Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Азотное состояние серых лесных почв и черноземов типичных Республики Башкортостан и пути его регулирования

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Азотное состояние серых лесных почв и черноземов типичных Республики Башкортостан и пути его регулирования"

На правах рукописи

ПРОСТЯКОВА ЗИНАИДА ГРИГОРЬЕВНА

АЗОТНОЕ СОСТОЯНИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ И ЧЕРНОЗЕМОВ ТИПИЧНЫХ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН И ПУТИ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Уфа-1998

Работа выполнена в Институте биологии Уфимского научного центра Российской Академии наук

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Хазиев Ф.Х.

доктор биологических наук, профессор Хабиров И.К.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Багаутдинов Ф.Я.

кандидат сельскохозяйственных наук Суюндуков Я.Т.

Ведущая организация: Башкирский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита состоится « 1998 года на заседании

диссертационного совета к 120.87.03 в Башкирском государственном аграрном университете (БГАУ) по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного аграрного университета

Автореферат разослан « О-Ц^у&^с 1998 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета, Ь

кандидат сельскохозяйственных наук г~у В.А.Печаткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В настоящее время сложившаяся система землепользования привела к ухудшению плодородия на значительной площади пахотных угодий. Причинами послужили, прежде всего, нарушение севооборотов, снижение количества вносимых органических и минеральных удобрений, использование последних без учета запасов питательных веществ в почве, а также многократные обработки почвы тяжелыми сельскохозяйственными орудиями и машинами. Как следствие, формирование урожая сельскохозяйственных культур происходит в основном за счет природного плодородия почв, что ведет к потерям гумуса и отрицательно влияет на их азотное состояние, то есть постепенно теряется активная часть азоторга-нических соединений.

В сложившейся ситуации оценка современного .азотного состояния почв агроэкосистем, поиск альтернативных источников азота, оптимизация азотного режима почв и уменьшение потерь азота приобретают особую актуальность. Решение этих вопросов возможно при изучении внутренних закономерностей трансформации азота почвы в биоценологическом комплексе, в том числе с применением кинетических подходов в исследованиях отдельных биохимических реакций превращения азота почв.

Цель и задачи исследования.. Целью данной работы явилось изучение современного состояния азотного фонда серых лесных почв Северной лесостепной зоны и черноземов типичных Предуральской степи республики Башкортостан, выявление особенностей трансформации соединений азота в этих почвах, обоснование приемов регулирования азотного режима почв. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

1. Изучение содержания, запасов, распределения, качественного состава азотного фонда серых лесных почв и черноземов типичных.

2. Изучение азотминерапизующей способности почв, выявление факторов, определяющих ее интенсивность, определение количества доступного растениям азота, образующегося за вегетационный период в различных гидротермических условиях.

3. Разработка эффективных способов регулирования азотного режима серых лесных почв и черноземов типичных.

4. Разработка и испытание новых соединений, ингибирующих процесс нитрификации в почве с целью пролонгирования действия мочевины.

Научная новизна. Впервые для серых лесных почв и черноземов типичных с использованием кинетических методов установлены количественные параметры по накоплению в течение вегетационного периода минеральных соединений азота, что может быть использовано при расчете оптимальных доз внесения азотных удобрений. Разработаны новые ингибиторы нитрификации мочевины, способствующие сохранению минеральных соединений азота в почве в аммонийной форме. Научная новизна этих разработок защищена семью авторскими свидетельствами. Выявлено, что систематическое внесение соломы и сидератов обогащает почвы азотом и оптимизирует азотный режим серых лесных почв. Показана эффективность минимальной обработки чернозема типичного и внесения соломы гороха и пшеницы для сохранения его азотного фонда.

Защищаемые положения. 1. Формирование азотного фонда серых лесных почв и черноземов типичных связано с биоклиматическими условиями их генезиса и с интенсивностью сельскохозяйственного использования. Для характеристики азотного состояния почв используются содержание и запасы общего азота, подвижного минерального азота (нитратный и обмен-но-поглощенный аммоний), а также учитываются содержание природно-фиксированного аммония, щелочногидролизуемого азота, состав органических азотсодержащих соединений и их формы, фракции органического азота, подразделяющие азотный фонд почв на различные по своей агрономической

ценности формы, содержание потенциально и реально минерализуемого азота, активность ферментов азотного обмена - протеаза, уреаза и дыхание почвы. Эти показатели позволяют оценить современное состояние азотного фонда почв.

2. Кинетические характеристики и количество потенциально минерализуемого азота отражают интенсивность биохимических процессов превращения соединений азота в почвах и могут служить для диагностики азотного режима почв.

3. На серых лесных почвах в качестве органических удобрений эффективны наряду с навозом сидераты и солома зерновых культур с добавлением мочевины. На черноземах типичных эффективно использование поломы без добавления азотных удобрений на фоне минимальной обработки почвы.

4. Новые ингибиторы нитрификации подавляют I фазу этого процесса и сохраняют минеральный азот в аммонийной форме.

Практическая значимость. На серых лесных почвах оптимизация азотного режима достигается использованием наряду с навозом сидератов, соломы гороха и пшеницы с добавлением мочевины. Кинетические характеристики трансформации органических соединений азота позволили рассчитать количество реально минерализуемого за вегетационный период азота. Предлагаемые ингибиторы нитрификации могут быть использованы на практике в целях повышения эффективности мочевины. На типичных черноземах минимальная обработка почвы в сочетании с внесением соломы способствует закреплению минеральных соединений азота (N-NOj) & органической форме в составе микробной биомассы , что предотвращает потери нитратов из пахотного горизонта и загрязнение окружающей среды.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены а а конференции молодых ученых БФАН СССР «Охрана и рациональное использование природных ресурсов Башкирии» • (Уфа, 1985), на XI научно-производственной конференции почвоведов, агрохимиков и зсмледело» Юж-

ного Урала и Поволжья «Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Южного Урала» (Уфа, 1988), на научной конференции «Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана» (Уфа, 1996), на научно-практической конференции «Северо-восточный регион Башкортостана: актуальные проблемы и пути их решения» (Уфа, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из 6 глав, общих выводов, заключения и практических предложений ( всего 152 страницы, 32 таблицы, 6 рисунков), списка литературы (245 источников, в том числе 35 иностранных).

Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились серые лесные почвы (Северная лесостепь) и черноземы типичные (Преду-ральская степь), сформировавшиеся в разных почвенно-климатических условиях республики Башкортостан. Экспериментальная работа выполнялась лабораторным, вегетационным, микрополевым и полевым методами.

Исследование альтернативных источников обогащения почв органическим веществом и азотом (солома, сидераты) проводились в полевом опыте в колхозе «Сигнал» Балтачевского района. В 1991 г. завершилась полная ротация 5-польного парозернопропашного севооборота со следующим чередованием культур: пар (чистый, сидеральный), озимая рожь, яровая пшеница, кукуруза на силос, ячмень.

Почва опытного участка - серая лесная легкоглинистая. Агрохимические показатели пахотного слоя: содержание гумуса - 4,74 %; общего азота -0,27 %; фосфора - 0,17 %; сумма поглощенных оснований - 28 мг-экв; гидролитическая кислотность - 5,3 мг-экв на 100 г почвы; рН солевой - 4,9.

Варианты опыта: 1 - контроль, 2 - солома гороха, 4,5 т/га измельченной сухой массы ежегодно, 3 - рапс, 20 т/га зеленой массы 1 раз за ротацию; 4 - солома пшеницы, 4,5 т/га измельченной сухой массы + N45 ежегодно, 5 ~ клевер, 20 т/га зеленой массы 1 раз за ротацию, 6 - навоз, 60 т/га 1 раз за ро-

тацию, 7 - навоз, 15 т/га ежегодно, 8 - (ЫРК)бО ежегодно. Опыты проводились в 4-кратной повторности, площадь делянок 300 м2.

Зеленая масса рапса, клевера, солома пшеницы и гороха запахивались под зяблевую вспашку на глубину 20-22 см.

Годы исследований характеризовались засушливыми агрометеорологическими условиями.

В полевом опыте в совхозе «Пугачевский» Федоровского района совместно с Башкирским НИИ сельского хозяйства были проведены комплексные исследования, в том числе и азотного режима почв при минимальной обработке почвы на фоне органо-минеральных удобрений. В 1991 г. завершилась полная ротация 6-польного тарозернолропашного севооборота со следующим чередованием культур: пар чистый, озимая рожь, яровая пшеница, кукуруза на силос, яровая пшеница, яровой ячмень.

Почва опытного участка - чернозем типичный среднегумусный сред-немощный тяжелосуглинистый. Агрохимические показатели пахотного слоя: гумус - 9,28 %, общий азот - 0,61 %, фосфор - 0,15 %, сумма поглощенных оснований - 61 мг-экв на 100 г почвы, рН водный - 6,2.

Изучались три системы обработки почв: отвальная (контроль), комбинированная, минимальная. Схема обработки почвы в севообороте приведена в табл. I.

Изучение систем обработки почвы проводили в полевом опыте с внесением навоза, соломы пшеницы и гороха и (№К)60. Варианты опыта: 1 - контроль; 2 - навоз, 60 т/га 1 раз за ротацию; 3 - навоз, 10 т/га ежегодно; 4 - солома гороха, 3 т/га ежегодно; 5 - солома пшеницы, 3 т/га ежегодно; 6 - (ЫРК)60 ежегодно. Солома гороха и пшеницы вносилась в измельченном виде под зябь. Опыты проводились в 3-кратной повторности, площадь опытных делянок 165 м2.

Агрометеорологические условия за период ротации севооборота неоднозначны: 1986 г. - средний по увлажненности и сумме температур; 1987

и 1988 гг. - остро засушливые; 1989 г. - засушливый; 1990 г. - средний; 1991 г. - засушливый.

Таблица 1

Схема обработки почвы в севообороте

Системы обработки Приемы обработки по полям и к ультурам

пар чистый озимая ро,жь яровая пшеница кукуруза яровая пшеница яровой ячмень

1 вспашка на 28-30 см - вспашка на 20-22 см вспашка на 24-26 см вспашка на 20-22 см вспашка на 20-22 см

2 обработка КПГ - 2,2 на 28-30 см - обработка КПГ - 2,2 на 12-14 см вспашка на 24-26 см обработка КПГ - 2,2 на 12-14 см обработка КПГ - 2,2 на 12-14 см

3 обработка безотвальная на 28-30 см - обработка БИГ-3, КПЭ-3,8 на 4-5 см обработка безотвальная на 24-26 см обработка БИГ-3, КПЭ-3,8 на 4-5 см обработка БИГ-3, КПЭ-3,8 на 4-5 см

Примечание. Системы обработки: 1 - отвальная, 2 - комбинированная, 3 - минимальная

Изучение ингибирующей способности производных пиридина и Ы-замещенных амидов и имидов карбоновых кислот проводились в три этапа. Первый этап - лабораторные испытания, которые позволили выбрать перспективные соединения и композиции для использования в качестве ингибиторов нитрификации. Второй этап - опыты б вегетационных сосудах Вагнера с растениями, при влажности почвы 60% от полной влагоемкости. Мочевина вносилась из расчета 300 мг/кг почвы на фоне (РК)60. Ингибиторы вносили в дозе 10 % от массы азота мочевины в водном растворе. Третий этап - микрополевые и полевые опыты проводились в колхозе «Сигнал» Балтачевского района на серых лесных почвах. В производственных опытах испытывались два ингибитора нитрификации: кубовый остаток производства 2-метил-5-этилпиридина и 2-метил-5-этилпиридин щавелевокислый в дозах 5-10 % от массы азота мочевины. В полевом опыте изучалась эффективность этих ин-

гибиторов при различных дозах азота на фоне (РК)60. Соотношение ингибитор : азот было постоянным. Опытная культура - яровая пшеница.

Агрохимические показатели исследуемых почв определялись общепринятыми методами согласно руководству «Агрохимические методы исследования почв» (1975). Общий углерод в почве определяли по И.В.Тюрину, общий азот по Къельдалю, фракционный состав азота изучался методом двухступенчатого кислотного гидролиза по Э.И.Шконде и И.Е.Королевой в модификации Е.А.Андреевой (1973), формы органических соединений азота

- по Бремнеру (Bremner, 1965), щелочногидролизуемый азот - по Корнфилду (1975), потенциально минерализуемый азот по Стэнфорду (Stanford et al., 1972,1974) в нашей модификации (Хабиров и др., 1988), аммиачный азот с реактивом Несслера, нитратный азот с дисульфофеноловой кислотой, начиная с 1985 г. эти же формы азота - по А.Н.Бочкареву и В.Н.Кудеярову (1982), активность протеазы - по Ф.Х.Хазиеву, Я.М.Агафаровой, активность уреазы

- по А.Ш.Галстяну (Хазиев, 1976).

Для статистической оценки данных использовали методы дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов. Достоверность коэффициентов корреляции и действия факторов определялись по критериям Стью-дента (Плохинский, 1970; Доспехов, 1979; Рокицкий, 1967).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Содержание азота и его запасы отражают тип почвообразования. Так, количество общего азота в серой лесной почве Северной лесостепной зоны значительно меньше, чем в черноземе типичном Предуральской степи (табл. 2.). Максимальное содержание общего азота в исследуемых почвах приходится на верхний слой (0-20 см) почвенного профиля, с глубиной (20-50 см) его количество в серой лесной почве уменьшается почти вдвое, тогда как в черноземе типичном снижение происходит более плавно

(табл. 2), что связано с различной мощностью гумусового горизонта этих почв. Содержание общего азота в черноземах типичных Предуральской степи несколько выше или соответствует уровню аналогичных почв ЦЧЗ и Западной Сибири, серые лесные почвы Северной лесостепи по этому показате-

Таблица 2

Содержание и запасы общего азота в исследуемых почвах

Слой, п Содержание азота, % Слой, п Запасы азота, т/га

Почвы см х | ±т V, % см X ± т V, %

Северная лесостепь

Серая 0-20 41 0,26 0,006 14 0-50 5 12,0 0,53 8

лесная 20-50 13 0,12 0,016 24 0-100 5 17,5 0,88 9

Прсдуральская степь

Чернозем 0-20 24 0,45 0,016 15 0-50 19 22,8 0,74 14 '

типичный 20-50 24 0,35 0,012 15 0-100 18 34,0 1,29 16

Примечание, х - среднее; ± ш - ошибка среднего; V - коэффициент вариации; п - количество наблюдений

лю уступают соответствующим почвам Сибири (Адерихин, Щербаков, 1974; Гамзиков, 1981).

Запасы азота в серых лесных почвах в слое 0-100 см составляют 17,5 т/га азота, в черноземе типичном - 34 т/га, что позволяет- судить об их достаточно высоком плодородии. Основные запасы азота сосредоточены в полуметровом слое, в черноземах типичных они составляют 67 %, в серых лесных почвах - 71% от запасов метрового слоя. Эта закономерность характерна для всех типов почв.

и

Состав, распределение и формы соединений азота. Азотный фонд серых лесных почв и черноземов в типичных на 97 % представлен органическими соединениями. Небольшая часть почвенного азота находится в минеральной форме и является главным источником для непосредственного питания растений. На долю обменно-поглощенного аммония, нитритов и нитратов приходится 0,7-1,0 %.

Минерализация органических азотсодержащих соединений в почве объединяет два процесса - аммонификацию и нитрификацию. Они осуществляются при участии почвенных микроорганизмов и ферментов. Сложившиеся многофакторные условия способствовали накоплению в исследуемых почвах аммонийной (N-№14) и нитратной (N-N03) форм азота. Однако, гидротермические условия вегетационных периодов часто ограничивали оптимальное протекание процесса нитрификации.

Наряду с нитратами, нитритами и обменно-поглощенным аммонием 23 % минерального азота находится в фиксированном виде. Известно, что фиксированный аммоний слабо подвергается нитрификации и только небольшая его часть может быть использована растениями (Петербургский, Кудеяров, 1966; Хазиев, Наумов, 1979 и др.). Чем выше общее содержание коллоидно-дисперстных минералов с кристаллической решеткой типа илли-та, монтмориллонита и особенно вермикулита, тем выше содержание фиксированного аммония.

Для ориентировочной оценки обеспеченности почв наиболее доступными для питания растений формами азота определяется щелочногидроли-зуемый азот. Щелочногидролизуемые соединения азота в пахотном горизонте серой лесной почвы и чернозема типичного составляют в среднем около 6% от общего азота почвы. Распределение его содержания коррелирует с общим азотом и закономерно снижается вниз по профилю почв. Этот показатель может быть использован для определения потребности почв в азотных удобрениях.

Исследование форм азоторганических соединений показало (табл. 3.), что независимо от типа почвы, большая доля азота связана с аминокислотами и убывает к амидам и аминосахарам. Вниз по профилю почв абсолютное содержание всех идентифицированных соединений азота уменьшается в соответствии с запасами общего азота.

Таблица 3

Формы органических соединений азота в почвах

Горизонт и глубина, см Общий азот, мг/кг Кислотогидролизуемый

всего амидный аминосахар-кый аминокислот-, ный

мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг %

Р. 22. Серая лесная

А„ 0-20 2493 1881 75 429 17 267 11 718 29

А2В 27-37 1065 770 72 227 21 122 12 280 26

В, 42-52 910 490 59 184 20 70 8 105 12

В2 80-90 381 368 96 140 37 87 23 52 14

Р. 1. Чернозем типичный

А„ 0-27 5177 3935 76 1054 20 462 9 1666 32

А1 33-43 3625 2990 83 897 25 288 8 1084 30

АВ 55-65 2636 2144 81 664 25 197 8 961 36

В 79-89 616 595 97 289 47 39 6 214 35 •

Количественное определение органических соединений азотного фонда почв позволяет выделить фракции соединений азота, различные по своей агрономической ценности: 1. минеральный (N-N03; N-N02; N-N1^); 2. легко-гидролизуемый (амиды, часть аминов); 3. трудногидролизуемый (амины, ос

СЕРая ЛЕСная 13 Чернозем . типичный

ап о-ао

8,50-60

70-80

Ш Ап 0-20 1.0

минеральный ЛЕГКОГИДРОШУШЫЙ

АВ 50-50

в 70-80

- ТРУАН0ГИЛ.Р0ЛИЗУЕМЫЙ [ | - НЕГИйРОЛИЗУЕМЫЙ .

Рис. 1 .Фракционный состав соединений азота над чертой - содержание N. мг/кг почвы, под чертой - % от N общего

таток амидов, часть необменного аммония и гуминов); 4. негидролизуемый (гумины, меланины, битумы, необмениый аммоний).

Как видно из полученных результатов (рис. 1) долевой состав азотного фонда в профиле серой лесной почвы существенно не изменяется: содержание трудногидролизуемого азота равно негидролизуемому (по 40 %), а содержание легкогидролизуемого азота - ближайшего резерва для питания растений, составляет около 20 %. В то же время по абсолютной величине содержание всех фракций с глубиной снижается в соответствии с содержанием общего гумуса и азота.

В профиле чернозема типичного общая доля негидролизуемых и труд-иогидролизуемых соединений азота выше, а легкогидролизуемых и минеральных ниже, чем в серой лесной почве, что свидетельствует с одной стороны о консерватизме чернозема, а с другой - его высоком потенциальном плодородии.

Потенциально минерализуемые соединения азота. В результате процесса минерализации за вегетационный период высвобождается значительное количество минерального азота. Исследованиями В.Н.Кудеярова (1989) установлено, что органическое вещество почвы состоит из активной и пассивной фаз. Активная фаза является основным источником минерализуемого азота и учитывается при определении потенциально минерализуемого азота в почве. Кинетический принцип, в обосновании и развитии которого решающую роль сыграли работы Стэнфорда с соавторами (Stanford, Smiht, 1972; Stanford et al., 1974) широко применяется для изучения процессов минерализации почвенного органического азота. В целях ускорения и повышения точности расчетов N0 и к нами был модифицирован метод Стэнфорда и Смита по определению количества потенциально минерализуемых соединений азота в почве. Решается уравнение: х = N„ - Nt= N0 (1 - e"kt) по кинетике реакции первого порядка по данным измерений t и х, где N0 - количество потенциально минерализуемого органического азота; Nt - количество мине-

рализуемого азота за определенный промежуток времени; к - константа скорости процесса минерализации органического азота.

Константа скорости минерализации показывает количество минерализуемого органического азота за единицу времени. В условиях эксперимента в почвах Предуралья органический азот минерализуется со скоростью 10-25 мг/кг Н-мии за 1 нед. Для серых лесных почв и черноземов типичных константа скорости минерализации составляет 14,8-22,5 мг/кг >}-мин за 1 нед.

Таблица 4

Кинетические характеристики скорости минерализации почвенного азота

Почва Константа скорости минерализации, нед"1 Содержание потенциально минерализуемого N, мг/кг Количество реально минерализованного N. кг/га за май-август

Светло-серая лесная 0,17 123 • 127

Серая лесная 0,13 157 147

Темно-серая лесная 0,08 255 169

Чернозем типичный 0,15 258 264

Количество потенциально минерализуемых соединений азота в процентах от общего азота выше в нечерноземных почвах.

В агрономическом аспекте наибольший интерес представляет оценка реальней минерализации органического азота почвы, так как рациональное применение азотных удобрений требует знания исходного количества доступного для растений почвенного азота и текущей минерализации. Для этого необходимо определить с какой скоростью запасы потенциально минерализуемого азота могут минерализоваться в тех или иных почвах в определенных условиях. Эту информацию несет кинетический параметр - константа скорости минерализации органических соединений азота в почве. Величина

константы скорости зависит от состояния и активности микробоценоза, ферментативного пула почвы, состава и количества подвижного органического вещества. Для перехода к реальной минерализации Стэнфордом и др. (Stanford et al., 1974) было предложено внести соответствующие поправки на температуру и влажность прогнозируемого вегетационного периода. По содержанию потенциально минерализуемого азота и константы скорости минера-лизационных процессов с учетом поправок на изменения температуры и влажности вегетационного периода можно рассчитать количество реально минерализуемого азота. За вегетационный период в светло-серых лесных почвах возможно накопление 127 кг/га, серых лесных - 147 кг/га, темно-серых лесных почвах - 169 кг/га, черноземе типичном - 264 кг/га минерального азота. Поправки на температуру и влажность почвы сделаны по средне-многолетним гидротермическим данным.

Влияние удобрений на азотный режим серых лесных почв в условиях севооборота. В полевом опыте за ротацию севооборота дефицит азота в питании растений не наблюдался. Ежегодное внесение соломы гороха и пшеницы, зеленой массы рапса по 20 т/га 1 раз за ротацию способствовало повышению содержания общего азота в почве и урожайности культур (табл. 5). Однако при этом наблюдалось снижение содержания минеральных и потенциально минерализуемых соединений азота. Внесение пшеничной соломы с добавлением мочевины (10 кг азота мочевины на 1 т соломы) привело к повышению гидролизуемой фракции азота на 12% и общего азота на 21,4% по сравнению с неудобренным вариантом. Зеленая масса клевера и навоз, внесенные под пар, привели к значительному повышению урожайности культур и заметному увеличению содержания общего азота и потенциально минерализуемых соединений. Относительное содержание гидролизуемого азота в этих вариантах выше, чем на неудобренном варианте на 8-14 %. Наибольший урожай всех культур севооборота отмечается при удобрении почвы навозом. Однако, ежегодное внесение навоза наряду с увеличением общего

Таблица 5

Влияние органических удобрений на азотное состояние серых лесных почв (Аню, конец ротации) и урожайность культур в севообороте

Вариант Общий азот, % Запасы минеральног о азота, средние за ротацию, кг/га Гидролиз уемый азот, % от общего азота Потенциаль но минерализуе мый азот, кг/га ' Озимая рожь, 1988 г. Яровая пшеница, 1989 г. Кукуруза на силос, 1990 г. Ячмень, 1991 г.

Ц/га

Контроль 0,28 60 64 230 8,9 20,7 4,9 260 21,9

Гороховая солома, 4,5 т/га ежегодно 0,29 48 59 157 8,8 24,5 6,1 283 28,4

Зеленая масса рапса, 20 т/га 1 раз за ротацию 0,29 55 68 185 8,6 22,5 7,2 276 26,5

Пшеничная солома, 4,5 т/га +N45 ежегодно 0,34 56 76 180 7,5 25,5 6,4 275 29,4

Зеленая масса клевера, 20 т/га 1 раз за ротацию 0,32 58 72 250 7,8 27,7 7,5 279 27,4

Навоз, 60 т/га 1 раз за ротацию 0,31 ■ 70 78 260 8,2 28,6 10,0 334 29,9

Навоз, 15 т/га ежегодно 0,35 79 90 380 7,4 29,1 9,3 308 31,1

(ЫРК)бО ежегодно 0,30 66 84 240 8,3 25,4 . 6,7 299 29,0

Примечание. НСР0.95 для озимой ржи - 2,0, для яровой пшеницы - 1,16, для кукурузы - 10, для ячменя - 2,4 ц/га.

содержания азота до 0,35% заметно повышает подвижность азоторганиче-ских соединений серой лесной почвы, сумма легко- и трудногидролизуемого азота доходит до 90%. Это происходит за счет усиления минерализационных процессов в почве при ежегодной затравке ее живой микрофлорой.

Под влиянием удобрений к концу ротации севооборота в почве на фоне неудобренного варианта отмечается некоторое обогащение гумуса азотом, о чем свидетельствует наметившаяся тенденция к сужению отношения С : N. По всем вариантам опыта отмечено увеличение активности протеазы и уреа-зы, особенно при внесении пшеничной соломы, где активность протеазы составила 0,59 мг тирозина, уреазы - 0,78 мг №Ь, соответственно в контрольных вариантах 0,41 мг тирозина и 0,50 мгМНз на 1 г почвы за 24 часа.

Азотный режим черноземов типичных и продуктивность севооборота при различных способах основной обработки почвы на фоне удобрений. При внесении навоза, соломы гороха и пшеницы и полного минерального удобрения по фону отвальной вспашки отмечено снижение запасов минерального азота в среднем за ротацию на 8-20 кг/га по сравнению с неудобренным вариантом. Это связано с тем, что внесенные удобрения обусловили формирование более высоких урожаев и соответственно больший вынос азота.

По фону комбинированной обработки почвы запасы подвижного азота за ротацию меньше, чем по отвальной вспашке. Однако, при внесении в почву соломы, особенно пшеничной и (ЫРК)60 азотное состояние лучше, чем на контроле, при этом прибавки от удобрений составили 1,1-5,7 ц/га к.е. Средняя урожайность культур в севообороте по фону комбинированной обработки почвы больше, чем по фону вспашки с оборотом пласта. Таким образом, при комбинированной системе обработки почвы азот почвы и удобрений используется с большей отдачей (табл. 6).

Наименьшие запасы минерального азота в полевом опыте отмечены в системе, включающей звено минимальной обработки почвы, которая была

применена под зерновые культуры севооборота - яровую пшеницу и ячмень. Здесь же отмечено формирование наибольших средних урожаев культур за ротацию севооборота при внесении как органических, так и минеральных удобрений. Уменьшение средних показателей по запасам минерального азота за ротацию севооборота по минимальной обработке по сравнению с отвальной вспашкой вызвано, во-первых, дополнительным выносом азота с урожаем культур, а во-вторых, более оптимальным уровнем текущей минерализации, обусловленной поверхностной обработкой почвы. Внесение полного минерального'удобрения отмечено увеличением запасов минерального азота и получением максимального урожая. Следовательно, наибольший эффект (МРК)бО проявился в системе, включающей звено минимальной обработки почвы.

Экспериментальные данные показали, что к концу ротации севооборота по фону минимальной обработки почвы произошли изменения в составе азотного фонда черноземов типичных, содержание общего азота увеличилось на 3,6% по сравнению с фоном отвальной вспашки (без удобрений). Внесение навоза по фону минимальной обработки почвы способствовало увеличению содержания общего азота на 4,9%, а внесение соломы пшеницы - на 4% по сравнению с отвальной вспашкой, то есть почти не уступало действию навоза. Также отмечено увеличение легкогидролизуемых (лабильных) азотор-ганических соединений по фону минимальной обработки почвы без удобрений на 11%, при внесении навоза - на 22%, соломы пшеницы - на 5% по сравнению с отвальной вспашкой (неудобренный вариант). Во фракциях трудно- и негидролизуемых азоторганических соединений заметных количественных изменений не отмечено.

На процессы минерализации азоторганических соединений влияют внесенные удобрения и способы обработки почвы. Максимальное количество потенциально минерализуемых соединений азота отмечено по фону вспашки с оборотом пласта с органической системой удобрений. Реально минерализо-

Таблица 6

. Влияние обработки почвы и удобрений на запасы минерального азота(Апах) в черноземе типичном и урожайность культур в севообороте

Вариант Средние запасы азота за ротацию Средняя урожайность за ротацию Прибавка урожая от обработки и удобрений Прибавка 1 урожая от I удобрений

кг/га ц /га к.е. ц/га к.е. | % ц/га к.е.

Отвальная вспашка

Контроль 78 31,4 - - -

Навоз, 60 т/га 58 36,6 5,2 17 5,2

Навоз, 10 т/га 67 35,8 4,4 14 4,4

Солома гороха, 3 т/га 63 37,0 5,6 18 5,6

Солома пшеницы, 3 т/га 70 37,7 6,3 20 6,3

(№К)60 66 34,7 3,3 11 3,3

Комбинированная обработка

Контроль 61 34,3 2,9 9 -

Навоз, 60 т/га 57 35,4 4,0 13 1,1

Навоз, 10 т/га 56 36,5 5,1 16 2,2

Солома гороха, 3 т/га 63 37,0 5,6 18 2,7

Солома пшеницы, 3 т/га 72 37,5 6,1 19 3,2

(ЫРК)60 78 40,0 8,6 27 5,7

Минимальная обработка

Контроль 62 38,8 7,4 24 -

Навоз, 60 т/га 46 40,6 9,2 29 1,8

Навоз, Ют/га 54 41,2 9,8 31 2,4

Солома гороха, 3 т/га 43 41,2 9,8 31 2,4 '

Солома пшеницы, 3 т/га _ 57 41,8 10,4 33 3,0

(КРК)60 75 44,8. 13,4 43 6,0

*

Примечание. прибавки относительно контроля по отвальной вспашке

ванное количество органического азота и константа скорости минерализации с учетом внесенных поправок на прогнозируемую температуру и влажность вегетационного периода значительно уменьшается. Однако сохраняется тенденция к большему накоплению минерального азота в почве по фону отвальной вспашки в вариантах с органикой. Количественный перевес объясняется усилением минерализационных процессов в почве в связи с увеличением аэрации пахотного слоя при вспашке с оборотом пласта, что часто приводит к потерям азота.

Закономерность изменения количества реально минерализуемых соединений азота по вариантам с удобрениями, выявленная в лабораторных условиях, согласуется с данными по распределению запасов подвижного азота в среднем за ротацию севооборота в зависимости от систем удобрения и обработки почвы. Наименьшие запасы подвижного минерального азота и наибольшие урожаи культур отмечены по фону минимальной обработки почвы при внесении навоза и соломы по сравнению с отвальной вспашкой и комбинированной обработкой почвы (табл. 6). Поэтому снижение интенсивности минерализации органического азота при минимализации обработки почвы и использовании соломы следует рассматривать как положительный агротехнический прием, оптимизирующий азотный режим чернозема типичного, уменьшающий потери азота за счет денитрификации и выщелачивания и обепечивающий повышение урожайности культур севооборота.

Перспективы использования новых ингибиторов нитрификации в почве. Исследования ингибирующей способности производных пиридина и М-замешенных амидов и имидов карбоновых кислот позволили выбрать семь соединений и композиций для использования их в качестве ингибиторов нитрификации. В вариантах с ингибиторами скорость нотификации в первые три недели снижается на 70% и к концу пятой недели инкубации действие ингибиторов снижается до 20%. Самым эффективным ингибитором процесса нитрификации оказался 2-метил-5-этилпиридин и кубовый остаток его про

Время - дни

Рис. 2. Динамика содержания минеральных соединений азота на выщелоченном черноземе при внесении ингибиторов нитрификации под культурой ячменй I - контроль (мочевина + РК), II - кубовый остаток 2-метил-5-этал-пиркдина + мочевина, III - 2-метил-5-этилпиридин + мочевина

изводства. Микробиологическая экспертиза показала, что 2-метил-5-этилпиридин хорошо разлагается бактериями Pseudomonas fluorescens и грибной микрофлорой Aspergillus niger, они являются постоянными компонентами почвенных микроорганизмов. Ингибиторы нитрификации карбамида в почве 2-метил-5-этилпиридин и кубовый остаток производства 2-метил-5-этилпиридина обеспечили оптимальную динамику нитратного азота и более низкое его содержание по сравнению с контролем. Кубовый остаток производства 2-метил-5-э.тилпиридина к концу первого месяца вегетации ячменя ингибирует процесс нитрификации на 60%. Ингибирующий эффект препарата продолжается до конца второго месяца. В этом варианте аммиачного азота почти в шесть раз больше, чем на контроле, 97 мг/кг против 17 мг/кг почвы. За счет более продуктивного использования растениями азота в опыте и уменьшения его потерь получена прибавка урожая. Урожайность ячменя в вегетационном опыте в варианте кубовый остаток производства 2-метил-5-этилпиридина + мочевина при разбросном и экранном способе их внесения в почву соответственно возрастала в 2,2-2,9 раза. В производственном опыте испытывались два ингибитора нитрификации карбамида в почве: кубовый остаток производства 2-метил-5-этилпиридина и 2-метил-5-этилпиридин щавелевокислый. Эти ингибиторы, внесенные под предпосевную культивацию совместно с мочевиной в дозах 5-10 % от веса азота мочевины подавляли процесс нитрификации карбамида в почве в течение одного месяца на 40-50 %. Регулирование азотного питания ячменя при применении ингибиторов нитрификации позволило повысить его урожайность, прибавки урожая от ингибитора 2,1-3,7 ц/га. В полевом опыте изучалась эффективность этих ингибиторов при различных дозах азота на фоне (РК)60. Соотношение ингибитор : азот было постоянным. Достоверная прибавка урожая от обоих ингибиторов нитрификации получена только при низких дозах азота. Прибавка от совместного применения азота мочевины и ингибитора в основном достоверны и составляют по вариантам опыта 1,7-3,6 ц/га.

24

ВЫВОДЫ

1. Содержание и запасы общего азота в серой лесной почве и черноземе типичном отражают их генетические особенности и являются типовыми признаками почв. Основные запасы азота сосредоточены в верхнем полуметровом слое и составляют в среднем 70% от запасов метрового слоя почвенного профиля, причем в черноземе типичном запасы азота почти вдвое выше, чем в серой лесной почве.

2. Азотный фонд серых лесных почв и черноземов типичных на 97 % представлен органическими соединениями, в составе которых преобладают негидролизуемые (40-50 %) и трудногидролизуемые формы (около 40 %). На долю легкогидролизуемого азота приходится 14-21 %. Гидролизуемость азо-торганических соединений серой лесной почвы выше (60 %), чем чернозема типичного (50 %). Содержание доступного растениям минерального азота в исследованных почвах составляет 0,7-1,0 % и зависит в большей степени от условий минерализации азоторганических соединений и в меньшей степени, от количества общего азота.

3. Предложен новый подход оценки количества потенциально минерализуемого азота на основе определения кинетики минерализации азоторганических соединений. Количество потенциально минерализуемого азота в серой лесной почве составляет 157 мг/кг, накопление происходит со скоростью 0,13 нед4, черноземе типичном соответственно 258 мг/кг почвы и 0,15 нед"!. Константа скорости минерализационных процессов в серой лесной почве лимитируется температурой, в черноземе типичном - влажностью почвы.

4. На серых лесных почвах за май-август запасы реально минерализуемого азота составляют 147 кг/га, черноземе типичном - 264 кг/га. Количество реально минерализуемого азота может быть использовано для диагностики азотного режима почв.

5. На серых лесных почвах выявлена эффективность соломы пшеницы и сидератов (особенно клевера). Они позволяют стабилизировать азотное состояние почв: увеличивается содержание общего азота и количество гидро-лизуемых азоторганических соединений. Оптимальный азотный режим серых лесных почв обеспечивает увеличение урожайности зерновых культур на 4,3-8,5 ц/га к.е. за ротацию парозернопропашного севооборота.

6. На черноземе типичном внесение соломы пшеницы и гороха оптимизирует азотный режим. Влияние соломы равноценно действию навоза по всем фонам обработки почвы. Урвжайность культур от применения соломы пшеницы и гороха наибольшая по фону минимальной обработки почвы и составляет 41,2 и 41,8 ц/га к.е. соотвественно.

7. Получены и испытаны новые ингибиторы процесса нитрификации карбамида в почве. Они способствуют сохранению азота в аммонийной форме и повышению урожайности за счет более продуктивного использования растениями азота удобрений и уменьшению потерь азота. Эти препараты относятся у умеренно токсичным соединениям III класса и подавляют процесс нитрификации в почве в течении одного месяца на 40-50 %.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В условиях Северной лесостепной зоны на серых лесных почвах эффективно введение в практику сельского хозяйства севооборотов с короткой ротацией с сидеральными парами и систематическим внесением в почву соломы пшеницы 4,5 т/га совместно с 10 кг азота мочевины на 1 т соломы.

2. В условиях Предуральской степи на черноземе типичном для оптимизации азотного режима и повышения продуктивности парозернопропашного севооборота целесообразно использование соломы пшеницы по фону минимальной обработки почвы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Хабиров И.К., Габбасова И.М., Простякова З.Г., Долгова В.И. Биохимические свойства пойменных и осушенных почв И Тез. докл. конф. молодых ученых. Уфа: БФАН СССР, 1981. С. 118-120.

2. Наумов Н.С., Простякова З.Г. Азотный режим осушенных почв // Почвообразовательные процессы в осушенных и пойменных землях Башкирии. Уфа: БФАН СССР, 1982. С. 79-90.

3. Наумов Н.С., Простякова З.Г.. Содержание и запасы азота в эродированных почвах // Эрозия почв Южного Приуралья. Уфа: БФАН СССР, 1984. С. 86-94.

4. Хабиров И.К., Простякова З.Г., Каспранский H.H. Влияние системы обработки в севообороте на содержание азота и его соединений в типичном черноземе // Охрана и рациональное использование природных ресурсов. Тез. докл. конф. молодых ученых. Уфа: БФАН СССР, 1985. С. 63.

5.Хабиров И.К., Простякова З.Г., Наумов Н.С., Каспранский H.H. Изменение содержания и форм азота при интенсивном сельскохозяйственном использовании почв // Повышение плодородия почв в условиях интенсивной системы земледелия. Уфа: БФАН СССР, 1986. С. 57-64.

6. Хабиров И.К., Каспранский H.H., Простякова З.Г. Потенциально минерализуемые соединения азота в почвах Предуралья // Почвоведение. 1988. № 1.С. 24-34.

7. Хабиров И.К., Простякова З.Г., Каспранский H.H. Динамика минеральных соединений азота в севообороте при различной системе обработки типичного чернозема // Пути повышения продуктивности полевых севооборотов. Тез. докл. научно-практической конф. Уфа, 1988. С. 25-26.

8. Хабиров И.К., Простякова З.Г., Каспранский H.H. Минерализуемый азот в диагностике азотного режима в почвах Предуралья // Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Южного Урала и По-

волжья. Тез. докл. XI научно-производственной конф. почвоведов, агрохимиков и земледелов Урала и Поволжья. Уфа, 1988. С. 129-130.

9. Хазиев Ф.Х., Джемилев У.М., Хабиров И.К., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Каспранский H.H., Простякова З.Г. Способ ингибирования процесса нитрификации карбамида в почве // Авторское свидетельство СССР. 1989. № 1468893. 4с.; 1989. № 1468894; 1989. № 1472468; 1989. № 1472469; 1989. № 1495332.; 1991. № 1712349. 4с.

10 Хазиев Ф.Х., Джемилев У.М., Хабиров И.К., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Каспранский H.H., Простякова З.Г. Состав для ингибирования процесса нитрификации карбамида в почве // Авторское свидетельство СССР. 1989. № 1477726. 4с.

11. .Хабиров И.К., Хазиев Ф.Х., Простякова З.Г. и др. Регулирование азотного режима почв внесением ингибиторов нитрификации // Почвоведение. 1992. № 2. С. 25-32.

12. Хабиров И.К., Простякова З.Г. Азотный фонд почв СевероВосточной лесостепной зоны // Северо-восточный регион Башкортостана: Актуальные проблемы и пути их решения. Тез. докл. научно-практической конф. Уфа: АН РБ, 1996. С. 175-177.

13. Хабиров И.К., Простякова З.Г. Роль минимальной обработки почвы, соломы и ингибиторов нитрификации в энергосберегающих технологиях // Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана. Тез. докл. научн. конф. Уфа, 1996. С. 40-41.

14. Хабиров И.К., Простякова З.Г. Изменение азотного режима черноземов типичных при минимальной обработке почвы // Почвоведение. 1997. № 7. С. 866-869.

15. Хабиров И.К., Простякова З.Г. Азотное состояние почв Башкортостана II Повышение эффективности производства сельского хозяйства РБ. Уфа, 1998. В печати.