CC BY
24
УДК 631.434: 631.445.25(571.51 ) Е.Н. Белоусова, A.A. Белоусов
ТРАНСФОРМАЦИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ МИНИМИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ
E.N. Belousova, A.A. Belousov
TRANSFORMATION OF NITROGEN-CONTAINING LEACHED CHERNOZYOM COMPOUNDS IN THE CONDITIONS OF PROCESSING MINIMIZATION
Белоусова Е.Н. - канд. биол. наук, доц. каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected] Белоусов А.А. - канд. биол. наук, доц. каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected]
Исследования осуществлялись в условиях производственного опыта, заложенного в СПК «Шилинское» в Красноярской лесостепи, расположенной в пределах Чулымо-Енисейского денудационного плато юго-западной окраины Средней Сибири (56037с.ш. и 93012в.д.). Рассмотрены результаты наблюдений влияния способов основной обработки на превращение гидролизуемых, минеральных соединений азота чернозема выщелоченного. Динамика трансформации азотсодержащих органических соединений в почве на различных фонах основной обработки имеет принципиальные различия. Превращение азота трудногидроли-зуемых соединений указывает на слабое гидролитическое расщепление органического вещества. Максимумы трудногидролизуемой фракции приходятся на разные сроки и определяются способом основной обработки почвы. Ход распределения легкогидролизуемых азотсодержащих органических соединений почвы свидетельствовал о низкой потребности в удобрениях. Выявлен значимый вклад в изменчивость гидролизуемых форм азота фактора «обработки», обусловливающего различную интенсивность их минерализации. Изменения в содержании минеральных форм азота обусловлены глубиной обработки почвы и локализацией фитомассы полевых культур в верхней части пахотного слоя. Фактора, достоверно определяющего колеблемость мине-
Belousova E.N. - Cand. Biol. Sci., Assoc. Prof., Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. Email: [email protected] Belousov A.A. - Cand. Biol. Sci., Assoc. Prof., Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. Email: [email protected]
ральных форм азота, не выявлено. Почвозащитная технология обработки почвы обусловливает смещение активности минерализации азота на более поздние сроки в сравнении с пахотным вариантом.
Ключевые слова: трудно- и легкогидроли-зуемый, минеральный азот почвы, минимальная обработка.
The researches were carried out in the conditions of know-how experiment in APC "Shilinskoye" in Krasnoyarsk forest-steppe located within Chulym-Yenisei denudation plateau of the southwest suburb of Central Siberia (56037' north latitude and 93012' east longitude. The results of supervision of influence of ways of the main processing on transformation of the hydrolyzed, mineral compounds of nitrogen of the chernozyom lixivious were considered. The dynamics of transformation of nitrogen-containing organic compounds in the soil on various backgrounds of the main processing had basic distinctions. The transformation of nitrogen of hardly hydrolyzed connections indicated weak hydrolytic splitting of organic substance. The Maximum of hardly hydrolyzed fraction fall on different terms and were defined by the way of the main processing of the soil. The course of distribution of easily hydrolyzed nitrogen-containing organic compounds of the soil testified to low need for fertilizers. Significant contribution to variability of the hydrolyzed forms of nitrogen of the factor of
"processing" causing various intensity of their mineralization was revealed. The changes in the maintenance of mineral forms of nitrogen were caused by depth of processing of the soil and the localization of phytomass of field cultures in the top part of an arable layer. The factor authentically defining the changeability of mineral forms of nitrogen was not revealed. The soil-protective technology of processing of the soil caused the shift of activity of mineralization of nitrogen for later terms in comparison with arable option.
Keywords: difficult and easily hydrolysable mineral nitrogen of soil, processing.
Введение. Одним из важнейших показателей почвенного плодородия, лимитирующих продуктивность экосистем, является содержание азота в почве. Черноземы Красноярской лесостепи отличаются высокими запасами общего азота и дефицитом его минеральных форм [1, 2] благодаря жестким метеорологическим условиям региона. Широкое освоение почвозащитной системы земледелия на основе минимизации обработки сопровождается изменением азотного режима. Это требует исследования механизмов и приемов регулирования напряженности биологических процессов в почве.
Цель исследования: оценить содержание и динамику щелочногидролизуемых и минеральных форм азота в условиях минимизации основной обработки чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи.
Объекты и методы исследования. Исследования проведены на опытном поле ОАО «Коркиноагропромхимия» Красноярской лесостепи (56°37'с. ш. и 93 °12' в. д.). Производственный опыт заложен в 2006 г. на территории землепользования СПК «Шилинское» под руководством д. с.-х. н. Л.Р. Мукиной и И.А. Куприна Период действия почвозащитной технологии к началу наших наблюдений составил семь лет.
В вегетационный сезон 2013 г. отвальная (традиционная) основная обработка состояла из зяблевой вспашки плугом на глубину 20-22 см и весенней культивации. Посев яровой пшеницы в 2013-2014 гг. проводился комбинированным агрегатом - стерневой сеялкой СС-6 с одновременным припосевным внесением нитроаммофоски. Минимальная обработка почвы осуществлялась СКС-3,2. С помощью дисковых гори-
зонтальных сошников посевного комплекса проводилась обработка почвы на глубину 4-5 см, посев семян ярового рапса (2013 г.) и яровой пшеницы (2014 г.) - с одновременным внесением нитроаммофоски. Таким образом, схема опыта состояла из следующих вариантов (способов обработки): 1) отвальная (б^; 2) минимальная (поверхностное рыхление). На выбранных реперных участках площадью 500 м2 отбирали почвенные образцы из слоев 0-5 и 520 см методом змейки. Объем выборки (п = 15) рассчитывали, исходя из определенной до опыта величины варьирования почвенного плодородия.
Почвенный покров стационара представлен черноземом выщелоченным многогумусным среднемощным легкоглинистым с содержанием гумуса в пахотном слое 8,9 %, нейтральной реакцией среды (рНн2о = 6,8), высокой суммой обменных оснований и степенью насыщенности основаниями.
Для вегетационного периода 2013 г. температура воздуха была ниже нормы в начале и конце сезона. За теплый период выпало 367 мм осадков. Относительно влажными оказались май и июнь. Дальнейшее увеличение количества осадков происходило в период август-сентябрь. Теплообеспеченность периода вегетации 2014 г. приближалась к норме. Исключение составили май и сентябрь. Количество осадков колебалось в широком диапазоне с тенденцией к превышению средней многолетней нормы. На протяжении большинства месяцев теплого периода 2014 г. увлажнение было несколько выше относительно средней многолетней нормы. Максимальное количество осадков выпало в июле - 89 мм. Согласно Г.Т. Селя-нинову, величина ГТК за июнь - август составила 1,3.
Химические и физико-химические показатели получены по [3]. Содержание нитратного азота (N-N03) устанавливали по Грандваль-Ляжу в модификации [4], аммонийного азота (N-N44) в вытяжке 0,2 н. К2Э04 - с реактивом Несслера. Для извлечения из почвы легко- и трудногидро-лизуемых соединений азота использованы растворы щелочи разной концентрации: 1 и 6 М №0Н соответственно [5]. Выделяющийся при этом аммиак учитывали микродиффузным методом Корнфилда. Статистический анализ про-
водился с использованием программы MS Excel.
Результаты исследования. Технологии основной обработки почвы оказывают существенное влияние на агрофизические параметры и биохимическую напряженность, от которых зависит мобилизация доступных растениям пита-
тельных веществ. Полученные нами данные иллюстрируют значительное преобладание среди гидролизуемых компонентов фракции трудногидролизуемого азота. Его превращения указывают на слабое гидролитическое расщепление органического вещества (табл. 1, 2).
Таблица 1
Динамика трудногидролизуемого азота в черноземе выщелоченном (2013 г.), мг/кг
Вариант Срок определения
21.05.2013 28.07.2013 2.10.2013
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 419 434 304 289 311 308
Минимальная 291 290 375 294 310 292
НСР05 37 36 35 56 36 24
Таблица 2
Динамика трудногидролизуемого азота в черноземе выщелоченном (2014 г.), мг/кг
Вариант Срок определения
25.06.2014 28.07.2014 18.09.2014
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 335 331 310 309 262 240
Минимальная 285 278 296 271 290 291
НСР05 27 24 21 26 24 20
Значимая аккумуляция №г при отвальной обработке в мае 2013 г. обусловлена различными факторами. Одной из причин низкой степени минерализации является холодный гидротермический режим почв Красноярской лесостепи [1]. Существенный вклад в разложение соломистого материала зерновых культур, наряду с другими факторами, вносил способ обработки почвы. Отвальная вспашка обеспечивала рыхлое ее сложение - 0,75 г/см3 и создавала условия для интенсивного выхолаживания. Оно, вероятно, способствовало проявлению процессов консервации и «старения» органических коллоидов. Поверхностное рыхление, перемешивая поступившие пожнивные и корневые остатки растений пшеницы с верхним 0-5 см слоем почвы, содействовало смещению пика накопления №г на середину сезона. Причем в отдель-
ные периоды найдено существенное его преобладание в верхнем 0-5 см слое. Довольно короткий период биохимической активности Сибирского региона ограничивает возможности фракции трудногидролизуемого азота как резерва для накопления его минеральных соединений [6].
Накопление легкогидролизуемых соединений в 0-20 см слое почвы в условиях отвальной вспашки существенно превышало вариант с минимальной обработкой в октябрьский срок. На фоне отвального перемешивания почвы наиболее благоприятные условия для накопления ^г складывались в середине и конце вегетации 2013 г. (табл. 3) и свидетельствовали о «высокой» оценке по шкале обеспеченности растений азотом, предложенной Э.И. Шконде.
Таблица 3
Динамика легкогидролизуемого азота в черноземе выщелоченном (2013 г.), мг/кг
Вариант Срок определения
21.05.2013 28.07.2013 2.10.2013
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 127 125 205 196 217 223
Минимальная 134 118 190 183 171 162
НСР05 37 10 18 26 13 22
В условиях менее влажного сезона 2014 г. в пахотном слое почвы содержание №г указывало на высокую обеспеченность азотом (табл. 4). В течение летнего периода его количество увеличивалось. По-видимому, разложение пожнивно-корневых пшеничных остатков, обогащенных
Динамика легкогидролизуемого азота в
трудногидролизуемыми соединениями, и широкое отношение в них углерода к азоту создают, по мнению [7], лучшие предпосылки для образования гумусовых веществ и приводит к накоплению легкогидролизуемых соединений азота.
Таблица 4
эрноземе выщелоченном (2014 г.), мг/кг
Вариант Срок определения
25.06.2014 28.07.2014 18.09.2014
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 261 255 186 193 195 193
Минимальная 179 175 181 173 197 178
НСР05 17 17 14 14 15 14
В условиях минимальной обработки в течение двух вегетационных сезонов ход распределения азотсодержащих органических соединений почвы свидетельствовал о низкой потребности в удобрениях. С той лишь разницей, что пик накопления №г в течение вегетационного сезона 2013 г. зафиксирован в июне, а в 2014 г. - в сентябре. Для надсеменного (0-5 см) слоя почвы характерна наибольшая его концентрация в сравнении с толщей 5-20 см. Динамика №г в почве под яровой пшеницей, следовавшей за рапсом, характеризовалась длительным максимумом. Очевидно, наиболее высокие темпы деструкции биомассы рапса, богатого азотом и зольными элементами, обеспечивали высвобождение из разлагающегося материала легкоминерализуе-мых азотсодержащих соединений. В целом характер этих изменений связан с расположением основной массы свежих органических остатков в почве, обусловленный глубиной заделки растительного материала. Как свидетельствуют исследования [8], дисковые почвообрабатывающие орудия действуют как подземный каток, создавая подошву на глубине хода дисков, яв-
ляясь причиной торможения процессов мобилизации питательных веществ. Двухфакторный дисперсионный анализ позволил выявить зависимость содержания различных форм азота от ряда изучаемых факторов. Данные рисунка 1 иллюстрируют значимый вклад в изменчивость гидролизуемых форм азота фактора «обработки», обусловливающего различную интенсивность их минерализации.
Содержание восстановленных соединений азота в условиях отвальной вспашки в течение двух периодов наблюдений в пахотном слое регистрировалось как низкое и очень низкое (табл. 5, 6).
В почве поля, обрабатываемого по типу минимальной технологии, в динамике аммиачного азота наблюдалась тенденция количественного увеличения от весны к осени 2013 г. Их содержание достоверно превышало почву под отвальной обработкой. Гораздо энергичнее эти процессы проходили в поверхностном 0-5 см слое почвы, постепенно ослабляясь с глубиной. В течение следующего вегетационного сезона содержание аммонийного азота в почве под
яровой пшеницей не превышало 3,5 мг/кг и соответствовало очень низкому уровню обеспеченности элементом. Исчезновение аммиачного азота в почве вариантов, очевидно, объясняется не только утилизацией его растениями, но и биологическим закреплением элемента микроорганизмами в результате поступления в почву растительной биомассы, бедной азотом. По-
а 2013 г. б в 2014 г. г
■ Обработки ■ Сроки ■ Взаимодействие ■ Ошибка
Рис. 1. Вклад исследуемых факторов на содержание трудногидролизуемого азота (а, в - 0-5 см; б, г - 5-20 см) и легкогидролизуемого азота (д, ж - 0-5 см; е, з - 5-20 см)
Таблица 5
Динамика поглощенного аммония в черноземе выщелоченном (2013 г.), (мг N-N44) / кг
добные результаты были получены [9, 10]. В течение следующего этапа наблюдений более благоприятные гидротермические условия усиливали микробиологическую активность, что способствовало окислению аммонийного азота до нитратного (табл. 6).
Вариант Срок определения
21.05.2013 28.07.2013 02.10.2013
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 1,6 2,1 2,0 1,8 4,2 4,3
Минимальная 3,9 2,7 7,1 2,3 13,7 7,2
НСР05 1,4 2,6 2,8 Рф<Рт 4,2 1,6
Анализ полученных результатов обнаружил низкую активность нитрификационных процессов в почве вариантов (табл. 7). Одной из причин угнетения нитратонакопления в первой половине вегетационного сезона 2013 г. являются неблагоприятные гидротермические условия.
Позднее низкое содержание нитратного азота в почве совпадало с периодом активного рос-
та колосовых культур, подавления аэрации в результате уплотнения и поглощения кислорода корневой системой однолетних злаков.
Совсем по-иному складывалась динамика нитратного азота в течение следующего вегетационного периода (табл. 8).
Таблица 6
Динамика поглощенного аммония в черноземе выщелоченном (2014 г.), (мг N^4) / кг
Вариант Срок определения
25.06.2014 28.07.2014 18.09.2014
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 1,3 0,9 1,0 0,9 1,0 1,0
Минимальная 1,0 1,0 0,5 1,1 3,5 1,4
НСР05 0,2 0,2 0,01 0,3 0,5 0,3
Таблица 7
Динамика нитратного азота в черноземе выщелоченном (2013 г.), (мг N^3) / кг
Вариант Срок определения
21.05.2013 28.07.2013 2.10.2013
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 3,3 3,9 4,8 4,0 3,3 4,5
Минимальная 3,1 3,2 2,9 1,5 2,5 1,3
НСР05 1,4 2,6 Fф < В 0,9 0,9 1,9
Таблица 8
Динамика нитратного азота в черноземе выщелоченном (2014 г.), (мг N^3) / кг
Вариант Срок определения
25.06.2014 28.07.2014 18.09.2014
0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см 0-5 см 5-20 см
Отвальная 28,1 20,0 9,8 10,3 6,5 5,6
Минимальная 11,7 7,1 10,6 6,0 7,9 7,5
НСР05 1,5 3,1 4,9 3,8 Вф<Вт Вф<Вт
Под влиянием механического перемешивания почвы максимальное его содержание выявлено в первой половине лета для верхней части пахотного слоя в период высокой биологической активности почвы. Количество образовавшегося нитратного азота соответствовало очень высокому уровню. Использование минимальной обработки почвы обусловило значительно меньшее накопление нитратного азота лишь в первой половине вегетации. Надсеменная часть пахотного слоя характеризовалась большими значениями нитратонакопления в сравнении с толщей 5-20 см. Сходные результаты в своих наблюдениях при разных способах обработки старопахотных черноземов Западной Сибири отмечал [11].
Фактора, определяющего колеблемость минеральных форм азота, не выявлено, что, по-видимому, связано с очень высокой их пространственной неоднородностью и низким содержанием в почве (рис. 2).
Величины показателя силы влияния указывают, в большинстве случаев, на роль взаимодействия обработок и сроков. Разложение органического вещества, с которым связана мобилизация минерального азота, по-видимому, определялось колебаниями гидротермических условий и характером превращения легкоминера-лизуемых соединений в почве по разным фонам основной обработки.
Рис. 2. Вклад исследуемых факторов на содержание аммонийного (а, в - 0-5 см; б, г - 5-20 см) и нитратного азота (д, ж - 0-5 см; е, з - 5-20 см)
Выводы
1. Превращение азота трудногидролизуемых соединений указывает на слабое гидролитическое расщепление органического вещества. Максимумы трудногидролизуемой фракции приходятся на разные сроки и определяются способом основной обработки почвы.
2. Содержание легкогидролизуемых соединений в почве полей, обрабатываемых по типу отвальной вспашки и поверхностного рыхления, характеризуется высокими значениями, но их пики не одновременны.
3. Флуктуации минеральных форм азота обусловлены глубиной обработки почвы и локализацией фитомассы растений в верхней части пахотного слоя.
4. Почвозащитная технология обработки почвы обусловливает смещение активности минерализации азота на более поздние сроки в сравнении с пахотным вариантом.
Литература
1. Бугаков П.С., Горбачева С.М., Чупрова В.В. Почвы Красноярского края. - Красноярск, 1981. - 126 с.
2. Чупрова В.В. Углерод и азот в агроэкоси-стемах Средней Сибири / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 1997. - 166 с.
3. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. - М.: ГЕОС, 2006. - 400 с.
4. Иодко С.Л., Шарков И.Н. Новая модификация дисульфофенолового метода определения нитратов в почве // Агрохимия. -1994. - № 4. - С. 95-97.
5. Кислых Е.Е. К методике фракционирования органического азота и оценке плодородия в подзолистых почвах // Органическое вещество в почвах Кольского полуострова. -Апатиты, 1975. - С. 92-105.
6. Пигарева Н.Н., Корсунов В.М. Агрохимия почв криолитозоны Забайкалья. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. - 204 с.
7. Чупрова В.В. Баланс углерода в агроэкоси-стемах Средней Сибири // Сибирский экологический журнал. - 1997. - № 4. - С. 355361.
8. Тарасенко Б.И. Повышение плодородия почв Кубани. - Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2014. - 130 с.
9. Кильби И.Я. Динамика нитратного и аммиачного азота в почве под различными культурами в звеньях полевых севооборотов // Повышение урожайности сельскохозяйственных культур. - Красноярск, 1971. -Т. XXII. - С. 66-73.
10. Лубите Я.И. Азотный режим почв // Биологическая активность и азотный режим почв Красноярской лесостепи. - Красноярск, 1975. - С. 111-249.
11. Шарков И.Н. Минимизация обработки и ее влияние на плодородие почвы // Земледелие. - 2009. - № 3. - С. 24-27.
Literatura
1. Bugakov P.S., Gorbacheva S.M., Chuprova V. V. Pochvy Krasnojarskogo kraja. - Krasnojarsk, 1981. - 126 s.
2. Chuprova V.V. Uglerod i azot v agrojekosistemah Srednej Sibiri / Krasnojar. gos. agrar. un-t. - Krasnojarsk, 1997. - 166 s.
3. Vorob'eva L.A. Teorija i praktika himicheskogo analiza pochv. - M.: GEOS, 2006. - 400 s.
4. Iodko S.L., Sharkov I.N. Novaja modifikacija disul'fofenolovogo metoda opredelenija nitratov v pochve // Agrohimija. - 1994. - № 4. -S. 95-97.
5. Kislyh E.E. K metodike frakcionirovanija organicheskogo azota i ocenke plodorodija v podzolistyh pochvah // Organicheskoe veshhestvo v pochvah Kol'skogo poluostrova. -Apatity, 1975. - S. 92-105.
6. Pigareva N.N., Korsunov V.M. Agrohimija pochv kriolitozony Zabajkal'ja. - Ulan-Udje: Izd-vo BNC SO RAN, 2004. - 204 s.
7. Chuprova V.V. Balans ugleroda v agrojekosistemah Srednej Sibiri // Sibirskij jekologicheskij zhurnal. - 1997. - № 4. -S. 355-361.
8. Tarasenko B.I. Povyshenie plodorodija pochv Kubani. - Krasnodar: Izd-vo KubGAU, 2014. -130 s.
9. Kil'bi I.Ja. Dinamika nitratnogo i ammiachnogo azota v pochve pod razlichnymi kul'turami v zven'jah polevyh sevooborotov // Povyshenie urozhajnosti sel'skohozjajstvennyh kul'tur. -Krasnojarsk, 1971. - T. XXII. - S. 66-73.
10. Lubite Ja.I. Azotnyj rezhim pochv // Biologicheskaja aktivnost' i azotnyj rezhim pochv Krasnojarskoj lesostepi. - Krasnojarsk, 1975. - S. 111-249.
11. Sharkov I.N. Minimizacija obrabotki i ee vlijanie na plodorodie pochvy // Zemledelie. -2009. - № 3. - S. 24-27.
УДК 631.427
A.A. Белоусов
РЕАКЦИЯ АЗОТА И УГЛЕРОДА МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО
В УСЛОВИЯХ МИНИМИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ
A.A. Belousov
THE REACTION OF NITROGEN AND CARBON OF MICROBIC BIOMASS OF THE CHERNOZYOM LEACHED IN THE CONDITIONS OF PROCESSING MINIMIZATION
Белоусов А.А. - канд. биол. наук, доц. каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected]
Цель исследования - оценить содержание и динамику азота углерода микробной биомассы при использовании отвального, минимального и нулевого способов обработки чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи. Экспериментальные исследования проведены в Красноярском природном округе на земельных площадях СПК «Шилинское» Сухобузимского района (56037с.ш. и 93012в.д.). Влияние почво-
Belousov A.A. - Cand. Biol. Sci., Assoc. Prof., Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. Email: [email protected]
защитных технологий на динамику содержания углерода и азота микробной биомассы почвы изучалось в 2013-2014 гг. на базе длительного опыта, заложенного в 2006 г. под руководством И.А. Куприна и д. с.-х. н. Л.Р. Му-киной. В пределах производственных посевов были выделены реперные участки площадью 500 м2. Почвенные образцы отбирались из слоев 0-5 и 5-20 см методом змейки. Объем
