Введение к работе
Актуальность проблемы Применение азотных удобрений является важным агрохимическим средством оптимизации системы почва - растение, функциоітровашіе которой обеспечивает накопление, трансформацию и круговорот вещества и энергии в агроэкосфере. Являясь соедішєииями полифункционального спектра действия, азотные удобрешія прямо и косвенно видоизменяют ход обменных процессов в почве и в растении с многовариантными эффектами как позитивного, так и негативного характера (Пряштпшков, 1945; Турчип, 1972; Корепьков, 1976; Смирнов, 1977; Минеев, 1984; Гамзиков, 1981; Баппаш, 1987; Кудеяров, 1989; Соколов и др., 1990).
В этой связи представляется актуальным разработка основ рационального - агрохимически эффективного и экологически безопасного применения азотных удобрений, которое предусматривает получение оптимальной для конкретных почвенно-экологических условий величины урожая со стандартными показателями биологического качества, уменыпепие удельных затрат азота удобрений в продукционном процессе, снижение удобрительной нагрузки на почву за счет использования системы агрохимических приемов и средств, обеспечивающих нормализацию питательного режима почвы, сокращение потерь азота удобрений, адаптацию впутрипочвенных превращешш азота к динамике его поступления в растеїше, увешічеіше эффективности потребления и усвоения возделываемыми культурами не только азота из удобрении, но и из почвенных запасов.
Основой для разработки и практического использования системы рационального применения азотных удобрений является теоретическая информация о закономерностях круговорота азота в системе почва - растение, механизмах воздействия азотных удобрений на процессы, формирующие доступные для потребления и ассимиляции пулы азота в почве п в растении, управляемости этих процессов агрохимическими способаші. Рєшсіше этих и других сопутствующих вопросов позволяет расширить фундаментальные представления об агроэколошчеекпх функциях процессов превращения азота в почве, уточнить грагащы их чувствительности к фактору азотного удобрения, выявить природ}' ряда явлений, характерных для разбалансированных циклов азота в агроэкосистеме.
Цель работы. Количественная н качественная характеристика процессов превращения н взаимодействия азотных удобрений с почвой н с растением, разработка и теоретическое обоснование приемов агрохимического регуліфоваїпія круговорота азота как условия эффективного и экологически сбалансированного применения удобрении.
Задачи исследований. 1. Дать характеристику основных слагаемых эффективности азотных удобрений и оценить степень информативности н адекватности критериев, характеризующих их величину.
2. Показать взаимосвязь трансформации азотных удобрений в
почве с изменением параметров ее питательного режима и
биологических свойств.
3. Исследовать динамику процессов нитрификации и
иммобилнзащюино-рсмобнлизацнонных превращешш азота
удобрений в почве ц определить последствия их регулирования на
нспользовашіерастсшіями азота и его потерн.
-
Оцсшпъ ролі, азотных удобрсшш в процессах мобилизации почвешюго азота, показав зависимость последних от минерализации ко.\шонентов активной фазы органического вещества почвы, впутрипочвенных превращешш азотных удобрсшш н физиологических фуїжщш растений.
-
Определить значение агрохимических приемов оптимизации азотного режима почвы в увеличении размеров потреблешш расіешіямії азота почвы и удобрешш, оцешпь вклад экстра-азота почвы в совокупную эффективность азотшлх удобрешш.
-
Раскрыть фпзнолого-агрохгошческую сущность накоплеїшя нитратов растешіяші и показать альтернативную роль этого явления в агроэкосистеме.
7. Исследовать причины, определяющие эффективность
локального способа внесения азотных удобрешш, как одного из
базовых приемов в системе рационального их применения.
Научная новизна исследований. В работе развивается концепция агрохимического регулироваїшя процессов кругвоРота азота в системе почва - растение в качестве прпнципиалыюго условия эффективного и экологически безопасного применения азотных удобрений.
Определены функциональные парные зависимости между отдельными слагаемыми эффективности азотшлх удобрсшш, основными н наиболее объективными критериями которых являются коэффициент эффективности потребления азота, величины окупаемости азота потреблеішого растешіяші (физиологическая
эффективность) и внесенного с удобрениями (агрохимическая
эффективность) прибавкой урожая основной продукции.
Установлена взаимосвязь трансформашпі азотных удобрений с
изменчивостью агрохишіческих и биологических свойств почвы,
определены причины образования и сохранения в почве очага с
повышенным содержанием азота в доступных для растений формах
при локальном размещении удобрений. Доказано, что локальное
внесение аммошшпых и амидных форм азотных удобрений
обеспечивает сходные с применением іштрифіщидпьіх препаратов
эффекты замедления нитрификащш, сокращения потерь азота
удобрений и сбалансированности аммошшно-нитрагного режима
питания растений. Локальный способ внесения удобреїшй
оказывает более устойчивое положительное действие на увеличение
размеров потребления азота растениями, а ингибиторы
гапрификащш на снижение содержания нитратов в их органах.
Показана сопряженность динамики иммобилгоащш
ремобилизацнп азота удобрений с накоплением в почве микробной
биомассы и ее минерализацией. Оценено зпачение отдельных
факторов в регулировании скорости и направленности процессов
иммобплизацгаї-ремобилнзащш азота удобрений. Установлены
функциональные зависимости между иммобилизацией азота
удобрешш, потреблением его растеттями и потерями из почвы.
Получены новые данные, объясняющие образование кажущегося и
реального экстра-азота п предложен способ расчета последнего.
Выявлены близкие величины нетто-мобшшзации почвенного азота,
остаточного иммобилизованного азота удобреїшй, и чистой
миперализащш азота микробной биомассы, растительного
материала с узким (8 - 15) отношением C:N. Установлено
преобладающее значаще физиологического фактора в накоплении
растениями экстра-азота. В опытах с 15N оценена роль разных
агрохимических приемов в регуляции потреблеїшя растениями азота
почвы и удобрешш, определена степень его участия в формировашш
нитратного фонда овощных и кормовых культур, выявлен факт
накопления расгеїшями экстра-шпратов при применении азотных
удобрешш. Аккумуляция растениями нитратов впервые
рассматривается как биогеохимическігії барьер в их мигращш в сопредельные с агроэкосистемой среды.
Защищаемые положения. 1. Эффективность азотных удобрешш является результирующей этапов их превращения в почве, потребдеши растениями азота почвы и удобрешш и включегаїя потреблеішого азота в метаболизм, из которых первые два наиболее доступны для агрохимического управления.
2. Агрохимические приемы повышения коэффициента
использования азота удобрении растениями обеспечивают
достоверную и устойчивую прибавку урожая культур, если их
применение приводит к одновременному увеличению потребления
азота почвы.
-
Образование экстра-азота при внесении азотных удобрений осуществляется стадийно и является многофакторным явлением, прямо или косвенно связанным с превращением азота почвы н удобрения, и с утилизацией последнего микроорганизмами н растениями.
-
Накоплешіе нитратов в органах растений является звеном круговорота азота в системе почва - растение и физиологической функцией самого растения, видоизменяющейся под действием почвешю-экологических факторов н при разных реяашах минерального питания. Азотные удобрення выступают не только источником аккумулируемых растением нитратов, но и фактором накрпленпя дополнительного их количества за счет почвенного азота.
-
Локальное внесение азотных удобрений является одним из базовых приемов в системе рационального их прнмепеїиія под сельскохозяйственные культуры н эффективным агрохимическим способом управления процессами внутрипочвенных превращен азота и его потребления растениями.
Практическая значимость и реализация результатов. Результаты исследований являются теоретической основой совершенствования практики применения азотных удобрений в целях повмгпешія нх экономической эффективности и экологической безопасности. Экспериментальная информация может быть использована при построении и верификащш моделей круговорота азота и его нитратной формы в агроэкоенстеме.
Рекомендована система из трех критериев для оценки агрохимической эффективности азотных удобрений, предложен способ корректировки разностного коэффициента использования азота удобрений в опытах без применения изотопной техники. Обоснована необходимость дифференцированного подхода в выборе доз и способов внесения азотных удобрений в зависимости от их форм, сроков, кратности применения, использования шггибнторов нитрификации, рН почвы и запасов питательных веществ, доступности растениям мобилизованного азота почвы. Показана эффективность внесения соломы в парующую почву с целью сохранения в ней мобилизованного азота. Предложен комплекс мер по регуляции содержаїпія в растениях нитратов и
снижения их количества в продукции, уточнена методика подготовки растительных образцов к определенгао в них нитратов с учетом вариабельности их распределения по органам и локализации в тканях.
Фрагменты исследований по совершенствованшо способов внесешія азотных удобрений и получению продукции с безопасным уровнем шпратов вошли в методические рекомепдащт, изложенные в брошюре "Приемы повьппешіа эффективности азошых удобрении при возделывании с.х. культур по интенсивной технологии" (Пущино, 1987) и в монографии "Нитраты в окружающей среде" (Лущило, 1990), прошли производственную проверку в хозяйствах Московской, Тульской и Воронежской областей, успешно экспонировались на ВДНХ в 1987 и 1989 г.г. Материалы исследований используются в курсе лскщш по агрохимии и агроэкологии в Воронежском и Пущинском государствешшх университетах.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и докладывались на всесоюзных и международных совещаниях, конференциях и семинарах "Регулирование плодородия почв, круговорота и баланса питательных веществ" (Пущино, 1981), "Изотопные индикаторы в земледелии и химизации сельского хозяйства" (Москва, 1981), "Перспективные технологии локального внесешія удобрешш" (Полтава, 1981), "Экологические последствия применения агрохимикатов" (Пущино, 1982), "Dusik - hnojiva - puda -rostlina" (Praha, 1986, 1990), "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Москва, 1986), "Protection of water quality ..." (Balatonfured, 1987), "Применепие 15N в агрохимических исследованиях" (Новосибирск, 1988), "Биодинамика почв" (Таллии, 1988), "Почвенно-агрохпмические и экологические проблемы формирования высокопродуктивных агроцсиозов (Пущино, 1988), "Экологические проблемы накопления шпратов в окружающей среде" (Пущино, 1989), "Проблема азота в интенсивном земледелии" (Новосибирск, 1990), "Poda a produkcia agroekosystemov" (Bratislava, 1990), YI-YIII съездах ВОП (Тбилиси, 1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989), ХШ-th congress oflSSS (Hamburg, 1986).
По теме диссертации опубликовано 80 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введеппя, семи глав с заключениями по каждой главе, выводов и рекомендаций производству; изложена на 373 страшщах, содержит 93 таблицы, 23 рисунка. Список литературы включает 516 наименований, в том числе 349 русскоязычных пу блпкацгаі.
