Величина накопления доступного азота в почве и его практическое использование Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

уДК 633.81:633.15 [571.13) Ю. И. ЕРМОХИН Ц

Н. Н. ТИЩЕНКО Ь-

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

ВЕЛИЧИНА НАКОПЛЕНИЯ ДОСТУПНОГО АЗОТА В ПОЧВЕ И ЕГО ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ_______________________________________

В полевых опытах определены оптимальные параметры накопления доступного минерального азота почвы под растением тысячелистника обыкновенного. Это позволило разработать для Омского Прииртышья оптимальные уровни содержания нитратного азота в слое почвы 0—30 см для получения качественного в биологическом отношении урожая сухого вещества тысячелистника до 10 т/га.

Ключевые слова: нитратный азот, тысячелистник обыкновенный, усвоение азота из почвы, удобрения.

Известно, что азотные удобрения высокоэффективны практически на всех типах почв мира при внесении под сельскохозяйственные культуры. Азот является решающим фактором урожая и основой удобрения. По этой причине земледелец должен всегда следить за тем, чтобы урожай не лимитировался недостатком азота. Широко распространенный дефицит азота представляет научный и практический интерес для агрохимии, изучающей трансформацию азота в системе «почва — удобрение — растение» с целью всемерного увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур высокого качества в биологическом отношении [1 ].

Сейчас особый интерес представляет проблема диагностики азотного питания различных растений и эффективности применения удобрений.

Интересный подход к диагностике азотного питания растений отмечается в рамках системы «ПРОД-ОмГАУ» (почвенно-растительная оперативная диагностика), базирующейся на концепции единства почвы и растений. Данная модель предполагает, что азотное питание тесно связано с фосфорно-калийным питанием. Система «ПРОД-ОмГАУ» рассматривается как новая, целостная, организованная система из ранее не связанных элементов, часто обладающих различной автономией [2]. Такая система является интеграционной и основана на трех принципах:

1) способности почвы удовлетворить потребность растений питательными веществами (нитратным азотом, подвижным фосфором, обменным калием, микроэлементами);

2) потребности растений и их способности к усвоению этих веществ в конкретных условиях сельскохозяйственного производства (ПЭУ, КИП, накоплением доступного азота под растением — Мм, вынос элементов питания в различные фазы роста и т.д.);

3)состояние питания растений и расчет доз удобрений в период роста и развития (оптимальные уровни и соотношения макро- и микроэлементов в листьях и целых растениях по фазам роста и развития, Кп — коэффициента потребности в питательных веществах, «Ь» — коэффициента интенсивности

действия внесенного удобрения на его химический состав и т.д.).

Решение этих трех принципов производится по результатам экстрагирования элементов питания из почвы и растений (неорганические формы) 2%-ной уксуснокислой вытяжкой. Данный метод достаточно чувствителен, быстр, хорошо зарекомендовал себя в условиях Сибири с большим набором выращивания зерновых, кормовых, овощных культур и картофеля. В данной статье мы уделили внимание одной проблеме, которая до сих пор не решена или не получила должного внимания, — по динамике накопления доступного азота почвы под растением, в которой сконцентрированы действие природных факторов, способствующих обогащению азотом почвы верхнего горизонта с учетом биологии культуры, в данном случае тысячелистника обыкновенного, возделываемого в Западной Сибири.

Определение оптимальных параметров содержания доступного для тысячелистника обыкновенного азота почвы в ответственные ее фазы развития позволяет определить потребность в азотных удобрениях методом элементарного баланса:

а) учитывают вынос азота тысячелистником в ответственные фазы роста и развития — Мв, кг/га (цветение);

б) наличие весной (перед посевом) в почве минерального азота (Ы-ЫО3 в слое 0 — 30 или 0 — 40 см) — Мн, кг/га;

в) остаток минерального (Ы-ЫО3) азота в почве под растением в конкретные фазы развития культуры — Мо, кг/га;

В литературе не уделялось внимание несимбиотической фиксации азота в ризосфере тысячелистника обыкновенного за счет свободноживущих азотфиксато-ров. Предложенная нами методика накопления доступного азота почвы под растением N , кг/га) в период роста и развития суммарно опосредована такими величинами, как: вынос азота растением (Мв, кг/га), остаток минерального азота (N-N0^ в почве под растением (No, кг/га) и размер минерализации органического вещества почвы — текущая нитрификация.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011

Динамика накопления доступного азота лугово-черноземной почвы под тысячелистником обыкновенным в среднем за 2008-2010 гг.

Вариант АТН — до посадки, кг/га N — вынос азота урожаем, кг/га N0 — остаток под растением, кг/га Бк — баланс азота, кг/га N — мобилизация N под растением, кг/га КИП азота

1 94,0 234,4 24,9 259,4 165,4 0,90

2 128,5 225,8 29,2 255,0 126,5 0,89

3 119,5 268,0 23,6 291,5 172,0 0,92

4 76,3 239,2 14,3 253,5 177,2 0,94

5 100,1 270,4 21,7 292,1 192,0 0,93

6 137,2 283,5 34,2 317,7 180,5 0,89

7 162,4 288,1 29,4 317,6 155,1 0,91

8 124,9 226,1 20,1 246,1 121,2 0,92

9 139,3 258,0 21,2 279,2 139,9 0,92

10 141,1 213,9 25,5 239,4 98,3 0,89

КИП - 0,64 КИП - 0,75 КИП - 0,91

N - 16 кг/га N - 172 кг/га ]Чм - 155,1 кг/га

олтимальныеооотоишм ►

2%-ная СН3СООН вытяжка 2%-ная СН3СООН вытяжка

Р205~1,0-1,614-]40з~0,2-0,7к20 Доза, кг/га = (Эо-Эф)/Ь

Рис. 1. Моделирование режима оптимального сбалансированного минерального питания тысячелистника обыкновенного по системе «ПРОД-ОмГАУ»

В табл. 1 показана динамика накопления доступного минерального азота почвы под растениями тысячелистника обыкновенного, рассчитанная по формуле (1):

N =М +N0—N , кг/га; (1)

м в 0 и' ' 1 ’

где Nм — накопление доступного минерального азота почвы под растением в зависимости от биологии развития тысячелистника обыкновенного, кг/га;

N — потребности тысячелистника и ее способности к усвоению азота в конкретных условиях (вынос азота тысячелистником, кг/га с учетом коэффициента использования азота из почвы (КИП, %);

N0 — остаток минерального (N-N0^ азота в почве под растением, приуроченный к определенным фазам онтогенеза, кг/га;

Nи — содержание нитратного азота в почве до посадки тысячелистника обыкновенного, кг/га.

Следует отметить, что потребность тысячелистника в азоте при формировании урожая до 10 т/га сухого вещества составляет в фазу образования бутонов и цветения соответственно 305,0 и 288,1 кг/га, а его способность к усвоению азота почвы была 0,75 и 0,91, то есть 75 и 91 % (рис. 1). В то время как на ранних фазах развития тысячелистника (период отрастания) способность к усвоению азота из почвы (КИП) оценивалось 64 %. В ранний период жизни тысячелистника обыкновенного весной, в условиях Западной Сибири, накопление доступного азота в почве под растением в виде нитратного составляло 16 кг/га. В более поздние фазы величина доступного азота (Ым) в полевых условиях достигает 155,1 — 172,0 кг/га. Определены оптимальные уровни элементов питания

В - 288,1 кг/га КИП - 0,91 Ым - 155,1 кг/га лг N.(кг/га) 288,1 _ . N - Щ, = —^- Ым = ?—155,1 = 162,0 кг/га 0,90 м 0,91

Ы-Ы03, кг/га?

Рис. 2. Расчеты содержания N-N03 в почве под растением тысячелистник обыкновенный, фаза цветения, кг/га

кг/га Nм, кг/га

85,1 -----------► 171,3

118,3 -----------► 152,9

138,2 -----------► 141,9

151,7 -----------► 126,7

Рис. 3. Ранжирование содержания нитратного азота в почве до посадки тысячелистника обыкновенного и накопления доступного азота в почве под растением

в почве (слой 0 — 30см, мг/кг) по годам использования культуры и в растениях тысячелистника обыкновенного по фазам роста и развития (%, мг%) (рис. 1).

Таким образом, согласно первому пункту интеграционной системы «ПРОД-ОмГАУ», способности почв удовлетворять потребность растений тысячелистника в азоте можно сделать вывод, что для формирования урожая сухого вещества тысячелистника обыкновенного 10 т/га, накопление доступного азота почвы (N-N0^ кг/га) под растением к периоду уборки составляет:

Nм = 288,1+29,4-162,4 155,1 кг/га.

При учете уровня содержания N-N03 в слое почвы 0-30 см до посадки (^) — 162,4 кг/га (лучший вариант по урожайности Ы135Р45К45) и накопления доступного азота в почве под растением (Nм, кг/га) тысячелистника обыкновенного в период уборки 155,1 кг/га (табл. 1) баланс минерального азота почвы в виде N-N03 можно рассчитать по формуле (2-3):

БN-N03 = Nи+ ^ кг/га (2)

или

N

Бм-N0 =----—, кг/га . (3)

3 КИП

Приведем расчет баланса:

Б^г^гс) =162,4 кг+155,1 кг =317,5 кг/га;

Б^м = 288,1 / 0,91 =317,0 кг/га.

Из данных табл. 1 можно сделать вывод, что фактический баланс азота в почве, рассчитанный по формуле (2) и установленный с учетом потребности культуры в азоте и способности ее к усвоению азота из почвы (формула 3), хорошо согласуются.

Если полученные в процессе исследования величины накопления доступного минерального азота в почве (Nм) под растениями и способности растений к усвоению азота из почвы (КИП) считать в качестве «нормативных» количественных характеристик, то их можно практически использовать в земледелии при диагностировании азотного питания, прогнози-

№, кг/га

Рис. 4. Связь между содержанием нитратного азота в почве до посадки тысячелистника обыкновенного и накоплением доступного азота в почве под растением (в среднем за годы исследования)

ровании величины урожая и расчета доз удобрений для конкретных культур (в данном случае тысячелистника обыкновенного).

Таким образом, установлено, что для получения урожая сухого вещества тысячелистника обыкновенного до 10 т/га оптимальное количество содержания минерального азота (N-N0^ в слое почвы 0-30 см должно быть 162,0 кг/га.

Данный уровень содержания N-N03 в почве (кг/га), как оптимальная величина подтверждается и балансовым методом расчета по формуле (4):

В

N - N03 =--------Nм, (4)

КИП

где N-N03 — количество азота почвы, способное удовлетворить потребность растений в конкретную фазу роста, кг/га;

В — потребность растений в азоте в конкретную фазу роста и развития, кг/га;

КИП — способности растений к усвоению минерального азота почвы в основные фазы развития, кг/га; Nм —величина мобилизационного минерального азота в почве под растением, кг/га.

В качестве примера сделаем расчеты по определению Ы-Ы03, кг/га (рис. 2, табл. 1).

Таким образом, определение оптимальных параметров накопления доступного (минерализованного) азота почвы под растением и других агрохимических и физиологических характеристик, в рамках концепции единства почвы и растения позволило на лугово-черноземной почве Западной Сибири разработать оптимальный уровень содержания Ы-Ы03 в почве слоя 0-30 см в пределах 162,0 кг/га или около 4,5 мг/100 г почвы для получения урожая сухого вещества тысячелистника обыкновенного в пределах 10 т/га.

Для формирования 1 т надземной массы тысячелистника, при благоприятных внешних факторах,

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011

Таблица 2

Прогнозирование накопления доступного азота в почве под растением тысячелистника обыкновенного

NH, кг/га Прогноз Nm, кг/га Фактическое Nm, кг/га

85,1 172,7 171,3

118,3 151,5 152,9

138,2 138,8 141,9

151,7 130,1 126,7

затрачивается азота 0,45 мг/100 г почвы, что составляет 16,2 кг азота.

С помощью различных доз минеральных удобрений были созданы различные уровни содержания нитратного азота в слое почвы 0-30 см, которые позволили провести ранжирование данного элемента до посадки (Ын) и накопления доступного азота в почве под растением (Ым — табл. 1) и получить следующие данные (рис. 3).

Математическая обработка выше полученных характеристик позволила выявить зависимость накопления мобилизационного азота в почве под растением от уровня содержания Ы-Ы03 в почве до посадки тысячелистника обыкновенного (уравнение 5, рис. 4).

У= -0,64х+ 227,24, г=-0,99. (5)

Таким образом, при содержании нитратного азота в слое почвы 0-30 см до посадки культуры от 85 до 152 кг/га снижается мобилизация доступного азота под растением (Nм, кг/га), что связано по видимому с дозами внесения азота выше 100 кг д.в./ га в определенных условиях, это не только способствует азотфиксации, но и угнетает, то есть снижает ассоциативную азотфиксацию в фитоплане (ризосфере и филосфере) небобовых культур. В условиях умеренного климата, с низким уровнем увлажнения почвы и атмосферы, размеры фиксации азотфикси-рующих микроорганизмов в ассоциациях корней небобовых с диазотрофами имеют свои особенности в зависимости от вида растений, типа почвы, окислительно-восстановительных процессов, размера минерализации органического вещества почвы [3].

Используя формулу (5) можно выполнить прогноз накопления доступного азота в лугово-чернозем-

ной почве под растением тысячелистника обыкновенного в зависимости от уровня содержания нитратного азота в почве весной в период начала роста (табл. 2).

Учет накопления доступного азота почвы под растением тысячелистника (Nм, кг/га) позволяет перейти от простого эмпиризма с удобрениями на научно обоснованное диагностирование, прогнозирование эффективности и практический расчет доз удобрений.

Библиографический список

1. Ермохин, Ю. И. Научная школа Сибирского агрохимика в развитии отечественного и зарубежного опыта диагностики азотного питания растений и применения азотных удобрений / Ю. И. Ермохин. - Омск : Вариант-Омск, 2008. - 36 с.

2. Ермохин, Ю. И. Отечественный и зарубежный опыт диагностики азотного питания растений и применение азотных удобрений : учеб. пособие / Ю. И. Ермохин. - Омск : ОмГАУ, 1999. - 80 с.

3. Ермохин, Ю. И. Почвенная диагностика обеспеченности растений макро- и микроэлементами на черноземах Западной Сибири / Ю. И. Ермохин. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. - 92 с.

ЕРМОХИН Юрий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Россия), профессор кафедры агрохимии.

ТИЩЕНКО Наталья Николаевна, аспирантка кафедры агрохими.

Адрес для переписки: e-mail: arseniaj@gmail.com

Статья поступила в редакцию 13.12.2010 г.

© Ю. И. Ермохин, Н. Н. Тищенко

Книжная полка

Маркова, И. А. Лесные культуры : учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования / И. А. Маркова, Ю. И. Данилов. - М. : Academia, 2011. - 400 с. - ISBN 978-5-7695-6228-0.

В учебнике рассмотрены все основные этапы создания лесных насаждений различного целевого назначения. Рассмотрены вопросы организации лесосеменного дела, выращивания посадочного материала в лесных и плодовых питомниках, создания лесных культур, лесомелиорации, специфики лесокультурных работ на территориях с радиоактивным загрязнением; изложены современные технологии производства и агротехника работ для различных условий местопроизрастания. Особое внимание уделено ускоренному выращиванию целевых сортиментов древесины хвойных пород на специальных плантациях, вопросам реконструкции малоценных насаждений, стандарту на лесные культуры при переводе в покрытые лесом земли. В списке рекомендуемой литературы приведены нормативные материалы, необходимые для выполнения практических и лабораторных работ. Учебник может быть использован при освоении профессионального модуля ПМ.01 «Организация и проведение мероприятий по воспроизводству лесов и лесоразведению (МДК.01.01.)» по специальности 250110 «Лесное и лесопарковое хозяйство».