Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Объекты исследований ;
2.2; Методы лабораторных исследований
ГЛАВА 3 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АЗОТНОГО ФОНДА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ
3.1. Формы азота в почвах
3.2. Минеральный азот в диагностике азотного питания
3.3: Диагностика минерализуемого фонда азота черноземных почв
ГЛАВА 4: ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЗОТНЫХУДОБРЕНИЙ-
4.1: Использование растениями азота удобрений
4.2! Дополнительное использование азота почвы при внесении азотных удобрений
4:3; Иммобилизация азота удобрений в черноземе выщелоченном
4.4. Потери азота удобрений
ГЛАВА 5: ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ^
51. Урожайность яровой пшеницы при использовании азотных удобрений и известковании
5.1.1. Вегетационные опыты
5Л.2. Микрополевые опыты
5.1.3. Полевые опыты
5.2. Эффективность азотных удобрений в зависимости от способов и сроков их внесения 231
5.3. Эффективность биологического азота в питании зерновых культур 237
5.4. Качество зерна яровой пшеницы 241
ГЛАВА 6. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ АЗОТНЫМ РЕЖИМОМ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ 251
ВЫВОДЫ 259
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 263
ПРИЛОЖЕНИЯ 308
- Объекты исследований
- Диагностика минерализуемого фонда азота черноземных почв
- Использование растениями азота удобрений
Введение к работе
Актуальностьf проблемы; Лесостепное Среднее Поволжье, куда входит Пензенская, правобережье Ульяновской, часть Самарской и Саратовской областей; - обширный регион, где в сферу активного сельскохозяйственного использования вовлечено более 71% всей площади земель, играющих важную роль - в t производстве зерна в Российской Федерации. Распол оже нный на Приволжской возвышенности, он характеризуется высокой:активностью эрозионных процессов, что вызвано сведением плакорной растительности зла-коворазнотравных: луговых степей и лесов, распашкой кормовых угодий. Начиная с конца 18 века, когда была освоена данная территория, использование почвенных ресурсов носило эксплуатационный характер: Площадь пашни былазавышена, введенные севообороты имели небольшую долю почвовос-станавливающих культур, использовались интенсивные обработки почвы с оборотом пласта, вынос биогенных элементов превышал их поступление. Все это и привело к усилению агродеградации основных почв региона - черноземов; За последние 100 лет было потеряно от 20 до 40% исходных запасов гумуса; произошло обесструктуривание почв, их переуплотнение, четко выражена тенденция к подкислению пахотного слояп (Русский чернозем, 1983; Щербаков, Васенев, 1996). Как итог: плодородие пахотных почв не воспроизводится, а продуктивный потенциал черноземов уменьшается: Сложившаяся ситуация требует разработки стратегии»штактики:управления?плодородием черноземов для;получения;максимально возможного количества сельскохозяйственной! продукции высокого качества при сохранении агроресурсов, в первую очередь, почв и биоразнообразияJ (Добровольский; Никитин, 1990; Карпачевский; 1997; Структурно-функциональная .., 1999;).
Многими? авторами, предлагается компромиссная; стратегия ведения сельского хозяйства (Кант, 1982; Одум; 1986; Жученко, 1990; Мйнеев, Деб-рецени; Мазур, 1993). Онаосновывается на активизации естественного биологического потенциала с введением севооборотов с повышенной долей поч-вовосстанавливающих культур, в первую очередь бобовых, как потенциал ь-ных азотфиксаторов, поликультур, сидеральных посевов; на.минимализации обработки почвы и в целом освоении адаптивно-ландшафтного земледелия (Кирюшин; 1993; Трепачев; 1999; Лопырев; Макаренко, 2001).
В то же время для компенсации элементов питания; использованных урожаями сельскохозяйственных культур, необходимы антропогенные субсидии— обязательное внесение некоторого количества минеральных удобрений; в первую очередь азотных, в умеренных дозах, с заделкой в почву. Система их использования должна основываться на биологических требованиях культур и с учетом результатов почвенной и растительной диагностики:
Проблема азота в земледелии России является одной из центральных не только в связи с первостепенной его ролью в питании растений; повышении урожайности и- качества сельскохозяйственной продукции, но и вследствие широкого спектра негативного воздействия продуктов трансформации азота на!окружающую среду. При интенсивном поступлении азота в почву усиливаются; процессы его иммобилизации и мобилизации. Цикл азота становится более открытым, что может приводить к нарушению динамического равновесия и изменению направленности процессов внутрипочвенной трансформации природного и технического азота. Усиление минерализации почвенного азота приводит к нарушению экологической стабильности агроэкосистем, выражающейся в появлении избыточных количеств минерального азота в окружающей среде,и как следствие - в сельскохозяйственной продукции; (Ко-реньков, 1976; 1999; Сапожников, 1976; Смирнов, 1977; Гамзиков, 1981; По-мазкина,. 1985;Кудеяров, 1989; 1999; Муравин, 1989; Минеев, 1990;Соколов, Семенов, 1992; Janson, 1958; Jenkinson; 1987).
Поэтому количественный;учет динамки изменения азотного фонда необходим как для понимания процессов, происходящих в почве, так и для разработки практических мероприятий, направленных на оптимизацию азотного режима в агроэкосистемах; в процессе которого решается двуединая задача повышения их биопродуктивности и сохранения экологической безопасной среды обитания.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась агроэко-логическая оценка современного состояния азотного фонда черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья и разработка научных основ экологически-ориентированной системы его использования для обеспечения роста продуктивности и устойчивости земледелия
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи; каждая из которых имеет самостоятельное научное значение:
1. Дать агроэкологическую оценку современного состояния азотного фонда почв;и его изменения-в процессе сельскохозяйственного использования и различной интенсивности антропогенного воздействия;
2. Определить количественные параметры азотминерализующей способности почв как суммарной оценки трансформации азота под воздействием биотических и эдафических факторов.
3; Провести природоохраннуюf количественную оценку комплексного использования технического, органического и биологического азота в агро-ценозах.
41 Изучить процессы миграции азота по профилю почв в зависимости от форм, доз, сроков и глубины внесения.
5. Разработать систему мер реабилитации деградированных черноземов за счет использования автогенных восстановительных сукцессии; растительности — фитомелиорантов (многолетних бобовых трав), биомелиорантов (навоза; соломы, сидератов) и химической мелиорации; исключающих развитие негативных процессов при использовании азотных удобрений;
Научная новизна. Проведен системно-экологический анализ основных составляющих азотного фонда недонасыщенных черноземов, и разработана система показателей для; оценки; его в условиях правобережной лесостепи Среднего Поволжья. Установлены закономерности трансформации азота: почвы: в зависимости от различной интенсивности антропогенного воздействия.
Выявленные количественные параметры азотминерализующей способности почв в зависимости от подтиповых особенностей почв, реакции почвенной среды, использования агрохимических средств дают возможность
корректировать дозы азотных удобрений под зерновые культуры, делая их более безопасными для окружающей среды.
Проведена количественная оценка баланса азота15N и особенности его трансформациие на черноземах с различной реакцией среды и степенью окультуренностив зависимости от доз, сроков, способов и форм применения азотных удобрений. Выявлены факторы образования «экстра»-азота и его потребления растениями при использовании различных средств химизации.
Установлены экологические функции азотных удобрений: агрономическая и физиологическая их эффективность в зависимости от комплекса эда-фических, абиотических и антропогенных факторов.
На основе выявленных взаимосвязейЇ показателей азотного режима почвы и.продуктивности сельскохозяйственных культур дана агроэкологическая и природоохранная оценка известкования черноземов и разработана модель, позволяющая выбрать для конкретных условий; Поволжья эффективные и безопасные приемы; использования и; сочетания технического, биологического и органического азота.
Основные положения, выносимые на защиту:
агроэкологическая оценка азотного фонда черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья и направленности его трансформации в зависимости от интенсивности агрогенного воздействия;
азотминерализующая; способность и динамика накопления; доступного азотакак показатели прогнозам обеспеченности; им получения запланированного урожая культур в агроценозе;
количественная? оценка- статей баланса азота при различной реакции почвенной» среды; дозах; сроках, способах и формах применения азотных удобрений; а также принципы регулирования г участия азота почвы, удобрений и «экстра»-азота в формировании урожая и качества зерна пшеницы;
агроэкологическая концепция управления азотным режимом недона-сыщенных черноземных почв? и продуктивностью сельскохозяйственных культур: путем известкования и І- системой других приемов антропогенного воздействия на почвенный покров.
Практическая значимость и реал иза ция результатов исследо ва и и и.
Установленные с использованием N закономерности; трансформаци и азота удобрений в агросистеме позволяют на научной- экологической основе совершенствовать приемы; оптимизации азотного питания зерновых культур, повыситьч эффективность«использования агрохимических средств и снизить опасность загрязнения им и окружающей среды.
Результаты изучения азотминерализующей способности: почв дают возможность с достаточной точностью устанавливать величины; доступного для і растений азота в течение предстоящего вегетационного периода и прогнозировать потребность в азотных удобрениях под планируемый урожай яровой пшеницы.
Выявленные размеры и -, состав потерь азота из почвы в результате вы -мывания и газообразных потерь при различных условиях применения удобрений позволяют оценить влияние сельскохозяйственного загрязнения биосферы и прогнозировать пути его снижения.
В" условиях ухудшения, экологической- ситуации, прогрессирующего подкисления черноземов известкование:стабилизирует почвенное плодородие; улучшает реакцию среды и азотный режим за счет активизации процессов мобилизации почвенного азота, способствует повышению коэффициентов использования; азота: растениями и« снижает размеры потерь. Это дает возможность снизить дозы азотных удобрений; необходимых для получения запланированных урожаев, улучшить состояние окружающей среды.
Предложенные рекомендации по известкованию черноземов в сочетании с использованием агрохимических средств могут быть использованы при разработке нормативов расхода известковых материалов для оптимизации реакции почвенной среды.
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследова-нийнашли отражение в рекомендациях по различным аспектам; применения известкования;и других удобрений.Они: включены в «Рекомендации по известкованию черноземных почв Пензенской области», «Краткий справо ч н и к агронома», а также в учебные пособия:
«Экологические факторы и их воздействие на организм» (гриф Министерства образования РФ);
«Методы экологических исследований», «Почвенная: биология», «Химия окружающей среды» (с грифами Министерства сельского хозяйства РФ);
«Экологические проблемы геосферы», «Эколого-экономическая и энергетическая оценка агроэкосистем», «Основырадиоэкологии», «Практикум по экологии? и химии окружающей среды» (с грифами УМО вузов РФ по агрономическому образованию).
Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы используются при чтении специальных курсов в Пензенской ГЄХА и Пензенском государственном педагогическом университете.
Апробация работы. Результаты научных исследований были доложены на 30-ти Международных, Всероссийских и региональных конференциях (1989-2003),,в том числе на Международных конференциях Географической сети опытов с удобрениями ВИУА( 1995, 1996, 1998, 2001, 2002), Почвенном институте им: В:В: Докучаева (1997, 1998, 2001); МГУ им. Ломоносова (1996, 1998); 21ом и 3-ем съездах общества почвоведов России (Санкт-Петербург, 1996; Суздаль 2000); выездном заседании президиума РАЕН «Эколого-экономические проблемы лесостепных регионов» (Пенза; 1997).
Публикации. По результатам; исследованию опубликовано 120 научных работ объемом более 40 печатных листов, вт.ч: 2 монографии.
Все научные положения диссертации разработаны лично автором. В решении отдельных:вопросов в разное время принимали участие Ю.В. Коря-гин; С.МіНадежкин; Т.А. Власова; Г.Е; Гришин; некоторые экспериментальные данные получены совместно с К.К. Лазаревым, Е.Г. Сильновой, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Особая признательность научному консультанту академику РАСХН В;Г. Минееву, профессорам А.Ф. Блинохватову, О.А. Соколову, Э.А. Мура-вину, ИІА. Шильникову за методические советыи поддержку при подготовке диссератциш
Объекты исследований
Исследования г проводились путем применения сравнительно-географического и сравнительно-аналитического методов, стационарных опытов в сочетании с моделированиемвшолевых и лабораторных условиях:
Для изучения азотного фонда использовались образцы почвы парных разрезов (целина,залежь — пашня), заложенных в период маршрутных экспедиций стационарных наблюдений! в заповеднике: «Приволжская лесостепь». При заложении почвенных разрезов І использован принцип единственного различия? (почвы различались» только способом использования). Было сделано следующее количество разрезов: черноземов выщелоченных (11), оподзоленных (12) и типичных (7). Образцы почв отобраны в Пензенской, в правобережье Ульяновской, Самарской и Саратовской областей;
Для оценки современного состояния физико-химических свойств черноземов проанализированы результаты массовых обследований почв институтом «Волгогипрозем» и другими научными и учебными учреждениями региона; На основании этого сформирована выборка из 1028 объектов.
Изучение изменения азотного фонда черноземов и его составляющих под действием І антропогенного воздействия проводилось в многолетнем (с 1980 г) стационарном і опыте 1с разными системами и дозами, удобрени и (N0PoKo; N48P47K51; N83P78K84; NIHPIOSKHS) на двух фонах навоза (5 и Ют/га севооборотной пашни). В 1990 г. были дополнительно введены варианты с использованием!минеральных удобрений без: фона навоза. Опыт проводился в учхозе ПГСХА в зернопропашном севообороте (картофель, кукуруза наїсилос,- яровая пшеница-- горох - озимая пшеница — ячмень). Почва -чернозем? выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый на покровном карбонатном суглинке. До закладки і опыта агрохим иче-ская характеристика (в слое 0-30 см) была следующей: pHkci. - 4,35-4,50; Н, - 9,6-11,3 мг-экв/100 г почвы; S - 31,9-33,8 мг-экв; V -74,1-80,8%; содер жание гумуса (по Тюрину) 6,36-6,80%; подвижного фосфора 5,3-7,3 мг и обменного калия 9,2-13,4 мг/100 г почвы (по Чирикову).
Учетная;площадь делянок - 50 м , размещение вариантов внутри повторения — рендомизированное, повторность четырехкратная.
Выяснение экологической роли разных видов органических удобрений проводилось в стационарном полевом опыте 2 (1991-1997 гг.) в учхозе ПГСХА в зернопаровом севообороте: пар (чистый и сидеральный) - озимая рожь - просо — яровая пшеница (ячмень) - однолетние травы - озимая пшеница - ячмень (яровая пшеница — просо.
Схема«опыта (2х7)хЗ со следующими: факторами? т градациями: А -минеральные удобрения: ((N0PoKo и NeoPwKeo); В- органические удобрения (Г- без удобрений; 2 - навоз 50 т/га; 3 — солома 5 т/га; 4 - редька масличная (Raphanus sativus); 5 -донник белый однолетний (Melilotus albus); 6 - редька+солома; 7 — донник + солома). В опыте использовалась солома овса. Все варианты с внесение органических удобрений были выровнены по углероду (6,25 т/га).
Почва; - чернозем выщелоченный? среднемощный среднегумуснын тяжелосуглинистый; на. покровном карбонатномf суглинке. До закладки опыта характеризовалась (в слое 0-30 см) следующими показателями: pH d 4,9-5,0; Щ - 7,8-8,0 мг-экв/100 г почвы; S - 26;1-26,8 мг-экв; V -74,1-80,8%; содержание гумуса (по Тюрину) 5,89-6,22%; N легкогидролизуемый по Тюрину-Кононовой 77-85 мг/кг, подвижного фосфора 48-54 мг и обменного калия 98-113 мг/кг (по Чирикову).
Учетная площадь делянок — 50 м, размещение вариантов внутри повторения — рендомизированное, повторность трехкратная;
Для: определения? роли известкования в изменении свойств кислых черноземов и продуктивности сельскохозяйственных культур изучались закономерности действия и взаимодействия доломитовой І муки и минерал ь-ных удобрений в двухфакторных полевых опытах, проводившихся по схеме (6х4)хЗ; которая предусматривала 6 доз доломитовой муки: (в долях г.к. 0; 0;5; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5) и четыре уровня?минерального питания (N0PoK0;N3o 44Р3О-З7К3О-З7; N60-88P60-74K.60-74; N90-I32P90-11 1K9O-I її).
Опыты были заложены: в зернопаровом севообороте: яровая пшеница — просо — занятыйшар (однолетние травы) - озимая пшеница — ячмень в 1-ошзоне Пензенской области (Мокшанский район) на черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом (pHkci -4,35-4,50, Нг - 8;2 мг-экв/100 г почвы); в зернопаровом севообороте: чистый пар — озимаяшшеницаї- яровая?пшеница - просо - горох во 2-ой зоне (Каменский район) на черноземе оподзо-ленном: тяжелосуглинистом (pHkci — 4,78-4,92, Нг - 8;,7-9,4 мг-экв/100 г почвы;в зернопаровом; севооборот: занятый пар (однолетние травы) - ячмень — горох — озимая рожь — овес в 4-ой зоне (Кузнецкий район) на черноземе оподзоленном среднесуглинистом (pHkci - 4,50-4,68, Нг -5,4-6,1 мг-экв/100 г почвы.
Все опыты располагались в 4-х блоках, по 6 делянок в каждом. Размещение вариантов рендомизированное. Учетная площадь делянок - 50 м2, повторность трехкратная.
Изучение основных приемов управления плодородием почв проводилось в стационарном опыте по схеме: (Зх2х9)х4 со следующими факторами и градациями: А- севообороты: 1- зернопаропропашной (чистый пар - озимая пшеница - кукуруза - яровая пшеница - просо); 2- зернопропашной (картофель (кукуруза) - горох - озимая пшеница - просо - яровая пшеница); 3- зернотравянопропашноШ (кукуруза - ячмень с подсевом клевера -клевер первого года пользования — клевер второго года пользования - озимая пшеница); Б- известкование: 1- без извести (контроль) ,2- известкование по 1,0 Нг. В- системы удобрений: 1- биологическаянулевая (контроль), 2- органическая (8 т навоза на 1га севооборотной пашни), 3- минеральная минимальная (N26-38P26-39K26-45), 4- органо-минеральная минимальная (навоз 8 т/га в год + N26-38P26-39K26-45), 5 -органо-минеральная минимальная с пожнивной сидерацией (навоз 8 т/га в год + N26-38P26-39K26-45 + пожнивно редька масличная), 6- минеральная интенсивная (N72-96P78-96K78-102), 7- органно-минеральная интенсивная (навоз 8 т/га в год+ N72-96P78-96K78-102); 8- мине ральная интенсивная І с пожнивной сидерацией (N72-96P78-96K.78-102 + пожнивно редька масличная); 9- органо-минеральная.интенсивная с химическими средствами защиты растений (навоз 8 т/га в год+ N72-96P78-96K78-102 + пестициды). Исследования проводились на черноземе выщелоченном: Агрохимическая характеристика почвы приведена в приложении 3.
Учетная площадь делянок - 50 м , размещение вариантов;внутри повторения - рендомизированное, повторность четырехкратная.
Пожнивный сидерат (редька масличная) высевался во всех севооборотах после озимой пшеницы. Химический состав; биомассы приведен в приложении 4. Продуктивность биомассы редьки составила: в 1994 г. - 22,7 т/га, (4,62 т/га сухого вещества), 1995 - 33,8 (4,90 т), 1997 - 21,9 т/га (3,48 т), 1999 - 25,6 (4,84) , 2000 - 29,8 (4,88) и 2002 г. 25,6 т/га (4,35 т/га сухого вещества).
Приемы оптимизации использования азотных удобрений (форм ы, сроки, дозы, способы внесения) изучались в краткосрочных опытах.
Опыт 1 по изучению сроков внесения аммиачной селитры под яровую пшеницу сорта Безенчукская-139 проводился- в учхозе СХИ по схеме (2х5)х4 . Фактор А - сроки» внесения;удобрений: 1 - осенью, 2 - весной. Фактор В - дозы азота удобрений (0; 20; 40; 60; 80 кг/га). В качестве фона было внесено РбоКбО
Агрохимическая характеристика пахотного слоя, перед закладкой опыта: содержание гумуса 6,12-6,22; рНкС] 5,7-5,9; Нг 4,8-5,0; Ga 28,8-29,5; Mg 4,5-4,7; S 33,1-34;2 мг-экв/100 г почвы; Р205 - 116-119 мг/кг; К20 -- 182-193 мг (по Чирикову); Njn-. (по Корнфилду) - 118-132 мг/кг почвы.
Площадь, делянок: 100 м , размещение рендомизированное, повторность 4-х кратная.
Диагностика минерализуемого фонда азота черноземных почв
Как бьшо отмечено выше, в почве1 постоянно и одновременно происходят два противоположно направленных процесса: иммобилизация и; минера-лизация; В І результате процесса иммобилизации азот включается в состав органических веществ, обладающих разной способностью к гидролизу.
Для оценки обеспеченности растений азотом, разработки рациональных приемов применения азотных удобрений, учета их побочного действия, прогнозирования возможного загрязнения природных вод нитратами, важно не только (и не столько) знание содержания усвояемых форм азота к началу вегетации; сколько количества азота, минерализуемого за вегетационный период (Кудеяров, 1989).
В агроэкологическом отношении особый интерес представляет оценка реальной минерализации; органического вещества\ почвы, поскольку рациональное применение азотных удобрений требует знаний исходного количества; доступного для растений почвенного азота и текущей; минерализации (Простякова, 1998).
Фонд почвенного азота, способного к минерализации, довольно неоднородный; Он представлен активной фазой органического вещества (Jansson, 1958). Активная фаза — это растительные остатки; отмершая микробная биомасса и их метаболиты, не успевшие еще пройти стадию гумификации, а также иммобилизованный азот удобрений. Янсон считает, что активная фаза органического вещества; почвы; является основным источником минерализуемого азота в почве.
По данным Рихтера и др. (Richter et аЬ,1982), основная часть минерализуемого азота сосредоточена в органическом материале, остающемся в поле после уборки урожая (около 650 кг/га в слое 0-30 см.), в автолизирующей микробной массе (65 кг/га) и в полуразложившемся растительном остатке (50 кг/га).
Соединения; составляющие фонд минерализуемого азота трансформируются с разной скоростью. В первую очередь в оптимальных условиях (лабораторное компостирование) высвобождается азот микробной биомассы (Paulj Juma; 1981; Smitn; 1982). Проведенные в ФРГ опыты, показали, что за первый? месяц этот азот составляет до 75% всего минерализуемого азота в черноземных почвах (Nuske, Richter, 1981).
Сложнее оценивается вклад азота растительных остатков в общий процесс минерализации почвенного азота. О нем судят по скорости обновления органического вещества (Jenkinson, Rayner, 1977). Периодьь полуобновления лабильного и устойчивого к распаду растительного материала составляют соответственно 0,165, и 2,310 года, что отвечает константам минерализации 0,080 и 0,058 . (Newbould, 1981).
Трансформация разных форм; азота происходит неодинаково. Так, в опытах на песчаных почвах Голландии показано, что там; где в течение 25 лет вносились только минеральные удобрения; количество азота; минерал и-зуемого за 6 недель; инкубации составило 14 мг/кг почвы, в варианте с запашкой пласта трав - 25 мг/кг (Dijk, 1972).
В исследованиях, проведенных в США, на пылевато-глинистой почве Aerie Endoaguents, установлено, что для повышения величины потенциалыю минерализуемого азота - на ;1 мг/кг почвы требовалось 0;33 т/га растительных остатков. Минерализация! растительных остатков в почве идет значительно быстрее, чем органического вещества самой»почвы,(Кореньков; 1976; Смирнов, 1977; Тарвис, 1982; Bhat, Flowers, OCallaghan, 1981; Catroux, 1981; Paul, Juma, 1981).
Определение запасов мобилизуемого азота достаточно сложно. В настоящее время; применяется несколько методов определения! потенциально минерализуемого азота почвы, которые: можно- объединить в две большие группы: биологические и химические.
Биологические инкубационные методы; установления потенциально минерализуемого азота сводятся к постановке лабораторных опытов, где различные почвы инкубируются при определенных значениях влажности и температуры, агдля усиления или уменьшения скорости процесса: используются органические и минеральные добавки (Кудеяров; 1989).
Биологический метод определения доступного азота для« растения и почвенной микрофлоры включает инкубацию почвенного образца в условиях, оптимальных для развития і биологических процессов при периодической смене аэробиозиса и анаэробиозисом в закрытой системе. При этих условиях происходит смещение динамического равновесия процессов аммонификаци и - нитрификации в сторону выхода нитратного азота за;счет периодического поступления его в атмосферу в процессе денитрификации. В качестве показателя количества доступного \ азота предлагается \ использовать эмиссию оксидов азота N-NO, N-NO2, относительную доступность азота находить по отношению Z=G3/N3, где Сэ и N3 — величины эмиссии ЄОі и оксидов азота (Исламов и др., 1986).
Использование растениями азота удобрений
Интенсификация продукционного процесса растений в условиях современного земледелия, при значительной распаханности почв, невозможно без применения удобрений, доля участия которых может достигать 50%, особенно в; благоприятные по количеству осадков годы. Еслираньше почву рассматривали» в качестве основного поставщика питательных веществ; и первостепенное значение для агроэкосистемы имело содержание доступных растениям элементов питания, то в современных условиях все большую значимость приобретают такие свойства, как: кислотность, буферность, плотность сложения;. агрегатный состав, от которых зависит усвоение применяемых удобрений; сохранность их от вымывания; газообразные потери, а также обеспеченность питательными элементами в доступной форме.
В интенсификации; продукционного процесса; сельскохозяйственных культур первостепенную роль играют азотные удобрения, поскольку большая І часть. пахотных почв \ России характеризуется недостаточными запасам и доступных форм азота для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и улучшения качества продукции. Поэтому на современном этапе развития земледелия ив обозримом будущем : степень продовольствен ной безопасности страны во многом будет зависеть от использованиям удобрений как фактора интенсификации.
В-мировой структуре сельскохозяйственного производства минеральные удобрения занимают одно из первых мест в обеспечениифоста продуктивности земледелия: Дозы внесения; минеральных удобрений? в ,Европе колеблются от 100 до 550 кг на! га пашни. США, имеющие примерно одинаковые с Россией уборочные площади, ежегодно используют свыше 11 млн. т азотных, 4 млн. т фосфорных и 5 млн. т калийных удобрений и обеспечивают положительный баланс питательных веществ в агроценозах.
По мнению американских; исследователей, для поддержания общего прироста урожаев в мире на І уровне 1,7% в год при численности населения земного шара 10 млрд. человек потребуется утроение использования азотных удобрений, чтобы обеспечить его вынос урожаями до 155 кг/га (Frink et al., 1999).
Крупнейшими потребителями, азотных удобрений в мире являются Китай, Индия, Канада; США и в целом Западная Европа; Самый; высокий уровень производства минеральных удобрений (27,6 млш.т) имеет Китай, который, практически не вывозя их, еще и ввозит ежегодно до 9,8 млн. т из-за границы (Бабкин, 2002).
В начале :90-х гг. в силу различных причин в России произошел фактический развал: внутреннего рынка минеральных удобрений а положение в растениеводстве стало угрожающим. В результате, имея мощную индустрию по производству удобрений и самую большую в мире площадь пахотных земель в расчете на душу населения. (0,89 га/чел.) страна. начала во все возрастающем размере закупать продовольствие за границей;
ВіРоссии за период 1996-2002 гг. объемы ежегодно вносимых удобрений не превышали 1,2-1,5 млн.т(около 10—12 кпд.в. на 1 га пашни), и удобряется примерно четверть посевных площадей, что более чем в 10 раз ниже максимально достигнутого показателя 1988 г. (Хомяков, 2000; Бабкин, 2002).
Сейчас в нашей стране, по результатам балансовых расчетов, на каждый гектар в среднем не хватает 80-100 кг питательных элементов. Формирование урожая в таких условиях происходит в основном за счет истощения запасов питательных веществ:в почве, что неизбежно приводит к деградации почвенного плодородия. При -. урожайности ведущей зерновой I культуры провой пшеницы, 1,5—2,0 т/га с поля отчуждается 45-65 кг/га азота: При ежегодной утилизации элементов - питания из почвенных ресурсов происходит постепенное их уменьшение, которое через 5-10 лет может снизиться до критического уровня (Назарук, Маслова, 2002). Поэтому внесение минеральных азотных удобрений при использовании биологического азота и органических удобрений крайне необходимо.
Вместе с тем мировое производство и применение минеральных удобрений достигли таких размеров, что они стали оказывать существенное влияние на глобальный, цикл азота на Земле. Негативное воздействие связано, прежде всего, с изменением направленности трансформации азота, потоков его миграции в почве и водных экосистемах, с усилением образования газообразных азотистых соединений. Как недостаток, так и избыток азота влияет на устойчивость и продуктивность агросистем и качество продукции (Осипов, Соколов- 2001).
В! связи с этим важно определить факторы, влияющие на эффективность азотных удобрений, дать.теоретические основы и практические рекомендации! по регулированию азотного цикла в современных экосистемах, разработать экологически, безопасные технологии; их применение в каждой природной зоне
Эффективность использования растениями; азота удобрений определяется совокупностью биогенных и абиогенных процессов трансформации его в почве, зависящих от физико-химических и биологических свойств ее, по-годно-климатических условий и приемов возделывания (Кореньков, 1999; Кудеяров, 2000; Семенов, 2001):
По влиянию на урожай азотные удобрения занимают приоритетное по-ложение, поскольку прибавка-урожая от-азота составляет половину суммарного действия полного минерального удобрения: В Среднем; Поволжье на долю азота приходится 35-65% прибавки урожая, фосфора - 24-55 и калия -10-24% (Чуб и др;, 1985).
Критериями оценки азотного режима питания растений и экологической рациональности применения удобрений являются: прибавки урожая, аг 123
рономическая эффективность (оцениваемая по выходу основной продукции на единицу внесенного азота), физиологическая эффективность,(отношение прибавок урожая за счет азота к его дозе), коэффициент использования азота удобрений (определяемый изотопным методом), коэффициент поглощения азота (разностный коэффициент использования азота удобрений).
Наибольший эффект от азотных удобрений наблюдается в земледельческих районах с; низким потенциальным плодородием и достаточным увлажнением: Окупаемость 1 кг внесенного азота прибавками зерна яровой пшеницы составляла» в южнотаежно-лесной зоне 9,0-24,7 кг, лесостепи Среднего Поволжья - 4;0-6,2 кг, в сухостепной зоне - 1,5-6,3 кг (Аникст, 1980 1986).
Важным показателем эффективности азотных удобрений?является степень усвоения культурами внесенного азота. Исследованиями, проведенными нами с использованием меченых 15N аммиачной селитры и сульфата аммония выявлено, что эффективность действия азота удобрений, оцениваемая по степени его использования растениями яровой пшеницы зависит от реакци и среды, доз удобрений, его форм, сроков и\глубины внесения, предварительной удобренности и определяется складывающимися погодными условиями.
Обобщение экспериментальных данных вегетационных и микрополе-вых опытов позволило установить, что в зависимости от реакции;чернозема растения яровой пшеницы использовали от 41,9% до 54,3% азота удобрения в оптимальных условиях вегетационных опытов и і 22,5-30,9% - в полевых (табл. 36).
Зависимость между показателями pHkCi ивыносом азота из удобрения выражалась следующими уравнениями регрессии:
для вегетационных опытов: Ину = 15,1-4,97рН+5,60рН2 1 =0,745; (1);
для полевых опытов: HNy =3,2+3,1рН+8,84рН? 5 1 =0.417 (2)
где: Ику - использовано азота удобрения, % от внесенного.
При недостатке влаги в период активного роста пшеницы коэффициент использованияазота удобрений в сухие годы не превышал 16,6-27,9%, а в более благоприятные - увеличивался до 34,2-43,5% от внесенного количества (табл. 37). При этом на кислых черноземах коэффициент, использования азота в благоприятные годы выше, чем в сухие в 2,06 - раза, на среднекислых - в 1,86 и на нейтральных - в 1,46 раза, т.е. неблагоприятное действие засухи на величину использования азота удобрений можно в определенной мере устранить применением известкования.
