Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Последействие различных систем удобрений на азотный режим дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Бычкова, Лада Анатольевна, Москва

й'- 90 - 3 /%Ч5

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

Факультет почвоведения

На правах рукописи УДК 631.445.24: 631.84: 631.46

БЫЧКОВА Лада Анатольевна

ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА АЗОТНЫЙ РЕЖИМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук

В.С.Егоров

Москва, 1999

Содержание:

Введение.........................................................................................................4

Обзор литературы

Глава 1. Влияние удобрений на азотный режим дерново-подзолистых почв

...........................................................................................................................5

Глава 1.1. Денитрификация и газообразные потери азота из почвы...... 14

Глава 1.2. Несимбиотическая азотфиксация в почве..............................24

Глава 1.3. «Дыхательная» активность почвы..........................................36

Глава 2. Влияние удобрений на продуктивность ячменя..........................45

Экспериментальная часть

Глава 1. Объекты и методы исследований.................................................52

Глава 2. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой средне-суглинистой известкованной почвы.............................................................59

Глава 3. Последействие различных систем удобрения и вновь вносимого азотного удобрения на азотный режим почвы и продуктивность ячменя... 62 Результаты исследований в условиях вегетационного опыта. Глава 3.1. Последействие различных систем удобрения на азотный

режим почвы в блоке без растений..............................................................62

Глава 3.2. Последействие различных систем удобрения на азотный

режим почвы при внесении азотного удобрения в блоке без растений......82

Глава 3.3. Последействие различных систем удобрения на азотный режим почвы без последующего внесения удобрений и с внесением

минерального азота в блоке с растениями.................................................102

Глава 3.4. Последействие различных систем удобрения и вновь вносимого азотного удобрения на продуктивность ячменя......................125

Результаты исследований в условиях полевого опыта. Глава 3.5. Последействие различных систем удобрения (1-й год последействия) на некоторые показатели азотного режима почвы и

продуктивность ячменя...............................................................................138

Глава 4. Последействие различных систем удобрения (2-й год последействия) и вновь вносимых азотного и полного (NPK) минеральных удобрений на некоторые показатели азотного режима почвы и продуктивность вико-

овсяной смеси.............................................................................................147

Глава 4.1. Последействие различных систем удобрения и вновь вносимых минеральных удобрений (N и NPK) на некоторые показатели

азотного режима почвы в блоке без растений...........................................147

Глава 4.2. Последействие различных систем удобрения и вновь вносимых минеральных удобрений (N и NPK) на некоторые показатели

азотного режима почвы в блоке с растениями..........................................154

Глава 4.3. Последействие различных систем удобрения и вновь вносимых минеральных удобрений (N и NPK) на продуктивность вико-овсяной смеси..............................................................................................161

Выводы.......................................................................................................167

Список литературы...................................................................................169

Приложение................................................................................................211

Введение.

Современное сельское хозяйство невозможно без применения удобрений и, очевидно, они будут оставаться в обозримом будущем одним из главных рычагов повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. В Нечерноземной зоне нашей страны, например, долевое участие удобрений в формировании урожая сельскохозяйственных культур составляло (до 1991 г.) около 60 % (Вовкотруб и др., 1991). Так как азот является одним из основных факторов, лимитирующих урожай растений на дерново-подзолистых почвах, то повышение продуктивности земледелия в Нечерноземной зоне связано с улучшением азотного режима почвы и азотными удобрениями. Устранение дефицита азота в почве связано с трудностями энергетического и экономического характера. Вместе с тем, современные требования по охране окружающей среды ставят перед наукой задачу о введении не только экономически эффективных, но и экологически обоснованных систем земледелия, т. к. нерациональное применение удобрений, особенно азотных, приводит к нарушению деятельности почвенной микробиоты, загрязнению атмосферы вредными окислами азота, нитратному загрязнению сельскохозяйственной продукции и воды и т. д.

Изучение процессов микробиологической трансформации азота на почвах разных типов, разной степени окультуренности, с учетом биологических особенностей возделываемых культур может быть весьма полезным в разработке таких систем удобрения, которые не только увеличат продуктивность сельскохозяйственных растений, но и не будут оказывать отрицательного влияния на микробиологические свойства почвы и качество продукции.

Обзор литературы.

Глава 1. Влияние различных удобрений на азотный режим дерново-подзолистых почв.

Интенсификация сельскохозяйственного производства в развитых странах мира привела к значительному увеличению средних урожаев культур. В странах с высоким уровнем применения удобрений (Германия, Великобритания, Франция, Венгрия и др.) урожайность зерновых, например, в настоящее время составляет более 4 т/га; при этом, от применения минеральных удобрений получают не менее трети сельскохозяйственной продукции. В Нечерноземной зоне нашей страны, по данным ЦИНАО, долевое участие удобрений в формировании урожая до 1991 г. составляло около 60 %. В условиях общего кризиса экономики в России объем валовой продукции сельского хозяйства в 1995 г., по сравнению со среднегодовым в 1986-1990 гг., сократился на 33 %. Наблюдается явная тенденция к снижению содержания в почве питательных веществ и гумуса, так как для поддержания их бездефицитного баланса необходимо ежегодно вносить 1 млрд. т органических и 16.5 млн. т д.в. - минеральных удобрений, а фактически вносится, соответственно - 150-170 млн. т и 1.5 млн. т (Вовкотруб и др., 1991; Войтович, 1997).

В Нечерноземной зоне России в пашне преобладают дерново-подзолистые почвы - на их долю приходится 17-18 млн. га. Данные агрохимических обследований свидетельствуют, что две трети площадей сельскохозяйственных земель нуждаются в известковании, около одной шестой площадей - это сильнокислые и очень сильнокислые почвы, и, кроме этого, более одной трети пахотных земель Нечерноземной зоны содержат менее

2 % гумуса. Хотя в период с 1977 по 1992 гг. на пахотных почвах Нечерноземной зоны резко снизились площади с очень низким и низким содержанием фосфора и калия, свыше 90 % почв имеют все же недостаточную обеспеченность подвижным фосфором и более 75 % - обменным калием (Шафран, Авдеев, 1992; Войтович, 1997).

Многочисленными исследованиями (Прянишников, 1945; Романов, 1969; Алтунин, 1973; Сапожников, Корнилов, 1977; Филимонов, 1977; Кореньков и др., 1980; Гамзиков и др., 1989; Кудеяров, 1989; Шафран, 1995; и др.) установлено, что в почвах Нечерноземной зоны азот, как правило, находится в первом минимуме среди питательных элементов растений. В дерново-подзолистых почвах содержание общего азота колеблется от 0.10-0.16 % в суглинистых до 0.08-0.13 - в супесчаных и 0.07-0.10 % - в песчаных почвах. Из общего количества почвенного азота 93-95 % приходится на органические соединения, которые практически недоступны растениям. В результате деятельности микроорганизмов, осуществляющих процессы аммонификации и нитрификации, запасы минерального азота в почве пополняются. Суммарное содержание фракций легко- и трудногидролизуемого азота, представляющего собой гидроли-зуемый азот почвы, также может служить источником пополнения его минеральных форм. Сумма гидролизуемых форм азота в пахотном горизонте почвы составляет приблизительно 14-23 % общего азота. Количество минеральных соединений азота - нитратов, нитритов, водорастворимого и обменно-поглощенного аммония в дерново-подзолистых почвах составляет лишь 1-3 % от его валовых запасов (Кулаковская, 1990).

В совокупности показателей азотного состояния почв основная роль принадлежит органическому веществу или гумусу, определяющему ее водно-физические и биологические свойства. Суждения о роли органиче-

ских и минеральных удобрений в поддержании и накоплении гумуса в почве весьма противоречивы, однако большинство исследователей сходятся на том, что наиболее оптимальным вариантом является их совместное внесение в почву.

В работах В.Ф.Ладонина с соавт. (1989) под влиянием длительного внесения удобрений (МРК) содержание общего гумуса в почве имело тенденцию к увеличению, при этом долевое участие гуминовых кислот в общем составе гумуса возросло с 20.8 до 24.5-30.0 %. Многолетнее возделывание культур без применения удобрений в опытах О.В.Сдобниковой и Л.Л.Яговенко (1987) привело к снижению запасов гумуса в верхнем слое почвы на 0.37 %, а содержание общего азота уменьшилось на 0.023 %. Внесение минеральных удобрений в одинарной дозе Ыз^РбоКбо не обеспечивало бездефицитного баланса гумуса. Применение торфонавозного компоста (10 т/га) совместно с одинарной дозой минеральных удобрений на фоне извести стабилизировало содержание гумуса и азота в верхнем слое почвы, а при увеличении вдвое и втрое доз минеральных удобрений на фоне такого же количества органических появлялась тенденция к накоплению гумуса по всему слою почвы. В опытах Н.Я.Ярыгиной с соавт. (1992) за 10 лет применения минеральных удобрений снижение содержания гумуса в почве составило 0.59 %; при внесении органических удобрений в почву снижение содержания гумуса составило 0.08 % за тот же период времени; влияние сочетания минеральных и органических удобрений имело промежуточный характер. В опытах Г.Е.Мерзлой и др. (1996) за ротацию севооборота (11-польный) содержание гумуса в почве без удобрений снизилось на 0.24 %. Применение навоза, даже в максимальной дозе (175 т/га), не обеспечивало поддержания запасов гумуса на исходном уровне (2.0-2.3 %). Совместное внесение навоза с минеральными удобрениями сокращало убыль гумуса, и эта

тенденция усиливалась по мере увеличения доз удобрений. Аналогичные данные были получены в других исследованиях (Прудников и др., 1982; Касицкий, Хлыстовский, 1988; Евдокимова и др., 1992).

Известно, что внесение азотных удобрений, особенно в высокой дозе, увеличивает содержание подвижных и гидролизуемых форм азота в почве, однако, часто это не только не ведет к улучшению ее азотного режима, но даже может быть причиной его дисбаланса, при этом могут ухудшаться другие свойства почвы (Авдонин, 1969; Асарова, 1976; Лебедева и др., 1976, 1984; Смирнов, 1982; Шевцова и др., 1983; Иванова, Шорин, 1984; Mattson, 1988; Небольсина и др., 1989; Wani et al., 1991; Шафран, Авдеев, 1992; Безносиков, 1997).

Улучшение азотного состояния почв связано с целым комплексом агрохимических показателей: содержанием фосфора и калия, кислотностью почвы, степенью насыщенности ее основаниями и т. д. Например, накопление «биологического» азота в почве зависело от ее кислотности и содержания фосфора (Matsuguchi, Tangcham, 1974; Коган и др., 1983). В модельных опытах Н.Н.Семененко (1992), при оптимизации реакции почвенной среды, увеличении содержания фосфора и калия, увеличивалось содержание гумуса и минерального азота в почве. В опытах В.И. Никити-шена и др. (1997) равновесие между минерализацией и новообразованием гумуса наблюдалось только при высокой обеспеченности почвы фосфором и калием. Аналогичные результаты были получены Г.А.Чуян и С.И.Чуян (1993).

Оптимизация всех агрохимических и физико-химических показателей почвы возможна лишь при систематическом применении удобрений, хотя результаты многолетнего внесения их в почву неоднозначны. В опытах В.Ф.Ладонина и А.М.Алиева (1996) за 30 лет ежегодного внесения минеральных, органических удобрений и извести содержание гумуса в

почве увеличилось с 1.58 до 1.97 %, рН(СОл) - от 4.3 до 5.4, Н(ГВДР.) - от 4.6 до 2.4 мгэкв/100 г, степень насыщенности основаниями - от 64 до 83 %. Содержание подвижного фосфора увеличилось от 2.1 до 17.0 мг/100 г почвы, а обменного калия от 11.3 до 17.4 мг/100 г почвы. Изменение всех агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы после 37-летнего внесения (ИРК^, (МРК)245 + 6 т/га органического удобрения и возрастающих в 2-3 раза доз минеральных удобрений отмечается в работе Р.П.Макариковой (1996): содержание гумуса в почвах повысилось на 3.03.8 %, валового органического фосфора - на 20 %, подвижных и легкорастворимых фосфатов - в 1.5-3.0 раза. В длительных опытах (45 лет) на дерново-подзолистой почве совместное внесение извести, органических и минеральных удобрений улучшало все физические и химические показатели почвы: практически устранялась актуальная кислотность, повышалась буферная способность; содержание гумуса увеличивалось в 2.0-2.5 раза, его тип при этом изменялся с фульватного на гуматно-фульватный; активность уреазы и нитрифицирующая способность почвы увеличивалась в 2-3 раза, а потенциальная способность нитрификации - в 10 раз (Гомонова, 1996). Заметные улучшения физико-химических и агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы в результате многолетнего внесения минеральных и органических удобрений наблюдались в других опытах (Кулаковская, Детковская, 1979; Ефимов и др., 1980; Никитишен и др., 1996; Холзаков, 1996).

В то же время, работами некоторых исследователей было показано, что длительное применение даже полного минерального удобрения на кислых дерново-подзолистых почвах может приводить к нежелательным изменениям ее агрохимических и физико-химических показателей (Ревут и др., 1971; Мирошников, Писарева, 1981; Жукова и Благовещенская, 1981; Прокопович, 1981; Байбеков, 1992; Пивоваров и др., 1995; Безносиков,

1997). Например, Г.Е.Пивоваров с соавтор. (1995) отмечают, что длительное применение аммиачной селитры и хлористого калия, а также их сочетания приводило к резкому увеличению всех видов кислотности. В опытах Р.Ф.Байбекова (1992) внесение полного минерального удобрения в высоких дозах было причиной значительного уплотнения почвы и ухудшения ее газового режима. В результате исследований, проведенных В.А.Безносиковым (1997) на подзолистых почвах, было обнаружено, что при систематическом внесении средних и высоких доз азотных удобрений на фоне РК снижалось содержание гумуса в почве и степень насыщенности ее основаниями, повышалась гидролитическая кислотность, разрушалась структура почвы.

Азотный режим почвы тесно связан с активностью микробиологических процессов - гумификацией органических остатков, вовлечению химических элементов из минералов литосферы в круговорот при минерализации органических остатков из гумуса, биологической фиксацией азота и денитрификацией, «дыхательной» активностью, значение которых для биосферы можно сопоставить с процессом фотосинтеза.

В опытах А.С.Башкова и Л.Г.Комаревцевой (1989) при систематическом совместном внесении в почву органических и минеральных удобрений общее количество микроорганизмов увеличивалось, по сравнению с контрольным вариантом, в 2-3 раза, причем количество актиномицетов, наличие которых является важнейшим условием гумусонакопления, увеличилось с 1.8 до 2.3-3.3 млн/г почвы. При внесении возрастающих доз только минеральных удобрений (азотных) Л.М.Самохваловым и Г.В.Карван (1995) было установлено весьма незначительное снижение биологической активности почвы как в пару, так и в посеве растений. Улучшение практически всех биологических свойств почвы, увеличение индекса биоразнообразия микроорганизмов за счет внесения минеральных,

органических, и, особенно, сочетания этих видов удобрений отмечалось также в работах В.Е.Коваленко и В.И.Чабана (1995), Е.С.Василенко и С.Г.Галицы (1995), А.И.Столярова и Н.А.Безуглова (1995), В.П.Цюпки (1996), Н.Ф.Гомоновой (1996) и др.

Многие исследователи считают, что влияние минеральных удобрений на микробиологические свойства почвы зависит от дозы их внесения в почву. Т.Г.Мирчинк и В.С.Гузев (1984), анализируя многочисленные данные о последействии систематического применения минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах показали, что при нерациональном их использовании наблюдается переход микробной системы из гомеостатического состояния в стрессовое. При дозе минеральных удобрений выше 300 кг д.в./га (без известкования) микроорганизмы синтезируют и выделяют в почву физиологически активные вещества, угнетающие растения и беспозвоночных животных. Эффект микробного токсикоза, как считают авторы, возможен в любых типах почв, однако в малобуферных кислых дерново-подзолистых почвах он проявляется в наибольшей степени. В опытах Н.В.Гаврилкиной и И.Б.Захаровой (1995) использование аммиачной селитры в дозах 10-60 кг/га не вызывало изменений численности и состава микрофлоры дерново-подзолистых почв, однако в дозах 120-