Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние азота удобрения на газовый режим различных горизонтов почв

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние азота удобрения на газовый режим различных горизонтов почв"

На правах рукописи 'с

Прл

ПРАСОЛОВА Анна Андреевна

ВЛИЯНИЕ АЗОТА УДОБРЕНИЯ НА ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ РАЗЛИЧНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ

Специальность: 06.01.04 - агрохимия

11 МАР 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2015 005560145

005560145

Работа выполнена на кафедре агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева».

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор Кидин Виктор Васильевич

Официальные оппоненты:

Егоров Владимир Сергеевич

доктор биологических наук, профессор кафедры агрохимии и биохимии растений ФГБОУ ВО «МГУ имени М.В. Ломоносова»

Кузьмич Михаил Александрович

доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией удобрений и мелиорантов ФГБНУ «Московский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства «Немчиновка»

Ведущая организация ФГБНУ «Всероссийский научно-

исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова»

Защита состоится «15» апреля 2015 г. в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при ФГБОУ ВО «РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 19.

Тел./факс (499) 976-17-14; e-mail: dissovet@timacad.ru

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» и на сайте http://www.timacad.ru-

Автореферат разослан <£Л» 0£ 2015 года

Учёный секретарь диссертационного совета

м

С. Л. Игнатьева

Актуальность темы. Опыт мирового и отечественного земледелия убедительно свидетельствует о том, что эффективность азотных удобрений в значительной степени обуславливается трансформацией минерального азота в почве.

Рациональное применение азотных удобрений играет определяющую роль в повышении урожайности и получении высококачественной продукции. Азотные удобрения обеспечивают в зоне достаточного увлажнения более 50% прибавки урожая, получаемого от применения минеральных удобрений.

Азот - наиболее дефицитный элемент питания для растений в большинстве регионов России. Потери азота в газообразной форме - основная причина снижения эффективности азотных удобрений и загрязнения окружающей среды. В зависимости от условий их применения размеры потерь азота удобрений в виде газообразных продуктов могут варьироваться в широких пределах (от 10 до 60%), составляя в среднем 20-30% от внесенного (Кидин, Ильюк, 2006)

Запасы общего азота в почве довольно велики и для получения высоких урожаев их могло бы хватить на многие десятки лет (Кидин, 2008).

Однако основная часть азота почвы входит в состав гумусовых соединений, трудно разлагаемых микроорганизмами, поэтому сельскохозяйственные культуры обычно испытывают недостаток азота. Азотные соединения способны к различным микробиологическим превращениям и поэтому нередко теряются для растений из почвы в результате вымывания нитратов и в виде газообразных соединений (Завалин, Благовещенская, Чернова, Шмырева, 2012).

Азот, входящий в состав удобрений, не только усваивается растениями, но и частично переходит в недоступные для них формы, а именно, теряется из почвы в результате вымываши, или улетучивается в атмосферу вследствие денитрификации. Газообразные потери азота происходят не только вследствие биологической денитрификации, но и в результате химических реакций («хемоденитрификации») (Курганова, Лопес де Гереню, Велл, Лофтфильд, Флесса, 2007).

Необходимо отметить, что образующиеся в почве газообразные азотистые соединения (N20, N0, М02) представляют собой серьезную экологическую проблему, так как они принимают непосредственное участие в разрушении озонового слоя стратосферы, приводящего к резкому изменению спектрального состава солнечной радиации (ЮзсЬЬаиш, 1995; Кудеяров, 2005).

Следовательно, теоретическое обоснование путей трансформации азота в почве и снижения потерь азота удобрений будет способствовать повышению размера использования растениями минерального азота и эффективности применения азотных удобрений.

Цель и задачи исследований. Изучение размера газообразных потерь азота из различных горизонтов почвы, а также динамики эмиссии С02 из почвы (дерново-подзолистой и чернозема выщелоченного). Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Изучить размер потерь азота в газообразной форме из разных слоев дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного;

2. Оценить влияние плодородия на трансформацию нитратного азота удобрений;

3. Изучить динамику «дыхания» почвы;

4. Изучить состав газообразных потерь из дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного.

Научна новизна. Впервые изучена динамика газового режима отдельных горизонтов почвы в зависимости от типа почвы и гумусированности. Проведенные исследования позволили установить влияние глубины почвенного профиля и дозы азота удобрения на размер газообразных потерь азота из пахотных и подпахотных слоев почвы, а также влияние глубины почвенного профиля на образование углекислого газа. Измерение концентрации СО2 и ЫгО осуществляли методом газовой хроматографии. Проведены исследования по сравнительным потерям газообразного азота на разных типах почвы (дерново-подзолистой почве и черноземе выщелоченном). Выработана методика по выделению газообразных потерь азота из почвы. Полученные результаты исследований динамики выделения закиси азота и углекислого газа, как показателя «дыхания» почвы из пахотных и подпахотных слоев почвенного профиля и различных типов почвы могут быть использованы для обоснования приемов наиболее эффективного применения азотных удобрений.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные о размере газообразных потерь азота из почвы при внесении различных доз удобрений позволят найти пути снижения поступления закиси азота в атмосферу. Результаты исследований могут использоваться для обоснования потребления элементов питания из различных слоев почвы и повышения доступности растениям элементов питания.

Положения, выносимые на защиту:

1. Динамика газового режима различной почвы в зависимости от типа почвы и гумусированности;

2. Влияние доз азота удобрений на газообразные потери азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного. С увеличением глубины почвенного профиля и дозы удобрения газообразные потери азота из почвы увеличиваются;

3. Влияние применения легкодоступного органического вещества на эмиссию углекислого газа и выделение N20 из разных слоев разных типов

почвы. Применение глюкозы способствует увеличению выделения СО2 и Ы20;

4. Влияния глубины почвенного профиля на динамику выделения С02 из почвы. В зависимости от слоя почвы, эмиссия углекислого газа изменяется. Из пахотного слоя почвы выделение углекислого газа больше, чем из подпахотных слоев;

5. Методика постановки и определения газообразного состава почвы методом газовой хроматографии.

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 4 печатные работы, в том числе 2 научные статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК Российской Федерации.

Апробации. Результаты проведенных исследований представлены на Международной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 170-летию со дня рождения К.А. Тимирязева (ФГБОУ ВПО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева», Москва, 5-6 июня 2013 г.); 48-й Международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов «Агроэкологические основы применения удобрений в современном земледелии» (ФГБНУ «ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова», Москва, 24 апреля 2014 г.); Международной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной созданию объединенного аграрного вуза в Москве (ФГБОУ ВПО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева», Москва, 3-4 июня 2014 г.), а также на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (2012-2014 гг.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, включая экспериментальную часть, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах, она содержит 20 таблиц и 16 рисунков. Список использованной литературы включает 261 наименование, из них 95 на иностранном языке. Приложение состоит из 17 страниц, из них 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы

В обзоре литературы представлены обобщения авторов по воздушному режиму почвы, формам и составу почвенного воздуха, формам и содержанию азота в почве, трансформации соединений азота в почве: аммонификации, нитрификации и денитрификации. Также были рассмотрены вопросы, использования элементов питания растениями из почвы и удобрений, потерям азота из почвы и удобрений, потерям азота при вымывании, улетучивании аммиака, иммобилизации азота удобрений в почве и мероприятия по снижению

5

газообразных потерь азота, а также приведены обобщения и выводы предыдущих исследований авторов о газообразных потерях азота из почвы и удобрений и представлены сведения об эмиссии углекислого газа как продукта «дыхания» почвы.

Объекты и методы исследования

Для решения поставленных задач в период с 2011 по 2014 гг. была проведена серия лабораторных опытов на кафедре агрономической, биологической химии радиологии и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева».

В качестве объектов исследования были взяты:

дерново-подзолистая среднесуглинистая почва из Солнечногорского района Московской области с трех генетических горизонтов;

чернозем выщелоченный из Скопинского района Рязанской области с трех генетических горизонтов.

Агрохимическая характеристика почвы представлена в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы

Горизонт отбора, см Гумус, % рНки Нг мг-экв /ЮОг V, % ШчЮз" мг/кг Кия. Р205 к2о

мг/кг (по Кирсанову), мг/кг почвы

Апах 0-20 2,0 5,9 2,0 81 4,0 20 135 200

А2В 20-40 0,9 4,9 1,7 72 10,1 11 100 150

В 40-60 0,5 4.6 1,2 77 3,0 9 50 80

Таблица 2 Агрохимическая характеристика чернозема выщелоченного

Горизонт отбора, см Гумус, % рНКс1 Нг мг-экв /ЮОг V, % N-N03" мг/кг Кия. р2о5 I к2о

мг/кг (по Чирикову), мг/кг почвы

Апах 0-20 7,9 6,4 3,2 92 40,3 28 290 160

АВ 20-40 4,8 6,5 2,9 90 25,5 18 195 170

В1 40-60 3,4 5,8 5,2 77 19,7 13 145 160

Учитывая отсутствие стандартной методики по выделению газообразных потерь азота из почвы, для данных экспериментов была разработана методика анализа на основе работ Вгешпег, В1аскшег, 1977, 1978, 1979 в модификации Кидина, Торшина.

Отбор и анализ почвенных образцов проводили по ГОСТу 28168-89.

Почву пахотных горизонтов отбирали с глубины 0-20 см, подпахотных -20-40 см и 40-60 см соответственно. Почва была отобрана с ненарушенной структурой при помощи бура-пробоотборника с разъемным титановым цилиндром, который практически не вызывает деформацию почвы при отборе. Диаметр и высота цилиндра пробоотборника - 3,5 см и 20 см соответственно, объем - 192 см3. Повторность отбора проб трехкратная из каждого слоя почвы.

Лабораторные опыты проводили по схеме, состоящей из двух блоков. Первый блок схемы опыта включал три варианта по уровню азотного питания без добавления глюкозы, а именно: без удобрений; фон - РюоКюо мг/кг в виде СаН2Р04 + КС1; фон+Nso мг/кг в виде Ca(N03)2; фон+Nioo мг/кг; фон+Niso мг/кг, а во второй блок схемы опыта дополнительно вносили 1% глюкозу.

В опытах использовали герметичные сосуды емкостью 200 мл, оборудованные штуцерами для взятия образцов почвенного воздуха шприцом. В навески воздушно-сухой почвы, отобранных из разных слоев опытных почв, массой 100 г вносили азот в дозе 50 мг, 100 мг, 150 мг на 1 кг почвы, Р2О5 и к2о в дозе 100 мг/кг почвы в составе удобрений СаН2РОд, КС1 п СпО: . Влажность почвы доводили до 60% полной влагоемкости, тщательно перемешивали и помещали в сосуды. Следует отметить, что в сосуды, из второго блока схемы опыта, вносили 1% глюкозу в концентрации 0,2 г/сосуд. Сосуды герметизировали, атмосфера в сосудах была имитацией воздуха (21% 02, 78% N2, 0,95% Аг). Повторность опыта трехкратная. Образцы почвенного воздуха для определения концентраций закиси азота и углекислого газа отбирали через каждые двое суток. Анализы почвенного воздуха проводили методом газоадсорбционной хроматографии на газовом хроматографе «Хром-5».

Анализ газового состава проводили на хроматографической колонке из нержавеющей стали длиной 2,5 м и внутренним диаметром 5 мм, наполненной «Porapak Q» (50-60 mesh) для определения С02; N20; С2Н2 и С;Н4. В качестве детектора использовали катарометр — детектор по теплопроводности; газ носитель - гелий при расходе 60 мл/мин., температура колонки и детектора -+ 40 °С. Концентрацию газов рассчитывали по калибровочной кривой, приводя к нормальным условиям.

Внесение в почву азотного удобрения значительно увеличивало газообразные потери азота.

Статистическая обработка полученных данных проводили методом дисперсионного анализа с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты лабораторных опытов позволили установить интенсивность и характер трансформации нитратного азота, размер газообразных потерь азота из различных слоев почвенного профиля. Определение эмиссии СОг помогло установить зависимость интенсивности «дыхания» почвы от количества нитратного азота, глубины и экспозиции.

1. Динамика выделения углекислого газа из различных слоев почвы

Продуцирование углекислого газа почвой и выделение его в атмосферу -важная функция, называемая «дыханием» почвы.

Исследования проведенные Благодатским и др., (1993); Кудеяровым, (2005) показали, что на долю почвенного «дыхания» под растениями приходится от 2/3 до 1/2 общей эмиссии С02 из почвы.

Углекислый газ образуется за счет микробиологического процесса минерализации органического вещества почвы, поэтому «дыхание» почвы является хорошим показателем жизнедеятельности почвенной микрофлоры. По образованию углекислого газа можно судить о размере минерализации органического вещества и условиях аэрации почвы.

Исследования проведенные Кидиным и Ба (1992); Кидиным (2008) установлено, что не только содержание гумуса в почве влияет на интенсивность биологических процессов, но заметное влияние оказывает рыхление почвы.

Отбор проб газа для хроматографического анализа позволил проследить за динамикой «дыхания» из разных слоев почвы, которые обладают разным содержанием гумуса.

Динамику выделения углекислого газа в опыте оценивали по активности почвенной микрофлоры. Наиболее высокая биологическая активность отмечена на черноземе выщелоченном. В дерново-подзолистой почве биологическая активность была ниже, что, по-видимому, связано с разным содержанием гумуса в почве (табл. 3, 4).

Из данных таблицы 3 видно, что в слое почвы 40-60 см концентрация углекислого газа была меньше, чем в слоях 0-20 см и 20-40 см, видимо, это связано, с микробиологической активностью, а также с низким содержанием органического вещества в нижележащих слоях почвы. За 20 дней опыта слой почвы 0-20 см выделяет от 65 до 76 мг С-С02 на сосуд, а слои 20-40 см - 35-53 мг/сосуд и 32-49 мг/сосуд из слоя 40-60 см.

Естественно, что большей микробиологической активностью обладает пахотный слой почвы, так как он содержит больше органического вещества, окислительные процессы в нем протекают быстрее, чем в других слоях, токсические вещества распадаются быстрее, а не накапливаются, как происходит в других слоях почвы.

С увеличением экспозиции концентрация углекислого газа повышается от 11% до 13% (в зависимости от варианта опыта) в слое почвы 0-20 см по сравнению с контрольным вариантом на 20-й день опыта.

Таблица 3

Динамика выделения углекислого газа С-С02 (мг/сосуд) в среднем за 2 года исследований из дерново-подзолистой почвы (без глюкозы)

Вариант Слой, см Экспозиция, дни

4 8 12 16 20

Без удобрений 0-20 40,0 47,0 54,0 59,0 60,0

20-40 25,0 29,0 29,0 29,0 33,0

40-60 18,0 19,0 22,0 25,0 31,0

Фон РюоК.100 мг/кг 0-20 45,0 49,0 58,0 63,0 65,0

20-40 28,0 30,0 31,0 33,0 35,0

40-60 23,0 26,0 28,0 32,0 32,0

Фон+ N50 мг/кг 0-20 49,0 50,0 61,0 62,0 66,0

20-40 29,0 34,0 36,0 37,0 39,0

40-60 25,0 30,0 31,0 34,0 35,0

Фон+ N100 мг/кг 0-20 50,0 52,0 63,0 65,0 70,0

20-40 30,0 38,0 39,0 41,0 47,0

40-60 28,0 33,0 35,0 35,0 38,0

Фон+ N150 мг/кг 0-20 57,0 58,0 65,0 67,0 76,0

20-40 39,0 44,0 46,0 47,0 53,0

40-60 32,4 37,0 38,0 40,0 49,0

нсром 3,65 1,2 1,07 1,4 2,1

нср0,5в 2,8 1,03 0,8 1,2 1,6

нср05ав 6,45 2,23 1,87 2,6 3,7

В проведенных опытах наибольшей биологической активностью (исходя из содержания С02) обладал чернозем выщелоченный, который богат органическим веществом и, следовательно, почвенное «дыхание» его значительно превышает, дыхание дерново-подзолистой почвы. Поэтому выделение углекислого газа было в 2 раза больше по сравнению с дерново-подзолистой почвой. Общей закономерностью этих почв является то, что наибольшая концентрация углекислого газа происходит из пахотного слоя почвы (табл. 4).

Следовательно, наиболее высокое продуцирование углекислого газа было почвой пахотного слоя чернозема выщелоченного, а наименьшее почвой, взятой из слоя В, (40-60см). Эмиссия углекислого газа почвой из слоя 20-40 см была несколько выше, чем почвой слоя В, (40-60 см), и значительно ниже, по сравнению с почвой из пахотного слоя - 0-20 см.

Таблица 4

Динамика выделения углекислого газа С-СО2 (мг/сосуд) в среднем за 2 года исследований из чернозема выщелоченного (без глюкозы)

Вариант Слой, см Экспозиция, дни

4 8 12 16 20

Без удобрений 0-20 80,0 85,0 100,0 104,0 110,0

40-60 52,0 54,0 54,4 58,0 63,0

Фон РшоКюо мг/кг 0-20 88,0 89,0 91,0 105,0 111,0

40-60 49,0 56,0 58,0 65,0 73,0

Фон+ N50 мг/кг 0-20 100,0 104,0 108,0 112,0 115,2

40-60 53,0 59,0 62,0 68,0 75,0

Фон+ N100 мг/кг 0-20 108,0 114,0 117,0 120,0 124,0

40-60 53,0 62,0 67,0 68,0 68,0

Фон+ N150 мг/кг 0-20 117,0 120,0 125,0 130,0 135,0

40-60 55,0 70,0 72,0 79,0 81,0

НСР05А 2,1 2,08 1,0 1,2 1,6

НСРо }в 1,6 1,6 0,8 1,0 1,2

НСРп.зАВ 3,7 3,68 1,8 2,2 2,8

С увеличением экспозиции концентрация углекислого газа постоянно возрастает. За 20 дней опыта количество выделившегося С02 из чернозема составляло от 30 до 50% из слоя почвы 0-20 см, из слоев 20-40 см и 40-60 см соответственно происходило уменьшение эмиссии углекислоты. В подпахотных слоях концентрация С02 составляла 79-99 мг/сосуд и 73-81 мг/сосуд из слоев 20-40 см и 40-60 см соответственно.

Варьирование значений выделения С02 происходит в связи с дозами внесения азотного удобрения. Чем выше доза азотного удобрения, тем интенсивнее эмиссия С02. По-видимому, это происходит из-за активизации микрофлоры и более интенсивного «дыхания» почвы. Внесение в почву азотного удобрения усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация минеральных веществ. При увеличении дозы азотного удобрения доля используемого азота почвы повышается.

Для активизации микробиологической деятельности в почвы вносили глюкозу, что приводило к увеличению эмиссии С02 (рис. 1 и 2).

После внесения глюкозы в дерново-подзолистую почву и на чернозем выщелоченный происходит увеличение «дыхания» почвы в 1,5 раза.

Добавление глюкозы в качестве энергетического материала, способствовало резкому увеличению количества выделяющегося в атмосферу сосудов С02 по сравнению с почвой, где отсутствовало внесение глюкозы.

Динамика выделения углекислого газа, С-С02 мг/сосуд

0-20СМ 20-40см 40-60см 0-20см 20-40СМ 40-60СМ 0-20см 20-40см 40-60см 0-20см 20^0см 40-60СМ 0-20см 20-40см 40-60см Без удобрений Фон Р100К100 мг/кг Фон I N50 мг/кг фон +N100 мг/кг Фон -N150 мг/кг

Дерново-подзолнстая почва

Рисунок 1. Динамика выделения углекислого газа С-СОз, мг/сосуд из дерново-подзолистой почвы (при внесении глюкозы, в среднем за 2 года)

-РК -РК+М50 -РК+Ы100 -РК+Ш50 ДНИ

Рис. 2. Динамика выделения С-С02, мг/сосуд из чернозема выщелоченного с внесением глюкозы из слоя 0-20 см (в среднем за 2 года).

12

2 Динамика выделения закиси азота из разных слоев почвы

Газообразные потери азота из почвы - основная причина снижения коэффициентов использования азотных удобрений. Образующиеся оксиды азота (N20, NO, N02) оказывают также негативное влияние на окружающую среду. Закись азота способствует разрушению озонового слоя стратосферы. Из верхних слоев атмосферы удаление окислов азота происходит крайне медленно, что способствует накоплению их в этой зоне и изменению спектрального состава солнечной радиации (Garrido, 2002).

Проведенные многочисленные исследования, посвященные трансформации азота удобрений в почве, показали, что отсутствует единая концепция о природе и механизме потерь азота в газообразной форме.

Исследованиями многих ученых было установлено, что в состав потерь азота входит широкий спектр газов, а именно N20, NO и N02. Однако наибольшее количество газообразных потерь азота из почвы происходит за счет наиболее устойчивых - молекулярного азота и гемиоксида азота. Значительно меньшую долю в составе газообразных потерь азота играет - N0 и N02.

Основным газообразным продуктом азота, выделяющимся из дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного, при их компостировании оказался N20. Глюкоза, внесенная в почву, приводит к снижению в составе газообразных потерь высших окислов азота. В варианте с дерново-подзолистой почвой к 12 дню опыта потери гемиоксида азота достигли 60% в варианте с применением азотного удобрения из расчета 150 мг/кг азота почвы, в то время как добавление в эту почву глюкозы привело к полному восстановлению N20 к концу опыта и к накоплению N2. Гемиоксид азота не является конечным продуктом трансформации азота в почве. В процессе диссимиляторного восстановления нитратов N20 может редуцироваться денитрификаторами.

Важной научной проблемой является изучение взаимосвязи между биологической активностью и денитрификацией удобрений. Изучение агрохимических свойств почвы в отрыве от биологической активности приводит к констатации результатов без выявления причин и механизмов этих процессов.

От содержания в почве углекислоты зависит динамика нитратного азота в верхних слоях почвы, чем больше углекислоты, тем меньше количество нитратов.

Микробиологическая активность зависит от ряда внешних условий, в том числе от ее плодородия. Для изучения этого положения в опыте использовались почвы, характеризующиеся разным уровнем плодородия, и следовательно микробиологической активностью (табл.1, 2).

Почвы, используемые в исследовании, являются удобным объектом для изучения денитрификации, так как они отличаются по содержанию

органического вещества, микробиологической активности и по содержанию нитратного азота.

На интенсивность газообразных потерь оказывает влияние количество доступного органического углерода, следовательно, чем меньше доступного углерода, тем ниже потребление кислорода и меньше газообразные потери азота. Так, дерново-подзолистая почва с меньшим содержанием доступного углерода имеет меньшие газообразные потери азота по сравнению с черноземом выщелоченным.

Образование и содержание газообразных азотсодержащих продуктов денитрификации тесно взаимосвязано с микробиологической активностью почв. Динамика выделения закиси азота из дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного представлена на рисунке 3 и 4.

Из рисунков 3, 4 видно, что с увеличением глубины почвенного профиля газообразные потери азота увеличиваются. Газообразные потери из слоя 0-20 см составляют - 1-2 мг/сосуд, а из слоев 20-40 см и 40-60 см - соответственно 2-3 и 3-4 мг N-N20 на сосуд. Выделение закиси азота увеличилось на 13% -60% (в зависимости от варианта опыта) во всех слоях почвы по сравнению с исходным содержанием N-N03" на 8-й день опыта.

При увеличении глубины почвенного профиля усиливается интенсивность денитрификации, за счет более низкого содержания кислорода, в результате этого увеличивается выделение закиси азота. Увеличение доз азотного удобрения способствует росту эмиссии закиси азота.

Следовательно, наибольшие газообразные потери N20 образуются в самом нижнем слое почвы (40-60 см). Также, с увеличением экспозиции, количество газообразных потерь азота, в виде N20, уменьшается, то есть в первые несколько дней происходит максимальное выделение закиси азота из почвы, а в последующие дни происходит спад и к концу опыта полностью прекращается выделение закиси азота из верхнего слоя, а в более глубоких слоях редукция закиси азота опережает ее образование. Так из дерново-подзолистой почвы в течение 30 дней происходят потери азота, а в черноземе выщелоченном в течение 15 дней происходит выделение закиси азота. Эмиссия закиси азота, из чернозема выщелоченного происходит, также как и в дерново-подзолистой почве, с глубиной эмиссия закиси азота возрастает, а с экспозицией уменьшается.

Выявлена зависимость эмиссии закиси азота от типа почвы. Так как чернозем выщелоченный обладает более высокой биологической активностью, по сравнению с дерново-подзолистой почвой, то и эмиссия закиси азота происходит значительно интенсивнее.

Динамика выделения закиси азота, 1>МЧ2Омг/сосуд

0-20см 20-40см 40-60см 0-20см 20-40см 40-60см 0-20см 20^0см 40-60см 0-20см 20-40см 40-60см 0-20см 20-40см Без удобрений Фон Р100К100 мг/кг Фон +N50 мг/кг Фон 100 мг/кг Фон +N150 мг

Дерново-подзолистая почва

Рисунок 3. Динамика выделения гемиоксида азота из дерново-подзолистой почвы, N-N20 мг/еосуд (без глюкозы, в среднем за 2 года)

-РК -РК+МБО -РК+ЫЮО -РК+ШБО

Рис. 4 Динамика выделения мг/сосуд из чернозема выщелоченного без глюкозы из слоя 20-40 см (в среднем за ода).

Одним из факторов, влияющим на денитрификацию было содержание гумуса, исследования показали, что наибольшее количество закиси азота в черноземе выщелоченном, чем в дерново-подзолистой почве на этот показатель оказывает влияние содержание гумуса. Выделение закиси азота на черноземе выщелоченном были выше в 1,5 раза, чем на дерново-подзолистой почве, без внесения глюкозы. Следовательно, в черноземе выщелоченном складываются более благоприятные условия для процесса денитрификации.

С внесением глюкозы наблюдается снижение выделения закиси азота на обоих типах почвы. Так, в сосудах с дерново-подзолистой почвой и черноземом выщелоченным при внесении глюкозы наблюдалось снижение выделения закиси азота после 8 дней и к концу опыта закись азота практически не была обнаружена, так как к этому времени (за 30 дней) она полностью редуцировалась до N2 (табл. 5, 6).

Таблица 5

Динамика выделения N20 из различных слоев почвенного профиля в среднем за 2 года исследований из дерново-подзолистой почвы с внесением глюкозы (% от исходного содержания N-N03")

Вариант Слой, см Экспозиция, дни

2 4 8 12

Без удобрений 0-20 12 17 32 20

40-60 40 58 80 66

Фон РюоКюо мг/кг 0-20 18 23 33 27

40-60 42 83 96 86

Фон+ N50 мг/кг 0-20 22 27 43 26

40-60 55 90 110 90

Фон+ N100 мг/кг 0-20 30 35 46 44

40-60 77 94 120 103

Фон+ N150 мг/кг 0-20 31 37 59 55

40-60 94 100 150 123

Внесение глюкозы приводило к увеличению скорости образования и редукции Ы20 до N2.

Выделение закиси азота из дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного, где было внесено легкодоступное органическое вещество в 1,5 раза больше потери азота по сравнению с дерново-подзолистой почвой и черноземом выщелоченным, где отсутствовало внесение глюкозы.

Наиболее интенсивно закись азота в газообразной форме теряется из чернозема выщелоченного с внесением глюкозы, вероятно, это связано с активацией деятельности микроорганизмов, чем обуславливается более активное поглощение кислорода. Достаточное количество легкодоступного

органического вещества активизировало денитрификаторов, деятельность которых вызвала значительные около 7 мг/сосуд потерь закиси азота.

Таблица 6

Динамика выделения N2О из различных слоев почвенного профиля в среднем за 2 года исследований из чернозема выщелоченного с внесения глюкозы

(мг N - Ы20 / сосуд)

Вариант Слой,см Экспозиция, дни

2 4 8 12

Без удобрений 0-20 1,3 1,7 2,8 2,3

40-60 3,6 4,3 6,0 4Д

Фон Р100К100 мг/кг 0-20 1,5 1,9 3,0 2,0

40-60 4,0 4,7 6,5 4,3

Фон+ N50 мг/кг 0-20 1,9 2,2 3,8 2,4

40-60 4,5 5,1 5,8 4,2

Фон+ N100 мг/кг 0-20 2,2 2,8 4,5 3,2

40-60 4,9 5,5 6,2 4,6

Фон+ N150 мг/кг 0-20 2,5 3,3 5,0 3,6

40-60 5,3 6,0 7,5 5,9

НСРозА 0,18 0,19 0,17 0,18

НСР05В 0,14 0,13 0,13 0,14

НСР0.5АВ 0,32 0,32 0,30 0,32

Закись азота - промежуточное газообразное соединение на пути восстановления нитратов и нитритов в почве. Следовательно, содержание органического вещества и микробиологическая активность влияет на интенсивность процесса денитрификации и на скорость восстановления Ы20 в почве до N2.

ВЫВОДЫ

1. Исследования показали, что процесс денитрификации наиболее интенсивно протекает на дерново-подзолистой почве по сравнению с черноземом выщелоченным и газообразные потери составили во всех изучаемых слоях почвы 10-50% из слоя 0-20 см, 20-30% - 20-40 см и 50-125% -40-60 см от исходного содержания N03" на дерново-подзолистой почве, а на черноземе выщелоченном 5-12%, 10-23% и 20-35% соответственно.

2. Интенсивность процесса денитрификации на черноземе выщелоченном из слоя 0-60 см составляет от 9% до 16 %, а на дерново-подзолистой - 12% до 50% от исходного содержания N03".

3. При изучении процессов редукции нитратного азота по слоям почвы оказалось, что наибольшая активность данного процесса в слое 40-60 см,

что составляет на дерново-подзолистой почве от 30% до 130%, а на черноземе выщелоченном от 15% до 35% в зависимости от дозы внесенного азота.

4. В вариантах с возрастанием доз азота с 50 до 150 мг/кг на газообразные потери закиси азота выявлена прямая закономерность между активностью микроорганизмов и количеством азота в почве во всех слоях. Наибольшее количество закиси азота образуется в варианте с максимальной дозой азота. Газообразные потери азота из дерново-подзолистой почвы из слоя 0-20 см составляют - 1-2 мг/сосуд, а из слоев 20-40 см и 40-60 см -соответственно 2-3 и 3-4 мг N-N30 на сосуд, а на черноземе выщелоченном 3-4, 4-5 и 5-6 мг/сосуд га соответствующих слоев почвы.

5. Количество выделения закиси азота зависит от времени экспозиции. При проведении наблюдений выделяется 2 пика, на 2-ой и 8-ой день, однако, после 10-го дня наблюдений происходит снижение активности.

6. Для активизации процессов денитрификации применялась глюкоза в качестве активатора работы микроорганизмов, что приводило к усилению микробиологической деятельности и к увеличению выделения закиси азота в 1,5 раза по всем вариантам опыта и по слоям.

7. Для определения газового состава и выявления интенсивности дыхании микроорганизмов, проводили определение выявляющее углекислый газ. В результате проведенных исследований было выявлено, что наибольшая активность с увеличением дозы азота и в слое 0-20 см, и снижается с глубиной. Так на дерново-подзолистой почве концентрация углекислого газа увеличивалась на 11% — 13% в слое почвы 0-20 см по сравнению с контрольным вариантом на 20-й день опыта. В слое почвы 40-60 см за 20 дней опыта выделялось от 30 до 50 мг/сосуд С-СО2, а из пахотного слоя - выделяется от 55 до 80 мг на сосуд, а на черноземе выщелоченном в 2 раза выше.

8. При проведении наблюдений по выделению углекислого газа из почвы наблюдается пик на 4-ый день, а затем интенсивность выделения снижается и происходит более равномерное выделение СО2.

9. Внесение глюкозы приводило к усилению микробиологической активности и способствовало усилению выделения углекислого газа во всех вариантах и по всем слоям почвы. Так на черноземе выщелоченном выделяется в 1,5 раза меньше С02, если глюкоза не вносится, такая же закономерность прослеживается и на дерново-подзолистой почве.

Результаты исследований показали, что состав газообразных потерь азота из различных слоев почвы варьирует в зависимости от почвенных условий. Данные опытов позволили установить динамику образования закиси азота, их редукцию до N2 и соотношение ЫгО/Ыг в сторону терминального продукта денитрификации - молекулярного азота и повышения доступности растений элементов питания.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кидин, В.В. Газообразные потери азота и динамика почвенного дыхания из разных слоев дерново-подзолистой почвы / В.В. Кидин, A.A. Прасолова // Агрохимический вестник. - 2014. -№ 5. - С. 29-31.

2. Прасолова, A.A. Изучение газообразных потерь азота и динамика почвенного «дыхания» чернозема выщелоченного / A.A. Прасолова // Агрохимический вестник. - 2014. - № 6. - С. 25-27.

3. Прасолова, A.A. Влияние азотных удобрений на газовый режим почвы / A.A. Прасолова // Науч. конф. молодых ученых и специалистов, посвященная 170-летию со дня рождения К.А. Тимирязева (2013 г.): Сб. статей. - М.: Изд-во «РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева», 2014. - С. 135-136.

4. Прасолова, A.A. Влияние глубины почвенного профиля на газообразные потери азота из дерново-подзолистой почвы / A.A. Прасолова // «Агроэкологические основы применения удобрений в современном земледелии»: сб. мат. 48-й Межд. науч. конф. молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов (ВНИИА). -М.: ВНИИА, 2014. - С. 184-186.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Подписано в печать 10.02.2015 г. Формат 60x84 '/16. Усл.печ.л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 85.

Издательство РГАУ-МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул., 44 Тел.: (499) 977-00-12, 977-14-92