Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние изученности проблемы 8
1.1. Агроэкологическая оценка плодородия почв 8
1.2. Устойчивость азотного состояния почв 16
1.2.1. Трансформация минеральных соединений азота в почве 16
1.2.2. Трансформация органических соединений азота в почве 28
1. 3 Показатели и характеристика азотного состояния почв 37
Глава 2 Природные условия почвообразования в предуральскои степной зоне и методика исследований 50
2.1 Климат 50
2.2 Рельеф 52
2.3 Растительность 54
2.4 Почвообразующие породы 55
2.5 Почвы 55
2.6 Объекты, схемы опытов и методы исследований 57
Глава 3 Агроэкологическая оценка плодородия черноземов выщелоченных 60
Глава 4 Характеристика азотного фонда черноземов выщелоченных и оптимизация доз внесения азотных удобрений в почвах различного уровня плодородия под гречиху и ячмень 70
4.1 Характеристика азотного фонда черноземов выщелоченных 70
4.2 Оптимизация азотного питания гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных 74
4.3 Диагностика азотного питания гречихи и ячменя 78
4.4 Экономическая эффективность азотных удобрений на черноземах выщелоченных различного уровня плодородия при возделывании гречихи
4.5 Экономическая эффективность азотных удобрений на черноземах выщелоченных различного уровня плодородия при возделывании ячменя
Выводы
Рекомендации производству
Литература 91
- Трансформация минеральных соединений азота в почве
- Почвообразующие породы
- Агроэкологическая оценка плодородия черноземов выщелоченных
- Оптимизация азотного питания гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных
Введение к работе
Актуальность темы. Сельскохозяйственное использование почв привело к дисбалансу азота в почвах. Содержание и запасы азота в пахотных черноземах, по сравнению с целинными, снизились на 14-37% (И.К. Хабиров, 1993). Урожай сельскохозяйственных культур в основном формируется за счет резервного фонда почвенного азота, что создает условия для дальнейшей деградации почв и снижения активной фазы органических соединений азота. Количество вносимых органических и минеральных удобрений не компенсирует дефицит азота.
Одним из путей устранения дефицита азота является внесение минеральных азотных удобрений. Однако, внесение повышенных доз азотных удобрений не всегда экологически и экономически оправдано. Необходимо установить оптимальные дозы азотных удобрений для каждой культуры при котором обеспечивается бездефицитный баланс азота в почве, максимальный урожай при хорошем качестве продукции. Вопросы оптимизации азотного питания гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных с различным содержанием гумуса и азота, до сих пор остаются слабо изученными. Наиболее важными процессами, протекающими в почве, с точки зрения агроэкологии, является трансформация поступающих в почву азотных соединений в составе минеральных удобрений, их закрепление, миграция, накопление в продуктах питания (Ф.Х. Хазиев, Н.С. Наумов, 1979; З.Г. Простякова, 1998; Н.А. Середа, 2002; Г.Б. Кириллова, 2005).
Цель и задачи исследований. Целью исследований явились агроэко-логическая оценка азотного состояния черноземов выщелоченных и оптимизация азотного питания гречихи и ячменя на примере СПК «Дружба» Аурга-зинского района Республики Башкортостан.
В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:
Агроэкологическая оценка плодородия черноземов выщелоченных.
Характеристика азотного фонда черноземов выщелоченных.
Выявить оптимальные дозы азотных удобрений для поддержания плодородия почв и получения устойчивых урожаев гречихи и ячменя с хорошим качеством на почвах с различным содержанием гумуса и азота.
Разработать диагностику азотного питания гречихи и ячменя, с учетом текучей минерализации почвенного органического азота, для определения потребности этих культур в азотных удобрениях обеспечивающих бездефицитный баланс азота в почве.
Определить экономическую эффективность внесения азотных удобрений при возделывании гречихи и ячменя.
Научная новизна исследований. Установлена оптимальная доза внесения азотных удобрений под гречиху и ячмень на фоне Р60 на бедных и богатых гумусом черноземах выщелоченных. Разработана диагностика азотного питания гречихи и ячменя с учетом почвенных запасов азота и текучей минерализации. Определена корреляционная связь между урожайностью гречихи и ячменя и запасами минеральных соединений азота в почве.
Защищаемые положения:
- черноземы выщелоченные по сравнению с целинными почвами потеряли 1,5 - 2,0% гумуса, 0,10-0,15% общего азота, около 10 см гумусового горизонта, ухудшилось их структурное состояние, в них сложился отрицательный баланс гумуса и азота и других макро и микроэлементов;
максимальный урожай гречихи и ячменя на бедных гумусом почвах достигается при применении мочевины в дозе N120 кг/га и сульфата аммония в дозе N9o", внесение вышеназванных удобрений, соответственно в дозах, N90 и N6o, позволяют получить наибольший урожай культур на богатых гумусом почвах; применение более высокой дозы азотных удобрений (Ni5o) не способствует дальнейшему увеличению продуктивности культур;
азотные удобрения улучшают азотный режим почвы, их под гречиху и ячмень необходимо внести с учетом гумусированности почв, запасов минерального азота и текучей минерализации азота перед посевом на основании балансовых расчетов азота в системе почва-растение-удобрение.
6 Практическая значимость. Получены научные результаты, подтверждающие необходимость дифференцированного применения азотных удобрений в зависимости от гумусированности почв и обеспеченности азотом с учетом форм и доз азотных удобрений под гречиху и ячмень. Установлены оптимальные дозы азотных удобрений для почв с низким и высоким содержанием гумуса позволяющих получить высокие урожаи гречихи и ячменя с хорошим качеством. Материалы диссертационной работы использованы при составлении «Рекомендаций по сохранению и повышению плодородия почв Республики Башкортостан». Результаты исследований также могут быть использованы при организации экологического мониторинга состояния почв, обосновании систем экологически-ориентированного управления плодородием почв в рамках адаптивной системы земледелия в севооборотах с гречихой и ячменем.
Теоретические положения и практические результаты исследований используются при чтении лекций по почвоведению и земледелию в Башго-сагроуниверситете.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на научно-практической конференции почвоведов, агрохимиков и земледе-лов Южного Урала и Среднего Поволжья «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие», посвященной 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ и РБ, доктора с.-х. наук, профессора С.Н.Тайчинова (Уфа, 27-28 сентября 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве» (Уфа, 26 февраля - 1 марта 2007 г.), Международной научно-практической конференции «Агроэкологическая роль плодородия почв и современные агротехнологии) (Уфа, 26027 июня 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международ-
ным участием в рамках ХУ111 Международной специализированной выставки «Агрокомплекс - 2008, Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения», на совместном заседании кафедр агрономического факультета БГАУ. Результаты исследований опубликованы в 14 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений в производство, изложена на 116 страницах, содержит 21 таблиц и 3 рисунка. Список литературы включает 273 наименования.
Трансформация минеральных соединений азота в почве
Изучение устойчивости процессов превращения азотистых соединений в почве связано с определенными трудностями. Это исходит из того, что трансформация азота в почве носит многофункциональный характер, так как в почве сопряжено идут процессы минерализации органического азота, иммобилизации, азотфиксации, выщелачивания, реакции окисления-восстановления и катионного обмена. Все это осложняется внесением минеральных удобрений. Тем не менее, обзор литературы показывает, что кинетические и термодинамические подходы используются для изучения устойчивости отдельных процессов азотного цикла в различных агроэкосистемах. По нашему мнению, кинетические и термодинамические принципы анализа могут явиться теоретическим фундаментом для определения вероятности, направления, устойчивости почвенно-биохимических процессов трансформации азота, конечной целью которых является рациональное использование азота почвы и удобрений и оценка плодородия.
Впервые кинетический подход для измерения количества аккумулированного нитратного азота (N-NO3) во времени был применен Верулстом (P.P. Verhulst,1938). Для этого он использовал дифференциальное уравнение dN/dt = kN(a-N), которое впоследствии получило название уравнения Верулста. В интегральном виде это уравнение представляет сигмоидальную кривую и имеет вид: NOW( l+[a/(N03) V1 ]exp(-akt0), (1) где а и (Ж)з)о" - асимптота и начальный уровень содержания NO"3 соответственно; к - константа скорости накопления NO3"; t0 - начальное время, равное нулю. Параметры а, к и (КОз)"о вычисляются методом наименьших квадратов согласно уравнению (1) по экспериментальным данным зависимости содержания NO_3 от t Известно, что численность популяции нитрифицирующих микроорганизмов в почве сравнительно невелика (A. Hadas et. al., 1986) и скорость процесса нитрификации при внесении NH/описывается сигмоидальней кривой, разделяющейся на три фазы: а) медленного роста скорости реакции, в тече 18 ниє которой численность нитрифицирующих бактерий растет; б) максимальной скорости; в) торможения вследствие уменьшения концентрации NH+4 в почве (B.R. Sabey et al., 1959). Максимальную скорость нитрификации (Ктах) можно вычислить, исходя из уравнения (1) как максимальный угол на-клона на точке сгиба (где Ю"з = а/2) по формуле: Kmax=ka /4.
Период медленного роста скорости нитрификации (t) можно определить согласно Сейби с соавт. (B.R. Sabey et al., 1959) как значение t при экстраполяции максимального угла наклона к начальному уровню содержания NO 3 по уравнению Г=1п[а/(МОз) о-1]/ак+((КО-3)о-а/2)/Ктах (2) Ученые Израиля (A. Hadas et al., 1986), используя уравнение Верулста, изучали аккумуляцию нитратного азота во времени и установили, что в почвах различного сельскохозяйственного использования Ктах при 35С колеблется от 5 до 70 мг/кг день"1 и период медленного роста скорости реакции (Ґ) изменяется от 0.2 до 8 дней. Лиис и Кастел (Н. Lees, J.H. Qastel, 1946) описали увеличение концентрации нитратов (N3) при инкубации линеаризированным уравнением: log(N3/(N3(max)-N3)=k(ti), (3) где N3(max) - максимальный уровень сигмоидальной кривой; к - константа скорости; t - время от начала инкубации; tj - время, когда N3 =К3(тах)/2 . Значения к и t; позволяют сравнивать скорость нитрификации при различных условиях (J.I. Prosser, 1986). Однако биологическое значение этих параметров остается неясным, хотя они связаны с максимальной удельной скоростью роста бактерий (mmax) и начальной концентрацией аммония. Это уравнение, главным образом, описывает процесс нитрификации количественно и не дает той информации, которая необходима для объяснения механизма нитрификации.
Исследователи из Италии (F.Crescenzi et al., 1988) и Великобритании (P.R. Darrah et al., 1985) для изучения кинетики процесса нитрификации в системе, где лимитирующим фактором является концентрация субстрата, использовали уравнение Монда: m= imaxS/(S+Ks), (12) где nmax - максимальная удельная скорость роста численности нитрифицирующих микроорганизмов в изучаемой системе; Ks - константа, определяемая как концентрация субстрата, при которой JJ, = 0.5imax и S - концентрация субстрата (P.R. Darrah et al., 1985).
Кинетический метод применяется также для определения количества нитрифицирующих бактерий в почве (А.И. Попов, 1990).
Высокая нитрификационная активность темно-серых лесных почв связана с качественным составом органического вещества, прежде всего гумуса и азота. Гумус темно-серых лесных почв менее конденсирован, в его составе преобладают фульвокислоты, а в гумусе выщелоченных черноземов - гумино-вые кислоты, которые диспергируются в меньшей степени. Во фракционном составе азота темно-серых лесных почв относительное количество негидро-лизуемого азота значительно меньше, а гидролизуемых фракций, наоборот, больше, чем в выщелоченных черноземах (И.К. Хабиров, 1993). В связи с этим при одинаковой заселенности исследованных почв микроорганизмами в оптимальных условиях увлажнения органический азот темно-серых лесных почв минерализуется с более высокой скоростью. Относительная скорость реакции при температуре 10С в темно-серой лесной почве выходит на плато за 30 дней, а в выщелоченном черноземе - на 15 день инкубации. При такой температуре первая фаза нитрификации слабо выражена. При 20 и 28С как в темно-серой лесной почве, так и в выщелоченном черноземе кривые относительной скорости нитрификации имеют сигмоидальную форму, т.е. за первые 7 дней активность (возможно и численность) нитрификаторов возрастает, затем следует фаза максимальной скорости 7-10 дней и фаза замедления - 10-30 дней. На 45 день инкубации скорость нитрификации стабилизируется. Причиной снижения активности нитрификации во времени, возможно является то, что в первую очередь подвергаются минерализации легкогид-ролизуемые соединения, обладающие меньшей энергией активации, запасы которых постепенно сокращаются и микроорганизмы начинают минерализо-вывать трудногидролизуемые устойчивые формы, требующие большей энергии активации. Основную роль в этом явлении играют запасы энергетического материала для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов, которые к концу инкубации постепенно снижаются.
В исследованиях (И.К.Хабирова, 2001) приведены уравнения регрессии между скоростью накопления нитратного азота в почве и временем инкубации (х, t). Связь между этими величинами выражается линейным уравнением Y = А + ВХ, где А - отрезок, отсекаемый кривой на оси ординат, В -угол наклона кривой, т.е. tg(p. Полученные нами линии регрессии более пологие, чем это отмечалось в других работах (J. Stanford, S.J. Smith, 1972; М.А. Tabatabai, Т.М. Addiscot ,1983). В некоторой степени это связано с тем, что ими определены суммарные количества минерального азота в промывных трубках с внесением питательного раствора, не содержащего азот. Кроме того, эти почвы отличаются высокой интенсивностью процесса минерализации азота. Так, по данным Адискотта (Т.М. Addiscot, 1983) в опытах с пылевато-суглинистыми почвами штата Айова средняя скорость минерализации, полученная путем регрессии при 20С, составила 2,9 мг азота на 1 г почвы за неделю, а при 35С - 12,5 мг азота за неделю. В наших исследованиях в темно-серой лесной почве угол наклона кривой линии регрессии, которая показывает среднюю скорость нитрификации, составил 3,64-4,27 мг/кг почвы за неделю, а в выщелоченном черноземе - 1,75-3,64 мг/кг.
Почвообразующие породы
В почвенном покрове Предуральской степной зоны черноземам выщелоченным принадлежит ведущее место. Почвообразующими породами для них служат делювиальные суглинки. Характерными морфологическими признаками черноземов выщелоченных являются наличие гумусового подзолистых и горно-лесных бурых почв, 19 - сочетания горных черноземов, горно-лесных и неполноразвитых почв, 20 - неполноразвитые почвы, 21- мозаики горно-лесных серых и дерново-карбонатных выщелоченных почв, горизонта значительной мощности, четко выраженной структуры, уплотненного иллювиального горизонта, отсутствие признаков оподзоливания и пониженный уровень горизонта вскипания. Верхний горизонт А характеризуется хорошо выраженной зернистой структурой и темно-серой окраской, в нижнем АВ — заметно появление буроватого оттенка и укрупнение структуры до комковато-зернистой. Ниже располагается заметно уплотненный горизонт В, который условно можно подразделить на два подгоризонта, верхний из которых В] имеет бурую окраску с темно-бурыми затеками гумуса по трещинам и ходам корней и комковато-ореховатую или ореховатую структуру, и нижний В2 — желто-бурого цвета с призмовидно-ореховатой структурой и глянцем на ее гранях. Выделение карбонатов обнаруживается почти на одной глубине с началом вскипания (80-100см) (Ф.Х. Хазиев и др., 1995).
Объектами исследования явились черноземы выщелоченные Преду-ральской степной зоны Республики Башкортостан. Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым, стационарно-полевым и лабораторно-аналитическими методами. Лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с общепринятыми в почвоведении методами. Агрофизические, агрохимические показатели и физико-химические свойства почв определялись согласно руководств (Е.В. Аринушкина, 1970; Агрохимические ..., 1975; Теории и методы физики почв, 2007). Морфологическое описание профиля почв проводился по Б.Г.Розанову (2004).
В условиях СПК Дружба Аургазинского района РБ в 2004-2006 годы проводились полевые опыты по изучению влияния различного уровня азот ного питания на азотный режим почв, урожай гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных различного уровня плодородия. Исследования проводились на черноземах выщелоченных среднесуг-линистых с содержанием гумуса - 6,1-8,3 %, общего азота - 0,35-0,40%, валового фосфора- 0,20-0,25%, Са+++ Mg44"- 50-56 мг.экв на 100 г почвы, pHKci - 5,1- 5,4, подвижного Рг05 -58-161,7 мг/кг почвы, обменного К20 -121,7-204,3 мг/кг почвы.
Опытные культуры - гречиха и ячмень. Площадь делянок - 50 м2, по-вторность опытов - трехкратная, размещение делянок - рендомизированное. Схема опытов включала варианты: 1) контроль, б/у; 2) Nm3o; 3) №Пбо; 4) Nm90; 5) Nm120; 6) Nmi50; 7) Nca30; 8) Nca60; 9) Nca90; 10) Nca120; 11) Ncai50. Азотные удобрения (m - мочевина, ca - сульфат аммония) вносили перед посевом культур по фону - Рбо Содержание гумуса определяли по ГОСТ 26213-91, содержание общего азота - по Къельдалю, фракционный состав азота изучался методом двухступенчатого кислотного гидролиза по Э.И.Шконде и И.Е.Королевой в модификации Е.А.Андреевой (1973), потенциально минерализуемый азот по Стэн-форду (G. Stanford et al, 1972, 1974) в модификации И.К.Хабиров и др. (1988), Кинетические параметры по И.К.Хабирову, Ю.Г.Куватову (1990), валового фосфора - мокрым озолением с перхлоратом калия, аммиачного и нитратного азота - по А.Н.Бочкареву и В.Н.Кудеярову ( 1982), щелочногидролизуе-мый азот по методу Корнфильда с использованием чашек Конвея, подвижного фосфора и обменного калия по Методу Чирикова ГОСТ 26204-91, а в карбонатных по Мачигину — ГОСТ 26205-91, сумму поглощенных оснований - с трилоном Б, обменную кислотность определяли в 1,0 н КС1 вытяжке потен-циометрически ГОСТ 26483-85, содержание подвижной серы по ГОСТ 26490-85, тяжелые металлы: свинец, кадмий, цинк, медь, никель, ртуть определяли по методам приведенным в «Методических указаниях по картографированию сельскохозяйственных угодий прилегающих к предприятиям, загрязнителям почв тяжелыми металлами» (Москва, 1991), а также в «Методических указаниях по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства» (Москва, 1992), водопрочность макроструктуры - по Саввинову, плотность сложения почвы - методом режущего цилиндра по Качинскому, водопроницаемость - методом заливных площадок. Для статистической оценки данных использовали методы дисперсионного и регрессионного анализа (Statistica 5.0 for Windows).
Агроэкологическая оценка плодородия черноземов выщелоченных
В целом черноземы выщелоченные Предуральской степной зоны РБ характеризуются высоким потенциальным плодородием, тем не менее, как показывают результаты сравнительного изучения динамики изменения параметров плодородия, некоторые показатели в течение небольшого промежутка времени по сравнению с целинными почвами претерпели значительные изменения.
В таблице 3 приведены результаты агрохимических анализов проведенных в 1984 и 2001 году в Ишимбайской зональной агрохимической лаборатории. За эти годы содержание гумуса снизилось на 0,4% - 2,0 %, кислотность повысилась на 0,1 - 0,5 ед., содержание фосфора заметно возросло, что связано с повышением кислотности.
Для морфологической характеристики черноземов выщелоченных были заложены два полнопрофильных почвенных разреза: на целине и на пашне. Ниже приводим морфологическое описание этих почв.
Изучение морфологических признаков целинной и распаханной почвы показало отличие их по мощности гумусово-аккумулятивного горизонта. В распаханных почвах мощность гумусового горизонта (А+АВ) меньше на 10 см по сравнению с целинной почвой. Они также сильно отличаются по структуре, по глубине вскипания и плотности почвы. Распаханная почва потеряла зернистую структуру характерную для целинных черноземов. P. 1-2005 А. Чернозем слабовыщелоченный тучный тяжелосуглинистый на желто-бурой карбонатной глине, СПК Дружба, Аургазинский район, Республика Башкортостан, 1,5 км на ЮЗ от с.Семенкино. Целина.
С 121-130 см Буровато-желтый, глинистый, непрочно-крупно-комковато глыбистый, редкие белоглазки. Вскипание от 10% НС1 с 50 см. Р.2-2005 А. Чернозем слабовыщелоченный среднегумусныи глинистый на желто-бурой карбонатной глине, СПК Дружба, Аургазинский район, Республика Башкортостан, 1,5 км на ЮЗ от с.Семенкино. Пашня. Севооборот №1, поле №2, озимая рожь. Ап 0 - 30 см Темно-серый, глинистый, крупно-глыбистый, плотный, корни растений, свежий, переход по линии вспашки. А! 31 -35 см Темно-серый, глинистый, крупно-зернисто-комковатый, плотный, корни растений, свежий, переход постепенный. А]В 36-55 см Темно-серый, глинистый, крупно-зернисто-ореховатый, плотный, корни растений, свежий, переход постепенный. В! 56 - 93 см Коричнево-бурый, крупно-ореховато-призмавидный, с гумусовыми затеками, примаками, лакировками, плотный, увлажненный с редкими мелкими белоглазками карбонатов и корнями растений, переход постепенный ВС 94 - 121 см Светло-коричневый с бурым оттенком, глинистый, крупнокомковатый, плотный, с белоглазками карбонатов и корнями растений, переход постепенный С 122 - 132 см Буровато-желтый, глинистый, непрочно-крупно-комковато глыбистый, редкие белоглазки. Вскипание от 10% НС1 с 60 см.
Мощность гумусового горизонта (Аі +АВ) целинной не обработанной почвы составляет 65 см, распаханной - 55 см. В результате сельскохозяйственного использования пахотная почва потеряла 10 см гумусового слоя. Гумусовому горизонту целинной почвы характерна мелкозернистая структура. В пахотной почве мелкозернистая структура превратилась в пылевато-комковато-глыбистую. Когда увлажненный пахотный горизонт подсыхает, структура превращается в огромный кусок глыбы, особенно в поле под сахарной свеклой. Количество структурных агрегатов размером более 10 мм, в пахотной почве, составляет 19,3 %, в целинной - только 4%. Агрономический ценным агрегатам размером 10 -0,25 мм в верхнем горизонте целинных почв приходится 94%, пахотных -63,6 %. Количество агрегатов менее 0,25 мм в верхнем слое пахотной почвы 8 раз больше, чем в таком же слое целинной почвы. Сельскохозяйственное использование почв привело к снижению водопрочности структурных агрегатов. Если количество водопрочных агрегатов в целинной почве составило 75 %, то в пахотной 56,5% (Табл.6).
Изменение структурно-агрегатного состава привело к ухудшению водно-физических свойств, в пахотных почвах произошло увеличение плотности сложения, уменьшение пористости, максимальной гигроскопичности, влажности завядания, капиллярной и полной влагоемкости и вследствии этого диапазона активной влаги (Табл.7).
Ухудшение агрофизических и физико-химических условий функционирования черноземов выщелоченных в результате антропогенного воздействия отразилось и на их агрохимических свойствах. Агрохимические свойства черноземов слабовыщелоченных свидетельствуют, что на протяжении всего горизонта содержание гумуса резко снижается с различной степенью для целины и пашни. Реакция среды с глубиной постепенно сместилась в нейтральную сторону. Верхние горизонты имеют слабокислую реакцию почвенного раствора (рН колеблется от 5,4 до 6,8). Под естественной растительностью черноземы выщелоченные содержат гораздо меньше фосфора, чем их пахотные аналоги. Основная его часть преобладает в верхних горизонтах (табл. 6).
Так содержание гумуса в пахотных почвах по сравнению с целинными снизилось на 15%, калия на 70%, кислотность уменьшилась на 0,6 единиц рН. Содержание биофильных элементов, таких как, фосфор, сера, наоборот, несколько раз больше в пахотных почвах, чем в целинных (Табл.9).
Оптимизация азотного питания гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных
К концу вегетационного периода культур происходило снижение содержания аммиачного и нитратного азота по всем вариантам опытов. Применяемые удобрения способствовали повышению содержания минерального и органического азота. Содержание минеральных форм азота за вегетационный период по всем вариантам к периоду уборки постепенно снижается. Что касается динамики щелочногидролизуемого азота, то при внесении удобрений к концу вегетации происходит незначительное повышение его содержания. По-видимому, минеральные удобрения, повышая урожайность, позволяют сохранить потенциальные запасы азота за счет интенсификации процессов азотофиксации, при этом увеличивается масса корней и корневых выделений, способствующих развитию ассоциативных азотофик-саторов. На более плодородной почве с содержанием гумуса 7,8% азотные соединения чернозема выщелоченного находятся на другом, более высоком уровне, однако закономерности, выявленные для почв с низким содержанием гумуса 6,3%, сохраняются.
Максимальный урожай гречихи и ячменя на бедных гумусом почвах достигается при применении мочевины в дозе N120 кг/га и сульфата аммония в дозе N9o- Внесение вышеназванных удобрений, соответственно в дозах, N90 и N6o, позволяют получить наибольший урожай культур на богатых гумусом почвах. Применение более высокой дозы азотных удобрений (N]5o) не способствует дальнейшему увеличению продуктивности культур (Рис. 1,2).
Необходимо отметить, что в отличие от гречихи, ячмень лучше реагировал на внесение азотных удобрений. Это является следствием того, что корневая система ячменя отличается слабым развитием и высокой требовательностью к плодородию почвы. В результате проведенных исследований установлены следующие коэффициенты корреляции и уравнения регрессии, характеризующие тесноту и форму связи между средней урожайностью гречихи и ячменя (у) и содержанием нитратного азота (х) (у=17,02+0,28396х, г=0,86 для гречихи; и у=24,57+0,36х, г=0,84 для ячменя), аммиачного азота (х) (у=16,55+0,06836х, г=0,67 для гречихи, и у=24,46+0,083х, г=0,66 для ячменя), щелочногидролизуемого азота (х) (у=18,52+0,05982х, г=0,87 для гречихи, и у=28,03+0,068х, г=0,85 для ячменя).
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что применение азотных удобрений (на фоне Рбо) на черноземах выщелоченных с содержанием гумуса - 6,3 и 7,8 % способствовало увеличению урожайности гречихи и ячменя. Статистический анализ показал наличие тесной связи между урожайностью культур и минеральными формами азота в почве.
Для диагностики азотного режима почв наряду с определением запаса минерального азота в корнеобитаемом слое в начале вегетации необходимо определить величину нетто минерализации органического азота за вегетационный период. Этот сравнительно простой способ прогноза нетто-минерализации прошёл успешную проверку в ряде стран Европы, Азии, Америки в опытах с зерновыми и пропашными культурами. Для определения обеспеченности растений азотом по величине N0 нами рассчитаны величины реальной мине 79 рализации азота за 4 месяца (май, июнь, июль, август), которые приведены в табл.10. При этом исходили из того, что скорость процесса минерализации существенно зависит от качественного состава минерализуемых органических соединений, водно-воздушного и теплового режимов почвы. Скорость процесса минерализации можно рассматривать как функцию содержания азота в разлагающемся органическом веществе (N0), влажности и температуры почвы. Для количественного описания процесса реальной минерализации почвенных органических азотсодержащих веществ используется соотношение (1): (N0,W,T,t)=Kc-No- Fwmin(W)-FTmin-(T), (1) где Nmin - количество реально минерализуемого азота; N0 - потенциал минерализации; Кс - константа минерализации органического азота. Функции Fwmin(W)-FTmm,(T) представляют собой соответственно факторы относительного влияния влажности и температуры почвы на скорость минерализации. Эти факторы показывают, во сколько раз скорость минерализации при данной влажности и температуре почвы ниже, чем при оптимальных условиях. Полученные таким путём величины реально минерализуемого азота в слое 0-20 см в почвах Приуралья колеблются в широких пределах (табл. 10).
Реальной основой диагностики азотного режима почв и растений для практических целей являются балансовые расчёты, в которых поступление азота за счёт минерализации органического вещества почвы и с удобрениями сопоставляется с расходом его на формирование урожая сельскохозяйственных культур, с учётом обратимых и необратимых его потерь.
При приближённом расчёте баланса азота все недостаточно точно учитываемые потери его с грунтовыми водами или в атмосферу и закрепление минерального азота в почве можно совокупно обозначить как неполное использование растениями азота почвы и удобрений. При таком упрощении расчёт потребности урожая в азоте производится следующим образом: N, =N,E, + N2E2 + N3E3, (2) где Урожая = (вынос азота на планируемый урожай); Ni - запас минерального азота к началу или возобновлению вегетации; N2 - количество азота, образованного за счет минерализации гумуса в почве за вегетационный период данной культуры; N3 - количество азота, внесённого с удобрениями; Е Е2, Е3 -соответствующие коэффициенты использования этих источников азота. По многочисленным опытам с изотопом азота 15N установлено, что величины коэффициентов использования минерального азота почвы и удобрений различными сельскохозяйственными культурами очень близки. По уравнению (3) нами рассчитаны нормы азота на планируемый урожай гречихи и ячменя для черноземов выщелоченных разной степени гумусиро-ванности в зависимости от запасов минерального азота в корнеобитаемом слое почвы (табл. 16, 17, 18, 19). Коэффициент использования растениями азота почвы принят равным 0,6, коэффициент использования азота минеральных удобрений - 0,4, в среднем Е=0,5. Запасы нитратного азота (Ni) к началу вегетации определяются станциями агрохимического обслуживания. Nypo-жая приведена в таблице 15. Количество азота, образующегося в почве за счет минерализации органического вещества (N2) за вегетационный период, установлено экспериментально.
