Критерии обеспеченности черноземных почв нитратным азотом в агроландшафтах ЦЧЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева,

Россия, Воронежская область

Критерии обеспеченности черноземных почв нитратным азотом в агроландшафтах ЦЧЗ

Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Титова Т.В.

Аннотация

минеральный питание пашня антропогенный

Приведены результаты изменения содержания элементов минерального питания на пашне и залежи. Распашка залежных почв в начальный период приводит к резкому увеличению содержания питательных веществ с последующим снижением по мере увеличения длительности антропогенной нагрузки.

Ключевые слова: залежь, пашня, нитратный азот.

Abstract

Results of change of the content of elements of a mineral nutrition on a ploughland and deposits are given. The ploughing of idle lands in an incipient period results in sharp augmentation of the content of nutrients with the subsequent drop in process of augmentation of duration of an anthropogenic load.

Keywords: deposit, ploughland, nitrogen

Естественные почвы природных биоценозов, сформировавшиеся в течение длительного времени под степными биоценозами, в условиях распашки и посева сельскохозяйственных культур начинают изменяться. Особенности процессов зависят от длительности антропогенной нагрузки на почвы и интенсивности земледелия [4].

Длительная антропогенная нагрузка на почвы в условиях интенсивного земледелия оказывает статистически достоверное влияние на изменение основных составляющих почвенного плодородия в сторону их ухудшения. В результате эволюционных процессов почвы естественных биоценозов, сформировавшиеся за длительное время, трансформируются в антропогенно преобразованные горизонты, которые коренным образом отличаются от своих целинных аналогов.

В связи с этим значительное внимание заслуживают данные об азотном режиме черноземов в зависимости от длительности их использования и различной антропогенной нагрузки.

Объекты. Исследования проводили в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева в условиях стационарного опыта в течение 4 лет (2015-2018 гг.). Опытные участки были представлены разновозрастной пашней, находящейся в эксплуатации с 1892 г., 1922 г., 1952 г., 1992 г. и их заповедными аналогами - косимым участком степи и некосимая часть (рис. 1).

Рис 1. Расположение объектов исследования в межполосном пространстве Каменной Степи, 2018

По состоянию на 2018 г. длительность использования пашни составляла соответственно 126, 96, 66 и 26 лет. Участок заповедной степи, на котором происходит ежегодное скашивание трав, находится в режиме залежи с 1882 г. Некосимая часть в настоящее время представляет собой заросший древесно-кустарниковой растительностью степной участок. Участок пашни площадью 0,5 га, являвшийся частью косимой залежи с 1882 г., в 1992 г. был распахан для проведения длительных мониторинговых исследований.

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый со следующей агрохимической характеристикой: гумус (по Тюрину) - 6,5-9,0 (причем большие значения характерны для пашни с более коротким сроком использования), содержание обменного Ca составляет 32-36 ммоль экв на 100 г почвы, Mg - 5-8 ммоль экв на 100 г почвы, N_общ - 0,310 %, P_общ - 0,180%, K - 1,75 %.

Методы исследований. Нитратный азот определяли спектрометрическим способом. Почвенные пробы отбирали до глубины 1 м с шагом 10 см в двух повторениях. На каждой повторности формировали смешанный образец из 3 полевых скважин. Отбор почвенных проб производили в начале вегетации до посева культур и в конце после уборки.

Результаты исследований. Количество нитратного азота к началу вегетации растений характеризует абсолютные запасы наиболее усвояемой части азота, являющейся результатом нитрификационных процессов, интенсивность которых обусловлена метеорологическими и агротехническими условиями [2]. На черноземах при благоприятных условиях может накапливаться в год до 250 кг/га нитратов, однако, наряду с мобилизацией, одновременно происходят и потери их в грунтовые воды и атмосферу [1].

Различная степень окультуренности черноземов Центрально-Черноземной полосы создает пестроту почвенного покрова, и, в связи с этим, необходимо дифференцировать систему агротехнических мероприятий. Установлено, что даже на черноземах, содержащих большие запасы общего азота (25-30 т/га в метровом слое) основные зерновые культуры отзывчивы на внесение азотных удобрений [5].

Высокий урожай сельскохозяйственных культур можно получить лишь при полном и бесперебойном удовлетворении растений в элементах минерального питания. Азот является одним из важнейших элементов минерального питания растений, поэтому его содержание в почве служит показателем ее плодородия. От обеспеченности почв нитратным азотом во многом зависит продуктивность сельскохозяйственных угодий.

Проведенные нами исследования черноземных почв Каменной Степи установили различия в обеспеченности их доступной для растений нитратной формой азота. Она в значительной степени зависела и от характера использования угодий, и от длительности антропогенной нагрузки, и от ландшафтной принадлежности опытного участка.

В агроценозах и естественно сохранившихся биоценозах складывался отличный друг от друга характер профильного распределения нитратного азота. Это связано с тем, что под естественной растительностью почва находится в гомогенном состоянии и азот, извлекаемый из почвы, не удаляется, а накапливается в ней в виде малодоступных для растений формах. Распашка естественных угодий усиливает процессы распада органических веществ, изменяет баланс азота в почве и, наоборот, ведет к его постепенной убыли.

Данные наших исследований свидетельствуют, что в первые годы после распашки и вовлечения в сельскохозяйственное производство почв естественных угодий происходит резкое увеличение в обеспеченности их нитратной формой азота. Такой характер обеспеченности азотом сохраняется для почв до 50-летнего срока использования. Максимальное количество нитратного азота в пахотном слое почвы отмечается на пашне с длительностью использования 26 и 66 лет - 16,8 и 18,8 мг/кг почвы соответственно (начало вегетации) (рис. 2).

Рис. 2. Содержание нитратного азота в черноземах плоских водоразделов (среднее за 2015-2018 гг.) в зависимости от длительности распашки: слой почвы: 1 - 0-20 см, 2 - 20-50 см, 3 - 50-100 см.

Залежи, а также пашни с длительностью антропогенной нагрузки более 50 лет по обеспеченности нитратным азотом уступали пахотным участкам, введенным в эксплуатацию в 1992 и 1952 гг. Так на пашне с длительностью использования 84 года содержание нитратного азота составило 17,8 мг/кг, на 126-летней пашне - 14,0 мг/кг почвы. В этот же период почвы степных участков содержали всего 12,2-12,4 мг/кг доступного азота.

Особенно контрастно закономерность в различной степени обеспеченности нитратным азотом разновозрастных пашен проявляется во второй период вегетации сельскохозяйственных культур, когда происходит интенсивное потребление элементов минерального питания. Так, если в этот период на залежи косимой обеспеченность азотом пахотного горизонта составляла 14,1 мг/кг, на 26-летней пашне - 27,7 мг/кг, то на пашне с использованием в течение 66 лет - 21,7 мг/кг, на 96-летней - 14,8 мг/кг и на 126-летней всего 10,5 мг/кг.

Снижение содержания почвенного азота связано с выносом его сельскохозяйственными растениями, а также вследствие усиления процессов минерализации гумуса под воздействием обработки почвы [3].

Такая же закономерность была характерна и для более глубоких слоев почвы. Средние значения содержания доступного для растений азота в слое почвы 20-50 см в начале вегетации на молодой пашне равнялись 13,4 мг/кг (1992 г.), на пашне 1952 г. - 14,9 мг/кг с минимальным значением на старовозрастной пашне (1892 г.) - 12,6 мг/кг.

Во втором полуметровом слое отмечается преимущество в обеспеченности нитратным азотом пахотных участков со сроком использования до 50 лет. На пашнях с более длительным сроком антропогенной нагрузки содержание нитратного азота намного ниже.

После уборки сельскохозяйственных культур обеспеченность пахотных угодий нитратным азотом для молодой пашни практически не изменилась - 12,0 и 11,0 мг, а на длительно используемой снизилась с 9,3 до 4,8 мг/кг (пашня 1892 г.).

Введение в сельскохозяйственное производство залежных почв, вследствие ежегодного оборота пласта, приводит в первые годы после распашки к резкому увеличению активизации почвенных процессов и переходу азота почвы из инертного состояния в лабильное. Приведенные исследования показали, что характерный скачок активизации почвенных процессов в первые годы сменяется в дальнейшем постепенным снижением по всем горизонтам почвы.

Данные по определению нитратного азота на почвах с одинаковым сроком распашки, но расположенных на различных элементах рельефа (водораздел и склон) позволяют выделить определенные закономерности. На всех склоновых участках количество подвижного азота значительно ниже. Так, на водораздельном участке пашни с 1952 г. в конце вегетации в слое 0-20 см его содержание равнялось 21,7 мг/кг, а на склоне всего 10,9 мг/кг, в слое 20-50 см соответственно 13,6 и 8,1 мг/кг, в слое почвы 50-100 см - 8,8 и 5,2 мг/кг, то есть разница составляет примерно двукратную величину. Несмотря на более низкую обеспеченность нитратным азотом самой старой из исследованных почв (распашка 1892 г.), для нее характерна та же самая закономерность, заключающаяся в худшей обеспеченности азотом склоновых почв.

Для установления степени и связи изменения обеспеченности черноземов нитратным азотом в различных условиях их использования и повышения увлажненности территории, нами были рассчитаны коэффициенты корреляции с такими важнейшими показателями, как реакция среды почв - рНвод, рНсол и Нг, от которых во многом зависит подвижность тех или иных ионов. Проведенные расчеты показывают на довольно высокую их взаимосвязь. Парные коэффициенты корреляции варьировали в значительных размерах и составляли для различных угодий следующие величины: для залежи косимой между N-NO₃ и рНвод r = -0,86, на пахотных участках колебался от r = - 0,34 до r = - 0,95. Для рНсол коэффициенты корреляции равнялись соответственно r = -0,86 и - 0,44 - 0,93. Между содержанием нитратного азота и показателями Нг коэффициенты корреляции имели положительное значение и колебались от 0,32 до 0,84.

Отрицательные значения коэффициентов корреляции, отмеченные между содержанием нитратного азота и рН водной и солевой вытяжки, указывают на снижение доступности растениям одного из важнейших элементов питания при изменении реакции среды почв и перехода их в градацию слабощелочных. Это может служить одним из доказательств снижения эффективности минеральных удобрений, отмечаемых в последнее время на черноземных почвах.

Выводы

Длительное сельскохозяйственное использование черноземных почв приводит к изменению питательного режима. В пахотных почвах складывается отличительный от целинных почв питательный режим, заключающийся в различной степени их обеспеченности и профильном распределении основных элементов минерального питания.

В первые годы после распашки, вследствие усиления микробиологической деятельности и вовлечения в активные почвообразовательные процессы богатой органическим веществом массы целинных почв, происходит резкое увеличение содержания нитратного азота. Увеличение содержания нитратного азота отмечается для почв с длительностью использования до 50 лет. При дальнейшем использовании отмечается снижение содержания обеспеченности почв азотом. Для всех почв характерно снижение содержания нитратного азота от верхних горизонтов к нижним.

Для всех исследованных почв отмечается общая закономерность более низкой обеспеченности элементами питания склоновых участков по отношению к их аналогам расположенным на водоразделе.

Список литературы

1. Лебедянцев А.Н. Процесс нитрификации как фактор усиления зольного питания растений / А.Н. Лебедянцев и др. // Изд. Шатиловской опытной станции. - 1972. - Т. 2. - №4. - С. 275-288.

2. Пискунов А.С. Азот почвы и эффективность азотных удобрений на зерновых культурах в Предуралье / А.С. Пискунов. - Пермь, 1994. - 165 с.

3. Прянишников Д.Н. Агрохимия / Д.Н. Прянишников // Учебники для высших с.-х. учеб. заведений. - М.: Колос, 1940. - 453 с.

4. Чевердин Ю.И. Показатели эффективного плодородия черноземных почв в зависимости от длительности антропогенной нагрузки / Ю.И. Чевердин, И.Н. Дорохин // Разнообразие почв Каменной степи / Науч. тр. - М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2009. - С. 362-378.

5. Щербаков А.П. Азот в современных агроландшафтах Центрально-Черноземной зоны (ЦЧЗ) / А.П. Щербаков, Г.А. Чуян, Ю.А. Виноградов // Агрохимия. - 1990. - №11. - С. 38-46.

Сведения об авторах

Чевердин Юрий Иванович - главный научный сотрудник отдела агропочвоведения и агролесомелиорации НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, доктор биологических наук; e-mail: cheverdin62@mail.ru

Беспалов Владимир Алексеевич - старший научный сотрудник отдела агропочвоведения и агролесомелиорации НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, кандидат биологических наук; e-mail: vabespalov@bk.ru

Титова Татьяна Витальевна - старший научный сотрудник отдела агропочвоведения и агролесомелиорации НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, кандидат биологических наук; e-mail: tvtit@mail.ru

Размещено на Allbest.ru