyt H., Denef K. Ahistory of research on the link between (micro) aggregates, soil biota and soil organic matterdynamies // Soil Tillage. Res. 2004. V.79. №1. Рр.7-31.
9. Галеева Л.П. Питательный режим чернозёмов выщелоченных Новосибирского Приобья при сидерации // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2014. Т.2. № 31. С. 19-25.
10. Роль растительной биомассы в формировании активного пула, органического вещества почвы / В.М. Семенов, Л.А. Иванникова, Т.В. Кузнецова, Н.А. Семенова//Почвоведение. 2004. №11. С.1350-1359.
11. Семенов В.М., Ходжаева А.К. Агроэкологические функции растительных остатков в почве // Агрохимия. 2006. №7. С.63-81.
12. Чекмарев П.А., Артюхов А.И., Юмашев Н.П., Яговенко Л.Л. Роль люпина в формировании плодородия почвы //Достижения науки и техники АПК. 2011. №10. С. 17-20.
13. 10. Trinsoutrot J., Recous S., Bentz B. et all. Biochemical guality of erop residues and carbon and nitrogen minerslization kineties under nonlimiting nitrogen conditions //Soil Sci. Sol. Amer. J. 2000. V. 64. P.918-926.
14. 11. Von Lutzow M., Leifeld J., Kainz M. Jndicationfor soil organic matter guality in soils under different management// Geoderma. 2002. V.105. P.243-258.
15. Зезюков Н.И. Сидеральный пар в ЦЧЗ // Земледелие. 1996. №6. С.10-11.
16. Ахметзянов М.Р., Таланов И.П. Влияние фонов питания на продуктивность овса // Вестник Казанского ГАУ № 1(31) 2014. С. 88-90
17. Лукин С. В. Экономическая эффективность биологизации земледелия Белгородской области //АПК: экономика, управление. 2015. № 7. С. 63-68.
бляла самое высокое количество азота в варианте с мочевиной (табл. 2). При внесении в почву биомассы горчицы величина этого показателя была наименьшей. В варианте с их совместным использованием потребление азота растениями повышалось, по сравнению с заделкой только горчицы.
Таблица 3. Баланс азота удобрения и горчицы белой при выращивании озимой пшеницы
Вариант Использовано растениями Закреплено в почве (в слое 0-40 см) Потери
Фон + 15Г 1,89/32* 3,45/58 0,66/10 Фон + 15N 2,64/44 1,98/33 1,38/23 Фон + 2/315Г + 1/3N 2,37/40 2,73/45 0,90/15 м ' ' '
* азот удобрения: в числителе - г/м2, в знаменателе - доля от применяемой дозы, %
Анализ баланса изучаемого элемента в системе «почва-растение» показал, что озимая пшеница лучше использовала азот удобрения при внесении мочевины (табл. 3). Одновременно в этом варианте терялось наибольшее его количество (23% от применяемой дозы), а в почве закреплялось меньше. Самое незначительное количество азота удобрений озимая пшеница использовала при внесении биомассы горчицы. При этом в почве закреплялось больше всего азота, а терялось наименьшее его количество. Аналогичную картину отмечали при внесении биомассы клевера, люпина и
18. Воспроизводство плодородия черноземов в севообороте/А.В. Дедов, Н.И. Придворев, В.В. Верзилин, Л.П. Кузнецова //Земледелие. 2003. №4. С.5-7.
19. Малышева Ю.А., Полякова Н.В., Платонычева Н.В. Содержание органического вещества в почве в звеньях севооборота с сидеральными культурами // Земледелие. 2008. №2. С.16-17.
20. Скорочкин Ю.П., Брюхова З.Я. Сидеральный пар и солома-элементы биологизации земледелия в условиях СевероВосточной части ЦЧР//Земледелие. 2011. №3. С.20-21.
21. Лукин С.В. Агроэкологическое состояние и продуктивность почв Белгородской области. Белгород: КОНСТАНТА, 2011. 302 сАлейникова Л.Д. Превращение азота люпина в дерново-подзолистых почвах и усвоение его зерновыми культурами: автореф. канд. дисс. М., 1979. 19 с.
22. Мамченков И.П., Тащеева Р.М., Васильева В.А. Превращение в почве азота зеленого удобрения, меченого 15N, и использование его растениями // Бюлл. ВИУА. 1977. №33. С.3-10.
23. Серегин В.В. Использование ячменем и баланс меченого азота растительной массы бобовых культур и удобрения при применении ингибитора нитрификации на дерново-подзолистой почве: автореф. канд. дисс. М., 2000. 22 с.
24. Суков А.А. Усвоение растениями, закрепление в почве и потери азота растительных остатков //Агрохимия. 1979. №6. С.12-17.
NITROGEN TRANSFORMATION OF BIOMASS OF WHITE MuSTARD
A.S. Avilov1, O.A. Sokolov2, A.A. Zavalin2, N.Ya. Shmyreva2
Center of Agrochemical Service «Belgorodsky», ul. Shchorsa, 8, Belgorod, 308027, Russian Federation 2All-Russian Research Institute of Agricultural Chemistry, ul. Pryanishnikova, 31a, Moskva, 127550, Russian Federation Summary. Micro field experiments were carried out on typical chernozem in order to study the utilization of nitrogen of biomass of white mustard, grown as green manure crop, by winter wheat. The agrochemical characteristic of the soil: pH of salt extract is 6.5; the content of humus (according to Tyurin) is 5.0%, of total nitrogen (according to Kjeldahl and Jodlbauer) - 0.23%, of mobile forms of phosphorus and potassium (according to Chirikov) - 110 and 105 mg/kg. The investigations were carried out in pots from polyethylene film without bottom; the size was 23 x 45 x 30 cm. Fertilizers at the dose of N60P60K60 were applied before sowing of winter wheat. The design of the experiment included the following variants: P60K60 (the background); the background + 15Mustard (15M) in the amount equivalent to N60; the background + 15Nm; the background + 2/3 dose 15M + 1/3 dose Nm. The nitrogen from white mustard, entering the soil, is at once included in the in-soil cycle of this element, changing the intensity of transformation of soil nitrogen. Winter wheat utilized the nitrogen from biomass of white mustard, labeled by 15N, less by 27%, than nitrogen of carbamide, at the same time its losses were less by 57% and fixing in the soil was higher by 76%. With combined application of mustard biomass and carbamide the utilization of mustard nitrogen by winter wheat and its gaseous losses increased, and its fixing in soil decreased. The productivity of winter wheat with the embedding of mustard biomass increased in comparison with the background (P60K60) 2 times, in the case of its combined application - 2.3 times, with carbamide application - 2.6 times.
Keywords: nitrogen isotope 15N, immobilization of nitrogen, nitrogen from mustard, soil nitrogen, fertilizer nitrogen, gaseous losses.
Author Details: A.S. Avilov, chief soil scientist ([email protected]); O.A. Sokolov, D. Sc. (Biol.), chief research fellow; A.A. Zavalin, corresponding member of the RAS, head of laboratory; N.Ya. Shmyreva, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow. For citation: Avilov A.S., Sokolov O.A., Zavalin A.A., Shmyreva N.Ya. Nitrogen Transformation of Biomass of White Mustard . Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 2. Pp. 29-31 (In Russ.).
ИНФОРМАЦИЯ
По данным Минсельхоза россии субсидирование части затрат на приобретение элитных семян в 2015 г. обеспечило сохранение площадей засеянных таким материалом на уровне 7,9% от общей площади сева в рФ. об этом в ходе своего выступления на коллегии министерства сообщил директор департамента растениеводства, химизации и защиты растений Петр Чекмарев.
Он напомнил, что Федеральным законом от 28 ноября 2015 г. № 329 «О внесении изменений в федеральный закон «О федеральном бюджете на 2015 год и на плановый период 2016 и 2017 годов» на поддержку элитного семеноводства был предусмотрен лимит в размере 2,43 млрд руб.
Как подчеркнул Петр Чекмарев, сельхозтоваропроизводителям из средств федерального бюджета по состоянию на 30 декабря 2015 г. оперативно перечислено 2 млрд руб., или 84,06% от предусмотренного лимита. Дополнительно выделенные средства освоены в размере 0,42 млрд руб.
Средства федерального бюджета, предусмотренные на поддержку элитного семеноводства, полностью освоены в 46 субъектах РФ. В частности, в восьми регионах сельхозтоваропроизводители освоили более 90% средств, в девяти регионах (Еврейская автономная область, Камчатский, Приморский и Пермский края, Республика Тыва, Ханты-Мансийский автономный округ, Пензенская, Волгоградская и Калининградская области) - менее 50% средств федерального бюджета.
По данным ведомственной отчетности, в 2015 г. посев элитными семенами был осуществлен на 7,9% общей площади посева (в 2013 г. - 8,2%, в 2014 г. - 7,2%). Выделенные средства позволили возместить 24,1% общего объема затрат сельскохозяйственных товаропроизводителей на приобретение элитных семян.
В 2016 г., в соответствии с приложением к Федеральному закону от 14 декабря 2015 года №359-Ф3, на поддержку элитного семеноводства предусмотрено 1,5 млрд рублей.
Для справки: элитные семена (семена элиты) - семена сельскохозяйственных растений, которые получены от оригинальных семян селекционно-семеноводческими учреждениями для дальнейшего размножения в производстве. Это потомство лучших, отобранных растений сорта, наиболее полно передающих его урожайные качества и все другие свойства и признаки. Элитные семена должны соответствовать требованиям нормативных документов, утвержденным в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.
По материалам Пресс-службы Минсельхоза России, Департамента растениеводства, химизации и защиты растений
