Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние ингибиторов нитрификации на эффективность азотных удобрений и продуктивность сахарной свеклы

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Удовидченко, Любовь Петровна, Рамонь

л

ВСЕРОССИИСКИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И САХАРА им. А.Л. МАЗЛУМОВА

На правах рукописи

Удовидченко Любовь Петровна

УДК 633.63:631.84

Влияние ингибиторов нитрификации на эффективность азотных удобрений и продуктивность сахарной свеклы

Специальность 06.01.09 - растениеводство

Научные руководители: Доктор е.- х. наук,

академик РЭА и МАИ А.В.Корниенко; кандидат е.- х. наук К.Г.Мазепин

Рамонь 1998

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

4

Глава 1.Обзор литературы 1.1 .Источники азота для растений_ 7

1.2.Возможные последствия применения азотных удобрений _ 11

1.3.Ингибиторы нитрификации-средство снижения потерь азота удобрений из почвы и повышение их эффективности _ 13

Глава II.Условия и методика проведения исследований

2.1 .Условия проведения исследований_ 17

2.2.Методика проведения исследований__ 22

Экспериментальная часть

Глава III.Влияние ингибиторов нитрификации на микробиологические процессы и динамику минерального азота в выщелоченном черноземе

3.1.Изменение микробиологической активности почвы

при внесении циангуанидина_ 27

3.2.Влияние М-Бегуе и ЦГН на азотный режим почвы_ 35

Глава 1У.Формирование урожая сахарной свеклы

под влиянием ингибиторов нитрификации

4.1 .Динамика роста растений сахарной свеклы_ 43

4.2.Динамика нарастания площади листовой поверхности_ 45

4.3.Содержание фотосинтетических пигментов в листовых пластинках сахарной свеклы__47

4.4.Содержание нитратного азота в растениях__49

Глава У.Накопление сухих веществ и питательных

элементов растениями сахарной свеклы__53

Глава VI. Продуктивность сахарной свеклы в

зависимости от ингибиторов нитрификации_. 59

. Глава VII.Технологические качества сахарной свеклы__61

Глава VIII.Энергетическая эффективность ингибиторов

нитрификации

8.1.Результаты производственной проверки___63

8.2.Энергетическая эффективность циангуанидина__64

Выводы __65

Предложения производству__67

Список использованной литературы__68

Приложения____92

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы: Все эпохи развития земледелия и отвечающие им уровни определяются количеством доступного растениям азота в почве. В настоящее время азот является главным ограничивающим фактором жизни на земле (Д.Н. Прянишников). Актуальность этих слов неоспорима и до сих пор. Обеспеченность минеральным азотом в нашей стране остается еще недостаточной, поэтому повышение эффективности азотных удобрений, снижение непродуктивных потерь азота из почвы являются важнейшей задачей агрохимии.

Исследования с Ы15 показали, что растения используют из удобрений гораздо меньше азота, чем считалось раньше. Значительная часть азота удобрений закрепляется в почве, а 15-30% теряется из почвы в газообразной форме. Основной путь потерь — образование нитратов и нитритов в процессе нитрификации,молекулярного азота при денитрификации.

Важность изучения возможности регулировать процесс нитрификации с помощью ингибиторов нитрификации — химических препаратов, которые подавляют жизнедеятельность нитрифицирующих микроорганизмов и обеспечивают консервацию азота удобрений — неоспорима.

Цель и задачи исследований. Одной из ведущих культур, возделываемых в ЦЧП, является сахарная свекла, под которую вносится большое количество удобрений, в том числе азотных. Цель настоящей работы заключалась в разработке приемов более экономного расходования минерального азота растениями сахарной свеклы. Для ее достижения были поставлены следующие задачи:

1.Изучить влияние ингибиторов нитрификации на микробиологические процессы выщелоченного чернозема.

2.Выявить их влияние на динамику минерального азота в почве.

3.Установить взаимосвязь между изменениями в почве, ростом и развитием растений сахарной свеклы, происходящими при внесении ингибиторов нитрификации.

4.Определить биоэнергетическую эффективность применения ингибиторов нитрификации под сахарную свеклу в условиях выщелоченного чернозема ЦЧП.

Научная новизна: В результате исследований нами выявлены изменения микробиологических процессов выщелоченного чернозема под влиянием ингибиторов нитрификации. При этом установлена связь между азотным режимом почвы и ростом и развитием растений сахарной свеклы.

Практическая ценность: диссертации состоит в том, что нами изучены ингибиторы нитрификации: циангуанидин и N serve, позволяющие снизить норму азотных удобрений под сахарную свеклу, на 30-50 кг/га, повысив при этом их биоэнергетическую эффективность. На основании проведенных исследований разработан технологический регламент применения удобрений под сахарную свеклу, изданный в 1992 году.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на конференции молодых ученых во ВНИС (Киев), 1985г., во ВНИИССе, 1989 г., а в институте защиты растений во ВНИ-ИЗР, в 1988 году.

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 5 статей: в депонированном реферативном журнале " Технические

культуры ", № 8, 1985 г., в тезисах докладов Всесоюзного совещания участников Географической сети опытов с удобрениями: "Задачи агрохимической науки по повышению окупаемости удобрений по зонам страны", часть I, М., 1984г. в журнале "Сахарная свекла" № 5, 1989г., в технологическом регламенте по применению удобрений под сахарную свеклу в ЦЧП, 1992 год, в "Тезисах 29-го Съезда АССБТ", 1997г.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста, включая 17таблиц, 2. рисунка . Состоит из введения, .8 глав, выводов и предложений.

Список использованной литературы включает 197 наименований, в том числе 37 зарубежных источников. Приложения содержат 16 таблиц.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Источники азота для растений Известно, что основная масса растительных и животных организмов состоит из четырех химических элементов: водорода, углерода, кислорода и азота. Все они необходимы и равноценны с точки зрения физиологии, но практически в земледелии отношение к этим элементам разное, потому что первые три усваиваются из воды и воздуха, а азот воздуха может быть усвоен клубеньковыми бактериями, живущими в корнях бобовых растений и свободножи-вущими в почве азотфиксирующими бактериями. Растения должны получать азот из почвы.

Валовое содержание азота в почве составляет 0.02-0.05%, ос-

w 1 ^

новная масса его находится в органической форме, недоступной для растений. Усвояемые растениями азотистые соединения образуются, главным образом, при разложении органического вещества почвы. Количество минеральных соединений азота в пахотном слое почвы, доступное для растений, колеблется от 1 до 3% общего азота (Панников В.Д.,1987). Минеральные соединения не накапливаются в почве в больших количествах, так как потребляются растениями, используются микроорганизмами и частично снова превращаются в органическую форму (Петербургский A.B., 1974).

Основные источники накопления запасов азота в почве -азотфиксирующая способность свободноживущих и клубеньковых организмов, а также поступление его с осадками. Наиболее значительное количество его накапливается в почве, благодаря жизнедеятельности клубеньковых бактерий бобовых растений. Размеры фиксации азота зависят от вида бобовых растений и их

урожая. Максимальное поступление азота с растительными остатками обеспечивает люцерна (до 300 кг/га) за счет азотфик-сирующей способности (Петербургский A.B., 1974).

Свободноживущие микроорганизмы способны в среднем накапливать за год от 5 до 15 кг/га азота (Шилова Е.И., 1974). Поступление азота с атмосферными осадками, соединения которого образуются в атмосфере под действием грозовых разрядов, составляет 2-11 кг/га.

Перечисленные источники пополнения почвенных запасов азота составляют лишь незначительную часть того количества, которое выносится с урожаем сельскохозяйственных культур. Необходимо принимать меры для максимального увеличения плодородия почвы и, прежде всего, пополнения в ней запасов азота. Бобовые культуры занимают сравнительно небольшие площади, и посевы их в севообороте нельзя расширять безгранично. Наиболее ощутимый и реальный путь — внесение органических и минеральных удобрений. В нашей стране в почву с органическими удобрениями вносится менее половины азота от общего выноса его с урожаем всех культур (Варюшкина Н.М., 1974). Баланс азота, в котором учтены все реальные приходные и расходные статьи, складывается отрицательный. Его состояние в решающей степени определяется техническим азотом , за счет которого покрывается основная часть расхода (Смирнов П.М., 1979).

Азот, внесенный в почву с удобрениями, лишь частично поглощается и усваивается растениями. Результаты многих опытов показали, что газообразные потери из наиболее распространенных удобрений, в год внесения в среднем составляют в полевых

условиях на засеянных почвах около 20 %, а иногда и значительно больше (Смирнов П.М., 1977). Газообразные потери азота связаны с интенсивной нитрификацией и денитрификацией азотных удобрений в почве.

Нитрификация представляет собой процесс биологического окисления аммонийного азота в нитритный и идет в две стадии: на первой стадии окисления аммония до нитритов участвуют микроорганизмы группы Ккгозотопаэ, на второй — окисления нитритов до нитратов — ННгоЬа^ег. Образующиеся в процессе нитрификации, нитриты и нитраты подвергаются восстановлению денитрифицирующими микроорганизмами до N02 и N2.

Нитратный азот (N0$) не образует в почве малорасгвори-мых солей и не поглощается^ почвенными коллоидами, поэтому, находясь в почвенном растворе, он легко передвигается и может вымываться гравитационными водами до грунтовых, а затем в реки, озера и другие водоемы.

Потери азота вследствие вымывания нитратов зависят от свойства почвы, глубины залегания грунтовых вод, количества осадков и периодичности их выпадения, формы и нормы вносимых удобрений, способа орошения и других условий (Муравин Э.А., 1979; Смирнов П.М., 1977).

По данным Шиловой Е. И. (1974), внесенный в хорошо окультуренную почву, азот аммиачных удобрений, может полностью нитрифицироваться за 3-7 дней. Растения не в состоянии усвоить сразу большое количество минерального азота. Следовательно, существует реальная угроза значительных потерь азота в нитратной форме.

Величина потерь азота повышается с увеличением количества осадков. Опыты показывают, что каждый миллиметр осадков соответствует потере примерно 0.5 кг/га азота в год (Роа1Ш Р., 1962). В опытах с кукурузой на аллювиальных почвах при выпадении 2600 мм осадков в год при выращивании 5 урожаев в течение 3-х лет и внесении под каждый урожай по 200 кг/га азота, его потери от вымывания в форме нитратов составили 65% внесенного с удобрениями (1атЬоа, 1974).

Вымывание нитратов зависит от типа почв, их механического состава. На супесях потери нитратов составили 74 кг/га в год, на карбонатных суглинках — 103 кг/га, на суглинках 65 кг/га (АтЬе1^ег, 1973).

В ЦЧЗ России потери азота удобрений из почвы в общем не велики, благодаря значительно меньшему, чем в странах Западной Европы, количеству осадков и непромывному режиму почв. Как показали многочисленные исследования потери азота из почвы происходят в основном в газообразной форме (Макаров Б.Н., 1976, Назарова В.Н., 1978). Необходимым условием для этого является денитрификация. Существенное значение на размер газообразных потерь азота оказывает степень аэрации. В анаэробных условиях образование газообразных продуктов проходит в 3 - 10 раз интенсивнее, чем в аэробных (Смирнов П.М., 1977).

В полевых условиях установлено, что газообразные потери азота в форме N02 и 1ЧНз зависят от влажности, температуры, почвы и количества в ней нитратов (Макаров Н.Б., 1976). В условиях нашей страны значительные потери азога в нитратной и газообразной форме имеют место при выращивании риса

(Краснодарский край) (Базилевич С.Д., 1968, Бочкарев А.Н., 1980).

1.2. Возможные экологические последствия применения азотных удобрений.

Цель химизации сельского хозяйства не просто любыми способами увеличить производство, получить прибыль, но и сохранить нужный состав и качество пищи, сырья, воды, воздуха и почвы.

Основным фактором химизации является решение проблемы азота, потому что, во-первых, высота урожая и продуктивность животных определяется главным образом степенью обеспеченности азотом; во-вторых, самыми большими выносами азота урожаями, потерями его из почвы вследствие вымывания, эрозии; в-третьих, дефицитностью и дороговизной минерального азота.

Но вместе с этим его применение приводит к серьезным негативным экологическим последствиям.

Многочисленные исследования с применением меченого азота (N-15) и других методов констатируют то , что систематическое применение средних доз минерального азота в составе ИРК ведет не к обогащению , а к обеднению азотного фонда почвы — гумуса. Обусловлено это тем, что степень усвоения минерального азота и его потери не компенсируются количеством иммобилизованного азота удобрений (Смирнов П.М. и др., 1977, 1980).

Важно отметить, что с увеличением норм азотных удобрений эффективность азота прогрессивно уменьшается, а воз-

растающее количество неиспользованного азота представляет потенциальную угрозу для окружающей среды.

Так, высокие дозы азотных удобрений способствуют образованию и накоплению токсических веществ в продуктивных частях растений, что может служить причиной отравления людей и животных. Нитраты, которые накапливаются в растениях, сами не токсичны, но в организме людей и животных, и в растительных продуктах превращаются в токсичные нитриты, поступление которых в кровь вызывает отравление (Мишустин E.H. и др., 1982, Хвощева Б.Г., 1977).

Долгое употребление пищи, воды и кормов, богатых нитратами, вызывает болезни обмена веществ, опорно-двигательной и нервной систем и генетические нарушения ( Мишустин E.H., Лебедев Е.М., Черенков H.H., 1982). Гораздо опаснее острых отравлений необратимые воздействия малых доз азотных соединений, которые вначале протекают бессимптомно, а спустя месяцы и годы вызывают злокачественные опухоли (Струнников В.А., Урываева И.В., Бродский В.Я., 1982). К сожалению, медицинские ограничения опасных людям азотных соединений основаны на остром действии нитратов и нитритов, а не на возможном образовании из них нитросоединений. Суточное потребление нитратного азота с пищей и питьем по нормам ВОЗ не должно превышать 200 мг , а для нитритов - 10 мг, для теплых стран ФАО повысило норму нитратов до 500 мг (Hansen Н., 1976).

Важнейший субстрат жизни — вода, особенно страдает от стока избытков азотных удобрений. Атмосферные осадки вымывают азотные удобрения из почв в грунтовые воды и водоемы, повышая концентрацию азотных соединений в источниках во-

доснабжения, иногда выше норм (Дараселия М. К., 1985; Ку-деяров В.Н., 1981; ; Мишустин E.H., 1982; Синягин И.И., 1976). По данным Иллинойского университета (США), за счет азота минеральных удобрений в грунтовые воды поступает 13 % всего загрязняющего ее связанного азота (Murrau J.A., 1976). Избытки азотных соединений отмечаются в прибрежных морях США, ФРГ, Нидерландов и других. В России отмечено некоторое увеличение соединений нитратов в грунтовых водах в районах интенсивного применения удобрений (Дараселия М.К., 1977).

В 20 веке баланс азота биосферы подвергался серьезным изменениям и взгляды на экологические проблемы удобрений резко меняются. Увеличение объемов применения азотных удобрений приводит к нарушению баланса N2O в атмосфере. Примерно 30% минерализуемого азота удобрений, после многократных преобразований в форме N2 или N2O поступает в атмосферу. По прогнозам к 2110 году производство азотных удобрений возрастет до 200 млн. тонн, что приведет к выделению в атмосферу около 13 млн. тонн N2O. Такое смещение баланса N2O окажет влияние на концентрацию озона в стратосфере, что, в свою очередь, усилит проникновение на поверхность земли ультрафиолетовой радиации, оказывающей отрицательное воздействие на все живое (Crutzen Р. I., 1974; Seiler W., 1978).

1.3.Ингибиторы нитрификации — средство снижения потерь азота удобрений и повышения их эффективности.

Высокие потери азота удобрений из почв ставят вопрос о необходимости изысканий путей их уменьшения и устранения.

Существуют химические и агротехнические приемы уменьшения потерь азота удобрений. Одним из химических приемов их снижения является применение ингибиторов нитрификации химических препаратов, которые при внесении в почву, в небольших количествах, избирательно подавляют жизнедеятельность нитрифицирующих микроорганизмов и обеспечивают консервацию применяемых аммиачных и аммонийных удобрений. При ингибировании процесса нитрификации очень важен подбор таких препаратов, которые воздействовали бы только на первую стадию процесса. Если же в большей степени будет подавляться Nitrobakter, чем Nitrosomonas, то возможно накопление в среде нитратов, обладающих высокой токсичностью (Базилевич С.Д., 1971; Алтухова В.М., 1977).

За последние 30 лет было зап