Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАЦИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ВНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАЦИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ВНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи - УДК 631.41

СТЕПАНОВ

Алексей Львович "

АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАЦИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ВНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Специальность 03.00.07 — микробиология

..' Автореферат . диссертации ш со иск а яке ученой степени ' - кандидата биологических иаук •

МОСКВА — 1985

Работа выполнена на кафедре биологии почв и кафедре агрохимии факультета почвоведения Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научные руководители:-доктор биологических наук, профессор Л. А. Лебедева, доктор биологических наук, доцент М. М. Умаров

Официальные оппоненты: доктор биологических наук С. В. Летуиова, кандидат биологических наук Т. А. Калининская

Ведущее учреждение—ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии ВАСХНИЛ.

• Защита состоится »1985 г. в

в аудитории М-2 на заседании .специализированного совета по почвоведению К053.05Л6 в МГУ мм. М. В. Ломоносова на фа-

ч

культете почвоведения.

Адрес: Москва, Ленинские горы, МГУ, ф?т почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факуль-. тета почвоведения.

Автореферат разослан 1985 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного Ученого совета по почвоведению в МГУ или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119899 ГСП. Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета

И. П. Бабьева

Актуальность проблемы. Важнейшими звеньями в цепи превращений азота в почве, оказывающими непосредственное влияние на баланс азота, являются процессы азотфнксации и деннтрификации. Согласно последним оценкам, продуктивность ассоциативной азотфнксации в зоне умеренного климата может достигать нескольких десятков килограммов азота на гектар за сезон, причем на активность процесса заметное влияние оказывают минеральные удобрения. Показано также, что значительная часть азота удобрений теряется из почвы в виде газообразных продуктов в ходе денитрнфнкацин н нитрификации. Однако пока мало данных о масштабах л соотношении всех этих процессов в почвах основных типов, в особенности при внесении высоких доз удобрений. Определение продуктивности ассоциативной азотфнксации "в агроценозах, а также оценка размеров газообразных потерь азота из почвы при интенсивном .применении азотных удобрений позволит разработать систему мер по экономному использованию минеральных удобрений н.рациональной эксплуатации почвенного покрова. "

Цель работы. Оценка продуктивности азотфнксации и определение размеров газообразных потерь азота в дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности при внесении различных форм и доз минеральных азотных удобрений, в том числе и так называемых медленнодействующих удобрений.

Основные задачи исследования. 1. Изучить динамику азот-фнкенрующей и денитрифицирующей активности дериово-под-золистой почвы разной степени окультуренности под посевами ячменя и тимофеевки при внесении различных доз и форм азотных удобрений л оценить продуктивность этих процессов за вегетационный период. 2. Исследовать влияние фосфорных и молибденовых удобрений на азотфиксирующую п деннтрн-■ фицирующую активность почвы.

Научная новизна. Установлено, что на дер но во-подзолистой слабоокультуренной почве под тимофеевкой применение минеральных азотных удобрений в дозах до 25мг N/кг вызывает в целом возрастание ассоциативной азотфнксации при минимальных газообразных потерях азота. При этом внесение мочевино-формальдегидных удобрений (МФУ) в чистом виде и в сочетании с мочевиной не приводит к увеличению активности азотфнксации н снижению газообразных потерь азота по сравнению с ппнрй мочевины в тех же дозах.

Помимо минерал -иого ЫВиТ^дд^ц^тйёИНре стимулирующее НАУЧНАЯ BiJBJE;07EJU

Mow. совхоз, «кад*:.^ К- А. Тилмрягева

МНР..

влияние не только на активность азотфнксацни, но к дешггри-фпкацин оказывают фосфор и молибден.

Практическая ценность работы. Определена продуктивность азотфиксашш под ячменем и тимофеевкой за вегетационный период и оценены размеры газообразных потерь азота при внесении различных форм и доз азотных удобрений в дерново-подзолистую почву. Показано, что внесение МФУ не приводит к снижению газообразных потерь азота и увеличению азотфиксацпн в сравнении с растворимыми формами азотных удобрений. Результаты исследования могут быть использованы для прогнозирования эффективности применения различных форм и доз азотных удобрений и при расчетах баланса азота в земледелии,- .....

Апробация работы. Результаты работы доложены на зональной школс-семинаре молодых ученых п специалистов сельского хозяйства «Пути повышения плодородия почв Нечерноземной зоны РСФСР» (Ленинград, 1982); на Всесоюзной научной конференции «Современные методы исследования почв» (Москва, 1983); на VI конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ (Москва, 1983); на заседании секции почвенной биотехнологии Московского отделения Всесоюзного микробиологического общества (Москва, 1984); на кафедрах биологии почв и агрохимии факультета почвоведения МГУ (Москва, 1984).

Публикации. "По теме диссертации опубликовано 5 статей, сдано в печать 3 статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения,глав, заключения и выводов, содержнт^&страииц. печатного текста, У/рисунков, ¿^таблиц и списка литературы нзЙ^а именований, из ннх*ЙД(а иностранном языке. - ■ -

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в вегетационных опытах кафедры агрохимии факультета почвоведения МГУ на дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности. Слабо-окультуренная почва содержала гумуса 1,8%; Рн^с!—5,9; Р2О5 и КдО в кислотной вытяжке (0,2н НС1)—7,0 и 15 мг/100 г почвы соответственно. Среднеокультуренная почва—гумуса 2,7%; Рнкс1—5,9; Рг05 и КаО—47,0-И 25 мгДОО г почвы (Лебедева с соавт., 1984). > • ■

Динамику азотфиксируюіцеїі ti денитрифицирующей актив-пост» почвы изучали в течение вегетационных периодов Í982— J983 гг. под посевами ячменя (сорт «Московский—121») и тимофеевки (Phleum pratense) при внесении Ca(NOa)2, NH4CL, СО(МН2)2,.МФУ, а также смеси мочевины с ЛІФУ в дозах от 25 до 300 мг N/кг почвы. Во всех вариантах опыта азотные удобрения вносили вместе с фосфорно-калийными в отношении 1:1:1 при набивке сосудов. ■

Влияние фосфорных удобрений и молибдена на азотфик-енрующую н денитрифицирующую активность почвы изучали в модельном опыте под ячменем при внесении двойного суперфосфата на фоне N К в дозе от 8 до 47 мг Р/кг. В качестве молибденового удобрения использовали молнбденовокислый натрий в дозе 8 мг Мо/кг.

Актуальную азотфикслрующую активность определяли по фазам развития растений ацетиленовым методом в модификации кафедры биологии почв МГУ. Анализ газов осуществляли на газовом хроматографе Хром—41. с пламенно-ионизационным детектором. Длина колонки—2,2 м, диаметр—3 мм, наполнитель Spherosil +10%' NaaPOí,. давление газа-носителя (Аг)—2,5 атм., давление Нг—0,8 атм., воздуха — 0,4 атм.

Определение активности денптрнфикации проводили методом, основанным на использовании ацетилена в качестве ингибитора редуктазы закиси азота (Федорова с соавт., 1973). Для этого свежеотобранный образец почвы (5 г) помещали во флакон объемом 15"мл, закрывали резиновой пробкой и вводили 1 мл С2Н2, Пробы газа отбирали через один час после инкубации в лабораторных условиях при 20° н анализировали на газовом хроматографе Хром—42 с детектором по тепло: проводностн. Длнна колонки — 2,2 м, диаметр—3 мм, наполнитель Porapak Q (80—100 меш), ток питания катарометра— 70 мЛ, температура испарителя—25°С. Давление газа-носителя (Не) —1,5 атм. Поскольку закись азота образуется н в процессе нитрификации (Payne, 1978), то фактически оценивали суммарную активность двух процессов—деинтрнфикаццн и нитрификации. " „■ .

Продуктивность азотфиксацип и денитрифнкацни за вегетационный период рассчитывали путем усреднения значений интенсивности этих процессов по фазам развития растений.

Температуру и влажность почвы измеряли общепринятыми методами (Вадюнина, Корчагина, 1973).

Определение биомассы корней ячменя в период вегетации и после уборки урожая проводили совместно с 3. А. Рахматул-лннон. ^

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

АКТУАЛЬНАЯ АЗОТФИКСИРУЮЩАЯ И ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ .

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЯ почвы ПРИ ВНЕСЕНИИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИИ

Одним из основных направлении нашей работы было изучение особенностей протекания процессов азотфнксацин и де-нитрнфикации в агроценозах при внесении высоких доз азотных удобрений,

К настоящему времени накоплено немало сведений о возрастании азотфнксирующей активности почв при применении азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры_(Ка-лшшнская с соавт., 1977; Покровский, 1981; Сирота, 1982; Rao et al., 1982; Куракова, 1983; Тащиев, 1984). Однако сведений о дозах и формах азотных удобрений, стимулирующих ннтрогеназную активность почв разных типов в различных агроценозах, пока недостаточно. Нет ясности н в вопросе о величинах газообразных потерь азота в зависимости от формы и дозы применяемых удобрений.

Для оценки влияния каждого из этих процессов'на баланс азота в почве измеряли в динамике актуальную азотфиксн-рующую активность, а также потерн азота в виде N2O из почв разной степени окулътуренностн под посевами ячменя и тимофеевки при внесении растворимых и медленнодействующих азотных удобрений.

Как следует из полученных нами данных, применение высоких доз всех изученных форм азотных удобрепнй приводит к временной репрессии нитрогеназной активности дерново-подзолистой почвы, но в разной степени — больший ингнби-рующнй эффект от внесения минерального азота наблюдался на слабоокультуреиной почве по сравнению со сред! геокульту-репной. Общая продуктивность азотфнксацин на среднеокуль-туренной почве превышала ее уровень на слабоокультуреиной в среднем на 15—20%, что может быть обусловлено лучшими условиями для развития растений на более окультуренной почве. В то же время однозначных данных о влиянии степени окультуренностп на величину газообразных потерь азота из почвы получено не было.

На обеих почвах выявлена четкая зависимость между дозой азотных удобрений и динамикой процессов азотфнксацин и денитрнфикацни в почве. С ростом дозы азотных удобрений продолжительность репрессирующего действия минерального

' Таблица!

Динамика актуальной азотфиксирующей (Л/4) и деннтрифнодруюш,ей(Д/Н) активности почвы под тимофеевкой при внесении азотных удобрений

X НИ игМ/кг/час

Дата определения Вариант ^— опыта ГТ""-»^. 2&№ : »/VII ■ 4/УІН I 8/УШ 3/Х | ' Ю/Х

проростки кущение : укос {I ■ ■ укос (1)

А/Ф д/н А/Ф Д/Н А/Ф; А/Ф А/Ф д/н А/ф' Д/Н

контроль" 8,7 7,5 10,0 7,5 14,1, '16,5 9,2 11,0, 4,1 10,0 3,2

СО{ЫН2)г I ,3,6 8,0 5,4 '8,2 12,9 24,6 13,1 12,2 6,5 12,0 6,5

СО(МНгЬ Ш ^ 2,5 9,2 3,1 10,0 10,0 19,4 . 15,8 ■ 16,0 7,7 16,3 7.2

Са(НОа)а 1 5,4 9,2 8,8 6,6 18уЗ 26,0 13,0 13.6 5,7 13,0. 6,2

Са(К03)г Ш 3,2 9,3 7,2 8,2 16,7. 31,4 14,7 14,1 6,3 14,8 7,0

МН4С1, I 5,3 11,6 . — 10,9 .11,5 25,3 13,1 17,0 85 16,9 —

, 1ЧН4а. III 2,3 13,9 і 10,8 7,6 19,2 17,2 16,1 11,5 155 : —

1—25 мгЫ/кг; Ш —75 мгЫ/кг,

азота на ннтрогеназную активность дерново-подзолистой сла-боокультуренной почвы возрастала и одновременно увеличивались газообразные потери азота (табл. 1). Так, активность азотфиксации в варианте с применением нитрата кальция в дозе 25 MrN/кг достигала уровня контроля примерно через две неделн после внесения удобрений, а в варианте с 75 MrN/кг — только через пять недель.

Скорость эмиссии закиси азота достоверно изменялась в динамике, достигая максимума в первой декаде августа. Интенсивность выделения NjO резко возрастала в вариантах с внесением удобрений —по сравнению с контролем газообразные потерн азота увеличивались в 1,1—1,9 раза во всех вариантах опыта, независимо от формы минеральных удобрений, однако на ранних фазах вегетации наибольшая эмиссия NaO была отмечена при внесении в почву NH*CL. ^

Влияние различных форм минерального азота на активность азотфиксацин и денитрификации на почвах разной степени окультуренности было сходным. "

Нитрогеиазная активность подавлялась в большей степени от внесения мочевины по сравнению с применением аммонийных и нитратных форм азота {табл. 1). Это может быть обусловлено сильным инпибирующим действием газообразного аммиака, выделяющегося при разложении мочевины, на активность нитрогеназы (ГоттшалК, 1982),

Различные формы азотных удобрений неодинаково влияли также на динамику и размеры газообразных потерь азота из почвы. В противоположность имеющимся данным о возрастании интенсивности денитрификации в присутствии нитратных соединений азота наибольшие его потерн в виде N26 были зафиксированы нами при внесении амидных и аммонийных форм азота. Вероятнее всего это обусловлено тем, что закись азота выделялась главным образом в ходе нитрификации (Payne, 1978; Сирота, 1981; Куракова, 1983). Определение размеров эмиссии N2O из почвы при внесении азотных удобрений в аммонийной и амндной формах может стать высокочувствительным методом оценки нитрифицирующей активности почвы непосредственно в полевых экспериментах.

ВЛИЯНИЕ МОЧЕВИНО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ УДОБРЕНИИ НА ПРОЦЕССЫ АЗОТФИКСАЦИН И ДЕНИТРИФИКАЦИИ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

Одним из условий повышения продуктивности дерново-подзолистых почв является интенсивное применение азотных

удобрений. "Вместе с тем известно, что внесение высоких доз минерального азота, необходимых для реализации потенциальных возможностей сельскохозяйственных культур, сопровождается рядом нежелательных процессов, в том числе снижением продуктивности азотфиксацин и возрастанием потерь азота удобрений и почвы. Это приводит к снижению плодородия почв и усилению загрязнения окружающей среды. Считается, что повысить эффективность высоких доз минеральных удобрений и избежать неблагоприятных последствий их применения, можно путем использования удобрений пролонгированного действия, таких как м оч е вн н о-фор м а л ьд егнд н ые удобрения (Кореньков, 1979). Указывалось, что на дерново-подзолистых почвах наилучшие результаты следует ожидать от сочетания МФУ с обычными водорастворимыми.формами минерального азота (Авдонин, 1982). Вэтой свяэи-едщщ-из разделов.нашей работы было исследование влияния мочевины в"сочетанни"сГ МФУ на азотфиксирующую и денитрифицирующую активность почвы. ,

Согласно результатам наших исследований, характер изменения активности азотфнксации в почве при внесении мочевины в сочетании с МФУ в целом совпадает с динамикой этого процесса при применении одной мочевины в тех же дозах (рнс. I).

Исходя из данных об общем возрастании биологической активности почвы за счет внесения" органического вещества (формальдегид), входящего в состав МФУ (Кореньков. 1979), предполагалось, что одновременно возрастет и активность азотфнксации.* Однако различия в интенсивности этого процесса между опытными и контрольными вариантами оказались в пределах ошибки определения при общей тенденции к угнетению азотфнксации по сравнению с внесением одной мочевины.

Размеры* газообразных потерь азота при совместном применении МФУ с мочевиной также возрастали с увеличением общей дозы вносимых в почву удобрений, а динамика этого процесса не отличалась от динамики деннтрификациц при внесении, одной мочевины (рис. 1). Эмиссия закиси азота нз почвы в этих вариантах опыта была на 10—20% выше, чем в варианте с мочевиной. С увеличением доли МФУ в составе азотных удобреиий газообразные потери азота также увеличивались.

Вероятнее всего интенсивное "выделение N80 из почвы при внесении МФУ является главным образом следствием активизации процесса гетеротрофной нитрификации. В частности,

- ' т'

Гас. 2. Нвтрогёказная активность почвы при внесеш: мочевэин (I) и №57 (IX) в дозаг 100 мгУ/кгС!) ' z 300 кг У/яг (2).

иг л7кг/ч мгУ /кг/ч

Рис. I. Динамита ажтуальной аэотфиксируш'ей /I/ я деттитрифи-цирующвй активности /II/при внесении мочевин» /А/ и М5У в' сочетании с мочевиной/Б/. 1 - контроль без удобрений; 2 - 75 мг ///кг; 3 - 100 «г л^/яг.

подтверждением этого являются, данные (Müller, Heising, 1969; Bernât et al., 1978) об усилении развития микроорганиэ-моё — гетеротрофных нитрификаторов в присутствии мочеви-ио-форм альдегидных удобрений.

, По нашему мнению, лнгнбирующее действие МФУ на нит-рогеназную активность почвы вызвано присутствием формалина- в :составе этого удобрения. Так, внесение в почву МФУ в чистом виде (ЗООмгМ/кг) вызывало продолжительную (более трех месяцев) репрессию азотфиксирующей активности почвы (рис. 2). В то же время активность азотфиксации при внесешш одной мочевины превышала нитрогеназную активность почвы-в вариантах с МФУ в тех же дозах в 1,5—2 раза.

Проведенное параллельно исследование влияния МФУ на бактериальное население почвы показало, что его применение в дозе 300 MrN/кг почвы: приводит к существенному (пример: но в 4'раза) снижению численности азотфиксирующих бактерий в ризосфере ячменя по сравнению с внесением мочевины в тех же дозах (табл.2).

Таблица 2

Численность - бактерий в дерново-подмлистой почве под ячменем, учитываемых«« сред« Федорова — Калининской, при внесении: МФУ- (млн/г) .

контроль мочевина 300 мг N/кг МФУ 300 мг N/кг

Г,55±0,5 2.31±0,7 0,54 ±0.2

Одновременно было, установлено, что во всех вариантах опыта с применением мочевины и в контроле без удобрений численность бактерий, обладающих ацетилен-редуцирующей активностью, оставалась примерно на- одном уровне, из чего нами был сделан вывод, что внесение мочевины не приводит к снижению доли диазотрофных бактерий в составе микронаселения почвы (табл.3). Из этой же таблицы следует, что 63— 80% всех изолятов, выделенных из ризосферы ячменя, обладали ацетилен-редуцирующей активностью. Следовательно, прикорневая^зона растений обильно населена азотфикенрую-щими бактериями.

Таким образом; использование мочевино-формальдегидных удобрений привело к снижению.нитрогеназной активности и

Численность микроорганизмов в дерново-подзолистой почве под ячменей, . ■ учитываемых на среде Федорова — Калининской (млн/г)

(среднее из ю повторностей)

Вариант : Контроль 1 ЫРК 75 мг И/кг МК 100 мг И/кг

Фаза раз», растений среднее кол-во. из «их С^Нг редукт. — среднее кол-во из ни.* СгНг — редукт. среднее кол-во из ши СгНг редукт. —

численность численность % численность %

Проростки 0,99 ^ о,62 63 1,4 75 0,8 0,54 67'

Колошение 3,54 2,83 ■ 80 4,2 з,зз 79 3,5 2,69 76

Полная спелость 3,99 2,94 73 3,29 2,4 72 2,17 1,45 67

увеличению газообразных потерь азота из дерново-подзолистой почвы по сравнению с применением мочевины.в тех же дозах.

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА И МОЛИБДЕНА.

НА АЗОТФИКСИРУЮ1ЦУЮ И ДЕНИТРИФИЦИРУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОП почвы

По мнению крупных специалистов (Paul, Harding, 1982; Dommergues, 1982), применение фосфорных удобрении может стать одним из важных факторов усиления симбиотической и ассоциативной азотфнксации. В связи с преобладанием в СССР почв с низким и средним содержанием подвижного фосфора (Касицкий, 1983) исследование влияния минерального фосфора на азотный цикл почвы приобретает особое значение. В литературе имеются лишь единичные сведения о влиянии фосфора но ассоциативную азотфнксацию (Калининская с со-авт., 1977; Watanabe, 1982) и практически нет данных о его влиянии на-активность денитрификации в почве.

Как показали наши исследования, внесение двойного суперфосфата приводит к возрастанию активности , азотфикса-. ции с увеличением дозы фосфорных удобрений от 8 до 31 мг Р/кг почвы (табл. 4). При дальнейшем увеличении дозы двойного суперфосфата ннтрогеназная активность почвы оставалась на постоянном максимальном уровне. Одновременно с нарастанием нитрогеназной активности интенсивность денитри-фикации усиливалась, К концу развития растений наибольшее выделение NjO . из почвы зафиксировано при внесении 47 мг Р/кг почвы. • '

Наивысшая продуктивность азотфнксацнц при минимальных потерях азота в форме N20 отмечена при внесении двойного суперфосфата в дозе 31 мг Р/кг (табл. 4). Важно подчеркнуть, что во всех вариантах опыта с внесением фосфорных удобрений размеры поступления атмосферного азота в почву превалировали над газообразными потерями его из почвы.

Одним из элементов, регулирующих активность многих ферментов азотного цикла, в том числе нитрогеназы и диссн-миляторной нитратредуктазы, является молибден. Его роль в фиксации азота атмосферы бобово-ризобиальными системами исследована весьма детально. Однако до настоящего времени изучение влияния молибдена на азотфнксацию и денитрифика-цню в почве при внесении азотных удобрений и при наличии небобовых растений не проводилось.

Продуктивность аэотфнксацин н суммарные газообразные потерн азота в «рново-подзолястой почве при внесении двойного суперфосфата (Рдс> ' х 10-* мг И/кг

Вариант опыта. Доза мг/кг Суммарная продуктивность азотфиксацин (28 сут) Суммарные газообразные потерн азота (28 сут) . Баланс

контроль -и 75,18 58,63 . +16,55

РдС . 8 75,79 60,47 +15,32

рдс 23 77,85 60,90 +16,95 "

Рдс - ■ - " ЗІ 107,19 " 64,29 +42,90

Рлс 90,97 '67,89 +23,09

Р.С 47 107,46 77,20 +30.26

По нашим данным, применение минерального азота на фоне молибдена привело к возрастанию нитрогеназной активности почвы по сравнению с вариантом опыта без молибдена и контролем, где азотные удобрения не вносились (табл. 5).

Следует отметить, что в присутствии молибдена газообразные потерн азота также возросли в среднем на 15%. Тем не

'■Таблица 5

; Азотфиксирующая активность почвы и газовбр&зные потерн азота, при внесении азотных удобрений на фоне молибдена

х 10-2 мг Ы/кг

Вариант опита ' Доза " \(Г/КГ > Суммарная ■ продуктивность азотфиксацин (30 сут) - Суммарные га* зообразные■ потер» азота " (30 сут) . . Баланс

контроль ■' без азота 61.12 4,1 ■-+57,02

ЫаЫО» 70 61,51 ; 10,72 , +50.79

ИаКОї 70

+ Мо "" 8 83,30 12,49 +70,81

менее баланс азота, складывающийся в результате протекания процессов азотфиксации и дснитрифнкацин в почве, во всех вариантах опыта оставался положительным. При этом наибольшее поступление азота в почву наблюдалось при внесении минерального азота на фоне молибдена.

Таким образом, результаты наших исследований, до некоторой степени, раскрывают сущность известного в агрохимии явления — усиления азотного питания небобовых растений в присутствии фосфорных и молибденовых удобрений; их использование позволяет повысить азотный фонд дерново-подзолистых почв, .

I. «I

ДИНАМИКА А30Т4ИКСИРУЮ1ЦЕП АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ ПОСЛЕ

УБОРКИ УРОЖАЯ В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ ПОЖНИВНЫХ ОСТАТКОВ ЯЧМЕНЯ

В вегетационных опытах нами было выявлено стимулирующее влияние растений на азотфиксирующую активность почвы (ассоциативная азотфиксации). Нитрогеназная активность, низкая после посева ячменя, нарастала по мере развития растений, достигая максимального значения в фазу колошения, после чего ее уровень постепенно снижался. В контрольных сосудах без растений активность азотфиксации была на 1—2 порядка ниже и оставалась практически постоянной до конца эксперимента. Эпизодические колебания уровня лштрогеназ-ной активности в этих вариантах хорошо коррелировали с изменением водного и температурного режима почвы. ' ■,.

Хотя явление ассоциативной азотфиксации уже хорошо известно, остается неясным вопрос о соотношении ее с собственно несимбиотической азотфиксаиией, энергетическое обеспечение которой осуществляется за счет разложения диазо-трофными микроорганизмами пожнивных остатков и" органического вещества почвы. Для выяснения,, величины вклада каждого из этих процессов в азотный-фонд почвы нами было продолжено наблюдение за динамикой нигрогеназной активности почвы после уборки ячменя.

В течение трех месяцев после уборки растений наибольшая активность азотфиксации отмечалась в вариантах, где ранее была применена максимальная доза азотных удобрений (рис. 3). ,0 '

Динамика азотфиксируккцей активности почвы в процессе утилизации пожнивных остатков ячменя определялась тем, что к концу вегетационного периода общее содержание минерального азота па удобренных вариантах выравнивалось с контро-

Рве. 3 Динглика актуальной азотфиясирущей активности почвы

после уборяи урожая при внесении мочевины в дозе 100 /2/ к 300 мгу//кг/3/, I - контроль без удобрения.

Ряо, 4 Дивашцса корневой биомассы /КБ/ ячменя по фазам развития растений привнесешгикочевиныв дозе 300 иг tf/кг /2/. I - контроль бвэ удобреыяй. .

мг V /кг

20

15

10

п

2 I

7\ Г"I

/

/

/

/;

/

й

/

у ✓

/ / / /

/ - ^.

КОКТрОШ»

100

Э00

ЫГ///КГ

Рис. 5 Продуктивность азотфнксации до уборки урохлл /1/ • и после уборки /2/.

лем. Применение удобрений привело к формированию большего урожая с большей корневой биомассой. Так, биомасса корней ячменя достигала максимальной величины в фазу колошения привнесении самой высокой дозы "азота (300 мг ~К/кг), превышая их количество иа неудобренном варианте опыта примерно в 2 раза (рнс. 4), Происходившее одновременно с возрастанием активности неснмбиотической азотфиксацин уменьшение массы корней растений после уборки урожая в среднем на 40% указывает на то, что фиксация атмосферного азота в этот период протекала главным образом за счет утилизации легко минерализуемой части пожнивных остатков ячменя.

Таким образом, с ростом доз минерального азота обнаруживается возрастание активности азотфнксацни после уборки урожая, что может быть одной из причин наблюдаемого явления последействия азотных удобрений.

Сопоставление продуктивности азотфиксацин до и после" уборки урожая показало, что при внесении азотных удобрении в дозах до 100 мг Ы/кг продуктивность ассоциативной азотфиксацин превышает размеры поступления атмосферного азота в почву в процессе неснм биотической азотфиксацин (рис. 5). Применение высоких доз минерального азота (300 мг Ы/кг) сопровождается продолжительным ннгнбирую-ідіім действием на ннтрогеназиую активность почвы, что в итоге приводит к снижению продуктивности азотфиксацин за период вегетации растений и изменению соотношения в пользу псс им биотической фиксации молекулярного азота.

Из сказанного можно заключить, что при внесении небольших доз азотных удобрений основное поступление атмосферного азота в дерново-подзолистую почву осуществляется в результате ассоциативной азотфиксацин в период активного развития ячменя,

ПРОДУКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ АЗОТФИКСАЦИН

И ДЕННТРНФИКАЦПИ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛНСТОП ПОЧВЕ.

ПРИ ВНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИП

* Целью нашей работы являлось определение продуктивности азотфиксацин и оценка газообразных потерь азота при внесении различных доз и форм азотных удобрении.

■ Максимальная продуктивность азотфиксацин (18 мг Ы/кг) была отмечена при внесении нитрата кальция в дозе 75 мг М/кг почвы (табл. б). Аммонийные соединения азота увеличивали поступление «биологического» азота в почву по сравне-

2 Зак. 1002 _ 17 ■

нию с контролем о том случае, если доза их внесения не превышала 25 мг Ы/кг почвы. Применение мочевины сопровождалось продолжительным ингибнрующим действием на Н ИТ роге-назную активность почвы, что привело в итоге к снижению продуктивности азотфиксацни. Замена части мочевины на Л1ФУ в составе азотных удобрений .вызвало еще большее падение продуктивности азотфиксацин. Миннмальное поступление атмосферного азота в почву зафиксировано при внесении МФУ в дозе 300 мг ЬГ/кг.

Применение азотных удобрений сопровождалось возрастанием эмиссии из почвы с увеличением дозы вносимых удобрений. Максимального значения (23,2 мг 1Ч/кг) газообразные потерн азота достигали при внесении МФУ в дозе 300 мг 1Ч/кг (табл. 6).' Важно отметить, что потерн летучих

Таблица 6

Продуктивность ассоциативной азотфиксацин и размеры газообразных потерь азота в дерново-подзолистой слабо окультурен ной почве при внесении азотных удобрений за вегетационный период

вариант опыта продуктивность азотфиксацнн мг И/кг/вег. пер. газообразные потерн азота мг М/кг/вег. пер. баланс азота

дозы минерального азота: 1—25 мг Н/нг; III — 75 мг Ы/кг

контроль 35,35 7,26 + 8,09

СО(ЫНг)г I 14,72 9,85 + 4,87

СО(МНг)г ш 13,61 ' 11,31 + 1,8

ЫН(СЬ I 16.0 11,34 + 4,66

NN<0. Ш 14,31 14,28 + 0,03

Са<КО,Ь I 17,14 8,64 + 8,5

СатСЬЬ Ш .18,34 10,42 + 7,02

1 дозы минерального азота: 1—100 мг Ы/ кг; ІП—300 мг (Ч/кг

контроль 15.29 9,45 + 5,04

СО(ЫНг),: 1 13,87 1356 + 0,61

СО(ГШЇ)І ш 6,66 20,79 —14,13

СО(МНа)г+МФУ 1 , 10,53 15,07 —4,54

СО(ГШгЬ+МФУ III 5,71 22,84 —17,13

МФУ I 7,26 15,03 —7,77

МФУ ш 3,43 23,21 — 19,88

18 - -

соединений азота в вариантах с аммонийными н амидными формами азота были выше, чем при внесении азота в форме нитратов.

Анализ полученных данных позволяет заключить, что па дер ново-подзолистой слабоокультуреипой почве при внесении азотных удобрений в дозе 25 мг Ы/кг достигается оптимальное соотношение между процессами азотфиксации н деннтрнфи-кацин. Внесение азотных удобрений в дозах 75—300 мг 1М/кг сопровождалось значительным возрастанием газообразных потерь азота, что приводило к снижению эффективности их применения.

Использование мочевпно-формальдегндных удобрений в высоких дозах не позволило уменьшить непроизводительные потери азота. Применение МФУ в чистом виде и в сочетании с мочевиной в дозах от 100 до 300 мг Ы/кг привело к резко отрицательному балансу азота, складывающегося в результате протекания процессов азотфиксации и деиитрификашш. Так, в варианте с внесением МФУ в дозе 300 мг Ы/кг потери азота в 6 раз превышали размеры его поступления за счет биологической фиксации из атмосферы.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при внесении минеральных азотных удобрений в дерново-подзолистую почву в дозе 25 мг Ы/кг наблюдалось оптимальное соотношение между процессами ассоциативной азотфиксации и деннтрифпкацпн, независимо от формы применяемых удобрений. Большие дозы (75—300 мг И/кг) азотных удобрений приводили к резкому (в 5 раз) снижению активности азотфиксации при одновременном возрастании денитрифицирующей активности почвы в 2—3 раза.

2. Использование так называемых медленнодействующих мочевино-формальдегидных удобрений и их смеси с мочевиной в дозах от 100 до 300 мг Ы/кг не привело к увеличению активности азотфиксации в почве и снижению газообразных потерь азота по сравнению с применением одной мочевины в тех же дозах., '

'3. При внесении азотных удобрений в дозах до 100 мг Ы/кг продуктивность ассоциативной азотфиксации превышала продуктивность собственно несим биотической азотфиксации, протекающей при минерализации пожнивных остатков.

4. Показано, что фосфорные удобрения и молибден оказывали сильное стимулирующее влияние не только на активность

ассоциативной азотфиксации, но и на интенсивность денитри-фикацпи.

5. Подтверждено широкое распространение диазотрофных бактерий в дерново-подзолистон почве. 63—80% всех изоля-тов, выделенных из ризосферы ячменя, обладали ацетилен-ре-дуцирующеи активностью.

6. Установлено, что продуктивность ассоциативной азот-фиксации за вегетационный период колебалась от 3,4 до 18,3 мг N/кг почвы. При этом величина газообразных потерь азота составила 7,2—23,2 мг N/кг почвы.

МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Степанов A. Л. Деннтрпфикашш >■ азотфнксацня в дер ново-подзолистой почве при применении минеральных удобрений. Тезисы докладов школьг-семииара молодых ученых «Пути повышения плодородия почв Нечерноземной зоны РСФСР». Ленинград, 1982, с. 59.

2. Ум аров M. М., Коненков Ф. II., Куракова Н. Г., Мошкова М. Вч Степанов А. Лч Ким Н. Гп Бурсаков С. А., Асеева О, Е. Современные методы исследования почв. Тезисы Всесоюзной научной конференции «Современные методы исследования почв». Москва, 1983, с. 70—71.

3. Степанов А. Л. Нес им биотическая азотфнксацня в дерново-подзолистой почве при применении высоких доз азотных удобрений. В сб. «Труды VI научной конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ». Москва, 1983, с. 190—195. (Рукопись дел. в ВИНИТИ 10 сентября

1984 г. № 6124—84 деп.).

4. Степанов А. Л; Влияние различных форм азотных удобрений на аз отфнк спру гощу ю н денитрифицирующую активность дерново* подзол истой почвы. Вестник Московского университета, сер. почвоведение, № 2, 1984, с. 35—37. '

5. Степанов А. Л., Умаров М. М. Влияние азотных н фосфорных удобрений на азотфнксацню и денитрификацию в дерново-подзолистой почве. Вестник Московского университета, сер. почвоведение, № 4, 1984, с, 52—54.

6. Егоров В. С., Коротаевская Н. А., Рахматуллина 3. А., Степанов А. Лч Хомяков Д. М. Роль окультуреиности дери о во* подзолистой почвы в повышении продуктивности интенсивно удобряемых агроценозов. В сб. «Роль почвы в управлении продуктивностью агроценозов». Ленинград, 1985 (в печати),

7. Рахматуллина 3. А., Хомяков Д, М., Степанов А. Л. Интенсивность биологических процессов в почве и продуктивность растений в зависимости от доз и форм минеральных удобрений. Доклады ВАСХНИЛ, 1985 (в печати).

8. Лебедева Л. А., Рахматуллина 3. А„ Степанов А. Л^ Хомяков Д. М.

Динамика содержанпя азота а почве и растениях при внесении различных доз н форм минеральных удобрений. Вестник Московского университета,

1985 (в печати). '

Л-66818

-Формат 60x 84/16

\ Подписано к печати 3.01.85

Объем 1,3 веч. л. Тир. 100 Зак. 1002

Типография ВКИ