Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние известкования на азотный режим дерново-подзолистых почв

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Минин, Владислав Борисович

ВВЕЩЕНИЕ

1.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ.

1.1.Поступление азота в почву.

1.2.Формы азота в почвах подзолистого типа

1.3.Процессы аккумуляции и мобилизации азота в почвах

1.4.Влияние известкования на процессы аккумуляции-мобилизации азота в почвах.

2.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПОЧВАХ ПОДЗОЛИСТОГО ТИПА

2.1.Отрицательное влияние азотных удобрений на агрохимические и биологические свойства подзолистых

2.2.Влияние реакции среды и концентрации кальция на развитие растений и поглощение ионов аммония и нитратов

2.3.Особенности поглощения растениями азота из удобрений и почвы по результатам исследований с АОЫ 32 2.4.Влияние известкования на использование растениями азота минеральных удобрений и подзолистых

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1.Характеристика объектов исследований

3.2.Схемы опытов и их обоснование

3.3.Методы анализов почв и растений

3.4.Агрометеорологические условия проведения опытов

4.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ВЕЛИЧИНУ И СТРУКТУРУ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

5. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ.

5.1.Зависимость величины несимбиотической азотфиксирую-щей активности от реакции дерново-подзолистых почв

2.Влияние известкования на интенсивность процессов нитрификации и аммонификации в дерново-подзолистых почвах б.З.Влияние известкования и азотных:, удобрений на превращение азотсодержащих органических соединений дерново-подзолистых почв.

5.3.1.Структура азотного фонда дерново-подзолистых почв и её изменения под воздействием извести и азотных удобрений

5* 3.2. Влияние известкования на состав и свойства органического вещества дерново-подзолистых, почв

5.4.Зависимость общей биологической активности дерново-подзолистых почв от уровня их кислотности

6.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕРНОВЫМИ КУЛЬТУРАМИ АЗОТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ И УДОБРЕНИЙ.

6.1.Влияние известкования на урожайность зерновых культур и использование ими азота удобрений и дерново-подзолистых супесчаных, почв

6.1.1.Результаты микрополевых опытов.Варианты без азотных удобрений

6.1.2.Результаты микрополевых: опытов.Варианты с азотными удобрениями, меченными Ы

6.1.3.Результаты полевых опытов

6.2.Влияние известкования на урожайность зерновых: культур и эффективность азотных удобрений в условиях дерново-подзолистой глинистой почвы

7.Экономическая эффективность известкования и применения. азотных, удобрений под зерновые культуры.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Влияние известкования на азотный режим дерново-подзолистых почв"

Актуальность проблемы. В Продовольственной программе, одобренной на Майском, 1982 года Пленуме ЦК КПСС, повышение эффективности использования минеральных удобрений рассматривается в качестве одного из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства. Особое значение эта проблема имеет для Нечерноземной зоны РСФСР, так как господствующие на её территории почвы подзолистого типа отличаются низким естественным плодородием. Успешное использование этих почв возможно лишь после устранения присущих им отрицательных свойств и при достаточном обеспечении сельскохозяйственных растений элементами питания.

Выдающийся основоположник отечественной агрохимии академик Д.Н.Прянишников /128/ указывал:"Вся история земледелия в Западной Европе свидетельствует о том, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в различные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом".* Многочисленные работы агрохимиков и почвоведов последних лет показали, что в уСЛОВИЯХ Нечерноземья именно азотным удобрениям, обеспечивающим около 60$ общей прибавки урожаев, получаемых от ЖРК, принадлежит ведущая роль в повышении продуктивности растениеводства /42, 145, 146/. В связи с этим поставки азотных удобрений хозяйствам зоны год от года возрастают. Вместе с тем эффективность их использования остаётся достаточно низкой. Так, по данным системы опытов Географической сети, урожаи зерновых культур повышаются в большинстве случа Избранные сочинения в трех томах. М., 1953, т.2, с. 115. ев прж возрастании норм азотных удобрений лишь до 60 кг азота на гектар /41/, низки коэффициенты использования азота удобрений, велики газообразные потери. Для улучшения азотного режима почв и обеспечения потребностей сельскохозяйственных растений в азоте, по мнению В.А.Ковды ". надо снизить все потери азота удобрений, ускорить внедрение новой техники и методики применения удобрений, повысить, культуру применения удобрений, найти способы снижения темпов денитрификации.

Одним из основных приемов повышения эффективности азотных удобрений и улучшения азотного режима подзшистых почв является известкование. Реакция почвенной среды имеет многостороннее влияние как: на направленность и интенсивность почвенных процессов, так и на рост и развитие растений. Кислая реакция и сопутствующие ей факторы оказывают отрицательное влияние на развитие большинства сельскохозяйственных культур, подавляют жизнедеятельность многих полезных микроорганизмов, снижают активность ряда почвенных ферментов. Известкование, насыщая почвенный поглощающий комплекс катионами кальция и магния и сдвигая кислотно-щелочное равновесие почвы в нейтральную область, существенно изменяет всю совокупность почвенных процессов, и в первую очередь - её азотный режим. Академик И.В.Тюрин /161/ указывал, что из косвенных мер улучшения азотного баланса в почвах следует прежде всего назвать известкование кислых почв. Он отмечал, что огромная положительная роль извести в процессах накопления в почвах азота не подлежит сомнению и доказывается как экспериментальными данными,

1 В кн. "Круговорот и баланс азота в системе почва-удобрения-растения-вода", М., 1979, с.7. так и наблюдениями над природными почвами. Однако, несмотря на признание большинством ученых: положения И.В.Тюрина о значении известкования в улучшении азотного режима подзолистых почв, научных исследований по этой теме явно недостаточно. До сих пор мало сведений о влиянии известкования на коэффициенты использования азотных удобрений, на характер и направленность процессов трансформации отдельных фракций и соединений почвенного азота. Ограниченность фактического материала для условий Северо-Западного региона существенно затрудняет как понимание процессов трансформации азота в известкованных почвах, так и разработку приемов повышения эффективности азотных удобрений с учетом почвенной реакции. Это приводит к недобору сельскохозяйственной продукции и значительным потерям азота удобрений и почвы.

Дель и задачи исследований. Основной целью нашей работы являлось изучение влияния известкования и создаваемых с его помощью уровней почвенной реакции на превращение и использование зерновыми культурами азота минеральных удобрений и дерново-подзолистых почв. В связи с этим перед нами стояли следующие конкретные задачи:

- изучить влияние известкования на урожайность зерновых культур и эффективность азотных удобрений;

- определить уровни почвенной реакции, обеспечивающие наиболее рациональное использование зерновыми культурами азота удобрений и дерново-подзолистых почв;

- определить воздействие уровней почвенной реакции на интенсивность и направленность отдельных биохимических: процессов, регулирующих азотный режим дерново-подзолистых почв;

- установить влияние известкования на распределение азота по группам и фракциям органического вещества почвы.

Научная новизна результатов исследований. Выявлено, что известкование- существенно влияет на доступность зерновым культурам как азота минеральных удобрений, так и азота дерново-подзолистых почв. Для условий Северо-Запада РСФСР впервые с применением изотопа ^^КЕ установлены коэффициенты использования азота из минеральных удобрений яровой пшеницей Ленинградка и овсом Хадмерслебенер АГ при различных уровнях реакции почв. Выявлены уровни реакции почв, обеспечивающие максимальное использование зерновыми культурами азота дерново-подзолистых почв. Определены количественные зависимости интенсивности нитрификации, аммонификации, несимбиотической азотфиксации, общей биологической активности дерново-подзолистых почв от величины почвенной кислотности. Установлен характер влияния извести на распределение азота и углерода по группам и фракциям органического вещества дерново-подзолистых почв.

Научная и практическая ценность работы. Результаты исследований конкретизируют представления о влиянии известкования:, в зависимости от достигнутого уровня реакции, на процессы, формирующие азотный режим дерново-подзолистых почв, а также на использование зерновыми культурами азота этих почв и минеральных удобрений. На этой основе возможно изыскание новых приемов наиболее эффективного использования азота в земледелии Нечерноземья.При-веденные в работе данные о взаимосвязях между значениями почвенной кислотности и действием азотных удобрений могут быть использованы для уточнения ворм извести в условиях применения: азотных удобрений. Выявленные закономерности позволяют рассматривать известкование как прием, интенсивно воздействующий на белковость зерна.

I. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТА В ДЕРНОВО - ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ

Академик Д.Н.Прянишников неоднюфатно отмечал, что основной задачей агрохимии является изучение круговорота вещества в земледелии и выявление таких воздействий на его течение, которые могут существенно повышать урожай сельскохозяйственных культур. В Нечерноземной зоне РСФСР на минеральных почвах, азотным удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении продуктивности растениеводства.- Однако, их эффективное применение

V и полное удовлетворение сельскохозяйственных растений в азотном: питании возможно лишь при учете процессов, регулирующих азотный режим почвы и воздействующих: на них факторов. В условиях: дерново-подзолистых почв особое значение в регулировании их азотного режима имеет почвенная реакция.

Для почв подзолистого типа кислая реакция среды, ненасыщенность почвенного поглощавдего комплекса основаниями является одним из основных генетических признаков. Повышенная почвен

V ная кислотность, высокое содержание подвижных форм алюминия, марганца и железа существенно снижают урожайность большинства сельскохозяйственных культур. Средством устранения избыточной почвенной кислотности является известкование кислых почв и объект этого мероприятия в Нечерноземной зоне РСФСР с каждым годом возрастает. Известкование, изменяя кислотно-щелочную обстановку в почве, существенно влияет на большинство почвенных процессов и в первую очередь - на процессы трансформации соединений азота, что необходимо учитывать при изучении азотного режима используемых; в земледелии дерново-подзолистых: почв.

Остановимся более подробно на рассмотрении имеющихся в литературе; данных об особенностях превращения соединений азота в дерново-подзолистых почвах и о влиянии на эти превращения почвенной реакции и известкования.

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Минин, Владислав Борисович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все проведенные нами исследования однозначно свидетельствуют об определяющем влиянии почвенной реакции и известкования на процессы трансформации азота в дерново-подзолистых почвах и об их большом значении в деле повышения эффективности азотных удобрений. Доступность растениям как собственно почвенного азота, так и азота минеральных удобрений определяется соотношением процессов минерализации - иммобилизации. Как мы уже отмечали выше, в литературе приводятся и экспериментальные данные, и теоретические обоснования, доказывающие как усиление минерализации гумуса и мобилизации азота в почвах под действием известкования /110,144,145,146,190,210/, так и стабилизирующую роль извести в процессах гумификации и минерализации /38,57,83,84,187,196 и др./. Результаты наших исследований в некотором роде подтвердили оба этих воззрения. При внесении сравнительно небольших количеств извести, сдвигающих уровень почвенной реакции до значений рН^ 5,0.6,0, минера-лизационные процессы явно преобладают над иммобилизационныгш: резко возрастает вынос зерновыми культурами, как чувствительными к повышенной почвенной кислотности, так и относительно устойчивыми, азота почвы, а в условиях дерново-подзолистых супесчаных почв и азота удобрений, усиливается накопление нитратов, несимбиотическая азотфиксирующая активность, общая биологическая активность, имеют место перестройки в структуре азотного фонда почв, ведущие, в целом, к повышению его подвижности. При этих кислотно-щелочных условиях обеспечиваются максимальные прибавки в урожайности зерновых культур.

Внесение высоких норм извести, сдвигающих почвенную реакциго до уровня, близкого к нейтральному, влечет за собой доминирование иммобилизационных процессов. Это выражается в снижении выноса растениями азота почв, а часто и удобрении, по сравнению с вариантами, имеющими оптимальные кислотно-щелочные условия, снижается подвижность азотного фонда, в его составе возрастает доля малоподвижных трудногидролизуемых соединений, подавляется общая биологическая активность почвы. В целом, применение высоких норм извести значительно сокращает прибавки в урожайности изучаемых культур. Низкую эффективность высоких норм извести на дерново-подзолистых почвах отмечали также А.П.Мершин, В.Кнашис, И.Стапутис /89/, Н.П.Булгаков, А.А.Прошляков /25/. Отчасти это явление может быть связано с развитием хлороза растений /194/, снижением подвижности ряда микроэлементов /110/, а также с изменениями в биохимических процессах в растениях при высоком содержании кальция, выражающимися в снижении притока азота в репродуктивные органы /193/.

Наши исследования показали, что при внесении азотных удобрений в нормах, эквивалентных используемым в производстве, доля азота дерново-подзолистых почв в общем выносе элемента с урожаем растений составляла от 75 до 90$. Таким образом, изменения в доступности почвенного азота сельскохозяйственным культурам имеют большое значение в деле повышения их продуктивности. Выявленные нами влияние известкования на потребление растениями почвенного азота может быть использовано для разработки мероприятий по улучшению снабжения растений азотом.

Представления об изменениях в соотношении процессов минерализации-иммобилизации в зависимости от уровня почвенной реакции позволяет понять причину разноречивости данных в исследованиях по влиянию известкования на коэффициенты использования азота удобрений. В наших опытах известкование кислых дерново-подзолистых супесчаных почв до уровня значений рН^ 5.6 как правило значительно увеличивало использование азота сульфата аммония и в меньшей степени - натриевой селитры. Аналогичные результаты получены И.В.Верниченко /27,105/, А.Н.Небольсиным /НО/, Л.А.Мерзляковым /88/. По всей видимости, это явление связано как с улучшением условий произрастания растений при слабокислой реакции почвы, что способствовало повышению их поглотительной способности, так и с усилением в почве минера-лизационных процессов. Исследования, проведенные в микрополевом опыте 1," 8 в широком диапазоне значений кислотности супесчаной почвы показали, что улучшение использования ячменем азота удобрения наблюдалось уже при сдвиге рН^^с 4,2 до 4,7. 4,9. В связи с этим можно предположить, что авторы, в чьих опытах почвы не имели сильно кислую реакцию, могли не обнаружить улучшения использования азотных удобрений при внесении извести. При известковании дерново-подзолистых супесчаных почв до значений рНкс^- 6,5.7,0 коэффициенты использования азота удобрений были, в ряде случаев, значительно ниже, чем на вариантах с применением меньших норм извести; в результате этого могло не отмечаться достоверных различий по сравнению с неизвесткованными вариантами. Фиксируемый при этом факт отсутствия влияния известкования на коэффициенты использования азота удобрений согласуется с данными П.М.Смирнова /144,145,146/. и его сотрудников.

Таким образом, в условиях дерново-подзолистых супесчаных

- 177 почв под действием извести может наблюдаться как улучшение использования зерновыми культурами азота удобрений при создании оптимальных кислотно-щелочных условий, так и отсутствие влияния извести или даже отрицательное действие при реакции почв, близкой к нейтральной. В целом, для супесчаных почв коэффициенты использования сульфата аммония, как источника азота, были в 1,3.1,8 раза выше, чем азота натриевой селитры.

В условиях дерново-подзолистой глинистой почвы, под действием известкования отмечалось повышение урожайности зерновых культур и увеличение общего выноса азота, однако в ряде случаев использование растениями азота минеральных удобрений по мере снижения величины почвенной кислотности, не изменялось, или даже снижалось. Это явление, по всей видимости, связано со свойственной почвам тяжелого механического состава сильной фиксирующей способностью, которая повышается при насыщении почвы кальцием и нейтрализации кислотности /12,29,203/. Хотя нами и не определялась фиксирующая способность изучаемой дерново-подзолистой глинистой почвы, однако подтверждением нашего предположения о её значительной величине является факт отсутствия различий е величинах коэффициентов использования азота в нитратной и аммонийной формах. В отдельных случаях вынос азота из натриевой селитры даже превышал вынос азота из сульфата аммония, что согласуется с результатами исследований Е.И.Шиловой /173/, С.Янсон /192/.

Проведенные нами анализы распределения азота по фракциям и группам органического вещества изучаемых почв показали, что азотный фонд дерново-подзолистой супесчаной почвы более подвижен, чем глинистой. Однако, применение извести я азотных удобрений в гораздо большей степени сказалось на подвижности органических азотсодержащих соединении почвы тяжелого механического состава, вызвав значительное перераспределение азота между отдельными фракциями. В целом, необходимо обратить внимание на ограниченность фонда азотсодержащих органических соединений, способных к минерализации. Как мы уже отмечали выше, известкование, создавая определенные кислотно-щелочные условия, может в значительной степени усиливать подвижность азотного фонда и вынос растениями азота почвы. Азотные удобрения также в ряде случаев могут мобилизовывать почвенный азот и увеличивать его использование растениями. Однако, наша не наблюдалось при создании с помощью известкования оптимальных уровней почвенной реакции, сложения минерализующих эффектов извести и азотных удобрений. По всей видимости, количество способных к минерализации при данных условиях почвенных азотсодержащих органических соединении конечно и ограничено вполне определенной величиной. Как известь, так и азотные удобрения,могут вызвать минерализацию большей части этого фонда. Однако становится понятным, что при их совместном внесении после исчерпания запасов способных к минерализации соединений, дальнейшее увеличение выноса почвенного азота будет очень незначительным.

- 179