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"



На правах рукописи

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

, L О . " ' '- HvOrj?

' // ' - -OcJ^CLlUJ- 1 ' ''

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 наук, доцент Н. Г. Ракипов.

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

Защита состоится декабря 1997 года в /Г часов

на заседании диссертационного совета Д 120 3") 02 в V\t сков ской сельскохозяйственной академии имени К А Тимнря зева

Адрес 127550, Москва, И 550, ул Тимирязевская, 4('

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан ноября 1997 г

Ученый секретарь -> -у s ^

диссертационного совета — ^ .

кандидат биологических паук 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

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. ■•.. академии

минерального азота почвы различных агротехнических, агрохимических, меиюративных условий

Впервые с использованием стабильного изотопа |5К 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 |5Ы 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 у юбрений 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 на-' учные 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 использовании растениями разных форм минерального азота почгы до настоящего времени остается открытым.

Следует отметить, что недостаточное количество эксперимен-■ тальныхданных 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 ,5N 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 к>курузу - 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 см - 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

Нг мгэкв/100 Гумус(по Тюрину) Ыобщ подв Р20$ обм КгО

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./100г). 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 ,5Н 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 ) 2804 натриевой селитры Ыа15 КОз. с высоким обогащением 15Ы ( 93-95 ат. %) из расчета 5-10 кг/га ,5Ы-ЫН4+ и 15Ы- Ы03", 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 15Ы 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 15Ы 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 15И образца и естественным природным содержанием 15Ы (0,37 ат.%), которое определялось в холостом образце, составляет избыток атомного процента 15Ы 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.

Влияпие 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 15И 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 ЫвоРшКпо не оказало достоверного влияния на урожайность кукурузы. Средняя из 5-ти вариантов (различающихся по глубине заделки" меченного |5Ы аммонийного и нитратного азота) урожайность кукурузы колебалась по годам в пределах 939- 1149 г/лизиметр или 470-575 ц/га, НСР0,5 = 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 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 |5Ы 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 перемет 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

НСРо.5 «/га 106 102 ИЗ 64 106 93

в числителе (|5КН4) ¡БОд •

в знаменателе N3 15Ш3

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/лизиметр_:

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого *

,5Ы -

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 перемет. ■■■ ..... -

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 ■ - '

б.в слой 157 163 155 158

60-80 см 149 169 164 161

локально

в числителе ( |5МН|) гБО«

в знаменателе Иа 15Ж>э

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 (,!5Ы ) 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 1,05 1,07 1,00 1,04

РК 1,00 1,06 0,99 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 слой 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,П

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 ( №Ц ) }504 в знаменателе Ыа "N0)

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 меченого 1994 год г/лиз кг/га 1995 год г/лиз кг/га 1996 год г/лиз кг/га Среднее г/лиз кг/га

1. Контроль РК " 1,47 1,42 74 71 1,53 1,39 77 69 1,40 1,25 . 70 63 1,46 1,35 74 68

2. в слой 0-20 см с перемеш. 2,28 2,12 114 106 2,39 2,08 119 104 2,41 2,19 121 110 2,36 2,13 118 107

3. в слой 0-20 см локально 2,34 2,11 117 106 2,44 2,24 122 112 2,42 2,10 121 105 2,40 2,15 120 108

4. в слой 20-40 см локально 2,58 2,39 129 120 2,88 2,43 144 122 2,70 2,31 135 116 2,72 2,38 136 119

5. в слой 40-60 см локально 1,86 1,85 93 92 1,99 1,80 100 90 1,82 1,78 91 89 1,89 1,81 95 90

б.в слой 60-80 см локально 1,77 1,59 88 79 1,92 1,96 96 98 1,71 1,83 86 92 1,80 1,79 90 . 89

числителе ( 15кн4 ) 2504

в знаменателе Ыа ,5Ы03

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.

Пспользовання 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/лизнметр 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 ,5Ы 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, доказывают, 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

минерального азота мг/лизиметр

Внесение 1994 год 1995 год 1996 год Среднее

меченого

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

локальна

5 в слой 40 50 • 49 46

40-60 см 27 31 30 29

локально

6 в слой 20 24 23 22

60-80 см 9 10 8 9

локально

в числителе , ( "ИИ») 25С>4

в знаменателе Ыа "N0}

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. Коэффициента использования как аммонийного , так и нитратного азота в варианте с внесением

метки локально были иа 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 горизонты 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 агро- . химической 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 сло-жившеес« в литературе мнение об идентичности путей трансформации й 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 свои особенности, которые следует учитывать при корректировке доз удобрений и разработке мероприятий по охране окружающей среды

Трансформация аммонийного и нитратного азота почвы н 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

Внесение Коэфф. использо- Закрепилось в Дефицит азота

меченого вания азота почве

азота "Ы 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 И 14 16' .15 76 72 74'

локально 8 9 7 11 9 10 81 82 83

в числителе

в знаменателе N8 15ЫОз

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 ''И 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 слеты 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 пахогный 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. М'шеральный азот слоев 40-60 см и 60-80 см не поступал в соседние горизонты, оставаясь в пределах своего слоя.

Рисунок 1

Распределение меченного ,5N азота сульфата аммония в пределах почвенного профиля.

Внесение l5N в слой 0-20 см Внесение ISN в слой 20-40 см «Ч ---т-—-----г-1—т

¿о -------—_ --------— . __ _L -------—

h0------------____J---"•• ------:-------------------

so. — —1 ------------—.. — _ ~ ;' .:---j— ----. ——_ :..,......;. .

дд! I i x . _I I I' t

0 I» Л> JO % í |í ¿o зо . %

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

см О

£0-~--------——-----—. ' . — ---------:--:--—

*о -------------~--------—■---"ТТ~~---—1---

ео ------------—-—------ ' i--------1------— —■■ ——

^L__i , i | г~~| т Г"i,

» i» ¿о . "/о . .10 ¿О . .. ЗО-.-., 0/0

Рисунок 2

Распределение меченного азота натриевой селитры в пределах почвенного профиля.

Внесение в слой 0-20 см

см а

¿с\

«о ■

во■ £0

¿о

•А

Внесение в слой 20-40 см

—г—

I

У.

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

сгл О

бо

Зо

-г—

2о

1

¿о 'Л

—г-

но тл

Много шсленными 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 ( 15Ы) 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

,5ы ;

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 ( ИМН4 )2 БО.» и ЫаиМ03 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 исполыо-вания 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 количеству 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 15N 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.

()Г; Levi 1

П 7

3jkjj 740

Tiipj,« 100

Типография Издательства MLXA 127550, Москва, Тимирязевская ул, 44