Содержание к диссертации
Введение
I.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ 9
I.I. Поступление азота в почву 10
1.2.Формы азота в почвах подзолистого типа 12
1.3.Процессы аккумуляции и мобилизации азота в почвах 15
1.4.Влияние известкования на процессы аккумуляции мобилизации азота в почвах 22
2.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПОЧВАХ ПОДЗОЛИСТОГО ТИПА 27
2.1. Отрицательное влияние азотных удобрений на агрохимические и биологические свойства подзолистых почв 28
2.2.Влияние реакции среды и концентрации кальция на развитие растений и поглощение ионов аммония и нитратов 30
2.3.Особенности поглощения растениями азота из удобрений и почвы по результатам исследований 32
2.4.Влияние известкования на использование растениями азота минеральных удобрений и подзолистых почв 34
З.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
3.1. Характеристика объектов исследований 38
3.2.Схемы опытов и их обоснование 46
3.3.Методы анализов почв и растений
3.4.Агрометеорологические условия проведения опытов 56
4. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ВЕЛИЧИНУ И СТРУКТУРУ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ 62
5.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ АЗОТА В ДЕРНОВО ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ 76
5.1. Зависимость величины несимбитической азотфиксирующей активности от реакции дерново-подзолистых почв 76
5.2.Влияние известкования на интенсивность процессов нитрификации и аммонификации в дерново-подзолистых почвах 80
5.З. Влияние известкования и азотных, удобрений на прев
ращение азотсодержащих органических соединений дерново-подзолистых почв 96
5.3.1.Структура азотного фонда дерново-подзолистых почв и её изменения под воздействием извести и азотных удобрений 98
5.3.2.Влияние известкования на состав и свойства органического вещества дерново-подзолистых, почв 109
5.4.Зависимость общей биологической активности дерново-подзолистых почв от уровня их кислотности 122
6.ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕРНОВЫМИ КУЛЬТУРАМИ АЗОТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ И УДОБРЕНИЙ. 124
6.1.Влияние известкования на урожайность зерновых культур и использование ими азота удобрений и дерново-подзолистых супесчаных, почв 127
6.І.І.Результаты микрополевых опытов. Варианты без азотных удобрений 127
6.1.2.Результаты микрополевых опытов. Варианты с азотными удобрениями, меченными Ы 136
6.1.3.Результаты полевых опытов 147
6.2.Влияние известкования на урожайность зерновых культур и эффективность азотных удобрений в условиях дерново-подзолистой глинистой почвы 156
7.Экономическая эффективность известкования и применения. азотных- удобрений под зерновые культуры 169
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174
ОБЦИЕ ВЫВОДЫ 179
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 182
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 183
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
- Поступление азота в почву
- Отрицательное влияние азотных удобрений на агрохимические и биологические свойства подзолистых почв
- Характеристика объектов исследований
- ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ВЕЛИЧИНУ И СТРУКТУРУ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
- Зависимость величины несимбитической азотфиксирующей активности от реакции дерново-подзолистых почв
Введение к работе
Актуальность проблемы. В Продовольственной программе, одобренной на Майском, 1982 года Пленуме ЦК КПСС, повышение эффективности использования минеральных удобрений рассматривается.в качестве одного из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства. Особое значение эта проблема имеет для Нечерноземной зоны РСФСР, так как господствующие на её территории почвы подзолистого типа отличаются низким естественным плодородием. Успешное использование этих почв возможно лишь после устранения присущих им отрицательных свойств и при достаточном обеспечении сельскохозяйственных растений элементами питания.
Выдающийся основоположник отечественной агрохимии академик Д.Н.Прянишников /128/ указывал:"Вся история земледелия в Западной Европе свидетельствует о том, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в различные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом". Многочисленные работы агрохимиков и почвоведов последних лет показали, что в уСЛОВИЯХ Нечерноземья именно азотным удобрениям, обеспечивающим около 60$ общей прибавки урожаев, получаемых от ЖРК, принадлежит ведущая роль в повышении продуктивности растениеводства /42, 145, 146/. В связи с этим поставки азотных удобрений хозяйствам зоны год от года возрастают. Вместе с тем эффективность их использования остаётся достаточно низкой. Так, по данным системы опытов Географической сети, урожаи зерновых культур повышаются в большинстве случа-
Избранные сочинения в трех томах. М., 1953, т.2, с. 115. ев при возрастании норм азотных удобрений лишь до 60 кг азота на гектар /41/, низки коэффициенты использования азота удобре-ний, велики газообразные потери. Для улучшения азотного режима почв и обеспечения потребностей сельскохозяйственных растений в азоте, по мнению В.А.Ковды "... надо снизить все потери азота удобрений, ускорить внедрение новой техники и методики применения удобрений, повысить, культуру применения удобрений, найти способы снижения темпов денитрификации.ИІ
Одним из основных приемов повышения эффективности азотных удобрений и улучшения азотного режима подзшистых почв является известкование. Реакция почвенной среды имеет многостороннее влияние как: на направленность и интенсивность почвенных процессов, так и на рост и развитие растений. Кислая реакция и сопутствующие ей факторы оказывают отрицательное влияние? на развитие большинства сельскохозяйственных культур, подавляют жизнедеятельность многих полезных микроорганизмов, снижают активность ряда почвенных ферментов. Известкование, насыщая почвенный поглощающий комплекс катионами кальция и магния и сдвигая кислотно-щелочное равновесие почвы в нейтральную область, существенно изменяет всю совокупность почвенных процессов, и в первую очередь - её азотный режим. Академик И.В.Тюрин /181/ указывал, что из косвенных мер улучшения азотного баланса в почвах следует прежде всего назвать известкование кислых почв. Он отмечал, что огромная положительная роль извести в процессах накопления в почвах азота не подлежит сомнению и доказывается как экспериментальными данными,
В кн. "Круговорот и баланс азота в системе почва-удобрения-растения-вода", М., 1979, с.7. так и наблюдениями над природными почвами. Однако, несмотря на признание большинством ученых: положения И.В.Тюрина о значении известкования в улучшении азотного режима подзолистых почв, научных исследований по этой теме явно недостаточно. До сих пор мало сведений о влиянии известкования на коэффициенты использования азотных удобрений, на характер и направленность процессов трансформации отдельных фракций и соединений почвенного азота. Ограниченность фактического материала для условий Северо-Западного региона существенно затрудняет как понимание процессов трансформации азота в известкованных почвах, так и разработку приемов повышения эффективности азотных удобрений с учетом почвенной реакции. Это приводит к недобору сельскохозяйственной продукции и значительным потерям азота удобрений и почвы.
Деяь и задачи исследований. Основной целью нашей работы являлось изучение влияния известкования и создаваемых с его помощью уровней почвенной реакции на превращение и использование зерновыми культурами азота минеральных удобрений и дерново-подзолистых почв. В связи с этим перед нами стояли следующие конкретные задачи: изучить влияние известкования на урожайность зерновых культур и эффективность азотных удобрений; определить уровни почвенной реакции, обеспечивающие наиболее рациональное использование зерновыми культурами азота удобрений и дерново-подзолистых почв; определить воздействие уровней почвенной реакции на интенсивность и направленность отдельных биохимических процессов, регулирующих азотный режим дерново-подзолистых почв; установить влияние известкования на распределение азота - 8 -по группам и фракциям органического вещества почвы.
Научная новизна результатов исследований. Выявлено, что известкование- существенно влияет на доступность зерновым культурам как азота минеральных удобрений, так и азота дерново-подзолистых почв. Для условий Северо-Запада РОФСР впервые с применением изотопа ^ установлены коэффициенты использования азота из минеральных удобрений яровой пшеницей Ленинградка и овсом Хадмерслебенер АГ при различных уровнях реакции почв. Выявлены уровни реакции почв, обеспечивающие максимальное использование зерновыми культурами азота дерново-подзолистых почв. Определены количественные зависимости интенсивности нитрификации, аммонификации, аесимбиотической азотфиксации, общей биологической активности дерново-подзолистых почв от величины почвенной кислотности. Установлен характер влияния извести на распределение азота и углерода по группам и фракциям органического вещества дерново-подзолистых почв.
Научная и практическая ценность работы. Результаты исследований конкретизируют представления о влиянии известкования., в зависимости от достигнутого уровня реакции, на процессы, формирующие азотный режим дерново-подзолистых почв, а также на использование зерновыми культурами азота этих почв и минеральных удобрений. На этой основе возможно изыскание новых приемов наиболее эффективного использования азота в земледелии Нечерноземья.При-веденные в работе данные о взаимосвязях между значениями почвенной кислотности и действием азотных удобрений могут быть использованы для уточнения норм извести в условиях применения азотных удобрений. Выявленные закономерности позволяют рассматривать известкование как прием, интенсивно воздействующий на белковость зерна.
Поступление азота в почву
Основными естественными источниками азота являются: атмосферные осадки, несимбиотическая и симбиотическая азотфиксация; некоторое количество азота попадает в почву с семенами растений.
В условиях Европейской части СССР с атмосферными осадками за год поступает 2,3...4,1 кг азота на гектар, преимущественно в виде аммония и в меньшей степени - нитратов. С приближением к крупным промышленным центрам эти значения могут возрастать /16,24/. Примерно такое же количество азота вносится, в почву при севе с семенами сельскохозяйственных культур.
Важнейшим естественным источником почвенного азота является несимбиотическая азотфиксация, метко названная Е.Н.Мишусти-ным /97/ аккумулятором почвенного плодородия. К настоящему времени выяснено, что способностью фиксировать атмосферный азот обладают около 47 видов бактерий из 12 семейств, а также многие сине-зеленые водоросли /35/. Величина несимбиотически фиксируемого азота обусловливается многими факторами и по данным различных исследователей колеблется для дерново-подзолистых почв от 1,8 до 25 кг/га азота за вегетационный период /47, 95,88/. В почвенных условиях несимбиотическая азотфиксация в значительной степени лимитируется недостатком легкодоступного энергетического материала /35/. Т.А.Калининекая, Ю.М.Миллер и Й.Т.Култышкина /48/ выяснили, что каждый грамм дополнительно внесенной целлюлозы способствует дополнительной фиксации 1,2 ...3,0 мг азота. В диссертационной работе И.К.Зубко /47/ описывается существенная линейная корреляционная зависимость между величиной несимбиотической азотфиксации и количеством легкодоступных микроорганизмам органических веществ.
По имеющимся в литературе немногочисленным данным на величину азотфиксации значительное влияние оказывают минеральные азотные удобрения и известкование. Высокие нормы азотных удоб рений в момент их внесения резко подавляют несимбиотическую азотфиксацию, причем нитратный азот обладает более сильным ин-гибирующим действием по сравнению с аммонийным /47,50/.
Известкование существенно повышает как общее количество азотфиксаторов, так и их активность /47,49/. И.К.Зубко /47/ наблюдалась прямолинейная корреляционная связь между величиной рН дерново-подзолистой почвы и активностью несимбиотической азотфиксации.
Кроме вышеперечисленных источников азота, в присутствии бобовых культур большую роль может играть симбиотическая азот-фиксация, достигающая 60...70 кг/га азота /97/.
Необходимо отметить, что часть отчуждаемого растениями азота почвы возвращается с пожнивными остатками в основном в виде белков (зо...70$ от азота пожнивных остатков), нуклеиновых кислот (10. ..70)2 ), аминосахаров и хитина (І...2/П /118/.
До начала широкого применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве растения снабжались азотом в основном только за счет естественных источников, а также за счет азота органических удобрений. Однако, естественные источники не могут обеспечить сельскохозяйственные растения азотом в достаточном количестве для получения высоких урожаев. В связи с этим, в интенсивном земледелии для полного удовлетворения растений в азоте широко используются минеральные и органические азотные удобрения. В настоящее время в Ленинградской области азот вносимый в составе минеральных и органических удобрений в несколько раз превышает поступление за счет естественных источников. В составе минеральных удобрений азот может быть представлен в форме нитратов, аммония, аммиака, амидов /59,108/.
Отрицательное влияние азотных удобрений на агрохимические и биологические свойства подзолистых почв
Минеральные азотные удобрения при взаимодействии с почвой вызывают либо подкисление, либо подщелачивайие почвенной среды. Нитратные удобрения являются физиологически щелочными солями и способствуют подщелачиванию почвенной среды, что особенно важно на кислых: почвах. В многолетних опытах Д.А.Коренькова /59/ по изучению эффективности различных форм азотных удобрений, натриевая селитра являлась лучшим удобрением для большинства сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв. Однако, в связи с высокой стоимостью и низким процентным содержанием в нитратных удобрениях азота, их производство в последние годы резко сократилось и в настоящее, время натриевая v и кальциевая селитры составляют лишь 0,2$ от общего производства азотных, удобрений. Широко применяемые в сельском хозяйстве аммиачные и аммиачно-нитратные удобрения способствуют подкисле-нию почвенной среды. При внесении этих удобрений в почву аммонийный ион адсорбируясь почвенным поглощающим комплексом вытесняет ионы кальция, магния, которые образуют в растворе легко-вымываемые соли с анионами, сопутствующими аммонию. Поглощенный аммоний легко подвергается нитрификации, которая вызывает резкое подкисление среды. Кроме того, лодкислению способствует . избирательное поглощение из состава сульфата и хлорида аммония аммонийного иона и накопление в почвенном растворе анионов сильных кислот / 2, 65,110,139/. Выяснено, что внесение одного центнера сульфата аммония вызывает подкисление почвы, на нейтрализацию которой расходуется примерно один центнер карбоаата кальция /71/. Широко используемая в последние годы мочевина достаточно быстро гидролизуется в почве и переходит в карбонат и бикарбонат аммония-, дальнейшая нитрификация которого также; способствует подкислению среды /5,71,72/.
Исследования, проведенные Н.С.Авдониным с сотрудниками и другими исследователями показали, что длительное применение аммиачных удобрений, не сопровождаемое известкованием, существенно ухудшает агрохимические и биологические свойства дерново-подзолистых почв, особенно слабоокультуренных разновидностей, повышает все формы почвенной кислотности, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и их качество. Известкование даже, по полной гидролитической кислотности не в силах полностью восстановить агрохимические свойства, ухудшенные в результате длительг-ного применения аммиачных удобрений /2,3,59,120,168,169/. Высокие нормы азотных: удобрений существенно изменяют микробиологические процессы в почве, снижают интенсивность процессов нитрификации и разложения клетчатки. Резко сокращается видовое, разнообразие сообществ микроорганизмов дерново-подзолистых почв, в котором.доминантами становятся токсинообразующие певициллы /2, 3,21,79,92/.
С целью прогнозирования действия азотных, удобрений на почвенную кислотность, в последние годы стали изучаться количественные, связи между нормами азотных: удобрений и величинами рН и гидролитической кислотности. Наблюдалась обратная зависимость величины кислотности от степани использования растениями азота удобрений и прямая - от содержания его в почве в виде нитратов /198/. В полевом опыте М.К.Рахубы с сотрудниками /129/ внесение аммиачной селитры в нормах 90 и 120 кг Ж/та снизило рН на 0,2...0,3 единицы, повысило гидролитическую кислотность на 0,7...0,8 м-экв/ 100 г почвы как на неизвесткованных, так и на известкованных вариантах. Близкие значения получены в исследованиях Л.А.Фино-геновой /166/. Изучая этот вопрос в микрополевом опыте Т.К.Егорова /39/ определила, что зависимость между нормами аммиачной селитры и величинами рН и гидролитической кислотности дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы имела линейный характер и выражалась уравнением прямой линии при высоких уровнях достоверности. Бее эти результаты служат подтверждением вывода Н. С.Авдонина /2/ о возрастании потребности в извести при систематическом применении азотных, удобрений.
Характеристика объектов исследований
Исследования проводились в полевом опыте }% 215 отдела агрохимии Северо-Западного научно-исследовательского института
В кн. "Круговорот и баланс азота в системе почва-удобрения-растения-вода", М., 1979, с.8. сельского хозяйства в 1977-1979 годах, в полевом опыте JS 5 отдела агропочвоведения того же института в 1980 году, а также в девяти микрополевых опытах, заложенных на территории вегетационного павильона отдела агрохимии.
Полевые опыты $ 215 и $ 5 были заложены на землях бригады Невская Горка опытно-производственного хозяйства "Память Ильича". Эта территория расположена в краевой зоне Ордовикского плато и представляет собойозерно-ледниковую равнину. Почвообразую-щей породой являются моренные отложения, относящиеся по механическому составу к супесям и подстилаемые мощными средиедевонс-кими песчаниками.
Влияние известкования и азотных удобрений на величину и структуру кислотности дерново-подзолистых почв
Основной задачей известкования является снижение почвенной кислотности до некоторого оптимального уровня, количественное значение которого определяется как свойствами почвы, так и составом культур, которые будут на ней возделываться. К настоящему времени выяснено, что наиболее благоприятные кислотно-щелочные условия в почвах подзолистого типа Северо-Западной зоны РСФСР создаются при значениях P%QJ 5,0...5,5 в песчаных, 5,5... 6,0 в легко и среднесуглинистых, 6,5...7,0 в тяжелосуглинистых и глинистых разновидностях /НО/. Однако, данные агрохимического картирования свидетельствуют /139/, что показатели почвенной кислотности в пахотных почвах как Ленинградской области, так и всей Северо-Западной зоны РСФСР в целом в большинстве своем не соответствуют оптимальным уровням. Наряду со значительным распространением сильнокислых почв, в ряде случаев встречаются почвы с реакцией, близкой к нейтральной. С целью охвата всего диапазона значений кислотности, встречающейся в пахотных почвах зоны, нами проводилось известкование кислых дерново-подзолистых почв до заданных значений PH QJ ПО методу Ремезова /4/.
Используемые в опытах дерново-подзолистые супесчаные почвы, как уже отмечалось выше, по структуре почвенной кислотности существенно не различались, величина Р%с1 находилась в пределах 4,2...4,4 ед., гидролитическая кислотность составляла 5,2... 6,3 м-экв/100 Г почвы, обменная кислотность в основном формировалась подвижным алюминием, содержание которого достигало 0,7 м-экв/100 г почвы.
Зависимость величины несимбитической азотфиксирующей активности от реакции дерново-подзолистых почв
Фиксация атмосферного азота некоторыми свободиоживущими почвенными микроорганизмами является одним из немногих поддающихся регулированию источников поступления азота в почву, причем, какпоказали исследования И.К.Зубко /47/, известь способна оказывать воздействие на этот процесс.
Определение величины несимбиотической азотфиксирующей активности проводилось в почвенных образцах, отобранных в микрополе-вых опытах № I (супесчаная почва ) и № 2 (глинистая почва), а также в полевом опыте $ 215 (табл.5.1, 5.2). Полученные данные свидетельствуют, что используемые в наших исследованиях дерново-подзолистые почвы обладали низкой азотфиксирующей активностью, фиксируя, вне зависимости от механического состава 4...8« 10 мг К2/кг почвы за месяц. Величина азотфиксирующей активности существенно зависела как от уровня кислотности, так и от нормы азотного удобрения»
На вариантах без применения высоких норм азотного удобрения минимальная азотфиксация (4,0...4,6 10 мг К /кг-месяц ) наблюдалась при кислой реакции почвы. Известкование способствовало активизации этого процесса. Величина несимбиотической азотфик-сации закономерно повышалась по мере снижения кислотности, достигая максимума при наибольших нормах извести, обеспечивающих достижение реакции почвы, близкой к нейтральной. Полученные зависимости описываются уравнениями прямой при высоких значениях коэффициентов корреляции !рис.5.1 ) и согласуются с данными И.К.Зубко /47/. Высокие нормы аммиачной селитры способствовали некоторому повышению азотфиксирующей активности на вариантах без извести, однако при слабокислой и нейтральной реакции почвы оказывали ингибирующее воздействие { табл.5.2).
