Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Растительные остатки и плодородие почвы 7
1.1. Физические, химические и биологические функции растительных остатков в почве 8
1.2. Количество и качество растительных остатков в зависимости от вида и способа возделывания культур 17
1.3. Закономерности и особенности разложения растительных остатков в почве 26
1.4. Растительные остатки как источник азота и фактор регулирования его трансформации в почве 40
1.5. Заключение 56
Глава 2. Экспериментальная часть 60
2.1. Климатические условия, морфогенетическая и агрохимическая характеристика серой лесной почвы 60
2.2. Получение меченой по 15N растительной и бактериальной массы 62
2.3. Схемы опытов и техника их выполнения 63
2.3.1. Лабораторные опыты 63
2.3.2. Вегетационный опыт 66
2.4. Аналитические методы 67
2.4.1. Измерение диоксида углерода и закиси азота в газовых пробах 68
2.4.2. Углерод и азот микробной биомассы в почве 69
2.4.3. Общий азот, его минеральные формы и изотопный состав 70
Глава 3. Результаты и их обсуждение 72
3.1. Динамика разложения и минерализации растительной и бактериальной массы в серой лесной почве 72
3.1.1. Влияние дозы 73
3.1.2. Влияние отношения C/N в фитомассе 80
3.1.3. Заключение 90
3.2. Ассимиляция почвенными микроорганизмами азота растительной и бактериальной биомассы и его минерализация 91
3.2.1. Влияние дозы 92
3.2.2. Влияние отношения C/N в фитомассе 99
3.2.3. Заключение 105
3.3. Иммобилизация - минерализация азота в почве при внесении свежего органического вещества 108
3.3.1. Влияние возрастающих доз растительной и бактериальной массы 109
3.3.2. Внесение фитомассы с разным отношением C/N 114
3.3.3. Совместное внесение азотного удобрения и растительных остатков 117
3.3.4. Заключение 124
3.4. Газообразные потери азота 125
3.4.1. Потери азота при разложении фитомассы, бактериальной массы и трансформации азотного удобрения в присутствии растительных остатков 126
3.4.2. Влияние свойств почвы и удобрений на размеры выделения закиси азота 130
3.4.2.1. Температура и влажность почвы 133
3.4.2.2. Внесение азотного удобрения 134
3.4.2.3. Поступление растительных остатков 136
3.4.3. Заключение 137
3.5. Влияние растительных остатков на потребление растениями азота удобрений и почвы 139
3.5.1. Заключение 142
Выводы 143
Список литературы 146
Приложение 168
- Количество и качество растительных остатков в зависимости от вида и способа возделывания культур
- Получение меченой по 15N растительной и бактериальной массы
- Ассимиляция почвенными микроорганизмами азота растительной и бактериальной биомассы и его минерализация
- Потери азота при разложении фитомассы, бактериальной массы и трансформации азотного удобрения в присутствии растительных остатков
Введение к работе
Актуальность проблемы. Предотвращение деградации почвы и уменьшение риска экологических нарушений при производстве устойчиво высокого урожая сельскохозяйственных культур, всесторонняя биологизация агротехнологий и приоритетность органических средств воспроизводства почвенного плодородия - отличительные черты современных систем земледелия. Большое значение в решении этих задач отводится рациональному использованию пожнивно-корневых остатков и побочной продукции, увеличению доли промежуточных, сидеральных и бобовых культур в структуре севооборотов. Растительные остатки служат органической матрицей для новых почвенных агрегатов, источником аминокислот, лигнина и полифенолов, из которых образуются гумусовые вещества, комфортной средой колонизации почвенных микроорганизмов, в биомассе которых накапливаются значительные запасы потенциально-минерализуемых соединений углерода и азота. Поэтому поступление в почву органического вещества растительных остатков является одним из ключевых условий оптимизации свойств и режимов почвы, снижения потерь азота минеральных удобрений, повышения продуктивности сельскохозяйственных культур (Ганжара, 1997; Кудеяров, 1999; Назарюк, 2002 и другие).
Работы Александровой (1980), Аристовской (1980), Кононовой (1963), Бернса и Мартина (Burns, Martin, 1986), Дженкинсона (Jenkinson, 1977) и других авторов внесли существенный вклад в развитие теории микробной трансформации растительных остатков. Применение меченых по 13С, 14С, l5N материалов, способов количественного измерения микробной биомассы, методов математического моделирования позволило получить новые сведения о характере разложения в почве растительной и микробной биомассы, установить их роль в формировании активных пулов углерода и азота в почве, показать участие разных трофических групп микроорганизмов в трансформации поступающего в почву органического вещества (Фокин, 1996; Семенов и др., 2001; Lundquist et al, 1999; Mueller et al, 1998; Nicolardot et al, 2001; Trmsoutrot et al, 2000a; 2000b и другие). Вместе с тем, остается актуальным определение факторов, контролирующих скорость разложения растительных остатков, количественной оценки эффективности
5 ассимиляции и минерализации углерода и азота микроорганизмами, обеспечения синхронизации минерализационно-иммобилизационньгх превращений азота с потреблением его растениями. Решение этих задач особенно важно при выборе оптимальных сроков и способов внесения повышенных норм растительной биомассы в почву, обеспечивающих пролонгированное улучшение плодородия почвы, эффективное секвестрирование углерода и стабилизацию азота с агрономическими и экологическими эффектами.
Цель и задачи исследований. Целью работы было исследование влияния разлагающихся остатков растительной и бактериальной биомассы на иммобилизационно-минерализационнуто оборачиваемость азота в почве и его газообразные потери.
В задачи исследований входило:
1. Определить скорость разложения в почве растительной и бактериальной
биомассы в зависимости от внесенного количества и отношения C/N в ее составе;
2. Показать динамику включения в микробную биомассу почвы азота,
высвобождающегося при разложении органических веществ;
3. Установить нетто-размеры минерализации и иммобилизации азота в почве в
присутствии свежего органического вещества;
4. Оценить степень сопряженности мннерализащюпно-иммобилизационных
превращений азота с динамикой и размерами его потерь.
Научная новизна. Определены константы минерализации бактериальной массы и фитомассы разных культур, отличающейся по физиологической зрелости и отношению C/N. Показано, что скорость минерализации фитомассы, в отличие от бактериальной массы (C/N=4.7), снижается по мере увеличения внесенного количества при обратной зависимости с отношением C/N. Установлены критические отношения C/N в разлагающемся органическом веществе, при которых преобладает нетто-минерализация азота (C/N<10) или краткосрочная (C/N<20), умеренно-продолжительная (C/N<35) и долговременная (C/N>50) его нетто-им мобилизация. Показано, что азот растительной и бактериальной массы эффективно и быстро используется почвенными микроорганизмами, а степень его реминерализации зависит от обеспеченности почвенных микроорганизмов углеродом разлагающегося материала. Определены удельные величины нетто-
иммобилизации азота на единицу внесенного в почву углерода растительных остатков с разным отношением C/N при низкой и высокой обеспеченности почвы минеральным азотом. Получены новые данные, свидетельствующие как об ограничивающем, так и о стимулирующем эффекте внесенной в почву фитомассы на газообразные потери азота в зависимости от иммобилизационного или минерализациошюго статуса азотного режима. Показано влияние азотного удобрения, фитомассы, влажности почвы на эмиссию закиси азота, а также уточнены «эмиссионные коэффициенты» для разных ее источников.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при оценке и прогнозировании изменений азотного режима почв, при разработке целевых программ по ограничению антропогенной эмиссии парниковых газов, воспроизводству органического вещества почвы в агроэкосистемах путем эффективной утилизации растительных остатков. Полученные константы скорости минерализации растительной и бактериальной биомассы могут быть использованы в моделях трансформации органического вещества почвы. В целях рационального применения азотных удобрений расчет их доз следует производить, исходя из количества поступившего в почву углерода растительных остатков и удельной величины нетто-иммобилизации азота на единицу углерода.
Поддержка и благодарности. Работа выполнена в лаборатории почвенных циклов азота и углерода Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН по планам НИР Института, в рамках проекта РФФИ (№ 01-04-48536 «Разложение органического вещества и потоки углерода и азота в почве») и ФЦНТП (гос. контракт № 43.016.11.1625). Автор выражает искреннюю признательность и благодарность заведующему лабораторией доктору биологических наук, профессору В.Н.Кудеярову, старшему научному сотруднику, кандидату биологических наук Т.В.Кузнецовой, старшему научному сотруднику, кандидату биологических наук Л.А.Иванниковой, научному сотруднику Н.А.Семеновой, ведущим инженерам Е.М.Гультяевой, Л.Н.Розановой и В.А.Леошко за помощь в организации исследований и всестороннюю поддержку на разных этапах выполнения работы.
Количество и качество растительных остатков в зависимости от вида и способа возделывания культур
Количество растительных остатков в агроценозах зависит от биологических свойств культурных растений, экологических, главным образом почвенно-климатических условий, уровня агротехники, величины урожаев, способов посева, норм высева семян и ряда других причин (Левин, 1977). Наименьшее количество растительных остатков сельскохозяйственных культур поступает в почву северных областей и в засушливой юго-восточной части европейской равнины, где к тому же преобладают посевы яровых зерновых культур. В северо-западных и центральных областях России количество растительных остатков колеблется в пределах 40-50 ц/га. Наибольшее количество растительных остатков ( 50 ц/га) свойственно культурам, возделываемых в Краснодарском крае.
Размеры продукции растительных остатков в агроценозах в зависимости от вида культур и разных агротехнических факторов. Экспериментальные исследования показывают, что наибольшее количество фитомассы остается после уборки викоовсяной смеси, клевера, озимой пшеницы, ячменя, несколько меньше - после подсолнечника и картофеля (Кривеня, 1977). Поскольку количество послеуборочных остатков зависит от технологии уборки урожая, некоторыми исследованиями получены иная последовательность. В условиях зерпопропашного севооборота на черноземе обыкновенном наибольшее количество пожнивных остатков было получено после уборки урожая подсолнечника, а наименьшее - после кукурузы (Швиндлерман, 1984). Однако в других исследованиях (Мазуро, 1981) кукуруза была отнесена к культурам с большим количеством образующихся растительных остатков. Согласно некоторым обобщениям (Черепанов, 1979), наибольшее количество растительных остатков свойственно посевам клевера (57,4-62.6 ц/га), затем озимой пшеницы (до 49 ц/га), кукурузы (до 30 ц/га), а наименьшее - сахарной свеклы (до 6 ц/га), В условиях Кировской области в течение 1996 - 2000 гг. в пахотные почвы ежегодно поступало 10.6 ц/га сухого органического вещества растительных остатков зернобобовых; 9.2 ц/га - однолетних трав, 36.3 ц/га - многолетних трав (Завалин и др., 2002). С корне-стерневыми остатками ярового рапса в занятом пару в условиях Самарской области в почву поступало 2.07-3.63 т/га сухого вещества (Зудилин, 2001). При использовании рапса в качестве сидеральной культуры в почву заделывалось 5.10-9.07 т/га сухого вещества. Обобщенные величины послеуборочных остатков различных культур приведены в таблице 1. Эти величины близки с данными, полученными в течение 32-летних наблюдений в севооборотах Нечерноземной зоны (Лошаков, 2004). Автор приводит следующие количества растительных остатков (т/га), образующихся при возделывании культур: многолетние травы - 6.9, озимая пшеница и озимая рожь - 4.1, кукуруза на силос - 2.9, ячмень - 2.5, однолетние травы - 2.2, картофель - 1.5. Из приведенных данных следует, что основными источниками свежего органического вещества в почве служат остатки многолетних бобовых культур, обогащенные, как правило, азотом. Существенное значение в балансе органического вещества почвы имеют и остатки зерновых культур. Такой же вывод следует и из данных Романенко с соавт. (2005), которые приводят следующую последовательность по накоплению биологической массы корневых и пожнивных остатков с/х культур (т/га): эспарцет, убираемый на семена - 6.4-6.8, озимая пшеница - 4.2-6.2 т/га, горох -3.2-3.7 т/га.
Фактическое обогащение почвы органическим веществом растительных остатков определяется типом севооборота. В севообороте с горохом и люцерной, а таюке в зернотравяном севообороте количество поступающих в почву растительных остатков было значительно выше, чем в пропашном (Ильин, 1978). В севообороте с многолетними травами в почву поступало ежегодно 34.7-37.1 ц/га пожнивных остатков, тогда как в зернопропашном - 27.1 ц/га (Бодров, Лихачев, 1971). При включении в севооборот сидеральных культур количество растительных остатков возрастало на 15-88% (Лошаков, 2004).
Количество поступающих в почву растительных остатков возрастает с увеличением урожая данной культуры с прямой линейной зависимостью (табл. 2). При выращивании озимой пшеницы без удобрений в почву поступало 29.5 ц/га сухой массы растительных остатков, тогда как в вариантах с удобрениями - от 30.5 до 39.2 ц/га (Лыков, 1982). Основная продукция составила 32.2 ц/га сухой массы без удобрений и 40.5-46.9 ц/га - с внесением удобрений. При низких урожаях культур, которые формируются обычно без применения удобрений, масса растительных остатков зерновых (яровая и озимая пшеница, ячмень, овес), поукосных (горох, люпин) и картофеля составила соответственно 18-23, 16 и 7 ц/га, тогда как при высоких - 35-45, 25-28 и 17 ц/га (Алиева, 1978). Показано, что при внесении полного минерального удобрения в дозе 60 кг/га NPK количество растительных остатков викоовсяной смеси, озимой пшеницы, ячменя, кукурузы и подсолнечника возросло на 26-53% по сравнению с контролем (Стулин, 1981). В опыте с бессменным ячменем поступление пожнивно-корневых остатков на контроле составляло 1.64 т/га, а при полном минеральном удобрении - 2.69 т/га (Лошаков, 2004), Поступающие в почву пожнивно-кориевые остатки составляли 32-49% от общей биомассы удобренных зерновых культур, а для неудобренных 26-48% (Слабко, Сидорова, 1986). На дерново-подзолистой почве масса пожнивно-корневых остатков озимой пшеницы, гороха, ячменя увеличилась за счет применения полного минерального удобрения по сравнению с контролем на 56, 85 и 42%, соответственно, тогда как клевера, наоборот снизилась на 11% (Клемяшова, 1971). В среднем за четыре года наблюдений по разным фонам удобрений в слое почвы 0-25 см накапливалось от 52.0 до 54.8 ц/га сухих растительных остатков донника (Батудаев, 2004). Выход сухих растительных остатков в условиях опыта увеличивался при минеральной и органо-минеральной системе удобрений.
Доля корней от общей биомассы растительных остатков составляет у зерновых около 40%, у пожнивных культур - 25% и у многолетних трав - примерно 60% (Иванов, Семенова, 1969). Соотношение надземной массы и массы корней изменяется с возрастом растений. В начальные периоды роста доля корней в общей массе растений, больше, чем у более зрелых растений. Так, например, у ячменя масса корней за месяц вегетации уменьшилась с 36-43 % от общей массы растения до 22-23 % (Левин и др., 1985). После цветения однолетних растений отмирание корней превосходит их прирост, и общий вес корней к моменту созревания уменьшается (Суков, 1979). В более ранней работе (Левин, 1977) приводятся данные по количеству корневых остатков отдельных культур. Так, масса корневых остатков у корнеклубнеплодов меньше, чем у зерновых и зернобобовых культур, а у яровых колосовых меньше, чем у озимых. В зависимости от условий и уровня урожая масса корневых остатков у корнеклубнеплодов колеблется от 8-Ю до 25 ц/га. У зернобобовых культур и однолетних трав (вики и гороха с овсом) - от 15-16 до 30-35 ц/га, у озимых и подсолнечника - от 20- 22 до 40-45 ц/га, а у многолетних трав составляет 45-75 ц/га и больше.
Получение меченой по 15N растительной и бактериальной массы
В опыте 1 исследовали динамику разложения меченной по 15N фитомассы ;; овса (C/N=26, No6ui=1.62%, 042.1%, избыток атом. % 15N = 38.97) внесенной в:: _-, почву в возрастающих дозах. Исследования проводили с серой лесной почвой отобранной с участка неудобренного агроценоза. В почве содержалось 0.94% -; " 0.101% - Н,бщ, 0.66 мг NMIIH/100 г, рНксі составлял 6.60. Воздушно сухую почву, ..; просеянную через сито с диаметром отверстий 3 мм, увлажняли до 30% ПП.В инкубировали в полиэтиленовом мешке в течение 1-й недели при комнатной температуре. После этой процедуры навески почвы тщательно перемешивались с, _ навесками фитомассы овса, внесенных в размолотом виде в возрастающих дозах ; -(Сі -0.25, С2- 0.5, С3 - 1.0 иС4- 1.5 г/100 г почвы, что соответствовало 4, 8.1, 16.2 и", 24.3 мг азота/100г почвы) и помещали во флаконы емкостью 0.5 л. Влажность почвы доводили до 60% ППВ, флаконы закрывали полиэтиленовой пленкой и , инкубировали при комнатной температуре. Исходный уровень влажности . поддерживался на протяжении всего 56-суточного периода наблюдений. Схема опыта имела следующий вид: вариант 1 - почва без добавления фитомассы овса (контроль); 2 - почва + d; 3 - почва + С2; 4 - почва + С3; 5 - почва + С4. В динамике отбирали по два образца в каждом варианте для химического анализа почвы. Параллельно образцы с этих вариантов инкубировали в " специальных колбах, изготовленных для учета выделяющегося СОг, количество _. которого определяли титрованием 0.1 н. NaOH раствором 0.1 н. HCI (Иваннийова, 1993; Иванникова, 2005). В свежеотобранных образцах почвы определяли NMH1„ общий азот, азот микробной биомассы, а также избыток 15N. В опыте 2 с серой лесной почвой, имеющей те же агрохимические показатели, что и опыте 1, исследовали динамику разложения меченной по 15N биомассы Rhodobacter sphaerica. Лиофильно высушенную биомассу вносили в возрастающих дозах (БМі - 23.5, БМз - 47, БМз - 94 и БМ4 - 188 мг/100 г почвы, что соответствовало 2, 4, 8, 16 мг азота/100 г почвы и 9.4, 18.8, 37.6, 75.2 мг углерода/100 г почвы).
Содержание общего азота в бактериальной биомассе Rhodobacter spaerica - 8.51%, углерода - 40%, C/N=4.7, избыток атомного % N -8.51. Процедуры проведения опыта те же, что и в опыте 1. Варианты опыта следующие: 1 - почва без внесения бактериальной биомассы (контроль); 2 - почва + БМі; 3 - почва + БМ2; 4 - почва + БМз", 5 - почва + БМ4. Инкубирование почвы с внесенной бактериальной массой проводили при температуре 24С и влажности 60% ППВ. Продолжительность опыта составила 56 суток. Аналитические процедуры те же, что и в опыте 1. В опыте 3 исследовали трансформацию азота в почве при разложении меченных по 15N корней и надземной массы овса и кукурузы разной физиологической зрелости с C/N от 9 до 99. Содержание общего азота и другие характеристики фитомассы приведены в таблице 9. Воздушно-сухую пахотную почву, просеянную через сито с диаметром отверстий 3 мм, увлажняли до 30% ППВ и прединкубировали, как и в опыте 1. Навески предиіікубированной почвы тщательно перемешивались с соответствующей фитомассой, внесенной в размолотом виде из расчета 0.7 г/100г воздушно-сухой почвы, после чего помещались во флаконы емкостью 0.5 л. Влажность почвы доводили до 60% ППВ, флаконы закрывали полиэтиленовой пленкой и инкубировали при комнатной температуре. Продолжительность опыта составила 222 суток. Схема опыта имела следующий вид: вариант 1 - почва без добавления растительного материала (контроль), 2 - почва + листья овса (ЛО), 3 - почва + солома овса (СО), 4 - почва + зеленые листья кукурузы (ЛК), 5 - почва + молодые корни кукурузы (МКК), 6 -почва + надземная биомасса кукурузы в фазу формирования метелки (БК), 7 -почва + зрелые корни кукурузы той же фазы вегетации (ЗКК). В каждом варианте отбирали по 2 образца для химического анализа почвы. Аналитические процедуры те же, что и в опыте 1. В серии краткосрочных лабораторных опытов (4-1 - 4-3) определяли выделение закиси азота газохроматограф ическим способом на разных стадиях разложения доз фитомассы, в зависимости от внесения азотного удобрения, влажности почвы, температуры инкубирования. В опыте 4-1 исследовали динамику выделения закиси азота из пахотной почвы при разложении возрастающих доз (0.25, 0.5, 1.0 и 1.5 г/100 г почвы) фитомассы овса (C/N = 26, ІЧобщ = 1.62%). Процедура постановки опыта та же, как и в опыте 1. В соответствующие сроки отбора газовых проб в стеклянные флаконы с завинчивающими крышками помещали приемники с 0.1 н. NaOH, закрывали пробками с завинчивающимися крышками и экспонировали в течение 3-4 сут для устранения избыточной концентрации диоксида углерода.
После газохро мато графического измерения концентрации N2O из флаконов с почвой удаляли приемники, флаконы с почвой проветривали, закрывали полиэтиленовыми пленками и продолжали инкубировать до следующего срока отбора. Параллельно проводили определение содержания N-NH/ и N-NCV в свежих почвенных образцах. Для опытов 4-2 и 4-3 почвенные образцы были отобраны с неудобренных участков агроценоза, леса и искусственного луга. Содержание органического углерода в исследуемых образцах почвы составляло 0.94, 1.82 и 1.40%, соответственно; общего азота - 0.101, 0.155 и 0.133%; минерального азота (N-NH/ + N-NO3") - 0.66, 3.33 и 0.93 мг/100 г; величина рН равнялась 6.40, 5.46 и 6.59. В опыте 4-2 исследовали влияние разных уровней влажности почвы на размеры продуцирования закиси азота. Воздушно-сухую почву (200 г) с трех участков помещали в стеклянные флаконы, емкостью 0.5 л. (d = 7.3 см) и увлажняли дистиллированной водой до 30, 60, и 90% ППВ. На поверхности почвы помещали пеиициллиновые флаконы (V=15 мл) с 0.1 н. NaOH для улавливания продуцируемого СОг- Флаконы с почвой закрывали силиконовыми пробками и завинчивали крышками с отверстиями для отбора проб газа с помощью шприца. Инкубирование проводили при Т = 24С в течение 3 сут при влажности почвы 90% ППВ, 5 сут при 60% ППВ и 7 сут при 30% ППВ.
Ассимиляция почвенными микроорганизмами азота растительной и бактериальной биомассы и его минерализация
Количество и качество поступающего в почву органического вещества с растительными остатками является одним из главных факторов динамики азота. Азотсодержащие соединения растительных остатков и собственно почвы подвергаются следующим превращениям стехиометрически связанными с оборачиваемостью углерода: 1) ассимиляции микроорганизмами; 2) минерализации; 3) реиммобилизации в случае достаточной обеспеченности почвенных микроорганизмов разлагаемым субстратом; 4) реминерализации ранее ассимилированных микроорганизмами.
Разложение растительных остатков осуществляется по пути приоритетного использования гетеротрофными микроорганизмами углерода, который выполняет структурообразующую и энергоснабжающую функции в метаболизме. Необходимое для синтетических процессов количество азота микроорганизмы получают непосредственно из разлагаемого материала в виде аминокислот, либо поглощая минеральные формы из почвы. Внесение свежего органического вещества вызывает существенные изменения в структуре азотного фонда почвы -увеличивается содержание микробного азота, но временно снижаются запасы его минеральных форм. Поэтому эффективность разложения и минерализации растительного материала следует оценивать не только по содержанию минерального азота в почве, но и по количеству азота микробной биомассы. Как быстро и в каком количестве происходит включение азота растительных остатков в микробную биомассу почвы? Какова эффективность минерализации азота бактериальной массы, в которую включается азот разлагающихся растительных остатков? Зависят ли размеры ассимиляции и минерализации азота бактериальной массы и растительных остатков от количества последних и соотношения C/N в растительных остатках? Сколько внесенного азота остается в составе микробной биомассы в почве после длительной ее инкубации? Ответы на эти вопросы чрезвычайно важны для понимания внутрипочвенных взаимосвязей углерода и азота. Одновременное наблюдение за динамикой содержания микробного и минерального азота в почве позволяет детализировать стадии разложения свежего органического вещества, оценить вклад растительных и микробных остатков в формирование минерализуемого пула азота.
Внесение возрастающих доз биомассы Rhodobacter sphaerica сопровождалось быстрым накоплением в почве азота микробной биомассы (табл. 19). Так на 7-е сутки эксперимента содержание микробного азота в вариантах с бактериальной массой было в 1.6-2.2 раза выше, чем на контроле. Причем, чем выше была доза биомассы Rhodobacter sphaerica, тем большее количество азота содержалось в почвенной микробной биомассе. Такая зависимость сохранялась на протяжении всего периода наблюдений. Увеличение содержания азота микробной биомассы в почве происходило за счет энергичной ассимиляции как азота из внесенной биомассы, так и из почвенных запасов. За 7 суток опыта в составе микробной биомассы почвы накапливалось от 1.31 до 6.7 мг/100 г меченого азота 15NEM поступившего с Rhodobacter sphaerica. Это составляло 41.9-65.3% от внесенного количества азота (Рис. 18). Чем ниже была доза, тем эффективнее шло включение азота разлагающейся бактериальной массы Rhodobacter sphaerica в микробную биомассу почвы. Доля 15NEM от азота микробной биомассы в начальные 7 суток наблюдений составляла 10.7-39.6 % в зависимости от дозы внесения. Чем больше была доза внесенной бактериальной массы, тем выше была доля NEM В составе микробного пула. В последующие сроки наблюдений содержание 15NEM значительно снизилось во всех исследуемых вариантах. Как в начале опыта, так и после 56-и суточной инкубации наибольшее количество 15NBM в составе азота микробной биомассы почвы наблюдалось в варианте с высокой дозой Rhodobacter sphaerlca. Между 14-и и 56-и сутками доля I5NEM В микробной биомассе значительно снизилась, составив к концу наблюдений 1.35-10.5%. Остаточное количество 15NBM В микробной биомассе почвы составляло 4.7-6,8% от первоначально внесенной дозы азота (Рис. 18).
В отличие от 15NEM убыль немеченого почвенного азота в микробной биомассе была менее значительной. Эти данные указывают, что, во-первых, внесение азотсодержащего органического материала обеспечивает довольно непродолжительное увеличение запасов микробного азота в почве и; во-вторых, продукты трансформации бактериальной массы подвергаются прочной иммобилизации с ограниченной способностью к реминерализации.
В почве с добавлением возрастающих доз соломы овса также как и в вариантах с бактериальной массой Rhodobacter sphaerica наблюдалось интенсивное накопление азота микроорганизмами (табл. 20). Содержание микробного азота в почве увеличилось в 1.7-2.5 раза, с максимумом на 13-е сутки. Чем вьнпе была доза, тем большее количество азота фитомассы овса ассимилировалось почвенными микроорганизмами. Количество ассимнлировашюго азота соломы овса микроорганизмами за первые 6 суток шпсубации составило 23.4-37.5% от внесенного (рис. 19), подтверждая факт быстрого включения азота растительных остатков в микробный пул почвы (Jans-Hammermeister, McGill, 1997). В период с 6 по 28 сутки опыта содержание ассимилированного микроорганизмами 15N фитомассы овса возросло, достигнув на 28-е сутки 2.61-10.03 мг/100 г. К концу эксперимента количество ассимилированного микроорганизмами азота фитомассы снизилось во всех вариантах, кроме варианта с высокой дозой. Доля NOUC& в микробной биомассе вариантов с низкими дозами была максимальной на 28-е сутки - 23.8-36.6% от общего содержания азота микробной биомассы или 62,5-65.2% от внесенного количества. В вариантах с высокими дозами соломы овса - в конце наблюдений (47.1-58.7% от общего содержания и 43.9-47.6 % от внесенного).
Потери азота при разложении фитомассы, бактериальной массы и трансформации азотного удобрения в присутствии растительных остатков
В условиях инкубационного эксперимента потери минерализованного азота, рассчитанные по балансу N, были связаны с процессом денитрификации, развитие которого инициируется, главным образом, недостатком кислорода, наличием нитратов и легкоразлагаемого органического вещества. В вариантах &-листьями овса (ЛО), корнями и листьями молодых растений кукурузы (МКК и ЛК соответственно) и частично с соломой овса (СО) сочетание этих факторов было, по-видимому, благоприятным для денитрификации, поэтому из почвы терялось 14,6-28.1% на 56-е сутки инкубации и 27.4-38.6% азота фитомассы на 222-е сутки (рис. 26),
Газообразные потери азота при разложении надземной массы и корней зрелых растений кукурузы (БК и ЗКК) были существенно ниже из-за пролонгированной минерализации азотсодержащих соединений. С учетом потерь размеры минерализации азота фитомассы составляли уже более значительные величины, по сравнению с оцениваемыми по содержанию 15ТЯЫШ в почве, достигая на 56-е сутки и к концу опыта 3.8-44.8% и 17.9-53.8% от внесенного, соответственно. Чем больше минерализовалось азота растительных остатков (табл. 35), тем выше были его потери из почвы, что хорошо видно из вычисленных уравнений регрессии и коэффициентов корреляции (г=0.973, при п=18).
Содержание общего азота и отношение C/N были главными диагностическими критериями (табл. 36 и 37), характеризующими размеры газообразных потерь азота из растительных остатков. Потери азота достоверно возрастали по мере увеличение его содержания в фитомассе (г=0.998) и сокращались с расширением отношения C/N (г=-0.698).
Газообразные потери азота бактериальной массы Rhodobacter sphaerica рассчитанные балансовым методом (рис. 27) за первые 7 суток инкубирования составили 0.5-5.0 % от внесенного количества,, причем потери возрастали с увеличением дозы внесения, за исключением варианта со второй дозой, где величина была минимальной на протяжении 7-14-й суток. Максимальное количество газообразных потерь азота бактериальной массы наблюдалось в конце эксперимента, величины составили 11.5-16.4 % от внесенного количества. С учетом потерь размеры минерализации азота бактериальной массы Rhodobacter sphaerica составили еще более значительные величины, по сравнению с оцениваемыми по содержанию 15NMIiK в почве, достигая на 56-е сутки 62.6-75.4 % от внесенного количества.
При внесении аммиачной селитры потери азота удобрений, рассчитанные также по балансу 15N, в течение 7 дней составляли 11.8 % от внесенного количества (рис. 28). В вариантах с соломой потери азота удобрений оказались ниже. По истечении 30 дней потери азота аммиачной селитры достигали уже 19.6 %, что составляло более 2/3 от неучтенного в момент уборки его количества. Из-за недостаточного в этот период потребления внесенного азота кукурузой, газообразные потери были главной статьей расхода азота. В варианте с первой дозой соломы (C/N=8) потери азота удобрений были в 1.8 раза ниже, а в случае более широкого соотношения терялось почти такое же количество, как и без добавления органического вещества. Такая же закономерность сохранилась и к концу опыта. Следовательно, низкое использование растениями азота удобрений при поступлении в почву большого количества органического материала в виде соломы обусловлено как его значительной иммобилизацией, так и усилением денитрификации. Положительное влияние процесса иммобилизации на сокращение газообразных потерь азота проявляется лишь до определенного соотношения углерода растительных остатков к минеральному азоту (азот удобрения + азот почвы), которое в условиях данного опыта равнялось 8. Поступление больших количеств минерализуемого углерода провоцирует усиление роста гетеротрофной микрофлоры, в том числе денитрификаторов и, как следствие - повышение размеров газообразных потерь.
Таким образом, совместное внесение азотных удобрений с соломой можно рассматривать как способ сокращения газообразных потерь азота, однако, при этом необходимо строго выдерживать определенное отношение C/N в удобрении, благоприятное для развития растений, поскольку в противном случае можно вызвать усиление газообразных потерь азота.
