Статистики и кинетика изменения азотного фонда почвы и урожая зерновых культур под воздействием азота медленнодействующего удобрения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Статистики и кинетика изменения азотного фонда почвы и урожая зерновых культур под воздействием азота медленнодействующего удобрения

Л.В. Будажапов, А.С. Билтуев, А.К. Уланов

Будажапов Лубсан Владимирович доктор биологических наук, профессор главный научный сотрудник, Бурятский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, г. Улан-Удэ. Билтуев Александр Семенович кандидат биологических наук старший научный сотрудник, Бурятский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, г. Улан-Удэ. Уланов Александр Кимович кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник, Бурятский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, г. Улан-Удэ.

По результатам многолетних исследований на серой лесной почве в условиях микро- полевого опыта представлена развернутая статистическая панорама изменения азотного фонда почвы под влиянием систематического внесения азота аммиачной (Na), нитратной (Nc) и медленнодействующей (мфу) форм удобрений с различиями в кинетике этого отклика, а равно в скорости формирования иммобилизованного пула азота в почве под их воздействием вкупе с статистиками урожая зерновых культур как результирующая функция изменения азотного статуса почвы. Установлено существенное увеличение содержания общего азота в почве при внесении азота удобрения с пролонгированным высвобождением в сравнении с легкорастворимыми формами азота удобрений. Различия в отклике азотного фонда почвы на отличный характер высвобождения азота из удобрений проявились в их кинетике, характеристики которой возрастали в ряду от медленнодействующей формы удобрений к быстрорастворимой: Nмфу (k = 0.010 в сутки) Na (k = 0.026 в сутки) Nc (k = 0.034 в сутки). Аналогичная панорама установлена по количественным и скоростным параметрам иммобилизации азота удобрения из медленнодействующей формы, показатели которых значимо превышали схожие оценки по размерам иммобилизации азота в почве и кинетическим характеристикам этого процесса.

Ключевые слова: статистика и кинетика изменений; мочевино-формальдегидное удобрение; азотный фонд почвы; серая лесная почва; иммобилизация азота удобрений; урожай зерновых культур.

STATISTICS AND KINETICS OF SOIL NITROGEN STATUS CHANGES AND YIELD OF GRAIN CROPS UNDER INFLUENCE OF SLOW SOLUBLE NITROGEN FERTILIZER. L. V. Budazhapov, A. S. Biltuev, A. K. Ulanov. Lubsan V. Budazhapov DS in biology, professior, Chief researcher Buryat research institute of agriculture, Ulan-Ude. Alexander S. Biltuev Cand. biological sciences, senior researcher Buryat research institute of agriculture, Ulan-Ude. Alexander K. Ulanov Cand. agricultural sciences, senior researcher Buryat research institute of agriculture, Ulan-Ude.

According to the results of long term researches in micro field experiments on grey forest soil represented unfold statistic panorama of soil nitrogen status change under influence of nitrogen annual applying of nitrate, ammonium and slow soluble fertilizers with differences in kinetic of this response. As well as in kinetic of formation nitrogen pool immobilization in soil with statistics assessment of grain crops yield as results function of soil nitrogen status change. Due to results the increase content of nitrogen in soil under influence of longterm soluble nitrogen fertilizer in comparison with quickly soluble forms of nitrogen fertilizers is established. Differences in response of soil nitrogen status on different of nitrogen liberation from fertilizers is represented in kinetic characteristics, which increased from long-term form to quickly soluble forms of nitrogen fertilizers: N slow soluble (k = 0.010 day) N ammonium form (k = 0.026 day) N nitrate form (k = 0.034 day). Similar panorama installed by quantitative and kinetic parameters of nitrogen immobilization from long -- term nitrogen form where its indicators exceeded similar assessment for quickly soluble forms of nitrogen fertilizers for sizes and velocity this process in nitrogen cycle.

Keywords: statistic and kinetic change; urea -- formaldegid fertilizer; soil nitrogen status; grey forest soil; immobilization of nitrogen fertilizer; yield of grain crops

В этой связи, мотивация и результативность исследований, выстроенная на классических и перспективных методиках оценки с использованием методов изотопной индикации (15N) в сочетании с вариационно-статистическим анализом представляется наиболее доверительной к общепризнанному тренду известных уже закономерностей. В конечном итоге это позволяет качественно расширить накопленный массив экспериментального материала и на этой основе корректировать и совершенствовать пласт исследований в этих оценках.

В этом смысле, ранее проведенные исследования, как правило, базировалась на данных с привлечением традиционных легкорастворимых форм азотных удобрений при разовом и трехлетнем внесении (Гамзиков, 1981; Кореньков, 1976; Кудеяров, 1989), реже -- систематическом и длительном (Будажапов, 2016; Budazhapov, 2015; Гамзиков, 1981). Причем, оценка медленнодействующих азотных удобрений с пролонгированным высвобождением азота в почве оставалась вне этого поля, при несомненной их значимости для пополнения и поддержания очень низкого и низкого азотного фонда почв. Отсюда, актуальность диагностики изменения азотного фонда почв под влиянием азотных удобрений с разным характером высвобождения азота в силу отличной подвижности и трансформации в почвах с помощью методов изотопной индикации и математического моделирования представляется одним из приоритетных направлений. Современные подходы к азотным удобрениям направлены на более пролонгированное высвобождение азота в почве и адресное участие в пополнении азотного фонда почв и питании растений, благодаря особенностям их поведения в почвенной среде как условие реального повышения высокой эффективности их внесения.

Цель -- выявить различия в действии легко- и медленно- растворимых азотных удобрений с разным характером высвобождения азота на пополнение азотного фонда почвы и урожай зерновых культур с применением методов изотопной индикации и математического моделирования.

Объекты и методы

Результаты исследований достигнуты в микрополевом опыте в сосудах без дна (30 х 30 х 40 см) на серой лесной почве с применением меченой 15N соли мочевино-формальдегидного удобрения (Кмфу) с исходным обогащением 58.5-97.2 ат.%1 при содержании общего азота 38-42% с усвояемостью 52%, которую вносили систематически ежегодно весной перед посевом яровых зерновых культур в период 1996-2005 гг. В качестве сравнения вносили легкорастворимые меченые по 15N азотные удобрения в виде сульфата аммония (Na) и натриевой селитры (Nc) с исходным обогащением 28.5 -78.8 ат. %15N, которые имели стандартные характеристики и вносили весной ежегодно. По плодородию почва характеризовалась близкой к нейтральной реакцией среды, низким содержанием общего и нитратного азота, средней обеспеченностью подвижным фосфором и обменным калием при содержании гумуса 1.92 ± 0.04%. Почвенные образцы отбирали перед закладкой опыта весной, после внесения меченых 15N удобрений в динамике и осенью после уборки урожая, учет которого проводили в фазе полной спелости растений. Методика закладки, проведения наблюдений, оценка изотопного состава азота 15N общепринятая (Кудеяров, 1989). Статистический анализ проводили по стандартным методика, построение математических моделей -- согласно программ Excel. Скоростные изменения азотного фонда почвы и процесса иммобилизации азота 15N удобрений в почве представлены константой (k) скорости согласно экспоненциальной функции. Теория, характер и интерпретация кинетических оценок определяется ранее выдвинутой и реализованной биокинетической концепцией (Будажапов, 2016; Budazhapov, 2015; Kleber et al.; Kogut, Semenov, 2014; Peterson et al., 2005; Semenov, Kogut, 2015).

Достоверное увеличение общего азота в почве наблюдалось при систематическом внесении азотных удобрений, содержание которого во всех вариантах оценки оказалось значимо выше контрольного (без удобрений), особенно при внесении мочевин -- формальдегидного удобрения и в среднем составило 0.116 ± 0.06%, достигая в диапазоне доверительных величин 0.127% при относительно высокой устойчивости значений (табл. 1).

В ряду азотных удобрений, наименьший эффект в увеличении общего азота в почве от систематического их применения установлен на варианте с внесением натриевой селитры (N- NO3), содержание которого в среднем составило 0.104 ± 0.02% при узком диапазоне доверительных величин и не более 0.108% (табл.1).

Таблица 1. Статистики изменения общего азота в почве при систематическом внесении аммиачной, нитратной и медленнодействующей формы удобрений, %

Таблица 2. Кинетические параметры изменения общего азота в почве, 0-20 см

Таблица 3. Статистики накопления иммобилизованного азота 15N в почве, мг

Таблица 4. Кинетика накопления иммобилизованного азота 15N удобрений

Примечание. t -- время, час; е -- иррациональное число; k -- константа скорости.

В этом построении их ранжированный ряд возрастал в ряду: N - 15NЬ3 (k = 0.348 в сутки) N - 15NH4 (k = 0.367 в сутки) N - 'мфу (k = 0.413 в сутки) и имел обратно пропорциональный порядок их ранжирования в кинетике изменения содержания общего азота в почве (табл.2). Следовательно, пролонгированный характер высвобождения азота медленнодействующей формы азота удобрения с низкими скоростными параметрами обеспечивал существенное увеличение общего (нативного) почвенного азота в сравнении с традиционными формами, а более высокая кинетика накопления иммобилизованного азота удобрений из медленнодействующей формы обеспечивало значимо высокое его пополнение.

Отсюда, характер изменения и пополнения азотного фонда этой почвы под влиянием различных по подвижности форм азотных удобрений имеет схожий характер и направленность с наибольшим эффектом по медленнодействующей форме в сравнении с традиционными легкорастворимыми формами удобрений.

Последнее подтверждает известные ранее результаты позитивного воздействия мочевин-формальдегидного удобрения в отношении азотного фонда почв (Кореньков, 1976; Смирнов, 1982).

На фоне позитивного отклика азотного фонда почвы на внесение мочевин-формальдегидного азотного удобрения в сравнении с легкорастворимыми формами, статистики урожая яровых зерновых культур складывались не столь однозначно, отражая в этом их проявлении комбинацию воздействий целого ряда изучаемых на результативный признак -- урожай культур (табл. 5).

формальдегидный азотный удобрение почва

Таблица 5. Статистики урожая яровых зерновых культур при внесении азота аммиачной, нитратной и медленнодействующей формы удобрения

НСР 05 ячмень 19.2; овес 14.3; пшеница 15.2

Независимо от формы азотного удобрения, метеоусловий вегетационного периода и обеспеченности почвы подвижными формами азота, их внесение повсеместно обеспечивало значимое увеличение урожая зерновых культур (табл. 5). При этом, доказанные различия при внесении медленнодействующей и традиционных легкорастворимых форм удобрений отсутствовали. Различия проявились лишь в диапазоне предельных (lim) и доверительных (M ± tm) величин при общей для всех форм небольшой величине варьирования. Отсюда, эффективность удобрения с более медленным высвобождением азота (МФУ) по своему проявлению на урожай не уступала традиционным легкорастворимым формам удобрений при более высокой его значимости в поддержании азотного фонда почвы и обеспечения азотного питания растений.

Заключение

По результатам многолетних исследований в микрополевом опыте на серой лесной почве впервые представлена панорама изменения азотного фонда почвы как отклик на систематическое применение мочевино-формальдегидного удобрения с пролонгированным высвобождением азота, эффективность которого на урожай не уступала легкорастворимым формам -- сульфат аммония и натриевая селитра. Мотивационным преимуществом этой медленнодействующей формы азотного удобрения служит позитивный эффект поддержания низкого азотного фонда почвы при сопоставимой эффективности на урожайность культур с меньшим риском проявления негативных издержек вследствие пролонгированного высвобождения азота.

Литература

1. Будажапов Л. В. Кинетические характеристики цикла преобразований азотного удобрения в системе «почва -- растение»: опыт, гипотеза и концепция // Вестник Бурятского государственного университета. Улан-Удэ, 2016. № 1. С. 29-32.

2. Budazhapov L. V. Biokinetic conception of nitrogen transformation in harsh climates of cryogenic soils of Central Asia // Biosciences Biotechnology Research Asia. 2015. Vol. 12 (1). P. 287-293.

3. Гамзиков Г. П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука, 1981. 266 с.

4. Кореньков Д. А. Агрохимия азотных удобрений. М.: Наука,1976. 210 с.

5. Кудеяров В. Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.: Наука, 1989. 216 с.

6. Семенов В. М., Когут Б. М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС,2015. 233с.

7. Смирнов П. М. Вопросы агрохимии азота (в исследованиях с 15N). М.: ТСХА, 1982. 74 с.

8. An T., Schaeffer S., Zhuang J. et al. Dynamics and distribution of 13C-labelled straw carbon by microorganisms as affected by soil fertility levels in the Back Soil region of North -- East China // Biology and Fertility Soils. 2015. V. 51. P. 605-613.

9. Giesseler D., Horwath W. R., Joergensen R. G., Ludwig B. Pathways of nitrogen utilization by soil microorganisms -- A review // Soil Biol. Biochem. 2010. V.42. P. 2058-2067.

10. Hartz T.K., Mitchell J.P., Giannini C. Nitrogen and carbon mineralization dynamics of manures and composts // HortScience. 2000. V. 35. P. 209-212.

11. Hayes M. H. B. Solvent systems for the isolation components from soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2006. V. 70. P. 986-994.

12. Janzen H.H., Olson B.M., Zvomuya F., Larney F.J., Ellert B.H. Long -- term field bioassay of soil quality // Prairie Soils and Crops J. 2012. V. 5. P. 165-168.

13. Jenkinson D. S., Poulton P. R., Johnston A. E., Powlson D. S. Turnover of nitrogen -- 15 -- labelled fertilizer in old grassland // Soil Sci. Soc. Am. J. 2004. V. 68. P. 865-875.

14. Kleber M., Nico P.S., Plante A. et. al. Old and stable soil organic matter is not necessarily chemically recalcitrant: implications for modelling concepts and temperature sensitivity // Global Change Biolog. 2010. (doi: 10.1111./j.1365-2486.2010.02278).

15. Kogut B.M., Semenov V.M. Theoretical concepts about organic matter, humus, humic substances in soils and their adequate experimental determination // Biogenic -- abiogenic interactions in natural and anthropogenic systems. V Intern. Symp. Saint Petrsburg: VVM Publishing Ltd., 2014. P. 105-106.

16. Mahieu N., Olk D. S., Randal E. W. Accumulation of heterocyclic nitrogen in humified organic matter: A 15N -- NMR study of lowland rice soils // European J. Soil Sci. 2000. V. 51. P. 379-389.

17. Murphy B. W. Soil organic matter and soil function -- review of the literature and underlying data. Department of the Enviroment. Canberra. Australia, 2014. 155p.

18. Semenov V. M., Kogut B. M. The determination of soil organic matter functional pools by the data of long -- term experiments // 60th Anniversary of Long -- term Field Experiments in the Czech Republic. Book of Abstact and Proceedings of the International Conference. June 2224. 2015. Prague: Vyzkumny ustav rostlinne vyroby, 2015. P. 109-112.

19. Schnitzer M., McArthur D. F. E., Schulten H.-R. et al. Long -- term cultivation effects on the quantity and quality of organic matter in selected Canadian prarie soils // Geoderma. 2006. V. 130. P. 141-156.