Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Статистическая оценка эколого-функционального состояния каштановых почв 7
1.1 .Классификация и диагностика каштановых почв 8
1.2. Статистические показатели плодородия почвы
1.3. Статистическая оценка показателей азотного фонда 16
1.3.1. Статистики и модели общего азота 17
1.3.2. Статистики и модели минерального азота в почве 24
1.3.2.1. Нитратный азот. 26
1.3.2.2. Аммонийный обменный азот 32
Глава 2. Объекты и методы исследований 39
2.1. Характеристика опыта и объекты 39
2.2. Анализы, статистическая оценка и построение моделей 48
Глава 3. Результаты исследований 51
3.1. Статистическая оценка изменения общего азота в почве 51
3.1.1. Содержание и динамика общего азота 52
3.1.2. Статистики и модели размеров снижения общего азота 58
3.2. Состав и природа почвенного азота 63
3.2.1. Фракционный состав азота 64
3.2.2. Оценка подвижности органических соединений азота 68
3.3. Статистическая оценка нитратного азота почвы 72
3.3.1. Динамика содержания и модели определения 72
3.3.2. Корреляционные связи и модели с режимом увлажнения 75
3.4. Статистическая оценка аммонийного обменного азота почвы 79
3.4.1. Динамика содержания и модели определения 79
3.4.2. Корреляционные связи и модели с режимом увлажнения 81
3.5. Статистическая оценка подвижного минерального азота почвы... 84
3.5.1. Динамика содержания и модели определения 84
3.5.2. Корреляционные связи и модели с режимом увлажнения 86
3.6. Аммонийный фиксированный азот почвы 89
3.6.1. Содержание и динамика изменения 90
3.6.2, Статистические связи и модели с показателями увлажнения, общего и минерального азота почвы 92
3.7. Статистическая оценка продуктивности зерновых культур 95
3.7.1.Статистики и модели продуктивности зерновых культур 96
3.7.2. Корреляционные связи и модели с общим азотом в почве 100
3.7.3. Корреляционные связи и модели с минеральным азотом почвы 105
3.7.4. Корреляционные связи и модели с состоянием увлажнения.. 109
Выводы 115
Предложения производству 118
Список литературы 119
Приложения 144
- Статистические показатели плодородия почвы
- Статистики и модели общего азота
- Анализы, статистическая оценка и построение моделей
- Оценка подвижности органических соединений азота
Введение к работе
Актуальность работы. В спектре пахотных почв Бурятии каштановые являются наиболее распространенными и на их долю в настоящее время приходится почти 2/3 от общего. Географический ареал распространения этих почв представляет северную окраину Центрально-азиатского пустынно-степного массива и занимает наиболее континентальную часть днищ южных котловин региона (Куликов и др., 1997). В силу этого и в сочетании с сезонным характером мерзлотности, их генезис и функционирование во времени и пространстве характеризуется целым рядом особенностей, среди которых выделим и широко распространенный дефицит азота (Важенин, Важенина, 1969; Чимитдоржиева, 1990; Абашеева, 1992; Нимаева, 1992; Цыбжитов и др., 1999; Убугунов и др., 2000). Однако, общепризнанная высокая эффективность азотных туков в сухой степи (Коробцев, Колмаков, Бекетов, 1975; Ревенский, 1985, 2002; Лапухин, 2000), как правило, не сопровождается устойчивой и высокой продуктивностью зерновых культур, вариабельность которой по годам оказалась очень высокой (V — 68,4%). Это обусловлено крайне неблагоприятными климатическими ресурсами сухой степи и особенно режимом ее увлажнения. К настоящему времени накопленный экспериментальный материал по состоянию минерального азота каштановой почвы в различных режимах ее функционирования (удобрения, обработка почвы, севообороты) не позволяет в целом прогнозировать изменения продуктивности с достаточно высокой надежностью. Отсюда, изучение состава минерального азота каштановой почвы сухой степи, в т.ч. и при систематическом внесении азотных туков требует качественно иного подхода. Последнее связано с тем, что оценка продуктивности зерновых культур в типичных (среднемноголетних) и крайних проявлениях режима увлажнения (значимые отклонения от типичных) остается до сих пор открытой.
В этой связи, применение вариационно-статистического анализа с построением и верификацией частных моделей функционирования системы
почва - растение - климат позволяет значительно расширить представления по состоянию показателей общего и минерального азота почвы, выявить его достоверные связи с показателями увлажнения и продуктивностью зерновых культур. Актуальность подобных исследований диктуется и тем, что, несмотря на имеющийся большой констатирующий материал в этой оценке, прогнозирование их состояния вызывает трудности. Отметим, что в других регионах аналогичные оценки стали обычной практикой (Михеева, 2001; Шатилов, Замараев, Духанин и др., 2004; Савич, 2004).
Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в построении математических моделей содержания минерального азота в каштановой почве и продуктивности зерновых культур в сухостепной зоне Бурятии. В задачи исследований входило:
1. оценить изменение содержания общего и минерального азота почвы во
времени и построить модели их определения;
2. установить тесноту связи продуктивности зерновых культур с
показателями азотного фонда почвы и увлажнения среды по осадкам,
продуктивной влаге в почве и влажности воздуха, с построением моделей
определения продуктивности по этим признакам.
Научная новизна. Впервые для условий сухостепной зоны построены модели определения содержания минерального азота, в т.ч. фиксированного, по показателям увлажнения воздуха и почвы. На основе статистических показателей изменения общего азота в почве рассчитан период его снижения наполовину в различных режимах оценки и дана модель его определения по содержанию гумуса. Представлена характеристика подвижности разных по химической природе органических соединений почвенного азота. Предложены эмпирические модели определения продуктивности зерновых культур по общему и минеральному азоту в почве и показателям увлажнения.
б Защищаемые положения.
Построение моделей минерального азота почвы обеспечивается статистическим анализом его показателей в различных режимах оценки;
Модели продуктивности зерновых культур определяются статистическими показателями общего, минерального азота почвы и режимом увлажнения среды.
Практическая значимость. Предложены модели определения общего и минерального, в т.ч. фиксированного, азота в пахотном слое почвы. Рекомендованы прогностические модели определения продуктивности зерновых культур в отсутствии (контроль) и при внесении минеральных удобрений (N60P40K40) по состоянию показателей азотного фонда почвы и увлажнения в сухостепной зоне Бурятии.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были
доложены на международной «Агрохимические аспекты повышения
продуктивности сельскохозяйственных культур» (Москва, 2002),
региональной «Плодородие почв, эффективность средств химизации и
методы оптимизации питания растений» (Иркутск, 2005) научной и научно -
практических конференциях. Микрополевые модельные опыты
демонстрировались участникам региональной научной конференции «Первые Сибирские Прянишниковские чтения» (Улан - Удэ, 2002 г).. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация представляет собой рукопись объемом 164 страницы и содержит 51 таблицу, 68 математических моделей, 12 рисунков и 25 приложений. Состоит из введения, трех глав, выводов и предложений производству. Библиография включает 271 наименований, в том числе 29 зарубежных авторов.
Статистические показатели плодородия почвы
Констатирующий потенциал уровня плодородия каштановых почв Бурятии в настоящее время чрезвычайно обширен и представлен в результатах целой серии исследований, проведенных в разное время в условиях сухой степи. Несомненной заслугой первых пионерских работ в этом плане (Уфимцева, 1960; Ногина, 1964; Абашеева, Ракшаина, 1966; Важенин, Важенина, 1969; Ишигенов, 1972; Коробцев, Колмаков, Бекетов, 1975; Загузина, 1976) стало определение количественных показателей плодородия этих почв при различных режимах ее функционирования, равно как и сравнительной их оценки с аналогами других регионов. В последующем, благодаря современным исследованиям (Ревенский, 1985, 2002; Убугунов, 1984, 1985; Чимитдоржиева, 1990; Абашеева, 1992; Нимаева, 1992; Бохиев, 1993; Цыбжитов, 1999; Убугунов и др., 1999; Уланов, 1999; Лапухин, 2000; Бохиев, Бохиев, 2003; Батудаев, 2003) была дана более развернутая оценка различных изменений плодородия каштановых почв региона по характеристике этих проявлений на основе изучения качественных изменений и связей в разных режимах этой оценки (удобренность, обработка и севообороты, продуктивность культур). Резюмируя этот большой экспериментальный и теоретический материал, можно заключить, что накопленная в настоящее время информация по плодородию каштановой почвы не позволяет с высокой надежностью гарантировать возможные изменения ее плодородия. Подобное связано с отсутствием статистического подкрепления этим возможным проявлениям, которое встречается лишь единично (Куликов, Андрианова, Нихилеева, 1993; Куликов, Дугаров, Корсунов, 1997; Борисова, Чимитдоржиева, 2000). Исходя из этого, нами была предпринята попытка восполнить в определенной мере этот пробел и попытаться дать статистическую оценку накопленного материала. Основанием для подобной оценки служили результаты исследований целого ряда авторов (Уфимцева, 1960; Абашеева, Ракшаина, 1966; Ишигенов, 1972; Ревенский, Коробцев, 1974; Коробцев, Колмаков, Бекетов, 1975; Фролов, 1975; Загузина, 1976, 1977; Лапухин, Аникст, Коренков, 1977; Цыбжитов, 1977; Намжилов, Харжеева, 1977; Лисовал, Цэрмаа, 1977; Кокорин, Намжилов, Данилова, 1983; Куклина, Загузина, Маладаева, 1983; Иванов, Ефимов, Буинова и др., 1983; Петрович, Бойков, Убугунов, 1983; Ревенский, 1985; Чимитдоржиева, Абашеева, 1989; Чимитдоржиева, 1990; Заиграев, 1991; Рыкова, 1991; Баиров, 1991; Абашеева, 1992; Куликов, Андрианова, Нихилеева, 1993; Уланов, 1999; Будажапов, 1999, 2000, 2002; Убугунов, Меркушева, Убугунова и др., 1999; Цыбжитов, Цыбикдоржиев, Цыбжитов, 1999; Алтаев, 2000; Егорова, Чимитдоржиева, 2000; Дабаева, 2000; Лапухин, 2000; Борисова, Чимитдоржиева, 2000; Бохиев, Батудаев, Уланов, 2000; Убугунов, Лаврентьева, Убугунова и др., 2000; Уланов, Батудаев, 2000; Чимитдоржиева, Егорова, Корсунова, 2001; Батудаев, Бохиев, Уланов,2004). Результаты статистической оценки показателей плодородия каштановой почвы представлены в таблице 1, приложении 1.
В результате статистического анализа плодородия пахотного слоя почвы можно заключить, что ее деятельный слой характеризовался нейтральной реакцией среды, низким содержанием подвижных питательных веществ и общего азота при содержании гумуса 1,92 ± 0,14% (табл.1). При этом очень высоким варьированием величин (V) отличался показатель содержания подвижного фосфора (76,9%), высоким - содержание гумуса (41,0%) и общего азота (41,2%), средним - сумма поглощенных оснований (32,4%), отношение C:N (25,4%) и обменного калия (29,9%), при незначительном -реакции среды (7,0%). Соответственно и доверительные значения были очень широкими по содержанию подвижного Р2О5 в почве (0,2-6,4 мг/100 г) и минимальные по величине рН (табл.1).
Устойчивость показателей содержания гумуса и общего азота в почве оказалась средней. Аналогичная статистическая оценка по ряду показателей представлена ранее в исследованиях А.И.Куликова с соавторами (1997). Количественное содержание общего азота в почве характеризовалось как низкое, с пределами значений от 0,06 до 0,26% при более узком доверительном интервале его величин (при Р=0,95), которое составило 0,11 -0,15% при величине варьирования его величин 41% (табл.1).
Отсюда, азотный фонд каштановой почвы в количественном выражении определялся как низкий. Подобная оценка является общепризнанной в регионе по этим почвам (Убугунов, 1985; Ревенский, 1985, 2002; Чимитдоржиева, 1990; Абашеева, 1992; Нимаева, 1992; Бохиев, 1993; Лапухин, 2000; Батудаев, 2003). Исходя их этого анализа, были выявлены корреляционные связи (г) содержания общего азота в пахотном слое почвы с другими показателями ее плодородия .
Заметим, что подобная оценка в известной литературе ранее нами не обнаружена. Высокая теснота связи (г) содержания общего азота в пахотном слое почвы оказалась с содержанием гумуса в ней и в среднем (п=32) количественно выражалась величиной равной 0,86 ± 0,11 (табл.2). Причем, эта зависимость была статистически доказанной (tdp tst). Достаточно высокая выборка (п) показателей содержания общего азота и гумуса в почве (табл.1) и их значимо высокая теснота связей (табл. 2) позволили построить математическую модель определения содержания N общий (%) по величине гумуса (%), которая имела вид регрессии второго порядка при средней ошибке аппроксимации 6,8 % : N общий (%) = 0,04 + 0,044 (гумус,%) + 2,76 10 "3 (гумус,%)2 (1).
Можно вполне обоснованно заключить, что эта модель позволяет прогнозировать содержание (изменение) общего азота в почве по содержанию (изменению) гумуса (углерода) в пахотном слое этой почвы. Отметим, что сопряженность (г ± sr) почвенного азота с показателем отношения C:N в 0-20 см слое почвы оказалась слабой (г = 0,25 ± 0,26) и незначимой (табл.2).
Анализ установленных корреляционных связей общего азота с показателями плодородия каштановой почвы (табл.2) позволил выявить достаточно высокую и статистически значимую связь (t J) tst) с показателем суммы поглощенных оснований, которая по средней выборке (n = 30) составила г = 0,70 ± 0,16. Отметим, что в поглощающем комплексе изучаемой почвы, по оценкам авторов, превалирует содержание Са2+, присутствие которого тесно связано с высоким содержанием карбонатов в этих почвах (Уфимцева, 1960; Ногина, 1964, 1985; Ишигенов, 1972; Куликов, Дугаров, Корсунов, 1997). Причины аномально высокого содержания карбонатов в степных почвах до сих пор остаются дискуссионными. По мнению Н.А.Ногиной (1964, 1985, 1989) его накопление связано с привносом с повышенных элементов рельефа. Однако, по оценкам ряда авторов, подобное вызвано атмобиогенным обызвесткованием почв с образованием вторичного кальцита (Глазовская, 1988; Куликов, Дугаров, Корсунов, 1997). При этом кальций в почвах накапливается биогенным путем, а карбонат-ион образуется из атмосферного диоксида углерода. Отсюда, атмобиогенная кальцитизация и карбонатизация, по оценкам авторов, является результатом почвообразования, при котором размеры накопления СаСОэ практически неограничены. С позиций физико-химических проявлений, образование каличе (мягких карбонатов) связано также с продуцированием в почве кислых продуктов, вызывающих растворение, миграцию и вторичное осаждение (Brown, 1956; Куликов, Дугаров, Корсунов, 1997). Причем, конечный результат этих проявлений, по мнению исследователей, определяется кинетикой растворения карбонатных пород и их фильтрационной способности (Кашик, Мазилов, 1992; Куликов, Дутаров, Корсунов, 1997).
Статистики и модели общего азота
С целью выявления статистических показателей содержания общего азота в изучаемой почве была выполнена выборка его количественного определения по результатам ранее проведенных исследований на каштановых почвах Бурятии в период 1966 - 2004 гг. (табл.3). В результате выборки литературных данных (п = 56) по содержанию общего азота в пахотном (пашня) и верхнем слое (целина) каштановой почвы и их статистической оценки выявлено, что его содержание на целине было достоверно выше, чем на пашне без орошения и составляло соответственно 0,152 ± 0,01 и 0,114 ± 0,06 % при средней вариабельности (табл.4). НСРо5 0,0087 При этом, пределы колебаний его величин (lim) на богаре оказались шире, чем в целинной почве в отличие от их доверительных границ значений (М ± tm). Подобная достаточно пестрая панорама содержания почвенного азота в сухой степи, по-видимому, связана с целым рядом объективных (плодородие, дефлированность, месторасположение и т.п.) и субъективных причин (время отбора почвы, схема опытов, анализ и определение и т.д.).
Однако, несмотря на это, отметим, что согласно современным оценкам, вовлечение почв в сельскохозяйственный оборот (пашня), сопровождается увеличением энтропии, снижением накопления свободной энергии (AG), энтальпии (ДН) и информации (-AS) - негэнтропии (Савич, Сычев, Трубицина, 2001; Савич, 2004; Шатилов и др., 2004). И в этом смысле, изучаемая почва в отношении азота не стала исключением. В результате, исходное содержание общего азота в почве снижалось, независимо от способов и приемов внешнего воздействия на нее (обработка и удобренность, культуры и севообороты).
Одновременно с выборкой и статистическим анализом литературных данных по содержанию общего азота в каштановой почве (табл. 4) была проведена независимая проверка (верификация) построенной модели по этим данным (1), которая показала, что средняя ошибка аппроксимации (А) не превышала 15-16 % (табл. 4). Последняя не в полной мере отражала качество этой построенной модели (1), поскольку величина А для качественной модели, согласно общепринятым оценкам не должна превышать 10% (Елисеева, 2003). Однако, при всей погрешности этой модели (1) в силу целого ряда причин (большие расхождения в величинах даже у одного автора и ненадежность аналитических определений), она позволяет впервые для каштановых почв сухой степи Бурятии (Забайкалья) дать прогностическое определение этого показателя, находящегося в первом минимуме, по содержанию другого более устойчивого во времени показателя плодородия -содержания гумуса. Перспективность такого подхода в количественном определении и связей этих двух основных показателей плодородия этой почвы, на наш взгляд, не вызывает сомнений.
В результате корреляционного анализа установлено, что значимо высокая теснота связи (t(J) tst) содержания общего азота в почве с гумусом в почве наблюдалась при ее вовлечении в оборот (пашня), а в целине аналогичная была менее выражена и не достоверна (табл.5). Однако независимо от характера ее использования, корреляционная связь признаков (n = 56) оказалась достаточно высокой (г = 0,746 ± 0,09) и существенной (tcji tst). Отсюда, известная ранее фактологическая связь этих показателей между собой в каштановой почве сухой степи нашла количественное выражение.
На основании статистических показателей содержания общего азота (Кобщ., %) в почве (табл.3, 4) и выявленной высокой тесноты его связей (табл.5) с гумусом (гумус, %) были построены математические модели по его определению в целинной и пахотной почвах, которые имели вид нелинейной регрессии соответственно второго и третьего порядка, при средней ошибке аппроксимации (А) соответственно равной 17,2 и 20,5 %: Ыобщ. (целина) = -0,036+ 0,155 (гумус)-0,029 (гумус)2 (2), ї\юбщ. (пашня) = 0,123 - 0,188 (гумус) + 0,176 (гумус) 2 -0,036 (гумус)3.... (3). Таким образом, благодаря статистическому анализу литературных данных по содержанию общего азота в каштановой почве (п=56) установлено, что в сухой степи Бурятии его содержание в пахотном ее слое изменяется в очень широких пределах (0,07-0,260%), определяется характером ее использования и по выборочной средней составляет 0,114 ± 0,06 % при средней вариабельности. При этом, выявлена высокая (г = 0,832 ± 0,09) и значимая (1ф tst) его корреляционная связь с содержанием гумуса, а ее математическое воспроизведение в виде модели определялось дифференциальным уравнением третьего порядка (3).
Отметим, что анализ литературных источников по содержанию общего азота в почве был проведен на основе разового внесения азотных удобрений. Однако, несомненный интерес представляла подобная оценка при систематическом их внесении. В настоящее время эта позиция является одной из наименее изученной. Это связано, главным образом, с очень ограниченным количеством исследований в длительных стационарных наблюдениях. В этом отношении можно выделить лишь результаты исследований Т.П.Лапухина (2000) за 29 лет наблюдений на каштановых почвах Иволгинской долины Бурятии и данные ЛЛ.Убугунова с соавт. (1999) полученные ими при сравнении показателей целинных и культивируемых почв с 25-летней историей. Кроме этих исследований, отметим данные, полученные на протяжении девяти (Загузина, 1976). В рамках этой проблемы также можно отметить результаты А.К.Уланова (1999) и А.П.Батудаева (2003), В.Б.Бохиева, Б.В.Бохиева (2003) полученные ими за 30 лет наблюдений. Однако результативность этих работ обеспечивалась по иным изучаемым признакам, а именно системой обработки почв (табл.6). Резюмируя результаты, полученные авторами в длительных исследованиях, отметим, что внесение азотных удобрений (по фону РК) сопровождалось не во всех случаях увеличением общего азота в каштановой почве. По-видимому, это было связано с различным исходным его содержанием в почве, условиями и режимом наблюдений, сроками, формами и дозами вносимых азотных удобрений, уровнем продуктивности культур и в каждом конкретном случае подобное определялось целым рядом объективных и субъективных причин. Тем не менее, единым знаменателем всех этих результатов, по мнению авторов, является общепризнанная констатация положительного действия азотных удобрений при систематическом их внесении на состояние показателей азотного фонда этой почвы, характеристика которого в этом режиме оценивается на уровне или близком к исходному (Загузина, 1976; Убугунов и др., 1999; Лапухин, 2000).
Анализы, статистическая оценка и построение моделей
Камеральная и аналитическая работа была проведена в испытательном лабораторном центре Бурятской ГСХА (Аттестат аккредитации испытательной лаборатории № ГСЭН. RU. ЦОА.382) по общепринятым методикам. Ежегодно после отбора почвенных образцов с каждого варианта опыта (ГОСТ 28168-89) и их последующей подготовкой определяли: гранулометрический состав по Н.А. Качинскому (Практикум..., 2002) объемную и удельную массу пахотного слоя (Практикум..., 2002) pH — потенциометрически (ГОСТ 26483 - 85); содержание гумуса по Б.А.Никитину (1972, 1999); общий азот по Кьельдалю-Иодольбауэру в динамике с весны до осени (Методические указания..., 1978); нитратный азот в динамике (ГОСТ26483 - 85); аммонийный обменный азот в динамике (ГОСТ 26489 - 85); аммонийный фиксированный азот летом по Н.А. Могилевкиной (1965); фракционный состав азота по Е.А. Андреевой, Г.М. Щегловой, Л.Н. Куреневой (1973); подвижный фосфор и обменный калий по Б.А. Мачигину, в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205 - 91); сумму поглощенных оснований (ГОСТ 27821 - 88). Вариационно-статистический анализ показателей азотного фонда почвы, увлажнения среды, а также продуктивности проводился на основе общепринятых методик с использованием пакета анализа данных Excel и MathCAD 2001 (Савич, 1972; Лакин, 1980; Доспехов, 1985; Елисеева, 2003). В этой связи результаты статистического анализа и построение моделей в диссертации представлены в следующих символах и обозначениях, где: п - общий объем выборки (число наблюдений, повторностей и анализов); М ± m - среднее арифметическое и его ошибка; М ± tin - доверительный интервал средней арифметической при 95% уровне значимости; о - стандартное отклонение; V - коэффициент вариации; v (к) - число степеней свободы; г ± s г - коэффициент корреляции и его ошибка; t ф и tgt - фактические и критические значения t-критерия Стьюдента при 95% уровне значимости (Р = 0,95 или а = 0,5%); R множ. — множественный коэффициент корреляции; Ri ± s ь- коэффициент регрессии и его ошибка; R — индекс детерминации; А — средняя ошибка аппроксимации; т — фактор времени.
Построение математических (эмпирических) моделей осуществлялось по выборке выявленных высоких корреляционных связей между признаками, в виде линейной (у = ао + b і xj +b 2 x2 +...+ b n xn) и степенной функции (у = ао + bi х +b2x2 +...+b„ x"), где у - результативный признак, а— свободный член уравнения, bi .. bn,- постоянные величины, xi„.xn— изучаемый признак. По большинству построенных моделей была проведена их независимая верификация на основании ранее проведенных опытов в этой зоне по показателям средней ошибки аппроксимации и индексу детерминации.
Ключевым оператором в статистическом анализе результатов исследований и построении математических моделей было определение объема выборки (п). В каждом конкретном случае оценки признаков (М ± т, М ± tm, а, V, г, R2) эти величины определялись числом фактических наблюдений по всем вариантам и повторностям опыта: по каждому из трех показателей увлажнения (осадки, влажность воздуха, продуктивная влага в 0-20 см почвы); продуктивности культур, а также результатов почвенных анализов (общий азот и размеры его снижения, минеральные формы азота почвы — N-N(V, N-NH4+O6M., N-NHV фикс). Соответственно этому, и объем выборки (п) был различный и изменялся в зависимости от числа всех этих наблюдений и анализов, достигая n = 90. Отметим также, что для построения моделей продуктивности зерновых культур были привлечены данные с 1996 по 2002 гг. в этом опыте и соответствующие показатели увлажнения. При независимой верификации моделей использовали результаты ранее проведенных другими авторами исследований в этой зоне. В итоге, это позволило получить развернутую характеристику (статистические показатели и модели) показателей общего и минерального азота каштановой почвы и продуктивности зерновых культур в условиях сухой степи Бурятии.
Согласно современным представлениям информация, отражающая количественные характеристики функционирования системы почвы - климат - растение во времени и пространстве базируется на использовании статистических методов исследований (Кирюшин и др., 1993; Семенов, 1996; Безуглова и др., 1998; Аристархов, 2000; Сычев, 2000; Савич и др., 2001, Давлетшина, 2003), с последующим построением их прогностических моделей (Савич и др., 2003; Савич, 2004; Михеева, 2001; Шатилов и др., 2004). И в этом смысле, накопленный к настоящему времени фактический экспериментальный материал по состоянию и изменению показателей азотного фонда почвы и продуктивности зерновых культур в сухой степи Бурятии создает предпосылки для подобных оценок. Исходя их этого, нами предпринята попытка статистического анализа и построения частных эмпирических моделей функционирования системы «общий и минеральный азот почвы — увлажнение воздуха и почвы - продуктивность культур».
Оценка подвижности органических соединений азота
В результате фракционирования азота почвы представилась возможность дать оценку степени подвижности органических соединений азота каштановой почвы. Ранее подобное выражалось лишь по отношению азота в легко- к трудно- гидролизуемой фракции (Абашеева и др.,1985; Чимитдоржиева, 1990) и применительно к варианту Шконде-Королевой (1964). В отличие от этого, оценка подвижности органических соединений азота в почве по методу Ф.В. Воробьева (1940) в модификации Е.А. Андреевой, Г.М. Щегловой, Л.Н. Куреневой (1973) осуществляется по соотношениям: 1. легкогидролизуемого к трудногидролизуемому азоту (табл. 27); 2. азота легкогидролизуемой фракции к трудногидролизуемой по отгоняемым и неотгоняемым его формам (табл. 28); 3. неотгоняемой фракции легкогидролизуемых соединений к неотгоняемой в трудно гидролизуемых соединениях - устойчивость связей в белковых (аминокислотных) комплексах (табл. 29). Для почв Сибири аналогичная оценка дана лишь в исследованиях Л.В. Помазкиной (1985) для таежных почв Прибайкалья.
Благодаря фракционному анализу состава органических соединений азота установлено, что исходное содержание (1996г.) гидролизу емого азота в почве на контрольных вариантах к началу наших исследований (2000 г.) снизилось на 96,7 мг/кг и составило 164,0 мг/кг, а при систематическом внесении азотных удобрений (N60) возрастало на 42,1 мг/кг, было выше исходного и достигло 302,8 мг/кг (табл. 27). Причем, содержание азота в трудногидролизуемой фракции (ТГ) было выше, чем в легко- гидролизуемой (ЛГ). Особенно выраженно это наблюдалось на контрольном варианте (без удобрений), где уже через пять лет опыта (2000г.) содержание азота в ЛГ фракции было в 1,7 раз ниже (60 5 мг/кг), чем в ТГ и составило 103,5 мг/кг. Отметим, что в каждой из этих фракций, присутствие азота в форме амидов и аминосахаров (отгоняемая часть) оказалось, независимо от вариантов опыта, ниже, чем азота аминокислот (неотгоняемая часть). Причем, их количественное содержание было выше в ТГ фракциях почвенного азота (табл.27).
Соответственно этому и потенциальная подвижность гидролизуемых фракций азота каштановой почвы (по отношению ЛГ : ТГ) через 5 лет использования на контроле снижалась во времени (0,584) и возрастала под действием вносимых азотных удобрений (0,887). Подобный характер подвижности почвенного азота соответствует и выявленному значимому снижению размеров его убыли в почве во времени (табл. 22) и косвенно — известному факту усиления минерализационных процессов в почвах под действием вносимых азотных туков не только в европейской части (Турчин, 1972; Сапожников, 1973; Кудеяров, 1985,1989; Башкин,1987; Кореньков,1976; Руделев,1992; Лаврова,1992; Будажапов,2002), но и Западной Сибири (Гамзиков,1981; Гамзиков, Кострик, Емельянова, 1985; Помазкина, 1985) и Забайкалье (Будажапов, 1998, 2000).
Отношение азота отгоняемой к неотгоняемой части в ЛГ и ТГ фракциях характеризует подвижность разных по природе органических соединений — гидролизуемых до аммиака (амиды и аминосахара) и аминокислот с разной прочностью их связей (табл. 28). В результате, на контроле степень их подвижности во времени в сравнении с исходной (0,63) снижалась и выражалась равным соотношением в этой оценке (0,42 - 0,45). Внесение азотного удобрения приводило к увеличению подвижности азота трудно гид рол изуемой фракции (0,722) за счет увеличения содержания азота, представленного соединениями гидролизуемых до аммиака в отгоняемой ее части, где они по содержанию оказались выше исходного и достигали 67,3 мг/кг (табл. 28).
Отсюда, внесение азота удобрений, по-видимому, сопровождается усилением подвижности азота, находящегося в трудно-гидролизуемых его соединениях за счет его включения в состав отгоняемой части ТГ в форме амидов и аминосахаров и свободных аминокислот (неотгоняемая часть ЛГ). Отметим, что реакция азота в легкогидролизуемой фракции на внесение азота удобрений снизилась до 0,410 относительно исходной (1996 г.). Это связано, наоборот, с увеличением в составе азота неотгоняемой части в форме свободных аминокислот, где его содержание оказалось выше исходного и составило 100,9 мг/кг (табл. 28).
Подвижность соединений азота при этом методе фракционирования определяется также отношением отгоняемой и неотгоняемой его части в ЛГ и ТГ фракциях азота (табл. 29). Согласно Е.А.Андреевой с соавт. (1973) и Л.В. Помазкиной (1985) именно в этой оценке признаков определяется устойчивость связей в белковых комплексах (неотгоняемая часть) и в соединениях, гидролиз которых идет значительно легче (отгоняемая часть). В соответствии с этим, на контроле устойчивость связей азота в аминокислотной фракции каштановой почвы со временем возрастает, т.к. подвижность снижается с 0,720 в исходной (1996 г.) до 0,575 на пятый год наблюдений (2000г.). Это вызвано снижением содержания азота свободных аминокислот, которое снизилось до 41,8 мг/кг против 67,1 мг/кг в исходной почве. На варианте с внесением азота удобрения, наоборот, подвижность азота в белковых комплексах усиливается и определяется по соотношению ЛГ:ТГ как высокая, достигая единицы (табл. 29).
Последнее вызвано увеличением содержания легкогидролизуемой фракции в составе почвенного азота при внесении азота туков, где оно достигало 100,9 мг/кг. В отличие от этого, прочность связей азота в соединениях, гидролизуемых до аммиака (отгоняемая часть), независимо от вариантов опыта, изменяется со временем слабо и остается стабильной по величине соотношения - 0,61 - 0,62 (табл. 29). Следовательно, в отсутствии дополнительных источников азота (удобрения) прочность связей азота в белковых комплексах (аминокислотных фракциях) высокая и со временем возрастает (0,575), а его подвижность в них падает. При систематическом внесении азота туков (N60) при общем значимом увеличении общего и минерального азота в почве (табл. 29), прочность связей азота в аминокислотной фракции (свободные и связанные с гумусовыми веществами) ослабевает, а их подвижность значительно возрастает (1,08).
