Введение к работе
Актуальность проблемы. Опыт мирового и отечественного земледелия убедительно свидетельствует о том, что интенсификация сельскохозяйственного производства в значительной степени обуславливается целенаправленной химизацией, и прежде всего уровнем применения азотных удобрений. Проблема азота в земледелии России является одной из центральных не только в связи с первостепенной его ролью в питании растений, повышении урожайности и качества сельскохозяйственных культур, но и вследствие широкого спектра негативного воздействия продуктов трансформации азотных удобрений на окружающую среду. Рациональное применение экономически оправданных и экологически допустимых доз азотных удобрений наряду с улучшением агротехники, повышением общего уровня культуры землепользования играет определяющую роль в сохранении плодородия почв и получении высококачественной продукции. Успешное решение проблемы оптимизации азотного питания растений с учетом эффективного использования природных запасов азота, поддержания плодородия почв и уменьшения негативных последствий применения удобрений возможно лишь на основе комплексного подхода к изучению процессов трансформации азота во внутрипочвенном цикле и агро-экоценозе в целом, а также количествейной оценке "их направленности в конкретных почвенно-климатических условиях. Азотные удобрения обеспечивают в зоне достаточного увлажнения и орошения около 50% общей прибавки урожаев, получаемых от применения минеральных удобрений. Вместе с тем интенсификация земледелия, в том числе за счет азотных удобрений, ставит перед сельским хозяйством целый ряд новых сложных задач, связанных с нарушением экологического равновесия окружающей среды, биологической и химической деструкцией отдельных компонентов агро-биоценозов, приводящей к деградации почвенного плодородия. Агроэкологические проблемы систематического применения адекватных планируемым урожаям доз азота удобрений
обусловлены прежде всего низким коэффициентом его использования растениями и, как следствие, массовой миграцией за пределы системы «почва-растение» растворимых и газообразных азотсодержащих соединений, вызывающих загрязнение биосферы.
В этой связи разработка приемов снижения потерь и повышения эффективности азота удобрений на основе глубокого, всестороннего изучения биологических и химических процессов трансформации азота в почве и дифференцированной количественной оценки доступности растениям азота почвы и удобрений в различных агроценозах с учетом окуль-туренности и варьирования факторов внешней среды актуальна в теоретическом и практическом аспектах системного решения проблемы оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур.
Цель исследований — теоретическое обоснование путей оптимизации азотного питания растений, снижения потерь и повышения эффективности азота минеральных и органических удобрений.
Основные направления исследований
-
Изучение динамики потребления растениями азота почвы и удобрений; действия и последействия разных доз азотных удобрений и бесподстилочного навоза на урожайность и качество сельскохозяйственных культур в зависимости от условий их применения.
-
Изучение трансформации в почве и баланса азота минеральных удобрений и бесподстилочного навоза в зависимости от дозы и способа их применения, уровня плодородия и предшествующей удобренности почв, биологических особенностей сельскохозяйственных культур.
-
Исследование влияния длительного систематического применения азотных удобрений и ингибитора нитрификации на урожайность, структуру баланса азота, агрохимические и биологические свойства почвы.
-
Изучение трансформации и баланса иммобилизованного в почве азота минеральных и органических удобрений в последействии; интенсивности и сопряженности процессов минерализации и иммобилизации азота в разноокульгурен-ных почвах при длительном применении азотных удобрений.
-
Определение доступности и закономерностей использования растениями аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов почвы.
-
Исследование закономерностей трансформации в почве основных промежуточных продуктов нитрификации и дени-трификации. ' "
азота почвы и удобрений и его изотопного состава. Определены количественный и качественный состав потерь азота из основных типов почв в зависимости от формы и дозы удобрений и условий моделирования. Установлена зависимость качественного состава терминальных газообразных продуктов от факторов внешней среды, уровня плодородия почвы и ее биологической активности почв. Выявлена роль биологической и химической денитрификации в газообразных потерях азота удобрений и почвы при различных условиях. Изучена динамика и баланс меченных 15N промежуточных продуктов диссимиляторной редукции нитратов в почве.
Впервые с помощью вакууминфильтрации азотных удобрений установлена принципиальная возможность газообразных потерь азота из растений и определен их состав. Изучена взаимосвязь корневого и некорневого азотного питания и динамика потерь аммиачного азота с поверхности растений при некорневых подкормках мочевиной.
Определены коэффициенты и динамика использования растениями аммонийного и нитратного азота из разных горизонтов. Показана неравноценность в азотном питании растений разных форм минерального азота пахотного и подпахотных слоев дерново-подзолистой почвы.
Практическая значимость результатов исследований
Установленные с использованием 15N закономерности превращения азота разных форм, доз и видов удобрений в исследованиях с зерновыми, пропашными культурами и многолетними травами позволили на научной основе совершенствовать приемы оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур, повысить эффективность применения азотных и органических удобрений и снизить опасность загрязнения окружающей среды.
Результаты изучения закономерностей потребления аммонийного и нитратного азота почвы в зависимости от его пространственного расположения в корнеобитаемом слое дают возможность повысить надежность почвенной диагностики азотного питания растений на основе дифференцированного (послойного) учета содержания и доступности разных форм минерального азота.
Данные о размере и составе потерь азота из почвы в газообразной форме и в результате вымывания при различных условиях применения азотных и органических удобрений позволяют реально оценить уровень и долю сельскохозяйственного загрязнения биосферы и прогнозировать пути его снижения.
-
Определение количественного и качественного состава потерь азота почвы и удобрений в газообразной форме и в результате вымывания.
-
Агроэкологическое обоснование приемов оптимизации азотного питания растений и повышения эффективности азотных удобрений н бесподстилочного навоза.
Научная новизна результатов исследований
В работе развивается и обосновывается агроэкологиче-ская концепция оценки эффективности применения азотных и органических удобрений с учетом прямого и косвенного их влияния на урожай и качество продукции, почвенное плодородие и окружающую среду.
На основании 23-летних комплексных исследований трансформации азота удобрений в системе почва-растение с применением изотопной методики и современных физико-химических методов анализа получены новые экспериментальные данные и сделаны теоретические обобщения о характере и степени влияния на структуру баланса и эффективность азота удобрений регулируемых (агротехнических, агрохимических, мелиоративных) и атрибутивных системообразующих факторов.
Впервые с использованием i5N изучены особенности превращения азота удобрений в почвах разной степени окуль-туренности и предшествующей удобренности. Проведена количественная оценка баланса азота удобрений в различных агроценозах в зависимости от дозы, срока, способа и длительности их внесения. Выявлены различия в использовании азота почвы и удобрений растениями, доли их участия в формировании урожая, размере иммобилизации и потерь азота удобрений в разноокультуренных почвах. Установлены реальные коэффициенты использования растениями азота удобрений в широком диапазоне окультуренности дерново-подзолистых почв. Проведена оценка агротехнических приелшв повышения использования растениями азота удобрений. Научно обоснована и экспериментально доказана возможность значительного снижения размера газообразных потерь и увеличения коэффициентов использования азота удобрений в результате приближения срока их внесения к периоду наиболее интенсивного роста и потребления азота растениями.
С применением 15N впервые в стране определены реаль
ные коэффициенты использования растениями и баланс ме
ченого .азота бесподстилочного навоза при совместном его
применении с ингибитором нитрификации и внутрипочвен-
ном внесении, : .
Разработана методика определения газообразных потерь
Результаты исследований использованы при разработке систем применения удобрений, нашли отражение в рекомендациях по производственному испытанию ингибиторов нитрификации, обосновании потребности сельского хозяйства в азотных удобрениях, в учебнике и учебных пособиях по агрохимии для студентов сельскохозяйственных вузов, используются в учебном процессе кафедры агрономической и биологической химии ТСХА при подготовке студентов, повышении квалификации научных сотрудников, руководителей агрохимических лабораторий, преподавателей вузов.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Всесоюзных научно-методических совещаниях по применению стабильного изотопа азота 15N в исследованиях по агрохимии, почвоведению, микробиологии и физиологии растений {Ташкент, 1974; Тбилиси, 1979); Международном конгрессе по минеральным удобрениям (Москва, 1976); Всесоюзных конференциях по сельскохозяйственной радиологии (Москва, 1979; Обнинск, 1984); семинаре по изотопным индикаторам в земледелии и химизации сельского хозяйства (Москва, 1981); Всесоюзных совещаниях по круговороту и балансу питательных веществ в земледелии (Пущине, 1979, 1988); Всесоюзном совещании «Экологические последствия применения удобрений в надземных и пресноводных экосистемах» (Пушино, 1982); совещании по научным основам повышения плодородия почв Южного Урала и Поволжья (Уфа, 1982); XII и XIV Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Баку, 1981; Ташкент, 1989); 1-й Межвузовской конференции по современным физико-химическим методам исследований и контроля в сельском хозяйстве (Тюмень, 1984); на научно-методическом совещании по применению изотопов азота при разработке эффективных приемов использования азотных удобрений в интенсивных технологиях (Москва, 1988); совещании по атомной спектроскопии (Ташкент, 1989); в университете им. Гумбольдта (Берлин, 1982); Гаванском университете (1985); в сельскохозяйственных университетах Китая (Пекин, Ханчжоу, 1991); научных конференциях ТСХА.
По теме диссертации опубликовано свыше 100 научных работ.
Автор глубоко признателен своему учителю профессору П. М. Смирнову и искренне благодарен принимавшим в разные годы участие в работе аспирантам Л. А. Иванниковой, В. Н. Назаровой, О. Н. Ионовой, И. К. Якимовой, С. П. Тор-шину, Т. И. Горюновой, А. А. Подвысоцкому, Чан Хкак Хиепу, А. Диалло, А. М. Петровой, А. Н. Иконникову, Н. Н. Дмитриеву, Б. Р. Мамаду, сотрудникам кафедры агрономи-
ческой и биологической химии и других кафедр ТСХА за оказанную помощь.
