CC BY
12
УДК 631.416.1 А.Н. Кадычегова, В.А. Кадычегов
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ АЗОТА В АГРОЦЕНОЗАХ
ПШЕНИЦЫ И ГОРОХА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ
A.N. Kadychegova, V.A. Kadychegov
THE INFLUENCE OF MINERAL FERTILIZERS ON METABOLIC PROCESSES OF NITROGEN IN WHEAT AND PEA AGROCOENOSIS OF THE REPUBLIC OF KHAKASSIA
Кадычегова А.Н. - канд. с.-х. наук, доц. каф. прикладной информатики, математики и естественнонаучных дисциплин Хакасского технического института - филиала Сибирского федерального университета, г. Абакан. E-mail: [email protected] Кадычегов В.А. - канд. с.-х. наук, доц. каф. фундаментальной подготовки Саяно-Шушенского филиала Сибирского федерального университета, Республика Хакасия, г. Саяногорск. E-mail: [email protected]
В статье представлены результаты опыта по изучению обменных процессов азота в агроценозах гороха и пшеницы под влиянием минеральных удобрений (NeoPeoKeo) на агрочер-ноземе текстурно-карбонатном сухостепной зоны Республики Хакасия. Агрохимические показатели почвы: рНводн - 8,2; гумус (по Тюрину) -2,93 %>; содержание подвижных (по Мачигину) Р2О5 - 2,0; К2О - 21,0 мг/100 г почвы соответственно. Надземную биомассу определяли методом сплошного учета, запасы подземного растительного вещества - методом отмывки из монолитных образцов. Растительные пробы анализировали на содержание азота методом БИК-спектроскопии. Почвенные образцы анализировались на содержание нитратного азота потенциометрическим методом, легкогидролизуемого и трудногидроли-зуемого азота - по Корнфильду (1н. и 6 н. ЫаОН). Оценку переходов азота из фонда в фонд вели в соответствии с графической схемой обменных процессов и системой балансовых уравнений, предложенных В.В. Чу-провой. Установлено, что процессы высвобождения и закрепления азота протекают в аг-роценозах круглогодично. Потребление азота в агроценозе пшеницы при внесении минеральных удобрений увеличивается на треть, при-
Kadychegova A.N. - Cand. Agr. Sci., Assoc. Prof., Chair of Applied Informatics, Mathematics and Natural Science Disciplines, Khakass Technical Institute -Branch of Siberian Federal University, Abakan. E-mail: [email protected]
Kadychegov V.A. - Cand. Agr. Sci., Assoc. Prof., Chair of Fundamental Training, Sayano-Shushenskaya Branch, Siberian Federal University, Republic of Khakassia, Sayanogorsk. E-mail: [email protected]
чем повышается и вынос азота с урожаем. В агроценозе гороха потребление и вынос азота с урожаем в вариантах NoPoKo и ЫбоРбоКбо отличаются несущественно. В вариантах NoPoKo преобладает процесс перехода легкогидроли-зуемого азота в минеральный. Максимальная интенсивность потока отмечена в агроцено-зах пшеницы и гороха NoPoKo, минимальная - в агроценозе пшеницы N6oP6oK6o. При внесении удобрений преобладает процесс Nм^Nл/г. Максимальная интенсивность потока отмечена в агроценозе гороха N6oP6oK6o, минимальная - в агроценозе гороха NoPoKo.
Ключевые слова: азот, обменные процессы, агроценоз, агрочернозем текстурно-карбонатный, пшеница, горох, Республика Хакасия.
The results of the experiment on studying the exchange processes of nitrogen metabolic processes in pea and wheat agrocoenosis under the influence of mineral fertilizers (N6oP6oK6o) on textural and calcareous agrochernozem of dry steppe zone of the Republic of Khakassia are presented in the study. Agrochemical indicators of the soil were рНwater - 8,2; humus (by Tyurin) - 2,93 %>; the content of mobile (by Machigin) Р2О5 - 2,o; К2О - 21,o mg/ioo g of soil, respectively. Aboveground bio-
mass was determined by the method of universal enumeration, the reserves of underground plant matter - by the method of washing out of monolithic samples. Plant samples were analyzed for nitrogen content by the method of NIR spectroscopy. Soil samples were analyzed for content of nitrate nitrogen by potentiometric method, easily hydrolyzable nitrogen and hardly hydrolyzable nitrogen by Cornfield (1n. and 6 n. NaOH). The assessment of nitrogen conversion from bank to bank was conducted in accordance with graphic scheme of metabolic processes and the system of balance equations proposed by V.V. Chuprova.. It was established that the processes of release and fixation of nitrogen occurred in agrocoenosis all year round . Consumption of nitrogen in wheat agrocoenosis at introduction of mineral fertilizers increased by one third, and also carrying out of nitrogen with a crop increased. In pea agrocoenosis nitrogen intake and nitrogen yield with the harvest did not differ significantly in variants N0P0K0 and N60P60K60. In variants N0P0K0 the process of easily hydrolyzable nitrogen conversion into the mineral nitrogen dominated. The maximum rate of flow was noticed in the wheat and pea agrocoenosis N0P0K0, the minimum - in the wheat agrocoenosis N60P60K60. In case of fertilization the process NM^Nl/g dominated. The maximum rate of the flow was noticed in pea agrocoenosis N60P60K60, the minimum - in pea agrocoenosis N0P0K0.
Keywords: nitrogen, metabolic processes, agrocoenosis, textural and calcareous agrochernozem, wheat, pea, the Republic of Khakassia.
Введение. Азот - важнейший элемент питания растений. Накопление его - характерная черта почвообразовательного процесса, обусловленная биологическим круговоротом веществ в системе почва-растение. Направленность баланса содержания элемента в почве определяется интенсивностью процессов трансформации азотсодержащих соединений в системе почва-удобрение-растение-атмосфера. Основные приходные и расходные статьи баланса азота зависят от культуры в севообороте и использования удобрений [1-3].
Сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в сухостепной зоне Республики Хакасия, зачастую нуждаются в азоте, что обуслов-
лено низким содержанием общего азота и его минеральных и легкогидролизуемых форм. Дефицит азота обусловлен замедлением процессов минерализации органического вещества в связи с недостатком влаги. Возможности мобилизации растениями азота почвенных ресурсов сдерживаются жесткими климатическими условиями региона исследований. Важнейшими источниками поступления азота в почву являются корневые и пожнивные остатки, минеральные и органические удобрения, соединения азота, поступившие в почву с атмосферными осадками и семенами, а также азот, связанный сво-бодноживущими и симбиотическими азотфикса-торами [4, 5]. Усиление азотмобилизующей способности сельскохозяйственных культур может осуществляться различными путями, например, в результате симбиотической азот-фиксации и (или) внесения удобрений. Для успешного решения задач сохранения почвенного плодородия и увеличения урожайности полевых культур в данном регионе необходимы знания об особенностях потоков азотного цикла и специфике баланса элемента в различных агроценозах. Несмотря на имеющиеся научные сведения о почвах региона, многие вопросы трансформации почвенного азота до сих пор остаются малоизученными. Это и определило цель наших исследований.
Цель исследования. Изучить влияние вида полевой культуры и агрофона на основные потоки цикла азота в агрочерноземе текстурно-карбонатном в условиях сухостепной зоны Республики Хакасия.
Материалы и методы исследования. Исследование по изучению обменных процессов азота в агроценозах гороха (сорт Радомир) и пшеницы (сорт Саратовская 29) под влиянием минеральных удобрений (ИвоРвоКво) проводилось на агрочерноземе текстурно-карбонатном сухостепной зоны Республики Хакасия. Минеральное удобрение (азофоска М1бР1вК1в) вносили перед посевом. Использование комплексного минерального удобрения обусловлено низким исходным содержанием подвижного фосфора и калия в исследуемых почвах. Повторность -четырехкратная, расположение вариантов рядное. Посевная площадь делянки - 2,1 м2. Агрохимические показатели почвы: рНводн - 8,2; гумус (по Тюрину) - 2,93 %; содержание подвиж-
ных (по Мачигину) Р2О5 - 2,0; К2О - 21,0 мг/100 г почвы соответственно. Надземную биомассу определяли в конце вегетационного сезона методом сплошного учета, запасы подземного растительного вещества - методом отмывки из монолитных образцов на глубину 0-20, 20-40 см. Площадь монолитной рамки - о,2 м2. Растительные пробы анализировали на содержание азота методом БИК-спектроскопии [в]. Почвенные образцы отбирались со всех вариантов опыта: весной перед посевом, осенью после уборки урожая. Отбор почвенных проб проводили почвенным буром в пятикратной повторности методом конверта на глубину 0-20 и 20-40 см. Почвенные образцы анализировались на содержание нитратного азота потенциометриче-ским методом, легкогидролизуемого и трудно-гидролизуемого азота - по Корнфильду (1н. и в н. №ОН). Оценку переходов азота из фонда в фонд проводили в соответствии с графической схемой обменных процессов и системой балансовых уравнений, предложенных В.В. Чупровой [7].
У бобовых культур азотный фонд почвы существенно пополняет азот, связанный за счет симбиотической азотфиксации. Доля симбиоти-чески фиксированного азота, по литературным данным, составляет в среднем в0 % от общего выноса надземной массой гороха [8]. В наших расчетах, по сведениям В.М. Назарюк, газообразные потери из удобрений приняты за 20 % от внесенного количества азота удобрений, что составляет 12 кг/га [8, 9]. Среднегодовое поступление азота с осадками, учитывая засушливость климата зоны проведения исследований, принято за 4 кг/га в год [9].
Результаты исследования и их обсуждение. В результате проведенных исследований установлено, что потребление азота растениями пшеницы в варианте №Р0К0 составило 36,5 кг/га в год (рис. 1). Существенная часть потребленного азота (23 кг/га) отчуждается с урожаем. Вынос азота продукцией компенсировался поступлением азота, освобождающегося при разложении растительных остатков на 38 %, с осадками на 11 %, остальное (51 %) за счет запасов, сосредоточенных в почвенных легкогид-ролизуемых органических соединениях.
Внесение минеральных удобрений (Ыв0Рв0Кв0) увеличивает потребление азота рас-
тениями пшеницы на 48 % (54 кг/га в год) и отчуждение с урожаем на 39 % (32 кг/га в год). Вынос азота в данном варианте опыта компенсируется в значительной степени за счет минеральных удобрений (89 %); при освобождении азота в процессах минерализации растительных остатков (39 %) и осадков (7 %).
В агроценозах гороха в вариантах №Р0К0 и Мб0Рв0Кв0 величины потребления растениями азота - 122 и 128 кг/га в год соответственно (рис. 2). Отчуждение с урожаем составляет одинаковую величину - 77 кг/га в год. Следовательно, относительное отчуждение азота из почвы горохом без удобрений незначительно выше, что также отмечается в агроценозах пшеницы. Поступление азота в варианте без удобрений со всеми источниками компенсирует затраты потребленного элемента на 82 %, из них за счет азотфиксации - на 42 %, за счет поступления с растительными остатками - на 37 %, за счет азота осадков - на 3 %. Использование в агро-ценозе гороха минеральных удобрений обеспечивает полное возмещение затрат на вынос азота с продукцией (120 %). Наибольший вклад в пополнение запасов азота вносит процесс азотфиксации - 40,4 %; с растительными остатками возвращается в почву 39,2 %, с минеральными удобрениями - 37,в %; с осадками -2,7 %. Запасы минерального азота в почве аг-роценозов пшеницы и гороха существенно варьируют от весны к осени и от осени к весне. Фонд минерального азота израсходован не полностью, так как он пополнялся в результате постоянно протекающих в почве процессов минерализации. Ближайшим резервом для его пополнения являются фонды легкогидролизуемо-го почвенного азота и азота, высвобождающегося в процессах разложения растительных остатков. В варианте пшеница без удобрений из растительных остатков поступило 13,5 кг/га азота в год. Переход легкогидролизуемого азота в минеральный составил 26,3 кг/га в год; обратный переход минерального в легкогидролизуе-мый - 7,2 кг/га в год. Следовательно, восстановление запасов азота в минеральном фонде за счет минерализации легкогидролизуемых почвенных соединений составляет 19,1 кг/га в год. Это в 1,4 раза больше, чем из растительных остатков.
За период исследования запасы легкогидро-лизуемого азота уменьшились более чем на 20 %, что обусловлено его значительным содержанием в почве вследствие внесения органических удобрений под предыдущие культуры севооборота и расходованием на два парал-
лельно идущих процесса: высвобождение нитратного азота и закрепление в трудногидроли-зуемом фонде. Интенсивность закрепления азота в трудногидролизуемом фонде достигает в среднем 58,2 кг/га в год.
I19
122
I23
№г *-(
{ 0,0
23
Растение
Il2
Il
I21
I25 0,0
Почва (N0P0K0)
Nnr 680 526
26
I16
Il7
) . NM
34 31
7 Г^
Рис. 1. Интенсивность потоков азота в агроценозах пшеницы, кг/гагод. Здесь и далее: Ii - поглощение растениями; I12 - поступление с растительными остатками; I16 - переход легкогидролизуемого органического вещества (Ылг) в минеральные (Nm); I17 - переход Nm в Шг; Iis - поступление с осадками; I19 - вынос с урожаем; I21 - симбиотическая азотфиксация; I22 - поступление с удобрениями; I23 - переход Шг в трудногидролизуемый (Nтг); I24 - переход Nтг в Шг; I25 - газообразные потери из удобрений; цифры в прямоугольниках -запас азота в фонде на начало и конец периода, кг/га
Рис. 2 Интенсивность потоков азота в агроценозах гороха, кг/гагод
Запасы минерального азота при внесении удобрений также существенно варьируют в аг-роценозе пшеницы в течение года, но при этом в отличие от варианта без удобрений увеличиваются к концу периода более чем на 30 %. В связи с этим в варианте опыта пшеница МбоРбоКбо, в отличие от варианта без удобрений преобладают процессы закрепления минерального азота в фонде легкогидролизуемом. Интенсивность этого процесса составляет 26,6 кг/га в год, обратный переход легкогидро-лизуемого в минеральный - 13,2 кг/га. Запасы
легкогидролизуемого азота в агроценозе пшеницы ИбоРбоКбо также снижаются, но в меньшей степени. Поток Ил/г^ Ит/г так же, как и в варианте без удобрений, преобладает над обратным процессом. Интенсивность закрепления азота в трудногидролизуемом фонде достигает в среднем 86,9 кг/га в год.
Процессы перехода азота из фонда в фонд в агроценозах гороха имеют схожий характер с агроценозами пшеницы, но другие количественные характеристики. В варианте без удобрений протекают преимущественно процессы минера-
лизации. Интенсивность их составляет 26 кг/га в год, обратный переход отсутствует. На удобренных вариантах, наоборот, доминируют процессы закрепления минерального азота в легко-гидролизуемой фракции - 39,3 кг/га в год, обратный переход легкогидролизуемого в минеральный - 17,2 кг/га в год. Преимущество потока азот легкогидролизуемый ^ азот трудногид-ролизуемый над обратным переходом более выражено при использовании удобрений. Интенсивность их составляет в варианте без удобрений - 40,8 и 11,2 кг/га в год; в агроценозе гороха №0Р60К60 - 90,4 и 9,6 кг/га в год соответственно.
Выводы. Потребление и вынос азота с урожаем в варианте №0Р60К60 по сравнению с вариантом №Р0К0 в агроценозах пшеницы увеличивается, в агроценозах гороха не изменяется. Вынос азота продукцией компенсировался преимущественно поступлением азота, освобождающегося при разложении растительных остатков (37-39 %), за счет азотфиксации (4042 %), минеральных удобрений (38 % горох; 89 % пшеница), запасов, сосредоточенных в почвенных органических компонентах (51 % пшеница №Р0К0). В вариантах №Р0К) преобладает процесс освобождения азота из легкогид-ролизуемого азота и его переход в минеральный фонд над процессом закрепления азота в легкогидролизуемых органических соединениях. Причем в период осень - весна протекают только процессы минерализации легкогидролизуе-мого азота. Интенсивность этого процесса в агроценозах пшеницы и гороха мало отличается. Максимальная интенсивность потока отмечена в агроценозах пшеницы и гороха №Р0К0, минимальная - в агроценозе пшеницы №0Р60К60. При внесении удобрений преобладает процесс Nм^■Nл/г. Самая высокая интенсивность потока отмечена в агроценозе гороха №0Р60К60, минимальная - в агроценозе гороха №Р0К0.
В агроценозах пшеницы без внесения минеральных удобрений баланс азота отрицательный и составляет -2 кг/га. В варианте горох №Р0К0 баланс азота положительный - 8 кг/га, что обусловлено значительным вкладом сим-биотически фиксированного азота. Применение минеральных удобрений сопровождается изменением баланса азота в положительную сторону. Наиболее высокое значение положительно-
го баланса азота зафиксировано в агроценозе пшеницы при применении минеральных удобрений (12 кг/га). В агроценозе гороха использование минеральных удобрений увеличивает положительный баланс азота по сравнению с неудобренным вариантом лишь на 14 % (8 кг/га), свидетельствуя о низкой эффективности применения минерального азота в дозе 60 кг/га под горох.
Литература
1. Лобков В.Т., Бобкова Ю.А. Влияние органических удобрений и возделываемых культур на азотный режим темно-серой лесной почвы орошении // Агрохимия. - 2015. -№ 10. - С. 3-9.
2. Прокина Л.Н., Моисеев А.А. Вынос элементов питания урожаем многолетних трав в зависимости от средств химизации в условиях Нечерноземной зоны // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013-2020 гг.: мат-лы всерос. совещания науч. учреждений-участников географической сети опытов с удобрениями. -М., 2018. - С. 235-239.
3. Волошин Е.И., Рудой Н.Г. Особенности накопления растительных остатков полевых культур в Средней Сибири // Вестник Крас-ГАУ. - 2019. - № 2. - С. 3-10.
4. Продуктивность и азотфиксирующая способность современных сортов зернобобовых культур в одновидовых и смешанных посевах в зависимости от элементов технологии и вклад биологического азота в плодородие дерново-подзолистой почвы /
B.В. Конончук, В.Д. Штырхунов, С.М. Тимошенко [и др.] // Достижения современной аграрной науки сельскохозяйственному производству: мат-лы науч.-прак. конф. с междунар. участием. - Калуга, 2017. -
C. 265-274.
5. Конончук В.В., Бородуля М.В. Источники азота и диагностика азотного питания озимой пшеницы в полевом севообороте на дерново-подзолистой почве // Агрохимический вестник. - 2012. - № 1. - С. 8-11.
6. Борцов В.С. Использование автоматизированной аналитической системы на основе
отражательной спектроскопии в исследовании агроценозов: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16. - Красноярск: Крас-ГАУ, 2002. - 26 с.
7. Чупрова В.В. Углерод и азот в агроэкоси-стемах Средней Сибири. - Красноярск: Краснояр. гос. ун-т, 1997. - 166 с.
8. Гурьев Г.П. К вопросу о симбиотической азотфиксации у гороха в условиях Орловской области // Зернобобовые и крупяные культуры. - 2012. - № 2. - С. 66-71.
9. Назарюк В.М. Баланс и трансформация азота в агроэкосистемах. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 257 с.
Literatura
1. Lobkov V.T., Bobkova Ju.A. Vlijanie organicheskih udobrenij i vozdelyvaemyh kul'tur na azotnyj rezhim temno-seroj lesnoj pochvy oroshenii // Agrohimija. - 2015. -№ 10. - S. 3-9.
2. Prokina L.N., Moiseev A.A. Vynos jelementov pitanija urozhaem mnogoletnih trav v zavisimosti ot sredstv himizacii v uslovijah Nechernozemnoj zony // Itogi vypolnenija programmy fundamental'nyh nauchnyh issledovanij gosudarstvennyh akademij na 2013-2020 gg.: mat-ly vseros. soveshhanija nauch. uchrezhdenij-uchastnikov geograficheskoj seti opytov s udobrenijami. -М., 2018. - S. 235-239.
3. Voloshin E.I., Rudoj N.G. Osobennosti nakoplenija rastitel'nyh ostatkov polevyh kul'tur
v Srednej Sibiri // Vestnik KrasGAU. - 2019. -№ 2. - S. 3-10.
4. Produktivnost' i azotfiksirujushhaja sposobnost' sovremennyh sortov zernobobovyh kul'tur v odnovidovyh i smeshannyh posevah v zavisimosti ot jelementov tehnologii i vklad biologicheskogo azota v plodorodie dernovo-podzolistoj pochvy / V.V. Kononchuk, V.D. Shtyrhunov, S.M. Timoshenko [i dr.] // Dostizhenija sovremennoj agrarnoj nauki sel'skohozjajstvennomu proizvodstvu: mat-ly nauch.-prak. konf. s mezhdunar. uchastiem. - Kaluga, 2017. -S. 265-274.
5. Kononchuk V.V., Borodulja M.V. Istochniki azota i diagnostika azotnogo pitanija ozimoj pshenicy v polevom sevooborote na dernovo-podzolistoj pochve // Agrohimicheskij vestnik. - 2012. - № 1. - S. 8-11.
6. Borcov V.S. Ispol'zovanie avtomatizirovannoj analiticheskoj sistemy na osnove otrazhatel'noj spektroskopii v issledovanii agrocenozov: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk: 03.00.16. -Krasnojarsk: KrasGAU, 2002. - 26 s.
7. Chuprova V.V. Uglerod i azot v agrojekosistemah Srednej Sibiri. -Krasnojarsk: Krasnojar. gos. un-t, 1997. -166 s.
8. Gufev G.P. K voprosu o simbioticheskoj azotfiksacii u goroha v uslovijah Orlovskoj oblasti // Zernobobovye i krupjanye kul'tury. -2012. - № 2. - S. 66-71.
9. Nazarjuk V.M. Balans i transformacija azota v agrojekosistemah. - Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2002. - 257 s.
