Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Использование кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Использование кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы"



На правах рукописи

ГУЩИНА Екатерина Олеговна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРМОВОЙ СВЕКЛОЙ АММОНИЙНОГО И НИТРАТНОГО АЗОТА ИЗ РАЗНЫХ СЛОЕВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ

ПОЧВЫ

Специальность 06.01.04 — Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1999

r

' . '/V/ •

Работа выполнена на кафедре агр< погической и биологи "еслой хгшии Московской сельскохозяйственной академии им К А Гимнрязсза

Научный руководитель—доктор биологических наук, профессор В. В Кндин.

Официальные оппоненты доктор быилогичсских наук И. А. Лаврова, кандидат биологических наук, доцент Н. Г. Ракипов.

Ведущая организация — Всероссийский научно исследова тельский институт агр ~ """""'

ira заседании диссертационного совета Д 120 35 02 в Москов ской сельс сохозяйстзеннои академии им К А Тимирязева Адрсс 127550, Мсскза, Т ¡мирязев.кая ул , 49 С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

Защита состоится

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

Автореферат разослан

С

В. В Говорима

Общая характеристика работы

, АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В повышении продуктивности сельскохозяйственных культур в Нечерноземной зоне России ведущая роль принадлежит азоту, потребность в котором в последние годы удовлетворяется в основном за счет почвенных запасов минеральных и органических форм азота. Успешное решение проблемы оптимизации азотного питания растений с учетом эффективного использования природных запасов азота, поддержания плодородия почв и уменьшения негативных последствий применения удобрений возможно лишь на основе глубокого, всестороннего изучения биологических и химических процессов трансформации азота в почве и дифференцированной количественной оценки доступности растениям азота почвы и удобрений в различных агроценозах с учетом -окультуренности и варьирования факторов внешней среды. Весьма актуальным является вопрос о содержании минерального азота в разных горизонтах почвенного профиля в начале вегетационного периода й его доступности растениям в течение вегетации. Так.как минеральный азот корнеобитаемого слоя почвы оказывает наиболее существенное влияние на развитие растений и эффективность азотных удобрений, применение азотных удобрений без учета содержания минерального азота в корнеоби-таемом слое почвы; снижает их эффективность и вызывает опасность загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции нитратами.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Работа проводилась с целью изучения доступности растениям кормовой свеклы разных форм минерального азота из отдельных слоев дерново-подзолистой почвы. В связи с этой целью были поставлены следующие задачи:

1. Определение коэффициентов использования кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота из разных слоев почвенного профиля в фазу развития 10—11 листьев и к моменту уборки урожая.

2. Изучение трансформации и баланса меченного минерального азота в разных слоях дерново-подзолистой почвы.

3. Изучение размера миграции меченного аммонийного и нитратного азота в пределах почвенного профиля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В 3-х летних полевых исследованиях впервые изучена доступность аммонийного и нитратного азота с разных глубин почвенного профиля растениям, имеющим стержневую, глубоко проникающую корневую систему. Определены реальные коэффициенты использования кормовой свеклой минерального азота из разных горизонтов почвы. Показана неравноценность в азотном питании разных форм

. цеп1 МАЛЬНАЯ ' НАУЧНЛЯ БИБЛИОТЕКА

минерального азота пахотного и подпахотных слоев почвы Изучены основные пути трансформации минерального азота в разных слоях почвы

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Установленные с использованием стабильного изотопа азота |5М особенности превращения аммонийного и тггратного азота в разных горизонтах почвы позволят совершенствовать приемы оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур путем более рационального применения азотных удобрений

Результаты изучения закономерностей потребления аммонийного и нитратного азота почвы в зависимости от его пространственного расположения в корнеобитаемом слое почвы дают возможность повысить надежность почвенной диагностики азотного питания растений на основе дифференцированного (послойного) учета содержания и доступности разных форм минерального азота

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Материалы исследований докладывались ежегодно на заседаниях кафедры агрономической и биологической химии МСХА в 1996 - 98 гг, на научной конференции МСХА в 1998 г, и на XXXIII научной конференции молодых ученых ВИУА в 1999 г Основные материалы диссертации отражены в 2-х печатных работах

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ Диссертационная работа состоит га введения, обзора литературы, методической части, 3 глав, в которых представлен экспериментальный материал, выводов, списка использованной литературы (228 источников, из них 43 - иностранных) и приложений Работа изложена на 117 страницах машинописного текста и включает 15 таблиц, 5 рисунков и 12 приложений

Автор искренне благодарна своему научному руководителю профессору В В Кидину и очень признательна профессору Э А Муравину за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы.

Объекты, методы и условия проведения исследований

Оптимизация азотного питания растений и рациональное использование азота удобрений и природных ресурсов почвы являются одной из наиболее важных задач агрохимии в теоретическом и практическом аспектах

Эффективность применения азотных удобрений зависит от ряда факторов, среди которых наиболее важным в зоне достаточного увлажнения является уровень содержания минерального азота в корнеобитаемом слое почвы (Кореньков Д А, 1976, Смирнов П М., 1982, Кидин В В, Замараев А Г, 1989)

Почвенная диагностика обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом приобрела в последние годы довольно широкое распространение, однако слабая изученность доступности растениям аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов почвы существенно ограничивает ее надежность Согласно ранее проведенным исследованиям, дифференци-

рованный количественный и качественный учет содержания и доступности аммонийного и нитратного азота в разных слоях почвы наиболее полно отражает уровень обеспеченности растений в азотном питании (Кидщ В. В., 1993).

Лабильное соотношение аммонийного и нитратного азота в почве, обусловленное постоянно протекающими в ней процессами аммонификации, нитрификации и денитрификации, & также неодинаковая доступность растениям разных форм азота из различных слоев почвы не позволяют определять реальные коэффициенты использования минеральных форм азота без применения стабильного изотопа (Кидин В. В., Ионова О. Н., . 1992).

В этой связи в задачу наших исследований входило изучение с помощью стабильного изотопа |5Ы динамики потребления разных форм почвенного минерального азота кормовой свеклой и определение коэффициента его использования из различных слоев почвы.

С данной целью на полевой опытной станции МСХА им. К. А. Тимирязева в течение 3-х лет (1996 — 1998 гг.) проводились полевые микроделяночные опыты на дерново-подзолистой среднесуглистой почве. В " опытах использовали кормовую свеклу сорта «Тимирязевская-87». Пахотный слой почвы с опытного участка имел следующую агрохимическую характеристику: рН ем.-6,1, гидролитическая кислотность Нг - 1,31 мг-экв/100 г, сумма поглощенных оснований —15,7 мг-экв/100 г, содержание гумуса составляло 2,1%, содержание общего азота - 0,09%, подвижных форм фосфора и обменного калия по Кирсанову - соответственно 230 и 240 мг/кг. Подпахотный слой (20 - 40 см) отличался высоким содержанием

Таблица!

Характеристика аочаы оаытаого участка

Слой почвы, см Плотность слоя, г/см3. РНсол. Нг. в Ыобщ., % Р*0, КгО Гумус по' Тюрину, • *

м-эка/100 г мг/кг

0-20 и 6,1 1.31 15,7 0,09 250 240 2,1.

20-« 1,4 4,1 1.49 0,08 210 180 11 1 '

40-60 1.5 4.3 1,75 — 0,03 80 80

60-80 1.5 4,5 1.75 0,02 75 80 4—~~

Э

общего азота (0,08%), подвижных форм фосфора н обменного калия (210 и 180 мг/кг соответственно) в связи с проводимой на полях опытной станции плантажной вспашкой (таблица 1)

Содержание минерального азота в почве (сумму аммонийного и нитратного) определяли перед закладкой опыта послойно через каждые 20 см до глубины 80 см - аммонийный по методу Кьельдаля, нитратный - со сплавом Деварда, с последующей отгонкой на макроаппарате Кьельдаля

Для установления уровня использования растениями минерального азота, содержащегося в различных почвенных горизонтах перед посевом кормовой свеклы, его метили небольшим количеством стабильного изотопа 15 N путем внесения в каждый нз слоев почвы (0-20, 20-40, 40-60,60-80 см), т. е реально на глубину 10, 30, 50, 70 см растворов (ЫНд^О« и ЫаЫОз с обогащением 17,6-26,5% в 1996-97 гг. н 10-14% в 1998 году из расчета 10 кг/га, что составляло 10 - 20% к содержанию минерального азота в каждом слое почвы

Минеральный азот разных горизонтов почвы метили следующим образом: на каждой опытной делянке площадью 0,7 м" с помощью длинного металлического стержня делали 10 отверстий на 0,7 м' (по 5 отверстий в центр каждого междурядья), и на дно каждого отверстия вносили по 5 мл раствора (NH^)2SO^ и 1МаЫО} необходимой концентрации с помощью пипетки с удлинительной трубкой, после чего отверстия засыпали почвой соответствующего слоя и уплотняли

Мелкоделяночный опыт включал 6 вариантов и проводился в 3-х кратной повторности, на каждой делянке располагалось в среднем по 8 растений. Кормовую свеклу возделывали по общепринятой технологии для средней полосы Уход за растениями в вегетационный период включал шаровку, прореживание всходов, 2-х кратную культивацию и прополку. Проводились необходимые фенологические наблюдения. В фазу 10-11 листьев осуществлялась фоновая подкормка растений аммиачной селитрой в дозе 60 кг/га.

Вынос азота кормовой свеклой определяли в первый период развития (10-11 листьев) и в конце опыта. Уборку свеклы проводили как с центрального рядка, так и с двух боковых полос. В растительных образцах (молодых листьях, ботве и корнеплодах к моменту уборки) после предварительной подготовки - высушивания при постоянной температуре и размола определяли содержание общего азота по Кьельдалю-Иодельбауеру.

После уборки урожая проводили отбор почвенных образцов с соответствующих глубин почвенного профиля (0-20, 20-40, 40-60, 60-80 см), дробно на каждой опытной делянке, в 5-ти местах, куда вносились меченные соли для определения характера закрепления в разных слоях почвы меченного аммонийного и нитратного азота В почвенных образцах определяли содержание минерального и органического азота Анализ

изотопного состава азота во всех образцах проводили на масс-спектрометре МИ - 120В в лаборатории азотных удобрений ВИУА.

Агрохимические анализы проводились в лабораторных условиях на кафедре агрохимии ТСХА и в лаборатории азотных удобрений ВИУА.

Результаты исследований 1. Влияние минерального азота почвы на урожай кормовой свеклы. Особое внимание в системе удобрения кормовой свеклы уделяется азотным удобрениям, т. к. они в наибольшей степени в Нечерноземной зоне лимитируют урожай корнеплодов, а их избыток способствует накоплению нитратов в корме (Воронин Н. К., Ревенко О. Ф., 1990; Лапа В. В., Ивахненко Н. М., 1992).

Нами проведены 3-х летние полевые исследования по изучению доступности растениям кормовой свеклы природного аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы.

Внесение в разные слои почвенного профиля небольших количеств меченных солей сульфата аммония и натриевой селитры (из расчета 10 кг/га), как и следовало, ожидать не оказало достоверного влияния на

Таблица 2

Урожайность ботвы кормовой свеклы в полевом микроделяночном опыте 1996-98 гг. в кг/делянку и ц/га

Внесение * 1996 год 1997 год 1998 год Среднее

меченного

азота кг/дел. ц/га кг/дел. ц/га кг/дел.. ц/га кг/дел. ц/га

1. В слой * 0,90 128 0.73 104 1,03 146 0,88 126

0-20 см 1,47 210 0,62 89 0,88 125 0,99 141

2. В слой 1.14 163 0,54 . 77 0,98 180 0,98 140'

20-40 см 2,32 168 0,74 106 0,90 129 1.14 134

3. В слой 1,16 166 0,65 93 1.23 .175 1,01 • 145

40-60 см 0,98 139 0,62 89 0,96 137 0,85 122

4. В слой 1,09 156 0,61 87 0,81 115 0,84 119

60-80 см 1,03 147 0,98 140 1,08 155 1,03 147

НСРо.5 0,92 131 0,17 24 0,60 85

0,64 91 0,36 51 0,48 69 •

* Числитель - урожайность ботвы при внесении ("ЩДО« Знаменатель - урожайность ботвы при внесении Ыа'^Оз

урожайность ботвы и корнеплодов кормовой свеклы В среднем за три года исследований урожайность ботвы по 4-ем вариантам (различающихся по глубине заделки меченных удобрений) составила 0,84 - 1,01 кг/делянку, или 119-145 ц/га, корнеплодов 1,59 - 2,20 кг/делянку, или 259-315 ц/га при внесении сульфата аммония и соответственно 0,85 - 1,14 кг/делянку, или 122- 134 ц/га и 2,02 - 2,49 кг/делянку, или 289 - 359 ц/га при внесении шпрата натрия (таблицы 2 н 3)

Несмотря на несущественность различий в данных по урожайности кормовой свеклы в среднем за три года прослеживалась тенденция к увеличению урожая ботвы и корнеплодов - 1,01 и 2,20 кг/делянку при внесении меченного 15 N сульфата аммония в горизонт 40-60 см, а также 1,14 и 2,49 кг/делянку при внесении меченной натриевой селитры в горизонт 20-40 см

Аналогичная тенденция наблюдалась и при анализе сухой массы растений кормовой свеклы (таблица 4)

Содержание общего азота в растениях кормовой свеклы практически не зависело от варианта опыта и составляло в среднем «а три года

Таблица 3

Урожайное!I» корнсплолон кормовой свеклы в полевом микроделяночном опыте 1996-98 гг. в кг/делянку и ц/п»

Внесение 1996 год 1997 год 199{го 1 Среднее

меченного

азота кг/дел ц/га кг/дел ц/га кг/дел ц/га ¿г/дел ЦП

1 В слой 1.43 204 2,09 299 1,58 226 1,70 243

0-20 см 2,32 332 2,34 335 1.73 247 2.13 305

2. В слой 2,05 292 1,79 256 1.49 231 1,78 260

20-40 см 2,14 319 2.87 410 2,45 348 2,49 359

3 В слой 2.14 306 2,22 318 2,24 320 2,20 315

40-60 см 1,89 275 2,46 351 1,69 241 2,02 289

4 В слой- 1,82 259 2,20 314 0,74 203 1.59 259

60-80 см 2,09 298 2,61 373 2,07 295 2,25 322

НСРо.5 1,20 171 0,40 57 0,67 95

1,02 146 0,72 103 0.67 95

Числитель - урожайность корнеплодов при внесении ("ИШЬЗО« Знаменатель - урожайность корнеплодов при внесении Ыа,5ЫОз

исследований в молодой ботве (фаза 10-11 листьев у свеклы): 2,93 - 3,14%, в ботве во время уборки урожая: 2,59 - 2,94%, в корнеплодах: 1,26 - 1,51%. В связи с этим, вынос общего азота (таблица 5) зависел в основном от урожайности кормовой свеклы. Здесь * прослеживается уже известная тенденция к некоторому возрастанию выноса общего азота по сравнению с другими слоями почвы из горизонта 40-60 см при внесении меченного сульфата аммония (121 кг/га суммарный вынос ботвой и корнеплодами свеклы) и из горизонта 20-40 см при внесении меченной натриевой селитры (суммарный вынос 104 кг/га).

Таким образом, в данной главе установлен факт несущественного влияния на урожай кормовой свеклы, содержание и вынос общего азота меченных солей, внесенных в дозе из расчета 10 кг/га.

Таблица 4

Масса кормовой свеклы в полевом .ммкроделяночном опыте 1996-98 гг., г я6с. сух. в-ва/ иа делянку

Внесение 1996 год 1997 год 1998 год Среднее

меченного

азота

1. N-N11, в 76 100 117 98

слой 0-20 см 276 314 229 270

2. N-N11*11 96 57 174 109

слой 20-40 см 275 275 395 315

3. N-N11, 8 98 96 144 . ИЗ

слой 40-60 см 286 342 296 341

4. N-N1!» в 92 82 89 88

слой 60-80 см 235 338 173 249

5. N-N0,* 125 82 82 96

слой 0-20 см 366 372 200 312

6. N-N0, в 99 97 102 100

слой 20-40 см 330 461 225 339

7. N-N03 ■ 79 78 112 90

слой 40-60 см 231 402 203 279

8. N-N03 в 85 137 132 118

слой 60-80 см 322 339 272 311

Числитель - масса ботвы Знаменатель - масса корнеплодов

Отмеченные колебания выноса азота растениями по годам зависели, по-видимому, от характера воздействия фоновой подкормки аммиачной селитрой, внесенной а доэе 60 кг/га в фазу развития 10-11 листьев, и

погодных условий, складывавшихся в разные годы Особенно сильно отразилось воздействие внешних фасторов на вынос общего азота ботвой по годам к моменту наступления фазы 10-11 листьев, это первый период в развитии кормовой свеклы (таблица 5)

2. Использование растениями кормовой свеклы аммонийного н нитратного азота с разных глуби» почвенного профиля.

Как указывалось выше, почвенная диагностика является достаточно надежным методом определения потребности сетьскохозяйственных культур в азотном питании и удобрении, однако, большая трудоемкость

Таблица 5

Вынос азота кормовой свеклой в полевом микродсляночиоч опыте 1996-98 гг., кг/га

1996 год 1997 го 1 1998 год Среднее

Внесение

меченного Фаза Уборка Ф на Уборка Фаза Уборка Фаза Убор-

азота 10-11 л 10-11 л 10-11 л 10-11 л ка

1 N-N11« в 9 32 38 6 I 48 10 39""

слой 0-20 см 42 64 44 50

2 N-№14 в 6 39 16 22 5 66 42

слой 20-40 см 63 57 72 М

3. N-N11, в 6 40 13 37 5 58 8 45

слой 40-60 см 69 68 95 76

4 N-N11,11 8 43 12 26 6 34 9 34

слой 60-80 см 54 59 22 45

5 N-N038 9 55 11 33 6 31 9 40

слой 0-20 см 82 72 35 63

6. N-N03 8 7 38 14 39 5 36 9 38

слой 20-40 см 63 87 48 66

7. N-N03 в 7 35 17 31 6 43 10 36

слой 40-60 см 66 72 44 61

8. N-N03 8 8 35 17 48 3 44 9 42

слой 60-80 см 54 68 46 56

Числитель — вынос азота ботвой, знаменатеть - вынос азота корнеплодами

отбора почвенных образцов для анализа, особенно в подпахотных горизонтах, а также слабая изученность использования растениями минерального азота из разных слоев почвы существенно ограничивает широкое применение этого метода. Особенно важной в почвенной диагностике остается информация о доступности растениям аммонийного и ншратного азота из различных слоев почвы (Кидин В. В., Ионова О. Н., 1992).

В проведенных нами 3-х летних исследованиях по изучению доступности растениям кормовой свеклы минерального азота почвы показана неравноценность в азотном питании растений разных форм минерального азота пахотного и подпахотного слоев дерново-подзолистой почвы. С помощью небольшого количества меченных 15Ы солей смоделирован процесс потребления природного аммонийного и нитратного азота с разных глубин почвенного профиля в естественных условиях, не нарушая характера трансформации азота почвы.

До фазы 10-11 лисгьев (первый период развития растений) кормовая свекла слабо использовала азот удобрений. В этот период наших опытов отмечены лишь следы потребления минерального азота почвы из верхних слое» (0,03-0,2 мг/ делянку), а из нижних горизонтов он практически не поступал. К моменту уборки в первый год исследований наибольший суммарный вынос азота ботвой и корнеплодами свеклы отмечен' из пахотного и подпахотного слоев с преимуществом пахотного: из слоя 0-20 см - 43 мг/дел. аммонийного и 30 мг/дел. нитратного азота, а из слоя 20-40 см - 31 и 26 мг/дел. соответственно. Из более глубоких слоев почвы потребление азота растениями постепенно снижается:, га слоя 60-80 см - 21 мг/дел. аммонийного и 20 мг/дел. нитратного. -

В последующие годы характер использования меченного азота в ос' новном не меняется, отмечено лишь несколько большее его поступление в растения свеклы в вариантах с внесением в подпахотный горизонт: в 1997 году - 53 мг/делянку аммонийного и 32 мг/дел. нитратного азота, в 1998 году — 27 мг/дел. и 15 мг/дел. соответственно по сравнением с пахотным слоем. -

; Учитывая количество внесенного меченного 15Ы сульфата аммония и натриевой селитры (в 1996г. - 175 мг/делянку и 123 мг/дел., в 1997г. - 186 мг/ дел. и 123 мг/ дел., в 1998г. - 98 мг/дел. и 70 мг/дел. соответственно) и ' содержания его в анализируемых растениях, нами рассчитаны реальные коэффициенты использования кормовой свеклой минерального азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы. Установлено, что коэффициент использования азота зависит от глубины его расположения в корнеобитаемом слое почвы и фазы развития кормовой свеклы. Данные о размере использования минерального азота почвы к моменту уборки свеклы представлены в таблице 7 и на рисунках 1 и 2.

Низкие коэффииие(гты использования растениями азота в первые периоды роста связаны, по-видимому, с тем, что при локальном внесении удобрений азот слабо перемещается в другие зоны почвенного профиля, концентрируясь в очагах внесения, а корневая система свеклы на ранних периодах роста развита недостаточно, чтобы полноценно использовать локально внесенный минеральный азот

Данные таблицы 7 позволяют сделать вывод, что в среднем за три года наиболее высокие коэффициенты исполыования азота растениями к периоду уборки характерны для пахотного и ближайшего подпахотного слоев, с небольшим преимуществом подпахотного горизонта Аммонийный азот - 18-25% »и горнзонга 0-20 см, 18-28% из горизонта 20 - 40 см, нитратный - 17-24% и 21-26% соответственно Такой характер использования соглас>ется с данными Кидина В В "Замараева А Г (1989), Ильюк Е Н (1997) Авторы данных работ опретелкли наиболее высокие коэффициенты испочьзования почвенного аюта из верхних слоев профиля В наших исследованиях (табл 7) отмечено постепенное снижение коэффициентов использования азота растениями из нижних горизонтов почвы, относительно пахотного и полнахотнот сюев однако рашеры потребления азота растениями были .имммьно высокими и< стоя 60 - 80 см 11-15% аммонийный и 15-18% шпротный азот Ото го гько в 1.3 - 1,8 раз ниже относительно верхних слоев В отличие от работ Коренькова Д А , Руделева Е В , Кутеиова А Ф (1986), Кидина В В . Замараева А I (Кидина В В, Ионовой О Н (1992). в чьих исследованиях исполь ючолись кузьтуры с мочковатой корневой системой, благодаря которой потребление минерального азота из нижних слоев почвы снижалось в 2 - 4,5 раз относитетьно верхних слоев, кормовая свекла использовала азот из подпахотных слоев в 1,3-1,8 раза меньше, чем из пахотного Относительно высокое использование растениями минерального азота с большой глубины почвенного профиля можно объяснить морфологическими особенностями строения корневой системы кормовой свеклы, которая способна распространяться на глубину более 2 м Установленный факт использования согласуется с данными Лукина С В (1992), который изучал потребтение сахарной свеклой минерального азота удобрений, внесенного на различную глубину

Аммонийный азот из слоев 0 - 20 см и 20 - 40 см в среднем за три года использовался на 1-5% лучше нитратного, что связано, вероятно, с вымыванием нитратного азота в нижележащие слои почвенного профиля в годы с повышенным количеством осадков В вариантах опыта с использованием минерального азота из нижних слоев 40 - 60 и 60 - 80 см больше потреблялся нитратный азот, чем аммонийный (коэффициенты использования на 4-6% выше)

Для определения размера использования минерального азота из более глубоких слоев почвы, в 1998 году меченный азот был внесен в слой 80 — 100 см Результаты исследований показали, что из данного горнзонга

коэффициент использования почвенного-азота кормовой свеклой был также высок* аммонийный - 11%, нитратный - 12%

Рисунок 1

Коэффициенты использования кормовой свеклой аммонийного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы, % от исходного содержания

1996 год 1997 год 1998 год Среднее

□ 0 - 20 см

■ 20 -40 см

□ 40 - 60 см

□ 60 - 80 см

■ 80 -100 см

Рисунок 2

Коэффициенты использования кормовой свеклой нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы, % от исходного содержания

□о- 20 см

■ 20 -40 см

□ 40 - 60 см

□ 60 -80 см

■ 80 -100 см

1996 год 1997 год 1998 год Среднее

Установленные с помощью изотопного метода коэффициенты использования аммонийного и нитратного азота позволили определить средневзвешенный вынос (с учетом содержания суммы форм азота в разных слоях и доступности его растениям).

Из данных таблицы 6 видно, что в среднем за три года из 384 кг минерального азота, содержащегося перед закладкой опыта в слое почвы 0 -80 см, в расчете на 1 га кормовая свекла к концу вегетации использовала 73,3 кг/га, в том числе из пахотного слоя — 30,5, подпахотного - 18,9, а из слоев 40 -60 и 60- 80см - соответственно 15,2 и 8,7 кг азота, в 1998 году -го слоя 80 - 100 см - 5,8 кг/га.

Таким образом, основная роль в обеспеченности растений азотом принадлежит пахотному и подпахотному слоям почвы с преимуществом первого (0 - 20 см), а доля участия минерального азота почвы глубже 40 см в формировании урожая незначительна

Наши результаты вполне согласуются с данными Коренькова Д. А., Руделева Е. В., Кузнецова А. Ф. (1986; 1987); Кидина В. В. (1993); Симоненко Н. Н., Цыбульки Н. Н. (1995). Авторы отмечали практическое неучастие минерального азота удобрений внесенного в слои 60 — 90 см в формировании урожаев зерновых культур. ;

Таблица 6

Вынос кормовой свеклой азота из разных слоев почвы, кг/га

Содержание минераль- Средний коэффици- Вынос азота, кг/га

Слой ного азота, кг/га перед ент использования ми- к моменту уборки

почвы. закладкой опыта нерального азота урожая

см кормовой свеклой, %

1996 1997 1998 1996 1997 1998 1996 1997 1998

.год год год год год. год год год год

0-20 151 182 130 25 19 19 37,8 28,9 24,7

20-40 73 87 90 20 27 25 14,6 19,7 22,5

40-60 81 84 93 16 20 17 13,0 16,8 15,8

60-80 66 27 87 13 16 15 8.6 4.3 13,1

80- 100 —' — 48 — ■■ . — 12. — — 5,8

0-80 371 330 448 20 23 18 74,0 69,7 81.9

(0 - 100)

Полученные нами с помощью меченного ,5Ы азота данные свидетельствуют о преимущественном использовании в питании растений аммонийного и нитратного азота из верхних слоев почвы, однако, в связи с биологическими особенностями корневой системы, свекла способна

хорошо поглощать минеральный азот и. с большой глубины почвенного профиля

Таким образом, установленная нами закономерность использования кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота почвы свидетельствует о необходимости дифференцированного учета их содержания и доступности из различных слоев почвы при проведении почвенной диагностики азотного шггания сельскохозяйственных культур, что позволяет более точно определить экологически безопасные дозы азотных удобрений и скорректировать сроки их внесения с учетом планируемой урожайности, биологических особенностей сельскохозяйственных культур, плодородия почвы и погодных условий

3. Структура баланса аммонийного и нитратного азота в разных слоях дерново-подзолнстой почвы и распределение его в пределах почвенного профиля при уборке урожая.

Азотные удобрения оказывают существенное влияние на направленность и характер протекающих в почве биологических и химическюс процессов Однако действие их на почву зависит ог нормы, формы и длительности применения, биолопгческих особенностей возделываемых к\ 1ьтур, метеоролог ических \ словий и может быть как положительным, так и отрицательным

В этой связи успешное решение проблемы оптимизации азотного питания растений с учетом >ффек-тивного использования природных шпасов азота, поддержания илолоролня почв и снижения опасности загрязнения окружающей среды во «можно тишь на основе всестороннего исследования процессов трансформации азота удобрений во внутрипочвен-ном цикле и агроценозе в целом

Расширение и углубление представлений о путях трансформации азота почвы и удобрений, особенно в разных горизонтах почвенного профиля, изучение структуры его баланса являются одними из важных назначений в задаче по оптимизации азотного питания растений и рационального использования азота удобрений и природных ресурсов почвы

1 Закрепление почвенного азота

Как указывалось, азот почвы и удобрений наряду с использованием его растениями может подвергаться биологической иммобилизации и фиксации тинистыми минералами Закрепление азота в почве составляет важную часть баланса.

Результаты наших исследований показали, что наибольшее количество меченного азота закрепилось в органической форме, в пахотном и подпахотных слоях почвы Величины, характеризующие оставшийся азот в минеральной форме в среднем за три года имеют тенденцию к увеличению

с возрастанием глубины почвенного профиля, как в аммонийной, так и в нитратной форме.

Из данных таблицы 7 следует, что в зависимости от года проведения опытов в пахотном слое закрепление аммонийного азота составляло 3842%; нитратного - 27-34%. Очевидно, это связано с большим количеством микрофлоры, сосредоточенной в верхнем слое почвенного профиля и содержанием в нем органического вещества. С увеличением глубины количество азота, закрепленного в органической форме постепенно снижается (в горизонте 60 - 80 см закрепилось в 2-3 раза меньше, чем в пахотном). Наименьшее количество азота удобрений, оставшегося после уборки урожая в минеральной форме было в слое 0-20 см: аммонийного -3-4% и нитратного — 3-5%, вследствие более высоких газообразных потерь из верхнего слоя. Закрепление аммонийного азота удобрений в почве было на 6-15% выше нитратного. Это можно связать с лучшим потреблением.

Таблица 7

Структура баланса меченного аммонийного к нитратного азота • разных слоях дерново-подзолистой почвы в % от внесённого

Коэффициент Осталось Дефицит азота,

Слой использования, % в почве, '/• %

см 1996 1997 1998 1996 год 1997 год 1998 год 1996 1997 1998

год год ГОД год год год

Ыорг Ымин Ыорг NN1« N<51* Ымин

0-20 25 18 20 38 4 36 3 42 3 33 43 35

24 20 17 32 5 27 3 34 4 39 50 45

20-40 18 28 27 35 19 31 9 33 6 2? 32 34

21 ' 26 22 29 9 24 6' 23 5 4Г 44 50

40-60 14 17 19 32 17 25 11 30 15 37 47 36

18 23 14 17 П 12 5 15 >0 54 60 62

60-80 11 14 15 19 21 16 14 22 17 49 56 50

15 18 15 10 15 7 4 9 7 60 71 69

80-100 _ _ 11 _ ■ __ 10 8 _ — 71

12 сл. сл. 88

Числитель - "N-N14/. знаменатель - "М-ЫО/

микроорганизмами аммонийного азота цо сравнению с нитратной формой Из-за высокой подвижности нитратов и их вымывания в нижележащие слои почвы, минерального азота удобрений в нитратной форме к периоду уборки оставалось в среднем на 5-10% меньше, чем в аммонийной

2 Распределение меченного азота сульфата аммония и натриевой селитры в разных слоях дерново-подзолистой почвы

Представляет особый ьаучный интерес вопрос о распределении минерального азота удобрений, внесенного в разные слои почвы в почвенном профиле С помощью меченного азота нам удалось установить размер миграции аммонийного и нитратного азота в пределах различных слоев почвы

Рисунок 3

Распределение оставшегося в почве меченного аммонийного ■ нитратного азота в разных слоях почвенного профиля, %

Распреде- Внесение азогга в слой, см

лите, %

0-20 0-20 20-40 7Т\ *9/ 40-60 60-80

ШШЖ*

} ЪУ .....1 г! У. ! | гг/ _1 ¿г/

шт ш \ш 22/ В 9У-

20-40

□ '6'А

1 ы/.

40-60 21 ЗУ. а я / Ш '?У 13 'р/

! 11 | Ч5У

60-80 р/// ШШШШЛ7/Г.

Л м/

15Ы-Ш4 - ■■ 15Ы-ЫОЗ - ЕГТЯ

Из данных рис. 3 следует, что аммонийный азот закреплялся в почве в основном в зоне его внесения, благодаря быстрой биологической иммобилизации, а также фиксации его глинистыми минералами.

При внесении аммонийного азота в слой 0 - 20 см наибольшая его доля (88% от суммы иммобилизованного азота удобрений в почве) закреплялась в этом же слое, часть его закрепилась в слое 20 - 40 см - 12%. В нижних слоях почвы иммобилизованного аммонийного азота удобрений не обнаружилось. "

Нитратный азот удобрений обладал большей подвижностью, чем аммонийный. При внесении его в верхний слой значительная доля нитратного азота закрепилась в нижних слоях почвы (около 8-17%).

При внесении нитратного азота удобрений в горизонт 40 - 80 см закрепление азота в органической форме происходило как в верхних (2124%), так и в нижних горизонтах почвенного профиля, благодаря процессам транспирации и вымывания.

Таким образом, проведенные нами экспериментальные исследования позволили определить реальные коэффициенты и динамику использования растениями аммонийного и нитратного азота из разных слоев почвы. Показана неравноценность в азотном питании растений разных форм минерального азота пахотного и подпахотного слоев дерново-подзолистой почвы. Выявлен характер трансформации минерального азота в разных горизонтах почвы. Это является одним из необходимых путей решения проблемы оптимизации азотного питания растений.

Выводы

1. Установленная с использованием стабильного изотопа азота зависимость структуры баланса разных форм минерального азота от его пространственного расположения в разных слоях дерново-подзолистой почвы позволяет совершенствовать приемы оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур, определить динамику текущей минерализации азота почвы, повысить эффективность азотных удобрений и снизить опасность загрязнения окружающей среды.

2. Неодинаковое использование кормовой свеклой разных форм минерального азота из отдельных слоев дерново-подзолистой почвы вызывает необходимость дифференцированного (послойного) учета содержания аммонийного и нитратного азота и доступности его растениям при проведении почвенной диагностики азотного питания.

3. Внесение в разные слои почвенного профиля дерново-подзолистой средиесуглинистой почвы (0 - 20; 20 - 40; 40 - 60; 60 - 80 см) небольшого количества меченого |5Ы азота удобрений (из расчета 10 кг/га) не оказало существенного влияния на урожай кормовой свеклы, характер трансформации азота почвы и вынос его растениями. Прибавка урожая ботвы и корнеплодов кормовой свеклы при использовании меченных(1 'ЫН^ЗО« и Иа' ^О, в целом за три года бала недостоверной.

4 В полевых микроделяночных опытах, с дерново-подзолистой среднесчг-лннистой почвой кормовой свеклой в первые периоды роста растений (до фазы 10-П листьев) чокально внесенный меченный азот удобрений практически не использовался (коэффициенты использования растениями составили менее 1%), из слоя 60 — 80 см вообще не поступал

5 В конце вегетации коэффициенты использования кормовой свеклой внесенного перед закладкой опыта меченного аммонийного и шпратного азота удобрений го пахотного (0 - 20 см) слоя составляли 17 -25% Из подпахотного слоя почвы (20 - 40 см) использование аммонийного азота составило 18 - 28%, нитратного 21 - 26%, что было несколько выше (на 24%), чем из стоя 0-20 см

6 Коэффициенты использования кормовой свеклой меченного минерального азота из более глубоких горизонтов почвы были ниже по сравнению с пахотным и подпахотным счоями, однако, резкого снижения размера использования минерального азота с глубиной не наблюдалось Использование кормовой свеклой аммонийного азота из слоя почвы 60 - 80 см составляло 11-15%, тггратного 15-18% Коэффициенты использования растениями минерального азота из слоя 80 - 100 см не превышали 11-12% от исходного его содержания

7 Определение средневзвешенного выноса меченного азота из разных слоев почвенного профиля позволило выявить основное участие в питании растений пахотного и подпахотного слоев почвы В среднем за три года из слоя 0-20 см растения кормовой свеклы потребили 30,5 кг азота, го слоя 20 - 40 см 18,9 кг, а го слоя 60-80 см - 8,7 кг азота от исходного его содержания в каждом го этих слоев почвы

8 Изучение путей трансформации аммонийного и нитратного азота почвы показало, что структура его баланса в значительной мере обуславливается пространственным расположением в корнеобитаемом слое почвенного профиля Наиболее высок размер иммобилизации минерального азота пахотного слоя почвы Закрепление аммонийного азота в слое 0 - 20 см составило 39-45%, нитратного - 30-38% С глубиной иммобилизация минерального азота резко снижалась и составляла в слое 60 - 80 см 30-39% аммонийного и 11-25% шпратного азота

9 Наряду с использованием минерального азота почвы растениями и закреплением его в почве, часть минерального азота терялась в газообразной форме и вследствие вымывания нитратов за пределы корнеобитаемого слоя почвы Дефицит азота удобрений при внесении в пахотный слой составил 33-50% При внесении удобрений в более глубокие слои почвы потери значительно увеличивались, достигая наибольшего значения (4 71%) при внесении удобрений в слой 60 - 80 см

10 Наибольшая часть внесенного в разные слои почвы меченного азота иммобилизуется в основном в зоне внесения Аммонийный азот закрепля-

ется в основном в пределах своего слоя, нитратный азот способен на более интенсивную вертикальную и нисходящую миграцию.

Список работ, опубликованных по теме диссертация .

1. Гущина Б. О. Доступность растениям кормовой свеклы аммонийного и нитратного азота 'из разных слое» дерново-подзолистой почвы. Н Бюлл.ВИУА.-1999.-Вып.-112.-24 с. Г

2. Кидин В. В., Гущина Е. О. Баланс аммонийного и нитратного азота а разных горизонтах дерново-подзолистой почвы. // Агрохимия. - 1999, (в печати).

Объем 1 25 п л

Заказ 557

Тираж 100

Типография Издательства МСХА 127550 Москва Тимиртевчсая ул д 44

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гущина, Екатерина Олеговна

Введение

Обзор литературы

Глава I. Особенности биологии, питания и удобрения кормовой свеклы ;

1.1. Биологические особенности кормовой свеклы

1.2. Влияние азотных удобрений на урожай и качество кормовой свеклы

Глава II. Превращения азота в почве

2.1. Иммобилизация азота в почве

2.2. Аммонификация азота в почве

2.3. Нитрификация азота

2.4. Потери азота из почвы

Глава 1П. Использование растениями азота почв и удобрений

3.1. Использования минерального азота из разных слоев почвенного профиля

Экспериментальная часть

Глава IV. Цель, задачи, методика закладки и проведения микрополевого опыта

Глава V. Влияние минерального азота почвы на урожай кормовой свеклы

Глава VI. Использование аммонийного и нитратного азота с разных глубин почвенного профиля растениями кормовой свеклы

Глава VII. Закрепление, структура баланса меченного аммонийного и нитратного азота в разных слоях дерново-подзолистой почвы и распределение его в пределах почвенного профиля при уборке урожая

7.1. Закрепление почвенного азота

7.2. Распределение меченного 15N азота сульфата аммония и натриевой селитры в разных слоях дерново-подзолистой почвы

Выводы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Использование кормовой свеклой аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы"

Одним из необходимых условий интенсификации земледелия, обуславливающих получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур, является рациональное использование удобрений. Важная роль в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур принадлежит азотным удобрениям, т. к. в Нечерноземной зоне России и других увлажненных районах страны, а также при орошении, из всех элементов питания, необходимым растениям в минимуме чаще всего оказывается азот. По данным многочисленных опытов, азотные удобрения дают в этих земледельческих районах 50 - 60% общей прибавки урожаев, получаемой от минеральных удобрений, т. е. современное интенсивное сельскохозяйственное производство немыслимо без снабжения выращиваемых культур достаточным количеством азота. Несмотря на постоянно возраставшие масштабы применения азотных удобрений в 80-х годах, в ряде районов нашей страны баланс азота в земледелии складывался еще с дефицитом.

Успешное решение проблемы оптимизации азотного питания растений с учетом эффективного использования природных запасов азота, поддержания плодородия почв и уменьшения негативных последствий применения удобрений возможно лишь на основе глубокого, всестороннего изучения биологических и химических процессов трансформации азота в почве и дифференцированной количественной оценки доступности растениям азота почвы и удобрений в различных агроценозах с учетом окультуренности и варьирования факторов внешней среды.

В настоящее время возможность познания сущности сложных процессов трансформации азота как в отдельных звеньях системы «удобрение - почва - микроорганизмы - растение - атмосфера», так и в системе в целом, а также определение истинных размеров коэффициента использова5 ния азота минеральных удобрений, почвы и его потерь дает метод стабильного изотопа азота 15М

Существенное влияние на рост и развитие растений, и эффективность азотных удобрений оказывает содержание минерального азота в почве в начале вегетационного периода и его доступность растениям из различных горизонтов почвенного профиля. Применение азотных удобрений без учета содержания минерального азота в корнеобитаемом слое почвы снижает их эффективность и вызывает опасность загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции нитратами.

В связи с этим изучение закономерностей и размера потребления растениями минерального азота почвы дает возможность существенно повысить надежность почвенной диагностики азотного питания сельскохозяйственных культур, а, следовательно, более точно определить экологически безопасные дозы азотных удобрений и скорректировать сроки их внесения с учетом погодных условий, предшественника, плодородия почвы и планируемой урожайности.

Обзор литературы