Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Трансформация аммонийного и нитратного азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Трансформация аммонийного и нитратного азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы"

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ К.А.ТИМИРЯЗЕВА

рг5 ОД

/ О ИЮП 1998 На правах рукописи

Беллахуел Джеллул

ТРАНСФОРМАЦИЯ АММОНИЙНОГО И НИТРАТНОГО АЗОТА В РАЗНЫХ ГОРИЗОНТАХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1998

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

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор В.В.Кидмн.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук ведущий научный сотрудник И.А.Лаврова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Е.И. Шилова.

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

Защита состоится .7... июля 1998 года в ..... часов да 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 раз^чш......июня 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета -кандидат биологических наук

Говорина В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Оптимизация азотного питания сельскохозяйственных растений за счет рационального применения удобрений и повышения коэффициента использования минерального азота почвы является важнейшей задачей агрохимии в теоретическом и практическом аспектах. Многочисленные исследования, проведенные со стабильным изотопом ,5Ы (Кореньков Д.А., Сапожников НА., Смирнов П.М., Турчин Ф.В. и др.) позволили существенно расширить и углубить представление о путях превращения азота удобрений в системе «почва - растение - окружающая среда» . Однако, несмотря на значительные достижения в этой области, до настоящего времени остаются малоизученными вопросы о доступности растениям природного минерального азота из разных горизонтов почвы. Особенно слабо изучены вопросы трансформации аммонийного и нитратного азота в подпахотных горизонтах корнеобитаемого слоя почвы, а также влияние агротехнических и экологических факторов на динамику потребления сельскохозяйственными культурами минерального азота из разных слоев почвы.

В этой связи становится актуальным изучение интенсивности и направленности процессов внутрипочвенного цикла трансформации разных форм минерального азота, с целью повышения эффективности удобрений и снижения опасности загрязнения окружающей среды.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые, на основании проведения комплексных экспериментальных исследований , изучены пути трансформации и структура баланса аммонийного и нитратного азота в дерново-подзолистой почве, взятой с разных генетических горизонтов. Установлено влияние срока и кратности внесения разных форм азотных удобрений на характер превращения азота почвы и удобрений в пахотном слое дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. В модельных вегетационных опытах с ячменем и кукурузой проведена сравнительная оценка доступности растениям и путей трансформации аммонийного и нитратного азота почвы, минерализующегося в течение вегетации.

Определены: общая биологическая активность (дыхание почвы), динамика нитрификации и денитрификации, интенсивность редукции окиси и закиси азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы.

Практическая значимость работы. Установленные с использованием закономерности трансформации аммонийного и

нитратного азота почвы позволяют совершенствовать приемы оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур повысить эффективность применения азотных удобрений и снизить опасность загрязнения окружающей среды.

Данные о динамике превращения и структуре баланса разных форм минерального азота в отдельных горизонтах дерново-подзолистой среднесуглшшстой почвы дают возможность повысить надежность почвенной диагностики азотного питания растений, и методов определения доз удобрений с учетом доступности растениям азота почвы.

Цель исследований. Обоснование путей оптимизации азотного питания растений на основе изучения особенностей трансформации аммонийного и нитратного азота в разных генетических горизонтах дерново-подзолистой почвы.

Основные задачи исследований. В задачу экспериментальных исследований входило изучение в вегетационных и модельных лабораторных опытах с следующих вопросов:

1.Влияние сроков и кратности внесения разных форм азотных удобрений на урожайность и вынос азота растениями.

2.Изучение структуры баланса азота, разных форм удобрений в зависимости от срока и кратности их внесения с целью, прогнозирования путей трансформации минерального азота почвы.

3.Изучение динамики превращения аммонийного и нитратного азота в разных генетических горизонтах дерново - подзолистой почве. - .

4.0лределение биологической активноста отдельных горизонтов дерново - подзолистой почвы их роли в превращении минерального азота.

5. Изучение динамики восстановления окиси и закиси азота в отдельных горизонтах почвы.

Апробация работы. Результаты экспериментальных исследований по теме диссертации были доложены на научной конференции молодых ученйх Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тймирязева в июне 1996 года и во Всероссийском научно-исследовательском институте удобрений и агропочвоведения имени Д.Н.Прянишникова в апреле 1995 года.

Публикагти. По теме диссертации опубликованы две статьи, в которых отражено основное содержание сделанной работы.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, В_глав,

выводов, списка литературы и приложений. Содержит 431 страниц машинописного текста, 6 рисунков , таблиц 25, приложений- 10 Список литературы включает 123 наименований, из них 34 иностранных авторов.

2.Условня и методика проведения исследований

Для решения поставленных задач программой исследований предусматривалось проведение 10 вегетационных и серии модельных лабораторных опытов

В вегетационных опытах изучали влияние срока и кратности внесения разных форм азотных удобрений на урожай и качество ячменя и кукурузы, использование растениями азота почвы и удобрений, закрепление азота удобрений в почве и размер его газообразных потерь.

Исследования проводились в вегетационном домике кафедры агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева в пластмассовых сосудах, вмещающих 5 кг абсолютно сухой почвы. Для опытов использовали дерново - подзолистую, среднесуглинистую почву с экспериментальной базы учхоза "Михайловское" (Московской области Подольского района). Агрохимическая характеристика почвы представлена в таблице №1.

Таблица №1

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы

Горизонт. Гумус, Г<-общий рНкс! Нг V, % Р205 КгО

(см) % % мэкв/100 г мг/100 г

Вегетационные опыты

Ап (0-20) 1.93 0.09 6.2 1.4 10.6 88 « 12

Лабораторные опыты

Ап (0-20) 2.45 0.11 6.0 1.7 13.8 89 13 17

А2В{20-40) 0.43 0.03 5.6 1.3 9.5 86 9 11

В (40-60) 0.26 0.02 5.8 1.6 8.9 84 5 7

С (100-120) 0.11 0.01 5.2 0.4 8.2 93 3 5

Опыты проводили с ячменем - Зазерский 80 и кукурузой -Коллективный 160 ТВ НПО "Элита". Перед закладкой опытов дерново- подзолистая почва была произвесткована по полной гидролитической кислотности. Фосфорные и калийные удобрения вносили до посева при закладке опытов в виде двойного суперфосфата и хлористого калия из расчета 120 мг Рз0> и КгО на 1 кг сухой почвы (0.6 г/сосуд). Меченные удобрения в виде сульфата аммония, кальциевой селитры и аммиачной селитры вносили в дозе 120 мг №кг после появления всходов в один срок или равными долями дробно. Корневую подкормку ячменя азотом удобрений в 2 срока проводили после всходов и в фазу выхода в трубку; в 3 срока - всходы, трубкование, колошение ; в 4 срока -всходы, трубкование, колошение, начало формирования зерна; в 6 сроков - всходы, кущение, трубкование (в начале и конце ), в фазу колошения и начало формирования зерна; в 12 сроков - всходы и еженедельно в течении вегетации растений до начала формирования зерна. Схема опыта представлена в таблице №2.

Таблица № 2

Схема опыта с ячменем

Кратн. Внесения Сроки внесения азота, мг/кг почвы

Всходы Кущение Трубкова ние Трубкование (конец) Колошение Начопо , форм. Зерна

1 120

2 60 60

3 40 40 40

4 30 30 30 30

6 20 20 20 20 20 20

12 10x2 10x2 10x2 10x2 10x2 10x2

В опытах с кукурузой азот удобрений в дозе 120 мг №кг (0.6 г №сосуд) вносили в виде корневых подкормок в один срок по всходам (фаза 3-4 листьев), или равными долями дробно в 2 срока -фазы 3-4 листьев и появления метелки ; в 3 срока - фазы 3-4 листьев, появления метелки и цветения; в 4 срока - фазы 3-4 листьев, появления метелки, цветение и молочной спелости зерна в 6 сроков в фазу 3-4 листьев, 6-8 листьев, появления метелки, цветения, начало формирования зерна и начало молочной спелости зерно;

в 12 сроков - 3-4 листа и еженедельно в течение вегетации . растений до молочной спелости зерна. Схема опыта представлена в таблице № 3.

Таблица № 3

Схема опыта с кукурузой

Кратн. внесения Сроки внесения азота, мг/кг почвы

3-4 лист 8-9 лист Образ, метелки Цветение Начоло форм. Зерна Молоч спел, зерна

1 120

2 60 60

3 40 40 40

4 30 30 30 30

6 20 20 20 20 20 20

12 10x2 10x2 10x2 10x2 10x2 10x2

Меченые азотные удобрения с обогащением 15К 15-20 атом, % во все сроки вносились в почву в виде раствора соответствующей концентрации с помощью шприца с удлиненной иглой на глубину 10 см. С целью равномерного распределения азота в почве , азотные удобрения в каждом сосуде вносили в 20 точках . Полив растений осуществляли по весу. Уборку ячменя проводили в фазу полной спелости зерна, кукурузы - в фазе молочно- восковой спелости зерна в конце августа, начале сентября. После уборки стебли и листья кукурузы измельчали и высушивали в сушильном шкафу при температуре 60 -65° С , с предварительной фиксацией растительного материала при температуре 105° С . Содержание общего азота в почвенных и растительных образцах определяли по методу Кьельдаля - Иольбауэра. Минеральный азот почвы - в 0.2 н КС1 вытяжке с восстановление нитратов по Деварду с последующей дистилляцией аммиака по Кьельдалю.

Анализ изотопного состава азота в образцах почвы, растений и удобрений проводили масс-спектрометрическим методом. Содержание азота удобрений в почве и растениях определяли по уравнению изотопного разбавления.

Модельные лабораторные опыты проводились с дерново-подзолистой среднесуглинистой среднеокультуренной почвой, взятой из длительного стационарного опыта экспериментальной базы учхоза «Михайловское» Московской области .

Не рассматривая других аспектов действия механической обработки и применения азотных удобрений на потаенные процессы нами сделана попытка проследить с помощью 15И за судьбой минерального азота в отдельных генетических горизонтах дерново-подзолистой почвы.

Опыты проводили в стеклянных сосудах емкостью 0.8 литра, в каждый сосуд помещали 500 грамм почвы, взятой с различных генетических горизонтов 0-20 см (Ап-пахотный горизонт), 20-40 см (АгВ-переходный), 40-60 (горизонт В) и 100-120 см (горизонт С).

Меченные стабильным изотопом сульфат аммония и

кальциевую селитру вносили в почву в виде раствора из расчета 100 мг азота на 1 кг почвы. После тщательного перемешивания и увлажнения почвы в сосудах ее уплотняли по горизонтам до равновесной плотности. Почву инкубировали в термостате в течении 80 суток при температуре 20-22°С и влажности 70% от ППВ. Анализ почвы на содержание минерального азота удобрения и размера иммобилизации его в разных горизонтах почвы проводили через 20, 40,60 и 80 дней убирая каждый раз по три сосуда. Первоначальная повторимость опыта 12-кратная в конце опыта- 3-кратная. Рыхление почвы в часности сосудов проводили через каждые 10 дней.

Изучение динамики восстановления оксида азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы проводили в герметично закрытых сосудах емкостью 0,8 литра, снабженных специальным устройством для ввода необходимого количества оксида азота в надпочвенную атмосферу и периодического отбора шприцом надпочвенного воздуха для анализа. Масса почвы - 0.5 кг, влажность 70%от ППВ. С целью предотвращения химического взаимодействия оксида азота с кислородом воздуха, сосуды с почвой компостировали в атмосфере аргона, в каждый сосуд вводили 10 см3 оксида азота. Опыты проводились в 3-кратной повторности. Содержание окиси (N0) и закиси азота (N20) в атмосфере сосудов контролировали через каждые 20 дней. Инкубирование! почвы проводили в 3-кратной повторности при температуре 22-23°С, влажности - 70% от ППВ.

Определение общей биологической активности (интенсивности почвенного дыхания) почвы разных горизонтов проводили в герметичных сосудах снабженных штуцером для периодического отбора проб воздуха и смены атмосферы. В каждый сосуд помещали 0.5 кг почвы, увлажняли до 70% от ППВ и компостировали в термостате в течение 80 дней при температуре 22-2ТС. Отбор проб воздуха в сосудах для анализа и смены атмосферы проводили через каждые 20 дней. Для изучения влияния механического перемешивания на биологическую активность почвы, в части

сосудов ее периодически ( через 20 дней) перемешивали, а затем вновь уплотняли до равновесной полевой плотности. Повторность опыта 3-кратная.

Содержание газового состава (NO, N2O, N2, О2, СО2) надпочвенной атмосферы сосудов контролировали с помощью газоадсорбционной храматографии на храматографе «Хром-5» с использованием сорбентов: «порапак-Q» и молекулярные сита 5А°.

Оптимизация азотного питания сельскохозяйственных культур является важнейшим фактором, определяющим урожайность и качество продукции. При этом наиболее существенное влияние на рост и развитие растений и эффективность азотных удобрений оказывает азот почвы, на долю которого в общем выносе его растениями приходится, в зависимости от уровня интенсификации земледелия, от 60-95%.

Несмотря на многочисленные исследования, проведенные в Российской Федерации (Турчин Ф.В., 1965; Сапожников Н.А., 1968; Кореньков Д.А., 1965-90; Смирнов П.М., 1965-82; Муравин Э.А., 1991 и др.), так и зарубежном ( Bartholomew W. V., 1969; Bremner J. М., 1978; Jansson S.L., 1955; Render M., et. al. 1992) по изучению путей трансформации меченного 1SN азотных удобрений и размера использования их растениями, вопросами превращения и доступности почвенного азота уделялось недостаточное внимание. Имеющиеся в литературе результаты исследований отдельных авторов (Кореньков Д.А. и др., 1986; Кидин В.В., 1993), касающиеся изучения с помощью 15N использования сельскохозяйственными культурами азота почвы, не позволяют составить в достаточной мере четкое представление о превращении и структуре баланса разных форм почвенного минерального азота.

На основании результатов, проведенных нами вегетационных опытов с дробным внесением разных форм меченных 15N азотных удобрений можно полагать, что использование растениями минерального азота пахотного слоя почвы . и азота удобрений к структуре его баланса являются относительно близкими.

З.Результаты исследований.

Влияние срока и кратности внесения разных форм азота удобрений на урожайность и вынос его растениями.

Из данных таблицы №4 следует, что дробное внесение сульфата аммония в дозе 120 мг/кг дерново-подзолистой почвы не имело преимущества перед разовым его внесением, как в отдельные так и в среднем за два года ( 1993,1994 гг.).

В тесной корреляции с урожаем находился общий вынос азота растениями. В среднем за два года опытов вынос общего азота ячменя при внесении сульфата аммония в один, два или три срока был практически одинаковым и составил около 400 мг/сосуд. При дальнейшем дроблении дозы азота удобрения вынос его растениями снижался. Наименьший урожай и вынос азота ячменем наблгодаися в варианте с 12-кратным внесением азота (табл.4).

Таблица № 4

Урожай и вынос азота ячменем при разных сроках внесения удобрений.

Кратность внесения Масса растений, г/сосуд Общий вынос азота, мг/сосуд

1993 г 1994 г В средн. 1993 г 1994 г В средн.

1 38* 33 41 32 40 32 401 384 394 399 398 392

2 37 37 39 34 38 36 404 418 398 393 401 406

3 36 36 36 28 36 32 409 482 394 412 402 447

4 • - 32 37 33 27 33 32 376 499 380 452 378 475

6 30 32 33 26 31 29 371 391 363 375 367 383

12 26 29 28 25 27 27 333 381 324 283 329 332

НСР05 3.1 3.5 2.9 2.6 2.8 2.5 * Числитель-сульфат аммония; Знаменатель-кальциевая селитра

В вегетационных опытах с кукурузой (табл.5) отличающейся от ячменя морфологией корневой системы и более длительным периодом вегетации, так же установлено, что многократное внесение азотных удобрений не имеет преимущества перед разовым применением. Наименьший урожай кукурузы был получен в варианте с 12-кратным дробным внесением сульфата аммония ( по 10 мг/ кг почвы или 50 мг азота / сосуд). Общий вынос азота кукурузы при увеличении кратности внесения удобрения в начале увеличивается, а при 6 и 12-кратном внесением общий вынос азота снижался и составлял 438-476 мг/сосуд соответственно. В опытах с аммиачной селитрой и кальциевой селитрой ( табл.5) отмечена аналогичная закономерность действия кратности внесения удобрений на урожай кукурузы и общий вынос азота растениями,

что и в опыте с сульфатом аммония. Достоверное снижение урожая кукурузы наблюдалось лишь при многократном (6-12-кратном) внесении разных форм азотных удобрений.

Таблица № 5

Урожай и вынос азота кукурузой при разных сроках внесения азотных удобрений.

Кратность внесения Масса растений, г/сосуд Общий вынос азота, мг/сосуд

1993 г 1994 г В средн. 1993 г 1994 г В средн.

1 95* 109 96 88 97 81 91 103 86 471 351 502 519 385 480 495 368 491

2 96 112 102 91 98 88 94 105 95 493 407 531 532 386 498 512 396 514

3 97 109 95 88 96 83 93 102 89 491 422 536 529 425 488 510 423 512

4 96 107 97 93 99 82 95 103 90 499 434 540 535 455 476 517 444 508

6 86 105 89 92 93 75 89 99 82 465 413 503 487 419 471 476 416 487

12 77 81 80 72 80 72 74 80 76 435 369 480 441 394 454 438 381 467

НСР05 6.5 7.1 6.2

8.4 7.9 8.3 9.5 7.9 8.3

* Числитель-сульфат аммония; Знаменатель-аммиачная селитра; справа - кальциевая селитра.

Использование и баланс азота удобрений в зависимости от кратности его внесения.

Обеспеченность сельскохозяйственных культур доступным азотом зависит от многих факторов и особенно от размера использования растениями азота почвы и минеральных удобрений.

Многочисленные исследования, проведенные с во многих почвенно - климатических зонах показали, что в вегетационных

опытах растения используют 40-60% азота удобрений, а в микрополевых и полевых опытах около 30-50%.

Опыты показали, что в зависимости от кратности внесения сульфата аммония коэффициенты использования азота удобрения варьировали по годам от 30 до 54% от внесенного количества (табл.6). По мере увеличения кратности внесения азота удобрения наблюдается постепенное уменьшение использования его растениями.

Наряду с использованием, значительная часть меченного азота удобрения 23-34% закреплялось в почве в органической форме. Несмотря на заметное различие по вариантам размера иммобилизации азота удобрений в почве, в целом наблюдается определенная зависимость величины закрепления его в органической форме от кратности применения сульфата аммония (табл. 6).

Потери азота сульфата аммония в газообразной форме варьировали в среднем за два года в пределах 34-39%.

Подобная закономерность отмечена также и в опыте с ячменем при внесении меченой кальциевой селитры (табл. 6).

Таблица № 6

Баланс азота удобрений в зависимости от кратности его внесения в опыте с ячменем.

Использовано Закрепилось в Потери,

Кратность растениями, % почве %

внесения %

1993 1994 Сред. 1993 1994 Сред. 1993 1994 Сред

39* 32 36 23 28 26 38 40 39

1 41 45 43 25 26 26 34 29 32

43 33 38 26 29 • 28 31 37 34

2 52 51 52 27 27 27 21 22 22

40 30 35 26 30 28 34 36 35

3 53 51 52 30 28 28 17 21 19

38 30 34 27 31 29 35 37 36

4 54 53 54 30 29 30 16 18 17

37 29 33 27 30 29 36 40 38

6 47 41 44 31 29 30 22 30 26

34 25 30 32 34 33 33 42 38

12 43 33 38 34 31 33 23 36 30

* Числитель - (15ЫН4)2 БО-ц Знаменатель- Са (15Шз)2;

Таблица № 7

Баланс азота удобрений в зависимости от кратности его внесения в опыте с кукурузой.

Использовано Закрепилось в Потери,

Кратность растениями, % почве, %

внесения %

1993 1994 Сред 1993 1994 Сред. 1993 1994 Сред

38* 39 39 26 23 25 36 38 37

1 44 41 43 23 25 24 33 34 34

44 46 45 24 21 23 32 33 33

40 41 41 25 24 25 34 35 35

2 50 48 49 25 24 25 25 28 27

46 47 47 23 19 21 31 34 33

42 44 43 28 25 27 29 30 30

3 52 47 50 23 26 25 25 26 26

51 55 53 20 21 21 28 23 26

36 38 37 27 28 28 35 33 34

4 46 42 44 27 28 28 26 29 28

54 56 55 20 22 21 26 и22 24

34 36 35 28 28 28 36 33 35

6 39 35 37 30 34 32 30 29 29

48 52 50 25 23 24 26 24 25

33 34 34 32 30 31 34 35 35

12 34 32 33 35 36 36 32 31 32

43 49 46 28 25 27 28 25 27

* Числитель - (15ЫН4)г Б04; Знаменатель- Са (15Ж)з)2;

справа -

В вегетационных опытах с кукурузой (табл.7) было установлено, что многократное внесение небольших доз меченного 15Ы азота удобрений не имело преимущества (исходя из структуры баланса азота) перед двух или трехкратном его внесении;

Трансформация азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы.

1.Динамика трансформации аммонийного азота в разных горизонтах дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.

Уровень обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом, эффективность азотных удобрений, а также загрязнение окружающей среды существенно зависят от характера превращения минеральных форм азота в разных горизонтах почвенного профиля.

Результаты проведенных нами модельных лабораторных опытов с использованием меченного 15Ы сульфата аммония, показали, что хотя , нщрификаторы являются хемоавтотрофными микроорганизмами, жизнедеятельность которых с энергетической точки зрения не связано с наличием в почве органического вещества, интенсивность окисления аммонийного азота до нитратов даже в условиях хорошей аэрации, имело ярко выраженную зависимость от генетических горизонтов дерново-подзолистой почвы (табл.8-11).

Наиболее интенсивно нитрификация аммонийного азота протекала в похотном горизонте как в варианте без рыхления почвы, так и при ее рыхлении (табл.8).

Через 80 дней компостирования почвы с сульфатом аммония в аммонийной форме оставалось лишь 4% от внесенного количества азота и 56% находилось в форме нитратов. Периодическое рыхление дерново-подзолистой почвы повышало интенсивность нитрификации и увеличивало закрепление азота удобрения в органической форме (табл.8). Скорость окисления аммонийного азота до нитратов в слое 20-40 см (горизонт АгВ) было значительно ниже по сравнению с пахотным слоем (табл.9) периодическое рыхление почвы переходного горизонта оказывало менее существенное влияние на интенсивность процессов нитрификации и структуру баланса нежели пахотного слоя (табл.8,9).

Содержание иммобилизованного азота, нитратов и потери в газообразной форме в варианте с периодическим рыхлением почвы возрастали лишь на 2-3% по сравнению с вариантом, где рыхление почвы не проводилось.

Окисление азота сульфата аммония до нитратов в почве взятой для компостирования с глубины 40-60 см (горизонт В) и 100-120 см (горизонт С) протекало крайне медленно. При этом периодические рыхления почвы этих генетических, горизонтов практически не оказывало влияние на характер трансформации и структуру баланса азота удобрения (табл. 10,11)». •

Динамика трансформации азота сульфата аммония а пахотном (0-20 см) горизонте дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция Дни N-NN4 N-N03 Иммобилизовано Потери

1* 2 1 2 1 2 1 2

20 39 30 32 33 21 28 8 9

40 18 12 47 38 22 35 13 15

60 8 4 54 42 22 34 16 20

80 4 1 56 50 22 28 18 21

* 1 - без рыхления; 2- периодическое рыхление почвы

Таблица 9

Динамика трансформации азота сульфата аммония в слое 20-40 см (горизонте АгВ) дерново-подзопистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция Дни N-N03 иммобилизовано Потери

1* 2 1 2 1 2 1 2

20 83 82 7 8 8 9 2 1

40 75 71 13 16 9 10 3 3

60 70 64 17 19 9 11 4 6

80 68 62 17 20 10 13 5 7

Динамика трансформации азота сульфата аммония в слое 40-60 см (горизонте В) дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция N-N44 N-N03 иммобилизовано Потери

Дни 1* 2 1 2 1 2 1 2

20. 88 84 6 7 5 6 1 3

40 80 78 11 11 6 7 2 4

60 76 75 14 13 7 7 3 5

80 75 73 15 15 6 7 4 5

* 1 - без рыхления; 2- периодическое рыхление почвы

Таблица 11

Динамика трансформации азота сульфата аммония в слое 100-120 см ( горизонте С ) дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция N-N03 иммобилизовано Потери

Дни 1' 2** 1 2 1 2 1 2

20 90 86 5 8 3 3 2 3

40 86 81 11 12 3 4 2 3

60 79 76 13 14 4 5 4 5

80 78 76 13 14 5 5 4 5

2.Динамнка трансформации азота кальциевой селитры в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы.

Потери азота из почвы в результате денитрификации являются основной причиной снижения потребления его растениями, при этом происходящие в почве биологические и физико-химические процессы затрагивают не только азот удорбрений, но минеральный азот почвы. (Смирнов П.М. и др. 1993), поэтому значительные газообразные потери могут происходить из самой почвы.

Экспериментальные данные полученные нами в модельных лабораторных опытах с меченным 15М кальциевой селитры показали, что активность микроорганизмов, обуславливающих иммобилизацию азота в почве и денитрификацию в значительной мере зависила от глубины взятия почвы для компостирования. Наиболее высокие газообразные потери вследствии денитрификации наблюдались в пахотном слое почвы.

Данные (табл .12) показывают, что за 20 дней компостирования почвы пахотного горизонта потери меченого нитратного азота составили 13% в варианте, где ее рыхление не проводилось и 15 % от внесенного в варианте с периодическим рыхлением почвы. При дальнейшем компостировании дерново-подзолистой почвы потери азота возрастали, однако интенсивность газообразных его потерь со временем снижались.

Таблица 12

Динамика трансформации азота кальциевой селитры в пахотном (0-20 см) горизонте дерново-лодзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция Дни N-N03 иммобилизовано Потери

1 2 1 2 1 2

20 77 74 9 11 13 15

40 63 58 14 17 22 25

60 57 45 18 21 25 34

80 55 40 18 24 28 36

* 1 - без рыхления; 2- периодическое рыхление почвы

Динамика трансформации азота кальциевой селитры в слое 20-40 см (горизонте Аг В) дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция Дни N-N03 иммобилизована Потери

1 2 1 2 1 2

20 92 89 4 5 4 6

40 87 83 6 8 7 9

60 86 79 6 10 8 11

80 84 76 7 11 9 13

* 1 - без рыхления; 2- периодическое рыхление почвы

Таблица 14

Динамика трансформации азота кальциевой селитры в слое 40-60 см (горизонте В) дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция N-N03 иммобилизовано Потери

Дни 1 2 1 2 1 2

20 93 93 3 3 4 3

40 91 89 4 6 5 5

60 90 86 5 7 5 7

80 90 84 4 7 6 9

Динамика трансформации азота кальциевой селитры в слое 100-120 см (горизонте С) дерново-подзолистой почвы, (мг/кг почвы, %)

Экспозиция Дни N-N03 Иммобилизовано Потери

1 2 1 2 1 2

20 92 94 3 2 5 4

40 92 91 3 3 5 6

60 91 91 4 3 5 6

80 91 90 4 4 5 6

* 1 - без рыхления; 2- периодическое рыхление почвы

Почва подпахотного горизонта АаВ (20-40 см) отличалась гораздо меньшей биологической активностью в сравнении с пахотным (табл.13). Размер потерь азота кальциевой селитры из переходного горизонта 20-40 см был в три раза ниже, чем из слоя 0-20 см, и составлял через 20 дней в вариантах без рыхления - 4%, с рыхлениём -6% в конце опыта (80 дней) дефицит азота кальциевой селитры составлял, соответственно 9 и13% от внесенного количества.

Наряду с газообразными потерями азота удобрения часть его закреплялась в почве в органической форме, а более значительная его часть оставалась в минеральной форме.

В зависимости от продолжительности компостирования почвы и ее механического рыхления величина иммобилизации азота удобрения в слое 0-20 см возрастало с 9-11% (экспозиция 20 дней) до 18-24% в конце опыта.

Содержание азота удобрения в нитратной форме постепенно уменьшалось и составляло в конце опыта в варианте без рыхления почвы 55% при ее рыхлении -40% от внесенного количества.

В горизонте В (40-60 см) и горизонте С (100-120 см) все процессы трансформации азота протекали медленно. Около 90% азота кальциевой селитры оставалось к концу опыта в нитратной форме, и лишь незначительная часть (5-6%) терялась в газообразной форме и примерно такая же часть азота удобрения закреплялась в почве (табл. 14,15).

Трансформация промежуточных продуктов денитрификации в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве.

Превращение азота в процессе денитрификации связано с образованием и выделением в почвенный воздух и окружающую среду целого ряда неустойчивых в химическом и биологическом отношении промежуточных продуктов. Экологическая значимость и механизм образования оксидов азота полностью неясны, однако, накопленный к настоящему времени обширный экспериментальный материал (Смирнов П.М., Кидин В.В., Торшин С.П., 1981.; Смирнов П.М., 1982; Кидин В.В., 1993 и др.) свидетельствует об общей тенденции увеличения загрязнения окружающей среды оксидами азота.

Исследование показали, что восстановление окиси азота до N2 протекает ступенчато с образованием в качестве промежуточного продукта закиси азота (рис. 1-4). Наиболее интенсивно редукция окиси азота до закиси и молекулярного азота (N2) протекала в почве пахотного горизонта. За 20 дней опыта, из внесенных 10 см3 оксида азота в почве пахотного слоя восстановилось до закиси азота 39% и 6% обнаружено в форме молекулярного азота, через 40 дней инкубирования восстановилось 80% окиси азота, а через 60 дней она практически полностью трансформировалась в N20 и N2 (рис.1).

Динамика редукции оксидов азота в разных горизонтах дерново-подзолистой почвы.

Рис. 1 Ап 0-20 см

■ N¡¡0

□ N0

•

Рис.2 АгВ 20-40 см

%

а

Рнс.3 В 40-60 см

Рис.4 С 100-120 см

%

100 80 60 40 20 0

ДНИ

л

□ N0

80

В почве подпахотного горизонта А2В (слой 20-40 см) интенсивность восстановления оксида азота было значительно ниже. В конце опыта в надпочвенной атмосфере в форме оксида азота оставалось 62%, 20% редуцировались до закиси азота, и 18% до молекулярного азота.

В нижележащих горизонтах почвы (горизонт В и С) восстановление оксида азота до N20 протекало крайне медленно. К концу опыта (80 дней) в надпочвенной атмосфере горизонта В (слой 40-60 см ) и горизонт С (100-120 см) в форме окиси азота оставалось 77 и 85%, и лишь 23 и 15% соответственно, редуцировалось до закиси азота (N20) и молекулярного азота (N2) (рис.3,4).

Активность дыхания отдельных горизонтов дерново-подзолистой почвы.

Интенсивность продуцирования почвой углекислоты (почвенное дыхание) является интегральным показателем напряженности ее микробиологических процессов.

Диоксид углерода образуется во всех почвах на протяжении всего вегетационного периода. Активность почвенного дыхания обуславливается наличием в почве легкодоступного бактериям органического вещества и в целом,^ отражает гумусовое состояние почвы и поступление растительных остатков (Орлов Д.С., 1985).

В наших исследованиях наиболее высоким продуцированием углекислоты в течение всего периода проведения опытов было в почве пахотного горизонта (Рис.5, 6 ).

При этом в первые дни опыта интенсивность образования СО? из слоя почвы 0-20 см (Ап) была значительно выше ,нежели в последующие дни. В целом за весь период опыта (0-80 дней) почва пахотного слоя продуцировала 68 мг/кг С-СОг.

Периодическое рыхление (через каждые 20 дней) дерново-подзолистой почвы пахотного слоя способствовало усилению микробиологических процессов и .минерализации органического вещества, вследствии чего существенно возрастало выделение углекислоты (на 10-13 мг/кг С- СОг) по сравнению с вариантом, где эта почва в течении 80 дней оставалась без рыхления ( Рис.5).

Выделение углекислоты из почвы подпахотных горизонтов, в зависимости от экспозиции, было в 5-15 раз ниже по сравнению с горизонтом 0-20 см, при этом в течение всего периода продуцирования С- СО2 оставалась практически на одном и том же уровне. Периодическое рыхление почвы, взятой с горизонтов АгВ, В и С не оказывало существенного влияния на активность микробиологических процессов и выделение диоксида углерода.

В целом за период проведения опытов (80 дней) почва, взятая из слоев 20-40 см (горизонт АгВ), 40-60 см (горизонт В) и слоя 100-120 см (горизонт С) продуцировала в вариантах без рыхления, соответственно, 14, 9 и 4 мг/кг, а в вариантах с периодическим рыхлением почвы -16,11 и 6 мг/кг С- СОг.

Динамика выделения С-СО2 из разных горизонтов дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.

Рис. 5

Рис. 6

Без рыхления почвы

Периодическое рыхление

00-20 см В 23-М см

□ 40-60 см

□ 100-120СМ

мг/кг

; ; . (1

-V, [ 1 ;

11 . ,

60 80

20 40

□ 0-29 см Я 20-40 СМ

□ 40-60 см

а 100-120 см

Выводы

На основании экспериментальных данных, полученных в модельных вегетационных и лабораторных опытах по изучению трансформации минеральных форм азота в разных генетических горизонтах дерново-подзолистой почвы можно сделать следующие выводы:

1. многократное внесение разных форм азотных удобрений в вегетационных опытах не имело преимущества перед разовым или двух кратным внесением. Урожай зерна ячменя и сухой массы кукурузы при 2-4-кратном дробном применении азотных удобрений были одинаковы. Увеличение кратности внесения азотных удобрений до 6 и 12 раз за период вегетации растений приводило к снижению урожайности и выноса общего азота.

2. Структура баланса меченных сульфата аммония, аммиачной и кальциевой селитры (коэффициенты использования, иммобилизация азота в почве и размер газообразных его потерь), при разовом и 2-4-кратном внесении азотных удобрений было практически одинаковой. При 12-кратном дробном применении азота удобрений под ячмень и кукурузу коэффициенты его использования растениями снижались на 4-17%

ъг

3. Моделирование с помощью многократного внесения в почву меченных 15И аммонийной и нитратной форм азота удобрений трансформации соответствующих форм почвенного азота, образующегося в процессе минерализации органического вещества почвы, позволяет заключить, что пути превращения и структура баланса почвенного минерального азота и азота удобрений в пределах пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы идентичны.

4. Интенсивность почвенного дыхания и микробиологических процессов превращения аммонийного и нитратного азота наиболее высокой была в пахотном слое дерново-подаолистой среднеокультуренной почвы. В пахотных горизонтах - А2В (20-40 см), В (40-60 см) и горизонте С (100-120 см) активность почвенного дыхания, интенсивность нитрификации и денитрификации с глубиной, соответственно, значительно снижались.

5. Вследствии низкой активности денитрифицирующих микроорганизмов нижележащих горизонтов (60-120 см) дерново-подзолистой почвы, можно предполагать, что нитраты неиспользуемые из этих слоев почвы растениями, беспрепятственно мигрируют под влиянием атмосферных осадков в более глубокие водоносные горизонты почвы.

6. Наиболее высокая окись- и закисьредуктазная активность характерна для пахотного и подпахотного слоев дерново-подзолистой почвы. В более глубоких слоях почвы (60-120 см) восстановление окиси и закиси азота протекало в 10-20 раз более медленно, нежели в пахотном. Пахотный слой почвы вследствии его высокой биологической активности оказывает существенное позитивное влияние на атмосферу путем удаления (редукции) оксидов азота из подпочвенного воздуха.