Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Почвенно-агрохимические основы адаптивно-ландшафтной организации систем земледелия ВКЗП. Учебное пособие
.pdf
Локальные особенности почвенно-климатических условий
может образовать стойкие соединения с лигниноподобными веществами. Так, при обогащении торфа
NH
OH до 20% аммония закрепляется в подобных
4
соединениях.
4. Могут быть газообразные потери аммония, которые происходят из хорошо аэрируемой почвы при ее
периодическом высыхании и увлажнении. Размеры
этого вида потерь в ВКЗП, по-видимому, незначительны и соизмеримы с приходом его в составе атмосферных осадков (при электрических разрядах азот воздуха может окисляться или восстанавливаться).
5. Вынос аммонийного азота в составе почвенных
коллоидов при эрозионных процессах, количество которого определяется массой смытой почвы и содержанием аммония в ней.
6. Вымывание аммонийного азота происходит как в
составе почвенного раствора, так и в поглощенном состоянии в коллоидах-мигрантах. Этот процесс в почвах
ВКЗП выражен слабо, в составе дренажных вод его
найдено мало, не более 2–4 кг/га в год [Юлушев, 1989].
7. Большая часть аммонийного азота почвы окисляется
до N–NO3, N–NO2 , N–NO и N2.
Это явление впервые открыл Луи Пастер в XIX веке,
и назвал процесс нитрификацией.
Нитрификация происходит в два этапа:
2NH
+ 3O2 = 2HNO2 + 2H2O.
3
Микроорганизмы, ответственные за эту стадию
процесса: Nitrosomonas, Nitrosocystis и Nitrosospira.
Далее Nitrobacter осуществляет окисление нитри-
тов до нитратов.
2HNO
+ O2 = 2HNO3.
2
Как видно из приведенных уравнений, нитрификация — аэробный процесс, для ее интенсификации
необходимы постоянный источник аммонийного азота
и кислорода, оптимальная температура (около 20–25°С),
влага (около 60% от полной полевой влажности), реакция среды, близкая к нейтральной. При снижении
почвенной кислотности нитрификационная способность почвы увеличивается (соответственно, в почве
уменьшается содержание аммонийного азота). Есть
указания, что в кислой среде (при снижении величины
91
Глава I
рН с 6,0 до 4,4) популяция Nitrosomonas снижается в
150 раз, а интенсивность нитрификации на 20% [Ефимов и др., 1987]. По-видимому, наиболее интенсивно
нитрификация происходит в слое почвы над плужной
подошвой, где поддерживается постоянная влажность.
При усилении этого процесса наблюдается некоторое
подкисление почвы с последующим подавлением нитрификации. Поэтому при наличии в почвах всех условий нитрификации, она идет скачкообразно.
Нитрификационная способность почвы может дать
некоторое представление о ее эффективном плодородии и, ориентировочно, о необходимости применения
азотных удобрений (табл. 1.41).
Таблица 1.41. Группировка почв по обеспеченности
нитрификационным азотом, мг/кг почвы
Обеспеченность Зерновые Картофель Овощи
Низкая менее 8 менее 15 менее 30
Средняя 8-15 15-30 30-60
Высокая более 15 более 30 более 60
Схематично, трансформация аммонийного азота в
почвах может быть представлена следующим образом
(схема 8).
Схема 8. Основные биохимические этапы миграции
и трансформации аммонийного азота в почвах
В некоторых случаях возникает необходимость
временного снижения процесса нитрификации в почвах. Для этой цели применяют ингибиторы нитрификации, которых запатентовано более 250. Они усиливают закрепление в почве азота, уменьшают его газооб-
92
Локальные особенности почвенно-климатических условий
разные потери и вымывание. При этом, наряду с ингибированием бактерий-нитрификаторов, возможно
подавление активности других полезных микроорганизмов. Вероятно поэтому после их применения возможно
временное снижение урожайности последующих культур.
Основные биохимические этапы миграции и транс-
формации нитратного азота в почвах следующие.
1. Биологическое поглощение. Нитратный азот —
окисленная форма — в почвах поглощается и удерживается в основном биологическим путем. Поэтому земледелец заинтересован в появлении этого азота в период, когда на поле имеются потребители — культурные растения. К сожалению, в распоряжении
земледельца нет реальных способов регулирования
этого процесса, единственный путь — иметь постоянный, хорошо развитый растительный покров.
Другие виды поглотительной способности почвы в
судьбе нитратного азота существенной роли не играют.
2. Денитрификация. В анаэробных условиях Bact.
denitrifican, B. fluorescens, B. Stutzeri, Pseudomonas,
ответственные за процесс денитрификации, восстанавливая нитратный азот до закисных, летучих форм, до
молекулярного азота, на каждом этапе добывают О
для дыхания (NO
2NO = N
+ 2 O-). Этот процесс наиболее интенсивно
2
-
= NO
3
-
+ О-; N2O = NO + O-;
2
происходит в пару в виду наличия в почве свободных
нитратов. По данным И.Г. Юлушева [1989], неучтенные
потери азота удобрений составляют 32,8–39,3%, вероятно сюда же входят газообразные его потери (общепринятые величины этих потерь 20–25%). Активные
расы денитрификаторов являются термофильными
бактериями, оптимальная температура для них выше
25°С, в условиях климата ВКЗП — явление весьма
кратковременное.
3. Вымывание — вынос нитратного азота в почвенном растворе из корнеобитаемого слоя почвенного
профиля. В случае смыкания инфильтрационных вод с
грунтовыми этот азот теряется безвозвратно. При глубоком залегании грунтовых вод в последующем возможен подъем нитратного азота восходящим током влаги
и по градиенту концентрации. Обычно в расчетах ба-
2
93
Глава I
ланса азота учитывается лишь его вынос урожаями.
Между тем вымывание азота почти всегда эквивалентно его выносу урожаями. В условиях лизиметрического опыта НИИСХ Северо-Востока [Юлушев, 1985]
при последовательном возделывании ячменя, гороха,
льна-долгунца, пшеницы и клевера, интенсивность
вымывания нитратного азота определялась количеством фильтрационных вод и концентрацией нитратиона в воде. В свою очередь эти показатели (соответственно, вымывание элемента) возрастали от варианта
с хорошо развитой растительностью (NPK + Са) к не
удобренному варианту с максимальными значениями
при содержании почвы по типу чистого пара (табл. 1.42).
Таблица 1.42. Влияние растительности, извести и
удобрений на вынос N –NO3 из почвы (средние данные
за 6 лет)
Показатели
Í2Î 74 52 36 36
N – NO3 8,13 0,83 2,82 2,25
N – NO3 30,3 2,4 5,6 4,5
без растений áåç Ñà è NPK NPK NPK + Ca
Фильтрация, % от осадков
Варианты
Концентрация, мг/ë
Вынос, кг/ãà â ãîä
Из данных таблицы видно, что максимальные потери нитратного азота происходят из почвы, лишенной растительности. Под растениями вынос снижается за счет уменьшения инфильтрации и концентрации N–NO
(большая часть влаги используется на
3
транспирацию, нитратный азот поглощается растениями).
По некоторым данным, из торфяных почв вымывания азота нет, а из минеральных усиливается по мере
снижения содержания гумуса [Ефимов и др., 1985].
Указывается, что из супесчаных почв потери азота в
составе дренажных и лизиметрических вод гораздо
выше, чем из суглинистых [Петербургский, 1982].
Ввиду высокой мобильности, содержание нитратного азота под посевами очень изменчиво как по времени, так и в отдельных горизонтах почвенного профиля (табл. 1.43).
94
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Таблица 1.43. Содержание N–NO3 в почве, мг/кг. Озимая
рожь, стационарный опыт НИИСХ СВ [Юлушев, 1989]
урожайность
Контроль – без
извести и
удобрений
1,29 т/га
Сумма, кг/га 0 – 100 198 102 151 6
Известь + NPK
3,13 т/га
Сумма, кг/ãà 0 – 100 933 559 649 160
Глубина,
ñì
0 – 10 8 17 14 2
…20 10 9 9 4
…40 14 5 8 следы
…60 12 3 8 следы
…80 16 6 10 следы
…100 15 7 13 ñëå äû
0 – 10 24 35 10 5
…20 60 17 9 3
…40 132 25 52 27
…60 77 47 60 12
…80 41 46 60 9
…100 19 41 35 6
16. 05 14. 06 13. 07 12. 08
Дата определения Варианты,
Данные таблицы показывают более интенсивное
накопление нитратов в известкованной и удобренной
почве, где его количество гораздо выше, чем внесено
в составе азотных туков. Возможно, это результат усиления нитрификации на фоне извести.
Максимальное количество нитратного азота найдено в середине мая, когда потребление азота растениями не достигло еще своего пика. Его содержание
снижается к середине июня (после периода его интенсивного поглощения растениями озимой ржи). Отмечается передвижение нитратов в нижние горизонты
профиля — вероятно, при отсутствии связи нисходящего тока влаги с грунтовыми водами, нитраты накапливаются в слое почвенного профиля, располагающегося в данном случае на водоупорных пермских
глинах.
Однако к осени количество нитратного азота резко
уменьшается, что может быть связано с его вымыванием с началом осеннего дождливого периода. Другие
исследователи отмечают повышение концентрации
NO3 осенью и весной. Объясняют это тем, что процесс
нитрификации идет, а растения еще или уже не вегетируют.
Сложный характер превращений, миграции, поглощения и накопления азота в почвах может быть охарактеризован схемой 9.
95
Глава I
Схема 9. Схема биохимических превращений азота в почве
R-NH
NH
+
NO
4
-
2
NO
3
аммонификация минерализация
нитрификация
урефикация
N
вымывание N
NO
-
3
NO
-
NO
2
O денитрификация
2
2
интенсивность процессов
1.3.8. Гумус в почве
Плодородие любой почвы связано с количеством
органического вещества и его производного — гумуса.
Чем выше содержание гумуса, тем лучше, т. е. отсутствует порог верхнего предела его содержания. Можно говорить лишь о минимальных значениях этого показателя, ниже которых уже не проявляется его влияние на урожай, на эффективность технологических
элементов, при котором:
n снижается сопротивляемость почвы к деградации
(водно-физические свойства);
n снижается устойчивость почв и растений к небла-
гоприятным погодным условиям;
n ограничивается возможность применения повы-
шенных доз минеральных удобрений;
n ухудшаются фитосанитарные почвенные условия;
n исключаются условия создания оптимального вод-
но-температурного, пищевого режимов для разви-
тия растений;
n усиливается вымывание элементов питания, почва
еще больше обедняется;
n на малогумусных почвах затрудняется применение
пестицидов, приходится уменьшать, дробить рег-
ламентные дозы.
Указывается, что при высоком содержании гумуса в
почве органические и минеральные удобрения (в эквивалентных отношениях) оказывают одинаковое положительное действие на урожай сельскохозяйственных
96
-
Локальные особенности почвенно-климатических условий
культур, на слабо гумусированных просматривается
преимущество органических, особенно совместного их
применения с минеральными [Лыков, 1983].
Качество гумуса определяется следующими пока-
зателями.
Соотношение С : N. Этот показатель означает степень гумификации ОВ и зрелости гумуса. В благоприятных условиях, при минерализации ОВ углерод улетучивается, относительное содержание азота повышается. В гумусе мюль это соотношение составляет выше
12, в гумусе модерн — 10–12 и в гумусе мор ниже 10.
Расширяется после известкования, применения удобрений за счет возрастания доли свежего органического вещества и гумуса.
Содержание азота в гумусе 5% масса. Считается, что
1% гумуса (примерно 30 т гумуса на 1 га) эквивалентен
содержанию 150 кг/га легкогидролизуемого азота.
Соотношение С
: Сфк. Гуминовые кислоты с мо-
гк
лекулярной массой около 1400 растворимы в щелочной среде. Более простые гуминовые кислоты — гумины, в ассоциации с минералами наиболее стойкие к
микробным атакам. В гуминовых кислотах сосредоточены до 20–30% азотного пула почвы. Содержание в
этих кислотах отдельных элементов может быть (%): N
до 5, H — 6, O2— 30, С — 50. Кроме того здесь находятся S, Si, P, Fe, Ca, K и другие элементы.
Фульвокислоты (понятие введено С. Оденом еще в
1919 году, в России в 1930 годы И. В. Тюриным) — та
часть гумусовых кислот, растворимость которых не
зависит от величины рН. Поэтому они растворяются и
в воде, и в слабых кислотах. Они содержат азота меньше, чем гуминовые. Фульвокислоты поддерживают кислую реакцию среды, способствуют гидролизу минералов
и, в основном, выступают как агенты миграции элементов, веществ. При этом миграция оснований, ила ухудшает качество корнеобитаемой толщи почвенного профиля, а вынос ТМ, ЗВ из этой толщи оздоровляет почву.
И.В. Тюрин считал, что в почвах гуминовые и фульвокислоты взаимно связаны по типу сложных эфиров.
При воздействии щелочами происходит омыление таких соединений с выделением так называемых фуль-
2
97
вокислот. Фракция 1а, извлекаемая растворами кислот
(после явного гидролиза), обозначается, как «агрессивная». Вероятно, фульвокислоты появляются только
после кислотного или щелочного гидролиза. Если гуминовые вещества представлены прочными, более
конденсированными молекулами, с малой долей периферических боковых цепей, они меньше гидролизуются в ходе анализа, отношение С
: Сфк выглядит более
гк
высоким. Действительно, при рН 5–6 выход фульвокислот бывает ниже, при 1–2 он резко возрастает.
Желательный уровень этого показателя > 1. На основании этого отношения составляются картограммы
типов гумуса:
фульватный — С
: Сфк менее 0,5;
гк
гуматно-фульватный — 0,5–1,0;
фульватно-гуматный — 1,00–1,75;
гуматный — 1,75–2,50.
В почвах ВКЗП соотношение С
: Сфк колеблется
гк
в пределах 0,6 (северная часть территории) — 1,2 (южная часть). В приложениях 5–7 представлены данные
группового и фракционного состава гумуса после 6 лет
экспериментов с известью и удобрениями на почвах
3-х агрогрупп.
На дерново-подзолистой суглинистой почве, сформированной на пермских глинах (3-я агрогруппа, стационарный опыт НИИСХ СВ) не выявлено существенного, статистически доказуемого влияния извести, удобрений на содержание гумуса. Хотя количественные
изменения групп и фракций гумуса (по отношению к
контрольному варианту) не выходят за пределы ошибок
определений, в слое 0–20 см заметно некоторое уменьшение отношения С
: Сфк. Для слоя 20–40 см харак-
гк
терно достоверное повышение количества негидролизуемого остатка. В почве, отнесенной к 2-й агрогруппе
(приложение 6), гумусное состояние также остается
стабильным, сужается только отношение С
гк
На почве 1-й агрогруппы (приложение 7) эти изменения более существенные. Уменьшается количество
гуминовых кислот фракции 1 при возрастании фракции 2 (их сумма константна), аналогичны изменения
количества фракции фульвокислот при постоянстве ФК
98
Глава I
: Сфк.
Локальные особенности почвенно-климатических условий
1а. Отмечается расширение отношения Сгк : Сфк [Юлушев, 1989].
В автоморфных почвах гумуса меньше, отношение
С : N и С
: Сфк уже т. к. здесь интенсивнее идет ми-
гк
нерализация, чем в гидроморфных почвах [Гуров, 1986].
Соотношение Fe
: Сфк. Осаждение полуторных
2O3
окислов фульвокислотами следует рассматривать как
способ самоочищения почвы. Это явление более выражено в почвах северных районов, где этот показатель
приближается к оптимальной величине — 10–12.
Состав катионов. Гумус аккумулирует, образует
комплексы с минеральными компонентами почвы.
Устойчивость, подвижность этих комплексов в том
числе определяется составом катионов. Наиболее устойчивые комплексы формируются с кальцием, магнием и когда доля Н-ионов не превышает 2–3%.
Плотный (нерастворимый) остаток. Это не извлекаемые щелочными и кислотными растворами, стойкие лигниноподобные гумусовые вещества. В качественном гумусе углерод нерастворимого остатка должен составлять < 50%. Периодическое увлажнение и
высушивание почвы усиливает минерализацию ОВ,
образуется зрелый гумус, уменьшается растворимость
гуматов Ca, Al, Fe, связанных с тонкодисперсной частью твердой фазы почвы. Доля плотного остатка возрастает от почв легкого гранулометрического состава к
тяжелым [Пономарева, Ситникова, 1972], от неудобренных к удобренным (за счет возрастания доли свежего,
новообразованного гумуса).
Оптическая плотность означает наличие лабильных
гумусовых веществ. Миграция гетерогенного органического вещества идет с фракционированием. Размер молекул осаждающегося ОВ постепенно уменьшается, соответственно снижается оптическая плотность гумуса. Чем
меньше плотность, тем старше, стабильнее гумус.
Количество гумуса в почве. В настоящее время у всех
сложилось устойчивое мнение об уменьшении содержания гумуса в почвах. Действительно, потери гумуса из
пахотных почв возможны в силу разных причин:
n усиление минерализации органического вещества
вследствие интенсивной механической обработки,
известкования, преимущественного применения
99
минеральных удобрений, расхода органического
вещества на формирование урожая, что не позволяет компенсировать естественную убыль гумуса;
n недостаточное поступление в почву органических
остатков в силу низких урожаев и недостатка органических удобрений. — в нормально организованной системе земледелия более 50% элементов питания растений должны возвращаться в почву в
составе органического вещества (опад, стерня,
корневые остатки, органические удобрения и т. д.),
в ВКЗП их доля не превышает 25%;
n потери гумуса при эрозии и дефляции. Эти потери
будут еще значимее из почв легкого гранулометрического состава. «…пески, особенно кварцевые, вообще (и по малому содержанию питательных веществ,
и по своим физическим свойствам) являются плохой
почвой для растительности; следовательно, на почвах
песчаных, при остальных одинаковых условиях, всегда будет скапливаться меньше гумуса, чем, например, на суглинках. Мало того: и тот гумус, который
попал в песчаную почву, имеет сравнительно немного шансов, чтобы сохраниться там; во-первых, здесь
гумусу не с чем соединиться, во-вторых, благодаря
пористости песков он скорее сгорит на воздухе и даст
конечные продукты гниения», отмечал В.В. Докучаев
[Изб. соч. Т. 2.–1949.–С. 103–104]. Механическая
обработка таких почв при их освоении под пашню
приведет к дальнейшему усилению процессов минерализации органического вещества.
Однако экспериментальные данные не всегда подтверждают эти опасения. Отмечается, что в ходе природного почвообразовательного процесса плодородие каждой конкретной почвы непрерывно возрастает с нуля на
стадии почвообразовательной породы до определенного
максимума на стадии полно развитой почвы и находится
в равновесии с окружающей средой на данный момент.
Почвенный покров в своем естественном развитии создает гумусовую оболочку нашей планеты и тем самым
усиливает синтез органического вещества. Очевидно, эта
тенденция — стабильность и равновесие с окружающей
средой в данный момент — характерна как для всего
100
Глава I
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]