CC BY
23
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11009
УДК 631.81
Влияние различных доз удобрений на содержание и миграцию нитратного азота в агроландшафтах Верхневолжья
С. И. ЗИНЧЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора (e-mail: zinchenkosergei@. mail.ru)
И. М. ЩУКИН, младший научный сотрудник (e-mail: [email protected])
Верхневолжский федеральный аграрный научный центр, ул. Центральная, 3, п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., 601261, Российская Федерация
Резюме. В агроэкосистемах Верхневолжья изучали вертикальную миграцию нитратного азота в профиле дерново-подзолистьх и серых лесных почв в зависимости от уровня антропогенной нагрузки. В серой лесной среднесуглинистой почве с увеличением интенсивности агрогенной нагрузки от нулевого до высокоинтенсивного органоминерального уровня технологии происходит снижение миграционной активности N-NO3 в нижележащие слои. Сокращение потерь N-NO3 определяет более эффективное использование азота растениями при повышении интенсивности технологий и продуктивности агросистемы. В агроэкосистеме с высокоинтенсивной органоминеральной антропогенной нагрузкой содержание нитратов находилось на уровне природной экосистемы и составляло 0,9 мг/кг. На дерново-подзолистьх супесчаных почвахс увеличением интенсивности антропогенного воздействия потери минерального азота и накопление его в нижележащих слоях почвы более выражены. Это может быть обусловлено более легким гранулометрическим составом почвенных разностей. Содержание нитратов в слое 0...300см интенсивного фона дерново-подзолистой супесчаной почвы составляло 3,1.4,1 мг/кг и превышало величину этого показателя у природного аналога в 1,4.1,9 раза. Значительное количество нитратов отмечено на глубине ниже 100 см. Это, в первую очередь, может быть связано слегким гранулометрическим составом почвы и подстилающих пород. При нулевом уровне интенсивности распределение нитратного азота в изучаемом профиле находилось на уровне природного аналога и превышало его содержание лишь на10 %. Дальнейшее повышение интенсивности до нормального уровня, вызывало интенсивное передвижение и аккумуляцию нитратов на глубине 100.300 см, где их содержание увеличивалось в сравнении с целинным участком, в 2,5раза. В целом в слое 20.300 см концентрация нитратов возросла в сравнении с почвой целинного аналога, на 80 %. Использование отвальной вспашки на дерново-подзолистой почве способствует усилению миграции нитратов вниз по профилю, по сравнению с безотвальной обработкой.
Ключевые слова: агроэкосистема, экосистема, миграция нитратов, серая лесная почва, дерново-подзолистые почвы, уровни интенсификации технологий, минеральные удобрения, органические удобрения, антропогенная нагрузка. Для цитирования: Зинченко С. И., Щукин И. М. Влияние различных доз удобрений на содержание и миграцию нитратного азота в агроландшафтах Верхневолжья// Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 10. С. 41-44. DOI: 10.24411/02352451-2018-11009.
Контроль за сбалансированностью элементов в корнеобитаемом слое и оперативное устранение отклонений стали ключевой задачей при функционировании агроэкосистем. Оптимизация питания сельскохозяйственных культур требует разумного компромисса между урожайностью, качеством продукции, сокращением затрат и снижением риска загрязнения окружающей среды. Их значимость варьирует в зависимости от почв, ландшафтов, агроэкосистем и агроценозов [1].
Большое значение имеет установление допустимой нагрузки удобрений на агроценозы в различных агроландшафтах [2]. Особое место здесь принадлежит азотным
удобрениям. При внесении в почву они подвергаются химическим, физическим, биохимическим и микробиологическим процессам превращения, которые приводят к тому, что только часть азота может эффективно использоваться растениями. В агроэкосистеме использование азота удобрений не превышает 30...50 %, газообразном виде из почвы теряется до 15.30 % этого элемента, вследствие иммобилизации в органическое вещество -20.40 %, из-за вымывания - до 10 % [3].
В условиях промывного водного режима, характерного для большей части почв Нечерноземной зоны РФ, особую актуальность приобретает изучение вопросов вертикальной миграции нитратов [1].
Цель работы - изучить влияние уровня агротехнической нагрузки в агроэкосистемах на вертикальную миграцию нитратного азота по профилю почв Верхневолжья.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в 2012-2013 гг. Объектом исследования служили почвы в длительных стационарных полевых опытах Владимирского, Костромского НИИСХ, Всероссийского НИИ органических удобрений и Ивановской ГСХА.
Интенсивность агротехнического воздействия в агроэкосистемах определялась уровнем применения органических и минеральных удобрений, а также интенсивностью механической обработки почвы.
Для оценки влияния антропогенного воздействия на агроландшафты использовали эталонные образцы почв ненарушенных природных экосистем.
Образцы почвы отбирали в изучаемых вариантах в трехкратном повторении через 20 см до глубины 300 см. Содержание нитратного азота в почве определяли в смешенных образцах по ГОСТ 26483 - 85, ГОСТ 26490 - 85.
Во Владимирском НИИСХ (опыт 1) изучали агроэко-системы, сформированные при внесении в течение 18 лет органических и минеральных удобрений на фоне ежегодной отвальной вспашки на глубину20.22 см. Схема опыта включала следующие уровни интенсивности: нулевой - навоз 6,7 т/га; интенсивный минеральный - ^^^К^; высокоинтенсивный минеральный - ^5Р60КЮ; высокоинтенсивный органоминеральный - ^^К^ + навоз 13 т/га. Почва опытного участка - серая лесная среднесуглинистая с содержанием гумуса 2,2.3,4 %. Почвообразующая порода - покровные лессовидные тяжелые суглинки (карбонаты в 1 м отсутствуют). Мощность пахотного слоя - 25.30 см [4]. В качестве контроля в опыте использовали рядом расположенный участок целинной экосистемы.
На базе Ивановской ГСХА (опыт 2) исследовали агроэкосистемы, сформированные при ежегодном внесении ^0Р60К60 на двух фонах обработки почвы с 1986 г. Почва опытного участка - дерново-среднеподзолистая легкосуглинистая на средних суглинках подстилаемых мореной. Мощность пахотного слоя - 20.22 см. Содержание гумуса - 2,1 % [5].
На базе Всероссийского НИИ органических удобрений (опыт 3) во Владимирской области изучали агроэкосистемы, сформированные под воздействием ежегодной с 1968 г. отвальной вспашки на 20.22 см и применения органических и минеральных удобрений. Схема опыта вклю-
Рис. 1. Распределение N-N63 по профилю серой лесной почвы (мг/кг) в опыте 1 (Владимирская область) в зависимости от уровня интенсивности антропогенного воздействия:
—■ - целина (контроль);...... - навоз 6,7 т/га; — — — -
м45р40к4»;- • -ЧЛоКб»;---М71Р58К58 +навоз 13 т/га.
чала следующие уровни интенсивности: нулевой - навоз 20 т/га, нормальный минеральный - Ы50Р25К60, высокоинтенсивный органоминеральный - М100Р50К120 + навоз 10 т/ га. Почва опытного участка - дерново-сильноподзолистая супесчаная, слабоглееватая, подстилаемая с глубины 40...50 см мореным суглинком. Мощность пахотного слоя - 20.22 см. Содержание гумуса - 1,05.1,17 % [6]. В качестве контроля в опыте использовали рядом расположенный участок на опушке леса.
В Костромском НИИСХ (опыт 4) исследовали агроэко-системы, сформированные под воздействием ежегодной (с 1978 г.) отвальной вспашки на 20.22 см и применения минеральных удобрений и извести. Схема опыта включала следующие уровни интенсивности: нормальный -Ы32Р32К32, интенсивный - 3 т/га СаС03 (известь) + Ы32Р32К32, высокоинтенсивный - 25 т/га СаС03 (известь) + Ы96Р96К96. Почва опытного участка - дерново-подзолистая легкосуглинистая на моренном суглинке. Мощность пахотного слоя - 22.27 см. Содержание гумуса - 1,39.1,54 % [7]. В качестве контроля в опыте использовали рядом расположенный участок экосистемы леса.
Результаты и обсуждение. В серых лесных почвах Владимирского ополья (опыт 1) с периодическим промывным режимом, нитраты обнаруживали на глубине до 3 м. В результате интенсивного рыхления почвы в агроэкоси-стеме с отвальной вспашкой на нулевом фоне происходит активная миграция нитратного азота из верхнего (0.20 см) слоя в нижележащие горизонты (рис. 1). Особенно повышенная его концентрация сохраняется в диапазоне глубин 20.130 см (5,12.9,03 мг/ кг) и 180.280 см (2,84. 4,58 мг/кг). Содержание Ы-Ы03 в слое 20.300 см на этом фоне увеличилось в 4,5 раза, по сравнению с природной экосистемой, в почве которой величина этого показателя варьировала по профилю в пределах 0,83.1,02 мг/кг.
С ростом интенсивности агротехнологий потери минерального азота с нисходящей миграцией уменьшались - в почве при интенсивном уровне содержание нитратов на глубине 20.110 см составляло 2,19.2,70 мг/кг, 190.220 см - 2,57 мг/кг. Содержание Ы-Ы03 в слое 20.300 см было в 2 раза выше, чем в экосистеме залежи, и на 48,1 % меньше, чем на нулевом уровне.
Дальнейшее повышение нагрузки на агроэкосистемудо высокоинтенсивного уровня приводило к снижению потерь нитратного азота, по сравнению с интенсивным уровнем, на 39,3 %. Перемещение и накопление нитратов наблюдали на глубине 60 (2,84 мг/кг) и 100 см (5,55 мг/кг).
Содержание Ы-Ы03 в слое 20.300 см агроэкосистем в зависимости от уровня антропогенной нагрузки снижалось в следующей последовательности: нулевой уровень (4,1 мг/кг) - интенсивный (1,9 мг/кг) - высокоинтенсивный минеральный (1,5 мг/кг) - высокоинтенсивный органоминеральный (0,9 мг/кг). При этом в агроэкосистеме с высокоинтенсивным органоминеральным уровнем антропогенной нагрузки содержание нитратного азота находилось на уровне целинного участка (0,9 мг/кг).
Снижение потерь Ы-Ы03 в агроэкосистемах можно объяснить более эффективным использованием элементов питания, прежде всего азота, растениями при повышении интенсивности технологий (табл. 1). При нулевом уровне интенсификации, когда внесение удобрений соответствовало отчуждению питательных элементов с урожаем, происходило уменьшение продуктивности агроэкосистемы на 6,1 %, в сравнении с экосистемой.
Таблица 1. Продуктивность экосистемы и агроэкосистем на серой лесной почве в зависимости от уровня антропогенного воздействия [8]
Вариант, уровень интенсивности Биомасса, т/ га
Экосистема (контроль) 4,60
Агроэкосистемы (яровая пшеница)
Нулевой (навоз 6,7 т/га) 4,32
Интенсивный ^Р^) 5,23
Высокоинтенсивный минеральный
^РЛ) 5,68
Высокоинтенсивный органоминераль-
ный (навоз 13 т/га + ^.,Р58К58) 5,90
Увеличение антропогенной нагрузки до интенсивного и высокоинтенсивного уровня обеспечивало снижение потерь Ы-Ы03 благодаря более активному использованию азота сельскохозяйственными растениями, что подтверждает увеличение продуктивности агроэкосистем на 13,7.28,3 %, в сравнении с природной экосистемой.
Наиболее экологически устойчива, с минимумом непродуктивных потерь нитратного азота и низкой его миграционной активностью агроэкосистема с высокоинтенсивным органоминеральным фоном, в которой миграция Ы-Ы03 в слое 20.300 см не превышала уровня биотопа залежного участка.
На дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почве в Ивановской области (опыт 2) миграционная активность нитратного азота ограничивалась проникновением на глубину до 230 см (рис. 2а). По отвальной вспашке на глубину 20.22 см наблюдали накопление до 2,77 мг/кг в слое 40.140 см. В слое 20.300 см содержание нитратного азота было на 40 % выше, чем в экосистеме.
Высокая плотность слоя 0.30 см (1,5 г/см3, табл. 2) привела к ухудшению условий развития возделываемых культур, в результате чего уменьшилось использование ими нитратов из пахотного слоя. Неиспользованный нитратный азот мигрировал с атмосферными осадками в более глубокие слои почвы, где происходило его накопление.
Рис. 2. Распределение Ы-Ы03, мг/кг : а) по профилю дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почвы в опыте 2 (Ивановская обл.): - экосистема - лес (контроль); агроэкосистемы: ■ • - отвальная вспашка на 20...22 см (1\130Р60К60); = = - безотвальная обработка на 20...22 см (1\130Р60К60); б) по профилю дерново-подзолистой супесчаной почвы в опыте 3 (Владимирская область): I -лес (контроль); агроэкосистемы:......-навоз20т/га; = =-|\150Р25К60; — ~ ^100Р50К120 +
навоз 10 т/га; в) по профилю дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в опыте 4 (Костромская область):- - лес
(контроль); =«-Ы Р К ;——— - известь 3 т/га + N Р К ; — — - известь 25 т/га + N Р К .
Более благоприятное сложение пахотного слоя наблюдали в варианте с безотвальной обработкой (1,2.1,3 г/см3), что улучшило условия развития и позволило сельскохозяйственным культурам полнее и эффективнее использовать нитратный азот в течение вегетации. Это обеспечило снижение миграции нитратного азота из пахотного слоя. Его содержание в слое 40.140 см составляло 0,85 мг/кг и не превышало уровня целинного аналога (1,15 мг/кг).
Активность миграционных процессов в агроэкосистемах на дерново-подзолистой супесчаной почве (опыт 3) была выше, чем на дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почве Ивановской области (опыт 2).
Таблица 2. Влияние основной обработки на плотность сложения дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в агроэкосистемах Ивановской области, г/см3 (опыт 2)
Вариант
Отвальная
вспашка на 20...22 см
0...20 см\ 0...30 см
Безотвальная обработка на 20.22 см
0.20 см\0...30 см
Целина
(контроль)* 1,40 1,50 1,40 1,50
Агроэкосисте-
ма (N30P60K60) НСР 05 1,30 1,50 1,20 1,30
0,26 0,16 0,09 0,09
*без основной обработки.
Значительное количество нитратов отмечали на глубине ниже 100 см (см. рис. 2б). Это, в первую очередь, может быть связано с легким гранулометрическим составом почвы и подстилающих пород. При нулевом уровне интенсивности распределение нитратного азота в изучаемом профиле находилось на уровне природного аналога, но превышало его по концентрации на 10 %. Дальнейшее
повышение интенсивности до нормального уровня, вызывало усиление передвижения и аккумуляцию нитратов на глубине 100.300 см, где их содержание увеличивалось, в сравнении с целинным участком, в 2,5 раза. В целом в слое 20.300 см концентрация нитратов возросла, в сравнении с почвой целинного аналога, на 80 %.
Продуктивность экосистемы на дерново-подзолистой супесчаной почве составила 3,90 т/га (табл. 3). Повышение интенсивности технологий возделывания озимой пшеницы обеспечило увеличение ее продуктивности от 8,97 т/га на нулевом уровне, до 9,24 т/га на высокоинтенсивном органоминеральном, или в 2,2.2,4 раза.
Таблица 3. Продуктивность экосистемы и агроэкосистем на дерново-подзолистой супесчаной почве в зависимости от уровня антропогенных факторов [9]
Вариант, уровень интенсивности\Биомасса, т/га
Экосистема (контроль) 3,90
Агроэкосистемы (озимая пшеница)
Нулевой (навоз 20 т/га) 8,97
Нормальный минеральный
8,95
Высокоинтенсивный минеральный
(^^00Р50К120) 8,50
Высокоинтенсивный органомине-
ральный (^00Р50К,20 + навоз 10 т/га) 9,24
Повышение интенсивности технологий возделывания озимой пшеницы путем использования органических и минеральных удобрений до высокоинтенсивного органо-минерального уровня приводит к заметному увеличению биомассы озимой пшеницы (9,24 т/га). Однако запасы нитратного азота в верхних слоях почвы используются не
Таблица 4. Продуктивность экосистемы и агроэкосистем на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в зависимости от уровня антропогенной нагрузки
Экосистема, антропогенные Биомасса,
факторы т/га
Экосистема (контроль) 2,60
Агроэкосистемы (яровой ячмень)
Нормальный (N32P32K32) 3,38
Интенсивный (известь 3 т/га+
N32P32K32) 4,12
Высокоинтенсивный (известь 25 т/га +
N p к ) 96 96 96' 5,09
полностью и вместе с атмосферными осадками мигрируют в нижние горизонты. В связи с этим в слое 240...300 см происходит увеличение его содержания в 3,5 раза, по сравнению с экосистемой.
В дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (опыт 4) аккумулятивный слой мигрирующих нитратов сформировался на глубине 60.140 см (см. рис. 2в). При нормальном и интенсивном уровне вариация содержания нитратного азота в почве составляла 3,34.8,19 мг/кг. Увеличение нагрузки на агроэкосистемы до высокоинтенсивного уровня сопровождалось уменьшением потерь нитратного азота с нисходящей миграцией за пределы корнеобитаемого слоя
(ниже 80.100 см) благодаря более активному потреблению из почвы и удобрений растениями для формирования урожая (табл. 4).
Образование и накопление нитратного азота в биологически активном слое почвы 0.40 см имеет свои особенности. Так, в агроэкосистемах на серой лесной почве содержание нитратного азота было в среднем на1,65 мг/кг выше, чем в том же слое природных аналогов.
Дерново-подзолистые почвы Верхневолжского региона обладают более высоким потенциалом накопление Ы-Ы03, который для слоя 0.40 см составлял 1,27.3,27 мг/кг.
Выводы. В агроэкосистемах на серых лесных и дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах с увеличением антропогенной нагрузки от нулевого до высокоинтенсивного уровня технологий возрастает полнота использования азота почвы и удобрений сельскохозяйственными культурами для формирования высокого урожая, что снижает до минимума его миграцию в форме нитратов в нижележащие слои почвы.
На дерново-подзолистых супесчаных почвах с увеличением интенсивности антропогенного воздействия и насыщения минеральными удобрениями потери минерального азота и накопление его в нижележащих слоях почвы более выражены, что может быть обусловлено гранулометрическим составом почвенных разностей.
Литература.
1. Медведев В. В. Оптимизация агрофизических свойств черноземов. Киев. 1988. 158 с.
2.Зинченко М. К. Формирование биогенности серой лесной почвы в агро-ландшафтах Владимирского ополья под влиянием различных систем удобрений //Владимирский земледелец. 2014. № 4. С. 12-14.
3. Илюшкина Л. Н. Биологическая активность почв урболандшафтов г. Ростова-на-Дону и г. Азова: автореф. дисс.... канд. биол. наук: 03.00.27, 03.00.16. Ростов-на-Дону: КМЦ «Копицентр», 2004. 24 с.
4. Волощук А.Т. Особенности формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия // Владимирский земледелец. 2000. № 1. С. 26-45.
5. Борин А.А., Коновалова Л.К., Лощинина Л.К. Агротехнологии и продуктивность севооборота в условиях Верхневолжья // Владимирский земледелец. 2017. № 4(82). С. 11-14.
6. Лукин С. М. Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах: автореф. дис.... д-ра с.-х. наук. М. 2009. 48 с.
7. Камнева О.П. Отчет ФГБНУ «Костромской НИИСХ» за 2013г. Минское. 2013. 11 с.
8. Бибик Т.С. Усовершенствование адаптивно-ландшафтных систем земледелия по Владимирской области на основе использования современной базы данных и новых технологий проектирования: Отчет промежуточный ФГБНУ «Владимирский НИИСХ» за 2014 г. Суздаль. 2014. 26 с.
9. Провести исследования по оценке эффективности применения систем удобрений под озимую пшеницу и картофель в 10-й ротации зернопропашного севооборота: отчет о НИР (промежуточ.). / Рук. С. М. Лукин / Исполн. С. М. Лукин. Вяткино: ФГБНУ ВНИИОУ, 2012. 11 с.
Influence of Fertilizer Different Doses on the Content and Migration of Nitrate Nitrogen in Agricultural Landscapes of the Upper Volga Region
S. I. Zinchenko, I. M. Shchukin
Upper Volga federal Agricultural scientific Center, ul. Centralnaya, 3, pos. Novyi, Suzdal'skii r-n, Vladimirskaya obl., 601261, Russian Federation
Abstract. In the Upper Volga agroecosystems, the vertical migration of nitrate nitrogen in the profile of sod-podzolics and gray forest soils was studied depending on the level of anthropogenic load. In the gray forest medium loamy soil, there was a decrease in the migration activity of N-NO3 with an increase in the intensity of agrogenic load from the zero to high-intensity organomineral level of technology. Reducing the loss of N-NO3 determines the more efficient use of nitrogen by plants with increasing intensity of technology and increasing productivity of the agrosystem. In the agroecosystem with the high-intensity organomineral anthropogenic load, the nitrate content was at the level of a natural ecosystem and amounted to 0.9 mg/kg. On sod-podzolics sabulous soils with an increase in the intensity of the anthropogenic load, the loss of mineral nitrogen and its accumulation in the underlying soil layers were more pronounced. This may be due to the lighter granulometric composition of soil sites. The nitrate content in the 0-300 cm layer of the intense background of the sod-podzolics sabulous soil was 3.1-4.1 mg/kg and 1.4-1.9 times exceeded the natural analog. A significant amount of nitrates was at the depth below 100 cm. This, in the first place, may be due to the light granulometric composition of the soil and underlying rocks. At the zero level of intensity, the distribution of nitrate nitrogen in the studied profile was at the level of the natural analog and exceeded its content only by 10%. A further increase in the intensity to the normal level caused an intensive movement of nitrates and their accumulation at the depth of 100-300 cm, where their content increased 2.5 times in comparison with the virgin area. In general, in the layer of 20-300 cm, the content of nitrates increased in comparison with the soil of the virgin analog by 80%. The use of moldboard ploughing on sod-podzolics soil contributed to the increased migration of nitrates down the profile in comparison with nonmoldboard cultivation.
Keywords: agricultural ecosystem; ecosystem; nitrate migration; gray forest soil; sod-podzolics soil; levels of technology intensification; mineral fertilizers; organic fertilizers; anthropogenic load.
Author Details: S. I. Zinchenko, D. Sc. (Agr.), deputy director (e-mail: zinchenkosergei@. mail.ru); I. M. Shchukin, junior research fellow (e-mail: [email protected])
For citation: Zinchenko S. I., Shchukin I. M. Influence of Fertilizer Different Doses on the Content and Migration of Nitrate Nitrogen in Agricultural Landscapes of the Upper Volga Region. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 10. Pp. 41-44 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11009.
