Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Превращение и использование растениями аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Превращение и использование растениями аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов дерново-подзолистой почвы"

^Г На правах рукописи

«V \

ИЛЬЮК Елена Николаевна

ПРЕВРАЩЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТЕНИЯМИ АММОНИЙНОГО И НИТРАТНОГО АЗОТА ИЗ РАЗНЫХ ГОРИЗОНТОВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 06.01.04 — Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

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

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В. И. Никитишен; кандидат биологических паук, доцент Н. Г. Ракипов.

Ведущая организация — Всероссийский НИИ удобрений и агропочвоведения имени Д. Н. Прянишникова.

Защита состоится <*Р. . декабря 1997 года в часов

на заседании диссертационного совета Д 120.35.02 в Московской сельскохозяйственной академии имени К- А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан ."? . . ноября 1997 г.

Ученый секретарь ^р __ —у

диссертационного совета—

кандидат биологических наук Говорина В. В.

1. Общая характеристика работы. Актуальность проблемы.

Проблема азота в земледелии России является одной из основных в связи с важной ролью азота в питании растений, повышении урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также вследствие отрицательного влияния продуктов трансформации азотных удобрений на окружающую среду. Только на основе комплексного подхода к изучению процессов трансформации азота во внутрипочвенном цикле и в системе «почва-растение» возможно решение проблемы оптимизации азотного питания. Применение азотных удобрений обеспечивает около половины общей прибавки урожаев, но и ставит перед сельским хозяйством ряд новых сложных задач. Эти задачи связаны с нарушением экологического равновесия окружающей среды и деградацией почвенного плодородия.

Агроэкологические проблемы применения азотных удобрений обусловлены низким коэффициентом использования азота растениями и миграции различных азотосодержащих соединений за пределы системы «почва-растение», вызывающих загрязнение биосферы.

В связи с этим становится актуальным повышение эффективности использования азота на основе всестороннего изучения процессов его трансформации в почве, оценки доступности растениям азота почвы и удобрений.

Научная новизна.

На основе трехлетних комплексных исследований трансформации азота почвы в системе «почва-растение» с применением изотопной методики и современных физико-химических методов анализа получены новые экспериментальные данные и сделаны теоретические обобщения о характере и степени влияния на структуру баланса

минерапьного азота почвы различных агротехнических, агрохимических, мелиоративных условий.

Впервые с использованием стабильного изотопа 15Ы подробно изучены особенности превращения минерального азота в зависимости от глубины его расположения в корнеобитаемом слое почвы. Определены реальные коэффициенты и динамика использования растениями аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов дерново-подзолистой почвы. Показана неравноценность в азотном питании растений разных форм минерального азота пахотного и подпахотного слоев дерново-подзолистой почвы.

Практическая значимость.

Установленные с использованием изотопа закономерности превращения минерального азота в различных горизонтах почвы позволили на научной основе совершенствовать приемы оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур .повысить эффективность применения азотных и органических > добрений и снизить опасность загрязнения окружающей среды.

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

Основные результаты исследований докладывались на ежегодных заседаниях Ученого совета кафедры агрономической и биологической химии. По теме диссертации опубликовано 2 научные работы.

2. Условия и методика проведения исследований.

Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур является важнейшим фактором, определяющим

урожайность и качество продукции. При этом большое влияние на рост и развитие растений оказывает содержание минерального азота в почве в начале вегетационного периода.

Известно, что почвенная диагностика является достаточно надежным методом определения потребности сельскохозяйственных культур в азотном питании и удобрении. Но большая трудоемкость процесса отбора образцов почвы для анализа, особенно в подпахотных горизонтах, а также слабая изученность вопроса о размерах использования растениями минерального азота из разных слоев почвы существенно ограничивает применение этого метода (Кидин В.В., Замараев А.Г., 1989).

Особенно важным в почвенной диагностике остается вопрос о доступности растениям аммонийного и нитратного азота из разных слоев почвы. Несмотря на широкие исследования (Кореньков Д.А., Руделев Е.В., Кузнецов A.B., 1986; Корчагина Ю.И., Шафран С.А., 1988; Мальцев В.П., 1988; Пискунов A.C. Кожухова М.М., 1988 и др.), вопрос о преимущественном использован, .и растениями разных форм минерального азота почгы до настоящего времени остается открытым.

Следует отметить, что недостаточное количество экспериментальных данных не позволяет в настоящее время реально оценить долевое участие аммонийного и нитратного азота в питании растений на отдельных этапах развития в зависимости от их биологических особенностей и почвенно-климатических условий.

Задачей данной работы являлось изучение с помощью стабильного изотопа l5N размера и динамики потребления, структуры баланса и степени использования растениями аммонийного и нитратного азота почвы из разных горизонтов без нарушения естественного характера трансформации минерального азота почвы.

С этой целью на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной Академии им. К.А. Тимирязева нами проведены лизиметрические исследования с дерново-подзолистой среднесуглинистой слабоокультуренной почвой, взятой из экспериментальной базы учхоза

"Михайловское" Московской области. В опытах использовали кукурузу - гибрид "Коллективный".

В качестве лизиметров использовались цилиндрические сосуды площадью 0,2 м2 и высотой 1м. Лизиметрические сосуды набивали почвой с сохранением естественной последовательности генетических горизонтов. Глубина пахотного слоя составляла 20 см, подпахотного переходного горизонта - 15-17 см и иллювиального горизонта -46-48 см. Исходная почва пахотного слоя характеризовалась следующими агрохимическими показателями: рН сол = 4,5 , гидролитическая кислотность Нг= 5,2 мг-экв/100 г, содержание гумуса 1,3%, содержание общего азота 0,07%, подвижного фосфора и обменного калия (по Кирсанову) соответственно 42 мг/кг и 52 мг/кг (Таблица 1). В таблице 2 представлены данные по среднему содержанию минерального азота в почве до закладки опыта, массе и плотности исследуемых почвенных горизонтов.

Таблица 1.

Агрохимическая характеристика почвы.

Рнсол Нг мгэкв/100 Гумус(по Тюрину) Мобщ подв. Р205 обм. К20

4,5 5,2 1,3% 0,07 % 42 мг/кг 52 мг/кг

Таблица 2.

Среднее содержание минерального азота в почве до закладки опыта

Глубина, см Содержание N мин Масса слоя, кг/лиз Плотность слоя, г/см3

мг/100 г кг/га

0-20 см 2,10 52 48 1,28

20-40 см 1,62 41 52 1,45

40-60 см 1,07 26 55 1,52

60-80 см 0,72 21 . 58 1,53

Перед закладкой опыта почва в лизиметрах была произвесткована карбонатом кальция полной дозой по гидролитической кислотности ( Нг= 5,2 мг-экв./ЮОг). В качестве фосфорных и калийных удобрений ежегодно использовали смесь одно- и двух-замещенного фосфата калия из расчета 120 кг/га Р205 и К20. Подкормку кукурузы азотом проводили в фазу 7-8 листьев немеченой аммиачной селитрой из расчета 80 кг Ы/га.

Исследования проводились при естественном увлажнении в двух объединенных единой схемой опыта лизиметрических блоках. Каждый из блоков состоял из 18 лизиметров, включал 6 вариантов в 3-х кратной повторности.

Для изучения размера использования растениями минерального азота, содержащегося перед посевом кукурузы в различных почвенных горизонтах, его метили небольшим количеством стабильного изотопа 15Ы путем внесения на глубину 10, 30, 50, 70 см ( в середину каждого из слоев 0-20 см, 20-40 см, 40-60 см, 60-80 см) раствора сульфата аммония (" ЫН 4) 2504 натриевой селитры На15 КОз с высоким обогащением |5Ы ( 93-95 ат. %) из р?с-чета 5-10 кг/га |5М->Ш4+ и 15Ы- ЫОз", что составляло 7-20% от содержания почвенного минерального азота в каждом слое или примерно 3-8% от содержания его в корнеобитаемом слое на период посева растений. В одном из вариантов в слой 0-20 см меченые сульфат аммония и натриевую селитру вносили с перемешиванием.

Минеральный азот почвы метили следующим образом: с помощью металлического стержня диаметром 8 мм делали равномерно по всей площади лизиметров 10 отверстий и на дно каждого отверстия вносили с помощью пипетки с удлинительной трубкой по 5 мм раствора меченных 15И сульфата аммония и нитрата натрия необходимой концентрации, после чего отверстия засыпали почвой и уплотняли.

Кукурузу возделывали на зеленую массу в количестве 6 растений на лизиметр. Посадку проводили в оптимальные для Московской области сроки. В течение вегетационного периода проводили два прореживания, в результате которых к моменту уборки в каждом лизиметре оставалось 4 растения. (Удаленные ростки кукурузы измельчались, высушивались и взвешивались

для последующего учета в основных расчетах). Кукурузу убирали в конце августа - начале сентября в фазу начала молочной спелости зерна.

После уборки растений ежегодно проводили отбор почвенных образцов из горизонтов, в которые вносили меченные ,5N сульфат аммония и натриевую селитру : 0-20 см, 20-40 см, 40-60 см, 60-80 см. Растительные образцы: измельчали, высушивали и взвешивали. В лабораторных условиях определяли содержание общего азота в растениях методом мокрого озоления ( по Кьель- ' далю). Определение общего азота в почве - по методу Кьельдаля, нитратного азота в почве - в щелочной среде по Деварду. Анализ изотопного состава азота проводили на масс-спектрометре МИ-1201В: Одновременно с опытными образцами анализировали изотопный состав взятых для исследований сульфат аммония и натриевую селитру. Разность между обогащением l5N образца и естественным природным содержанием 1SN (0,37 ат.%), которое определялось в холостом образце, составляет избыток атомного процента ,5N в азоте почвы или растения. С учетом избытка атомного процента рассчитывали коэффициент использования минерального азота растениями кукурузы в лизиметрическом опыте и содержание меченого азота в почве.

3. Результаты исследований.

Влияние минерального почвенного азота на урожай кукурузы.

Одно из важных мест среди комплекса природных и агрохи- • мических условий, обуславливающих высокие урожаи сельскохозяйственных культур, занимает обеспеченность растений азотом. На дерново-подзолистой почве продуктивность кукурузы определяется, в основном, уровнем азотного питания, при оптимальной обеспеченности растений фосфором и калием (Мосолова Н.В., Чернова Е.С., 1976). Эффективность удобрений в зоне достаточного увлажнения определяется также степенью «

\

обеспеченности растений азотом в отдельные периоды их роста и развития.

Проведенные нами лизиметрические исследования с применением меченных |5И сульфата аммония и натриевой селитры позволили установить степень доступности растениям минерального азота почвы в зависимости от глубины его расположения в корнеобитаемом слое.

Внесение в разные слои почвенного профиля небольших доз меченых сульфата аммония и натриевой селитры (из расчета 5-10 кг/га) на фоне ^оРпоКпо не оказало достоверного влияния на урожайность кукурузы. Средняя из 5-ти вариантов (различающихся по глубине заделки' меченного 15К аммонийного и нитратного азота) урожайность кукурузы колебалась по годам в пределах 939- 1149 г/лизиметр или 470-575 ц/га, НСРо,5 = 106 ц/га при внесении меченого сульфата аммония; и в пределах 963-1077 г/лизиметр или 482-539 ц/га, НСР0,5 = 92 ц/га при внесении меченой натриевой селитры (Таблица 3). Несмотря на недостоверность прибавки урожая кукурузы от внесения меченного 15Ы азота сульфата аммония и натриевой селитры ( 5-10 кг/га ), прослеживалась тенденция к увеличению урожайности в первый год исследований при внесении меченых сульфата аммония и натриевой селитры в слой 20-40 см, соответственно 1.131 г/лизиметр и 1077 г/лизиметр (565 ц/га и 539 ц/га). Из этого слоя использование минерального азота было выше, чем из других подпахотных горизонтов. Меньшее потребление растениями кукурузы азота происходило из слоя 0-20 см. Урожайность кукурузы составила 1024-1059 г/лизиметр (512-529 ц/га). В вариантах с внесением меченых сульфата аммония и натриевой селитры в слой 60-80 см урожайность снижалась до Из этого слоя использование минерального азота было выше, чем из других подпахотных горизонтов. Меньшее потребление растениями кукурузы азота происходило из слоя 0-20 см. Урожайность кукурузы составила 1024-1059 г/лизиметр (512-529 ц/га). В вариантах с внесением меченых сульфата аммония и натриевой селитры в слой 60-80 см урожайность снижалась до942-963 г/лизиметр (471-482 ц/га).

Урожайность зеленой массы кукурузы в лизиметрическом опы .е 1994-96 гг.. _

Внесение меченого 15Ы 1994 год г/лиз ц/га 1995 год г/лиз ц/га 1996 год г/лиз ц/га Среднее г/лиз ц/га

1. Контроль РК 769 789 384 394 780 786 390 393 795 750 398 375 781 775 391 387

2. в слой 0-20 см с перемеш. 1027 1038 513 519 1049 1040 524 520 1039 1028 520 514 1038 1035 519 518

3. в слой 0-20 см локально 1059 1024 529 512 1060 1035 530 517 1045 1000 523 500 1054 1020 528 510

4. в слой 20-40 см локально 1131 1077 565 539 1142 1076 571 538 1149 1054 575 527 1141 1069 570 535

5. в слой 40-60 см локально 960 1017 480 508 966 1012 483 506 951 990 475 495 959 1006 479 503

6. в слой 60-80 см локально 942 963 471 482 960 974 480 487 939 970 470 485 947 969 473 485

НСР о.5 ч/га 106 102 113 64 106 93

В числителе ( "ИЬЦ ) 2504 »

в знаменателе Ыа 15ЫОз .

Разница в значениях урожайности по вариантам опыта отразилась на значениях сухой массы растений кукурузы (Таблица 4). Аналогичная закономерность наблюдалась и в последующие годы. . .

В вариантах с внесением меченых сульфата аммония и натриевой селитры в пахотный слой 0-20 см с перемешиванием и локально наблюдались различия в значениях урожайности . Небольшое увеличение урожайности кукурузы (10-20 г/лизиметр или 5-10 ц/га) наблюдалось при использовании меченого нитратного

азота, внесенного с перемешиванием, по сравнению с вариантом с локальным внесением.

Таблица 4.

Вес сухой массы кукурузы в лизиметрическом опыте 1994-96 гг., г/лнзнметр_

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого

1. Контроль 140 143 140 141

РК 142 131 126 133

2. в слой 184 188 185 186

0-20 см 175 169 183 176

с перемеш.

3. в слой 186 189 185 187

0-20 см 170 184 175 176

локально

4. в слой 191 209 193 198

20-40 см 185 179 177 180

локально

5. в слой 159 173 152 161

40-60 см 165 162 166 164.

локально

6.в слой 157 163 155 158

60-80 см 149 169 164 161

локально

в числителе

в знаменателе № "N03

Увеличение урожайности кукурузы в такой же степени при использовании меченого аммиачного азота происходило в вариантах с внесением сульфата аммония локальным способом. Следствием внесения аммиачной селитры общим фоном ( 15И ) явилось не только увеличение урожайности в вариантах 2-6, но и увеличение выноса общего азота кукурузой. Содержание общего азота в растениях кукурузы по годам колеблется в пределах 1,1-1,4% по вариантам опыта (Таблица 5).

Содержание общего азота в сухой массе кукурузы, %

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого

1. Контроль РК 1,05 1,00 1,07 1,06 1,00 0,99 1,04 1,02

2. в слой 1,24 1,27 1,30 1,27

0-20 см 1,21 1,23 1,19 1,21

с перемеш.

3. в слой 1,26 1,29 1,31 1,29

0-20 см 1,24 1,22 1,20 1,22

локально

4. в слон 1,35 1,38 1,39 1,37

20-40 см 1,29 1,36 1,31 1,32

локально

5. в слой 1,17 1,15 1,19 1,17

40-60 см 1.12 1,11 1,09 1,11

локально

6. в слой 1,13 1,18 1,10 1,14

60-80 см 1,07 1,16 1,12 1,12

локально

в числителе

в знаменателе Ыа 15Ы03

Среднегодовой общий вынос азота составил 137 кг/га в вариантах с меткой слоя 20-40 см сульфатом аммония и 117 кг/га - Меткой этого же слоя нитратом натрия.

Вынос азота растениями кукурузы по годам не имел существенных различий и примерно равен среднегодовому выносу во всех вариантах опыта (Таблица 6). Тенденция к снижению выноса наблюдается при использовании азота с глубины 70 см (из слоя 60-80 см). В этом варианте значения выноса общего азота снизились до 87-88 кг/га как при использовании аммонийного, так и при использовании нитратного азота.

Вынос общего азота кукурузой (лизиметрический опыт 1994-96 гг.)_

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого

15Ы г/лиз кг/га г/лнз кг/га г/лиз кг/га г/лиз кг/га

1. Контроль 1,47 74 1,53 77 1,40 . 70 1,46 74

РК 1,42 71 1,39 69 1,25 63 1,35 68

2. в слой 2,28 114 2,39 119 2,41 121 2,36 118

0-20 см 2,12 106 2,08 104 2,19 110 2,13 107

с перемеш.

3. в слой 2,34 117 2,44 122 2,42 121 2,40 120

0-20 см 2,11 106 2,24 112 2,10 105 2,15 108

локально

4. в слой 2,58 129 2,88 144 2,70 135 2,72 136

20-40 см 2,39 120 2,43 122 2,31 116 2,38 119

локально

5. в слой 1,86 93 1,99 100 1,82 91 1,89 95

40-60 см 1,85 92 1,80 90 1,78 89 1,81 90

локально

б.в слой 1,77 88 1,92 96 1,71 86 1,80 90

60-80 см 1,59 79 1,96 98 1,83 92 1,79 89

локально

числителе (|5МН4)

в знаменателе Ыа "ЫОз

Более активное использование минерального азота растениями из слоя 0-40 см ( преимущественно из слоя 20-40 см) по сравнению с использованием его из нижних слоев 40-60 см и особенно из слоя 60-80 см подтвердили данные по урожайности и по выносу общего азота растениями кукурузы. Доля меченного 15Ы аммонийного и нитратного азота в общем выносе азота будет подробно рассмотрена в следующих главах.

Иепользования минерального азота растениями в зависимости от глубины его расположения в почве.

Лизиметрические исследования на дерново-подзолистой средне-суглинистой слабоокультуренной почве, проведенные с применением меченных |5Ы сульфата аммония и натриевой селитры, подтвердили факт неодинакового использования растениями азота, находящегося на различной глубине.

Данные по выносу минерального азота растениями кукурузы. обобщены в таблице 7. Наибольший вынос минерального азота почвы растениями кукурузы наблюдался из слоя 20-40 см. В первый год исследований растения использовали из этого горизонта 96 мг/лизиметр и 50 мг/лизиметр соответственно аммонийного и нитратного минерального азота почвы. Достаточно высокий вынос минерального азота растениями наблюдался из пахотного слоя 0-20 см, как при внесении сульфата аммония локально, так и с перемешиванием: 59-74 мг/лизиметр - аммонийного азота и 43-46 мг/лизиметр - нитратного азота. Наименьшее содержание азота в растениях было в вариантах с использованием его из нижних слоев 40-60 см и 60-80 см. При внесении аммонийного азота в слой 40-60 см его содержание в растениях снижалось на 56 мг/лизиметр по сравнению с данными при внесении его в слой 20-40 см, а нитратного - на 23 мг/лизиметр. Содержание в растениях аммонийного азота и нитратного азота при использовании его из слоя 60-80 см снизилось примерно в 5 раз. Аналогичная картина наблюдалась и в последующие годы исследований.

Учитывая количество внесенных меченных 15Ы сульфата, аммония и натриевой селитры (соответственно 200 и 113 мг/лизиметр), были получены значения коэффициентов использования минерального азота растениями из разных горизонтов почвы. Исследованиями установлено, что коэффициенты использования минерального азота зависят от глубины его расположения в корнеобитаемом слое почвы.

Наиболее высокие коэффициенты характерны для пахотного и ближайшего подпахотного слоев, в более глубоких горизонтах

они значительно меньше. Данные, приведенные в таблице 8, показывают, что растения кукурузы наиболее полно используют содержащийся перед посевом минеральный азот почвы из подпахотного слоя 20-40 см, аммонийный азот 48-53% и нитратный азот - 44-49%.

Таблица 7.

Содержание в растениях кукурузы меченого

15Ы минерального азота, мг/лизиметр

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого "Ы

2. в слой 59 70 73 67

0-20 см 43 47 48 46

с перемеш.

3. в слой 74 82 76 77

0-20 см 46 50 49 48

локально

4. в слой 96 106 97 100

20-40 см 50 54 55 53

локально

5. в слой 40 50 ' 49 46

40-60 см 27 31 30 29

локально

б.в слой 20 24 23 22

60-80 см 9 10 8 9

локально

в числителе

в знаменателе Иа ,5ЫОз

Коэффициенты использования аммонийного и нитратного азота из пахотного слоя 0 20 см на 5-7% ниже, чем из слоя 20-40 см, из более глубоких слоев почвы - 40-60 см и 60-80 см - они снижаются в 2-5 раз. Внесение меченых сульфата аммония и натриевой селитры в слой 0-20 см локальным способом не имело существенного преимущества перед внесением их в этот слой с Перемешиванием. Коэффициенты использования как аммонийного , так и нитратного азота в варианте с внесением

метки локально были на 3-5% выше по сравнению с коэффициентами в вариантах, где меченый азот вносили с перемешиванием. Наиболее полное использование почвенного азота растениями из слоя 0-40 см может быть связано с тем, что основная масса корней кукурузы сосредоточена в этом слое. Аммонийный и нитратный азот при внесении его в верхние .о-ризонты 0-20 см и 20-40 см неодинаково использовался растениями. В среднем коэффициенты использования нитратного азота растениями кукурузы на 5-7% выше, чем аммонийного, что согласуется с данными Кидина В.В., Ионовой О.Н.(1992), Цы-бульки H.H. (1996). Использование нитратного азота растениями из пахотного слоя в среднем превышало использование аммонийного азота на 4-5%, из слоя 20-40 см растения преимущественно использовали аммонийный азот. Значениях коэффициентов использования аммонийного и нитратного азота из слоя 20-40 см составили соответственно 48-53% и 44-49%. 3 вариантах с использованием минерального азота из нижних слоев 40-60 см и 60-80 см существенных различий в значениях коэффициентов использования аммонийного и нитратного азота удобрений не наблюдалось. Разница в значениях - 2-3%. Лучшее использование нитратной формы азота можно объяснить большим закреплением аммония в органической форме и фиксации его глинистыми минералами.

Таким образом, полученные с помощью стабильного изотопа 15N данные свидетельствуют о преимущественном поступлении в растения почвенного минерального азота пахотного и подпахотного слоев.

Следует отметить, что в отечественной и зарубежной агрохимической практике почвенная диагностика минерального питания сельскохозяйственных культур проводится без дифференцированного учета доступности растениям отдельных элементов питания из разных горизонтов почвы. Полученные нами экспериментальные данные позволяют сделать заключение, что сложившееся в литературе мнение об идентичности путей трансформации и доступности растениям минерального азота почвы справедливо лишь в пределах одного и того же слоя, например пахотного. Превращение минерального азота в

подпахотных горизонтах по сравнению с пахотным имеет спои особенности, которые следует учитывать при корректировке доз удобрений и разработке мероприятий по охране окружающей среды.

Трансформация аммонийного п нитратного азота почвы и структура его баланса.

Изучение азотного баланса почв и азотного питания растений - одна из центральных проблем почвоведения и агрохимии. От ее правильного решения зависит урожайность полей и сохранение почвенного плодородия при многолетней эксплуатации земель. Основная масса почвенного азота заключена в недоступных растениям сложных органических соединениях, которые минерализуются очень медленно. Это обстоятельство приводит к необходимости подкармливать растения вносимыми в почву азотными удобрениями. Отсутствие четких данных о превращениях аммонийного и нитратного азота на различной глубине почвенного профиля, а также степени доступности растениям минерального азота из различных слоев почвы ограничивает возможности почвенной диагностики обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом.

Полученные нами данные позволяют более полно охарактеризовать пути трансформации аммонийного и нитратного азота, находящегося на различной глубине почвенного профиля.

Результаты исследований показали, что наибольшее закрепление минерального азота происходило в слое С 20 и 20-40 см. В среднем за 3 года содержание аммонийного азота в слое 0-20 см составило 81-89 мг/лизиметр, нитратного 32-37 мг/лизиметр, что с учетом внесенного количества меченых сульфата аммония и натриевой селитры (200 и 113 мг/лизиметр) в почве закрепилось соответственно 40-46% и 27-34% минерального азота (Таблица 8). Содержание аммонийного и нитратного азота в слое 20-40 см также было достаточно высоким : 63 мг/лизиметр и 20 мг/лизиметр соответственно. Закрепилось в этом слое 29-34% аммонийного азота и 16-19%

нитратного. В нижних слоях 40-60 см и 60-80 см закрепление аммонийного и нитратного азота снижалось в 2-3 раза и составляло для слоя 60-80 см 14-16 % для аммонийного и 9-11% для нитратного азота.

Таблица 8.

Структура баланса меченого аммонийного и нитратного азота в лизиметрическом опыте 1994-96 гг., % от внесенного

Внесенне Коэфф. использо- Закрепилось в Дефицит азота

меченого вания азота почве

азота ,5Ы растениями

в слои 1994 1995 1996 1994 1995 1996 1994 1995 1996

почвы год год год год год год год год год

0-20 см 32 35 37 40 42 40 28 23 23

с перемеш 38 41 42 32 34 32 30 25 26

0-20 см 37 41 38 43 45 46 20 14 16

локально 41 44 43 27 28 30 32 28 27

20-40 см 48 53 49 29 32 34 23 15 17

локально 44 48 49 19 16 19 37 36 32

40-60 см 20 25 24 17 19 23 63 56 53

локально 24 26 26 13 12 15 63 61 59'

60-80 см 10 12 11 14 16 .15 76 72 74'

локально 8 9 7 11 9 10 81 82 83

в числителе ( 5Ш4Ь50,,

в знаменателе № |5ЫОз

Нитратный азот закреплялся в среднем на 4-8% меньше, чем аммонийный по всем вариантам опыта. Такая зависимость может быть связана с тем, что аммонийная форма азота лучше потребляется мигроорганизмами, т.к. использование аммония на синтез аминокислот не связано с затратами энергии на

восстановление.

Весьма актуальным является вопрос о миграции азота в пределах почвенного профиля. В наших исследованиях внесение меченого 15Ы азота на глубины 10, 30, 50, 70 см локально позволили наиболее полно охарактеризовать процессы миграции и закрепления минерального азота по профилю почвы. Данные представлены на рис. 1 и рис. 2.

Аммонийный азот пахотного слоя закреплялся преимущественно в верхней части почвенного профиля, на глубине 0-40 см. Его поступление в нижние слои составила 15 мг/лизиметр в слой 4060 см, в слое 60-80 см обнаруживались слецы аммонийной формы минерального азота.

Аммонийный азот, находящийся на глубине 20-40 см, закреплялся в пределах своего слоя, небольшая часть - 16 мг/лизиметр - поступала в нижележащий слой 40-60 см. В пахотный слой 020 см и нижний 60-80 см поступало лишь 7-8 мг/лизиметр азота слоя 20-40 см:

Азот из слоя 40-60 см также закреплялся в пределах своего пространства, в равном количестве - по 7-9 мг/лизиметр - он перемещался в соседние слои 20-40 см и нижний 60-80 см. В верхнем пахотном слое 0-20 см обнаруживались лишь следы аммонийного азота слоя 40-60 см.

Из нижнего слоя 60-80 см аммонийный азот подтягивался корнями растений в слой 40-60 см, меньшая его часть оставалась в слое 60-80 см. В верхних горизонтах минеральный азот слоя 60-80 см не обнаруживался.

Нитратный азот менее активно перемещайся по профилю почвы. Азот пахотного слоя поступал почти равномерно вниз до глубины 60 см. В нижнем слое 60-80 см нитратного азота из слоя 0-20 см не обнаруживалось.

Из слоя 20-40 см нитратный азот, перемещался в нижележащий горизонт 40-60 см, преимущественно оставаясь на глубине 40 см в пределах своего же слоя. Минеральный азот слоев 40-60 см и 60-80 см не поступал в соседние горизонты, оставаясь в пределах своего слоя.

Рисунок 1

Распределение меченного ,51Ч азота сульфата аммония в пределах почвенного профиля.

Внесенне в слой 0-20 см Внесение в слой 20-40 см

1Н —------ --—

20....................................................................................г ......- ■]-------------.............

НО-......................................................................................-............................................

¿0.........г-1................................................................... ..................................................

АЛ! ___х __ ,

0 I» ¿О ¿О "/о с ,0 ,.0 лс> %

Внесение в слой 40-60 см Внесенне "14 в слой 60-80 см

См и

£0

</0

бо-

бо

« 16 .'с 4<> %

10 £ и °

'/о

Рисунок 2

Распределение меченного ^ азота натриевой селитры в пределах почвенного профиля.

Внесение в слой 0-20 см

См 0*

¿О

«О

60

яо

1

!

—>■

Внесение в слой 20-40 см

зо

V.

го

у.

Внесение N в слой 40-60 см Внесение N в слой 60-80 см

с*лО

—г—

го

го го

/с

Много тсленными вегетационными, микрополевыми и лизиметрическими исследованиями установлено, что потери азота из почвы могут происходить в виде газообразных азотистых соединений, образующихся в результате биологической или химической денитрификации, либо улетучивания в виде аммиака, а также вымывания минеральных его соединений в нижележащие горизонты почвы.

Потери азота верхних слоев 0-20 см и 20-40 см происходили преимущественно в газообразной форме и составляли 14-28% для аммонийной формы и 25-37% для нитратной. Наибольшие потери азота были из слоя 60-80 см и составили для аммонийного азота 72-76% и для нитратного 81-83%. Потери нитратного азота по всем вариантам опыта были на 10-15% выше, чем аммонийного из слоев 0-20 см и 20-40 см. Разница в количестве потерь аммонийной и нитратной формы из слоев 40-60 см и 60-80 см не превышает 6-7% (Таблица 8).

4. Основные выводы.

1. Применение стабильного изотопа азота ( |5Ы) для изучения путей трансформации аммонийного и нитратного азота, содержащегося в почве перед посевом, позволяет выявить динамику его потребления и долю участия в формировании урожая разных форм минерального азота из различных почвенных горизонтов, а также определить размер минерализации органического вещества почвы в течение вегетации растений.

2. Изучение закономерностей потребления аммонийного и нитратного азота почвы в зависимости от его пространственного расположения в корнеобитаемом слое дает возможность существенно повысить надежность почвенной диагностики азотного питания сельскохозяйственных культур на основе дифференцированного (послойного ) учета содержания и доступности разных форм минерального азота.

3. Внесение в разные слои почвенного профиля ( 0-20 см, 20-40 см, 40-60 см, 60-80 см) небольшого количества меченного 15Ы

азота (7-10 кг/га) удобрений не оказывало существенного влияния на урожайность кукурузы, характер трансформации азота почвы и вынос его растениями. Прибавка зеленой массы кукурузы, при использовании ( |5ЫН4 )2 Б04 и Ыа|5Ы03 в качестве метки природного аммонийного и нитратного азота почвы, в целом за 3 года являлась недостоверной.

4. В лизиметрических опытах с дерново-подзолистой средне-суглинистой почвой коэффициенты использования кукурузой меченого перед посевом аммонийного и нитратного азота почвы пахотного (0-20 см) и подпахотного слоев (20-40 см) варьировали в пределах 37-53% от содержания. Наиболее доступным растениям был азот подпахотного горизонта. Коэффициенты использования аммонийного азота из слоя почвы 20-40 см составляли 4853 %, нитратного - 44-49%. Использование растениями аммонийного и нитратного азота почвы из пахотного слоя (0-20 см) было на 5-7% ниже, чем из слоя 20-40 см. Локальное применение удобрений не имело преимущества перед разбросным их внесением.

5. Коэффициенты использования кукурузой минерального азота почвы из более глубоких горизонтов были в 2-5 раз ниже, чем из верхних и составляли соответственно из слоев: 40-60 см -20-26%, 60-80 см 7-12% от исходного содержания его перед посевом. Аммонийный и нитратный азот почвы неодинаково использовался растениями. В среднем коэффициенты использования кукурузой нитратного азота были на 5-7% «ыше, чем аммонийного.

6. 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 4346%, нитратного - 27-30%. С глубиной иммобилизация ми

нерального азота резко снижалась и составляла в слое 60-80 см -9-11%.

7. Наряду с использованием и закреплением, часть минерального азота почвы терялась, часть его мигрировала в другие горизонты почвенного профиля. Дефицит азота в пахотном горизонте варьировал по годам в пределах 23-30%, в подпахотных горизонтах дефицит азота значительно возрастал, достигая максимального значения (72-83%) в слое 60-80 см.

8. Размер закрепления минерального азота в отдельных горизонтах почвы зависит от его формы и исходного пространственного расположения в корнеобитаемом слое. Из общего количества закрепившегося в почве меченого азота большая его часть приходится на зону внесения. Интенсивность вертикальной и нисходящей миграции минерального азота были выше в верхних слоях почвы. В слое почвы 60-80 см миграция минерального азота резко снижалась.

5. Список работ по теме диссертации

1. Ильюк E.H. Превращение и использование ISN сульфата аммония и натриевой селитры кукурузой из разных горизонтов почвы // Бюлл. ВИУА.- 1997.-№110.-С.35.

2. Ильюк E.H. Коэффициенты использования растениями минерального азота из разных горизонтов дерново-подзолистой почвы // Известия ТСХА,- 1998.-Вып.1.