Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯЧМЕНЕМ И БАЛАНС МЕЧЕНОГО АЗОТА РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ БОБОВЫХ КУЛЬТУР И УДОБРЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ИНГИБИТОРА НИТРИФИКАЦИИ НА ДЕРНОВО- ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯЧМЕНЕМ И БАЛАНС МЕЧЕНОГО АЗОТА РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ БОБОВЫХ КУЛЬТУР И УДОБРЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ИНГИБИТОРА НИТРИФИКАЦИИ НА ДЕРНОВО- ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ"

На правах рукописи

СЕРЕГИН Виталий Владимирович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯЧМЕНЕМ И БАЛАНС МЕЧЕНОГО АЗОТА РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ БОБОВЫХ КУЛЬТУР И УДОБРЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ИНГИБИТОРА НИТРИФИКАЦИИ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 2000

^ S'r " " 1 / • , / f' Г

Диссертационная работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Э.А. Муранип.

Консультант — доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ф.В. Янишевский.

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор O.A. Соколов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Т.В. Кузнецова

Ведущее предприятие — Центральный научно-исследовательский институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства

Згццита диссертации состоится « ¿{'к, » 2000 г

в часов на заседании диссертационного совета Д 120 35 02

в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Адрес. 127550, Москва, Тимирязевская ул , 49

Ученый совет МСХА, корп 3

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан «ЛР» г

у - J$ ^^f^T

Ученый секретарь —^ ~ //

диссертационного совета СУ В. В. Говорима

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Азоту принадлежит важное значение в увеличении урожаев с.-х. культур, сбора пищевого и кормового белка, сохранении и повышении плодородия почв, особенно бедных органическим веществом почв Нечерноземья. В современных условиях наиболее актуальными задачами в области агрохимии являются снижение потерь и ' обеспечение . эффективного экологически безопасного применения азота удобрений, а также увеличение роли биологического азота в земледелии.

До сих пор имеется достаточно ограниченная и противоречивая научная информация о темпах, степени и размерах использования последующими культурами азота растительных и пожнивно-корневых остатков бобовых, а также их влиянии на процессы внутрипочвенного цикла трансформации и мобилизации почвенного азота. Минерализуемый "биологический азот" растительных остатков бобовых, как и азот минеральных удобрений и почвы, может теряться вследствие денитрификации и вымывания нитратов.

" Одним из средств снижения потерь азота аммонийных - и аммонийпродуцирующих удобрений за счет денитрификации и вымывания нитратов являются ингибиторы нитрификации, обеспечивающие временное избирательное торможение активности микроорганизмов, осуществляющих первую стадию нитрификации - окисление аммония до нитритов. Ингибиторы нитрификации и модифицированные ими азотные удобрения уже нашли широкое применение в практике мирового сельского хозяйства для повышения эффективности, внесенного азота и в природоохранных целях. ' ..'V ' -

В связи с этим очевидный интерес представляет * изучение возможности использования ингибиторов нитрификации для снижения потерь и повышения эффективности не ' только азота удобрений, но и накопленного бобовыми биологического азота.

Цель исследований. Основной целью исследований по диссертационной работе являлось изучение особенностей трансформации в почве, использования растениями и баланса меченного 15Ы азота удобрения н накопленного бобовыми биологического азота ' в зависимости от соотношения С:Ы в составе внесенных источников и применения ингибитора нитрификации дициандиамида (ДЦД). ' ' .

Научная новизна. С применением |5Ы количественно" охарактеризо-: ваны изменения в трансформации'и балансе азота надземной растительной массы и пожнивно-корневых остатков бобовых культур ' и удобрения,

«ниц ингибитора'

внесенных в дерново-но;

НАУЧНАЯ а ,5Л ОТЕКА Мосте! сольс.сохос. скадэмии

нитрификации дициандиамида Впервые показано что ингибиторы нитрификации снижают газообразные потери минерализованного биологического азота практически в той же мере, как и меченого азота сульфата аммония, и при -»том не оказывают негативного влияния на мобилизацию почвенного азота Одновременно увеличивается потребление ячменем внесенного меченого азота изучавшихся источников или его количество, остающееся в почве после уборки урожая

Получены новые данные о темпах, степени и размерах использования ячменем и балансе меченого азота растительной массы и ПКО бобовых культур и удобрения в зависимости от соотношения С N вносившихся источников

Практическая шачимость работы Установлена возможность применения ингибиторов нитрификации для снижения потерь и повышения эффективности накопленного бобовыми биологического азота

Разработана модификация метода И В Тюрина для определения содержания углерода в почве применительно к анализу растительного материала

Апробация работы Материалы исследований докладывались на заседаниях кафедры агрономической и биологической химии МСХА и на XXXII-XXXIV на\чных конференциях молодых ученых в ВИУА (1998-2000 гг)

Основные попожения диссертации отражены в 5-ти опубликованных работах, в т ч в 2-х в центральном журнале "Агрохимия *

Объем работы Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста и включает, кроме введения, 3 главы обзора литературы, 7 глав жспернментальной части, 30 таблиц, 11 рисунков, выводы, список использованнной литературы, таблицы приложения Список литературы представлен 280 наименованиями, в том чисте 54 публикациями иностранных авторов

"Условия проведения и методика исследований.

Вегетационные опыты с ячменем проводились на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве ДАОС, предварительно произвесткованной мелом по 2/3 Нг Исходная агрохимическая характеристика почвы приведена в таблице 1

В опыте №1 1997г (схема приведена в табл изучалось влияние внесения меченого cv 1ьфата аммония (с обогащением "N 61.6Я ат°о) и растительной массы гороха (с концентрацией азота 1,4S% и соотношением С N равным 29), вносившихся по фон\ PK и в сочетании в равных до fax (145

1. Исходная агрохимическая характеристика почвы

Показатель Опыт 1 Опыт 2 и лабораторный опыт Опыт 3

Гумус, % (по Тюрину) 2,0 2,0 1,9

Иобщ, % (по Кьельдалю-Иодельбауэру) 0,12 0,13 0,10

С:Ы 10 9 11

рНсол 4,5 4,5 л 4,7

Нг, мг.-экв./100г (по Каппену) 4,8 5,0 4,5

Б, мг.-экв./100г (поКаппену-Гильковицу) 5,3 5,4 4,8

№№цг, мг/кг (по Корнфилду) - 168 154

Н-ЫН4+,мг/кг 18 15 : ' 20

N-N03", мг/кг 12 . 8 11

Нитрификац.способность почвы, -мг N03710- (поКравкову) , , - . 13 : . 12

Р2О5, мг/кг (по Кирсанову) 62 59 64

К20, мг/кг (по Кирсанову) 74 80 84

мг/кг почвы) на урожай й потребление ячменем азота внесенных источников в зависимости от применения ингибитора нитрификации ДЦД.

Полученная в 1997-году растительная масса гороха и клевера при выращивании этих культур в сосудах с меченым сульфатом аммония, а также надземна;. масса (НМ) и пожнивно-корневые остатки (ПКО) клевера при подкормке посевов на опытном поле ВИК им. В.Р. Вильямса азотным удобрением с высоким обогащением |5Ы использовались в последующих экспериментах. Уборку гороха проводили в фазе' цветения - начала образования бобов, клевера - в начале цветения. "

• В опыте №2 1998г. (схема приведена в табл.4) основными задачами являлись изучение динамики минерализации и потребления ячменем меченого азота растительной массы бобовых культур - НМ гороха и клевера и ПКО клевера с концентрацией азота соответственно 2,23%, 1,90% и 2,31% и соотношением С.Ы равным -20, 24 и 19, вносившихся по фону РК, в сравнении с меченым азотным удобрением (Ыа с обогащением 15Ы 34,06 ат.%), а также при сочетании этих источников биологического и минерального азота в равных дозах (145мг/кг почвы) в зависимости от применения ДЦД. Обогащение 15Ы азота соломы гороха, НМ и ПКО клевера составило соответственно 7,62; 5,03 и 3,54 ат.%. Для учета использования

растениями меченого азота НМ клевера в последействии после перенабивки сосудов соответствующих вариантов опыта в 1999г вновь высевали ячмень При этом азотные удобрения и ингибитор нитрификации не вносились

В опыте №3 1999г (схема приведена в табл 5) использовалась надземная масса клевера с концентрацией азота 2,88% и обогащением его ''Ы 15,29 ат % Это позволило наряду с решением указанных выше задач, количественно охарактеризовать влияние изучавшихся факторов на баланс (и, прежде всего, потери) меченого азота клевера, вносившиеся по фону РК, при сочетании половинных до} биологического и минерального азота, а также при добавлении половинной дозы азота НМ клевера к полной дозе Ыа и внесении только азотного удобрения При этом соотношение С N в составе вносившихся источников азота составляло соответственно по вариантам 16, 8, 5,3 и 0 Доза азота в этом опыте составляла 100 мг/кг почвы Меченый сульфат аммония имел обогащение 31,67 ат%15Ы

Дозы фоновых фосфорно-калийных удобрений в опытах в форме Са(Н2РСМ2 НгО и КС1 соответственно 150 и 200 мг/кг д в

Ингибитор нитрификации ДЦД по фону РК и в вариантах с различными источниками азота во всех случаях вносился в почву из расчета 10% от применявшейся одинарной дозы азота

Раститетьную массу бобовых вносили в почву при набивке сосудов в виде тонкоизмечьченного (до 0.5 мм) воздушно-сухого материала

Масса абсолютно-сухой почвы в сосудах типа Вагнера составляла в опытах 1, 2 и 3 соответственно - 3, 2,8 и 3 кг, на второй год во втором опыте - 2,3 кг В сосуды высевали яровой ячмень, оставляя после появления всходов в первом и втором опытах 25 (на следующий год при учете последействия - 15), в третий 15 растений Режим увлажнения - 60%ЩТВ

Уборку урожая проводили в фазе лолнои (.печости зерна (соответственно через 76 дней после посева по фону РК и через 79-80дней по фонуИРК) В течение вегетации проводился отбор промежуточных проб в фазах кушения и колошения ( соответственно в 1998г через 25 и 46, 1990 г 20 и 40 дней после посева)

Математическая обработка урожайных данных была проведена методом дисперсионного анализа с исполыованием ЭВМ

Определение агрохимических показате 1ей прово тли общепринятыми методами Программа набэютении и четошка иссэеюваний соответствовали требованиям отрасэевых стэнтарюв и рскоменъшиям по испытанию ингибиторов нитрификации

Содержание обшего .нота в псм тпно-сУчич по тенныч и распиезьиыч обрашах определяли микромети»м Кк 1ыия па и мокрот окпсшп с

фенолсерной кислотой, минеральных соединений азота (N-NH/ и N-NOj") в свежих почвенных образцах в вытяжке 1н КС1 при отношении почвы к раствору 1:2,5 - макрометодом Къельдаля с восстановлением нитратов до аммония сплавом Деварда. Содержание углерода в растительных образцах определяли на элементном анализаторе "Garlo Erba-1106"- и модифицированным нами методом И.В.Тюрина. Предлагаемая модификация дает достаточно точные и воспроизводимые результаты и может быть применима для широкого использования. Установлена высокая сопоставимость результатов , (табл.2), полученных предложенным химическим методом и • инструментальным методом сравнения ' с использованием элементного анализатора "Carlo Erba-1106". Математическая обработка аналитических данных при определении содержания углерода в растительном материале была проведена методами корреляционного и дисперсионного анализа с использованием ЭВМ.

2. Сравнение- предлагаемого химического и "стандартного" инструментального методов определения содержания С в соломе ячменя. - . -_

Метод анализа Число определений Содержание С , % на абс.сух.массу Относительная ошибка средней, .% Коэффициент корреляции*

min max среднее

Предлагаемый химический 8 38,1 40,8 39,8 0,7 0,99

"Станд..ртНый" инструментальный 3 . 40,6 41,1 40,9 5,0

* программный комплекс вТИАг.

Подробное описание предложенной модификации метода опубликовано нами в журнале "Агрохимия" (2000 г., №3).

В лабораторных исследованиях изучали динамику минерализации, . нитрификации и структуру баланса в парующей почве меченого азота надземной массы клевера (обогащение 15,29 ат.%) в сравнении с трансформацией азота сульфата аммония (обогащение |5Ы 19,68 ат.%) и при сочетании этих источников азота в зависимости от применения ингибитора нитрификации ДЦД.

Компостирование почвы в стаканах емкостью 250 мл проводилось в биологическом термостате при 28-30 *С и влажности 60% ПВ. Надземную массу клевера с концентрацией азота 2,88% и отношением С:Ы равным 16 . вносили в почву в виде тонкоизмельченного (до 0,5 мм) воздушно-сухого материала. Доза азота в составе растительной массы клевера и сульфата

аммония 14,5 мг/100 г почвы ДЦД применяли в дозе 10о/о от внесенного азота удобрения Биологичекая повторность для каждого срока наблюдения 2-х кратная, аналитическая повторность 2-х кратная

Изотопный состав азота почвенных и растительных образцов определяли после соответствующей подготовки проб на масс-спектрометре МИ-1201В

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.2.1. Влияние азотных удобрении и растительной массы бобовых культур на урожай н потребление азота ячменем в швисимости от применения ингибитора нитрификации.

Внесение растителыюй массы бобовых по фону РК повышало размеры накопления сухого вещества ячменя, урожай зерна и вынос азота растениями, но они оставались значительно ниже (соответственно 1,4-1,5, 1,4-1,5, 0,5-0,6 раза), чем от применения равной дозы азота в форме сульфата аммония (табл 3-5) От применения массы бобовых по фону ЫРК в 1998г достоверных изменений в продуктивности ячменя и содержании азота в растениях не установлено

3. Урожай ячменя, содержание азота в растениях и коэффициент использования (КП) ячменем внесенного а юта растительных массы и удобрения. Опыт I, 1997г.

К'

Варианты опыта

Вынос азота, мг/сосуд

РК фон

♦ДЦД

•-НМ гороха

•-НМ ropoxa-t-ДЦД

<-Ча

5 ____

6 pNa^-ДЦД

7 | »-Na+KM гороха

„ I -\а t-солома гороха

_Ь-дцд___

4Л

4,3 8±

_7,5

îeô

J6 s 16 7 169 1 3

I tI

Г

г

F

Урожаи, абс сух веш ва,

г'сосуд __________

зерно )_сотома jegiio солома I 5 3 [_ 51 | 36 Г 5 7 ^ ~37 I 34 Г

7.4_Г П4" Г 48

7,2_ Г _44

14^5 Г 336 \ 104

L 3,7_ I?3 t_-36L L -129

269 I 126

всего

14.5 16 S

15,5

1,0

_ J62_ _ Г 167

НСРп5

В 1999г при сочетании 1. до»ы азота в составе НМ клевера и ' - в виде Na урожай ячменя и нотребтение им азога оказались не ниже чем на щрианте с счммарной до юн в форме сучьфата ммония а от шбав «ения половины N клевера к потной до«; минерального v шГренич прос шжнвтлась шшь

тенденция к увеличению продуктивности растений и выноса азота с урожаем.

4. Урожай ячменя, вынос азота растениями и коэффициент использования (КИ) ячменем внесенного-азота растительных массы и удобрения. Опыт 2,1998г. ___

№ Варианты Урожай, абс сух.вещ-ва, г/сосуд Вынос азота, мг/сосуд КИ внесенного N. %

• зерно солома зерно солома

1 Фон 5,9 8,8 88 36

2 +НМ гороха 11,0 11,8 175 59 27*

3 +НМ клевера 11,2 11,0 184 44 . 26»

4 +ПКО клевера 10,5 10,2 169 41 21«

5 +ДЦД 7,6 9,2 122 37

б +НМ гороха +ДЦД 12,8 12,8 202 55 33«

7 +НМ клевера +ДЦД' 11,5 10,3 187 35 24*

8 +ПКО клевера + ДЦД 10,9 10,3 185 41 25«

9 +N8 15,4 15,7 306 108 72**

10 +Ыа+НМ гороха 14,3 14,5 293 112 35*«

И +Ыа+НМ клевера 14,3 13,6 303 109 35**

12 +Ка+ПКО клевера 15,4 И,7 323 90 36**

13 +Ыа+ДЦД 16,0 14,2 336 89. 74**

14 +Ыа+НМ гороха +ДЦД 14,6 13,2 307 104 35**

15 +Ыа+НМ клевера+ДЦД 15,4 14,2 305 114 36**

16 +1ЧатПКО клевера+ДЦД 15,1 14,1 317 114 38**

Н.С.Р.05 1,2 1,3

* —растительной массы По фону РК

** — N8 и растительной массы в вариантах №К

В течение вегетации темпы накопления сухого вещества и потребления азота растениями при внесении в 1998г. различных растительных материалов на фоне РК возрастали в равной мере. Коэффициенты использования ячменем азота растительной массы бобовых, расчитанные разностным методом,: составили' за годы проведения опытов 17-27%,' а азота ■ минерального удобрения при той же дозе составили 68-81%. При сочетании биологического азота бобовых с сульфатом аммония в полных дозах КИ растениями внесенного азота снижались вдвое (табл.4). Использование ячменем внесенного в половинных дозах азота клевера (табл.5) составило 59%, при сочетании Уг дозы азота в составе '

5. Урожай ячменя, вынос азота растениями н коэффициент использования (КП) ячменем внесенного азота растительных массы а удобрения. Опыт 3, 1999г. _

№ Варианты Урожай

абс сух вещ- Вынос азота. КИ

ва мг/сосуа внесен-

r/cocva ного N

jep- со то- зерно соло- всего %

но ма ма

1 Фон 4.7 15,7 59 23 82

2 -ДЦД 48 6 1 61 133 94

3 ^НМ клевера 6 5 17.4 114 47 161 26

4 *НМ клевера- ДЦД 6 4 1 7,8 108 48 157 25

5 *-Na 1 9 5 97 1209 76 285 68

6 ^-Ма+ДЦД 9,4 1 9,6 Г216 84 301 73

7 HCNa-f 1/2НМ клевера 88 85 J 194 66 260 59

8 +-l/2Na+ 1/2НМ клевера+ДЦД 8,6 18 7_ 186 64 250 56

9 +Na-i-l/2HM клевера 9,9 |То,1 223 82 305 50

10 -Na-t-l/2HM клевера +ДЦД 9,8 | 10,0 218 82 300 48

Н С Р 05 (г/сосуд) 0,8 0,8

растительной массы клевера с полной дозой минерального азотного удобрения снижалось до 50%

Применение ингибитора нитрификации по фону РК и при внесении азотного удобрения не снижало урожайность ячменя и вынос азота растениями

2.2.2. Использование растениями меченого азота вносившихся источников (растительной массы бобовых культур и минерального удобрения) н азота почвы при применении ингибитора нитрификации.

До фазы кущения ячменем (рис 1) лучше поглощался минерализованный меченый азот НМ и ПКО клевера, чем соломы гороха, использование меченого азота последнего не превышало 5% от внесенного, однако через 1,5 месяца с начала опыта размеры потребления ячменем меченого азота изучавшихся бобовых практически не отличались и составляли 8-11% При уборке урожая (табл 7) коэффициенты использования растениями меченого азота всех растительных материалов по фону РК составили 19-21% (от внесенного в дозе 145 мг/кг почвы), те оказались несколько ниже рассчитанных разностным методом Ото связано с усилением минерализации и дополнительным усвоением (на 6-18% по отношению к фону РК) азота почвы, доля которого в общем выносе азота

6. Использование ячменем меченого и немеченого азота. Опыт 1.

Вынос Использование растениями

с меченого N немеченого N

№ Варианты опыта . урожаем удоб] рения (почвы и соломы)

мг/сосуд %от внесенного мг/сосуд % от выноса

1 РК+изв по 2/ЗНг - фон 87 87 100

2 +ДЦД 71 71 100

3 +солом» гороха 162 162 100

4 +солома гороха + ДЦД 167 167 - 100

5 +Ыа 440 174 40 266 61

б +Ыа+ДЦД 420 178 41 242 58

7 +Ы»+со лом» гороха 490 122 28 368 75

8 +Ыа+солома гороха + ДЦД 395 96 22 299 76

. 7.Использование ячменем меченого и немеченого азота. Опыт 2.

№ Варианты опыта Использовано растениями

всего меченого азота немеченого азота почвы

сульфата аммония раститель-' ной массы

мг/сосуд мг/сосуд %от внесенного мг/оо-суд %от внесенного мг/сосуд %от выноса ■

1 Фон 124 - . - - - 124 100

2 + НМ гороха 234 - , - ' 87 21 147 63

3 + НМ клевера 228 - 87 21 141 • 62

4 + ПКО клевера 210 - 79 19 131 62

5 + ДЦД 158 - - ■• - - 158 100

6 + НМ гороха +ДДД 257 - - 76 19 181 70

7 + НМ клевера +ДЦЦ 222 — - ■ 65 16 157 71

8 + ПКО клевера +ДЦД 226 - - 72 18 154 68

9 415 187 46 - • - ■ 228 55

10 + Ыа + НМ гороха 405 98 24 145 35 162 40

11 + N8 + НМ клев^>* 412' 87 21 180 44 145 35

12 + N8 +ПКО клевера 413 - - - - - - •

13 + Ка + ДЦД 425 - - - •• - - . —

14 + N8 + НМ гороха +ДЦД 411 106 26 161 40 - 144- 35

15 + № +НМ клевера +ДНД 419 83 20 173 43 163 39

16 + Ыа + ПКО клевера +ДЦД 431 —■ — - • ■ — — • - ■■

8. Использование ячменем меченого и немеченого азота. Опыт 3.

№ Варианты опыты Вынос с урожаем Использовано растениями

меченого N немеченого N почвы

мг/сосуд мг/сосуд % от внесенного мг/сосуд % от выноса

1 Фон 82 - - 82 100

2 + ДЦЦ 94 - - 94 100

3 + НМ клевера 161 36 12 125 78

4 + НМ клевера + ДЦД 157 39 13 118 75

5 + Ыа 285 108 36 177 62

6 +■ N3 *-ДЦД 301 118 39 183 61

7 + Уг № + 'ЛНМ клевера 260 115 38 145 58

8 + Уг Ыа + 'ЛНМ клевера + /шд 250 111 37 139 56

урожаем составила 62-63% по фону РК

В опыте 1999 г (рис 2) вносившийся азот надземной массы клевера потреблялся ячменем по мере минерализации в течение всего вегетационного периода относительно равномерно На его долю в растениях приходилось в фазу кущения-4%, колошения - 6%, а полной спелости зерна -12%

28 42

|__дни Дни

Рис.1. Динамика потребления ячменем меченого азота растительных материалов, внесенных по фону РК. Опыт 2 А - бег ингибитора, Б - с ингибитором по фону РК

1,2,3, - соответственно варианты РК+солома гороха; РК + НМ клевера; РК + ПКО клевера.

-1С-

I I

О 14 28 42 56 70 Дни

1 ч 120 | £ 100

5 I 80

1 * 60

¡¡ 40

20

0

!

у

14 28 42 56 70 Дни

Рнс.Х Динамика потребления ячменем меченого азота сульфата аммония и НМ клевера, внесенных по фону РК. Опыт 3. А — без ингибитора, Б -с ингибиторам по фону РК.

1,2 — соответственно варианты РК+ НМ клевера; РК + сульфата аммония.

Рис.3. Динамика потребления ячменем немеченого азота почвы в течение вегетации. Опыт 3. Л - без ингибитора, Б - с ингибитором по фонуРК.

1,2,3 - соответственно варианты РК; РК+ НМ клевера; РК + сульфат аммония. '

от внесенного в дозе из расчета 100 мг/кг почвы (табл 8) После фазы колошения в вариантах с биотогическим азотом (рисЗ) обнаружено значительное дополнительное испочьзование ячменем почвенного азота, составившее при учете урожая 52% к фону РК

Внесение растительной массы бобовых совместно с минеральным азотным удобрением во всех случаях приводило к повышению абсолютных размеров и степени использования ячменем меченого биологического азота при равных дозах по азоту с сульфатом аммония в опыте 1998г (табл 7) до 36 и 44% соответственно из НМ гороха и клевера, и до 38% в опыте 1999г. при сочетании половинных доз биочогического и минерального азота (табл 10) Это соответствовало величинам коэффициентов исполыования ячменем меченого азота сульфата аммония (46 и 35% от внесенного количества соответственно годам проведения опытов), внесенного без добавления растительной массы бобовых по фону РК В то же время использование ячменем меченого азота удобрений снижалось от добавления растительной массы бобовых - дополнительного источника не только азота, но и доступного почвенным микроорганизмам углерода (табл 6-8) Применение ингибитора нитрификации не оказывало существенного влияния на потребление меченого N растениями как при раздельном, так и совместном использовании изучавшихся источников азота (табл 3-5)

2.2.3. Баланс меченого азота источников (биологического и минерального) в зависимости от применения ингибитора нитрификации ДЦД

Как уже отмечалось, испольювание клеверной массы с достаточно высоким обогашением "И азота в опыте 1999г позволило количественно охарактеризовать не только потребление растениями, но и баланс мечёного биологического азота В варианте с применением только минерального азота в форме сульфата аммония (№) размеры закрепления меченого азота при уборке урожая составили 21%, а потери в газообразной форме - 43% от внесенного количества (табл 9) В ходе вегетации доля азота удобрения в общем поступлении этого элемента в растения снижалась, а минерализуемого азота почвы (и растительных остатков) возрастала Основные потери минерального азота удобрений происходили в первые 10-14 дней после посева, а темпы и размеры закрепления зависели от биологической активности почвы, содержания углерода и соотношения С N в активной фазе почвенного органического вещества

Известно, что потребчение «рновыми кучьтурами меченого азота удобрений происходит наиболее интенсивно с начала вегетации и

-1Р-

9. Баланс меченого азота сульфата аммония и наличной массы клевера (числитель - мг/сосуд, знаменатель - в % от внесенного). Опыт 3._

Варианты Использовано растениями Осталось в | Потери почве

РК+НМ клевера 36 201 63

12 ! 67 21

РК+НМ клевера+ДЦД 39 216 45

13 72 15

РК+Ка 108 63 129

36 21 43

РК+^+ДЦД 118 69 113

39 23 I 38

РК+|/2Ча+ 1/2НМ клевера 115 1 133 I 52

38 1 44 I 18

РК+1/2Ш+ 1/2НМ клевера+ ДЦЦ 111 1 148 1 41

37 1 49 ! 14

10. Структура баланса меченого азота внесенных источников — сульфата аммония и надземной массы клевера. Опыт 3. (числитель — мг/сосуд, знаменатель - в % от внесенного)

Варианты Использовано Осталось в Потери

растениями почве

1 2 I 2 1 2

РК+1/2№+1/2 НМ 58 57 52 81 40 12

клевера 39 38 35 54 26 8

РКЧ/2№+1/2 НМ 57 54 59 89 34 7

клевера+ ДЦЦ 38 36 39 59 23 5

РК+Ыа+1/2НМ клевера 93 66 141

31 22 47

РК+Ыа+ШНМ клевера 87 81 132

^ДЦД 29 27 44

1 - азот сульфата аммония

2 - азот НМ клевера

завершается обычно через 40-45 дней после посева Использование азота массы клевера растениями по фону РК зависело от скорости минерализации органического вещества Минерализуемый N включался в процессы внугрипочвенного цикла азота и частично терялся из почвы В конце вегетации в почве оставалось 67% внесенного азота клевера, а величина газообразных потерь превышала 20% (табл 10) В почве под растениями п

течение вегетации меченый азот клевера обнаруживался в минеральных формах лишь в следовых количествах (1-2 мг/сосуд).

При совместном применении массы клевера и Ыа (в половинных дозах) потребление ячменем меченого, биологического азота возрастает, а потери ограничиваются (до. 8% от внесенного), что, очевидно, обусловлено усилением процессов иммобилизации. Добавление органического вещества клеверной массы увеличило размеры иммобилизации • меченого азота удобрения в 1,7 раза (табл.10), при одновременном уменьшении газообразных потерь (с 43 до 26%). В почве осталось 45% от суммарного внесенного количества меченого азота данных источников (14 дозы Ыа и 14 дозы N ИМ клевера), а потери в этом случае составляли 18%, т.е." на уровне г варианта с полной дозой N в составе растительной массы клевера (табп.9). ,

Временное торможение, нитрификации под действием ДЦД (на протяжении 1,5-2 месяцев) обеспечивало снижение потерь (табл.9) не только внесенного аммонийного удобрения, но и практически в той же мере ограничивало потери минерализовавшегося меченого азота клевера (соответственно на 5% и 6% от внесенного количества или на 12% и 29% относительно потерь на соответствующих вариантах без ингибитора). Применение ингибитора нитрификации во всех случаях увеличивало иммобилизацию . в. почве внесенного меченого азота. При сочетании биологического и минерального * источников азота дициандиамид вызвал явную тенденцию к снижению потерь внесенного азота (табл.10).

2.2Л. Оценка баланса внесенного в почву, азота в зависимости от . соотношения С^ в составе растительной массы бобовых культур н азотного удобрения.

В целом изменение баланса внесенного азота (как в виде непосредственно доступного минерального N удобрений, так и постепенно минерализуемого азота органического вещества бобовых) независимо от источника подвержено общим закономерностям, обусловленным влиянием отношения С^ на интенсивность минерализации - (мобилизации) '— иммобилизации и соотношения этих процессов (рис.4).- С расширением отношения С:Ы снижается степень использования растениями внесенного меченого азота, и, одновременно, в интервале С:Ы от 0 до 8 уменьшаются размеры его потерь (при С:Ы > 8 доля потерь в структуре баланса внесенного меченого азота остается постоянной).' Доля оставшегося в почве меченого азота удобрения (У) при добавлении органического углерода возрастает пропорционально отношению (X) в составе внесенных источников азота

о

О

о X

00 &

О 8 16

Соотношете внесенного углерода и азота

о

X X

о

о

О 8 16

Соотношение внесенного углерода и азота

Рис. 4. Изменение структуры баланса меченого азота вносившихся источников в зависимости от соотношения С^ в составе удобрения и растительной массы. А - с ингибитором, Б—без ингибитора.

1 - потери; 2 - осталось в почве; 3 - использовано растениями.

а

ё 300

и

£ 250 2 200 « 150

О

100 50 0

8

Соотношение внесенного азота и углерода

16

1_

Рнс.5. Вынос азота урожаем ячменя в зависимости от соотношения внесенных источников азота и углерода в составе удобрения и растительной массы (в вариантах без ингибитора). / - общий вынос азота растениями

2 —азот почвы, использованный растениями

3 -меченый азот сульфата аммония и НМ клевера

и описывается уравнением У = 64 + 8,63Х при г2 = 0,99 (по-видимому, реиммобилизация в почве азота бобовых выражается подобным характером зависимости). ,

Полученные экспериментальные результаты наглядно демонстрируют взаимосвязь потребления азота растениями от соотношения азота и углерода в составе вносившихся источников азота (рис.5). Показано, что количество общего и дополнительно использованного (к фону РК) растениями азота почвы находится в прямой зависимости от отношения С:Ы (X) и выражается уравнением У = 174,67 - 3.25Х при Г2 = 0,98.

Размеры поступления меченого азота этих источников в растения резче . снижаются при расширении соотношения внесенного азота и углерода (У = 117,69-0,3IX2 при г2 = 0,93), чем азота почвы.

2.2.5. Влияние ингибитора нитрификации на возможную минерализацию почвенного азота и его баланс при внесении источников биологического и минерального азота.

На основании результатов проведенных исследований с меченным азотом минеральных удобрений и растительной массы бобовых мы попытались оценить возможные масштабы минерализации и размеры потер» почвенного азота. При этом исходили из достаточно известного предположения, что если культуре предоставляется два источника элемента • питания, то растения поглощают его пропорционально количеству доступного элемента каждого источника. Такой подход используется не только для расчетов запасов доступного азота в почве и возможных размеров метаболического закрепления N почвы (на основании исследований с : мечеными азотными удобрениями), но, и вероятных величин потерь и иммобилизации азота почвы, при допущении подобия структуры баланса минерализуемого азота почвы и N удобрения. . ,.

Нам представляется более корректным допустить подобие структуры баланса минерализованного азота почвы .и меченого азота растительной массы при характерном для активной фазы органического вещества почвы соотношения С.Ы на уровне 8-12 (в среднем 10). Согласно нашим данным при таких условиях степень использования растениями азота активной фазы . почвы составит 31%, реиммобилизации 50%, а потерь 19% (от минерализовавшегося за вегетацию). Подобным образом определены параметры структуры баланса азота для соответствующих вариантов с ингибиторами нитрификации (соответственно 31%, 54%, 15%). При таких допущениях приблизительная оценка баланса мобилизуемого почвенного

азота в зависимости от применения ингибитора нитрификации будет выглядеть с шдующим образом (табл 11)

11. Условный баланс минерализовавшегося »а период вегетации ячменя азота почвы, мг/сосуд. Опыт 3. _ _ _ _ _ _

Варианты Минералит >пано ja вегетацию Испопь-■ижана растениями 1 {¿крепи гась в по (ве Газообразные потерч

РК Г 264 82 1 132 Г 50

РК+ДЦД 303 94 1 164 45

РК*-НМ клевера 404 125 -L I 202 77

РК+НМ клевера+ДЦД 381 118 206 57

РК+Ма 570 177 i i 285 108

РК+Ыа-еДЦД 594 184 i 321 89

РК+1/2Ма+1/2НМ клевера 464 | 144 1 232 88

РКЧ/2Ча-1/:НМ клевера-ДЦЦ 448 П9 i 242 J 67

При внесении ингибитора нитрификации интенсивность минерализации почвенного азота в течение вегетации ячменя не снижалась Абсолютные размеры потерь минерализованного азота почвы от добавления ДЦД уменьшались в среднем на 20%

2.2.6. Трансформация в парующей почве при компостировании меченого азота растительной массы клевера и сульфата аммония в зависимости от применения ингибитора нитрифнкаинн.

В лабораторном опыте при добавлении в почву растительной массы клевера (рис 6) происходила постепенная минерализация меченого биологического азота Максимальное количество меченого азота клевера, внесенного по фону РК, находилось в минеральной форме через 1,5 месяца после начала опыта Минерализованный азот НМ клевера подвергался нитрификации и большая часть меченого минерального биологического азота находилась в форме нитратов

При совместном использовании массы клевера и азотного удобрения значительно усиливалась минерализация азота растительного материала Содержание меченого минерального биологического азота в почве в варианте с добавлением сульфата аммония в первые два срока определений было соответственно в 3,0 и 2,5 раза выше по сравнению с внесением в почву только НМ клевера, но через 1,5 месяца этого различия не наблюдалось Применение ингибитора нитрификации практически не сказалось на содержании в почве в минеральной формет внесенного по фону РК меченого азота клевера Соотношение форм минерального азота при

Продолжительность компостирования (сутки)

15 30 45 62

Рис.6. Дннамика изменения содержания минеральных форм меченого азота надземной массы клевера в почве в ходе компостирования. Лабораторный опыт. А- содержание, мг/кг; Б - в % от суммы минерального азота. 1-4 соответственно варианты фон+НМ клевера, фон+НМ клевера+ДЦД, фон+Ш+НМ клевера, фон+Ыа+НМ кпевера+ДЦД

12. Изменение баланса меченого азота надземной массы клевера* в

Вариант опыта Меченый азот НМ клевера

осталось в почве потери ■

• всего "в т. минер фо| ч. в альной рме

мг 100г •/«от внесенного мг 100г %ог внесенного мг 100г %от внесенного

Фон - известь по 2/3 Нг 15 суток компостирования '

Фон + НМ клевера 12,4 86 0,9 6 2,1 14

Фон + НМ клевера + ДЦД 12,6 87 1,0 7 1,9 13

Фон + N8 + НМ клевера 13,7 94 2,7 19 0,8 6

Фон + N8 + НМ клевера + ДЦД 13,8 95 3,5 24 0,7 5

30 суток компостирования

Фон + НМ клевера 11,6 80 1,7 12 2,9 20

Фон + НМ клевера + ДЦД 12,0 83 12 2,5 17

Фон + Ка + НМ клевера 12,0 83 4,3 30 2,5 17

Фон + \'а + НМ клевера + ДЦД 12,6 87 4,4 30 1,9 13

* - Дом мота в составе НМ клевера - 14,3 мг/100 г. почвь

этом существенно не изменялось, чотя абсолютные ко шчества меченого аммонийного азота клевера в почве несколько возрастали Дициандиамид активно тормозил нитрификацию минерализовавшегося меченого азота клевера на протяжении 1,5-2 месяцев и снижал его потери за период компостирования на 14-24%, или на от внесенного по фону РК и на 4% от внесенного в сочетании с равной дозой минерального азога (габл 12)

Внесение дополнительного количества уперода в составе массы клевера усиливало иммобилизацию азота удобрения (рис 7) К концу эксперимента содержание меченого азота удобрения в минеральных формах и долевое участие аммонийного и нитратного азога при применении Ыа по фону РК и при совместном использовании с растительной массой клевера практически не различались

100 80 fe 60 S 40 20 0

■ HM03I □ NM-W

1234 1234 1234 1234

Продолжительность компостирования (сутки)

15 30 45 62

100% 80% 60% 40% 20% 0%

7¡ ñ DI

■ NMOB NN-M

4

1234 1234 1234 1234

Продолжительность Компостирования (cvtkh)

15 СО 45 Ь2

Рис.7. Динамика изменения содержания минеральных форм меченого азота сульфата аммония в почве в хоте компостирования. Лабораторный опыт. Л - содержание, мг/кг; Б - в °¿ от суммы минерального átomo.

1-4 соответственно варианты фон+Sa, фоп+Уа+ДЦД, фон+Sa+HM клевера, фон+Va+HM кпевера+ДЦД.

Ингибитор нитрификации обеспечивал сохранение внесенного меченого азота удобрения в вариантах отдельного и совместного применения с ИМ клевера преимущественно в аммонийной форме на всем протяжении времени опыта (рис 7) и снижал потери азота сульфата аммония на 6-4% oí внесенного кочичества (габ 13)

13. Изменение баланса меченого азота сульфата аммония* & почве при компостировании. Лабораторный опыт. *

Вариант опыта Меченый азот удобрения ■. :■ .

осталось в почве ■ потери

всего в т. ч. в минеральной форме

мг ЮОг %от внесенного мг ЮОг % от внесенного мг ЮОг %ОТ внесенного

Фон - известь по 2/3 Нг 15 суток компостирования

Фон + Ыа 9,6 66 8,5 59 4,9 34

Фон + N8 + ДЦД 10,4 72 9,5 66 4,1 28

Фон + N8 + НМ клевера 12,5 86 5,2 36 2,0 14

Фон + N8 + НМ клевера + ДЦД 12,8 88 6,9 48 1,7 12

30 суток компостирования

Фон + № 9,0 62 8,4 58 5,4 38

Фон + Ыа + ДЦД 9,9 68 9,4 65 - 4,6 32

Фон + \'а + ИМ клевера 8,9 61 5,1 35 5,6 39

Фон + Ыа + ИМ клевера + дид 10,1 70 6,2 43 4,4 30

*-Доза азота удобрения - 14,5 мг/100 г. почвы

■ » _ •'■•.. .. '

ВЫВОДЫ

1. Использование , ячменем внесенного в дерново-подзолистую почву меченного 15N азота надземной массы и пожнивно-корневых остатков бобовых культур происходит постепенно по мере его минерализации и участие биологического азота в общем потреблении этого элемента

. растениями в течение вегетации возрастает вплоть до созревания зерна. Меченый азот бобовых сразу же вовлекается в внутрипочвенный минерализационно-иммобилизационный цикл азота, ускоряет его оборачиваемость, при этом часть внесенного в почву биологического азота теряется.

2. Разложение растительной массы бобовых культур в почве происходит наиболее интенсивно в первый, месяц .после внесения, высвобождающийся азот не накапливается в почве в минеральной форме, поскольку подвергается иммобилизации,-используется растениями и теряется в ходе нитрификации и последующей денитрификации. ,

3. Коэффициенты использования (КИ) ячменем меченного "И азота тонкоразмолотой воздушно-сухой надземной массы гороха, надземной

массы и пожнивно-корневых остатков клевера (с соотношением С N соответственно 20, 24 и 19) составили 12-21% от; внесенного, а расчитанные разностным методом - 21-27% Внесение растительной массы бобовых культур усиливало мобилнзашно и потребление растениями почвенного азота (по отношению к фону РК в среднем по всем опытам на 20%)

4 При совместном внесении изучавшихся источников биологического азота с азотным удобрением (Ыа) в равных и половинных до »ах КИ ячменем меченого азота бобовых возрастали до уровня испольювания меченого азота удобрения (35-46%), но оставались значительно ниже рассчитанных разностным методом КИ ячменем азота полных доз На. внесенного без растительной массы (68-81%) Добавление растительной массы бобовых культур к полной дозе Иа снижало КИ ячменем меченого азота удобрений до 21-28% от внесенного количества

5 Различия в исходном отношении С N в растительной массе бобовых культур в интервале 19-24 не оказало существенного влияния на использование ячменем внесенного по фону РК биологического азота и азота почвы С возрастанием отношения С N с составе применявшихся источников биологического и минерального азота уменьшался обший вынос азота с урожаем ячменя и снижались размеры потребления растениями почвенного азота (в тч дополнительного по сравнению с фоном РК)

6 Абсолютные размеры иммобилизации и ее доля в структуре баланса меченого азота минерального удобрения повышались пропорционально увеличению отношения С N в составе совместно применявшихся источников минерального и биологического азота Иммобилизация азота удобрения в почве особенно усиливается в первые 2-3 недели носче внесения растительной массы бобовых н сопровождается более интенсивной минерализацией ее органического вешества В последующий период вегетации ячменя иммобилизованныи азот удобрения частично ремннерализуется и потребляется выращиваемой культурой, а также вновь включается в процессы трансформации и потерь

7 Газообразные потери меченого азота удобрения составляли 4"*% от внесенного по фону РК и резко снижались при сочетании поповнннмх № 1 биологического и минерального азота (до 26%) Потери меченою л «от 1 надземной массы клевера составили около 20°о от внесенного «с» добавления минерального азота по фону РК и уменьшались г ,>н совместном внесении с Ча до 8%

8. Применение ингибитора ДЦД, активно тормозящего нитрификацию в почве на протяжении 1,5-2 месяцев, обеспечивало снижение потерь не

: только внесенного азота аммонийного удобрения (до38%),. но и практически в той же мере ограничивало потери минерализовавшегося в почве меченого азота клевера. Одновременно увеличивалось потребление ячменем внесенного меченого азота или его количество, оставшееся в почве после уборки урожая. В последействии использование растениями азота надземной массы клевера, составило 5% от первоначального , внесенного количества и не зависило от предшествующего применения ингибитора нитрификации..

9.. .Под влиянием ингибитора нитрификации ДЦД (применявшегося в , вегетационных и инкубационном опытах по фону РК и в сочетании с , изучавшимися источниками биологического азота в дозе 10% от полной дозы азота) не снижалась мобилизация почвенного азота, а также использование ячменем "экстра-азота", В то же время под действием ингибитора обеспечивалась временная консервация минерализуемого азота почвы в аммонийной форме и создавались предпосылки для снижения его потерь вследствие денитрификации. ,

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Серегин В.В. Использование растениями меченого азота удобрения и накопленного бобовыми биологического азота в зависимости от применения ингибиторов нитрификации.. // Бюлл. ВИУ А.,— 1998.4 -Вып. 111..— С. 14-15. • . .

2. - Серегин В.В. Использование ячменем меченого азота удобрения при :. внесении растительных остатков бобовых и применении .ингибитора

нитрификации. // Бюлл. ВИУ А. - 1999. - Вып.112. - С. 29-30.. ;

3. Серегин В.В. Трансформация в почве и использование растениями

• меченого биологического азота. // Бюлл. ВИУА. — 2000. - Вып.113. — С. . ' 93-94.. , . ■ . , Л

4. Янишевский Ф.В., Королева Т.А., Серегин В.В. Модификация метода Тюрина для определения содержания углерода в растительном материале. // Агрохимия. - 2000. - №3. - С. 78-80.

5. Серегин В.В., Янишевский Ф.В., Муравин Э.А. Использование ячменем меченого азота растительной массы бобовых культур с различным отношением С:Ы , при применении ингибитора нитрификации. . // Агрохимия. - 2000. - №6. . ■

Объем 1,5 печ т

Зак 270

Тираж 100 Jкз

Типография Издательства МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул , 44