CC BY
47D0I:10.24411/2225-2584-2020-10101
УДК 631.811:631.813:631.84:631.862.1
ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИИ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ АЗОТА В ПОЧВАХ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
В.В. ОКОРКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, (e-mail: okorkovvv@yandex.ru)
Л.А. ОКОРКОВА, старший научный сотрудник
О.А. ФЕНОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Верхневолжский федеральный аграрный научный центр,
ул. Центральная, д.3, п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., 602060, Российская Федерация
Резюме. На серых лесных почвах Верхневолжья установлена степенная или гиперболическая зависимость ежегодной продуктивности 8- и 7-польных севооборотов с ростом среднегодовых запасов как нитратного, так и мобильного фонда азота в слое почвы 0-40 см в ранние сроки вегетации культур. Выявлено, что среднегодовые запасы нитратного азота в середине вегетации культур по сравнению с ранним сроком за 1992-2008 гг. снижались на 49-63 %, аммонийного - на 7,5-15,6 %. Различия обусловлены полным нахождением нитратного азота в жидкой фазе почвы, а аммонийного -частичным. Размеры снижения запасов N-NH4 почвы во 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м сравнивались с долей перехода его в жидкую фазу, количество которого в ней определяли с помощью ионоселективного электрода на ионы аммония. В образцах, отобранных за 1992-2008 гг. и проанализированных в 2018-2019 гг., доля перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу варьировала от 3,4 до 5,8 %. В 1,54,8 раз возросло содержание N-NH4 в почве по сравнению с образцами, проанализированными сразу в год их отбора. Различия резко возрастали в острозасушливые годы с низкими величинами гидротермического коэффициента. В такие годы в вытяжку 1 М раствора KCI переходили преимущественно поверхностно расположенные ионы аммония. Хранение образцов вело к восстановлению гидрофильности и перестройке ППК, минерализации микробной плазмы. Пересчет степени перехода всего N-NH4 почвы на поверхностно расположенный аммонийный азот вел к росту доли перехода его в жидкую фазу - кажущейся доли перехода. Эта величина (7,1-20,6 %) в вариантах опыта оказалась близкой к размерам снижения запасов N-NH4 во 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м. Интерпретация полученных данных может свидетельствовать об участии и внутриагрегатных ионов аммония в питании культур азотом и практически полном поглощении перешедшего в жидкую фазу N-NH4.
Ключевые слова: серая лесная почва, нитратный азот, аммонийный азот почвы и жидкой фазы, степень перехода аммонийного азота почвы в жидкую фазу.
Для цитирования: Окорков В.В., Окоркова Л.А, Фенова О.А. Влияние удобрений на содержание подвижных форм азота в почвах Верхневолжья // Владимирский земледелец. 2020. №1. С. 4-12. DOI:10.24411/2225-2584-2020-10101.
Верхневолжский регион - составная часть Центрального экономического района. В нем находится свыше 30 %
№ 1 (91) 2020
пашни. Плошадь её составляет 4402,6 тыс. га, сенокосов -1445, пастбищ - 1354,2 тыс. га [1].
На дерново-подзолистых [2] и серых лесных почвах Верхневолжья [3] выявлена определяющая роль азотных удобрений в повышении урожайности полевых культур различных севооборотов. На серых лесных почвах главенствующее влияние на урожай и его качество оказывали запасы нитратного азота в слое 0-40 см почвы за счет трансформации почвенного и рано весной вносимого с удобрениями азота. В работе [4] это объясняется тем, что при температурах выше 10 оС растения потребляют преимущественно нитратную форму азота. Однако исследованиями Д.Н. Прянишникова [5] и его школы выявлено активное поглощение растениями как нитратного, так и аммонийного азота. Оптимум поглощения N-NH4 наблюдался при рН около 7,0, а N-NO3 - при слабокислой реакции среды. Эти исследования проведены в основном в водных культурах. В полевых же условиях процессы поглощения азота далеки от условий водных культур.
На серых лесных почвах Верхневолжья в 8- и 7-польных севооборотах установлена тесная степенная или гиперболическая связь средней ежегодной продуктивности их со средними запасами нитратного азота в слое 0-40 см почвы в ранний период вегетации культур [3, 6]. Такие же взаимосвязи наблюдали между первым параметром и суммой запасов нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы в тот же срок (мобильным фондом азота). Содержание аммонийного азота в ней оценивали расчетным путем. При этом коэффициент использования исходных запасов N-NO3 до середины вегетации культур (49-70 %) был в 3-5 раз более высоким, чем N-NH4 (7,5-26,1 %). Об этом судили по снижению запасов этих форм азота в середине вегетации культур по сравнению с ее началом, к исходным запасам [3, 6]. По нашему мнению, более высокое использование растениями азота нитратов почвы обусловлено полным нахождением их в жидкой фазе почвы, а аммонийного азота - частичным. Так как в последнее время в агрохимических исследованиях аммонийный азот почвы определяют после вытеснения его из ППК 1 М раствором KCl [7], то оценивают сумму обменных ионов NH4+ и жидкой фазы. Концентрацию и запасы аммонийного азота в жидкой фазе почвы можно определить с помощью ионоселективного электрода на ионы NH4+ [8].
Цель исследований - в длительном стационарном опыте изучить динамику содержания аммонийного азота в почве (индофеноловый метод) и водной вытяжке (1:1, потенциометрический метод с использованием ионоселективного электрода на ионы NH4+) в зависимости от систем удобрения.
Условия, материалы и методы. Основные
g/iaduMipckül ЗемдеШецТ)
исследования выполняли на серых лесных почвах Верхневолжья в многолетнем стационарном опыте ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ», заложенном в 1991-1993 гг. [3, 9]. Наблюдения за урожайностью вели в 3-х полях. В 1-й и 2-й ротациях чередование культур следующее: 1) занятой пар (викоовсяная смесь); 2) озимая рожь (пшеница); 3) картофель; 4) овёс с подсевом трав; 5) травы 1-го года пользования; 6) травы 2-го года пользования; 7) озимая рожь (пшеница); 8) ячмень. В 3-й ротации (2007-2015 гг.) из севооборота исключили картофель; после занятого пара высевали яровую пшеницу, травы 2-го года пользования -озимую пшеницу и яровую пшеницу (4-я ротация).
В занятом пару 1-й ротации провели известкование по полной гидролитической кислотности. На его фоне изучали влияние на агрохимические свойства почвы различных доз подстилочного навоза КРС (0, 40, 60, 80 т/га), вносимого под озимую рожь после уборки занятого пара, минеральных удобрений и их сочетания. Во 2-й и 3-й ротациях исследования вели по последействию известкования.
В 1-й и 2-й ротациях в качестве одинарной дозы удобрений под зерновые, однолетние и многолетние травы вносили Р40К40 и N40P40K40, под картофель - Р60К80 и N60P60K80. Под травы 1-го года пользования двойная доза минеральных удобрений во всех ротациях составила N40P80K80. В 3-й и 4-й ротациях 7-польного севооборота
под зерновые культуры и травы 1-го и 2-го годов пользования в качестве одинарных доз вносили Р40К40 и N40P40K40.
В опыте применяли аммиачную селитру, простой (двойной) суперфосфат, калийную соль (хлористый калий). Фосфорно-калийные удобрения вносили осенью под основную обработку почвы, азотные - весной сразу после закрытия влаги под однолетние травы и яровые зерновые, в подкормку озимых и многолетних трав. До всходов интенсивно протекала трансформация азота почвы и удобрений. Фосфорно-калийные удобрения под травы 1-го и 2-го годов пользования вносили поверхностно после уборки соответственно покровной культуры и трав 1-го года пользования.
Во всех ротациях солома зерновых измельчалась, заделывалась в почву основной обработкой, солома овса только измельчалась.
Агрохимические анализы почвы и растений выполняли по методикам, изложенным в работе [7].
Результаты и обсуждение. Результаты исследования по динамике минеральных форм азота в зависимости от систем удобрения и их обсуждение. В таблице 1 представлены среднегодовые запасы N-N03 и N-NH4 в почве и жидкой фазе серых лесных почв в зависимости от систем удобрения за 1992-2008 гг. (1-я и 2-я ротации
1. Среднегодовые запасы N-N03 и N-NH4 в почве и жидкой фазе её в слое 0-40 см за 1992-2008 гг. в зависимости от систем удобрения
Вариант опыта Запасы в 1-й срок, кг/га Снижение запасов во 2-й срок по сравнению с 1-м Исходны жидкой е запасы в >азе, кг/га Мобильный фонд азота, кг/га
N-NO3 N-NH 4 N-NO3 , кг/га N-NO3 , % n-nh4 , кг/га N-NH , % 4 N-NO3 N-NH 4
1. Контроль 45 178 25 56 14 7,9 45 25 70
2. Известь (фон - Ф) 47 174 23 49 13 7,5 47 26 73
3. Ф + РК 46 182 23 50 19 10,4 46 38 84
4. Ф + NPK 100 185 63 63 24 13,0 100 38 138
5. Ф + 2 NPK 150 194 83 55 25 12,9 150 45 195
6. Ф + навоз 40 т/га (Н40) 46 184 27 59 20 10,9 46 34 80
7. Ф + Н60 50 188 28 56 24 12,8 50 43 93
8. Ф + Н80 50 189 27 54 21 11,1 50 39 89
9. Ф + Н40 + РК 46 180 25 54 16 8,9 46 30 76
10.Ф + Н40 + NPK 104 186 64 62 29 15,6 104 47 151
11. Ф + Н40 + 2NPK 155 191 86 56 25 13,1 155 45 200
12. Ф + Н60 + РК 50 190 27 54 18 9,5 50 33 83
13. Ф + Н60 + NPK 104 187 63 61 27 14,4 104 44 148
14. Ф + Н60 + 2NPK 150 192 83 55 21 10,9 150 38 188
15. Ф + Н80 + РК 59 182 35 59 19 10,4 59 32 91
16. Ф + Н80 + NPK 110 185 69 63 23 12,4 110 36 146
17. Ф + Н80 + 2NPK 159 201 85 54 26 12,9 159 48 207
Примечание. 1 - среднегодовые запасы в 1-й срок - средние величины, полученные для всходов яровых зерновых и однолетних трав и отрастания озимых и многолетних трав; 2 - среднегодовые запасы во 2-й срок - средние величины, полученные в фазу колошения зерновых и бутонизации трав.
8-польного севооборота). Запасы в почве N-NO3 и N-NH4 рассчитывали непосредственно по данным содержания в почве нитратного азота (потенциометрический метод [7]) и аммонийного азота (метод индофеноловой зелени [7]). По отношению снижения запасов N-NO3 во 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м к исходным запасам рассчитывали коэффициент использования запасов нитратного азота, полностью находящегося в жидкой фазе, за указанный период. Считали, что снижение аммонийного азота во 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м происходило преимущественно за счет поглощения его из жидкой фазы. Было допущено, что доля поглощения как нитратного, так и аммонийного азота из жидкой фазы была одинаковой. Поэтому, разделив размеры снижения запасов аммонийного азота на долю уменьшения запасов нитратного азота, оценивали запасы аммонийного азота в жидкой фазе в 1-й срок наблюдений. Сумма запасов нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе в ранний период вегетации культур представляет мобильный фонд (МФ) азота.
Видно, что среднегодовые запасы нитратного азота в
1-й срок наблюдений в 1-й и 2-й ротациях севооборотов (табл. 1) в вариантах без удобрений были минимальными и варьировали от 45 до 47 кг/га. Применение органических удобрений повышало этот параметр до 46-50 кг/га, а их сочетания с РК удобрениями - до 46-59 кг/га. Резкое возрастание запасов нитратного азота произошло при применении аммиачной селитры в составе NPK. В вариантах сочетания органических удобрений с NPK на запасы N-NO3 преимущественно влиял азот минеральных удобрений. Максимальные запасы N-NO3 в ранние фазы вегетации культур (всходы - кущение) описаны и в работе [10].
Снижение запасов N-NO3 в слое 0-40 см во 2-й срок по сравнению с 1-м в вариантах без удобрений составило 23-25 кг/га, резко возросло в вариантах с применением азотных удобрений (63-83 кг/га).
Среднегодовые запасы N-NH4 в слое 0-40 см почвы в ранний период вегетации культур севооборотов за 1-ю и
2-ю ротации варьировали от 174 до 201 кг/га. Их среднегодовое снижение во 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м изменялось от 13 до 29 кг/га (от 7,5 до 15,6 %). Оно было в 2-3 раза более низким, чем азота нитратов, а в % - в 4-7 раз. Это свидетельствовало о решающей роли нитратного азота почвы в ранний период вегетации культур для повышения их урожайности.
Средняя ежегодная продуктивность 8-польного севооборота за 1-ю и 2-ю ротации (42,4>У1-2>30,1, ц/га з.е.) с ростом среднегодовых запасов N-N0^ определяемых в ранний период вегетации культур в слое почвы 0-40 см (159>х>45, кг/га), увеличивалась по степенной (уравнение 1) или гиперболической (уравнение 2) зависимостям:
Такую же тесную связь средней продуктивности севооборота наблюдали и с мобильным фондом азота (207^>70, кг/га):
Близкий вид взаимосвязей средней продуктивности севооборота с запасами нитратного азота и его МФ (уравнения 1-4) свидетельствовал об определяющей величину последнего параметра роли запасов нитратного азота. Тем не менее, для ежегодной корректной диагностики питания культур азотом, наряду с определением N-N0^ возникает необходимость непосредственной оценки содержания N-NH4 в жидкой фазе в ранний период их вегетации. Для этой цели можно использовать ионоселективный пленочный электрод ЭЛИС-12ШН4.
В работе [8] на образцах конца 2-й ротации севооборота, с сохраняющимся высоким содержанием аммонийного азота в почве, была изучена взаимосвязь его с содержанием N-NH4 в водной вытяжке при соотношении почва: вода 1:1. Установлено, что в слоях почвы 0-20 и 20-40 см наблюдалась прямая тесная линейная связь между этими параметрами. Коэффициент детерминации между ними в слое 0-20 см составлял 0,871, а в слое 20-40 см - 0,832.
Доля перехода N-NH4 почвы в водную вытяжку в слое 0-20 см варьировала от 3,3 до 6,1 %, а в слое 20-40 см - от 1,7 до 4,6 %. Очевидно, она была значительнее в образцах с более высоким содержанием гумуса. Сравнение этих данных с размерами снижения N-NH4 во 2-й срок отбора образцов по сравнению с 1-м (в %, табл. 1) свидетельствует, что степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в 2,0-2,5 раза ниже, чем снижение запасов N-NH4 в наблюдаемые сроки (7,5-15,6 %). Это требовало проведения дальнейших исследований.
Для экспериментальной оценки участия N-NH4 в мобильном фонде азота в первых двух и последующих ротациях севооборотов длительного полевого опыта в образцах почвы полей № 1 и 2, отобранных в 1994-1995 гг. (овес - середина 1-й ротации), 1998-1999 (ячмень - конец 1-й ротации), 2006-2007 (ячмень - конец 2-й ротации), 2013-2014 гг. (ячмень - конец 3-й ротации), 2019 г. (яровая пшеница после многолетних трав - 4-я ротация), потенциометрическим методом в 2018-2019 гг. определили содержание N-NH4 в жидкой фазе (соотношение почва: вода 1:1) (табл. 2). В этих же образцах повторно определили и содержание N-NH4 в почве (табл. 4).
Из данных таблицы 2 видно, что наиболее высокие величины N-NH4 водной вытяжки наблюдалось в 1-й ротации севооборота (1994-1999 гг.), а во 2-й (2006-20007 гг.), 3-й (2013-2014 гг.) и 4-й ротациях они заметно снижались, особенно в 3-й и 4-й.
В среднем за 1-ю и 2-ю ротации известкование заметно (в 1,8 раза) снижало этот параметр, что в определенной
2. Динамика содержания N-NH4 в водной вытяжке в слое 0-20 см в годы отбора образцов по полям № 1 и 2, мг/100 г почвы (2-й срок); анализ выполнен в 2018-2019 гг.
Вариант 19941995 гг. 19981999 гг. 20062007 гг. 20132014 гг. *2019 г. Среднее за 19942007 гг.
1. Контроль 0,453 0,544 0,249 0,125 0,081 0,415
2. Известь (фон - Ф) 0,242 0,212 0,231 0,132 0,028 0,228
3. Ф + РК 0,147 0,381 0,253 0,095 0,024 0,260
4. Ф + NPK 0,242 0,332 0,239 0,104 0,095 0,271
5. Ф + 2 NPK 0,337 0,837 0,377 0,202 0,060 0,517
6. Н 40 0,673 0,467 0,243 0,125 0,029 0,461
7. Н 60 0,600 0,591 0,262 0,066 0,093 0,484
8. Н 80 0,279 0,584 0,203 0,120 0,027 0,355
9. Н 40 + РК 0,531 0,656 0,280 0,078 0,067 0,489
10. Н 40 + NPK 0,344 0,650 0,273 0,046 0,042 0,422
11. Н 40 + 2 NPK 0,350 0,590 0,220 0,150 0,072 0,387
12. Н 60 + РК 0,677 0,597 0,249 0,091 0,051 0,508
13. Н60 + NPK 0,268 0,682 0,179 0,110 0,037 0,376
14. Н 60 + 2 NPK 0,324 0,824 0,346 0,288 0,095 0,498
15. Н 80 + РК 0,570 0,921 0,256 0,076 0,055 0,582
16. Н 80 + NPK 0,545 0,296 0,153 0,180 0,038 0,331
17. Н 80 + 2 NPK 0,331 0,440 0,284 0,243 0,082 0,352
Среднее 0,407 0,564 0,253 0,131 0,057 -
Примечание. * В 2019 - 2-й срок наблюдения под яровой пшеницей (1-е поле); анализ выполнен в декабре 2019 г.
3. Влияние удобрений на содержание N-NH4 в водной вытяжке в среднем за 1-ю и 2-ю ротации, мг/100 г почвы
Доза навоза за ротацию, т/га Минеральные удобрения Среднее по органическим удобрениям
0 РК NPK 2NPK
0 0,228 0,260 0,271 0,517 0,319
40 0,461 0,489 0,422 0,387 0,440
60 0,484 0,508 0,376 0,498 0,467
80 0,355 0,582 0,331 0,352 0,405
Среднее по минеральным удобрениям, мг/100 г почвы 0,382 0,460 0,350 0,438 -
мере объясняет отсутствие прибавок от известкования [3, 9]. По фонам доз навоза (0, 40, 60 и 80 т/га за ротацию севооборота) применение фосфорно-калийных удобрений повышало содержание N-NH4 в жидкой фазе с 0,382 до 0,460 мг/100 г почвы, одинарной дозы NPK снижало - до 0,350 мг/100 г, а двойной дозы NPK вновь повышало его до 0,438 мг/100 г почвы (табл. 3).
Очевидно, что РК удобрения повышали минерализацию растительных остатков и навоза [11]. При отсутствии
существенных прибавок урожаев культур от РК удобрений и дополнительного выноса азота - это повышало содержание аммонийного азота в почве и жидкой фазе. Высокие урожаи культур севооборота при применении одинарной дозы NPK способствовали активному поглощению азота растениями, в т.ч. и аммонийного. Это вело к снижению его в жидкой фазе. Двойная доза NPK вела к дальнейшему росту трансформации азота и его накоплению в почве. Однако урожайность культур севооборота существенно не повышалась. Следствием этого явилось повышение N-NH4 в жидкой фазе.
На фоне разных уровней применения минеральных удобрений (0, РК, NPK и 2NPK) органические удобрения повышали содержание N-NH4 в жидкой фазе в 1,27-1,46 раз (с 0,319 до 0,405-0,467 мг/100 г почвы). Максимум его повышения наблюдался при использовании 60 т/га навоза за ротацию. При внесении 80 т/га навоза должна была наблюдаться более высокая агрегированность ППК, что снижало размеры поглощения N-NH4 минеральной частью почвы.
Отметим, что среднему содержанию аммонийного азота в жидкой фазе 0,407 (1994-1995 гг.) и 0,564 мг/100 г почвы (1998-1999 гг.) в слое 0-20 см соответствовали запасы его 10,6 и 14,7 кг/га. В слое почвы 0-40 см они были примерно в 1,7-1,9 раза выше (18 и 28 кг/га) и в ряде вариантов могли значимо влиять на урожайность возделываемых культур. В 3-й и 4-й ротациях эти запасы в среднем по опыту составляли 3,4 и 1,5 кг/га N-NH4. Влияние их на урожайность культур севооборота снизилось в 3-10 раз. Эти данные подтвердили, что в годы интенсивной химизации (до 1990 года) содержание аммонийного азота в почве сильно возросло. Так динамика содержания аммонийного азота почвы в слое 0-20 см, определяемого в 2018-2019 гг., также показала наличие максимума этого параметра в конце 1-й ротации 8-польного севооборота (1998-1999 гг.), но резкое его уменьшение наблюдали в конце 4-й ротации 7-польного севооборота (табл. 4).
В среднем за 1-ю и 2-ю ротации 8-польного севооборота
4. Содержание N-NH4 почвы в слое 0-20 см в годы отбора образцов по полям № 1 и 2, мг/100 г почвы (2-й срок); анализ выполнен в 2018-2019 гг.
Вариант 19941995 гг. 19981999 гг. 20062007 гг. 20132014 гг. *2019 г. Среднее за 19942007 гг.
1. Контроль 8,97 11,0 5,77 5,67 2,15 8,58
2. Известь (фон - Ф) 5,78 5,64 5,40 4,14 2,09 5,61
3. Ф + РК 3,35 8,75 6,30 4,90 2,16 6,10
4. Ф + NPK 5,20 6,92 5,76 4,58 3,20 5,96
5. Ф + 2 NPK 5,98 16,4 7,35 6,28 2,43 9,91
6. Н 40 12,5 13,4 5,93 5,80 2,30 10,61
7. Н 60 10,6 14,0 5,26 3,82 3,17 9,95
8. Н 80 6,62 14,2 5,67 4,94 2,73 8,83
9. Н 40 + РК 10,4 15,6 6,92 4,82 3,51 11,0
10. Н 40 + NPK 6,23 13,5 6,48 3,38 2,26 8,74
11. Н 40 + 2 NPK 7,63 14,6 5,62 5,71 2,4 9,28
12. Н 60 + РК 13,6 13,4 6,30 4,34 2,58 11,1
13. Н 60 + NPK 6,15 15,1 5,02 4,53 2,03 8,76
14. Н 60 + 2 NPK 7,29 18,4 6,79 8,13 2,12 10,8
15. Н 80 + РК 13,1 21,1 5,90 4,20 2,49 13,4
16. Н 80 + NPK 10,4 8,64 4,52 5,36 2,09 7,85
17. Н 80 + 2 NPK 7,39 10,4 6,86 7,46 3,30 8,22
Среднее 8,30 13,4 6,00 5,18 2,53 9,12
Примечание. * В 2019 - 2-й срок наблюдения под яровой пшеницей (1-е поле); анализ выполнен в декабре 2019 г.
в слое средняя N-NH4 фазу в
5. Влияние удобрений на содержание N-NH4 в почве в слое 0-20 см за 1-ю и 2-ю ротации севооборота, мг/100 г почвы (анализ выполнен в 2018-2019 гг.)
Доза навоза за ротацию, т/га Минеральные удобрения Среднее по навозу
0 PK NPK 2NPK
0 5,61 6,10 5,96 9,91 6,90
40 10,6 11,0 8,74 9,28 9,90
60 9,95 11,1 8,76 10,8 10,2
80 8,83 13,4 7,85 8,22 9,58
Среднее по минеральным удобрениям 8,60 10,4 7,83 9,55 -
(1994-2007 гг.) в варианте известкования содержание аммонийного азота в почве, как и азота в жидкой фазе, заметно снизилось (в 1,5 раза).
В поведении аммонийного азота почвы (табл. 5) в зависимости от удобрений за 1-ю и 2-ю ротации наблюдались такие же закономерности, как и для N-NH4 жидкой фазы (табл. 3). Минимум содержания N-NH4 в почве за эти годы отмечен при применении одинарной дозы NPK (7,83 мг/100 г почвы) на фоне разных доз органических
удобрений, более высокие величины - при применении РК и двойной дозы NPK. Внесение органических удобрений повышало этот параметр с 6,9 до 9,5810,2 мг/100 г почвы.
Для 17 вариантов почвы 0-20 см величина перехода
почвы в жидкую 1994-1995, 1998-1999 и 2006-2007 гг. составляла соответственно 4,8, 4,3 и 4,1 %, а в среднем за 1-ю и 2-ю ротации - 4,4 % (табл. 6). В 3-й и 4-й ротациях она снижалась до 2,5 и 2,2 %, что обусловлено уменьшением содержания N-NH4 в почве.
За 1-ю и 2-ю ротации 8-польного зернотравянопропашного севооборота на фоне разных доз органических удобрений (0, 40, 60 и 80 т/га) применение двойной дозы NPK несколько повышало степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу с 4,4 до 4,6 %. Небольшое снижение степени перехода их в жидкую фазу на фоне минеральных удобрений наблюдали от применения дозы навоза 80 т/га (за ротацию) по сравнению с более низкими дозами (с 4,4-4,6 до 4,2 %). Возможно, что это связано с повышением содержания водопрочных агрегатов.
Данные по содержанию N-NH4 в почве, полученные в 2018-2019 гг. (табл. 4), сравнили с результатами, получаемыми в год отбора образцов (табл. 7). В последнем случае для 17 вариантов в 1994-2007 гг. они были ниже в 2,7 раза. Очевидно, при отборе почвенных образцов летом во время интенсивного иссушения почвы, происходила ее гидрофобизация и агрегация, анабиоз микроорганизмов. Поэтому воздействие 1М раствора КС1 привело к коагуляции почвенных коллоидов [12], при этом значительная часть внутриагрегатных ионов аммония, аммония микробной плазмы не переходила в жидкую фазу, особенно, в засушливые и острозасушливые годы (табл. 8). В жидкую фазу переходили преимущественно поверхностно расположенные ионы аммония.
В год отбора образцов в 1999 году содержание N-NH4 в почве было в 5,98 раз ниже, чем определенное после хранения. Очень сухие условия способствовали высокому закреплению аммонийного азота почвой. Ведь повышение концентрации жидкой фазы ведет к повышению адсорбции одновалентных катионов по сравнению с двухвалентными [12].
Хранение образцов ведет к восстановлению гидрофильности и внутриагрегатной перестройке,
6. Доля перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в слое 0-20 см, год отбора И в глинистых минералах с более образцов по полям № 1 и 2, мг/100 г почвы (2-й срок); анализ выполнен в стабильной 3-х слойной кристаллической 2018-2019 гг. решеткой замена обменных катионов
в тетраэдрических слоях на ионы аммония, возможно, может также усиливать деградационные процессы.
Так как в год отбора и анализа образцов содержание аммонийного азота в почве (табл. 7) было существенно более низким, чем при анализе их в 2018-2019 гг. (табл. 4), то была рассчитана кажущаяся степень его перехода в жидкую фазу (табл. 9). Она вычислялась умножением экспериментальных значений
средних размеров (за 1994-2007 гг.) перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу на поправочный коэффициент. Он определялся делением средних за 1994-2007 гг. значений аммонийного азота почвы (табл. 4), определенных в 2018-2019 гг., на средние величины за те же годы, определяемые ежегодно (табл. 7).
Сравнение кажущейся доли перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в верхнем слое 0-20 см (табл. 9) со снижением запасов аммонийного азота в слое 0-40 см (% от исходных запасов, табл. 1) во 2-ой срок наблюдений по сравнению с 1-м показало, что 1-й параметр варьировал от 7,1 до 20,6 % (средняя величина по опыту 12,3 %), а 2-й - от 7,5 до 15,6 % (средняя величина 11,4 %). Различия связаны с тем, что 1-й параметр определялся по 6 годам, а 2-й - по всем годам и для слоя 0-40 см. Тем не менее, получены весьма сопоставимые данные. Они могут свидетельствовать о том, что в жидкую фазу могут переходить ионы аммония, расположенные лишь на внешней поверхности ППК, либо последние и внутриагрегатные. Ионы аммония, перешедшие в жидкую фазу, вблизи корневых волосков практически полностью поглощаются ими. По-видимому, в течение вегетационного периода наиболее вероятен переход в жидкую фазу почвы как поверхностно расположенных, так и внутриагрегатных ионов аммония.
Полученные данные позволили уточнить размеры N-NH4 в мобильном фонде азота серых лесных почв Ополья. Они соответствуют разнице запасов аммонийного азота в слое почвы 0-40 см в ранний период вегетации культур и в ее середине.
Так как кажущаяся величина перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу возрастает с ростом внутриагрегатных ионов аммония (при низких величинах ГТК), то в этом случае в дальнейшем могут усиливаться
Вариант 19941995 гг. 19981999 гг. 20062007 гг. 20132014 гг. *2019 г. Среднее за 19942007 гг.
1. Контроль 5,0 4,9 4,3 2,2 3,8 4,7
2. Известь (фон - Ф) 4,2 3,8 4,3 3,2 1,3 4,1
3. Ф + РК 4,4 4,4 4,0 2,0 1,1 4,3
4. Ф + NPK 4,7 4,8 4,2 2,3 3,0 4,6
5. Ф + 2 NPK 5,6 5,1 5,1 3,3 2,5 5,3
6. Н 40 5,4 3,5 4,1 2,2 1,2 4,3
7. Н 60 5,8 4,2 3,9 1,7 2,9 4,6
8. Н 80 4,2 4,1 3,8 2,4 1,0 4,0
9. Н 40 + РК 5,1 4,2 4,0 1,6 1,9 4,4
10. Н 40 + NPK 5,5 4,8 4,2 1,4 1,9 4,8
11. Н 40 + 2 NPK 4,6 4,0 3,9 2,6 3,0 4,2
12. Н 60 + РК 5,0 4,5 4,0 2,1 2,0 4,5
13. Н60 + NPK 4,4 4,5 3,6 2,4 1,8 4,1
14. Н 60 + 2 NPK 4,4 4,5 5,1 3,5 4,5 4,7
15. Н 80 + РК 4,4 4,4 4,3 1,9 2,2 4,4
16. Н 80 + NPK 5,2 3,4 3,4 3,4 1,8 4,0
17. Н 80 + 2 NPK 4,5 4,2 4,1 3,3 2,5 4,3
Среднее 4,8 4,2 4,1 2,5 2,2 4,4
Примечание. * В 2019 - 2-й срок наблюдения под яровой пшеницей (1-е поле); анализ выполнен в декабре 2019 г.
минерализации микробной плазмы.
Один из возможных механизмов внутриагрегатной перестройки - это гидролиз солей аммония, идущий с образованием слабых органических кислот и нейтрализацией (связыванием) аммиака более сильными кислотными группами.
В глинистых минералах с расширяющейся кристаллической решеткой (слюда-смектитовые и хлорит-смектитовые минералы) ионы аммония, вошедшие в межпакетное пространство, возможно, могут отдавать протон анионной части глинистого минерала и образовывать молекулы NH3, которые нейтрализуются кислотными группами органического вещества.
Возможно, что при трансформации глинистого минерала происходит и его частичное разрушение с образованием гидроксидов алюминия. Более полное поглощение ионов аммония растениями в процессе вегетации и образование более прочных органоминеральных соединений (варианты органоминеральной
системы удобрения с NPK) может сдерживать негативные процессы трансформации глинистых минералов.
7. Содержание N-NH4 почвы в слое 0-20 см в годы отбора и анализа образцов по полям № 1 и 2, мг/100 г почвы (2-й срок)
Вариант 19941995 гг. 19981999 гг. 20062007 гг. 20132014 гг. *2019 г. (яровая пшеница) Среднее за 19942007 гг.
1. Контроль 2,65 4,36 4,38 1,15 0,46 3,80
2. Известь (фон - Ф) 2,06 2,50 4,54 1,04 1,08 3,03
3. Ф + РК 3,74 2,60 3,09 1,04 0,63 3,14
4. Ф + NPK 4,60 2,67 4,31 0,86 0,73 3,86
5. Ф + 2 NPK 4,54 2,83 4,46 1,48 0,59 3,94
6. Н 40 2,93 3,81 2,52 1,04 0,73 3,09
7. Н 60 3,45 2,54 3,36 0,88 0,88 3,12
8. Н 80 4,18 3,65 3,28 1,17 0,48 3,70
9. Н 40 + РК 3,54 3,56 2,57 1,32 0,68 3,22
10. Н 40 + NPK 2,65 2,41 3,58 1,13 0,76 2,88
11. Н 40 + 2 NPK 4,11 2,11 3,16 1,09 0,55 3,13
12. Н 60 + РК 3,56 2,70 3,86 0,85 0,71 3,37
13. Н 60 + NPK 2,14 2,88 4,54 1,33 0,87 3,19
14. Н 60 + 2 NPK 3,92 3,70 2,63 1,10 1,02 3,42
15. Н 80 + РК 2,48 2,70 3,20 1,10 0,81 2,79
16. Н 80 + NPK 2,94 2,56 3,30 1,04 0,77 2,93
17. Н 80 + 2 NPK 5,85 2,70 4,08 0,93 1,00 4,21
Среднее 3,49 2,96 3,58 1,10 0,75 3,34
Примечание. * В 2019 -2-й срок (25.06.19) наблюдения под яровой пшеницей (анализ выполнен в июле, 1-е поле).
8. Влияние погодных условий и длительности применения удобрений на содержание N-NH4 в почве и водной вытяжке в слое почвы 0-20 см
№ поля Год исследования Период изучения, лет Содержание N-N4 „4 в жидкой фазе, мг/100 г почвы Содержание N-N4^ в почве, м4/100 г z/y ГТК
z у
1 2 1994 1995 4 4 0,493 0,417 9,12 9,43 3,55 3,43 2,57 2,75 1,48 1,32
1 2 1998 1999 8 8 0,424 0,708 11,1 15,8 3,27 2,64 3,39 5,98 1,57 0,85
1 2 2006 2007 16 16 0,256 0,260 7,78 5,64 4,05 3,11 1,92 1,81 1,19 1,05
Примечание. z - среднее по опыту содержание N-NH4 в почве, определённое в 20182019 гг., мг/100 г почвы; у - среднее по опыту содержание N-NH4 в почве, определённое в год отбора образцов, мг/100 г почвы.
процессы перехода их в жидкую фазу, возможно, связанные с деградацией глинистых минералов и появлением гидроксидов алюминия (подкисление почвы).
Как вытекает из данных табл. 10, деградационные процессы в почве могут замедляться как при применении одинарной фазы NPK, так и при сочетании полного минерального удобрения с более высокими дозами
органических удобрений. В этом случае формируются более прочные микроагрегаты, в которых минеральная часть почвы покрывается органическим веществом, что защищает её от разрушения.
При применении РК удобрений с органическими удобрениями возрастает микробиологическая
активность почвы [11] с образованием N-NH4 и активным его поглощением. На почвах с невысоким содержанием гумуса это может усиливать деградационные процессы.
Выводы. Интенсивное применение минеральных удобрений до 1990 года на серых лесных почвах Ополья вело к росту запасов аммонийного азота в почве и жидкой фазе. Переход его в жидкую фазу оценивали с помощью ионоселективного электрода на ионы аммония. Запасы же нитратного азота определялись преимущественно в соответствии с ежегодным применением азотных удобрений, изменением биологической активности почвы и потреблением возделываемыми культурами в течение вегетационного периода. Выявлено, что среднегодовые запасы нитратного азота в середине вегетации культур по сравнению с ранним сроком за 1992-2008 гг. снижались на 49-63 %, аммонийного - на 7,5-15,6 %. Различия обусловлены полным нахождением нитратного азота в жидкой фазе почвы, а аммонийного - частичным. Среднее содержание N-NH4 в почве для 17 вариантов применения удобрений снижалось от 1-й ротации севооборотов ко 2-й, 3-й и 4-й ротациям с 8,3-13,4 до 6,0, 5,18 и 2,53 мг/100 г почвы соответственно. А его содержание в жидкой фазе - от 0,407-0,564 до 0,253, 0,131 и 0,057 мг/100 г почвы. В настоящее время для диагностики минерального питания растений азотом на серых лесных почвах Верхневолжья можно ограничиться определением лишь содержания нитратного азота в слое почвы 0-40 см в рекомендуемые сроки. Высказано положение о возможном негативном воздействии высокого содержания аммонийного азота почвы на устойчивость глинистых минералов.
9. Сравнение доли перехода N-NH4 почвы в разные годы определения
Литература.
1. Ненайденко Г.Н. Рациональное применение удобрений в условиях рыночной экономики. Иваново, 2007.350 с.
2. Сычев В.Г., Шафран С.А. Агрохимические свойства почв и эффективность минеральных удобрений. М.: ВНИИА, 2013. 296 с.
3. Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Приемы комплексного использования средств химизации в севообороте на серых лесных почвах Верхневолжья в агротехнологиях различной интенсивности: монография / ФГБНУ «Владимирский НИИСХ». Суздаль, 2017.176 с.
4. Гамзиков Г.П. Принципы почвенной диагностики азотного питания полевых культур и применение азотных удобрений // Совершенствование методов почвенно-растительной диагностики питания растений и технологии применения удобрений на их основе: материалы симпозиума (8-9 июня 1999 г., Немчиновка). М.: ВНИПТИХИМ, 2000. С. 3345.
5. Прянишников Д.Н. Общие вопросы земледелия и химизации. Избранные сочинения. Т. 3. М.: Изд-во сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1963. 647 с.
6. Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Удобрения и продуктивность севооборотов на серых лесных почвах Верхневолжья //Агрохимия. 2018. №2. С. 56-70.
7. Практикум по агрохимии / под ред. Б.А. Ягодина. М.: Агропромиздат, 1987.512 с.
8. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. К вопросу питания растений азотом на серых лесных почвах Верхневолжья//Известия ОГАУ. 2019. №4(78). С. 26-30.
9. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Удобрения и тренды в плодородии серых лесных почв Верхневолжья: монография. / ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ». Иваново: «ПресСто», 2018. 228 с.
10. Новиков М.Н. Биологизация земледелия как фактор оптимизации использования минерального и биологического азота // Фундаментальные проблемы управления циклом азота в современном земледелии: сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. с межд. участием. (17-20 сентября 2019, ВНИИОу- филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ»). Иваново: ПресСто, 2019. С. 180-193.
11. Окорков В.В. Влияние удобрений на микробиологическую активность серой лесной почвы //Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности: сб. матер. Межд. науч.- эколог. конф. Краснодар: Кубанский ГАУ, 2018. С. 25-30.
12. Окорков В.В. Коллоидно-химическая природа солонцов и основы их мелиорации: монография. Владимир: ВООО вОи, 2013. 238 с.
IMPACT OF FERTILIZERS ON THE CONTENT OF LABILE NITROGEN IN SOIL OF UPPER VOLGA REGION V.V. OKORKOV, L.A. OKORKOVA, O.A. FENOVA
Upper Volga Federal Agrarian Research Center, ul. Tsentralnaya 3, poselok Noviy, Suzdalskiy rayon, Vladimir Oblast, 601261, Russian Federation.
Abstract. There is a power law or hyperbolic dependence of annual productivity of 8- and 7-field crop rotation with increasing reserves of nitrate and nitrogen in a 0-40 cm soil layer over early vegetation period. This dependence is revealed on grey forest soil of Upper Volga. It is determined that annual reserves of nitrate
nitrogen in the middle of vegetation period decrease by 49-63% compared to the early period in 1992-2008, and ammonium nitrogen -by 7.5-15.6%. The differences are due to the fact that in the soil, nitrate nitrogen is completely liquid and ammonium nitrogen - partially. Decrease of N-NH4 reserves in soil over the 2nd control period in contrast with the 1st is compared by the amount of liquid N-NH4. It is determined by an ion-indicating electrode to ammonium ions. In samples taken in 1992-2008 and analyzed in 2018-2019, 3.4-5.8% of N-NH4 in soil was liquid. Content of N-NH4 was greater by 1.5-4.8 times compared to samples analyzed immediately back then. These differences increased dramatically during the arid years with low hydrothermal index. Over these years, predominantly surface-arranged ammonium ions transferred to the 1 M solution of the KCI. Storage of samples leads to restoration of hydroscopic property and SAC (soil adsorption complex) change as well as mineralization of microbial plasma. Recalculation of transition degree of N-NH4 in the soil to surface-located ammonium nitrogen causes its more significant transition to the liquid phase. This value (7.1-20.6%) in the test variants is close to the reduction level of N-NH4 over the 2nd period compared to the 1st. Analysis of the data could prove the presence of intra-aggregate ammonium ions in nitrogen feeding of cultures and almost complete absorption of N-NH4 transferred into the liquid phase.
Вариант Средняя доля перехода за 1994-2007 гг., % z/y Кажущаяся доля перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу за 1994-2007 гг., % Снижение запаса N-NH во w 4 2-й срок наблюдений по сравнению с 1-м, %
1 2 3 4 5 4,7 4,1 4,3 4,6 5,3 2,26 1,85 1,94 1,54 2,52 10,6 7,6 8,4 7,1 13,4 7,9 7,5 10,4 13,0 12,9
8 7 6 4,3 4,6 4,0 3,43 3,19 2,39 14,8 14,7 9,6 10,9 12,8 11,1
9 10 11 4,4 4,8 4,2 3,42 3,03 2,96 15,0 14,5 12,4 8,9 15,6 13,1
12 13 14 4,5 4,2 4,7 3,29 2,75 3,16 14,8 11,6 14,8 9,5 14,4 10,9
15 16 17 4,3 4,0 4,3 4,80 2,68 1,95 20,6 10,7 8,4 10,4 12,4 12,9
Средняя 4,4 2,73 12,3 11,4
Примечание. z - содержание N-NH4 почвы в слое 0-20 см, определённое в 2018-2019 гг.; у - содержание N-NH4 почвы в слое 0-20 см, определённое в год отбора образцов.
10. Влияние удобрений на кажущуюся долю перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в среднем за 1-ю и 2-ю
ротации, %
Доза навоза, Минеральные удобрения Среднее
т/га - РК NPK 2NPK по навозу
0 7,6 8,4 7,1 13,3 9,1
40 14,8 15,0 14,6 12,4 14,2
60 14,7 14,8 11,2 14,8 13,9
80 9,6 21,1 10,7 8,4 12,4
Среднее по минеральным удобрениям 11,7 14,8 10,9 12,2 -
Примечание. На контроле кажущиеся размеры перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу составили 10,6 %.
Keywords: grey forest soil, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen of soil and liquid phase, transition degree of ammonium nitrogen of soil into the liquid phase.
Author details: Okorkov V.V. Doctor of Sciences (agriculture), chief research fellow, (e-mail: okorkovvv@yandex.ru); L.A. Okorkova, senior research fellow; O.A. Fenova, Candidate of Sciences (agriculture), senior research fellow.
For citation: Okorkov V.V., Okorkova L.A., Fenova O.A. Impact of fertilizers on the content of labile nitrogen in soil of Upper Volga Region // Vladimir agricolist. 2020. №1. P. 4-12. DOI:10.24411/2225-2584-2020-10101.
DOI:10.24411/2225-2584-2020-10102 УДК 631.8.51
ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ
КУЛЬТУР
О.С. ЧЕРНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, (e-mail: mail@vnish.org)
Верхневолжский федеральный аграрный научный центр
ул. Центральная, д.3, п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., 601261, Российская Федерация
Резюме. На серых лесных почвах Владимирского ополья изучено влияние различных систем обработки почвы и удобрения на агрофизические свойства почвы и урожайность культур. Значительное влияние на увеличение урожайности овса оказало применение минеральных удобрений при всех изучаемых обработках почвы в зернопаротравяном севообороте. При последействии внесения навоза в чёрный пар в сочетании с NPK-30 под овёс урожайность составила 32,5-37,0 и/га, без минеральных удобрений -24,1-27,4 и/га. Наиболее высокие показатели урожайности многолетних трав 1 года получены при обработках почвы без оборота пласта под покровную культуру - 72,3-84,8 и/га сена, в сравнении с вариантом с ежегодной вспашкой -61,1-66,1 и/га. При посеве по отвальной обработке отмечено лучшее развитие клевера красного, массовая доля которого в травостое составляла 69 %. В варианте с ежегодным глубоким рыхлением урожайность трав 2-го года пользования была ниже - 23,8-25,8 и/га. В других вариантах обработки она варьировала в диапазоне 30,3-36,8 и/га сена. Влажность почвы оказывает определяющее влияние на показатель ее глыбистости. При запасе влаги 75-80 мм в слое почвы 0-40 см показатели глыбистости вспашки находились в пределах 6,0-13,1 % после любого предшественника. Если запас влаги в том же слое составлял 35-40 мм, то наиболее низкие показатели глыбистости (7,3 %) получены на мелкой обработке, самые высокие (24,3 %) - при вспашке двухъярусным плугом на глубину до 30 см. Предшественник чёрный пар обеспечивает достаточный запас влаги для развития озимых культур с осени.
Ключевые слова: обработка почвы, запас влаги, качество обработки, урожайность, ботанический состав.
Для цитирования: Чернов О.С. Влияние систем обработки на агрофизические показатели серой лесной почвы и урожайность культур // Владимирский земледелеи. 2020. №1. С. 12-17. DOI:10.2441l/2225-2584-2020-10102.
В настоящее время стремление к экономной агротехнике, позволяющей свести к минимуму использование удобрений в агроэкосистемах, с особой остротой ставит вопрос об эффективности обеспечения круговорота основных питательных веществ, где соображения стоимости превалируют над всеми остальными. При этом следует учесть, что на почвы Владимирского ополья оказывают разрушающее воздействие как антропогенные, так и природные
факторы, в том числе эрозия, по причине малой облесённости, их высокой распаханности, несоблюдения систем севооборотов, обработки почвы, сокращения травосеяния на эродированных землях и химической борьбы с сорняками.
В современный период средством сохранения и повышения плодородия почв, роста продуктивности культур, защиты окружающей среды является адаптивно-ландшафтная биологизированная система земледелия, как основная инновационная составляющая развития сельскохозяйственного производства. Биологизация земледелия предусматривает максимальное накопление в почве органического вещества за счёт пожнивных и корневых остатков культур, соломы, сидерации, с созданием из них на поверхности почвы мульчирующего слоя [1].
Органические удобрения и растительные остатки -энергетически насыщенное, биологически полноценное, благоприятного физического состава органическое вещество. Поступление такого органического вещества в почву является важнейшим условием её жизни и соответственно, включения в биологические превращения неорганических ресурсов почвы. Значение культурных растений в воспроизводстве плодородия почвы определяется именно этой функцией органического вещества [2]. Растительные остатки поступают в почву ежегодно после уборки урожая, не требуя дополнительных затрат на их внесение, и распределяются в почве наиболее равномерно. При этом они имеют богатый элементный состав, способный участвовать в круговороте питательных веществ и могущий быть использованным культурами севооборота.
Постоянный приход листового опада в природных экосистемах позволяет достигнуть равновесного состояния. В агроэкосистемах поступление свежего органического вещества в почву происходит при механических обработках.
При оценке обработки почвы свойства природных систем предпочтительно рассматривать как основу существования экосистемы. Агротехника, имитирующая эти признаки, будет предпочтительной, если этому не препятствуют соображения экономики и необходимость борьбы с сорняками.
Двумя важнейшими характеристиками природных
№ 1 (91) 2020
$лаЭимгрскш ЗемдеШецТ)
