CC BY
10БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
УЧАСТИЕ АЗОТА МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ В ФОРМИРОВАНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
Н.Я. Шмырева, к.б.н., О.А. Соколов, д.б.н., Л.Н. Цуриков, к.с.-х.н., ВНИИА
Показано, что в процессе эрозии дерново-подзолистой почвы снижается включение азота (15М) многолетних трав в легкоподвижные фракции гуминовых кислот и фульвокислот. Азот многолетних трав больше закрепляется в почве и меньше теряется по сравнению с азотом минеральных удобрений.
Ключевые слова: стабильный изотоп азота многолетние травы, фракция органического вещества почвы.
Многолетние травы оказывают существенное влияние на плодородие почвы, поскольку с пожнивными остатками в почву поступает до 100 кг/га азота. Роль многолетних трав возрастает при их выращивании на эродированных почвах, поскольку кроме повышения плодородия практически предотвращается поверхностный и внутрипочвенный сток азота (Каштанов, Явтушенко, 1997). В то же время в эродированных почвах складываются специфические условия трансформации азота. Так, в процессе эрозии чернозема типичного (Курская обл.) накапливается больше азота удобрений в фульвокислотах с параллельным снижением его в гуминовых кислотах (Руделев, 1992). Это связано с относительно большей подвижностью иммобилизованного азота удобрений в составе гумуса. Что касается эродированных дерново-подзолистых почв, то вопросы формирования комплекса органического вещества при участии азота удобрений и азота многолетних трав остаются пока не изученными.
Цель наших исследований - определить параметры включения азота фитомассы многолетних трав и азота минеральных удобрений (меченых 15Ы) в фракции органического вещества почвы разной степени эродированности.
Методика. Исследования проводили в 2011 г. в условиях модельного опыта. Почва - дерново-подзолистая среднесуг-линистая на карбонатном мореном суглинке слабо (приводо-раздельная часть склона 2-3°) и среднесмытая (нижняя часть склона 5-7°). Содержание физической глины 32-34%. Агрохимическая характеристика пахотных слоев этих почв: рНКа 5,7; 6,1; Иг - 1,18; 0,8 мг-экв/100 г почвы, содержание обменных Са2+ - 5,5; 6,0 мг-экв/100 г почвы и Mg2+ - 2,0, мг -экв/100 г почвы, гумуса - 2,1; 0,8%, общего азота - 0,13; 0,09, подвижных форм фосфора - 13,7; 18,7 мг/100 г почвы, калия - 13,8;16,7 мг/100 г почвы (по Кирсанову).
В модельных исследованиях изучали особенности иммобилизации и структуру баланса азота в дерново-подзолистой почве меченого 15Ы азота фитомассы клевера и тимофеевки в сравнении с сульфатом аммония. Для проведения исследований предварительно на дерново-подзолистой почве (Смоленская обл.) были выращены многолетние травы (клевер луговой, тимофеевка), под которые вносили сульфат аммония с высоким обогащением 15К (свыше 95 ат. %). В результате был получен растительный материал (фитомасса) с исходным обогащением 15Ы 12,2-17,8
ат. %. Содержание азота в фитомассе клевера 2,52,6%, тимофеевки - 1,9-2,2%. Исходное обогащение 15Ы фитомассы клевера 12,2 ат.%, фитомассы тимофеевки - 16,9 ат.%. При закладке опыта использовали также сульфат аммония с исходным обогащением
- 17,6 ат.%.
Компостирование почвы (предварительно доведенной до 70% НВ) проводили в полиэтиленовых пакетах (масса почвы 300 г, повторность 4-кратная) в термостате при температуре 250С. Компостирование почвы длилось 75 дней (1.06.15.08.11г.). По окончании компостирования определяли фракционный состав органического вещества почвы по методике Пономаревой, Плотниковой, (1972). Обогащение фракций 15К осуществляли на установке N01-5.
Общий азот в почвенных и растительных образцах определяли по методу Къельдаля - Иодльбауэра, изотопный состав азота - на установке «Delta».
Результаты и их обсуждения. Применение в исследованиях тяжелого стабильного изотопа азота 15N в качестве «метки» азотных удобрений способствовало более глубокому пониманию особенностей трансформации азота удобрений в почве. Известно, что 20-40% азота от применяемой дозы азотных удобрений закрепляется в почвенном органическом веществе и практически не используется растениями в год его внесения. При внесении в дерново-подзолистую почву бесподстилочного навоза и надземной массы клевера (меченых 15N) закрепляется больше внесенного азота по сравнению с азотом минеральных удобрений (Кидин, 1993; Серегин, 2000). Однако, механизм этого явления ещё не исследован.
Достаточно надежное объяснение механизма иммобилизации азота дает определение размеров включения азота удобрений в фракции органического вещества почвы. Характер закрепления меченого 15N удобрений соответствует характеру распределения природного органического азота почвы (Руделев, 1992). Для почв дерново-подзолистого типа характерно большее накопление вновь иммобилизованного азота удобрений в легкогидролизуемых фракциях гуминовых и фульво-кислот.
При внесении в дерново-подзолистую почву (модельный опыт) сульфата аммония и надземной массы (НМ) многолетних трав (меченых 15N) изменяется структура баланса азота в зависимости от его источника (табл.1). Наибольшее количество азота закрепляется в почве при внесении надземной массы тимофеевки, наименьшее - при внесении сульфата аммония. При этом на среднесмытой почве закрепляется меньше азота по сравнению со слабосмытой почвой, независимо от его источника. Наименьшее количество азота терялось при внесении в почву надземной массы тимофеевки, а наибольшее - при внесении сульфата аммония. При этом на средне-смытой почве терялось азота больше, чем на слабосмытой, что не зависело от его источника.
1. Баланс азота удобрений и азота многолетних трав в дерново-подзолистой почве при компостировании в течение 75 дней*
Осталось Потери
слабосмытая среднесмы- слабосмытая среднесмы-
Вариант опыта почва тая почва почва тая почва
мг/ % от вне- мг/ % от вне- мг/ % от вне- мг/ % от вне-
100 г сенного 100 г сенного 100 г сенного 100 г сенного
Сульфат 13,7 68 11,6 58 6,3 32 8,4 42
аммония
Клевер 17,8 89 13,7 68 2,2 11 6,3 32
Тимофеевка 19,1 96 16,7 84 0,9 4 3,3 16
Клевер 18,7 94 14,4 72 1,3 6 5,6 28
(70%) +
тимофеев-
ка (30%)
*Доза азота удобрений и доза азота многолетних трав - 20 мг/100 г почвы.
Таким образом, в дерново-подзолистой (средне- и слабо-смытой) почве закрепляется больше азота многолетних трав (клевер, тимофеевка и клевер + тимофеевка), чем азота минеральных азотных удобрений. Исследование включения меченого азота в фракции органического вещества почвы позволило выявить причины этого явления (табл. 2).
В дерново-подзолистой почве больше азота удобрений включается в фракцию фульвокислот (50-63% от иммобилизованного азота), независимо от степени эрозии и источника азота. При внесении в дерново-подзолистую почву НМ многолетних трав их азот наиболее активно включается в синтез фракций гуминовых кислот, фульвокислот и негидролизу емо-го остатка по сравнению с сульфатом аммония.
При внесении в почву НМ клевера наибольшее количество азота включается в легкоподвижную фракцию 1 гуминовых кислот, тогда как при внесении НМ тимофеевки - в фракцию 1 фульвокислот. Наибольшее абсолютное количество азота тимофеевки закрепляется в негидролизуемом остатке (по сравнению с остальными вариантами).
На среднесмытой дерново-подзолистой почве наибольшее количество азота тимофеевки включается в фракции 1 гуми-новых кислот и 1а фульвокислот, а также в негидролизуемый остаток. В целом, на среднесмытой почве снижается включе-
ние многолетних трав в фульвокислоты за счет снижения его уровня в фракции 1, поскольку количество 15Ы в фракциях 1а и 3 возрастает, а в фракции 2 не меняется по сравнению с почвой верхней части склона.
При внесении сульфата аммония и НМ многолетних трав на средне смытой почве установлена большая относительная степень обогащения азотом негидролизуемого остатка (2636%) по сравнению с почвой плакора (22-28%). При этом относительно большую долю занимает азот тимофеевки, меньшую - азот клевера.
Динамика трансформации иммобилизованного азота в почвах дерново-подзолистого типа характеризуется первоначальным накоплением 15Ы в легкогидролизуемой фракции фульвокислот и его дальнейшей реминерализацией, а также участием этого азота в синтезе легкогидролизуемой фракции гуминовых кислот (Руделев, 1992).
2. Включение азота фитомассы многолетних трав и азота удобрений в фракции органического вещества дерново-подзолистой почвы
Гуминовые кислоты Фульвокислоты
фракции сумма фракции сумма
1 | 2 | 3 1а | 1 | 2 | 3
Вариант опыта
Содержание иммобилизованного
Негидро-лизуемый остаток
Слабосмытая почва (плакор)
Сульфат аммония 13,7 20 Нет 04 24 19 39 17 06 И 38
100 15 2 17 9 28 12 6 55 28
Клевер 17,8 27 >> 09 36 и 53 24 09 10,3 39
100 15 5 20 10 30 13 5 58 22
Тимофеевка 19,1 23 >> 06 29 22 62 28 14 12,0 4,2
100 12 3 15 12 32 15 4 63 22
Клевер (70%) + 18,7 25 >> 07 32 19 57 27 11 11,4 4,0
тимофеевка (30%) 100 13 4 17 10 30 14 7 61 22
Среднесмытая почва
Сульфат аммония 11,6 10 Нет 03 13 14 31 16 08 69 34
100 9 2 11 12 27 14 6 59 30
Клевер 13,7 17 >> 07 24 19 22 24 12 и 36
100 14 5 19 14 16 18 7 55 26
Тимофеевка 16,7 22 >> 05 27 24 12 28 18 80 60
100 13 3 16 14 7 17 12 50 36
Клевер (70%) + 14,4 18 >> 06 24 20 19 27 14 8,0 4,0
тимофеевка (30%) 100 13 4 17 14 13 19 9 55 28
Примечание. В числителе - азот удобрений и многолетних трав, мг/100 г, в знаменателе - то же, % от закрепленного N в почве.
Меченый азот клевера и тимофеевки сразу же вовлекается во внутрипочвенный минерализационно-иммобилизованный цикл азота, ускоряя его оборачиваемость. На ход этих процессов существенное влияние оказывает соотношение С^ в надземной массе клевера и тимофеевки. Большая иммобилизация азота НМ тимофеевки связана с более широким соотношением С^ по сравнению с клевером. Активная иммобилизация азота тимофеевки обусловлена большим включением меченого азота в менее подвижные фракции органического вещества почвы.
Выводы. Впервые с применением стабильного тяжелого изотопа определены размеры включения азота фитомассы многолетних трав в фракции органического вещества дерново-подзолистой почвы, подверженной водной эрозии. В процессе эрозии почвы снижается включение азота многолетних трав в легкоподвижные фракции гуминовых кислот и фульво-кислот. Азот многолетних трав больше закрепляется в почве и меньше теряется по сравнению с азотом минеральных удобрений.
Потери азота существенно снижаются (в 2,9-8 раз в приво-дораздельной части склона и в 1,3-2,6 раза в нижней части склона) при внесении в почву фитомассы многолетних трав по сравнению с потерями азота при внесении азотных минеральных удобрений.
Иммобилизация азота существенно повышалась (в 1,3-1,4 раза в приводораздельной части склона и в 1,2-1,4 раза в нижней части склона) при внесении в почву фитомассы многолетних трав по сравнению с иммобилизацией азота при внесении азотных минеральных удобрений.
Водная эрозия не только вызывает снижение общего количества органического вещества в почве, но и затрагивает глубинные процессы его трансформации. В дерново-подзолистой почве большее количество вновь внесенного азота включается во фракцию фульвокислот, независимо от степени эрозии и источника азота. Азот многолетних трав более активно включается в синтез гуминовых кислот, фульвокислот и негидро-лизуемого остатка по сравнению с азотом сульфата аммония. При внесении НМ клевера наибольшее количество азота включается в легкоподвижные фракции гуминовых кислот, при внесении НМ тимофеевки - в легкоподвижные фракции фульвокислот и в негидролизуемый остаток. В почве, подверженной эрозии, снижается включение многолетних трав в легкоподвижные фракции фульвокислот, при этом возрастает доля азота негидролизуемого остатка.
Литература
1. Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е. Агроэкология почв склонов.- М.: Колос, 1997.- 240 с. 2. Кидин В.В. Трансформация, состав потерь и баланс азота удобрений в системе почва-растение// Автореф. докт. дисс.- М.: МСХА, 1993.- 64 с. 3. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Сравнительное изучение принятых в СССР схем определения группового и фракционного состава гумуса// Почвоведение.- 1972.- № 7.-С. 46-54. 4. 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.: МСХА, 2000.- 22 с. 5. Руделев Е.В. Минерализация - иммобилизация азота в основных типах почв России и эффективность азотных удобрений// Автореф. докт. дисс.- М.: ВИУА, 1992.- 34 с.
азота
CONTRIBUTION OF NITROGEN FROM PERENNIAL GRASSES TO THE FORMATION OF ORGANIC MATTER IN
SODDY-PODZOLIC SOIL
N.Ya. Shmyreva, O.A. Sokolov, L.N. Tsurikov, PryanishnikovAll-Russian Research Institute of Agricultural Chemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia
It was shown that the incorporation of nitrogen (15N) from perennial grasses into the highly mobile fractions of humic and fulvic acids decreased at the erosion of soddy-podzolic soil. A larger amount of nitrogen from perennial grasses was immobilized in the soil and its lower amount was lost compared to fertilizer nitrogen.
Keywords: stable 15N isotope, perennial grasses, soil organic matter fraction.
