Введение к работе
Актуальность проблемы. В материалах XXVI съезда КПСС подчеркнуто, что необходимо добиться динамичного подъема всех отраслей сельского хозяйства на базе его интенсификации, в том числе широкой химизации. На большинстве типов почв, особенно на бедных гумусом и азотом дерново-подзолистых почвах, азотные удобрения играют наиболее важную роль в повышении урожаев сельскохозяйственных культур. Несмотря на возрастающие темпы производства азотных удобрений, баланс азота в земледелии СССР до настоящего времени остается очень напряженным. Поэтому исследования, направленные на разработку путей более эффективного использования азота удобрений, снижения его потерь имеют очень важное значение.
Потери азота из почвы в газообразной форме являются основной причиной снижения коэффициентов использования и эффективности азотных удобрений. В зависимости от условий их применения размеры потерь азота удобрений в виде газообразных азотистых соединений могут варьировать в широких пределах (от 10 до 60%), составляя в среднем 20—30% от внесенного (Кореньков, 1976; Смирнов, 1970, 1977; Jansson, 1955; Broadbent, 1965), что причиняет огромный ущерб народному хозяйству. Кроме того, в газообразной форме может теряться азот самой почвы.
Газообразные потери азота из почвы в форме N2; N20; NO и N02 вызваны в основном диссимиляторным восстановлением нитратов денитрифицирующими микроорганизмами, многообразие которых позволяет осуществлять этот процесс в широких пределах аэрации, температуры, рН и других условий. Вместе с тем азот может теряться из почв в результате химических реакций при разложении промежуточных продуктов нитрификации в почве, таких, как HN02 и NH2OH.
Газообразные азотистые соединения — закись, окись и двуокись азота, образующиеся в результате биологической и химической редукции нитратов, могут представлять серьезную экологическую проблему, так как установлено их прямое участие в разрушении озонового слоя стратосферы в результате окисления N20 и NO озоном, что может привести к сущест-
Центр. ванная Шатт '
Коек. орд. Яовшя CBJHOI. 131Д. is. ЙдА. JaasjttHj
венному увеличению проникновения на земную поверхность губительного для всего живого ультрафиолетового солнечного излучения (Johnston, 1974; McElroy et. al., 1977).
В связи с этим изучение отдельных факторов, влияющих на размер и состав газообразных потерь азота из почв, а также изыскание путей снижения потерь азота в газообразной форме и уменьшения содержания окислов азота в их составе являются актуальными задачами химизации земледелия и охраны окружающей среды.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в изучении размера и состава газообразных потерь почвенного азота и азота удобрений из различных по плодородию и свойствам почв.
В задачу исследований входило изучение следующих вопросов:
-
Влияние плодородия почв на -эффективность и трансформацию азота удобрений.
-
Зависимость между различным сельскохозяйственным использованием почв, их предшествующей удобренностыо и потерями азота удобрений в год внесения и в последействии.
-
Влияние факторов окружающей среды на качественный состав газообразных потерь азота удобрений из различных почв.
-
Потери почвенного азота в газообразной форме, их состав н доля -в общих потерях азота из разных почв.
Научная новизна. Исследования в 3-летнем вегетационном и лабораторных опытах с использованием меченных 15N азотных удобрений и газоадсорбционной хроматографии позволили установить влияние уровня плодородия, аэрации, содержания органического вещества, степени кислотности, влажности и глубины почвенного профиля на размеры и состав газообразных потерь азота из различных почв. Былопоказа-но, что увеличение содержания органического вещества и влажности почвы, а также анаэробные условия способствовали большим потерям азота, которые происходили за счет более восстановленных газообразных продуктов. Получены оригинальные экспериментальные данные о закись-редуктаз-ной активности различных типов почв в зависимости от наличия и качества легкодоступного микроорганизмам энергетического материала. В лабораторных опытах впервые в нашей стране получены экспериментальные данные о потерях почвенного азота в газообразной форме, их составе и доле в Общих потерях азота из разных почв при внесении азотных удобрений.
Практическая ценность работы. Результаты исследований могут быть использованы для обоснования приемов наиболее эффективного применения азотных удобрений на различных
по плодородию почвах. Данные о размере и составе газообразных потерь азота из почв при внесении удобрений могут служить основой для оценки размера поступления окислов азота в земную атмосферу, позволяют прогнозировать условия и факторы, способствующие снижению содержания в составе потерь закиси азота — наиболее опасного загрязнителя окружающей среды.
Апробация работы. Материалы исследований были доложены на конференции молодых ученых «Актуальные вопросы почвоведения» в 1980 г. в Почвенном институте им. В. В. Докучаева, на научной конференции ТСХА в 1980 г. и на семинаре «Изотопные индикаторы в земледелии и химизации сельского хозяйства» в 1981 г. на ВДНХ СССР.
Объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав обзора литературы, 5 глав экспериментальной части, выводов и приложения (из 16 таблиц и 1 рисунка); включает 37 таблиц, 12 рисунков. Список использованной литературы представлен 255 наименованиями, в числе которых 125 иностранных.
Объекты исследования. Опыты проводились с различными почвами — дерново-подзолистыми различного сельскохозяйственного использования и предшествующей удобренности, а также черноземом, сероземом, каштановой почвой и красноземом. В исследованиях использовали различные формы азотных удобрений, меченных 15N : Са(151ЧОз)2 и 15NH415N03, а также промежуточные продукты нитрификации — гидрокси-ламин и нитриты. В вегетационном опыте и в опыте с почвенными колонками в качестве культуры использовали ячмень, сорт «Московский-121».
Условия и методы проведения эксперимента. Исследования проводились на кафедре агрономической и биологической химии ТСХА (лабораторные опыты) и в вегетационном домике Агрохимической опытной станции им. Д. Н. Прянишникова (вегетационный опыт и опыт с почвенными колонками) в 1978—1980 гг.
Вегетационный опыт. Опыт проводили с разными почвами, взятыми с длительного опыта ТСХА. Использованные в вегетационном опыте почвы отличались по их физико-химическим свойствам, особенно по содержанию гумуса и степени кислотности (табл. 1). Повторность опыта — трехкратная. Часть сосудов опыта служила контролем, в остальные наряду с фосфорно-калийными удобрениями вносили меченную I5N аммиачную селитру. В первый год опыта 15NH415N03 вносили во все три сосуда, в следующие два года по одному сосуду оставляли на последействие. Часть сосудов опыта являлась паром, остальные засевали ячменем по 25 семян на сосуд, оставляя после всходов по 20 растений. Влажность почвы в сосудах
Агр охимическая характеристика почв
Таблица 1
Почва
"Е.
мэкв/ЮОг
=є
р.о.
мг/100 г
Вегетационный и лабораторные опыты, дерново-подзолистая легкосуглиннстая почва
Лабораторные опыты и опыт с почвенными колонками
Дерново-подзолистая, средпесугли-
нистая 8
Чернозем 9
Краснозем 10
Каштановая 11
Серозем 12
1,90
4^9 6,93 4,85 7,50
поддерживали на уровне 60% ПВ. Опыт проводили в стеклянных сосудах, вмещающих 3 кг сухой почвы. Азотные удобрения вносили в дозе 300 мг азота на сосуд, исходное обогащение 13,53—14,55 ат.%- Уборку урожая и отбор почвенных образцов производили в фазу полной спелости ячменя.
Опыт по изучению газообразных потерь азота из различных слоев (0—30; 30—60 и 60—90 см) почвы проводили в асбоцементных колонках высотой 1 м и внутренним диаметром 10 см, вмещающих 8 кг сухой почвы. В качестве удобрений использовали КН Р04, К2НР04 и Ca(15N0 )2 из расчета 120 мг РгО и КО и 100 мг N на 1 кг почвы. Исходное обогащение Ca(15N03)2- 19,85 ат.%- Почву увлажняли до необходимой влажности, засыпали в колонки и засевали ячменем по 5 растений на колонку. Часть колонок была с почвой, известкованной СаО по полной гидролитической кислотности. Опыт продолжался 35 дней до исчезновения определяемых количеств N,0 в почвенном воздухе. Образцы -почвенного воздуха для определения концентраций N 0; 0 и СО отбирали через 2, 5, 10, 15, 18, 20, 25 и 35 дней.
Лабораторные опыты. Лабораторные опыты проводили в герметичных сосудах различной конструкции емкостью 50—
200 мл, оборудованные штуцерами для взятия образцов надпочвенного воздуха шприцем. В зависимости от условии опыта атмосфера в сосудах заменялась 100% Не (Лг) — анаэробные условия или смесью — 20% 02 и 80% Не — аэробные условия. Анализы надпочвенного воздуха проводили методом газоадсорбционной хроматографии. Для этого использовали два последовательно соединенных хроматографа — «Хром ЗК» и «Газохром 3101». Количества NO; N02 и NH3 определяли колориметрически на системе поглотителей. Изотопный состав азота определяли на масс-спектрометре МИ-1305 и на спектральной установке НИФИ ЛГУ. Анализы на содержание общего и разных форм минерального азота в почве и растительном материале проводили общепринятыми методам».