Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АЗОТМИНЕРАЛИЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОИВ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АЗОТМИНЕРАЛИЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОИВ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ"

Л-ЖЪЗЛ

На правах рукописи ГОЛОВНИ НА Наталья Олеговна

агроэкологическая оценка

азотминерализующей способности почв московской области

Специальность 03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена в Институте фундаментальных проблем биологии РАН.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В. Н. Башкин.

Официальные оппоненты- доктор биологических наук, профессор А. Д. Фокин; доктор биологических наук В. М. Семенов.

Ведущее учреждение — Всероссийский научно-исследовательский институт Охраны природы Госкомприроды РФ

Защита состот-ся 2000 г в ч.

на заседании диссертационного совета Д 120 35 08 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Адрес: 127550, Москва, Тимирязевская ул , 49.

Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

Автореферат разослан ^ ^г'егу"*"^ 2000 г

Ученый секретарь

диссертационного совета — кандидат биологических наук

А. В. Чичев

Актуальность темы. Соединения азота играют важнейшую роль в создании биомассы и функционировании агроэкосистем. Успешное решение проблемы . рационального использования природного ресурса азота, включая ее экологические аспекты, возможно только при изучении процессов трансформации азота как во внутрипогвенном цикле агрогеоценозов, так и в сопряженных с ними экосистемах. Для поддержания оптимального почвенного ресурса азота и нормирования антропогенных нагрузок необходимо выявление количественных параметров интенсивности этих процессов и разработка на их основе критериев оценки функционирования агроландшафтов.

Оценка азотного режима почв должна основываться на определении того пула азота почвы, который способен к активной биогенной трансформации. Количественным критерием азота, активно участвующего в биогеохимическом круговороте, может служить величина азотминерализуюшей способности почв (Башкин, Кудеяров, 1987). Подобно большинству биогеохимических показателей величина азотминерализуюшей способности почвы зависит от ландшафтно-геохимической организованности биосферы.

Цеди и задачи исследований. Целью данной работы было оценить возможность использования величины азотминерализуюшей способности почв (АМС) для решения проблем эколого-агрогеохимического ' мониторинга и выявить факторы, определяющие количественные изменения пула мобильного азота на примере различных сельскохозяйственных и природных ландшафтов МосковскоГ области. В основные задачи исследований входило:

1. Определить величину азотминерализуюшей способности почв различных элементарных ландшафтов а Московской области (элювиальный,

. трансэлювиальный, аккумулятивный) в условиях их почвенно-геохимических сопряжений.

2. Сравнить полученные значения азотминерализуюшей способности почв агроландшафтов и их естественных ландшафтов-аналогов.

3. Оценить влияние почвенно-геохимических и биогеохимических факторов на величину азотминерализующей способности почвы.

Научная новизна. Впервые, на примере ландшафтов Московской области, дана оценка изменений азотминерализующей способности почв агрогеоценозов и их аналогов - естественных биогеоценозов. Показано, что изменение этих величин зависит от природной организованности территории, типа элементарного

ЦЭП РЛЛЬ'-'ЛЯ НАУЧНАЯ О; ,БЯ .ОТЕКА МОС.Ч. сельаюхоз. академии и:и' ^ А. Тимирязева

ландшафта, типа почв и содержания в почве подвижных форм микроэлементов В модельных экспериментах выявлено, что изменение микроэлементного режима почвы оказывает влияние на интенсивность процесса мобилизации почвенного азота, что отражается на поступлении его в растения

Защищаемые положения Изменение величины азотминерализуюшей способности почвы согласуется с общими принципами трансформации вещества в условиях почвенно-геохимических сопряжений и может служить комплексным показателем для характеристики биогеохимического цикла азота в естественных и агроэкосистемах

При оценке внутрипочвенной трансформации азота и поступления этого элемента в растения следует учитывать содержание микроэлементов в почве, так как последние в силу своей биофильности оказывают влияние на азотный режим почвы и метаболизм растений

Практическая значимость Полученные закономерности изменения азотминерализуюшей способности почв могут быть использованы для оценки пула мобильного азота почвы в условиях сопряженных ландшафтов, что позволяет повысить информативность прогноза азотного режима агроэкосистем и дифференцировать выбор вносимых доз удобрений с учетом биологических источников азота и ландшафтно-геохимической структуры территории

Декларация личного участия Данная работа выполнена автором в лаборатории биогеохимии агроландшафтов ИФПБ РАН в рамках исследований по агрогеохимическому районированию территории Московской области Лично автором проведено определение величин азотминерализуюшей способности почв различных ландшафтов исследуемого региона, а также проведены модельные и вегетационные эксперименты по детальной оценке факторов, влияющих на азотминерализующую способность почвы Автором проанализировано более 5000 почвенных и 500 растительных образцов В работе использованы экспериментальные данные внутрипрофильного распределения азотистых соединений в почвах Московской области и содержания N-N0 з в почвенно-грунтовых водах, полученные к г н Припутиной И В

Структура и объем работы. Диссертация изложена на/?/страницах и состоит из введения. Н глав, выводов,. списка литературы, который включаетЛУ отечественных и ¿/зарубежных источников.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Всесоюзной конференции "Проблемы рационального использования и охраны окружающей среды" (Минск, 1990); Всесоюзного совещания "Проблема азота в интенсивном земледелии" (Новосибирск, 1990); Всесоюзной школе-конференции молодых ученых (Курск, 1991); Всесоюзной научной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск, 1995); , Международном симпозиуме "Тяжелые металлы в окружающей среде" (Пущино, 1996); II и IV открытых научных конференциях молодых ученых г. Пущино (1997, 1999); на расширенном заседании Отдела экологической безопасности ИФПБ РАН (Пущино, 1999); на расширенном заседании лаборатории "Охраны почв и земледелия" ВНИИ Охраны природы Госкомприрода РФ (Москва, 1999).

Публикация результатов исследовамийЛо теме диссертации опубликовано 20 печатых работ.

Содержание работы Введение, Рассмотрена необходимость сопряженного исследования биогеохимических циклов азота и микроэлементов и использования понятий и методов геохимии ландшафтов при эколого-агрогеохимическом исследовании. Сформулированы актуальность, цель и научная новизна представленной работы.

Глава 1. Литературный обзор Дана оценка современных литературных данных, рассматривающих вопросы экологии, агрохимии, биогеохимии азота и микроэлементов (Си, ¿а, Мо). Рассмотрены теоретические концепции и методологические подходы к оценке пула мобильного азота почвы. Обосновано использование величины . азотшшерализукмцей • способности почвы при изучении трансформации азотистых соединений в агроэкосистемах.

. Глава 2. Объекты и методы исследований

Полевые исследования проводились в летние периоды 1988-1992 годов на территории Московской области, характеризующейся разнообразием природных условий и сложной сельскохозяйственной структурой, что

з

позволило рассмотреть 145 элементарных геохимических ландшафтов и 29 ландшафтно-геохимнческих сопряжении (катен) Изучаемые ландшафты по условиям миграции вещества подразделялись на автономные (Э - элювиальные) и подчиненные - (трасчювиальные - Т-Э, транс.элювиально-аккумулятивные - Т-Э-А, супсраквапьныс или аккумулятивные - А) Для каждого ландшафта оценивались величина азотминерализующей способности, содержание соединений азота и подвижных форм микроэлементов в почвах Для определения азотминерализующей способности почвы использовались смешанные почвенные образцы из горизонтов 0-10 и 10-20 см (всего 300 почвенных образцов) Вегетационные исследования проводились в условиях фитотрона ИФПБ РАН в 1989-1992 гг, где моделировались условия умеренно жаркого лета Почва отбиралась из различных элементарных ландшафтов одной катены В качестве растения-индикатора использовался райграс пастбищный (Lolium muhitlorum), сорт Вик-66 В почву вносили NPK, Си, Mo, Zn по следующим схемам контроль - NoPoKuCuoMooZn«, Ыдо^м/э N2()P.11K2„Cvv)Mo2-/.n!t, N(ji.)+m/3 - NjoPjoKj.iCuKÎvlojZrii,„ м/э - N«P«,K<iCu8Mo4Zni6 (мг/кг) В качестве азотного удобрения использовали l5NH4l5NOi, с исходным обогащением 30 ат %

Химико-аналитические работы включали в себя анализ содержания азотистых, фосфорных и калийных соединений в почвах и растениях Величину азотминерализующей способности почвы определяли по соответствующей методике (Башкин, Кудеяров, 1987), в основе которой лежит определение мобилизуемого азота почвы при компостировании почвенных образцов в течение четырех недель с набором азотных удобрений в возрастающих дозах Используя математическое выражение зависимости накопления доступного азота в почве при компостировании от доз азотных удобрений, устанавливали ее азотминерализующую способность Содержание подвижных форм азота, фосфора и калия, а также общее содержание углерода в почве определяли по стандартным методикам (Аринушкина, 1970) Концентрацию изотопа азота "N в почве и растениях определяли на оптическом анализаторе МСД-8 в ЛСХИ Содержание микроэлементов в почвенных и растительных образцах определяли атомно-абсорбционным методом (Perken Elmer) Анализ механического состава и кислотности почв (рНш) проведен в ХАК ИФПБ РАН

Статистическую обработку данных осуществляли с использованием процедур корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов пакета SAS, SC Полученные результаты оценивались при заданном уровне значимости р<0,01

■Глава 3. Природные условия и антропогенные факторы, определяющие структуру ландшафтов Московской области Рассмотрены геолого-геоморфологические и почвенно-геохимические условия исследуемой территории,' определяющие наряду с биоклиматическими факторами направленность геохимических процессов, способствующих пространственной дифференциации элементов в экосистемах. Показано, что интенсивное ".сельскохозяйственное использование территории усиливает природную дифференциацию ландшафтов Московской области.

Глава 4. Влияние агрогеохимических факторов на азотминерализующую способность почв Московской области

4.1. Азотминерализующая способность почв и содержание азотистых соединений в почвенно-геохимических катенах

Биогеохимическая трансформация азотистых соединений в почве осуществляется в ходе противоположно направленных процессов - биогенной аккумуляции и разложения азотсодержащих компонентов органического ' вещества с последующей миграцией мобильного азота в сопряженные среды. Количественным критерием оценки мобильного азота почв может служить величина их азотминерализующей способности. Результаты многочисленных полевых экспериментов показали, что AMC характеризует интенсивность процессов трансформации азота в почвах и уровень их плодородия (Башкин, 1986; Хабиров и др., 1993).

В экосистемах Московской области минимальные значения AMC (12-15 мг . N/кг) выявлены для дерново-подзолистых и серых . лесных сильноэродированных почв, а для выщелоченных черноземов характерны максимальные величины AMC (325-356 мг N/кг). Среднее содержание Noem, N-NH/ . и N-ЫОз* в гумусовых горизонтах почв исследуемых ландшафтов колебалось в пределах 750-2670, 4,2-9,7 и 10,8-29,8 мг/кг почвы, соответственно. Наблюдаемое варьирование показателей содержания азота в почве определяется сложностью и неоднородностью почвенного покрова области, а также высокой биогеохимической мобильностью соединений азота. Для более корректной оценки азотного режима различных ландшафтов были учтены естественные геоморфологические условия формирования и функционирования исследуемых ландшафтов - в пределах их почвенно-геохимического сопряжения (катены). Тип элементарного геохимического ландшафта использовался в качестве : фактора структурирования при статистической обработке данных. Достоверность различий показателей оценивалась по критерию Дункана (Афифи, Эйзен, 1982; SAS..., 1991).

s

Таблица 1 Содержание азотистых соединений и азотминерализуюшая способность почвы в различных типах элементарных ландшафтов (мг Ы/кг почвы)

Тип элементарного Агроландшафты Естественные ландшафты

ландшафта среднее э среднее | О

N06111.

Э 840 АВ 1540 В

Т-Э 750 А 960 А

Т-Э-А 910 В 1620 В

А 1680 С АМС 2070 С

Э 119 В 90 В

Т-Э 53 А 64 А

Т-Э-А 156 ВС 106 В

А 188 С N-N0,- 142 С

Э 27,8 А 20,8 А

Т-Э 10,8 А 19.5 А

Т-Э-А 25,6 А 19,6 А

А 29,8 А 25,6 А

Э 9,6 А 8,9 А

Т-Э 6,5 А 8,7 А

Т-Э-А 7,2 А 7,4 А

А 9,7 А 9.3 А

Э - ранжирование по критерию Дункана,

Э (п = 78), Т-Э (п = 46), Т-Э-А (п = 46), А (п = 71)

Полученное статистическое распределение величин AMC в почвах arpo- и биогеоценозов различных типов элементарных ландшафтов было следующим: Т-Э < Э < А (табл. 1). Минимальные величины AMC были в трансэлювиальных ландшафтах, что обусловлено влйянием как биотических, так и абиотических факторов. Как известно, транзитные ландшафты характеризуются максимальной выраженностью миграционных потоков вещества (Глазовская, 1988), вследствие чего возможно общее снижение в составе гумуса лабильных' фракций, доступных для быстрой минерализации. Сельскохозяйственное использование данных ландшафтов существенно изменяет физико-химические и биологические показатели почв (Акентьева, 1975; Хазиев и др., 1979; Гантимурова и др., 1985; Орлов, 1992 и др.), что также отражается на AMC этих почв. Для аккумулятивных ландшафтов характерны максимальные значения AMC. В отдельных катенах эти величины превосходили соответствующие минимальные значения в 4-6 раз. Наблюдаемые различия, вероятно, связаны с процессами, определяющими интенсивность биогеохимического круговорота азота. Во-первых, формирующиеся в условиях супераквального ландшафта пойменные почвы обладают более высоким плодородием по сравнению, например, с дерново-подзолистыми, составляющими основной почвенный фон области. Известно, что наряду с такими специфическими для пойм условиями почвообразования как аллювиальность, важнейшую роль в формировании плодородия пойменных почв играет их высокая биогенность (Добровольский, 1971, 1985; Евдокимова, 1971; Титлянова, 1979; Бабьева, 1983; Гришина, 1985 и др.). Во-вторых, пойменные почвы, интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве, особенно овощных культур, под которые традиционно вносятся повышенные дозы азотных удобрений. Это увеличивает приход азота в супераквальных ландшафтах й способствует повышению уровня минерализации азотсодержащих органических соединений. В-третьих, дополнительное поступление азота в' аккумулятивные ландшафты возможно вследствие латеральной миграции и связанному с этим биогеохимическому потоку азотистых соединений в катенах (Башкин и др., 1990).

Аналогичные закономерности выявлены при анализе распределения содержания общего азота в различных элементарных ландшафтах.. Максимальные суммарные концентрации азота характерны для почв супераквальных позиций, а минимальные - для трансэлювиальных. Б отличие от AMC и Nooo. четкой зависимости в распределении минеральных форм азота почвы в данных сопряженных системах не выявлено (табл.1).

Фитогеохимические исследования показали, что содержание азота . в сельскохозяйственных растениях одного и того же вида изменялось в зависимости опт того, к какому элементарному ландшафту приурочен агроценоз.

Таким образом, изменение величин азотминерализующей способности почв согласуется с общими закономерностями распределения вещества в почвенно-геохимических катенах и связанно с единой направленностью процессов миграции соединений

Таблица 2 Доля мобильного азота, рассчитанного по величине AMC, и актуального содержания минерального азота (N,™, = N-NOj +N-NH4*) от общего содержания азота в почвах элементарных ландшафтов (%)

Тип ( АМС/ЫоСш)х 100 (NMW,/N <*„)xl00

элементарного ландшафта агро-ландшафт естественный ландшафт агро-ландшафт естественный ландшафт

Э 14,2 5,8 4.5 1.9

Т-Э 7,0 6.6 2.3 2.9

Т-Э-А 17,1 6,5 3.3 1,6

А 11,2 6,8 2.4 1.7

Среднее 12.4 6,0 3,1 1,9

Как показал анализ полученных результатов, доля минерального азота в его общих запасах в почве (N*™ = N-NO3 +N-NH/) в 2-4 раза ниже, чем доля пула мобильного азота (табл 2) Поэтому истинные размеры образования минерального азота и его круговорота в почве невозможно оценить, основываясь только на данных о концентрации Ынт Минеральные соединения азота имеют более сложное пространственное и внутрипроф ильное распределение, а их концентрации в почвах отражают определенное равновесие между процессами минерализации и иммобилизации азота Таким образом, при мониторинге азотистых соединений в экосистемах наиболее информативным показателям является AMC, которая характеризует пул мобильного азота почвы в целом

4 2 Изменение величины азотминерализующей способности почвы в аграчандшафтах

Для оценки сельскохозяйственного воздействия на азотный режим почв в ландшафтах Московской области изучались агроландшафты и их естественные ландшафты-аналоги Исследования показали, что общее содержание азотистых соединений в почвах агроландшафтов существенно ниже, чем в их естественных ландшафтах-аналогах (табл 1) Средние величины Нла. для почв каждого типа

я

т-э

Т-Э-А

20 30

% N(uuh ) от AMC

Рис. 1 Доля минерального (N»», горизонт 0-20см ) от общего пула мобильного азота (среднестатистические данные)

10 15

Ы(нит ) иг/ка почвы

Рис 2 Среднестатистическое содержание N-N03" в условном почвенном профиле (биогеоценозы 11=232, агрогеоценозы п=592)

Таблица 3. Азотминерализующая способность и содержание азотистых соединений в почвах различных • элементарных ландшафтов

Почва ЭЛ Растительность АМС N-N03' N-N11/ мг Ы/кг НмюО ^(обш) С(%) С/И

дерново-подзолистая Э лес ,82,3 6,5 13,7 20,4 1400 1,12 8,5

(среднесуглинистая) Э кормовая свекла 125,9 24,8 12,4 ' 27,2 1042 0,91 8,7

дерново-подзолистая Э лес 35,9 и 3,4. 4,7 ' 1020 0,58 5,6

(легкосуглинистая) Э многолетние травы 78,6 6,5 7>7 14,2 - 891 0,72 ; 8,8

темно-серая лесная Э лес 102,5 8,4 6,2 14,6 1790 2,35 ; 13,1

Э, озимая пшеница 76,3 3,9 3,4 17,3 1549 1,89 12,2

серая лесная -, Т-Э естественный луг- 64,2 7,8 п 11,0 1690 1,25 7,4

" Т-Э, ячмень 26,9 5,9 3,4 2,5 1072 1,32 12,3

чернозем Т-Э естественный луг 208,3 7,7 27,6 35,3 2470 4,49 18,2

выщелоченный Т-Э ячмень- 83,4 20,4 17,7 38,1 1986 3,51 17,7

ЭЛ- тип элементарного ландшафта (Э- элювиальный, Т-Э - трансэлювиальный)

элементарного агроландшафта колебались в пределах 750-1680 мг N/кг, а для естественных ландшафтов - в пределах 960-2670 мг N/кг Аналогичная тенденция наблюдалась для органического углерода, содержание которого в почвах агроландшафтов в большинстве случаев было ниже, чем в естественных ландшафтах-аналогах В то же время, доля мобильного азота от его общих запасов в почвах агроландшафтов выше по сравнению с этой величиной в естественных ландшафтах-аналогах (табл 2) Отсюда следует, что уровень почвенного азота, активно трансформируемого в процессе его биогеохимического круговорота, возрастает в почвах агроландшафтов

Доля минерального азота от общего пула мобильного азота в почвах агроландшафтов заметно ниже, чем в их естественных ландшафтах-аналогах, и эта разница наиболее ярко выражена для транзитных ландшафтов (рис 1) Различие обусловлено повышенной интенсивностью процессов трансформации вещества в агроэкосистемах (накопление азота биомассой растений, денитрификация и др), а также его повышенной радиальной и латеральной миграцией Так, например, если для верхних (0-20см) горизонтов почв био- и агрогеоценозов содержание N-NO3" характеризуется близкими значениями, то в горизонтах 20-100см наблюдается значительное увеличение N-NOi в агрогеоценозах по сравнению с биогеоценозами (рис 2)

Как уже отмечалось, почвенный покров Московской области достаточно разнообразен Наряду с дерново-подзолистыми, составляющими основной почвенный фон изучаемого региона, представлены серые лесные почвы, а также черноземы выщелоченные и оподзоленные Проведенные исследования показали, что агротехногенное воздействие на почвы различного генезиса неоднозначно влияет на величину их азотминерализукмцей способности

В дерново-подзолистых почвах агроландшафтов AMC выше, чем в их естественных ландшафтах-аналогах, тогда как сельскохозяйственное использование темно-серых лесных почв и черноземов приводит к снижению этой величины (табл 3) Отмеченные изменения, по-видимому, обусловлены существенной трансформацией органического вещества почв при их окультуривании, по-разному проявляющейся в почвах различного генезиса (Кауричев, 1983, Фокин и др, 1984, Орлов, 1992 и др) Изменения, прежде всего, сказываются на содержании легкоминерализуемых азотсодержащих соединений почвы (Акентьева, 197S и др) и на составе активно функционирующего микробоценоза почв (Звягекцев и др, 1989, Кураков и др, 1989 н др) При окультуривании дерново-подзолистых почв внесение минеральных и особенно органических удобрений, регулирование кислотности почвы, проведение других агротехнических мероприятий способствуют повышению плодородия данных почв и улучшению питательного статуса по

и

сравнению с их естественными аналогами. В .то же время, интенсивное и часто экологически необоснованное использование почв, обладающих высоким естественным потенциалом плодородия, таких как темно-серые лесные почвы и черноземы, приводит к их истощению, что подтверждает выводы, полученные другими исследователями (Фокин, 1984; Орлов; 1992; Полянская и др., 1997; Курганова, 1999 и др.).

4.3. Азотминерализующая способность почв и содержание нитратного азота ^почвенно-грунтовых водах

Воздействие азота, дополнительно поступающего в экосистему, следует рассматривать как мощный антропогенный фактор, существенно изменяющий -естественный биогеохимический круговорот азота. В период проведения полевых ' исследований обнаружены водоисточники, в которых содержание нитратов близко к ПДК (^ 7,5 мг N-NOj'/л) и является критическим, а также водоисточники, в которых концентрация нитратного азота превышает ПДК в 1,5-2,5 раза (до 24 мг N-NOj'/л). Известно, что потери азота удобрений с внутрипочвенным стоком редко превышают 1-5% от внесенного количества (Варюшкина, 1975; Смирнов, 1985; Кудеяров, Кузнецова, 1990,1991; Соколов и др., 1990; Никитишен и др., 1990; Сирота, 1986,1990; Ккдин, 1993 и др.). Следовательно, из азотных удобрений вымывается такое количество нитратного азота, которое вряд ли может привести к реально обнаруживаемому уровню NNO}' в поверхностных и грунтовых водах.

Таким образом, наблюдаемое накопление ; нитратного азота в почвенно-грунтовых водах происходит преимущественно за счет азота почвенного происхождения, что подтверждается выявленной зависимостью между величинами AMC почв и содержанием нитратного азота в почвенно-грунтовых водах. Для разных элементарных ландшафтов получены • следующие коэффициенты корреляции: Э (0,37; п=56); Т-Э (0,48; п=36); Т-Э-А (0,61; п=40); А (0,62; п=58). Более тесная связь между содержанием нитратного азота в почвенно-грунтовых водах и AMC почв наблюдалась для аккумулятивных ландшафтов, в которых почвенно-грунтовые воды, как правило, расположены близко' от поверхности. Отсюда следует, что нерациональное применение азотных удобрений в условиях аккумулятивных ландшафтов, • почвы которых обладают высокой AMC, ведет к экологически неблагоприятному расходу естественных запасов азота. В. этом случае радиальный миграционный поток азотистых соединений может усиливаться за счет дополнительного поступления вещества из вышерасположенных участков в результате латеральной миграции. Скорость латерального потока и интенсивность радиальной миграции азотистых соединений определяется совокупностью • как внешних, так, и

внутренних факторов (расчлененностью рельефа, вносимыми агрохнмикатами, физико-чимическими почвенными характеристиками, физиологическим фактором и т д) Поэтому коэффициенты корреляции, полученные в результате полевых наблюдений при разнообразии почвенных.условий такого региона как Московская область, не могут быть высокими Однако данные зависимости достоверны на достаточно "жестком" уровне значимости (р<0,01), что дает основание признать существование данной закономерности

В связи с этим, практика применения азотных удобрений должна основываться на экологически безопасных нормах, сроках и способах внесения удобрений с учетом почвенно-геохимических условий элементарных агроландшафтов и их сопряжений Количественное определение реального пула мобильного азота почвы является не только важным условием эффективного и экологически безопасного применения азотных удобрений, но и дает возможность прогнозировать последствия их влияния на экосистему в целом

4 4 Азотлшнерализующая способность почв и содержание в почвах подвижных форм микроэлементов Установленные нами особенности распределения азотминерализующей способности почвы в пределах почвенно-геохимических катен аналогичны распределению в тех же почвах микроэлементов (Учватов, 1994) Сопряженный анализ величин AMC и содержания микроэлементов в почвах различных ландшафтных позиций позволил получить следующие уравнения множественной регрессионной зависимости AMC (у) от содержания подвижных форм элементов (х) в почве (п =148)

у = 52,696 + 52,885Cu - 0,591Mn - 0,564(NMm) +4,907 (NH^,** ) +

66,098Мо -17,954Со + 1,844(NOj ), [ 1 ]

где коэффициент детерминации г2 = 0,612, соответствующие значения критерия Т 3,95,-1,99,1,64,-1,31, 1,24

Как видно из уравнения [1] основным предиктором величин азотминерализующей способности почвы является содержание меди в подвижной форме

Наиболее тесная связь между величинами AMC выявлена для элювиальных ландшафтов (п =37)

у = 64,81 + 44,65Си - 1,12Мп -21,59Со - 2,44(NKKH) + 5,79(NH/o<5„) + +3.43МО, [2]

О контроль ■ м/ä

Т-Э

Т-Э-А

Рис. 3. Содержание общего азота в растениях в зависимости от вносимых микроэлементов (в начале вегетационного периода, первый укос)

250 л

□ контроль ■и/з

Рис. 4. Величина AMC почвы в зависимости от вносимых микроэлементов (в качала вегетационного периода, первый укос) Контроль • NoPoKoCiioZiioMoo, м/э - NoPoKoCueZnuMo* (мг/кг) Э, Т-Э,Т-Э-А, А - почвы, отобранкые из различных элементарных ландшафтов

где г1-0,81, Т 4,23,2,02,-1,2, 1,01,0,9

Проведенные модельные эксперименты при компостировании почвы с внесением В, Zn, Си, Mo, Cd, Fe, Со, Мп показали, что AMC зависит от дозы их внесения Увеличение содержания того или иного элемента в почве может изменить естественный режим и направленность внутрипочвенных процессов, что отражается на величине азотминерализуюшей способности почвы

4 S Зависимость величины азотминерализующеи способности почвы от режима азотного питания и содержания микроэлементов (Си, 7п Мо) в системе почва-растение

В вегетационном эксперименте показано, что изменение AMC в течение вегетации растений зависит от свойств почвы, режима азотного питания растений и содержания в почве микроэлементов Более интенсивное поступление азота удобрений в растения наблюдалось в начальный период вегетации Динамика этого процесса и конечный вынос Ny» зависели от почвенных условий и уровня вносимых доз Между величинами AMC и накоплением Nw в растениях установлена достоверная обратная корреляционная зависимость (г = - 0,83, п=32)

Одновременное внесение в почву макро- и микроэлементов приводило к росту величины азотминерализуюшей способности почвы по сравнению с контрольным вариантом Отдельное внесение микроэлементов в почву приводило к увеличению накопления азота растениями во всех вариантах (рис 3) При этом величина азотминерализующей способности почвы была значительно выше контрольных вариантов (рис 4) Это свидетельствует о том, что дополнительное внесение Си, Zn, Mo изменяет интенсивность процессов минерализации азотсодержащих органических веществ почвы, что, в свою очередь, отражается на поступлении почвенного азота в растения В начальный период вегетации растений отмечалась тесная корреляционная зависимость между азотминерализуюшей способностью почвы и содержанием подвижных форм микроэлементов, извлекаемых аммонийно-ацетатным буфером+ЭДТА (рН4,5) Си (0,94), Zn (0,79) В свою очередь, к концу вегетации зафиксирована связь AMC с содержанием металлов в почве, извлекаемые HCl (1н) Си (0,53), Zn (0,54) По-видимому, изменение азотного режима почвы определяется не только запасами микроэлементов, присутствующих в почве, но и формами, определяющими их подвижность

Таким образом, при оценке внутрипочвенной трансформации азота и поступлении этого элемента в растения следует учитывать содержание

1S

микроэлементов в почве, так как последние, в силу своей биофильности, могут

оказывать значительное влияние на метаболизм азота в системе почва-растение.

Выводи

1. Величина азотминерапизующей способности почв является комплексным показателем для характеристики основных процессов биогеохимического цикла азота. Выявлено, что минимальные величины азотминерализующей способности характерны для почв трансэлювиальных ландшафтов, а максимальные - для аккумулятивных ландшафтов.

2. Длительное сельскохозяйственное использование почв различного генезиса на территории Московской области привело к существенным изменениям их углеродного и азотного режимов, что и определяло - наблюдаемые различия между величинами азотминерализующей способности почв агроландшафтов по сравнению с их естественными аналогами. В агроландшафтах дерново-подзолистых почв уровень азотминерализующей способности увеличивался по сравнению с их естественными ландшафтами-аналогами, тогда как в почвах, обладающих большим естественным потенциалом плодородия (темно-серые лесные, черноземы), наблюдалась противоположная тенденция.

3. Полученная зависимость между величинами азотминерализующей способности почв и содержанием нитратного азота в почвенно-грунтовых водах свидетельствует о том, что поступление нитратного азота в почвенно-грунтовые воды происходит за счет азота. почвенного происхождения. Таким образом, при высокой азотмобилизующей способности почв в условиях их интенсивного сельскохозяйственного использования возможен экологически неблагоприятный расход естественных запасов почвенного азота.

4. Выявлено, что агротехногенное использование почв сопровождается уменьшением общего содержания азотистых соединений в гумусовых горизонтах исследуемого региона, однако, доля мобильного кула азота сгг общих запасов этого элемента в почвах агроландшафтов возрастает.

. Показано увеличение содержания нитратного азота в нижних горизонтах почв агрогеоценозов по сравнению с биогеоценозами.

3. Аппроксимирована взаимосвязь между величинами АМС и содержанием мобильных форм микроэлементов, которая свидетельствует о том, что при

оценке азотного режима почв следует учитывать наличие в них подвижных форм микроэлементов. 6 В модельных экспериментах показано, что изменение азотного режима как почвы, так и растении связано с уровнем содержания подвижных форм микроэлементов в почве Дополнительное внесение Си, Zn, Mo влияет на величину азотминерализующей способности почвы, что может отражаться на поступлении почвенного азота в растения.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1 Башкпн В Н, Головнина Н О, Козлов М Я Влияние ландшафтно-геохимических условии на азотминерализующую способность почв '/ Сбор ник научных трудов «Гумус и азот в земледелии Нечерноземной зоны РСФСР», Ленинград, 1990, с 11—15

2 Bashkin V N, Golovmna V О, Trilhnberg Т Р Modelling ecologi-caly optimal fertilizer use and tcosislem productivity on the base of nitro genminerallizing capasity dt termination//Poda 1990 p 34—46

3 Башкин В H, Учватов В П, Припутана И В, Лучицкая О А, Коз юн \\ Я Волошина О Н, Го юши-па Н О Экологически оптимальная биопродук-ивность агроландшафтов ' Экспериментальная экология, М Наука, 1991, с 214 —2t6

4 Галиулин Р В, Галиулина Р А, Головкина Н О, Семенова Н А, Башкин В Н Действие азотных удобрений на биохимические свойства почвы ' Химизация сельского хозяйства 1991, Л1» 9 с 41 — 13

5 Башкин В Н, Головнина Н О Способ прогнозирования поведения азота в агроландшафтах /' Бюл открытий и изобретений, 1992, .V» 29

6 Гтовнина Н О Агроэкологическая оценка азотминерализуеш^й способности почв Ц Химизация сельского хозяйства 1992 № 2, с 21 —21

7 Башкин В Н, Учватов В П, Галиулин Р В, Припутина И В, Лучицкая О А, Головнина Н О, Галиулина Р А Эколого агро>-еохими-чеокая оценка использования водоохранных зон//Эколого агрогеохими-чьелое районирование Московской области, Пущино, 1992, с 44 —82

8 Готвнича Н О Изменение азотного режима в системе почва расте ние в зависимости от содержания азота и микроэлементов (Cu Zn, Mol в почве / Тяжелые металлы в окружающей среде, Пущино, ОНТИ, 1997, с 15 — 24

9 Головнина Н О Влияние биогеохимических условий на уровень минерализации азотсодержащих органических соединений // Фтико химические и экологические проблемы почвоведения, Пущино, 1999, с 5 — 6, а также 11 тезисов конференций, включая 7 международных

Объем 1 п л

За *аз 102

Типография Издательства МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул, д 44

Тираж 100