Формирование азотного фонда основных подтипов черноземов юга России

ФОРМИРОВАНИЕ АЗОТНОГО ФОНДА ОСНОВНЫХ ПОДТИПОВ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮГА РОССИИ

В статье приводится характеристика азотного фонда чернозёмов южновосточноевропейских фаций. Установлено, что подтипы чернозёмов Юга России имеют низкое содержание минерального (0,4−4,2%) и легкогидролизуемого (6,0−8,3) азота, в два раза больше содержания трудногидролизуемого (13,4−16,4%), а основная часть азотного фонда (74,4- 78,9%) представлена негидролизуемой фракцией, которая практически не участвует в питании сельскохозяйственных культур Азот является тем биогенным элементом, трансформация которого всецело определяется процессами гумусообразования и минерализации, биохимической активностью почвы. Это накладывает отпечаток на природу азотных соединений почвы, представленных на 93−97% органическими формами, основная часть которых входит в состав гумуса.

Запасы азота в пахотном слое Европейских черноземов несколько ниже, чем в черноземах Сибири, вследствие разных условий почвообразования. В метровой толще эти различия сглаживаются.

В результате водной и ветровой эрозии смывается водой и выдувается ветром значительное количество валового азота. В сильноэродированных почвах его содержится на 45−50% меньше, чем неэродированных разновидностях.

Наличие валового азота в почве еще не указывает на обеспеченность растений этим элементом — важным является его состав. Азот почвы имеет белковую природу, так как при кислотном гидролизе соотношение амидов, моноаминокислот и диаминокислот такое же, как и в белковых соединениях. Все формы азота в почвах зависят от их генетических особенностей, гранулометрического состава, запасов гумуса, климатических особенностей и во многом определяются применяемой при возделывании сельскохозяйственных культур агротехники.

В черноземах Центрально-Черноземных областей минеральных соединений азота в пахотном слое содержится 1−2,5% от валового, легкогидролизуемого — 5−9, трудногидролизуемого 13−28%. При этом черноземы степных районов по сравнению с лесостепными отличаются пониженным содержанием легкогидролизуемого азота и повышенным трудногидролизуемого, что связано с засушливостью климата, препятствующего мобилизации подвижных форм.

Фракция негидролизуемого азота составляет примерно одинаковое количество (70−80%) во всех черноземах Европейской территории страны.

Образование и накопление неорганического азота в почве определяется сложными процессами аммонификации, нитрификации, денитрификации, вымывания и улетучивания. Иммобилизация азота неизменно сопровождается вовлечением углеродистого энергетического материала, но одновременно наблюдается процесс минерализации, связанный с реминерализацией. Минерализационный азот может быть повторно использован для органического синтеза.

В конечном итоге экологическое состояние этого круговорота определяет накопление в почве минерального азота, все формы которого, могут служить источником питания растений.

Запасы непосредственно доступных растениям минеральных соединений азота (нитратов, нитритов, водорастворимого и обменного аммония) в почвах, как отмечалось, невелики — 1−2,5% от валового.

Наибольшее количество нитратов в прикорневой зоне растений наблюдается во второй половине весны и осенью, резко выраженный минимум — летом в период активного роста культур за счет потребления их растениями и микроорганизмами, снижения процессов аммонификации и нитрификации.

В течение вегетации растений запасы нитратного азота колеблются в широких пределах, в то время как аммонийного являются более стабильными. Чаще несколько большее содержание аммонийного азота обнаруживается ранней весной и поздней осенью, его динамика четко выражена в основном для пахотного слоя почвы.

После пропашных культур нитратного азота в почвах иногда содержится больше, чем после культур сплошного сева, несмотря на высокий вынос азота с урожаем.

Наличие в почве аммонийного азота также зависит от биологических особенностей культур, наименьшее накопление его наблюдается под многолетними злаковыми травами в связи с интенсивным потреблением ими этой формы азота и под горохом за счёт фиксации этого элемента из атмосферы, что в определенной степени задерживает минерализацию органических азотсодержащих веществ почвы.

Формирование азотного фонда основных подтипов черноземов Юга России определяется сложным комплексом условий почвообразования, основными компонентами которых являются глубоко проникающая корневая система растительности и благоприятные климатические условия.

Собственные исследования и обобщенные данные о содержании азота в черноземах выщелоченных, типичных, обыкновенных южно-европейской фации и южных восточно-европейской, позволили заключить, что эти подтипы черноземов сравнительно однородны по валовому содержанию (табл. 1).

Таблица 1.

Типичные значения содержания азота в черноземах Северного Кавказа (Блажний Е.С., Гаврилюк Ф. Я., Вальков В. Ф., Редькин Н. Е., и др. 1985, Фиапшев Б. Х., и др. 1985)

Типичные значения валового содержания азота в пахотном горизонте черноземов выщелоченных составляют 0,20−0,35%. Черноземы типичные, обыкновенные и южные восточно-европейской фации характеризуются несколько более узкими пределами колебаний этих значений. В черноземах южных южно-европейской фации в сравнении с другими почвами содержание азота ниже, уже и пределы его колебаний. Коэффициент вариации в целом составляет 18−26%.

Конкретные данные по отдельным почвенным разрезам Северного Кавказа показывают их провинциальные особенности и отличия от черноземов Европейской части России, заключающиеся в относительно низком содержании азота, как и гумуса, в пахотном слое, но глубоком и постепенном уменьшении по генетическим горизонтам (табл. 2).

В черноземах выщелоченном и типичном Краснодарского края содержалось примерно одинаковое количество валового азота — в А_пах 0,23−0,21%, в горизонте АВ₁ на глубине 75−80 см — 0,14−0,13%, в В₁ на глубине 125−130 см — 0,09. В описанном разрезе чернозема обыкновенного в слое почвы 0−10 см азота несколько больше, чем в выщелоченном и типичном, — 0,28%. Снижение азота вниз по профилю почв равномерное, но его распространение глубже в сравнении с выщелоченным: в слое 70−80 см азота было 0,18%, 120−130 см — 0,13, 150−160 см — 0,08%.

Черноземы типичные Ставропольского края характеризуются такими же величинами валового азота в верхнем горизонте, что выщелоченные и типичные Краснодарского края. Вниз по профилю почвы количество азота также постепенно снижалось, в горизонте АВ₁ на глубине 80−90 см его было 0,13%. В слое 0−20 см черноземов обыкновенных азота содержится больше, чем в типичных, но распределение его по слоям почвы такое же.

Количество азота в пахотном слое черноземов обыкновенных и южных Ростовской области оказалось равным 0,25−0,24%, в горизонте ВС — 0,12−0,08%.

Анализ материалов фракционного состава отдельных разрезов черноземов Северо-Кавказского региона показал, что черноземы выщелоченные южно-европейской фации Краснодарского края при содержании в А_пах валового азота 0,194% имели минеральных форм (N-NH₄⁺+N-NO₃^-) всего 0,7 мг на 100 г почвы, или 0,4% от валового (табл. 3).

чернозем фация азотный фонд Таблица 2.

Содержание азота в черноземах Юга России

Более доступных органических форм в виде легкогидролизуемой фракции (амины, часть амидов) содержалось 16,1 мг на 100 г почвы, или 8,3% от N_вал.

Таблица 3.

Азот и его фракционный состав в черноземах Северного Кавказа

Примечание. 1- мг на 100 г почвы, 2 — % от валового азота Трудногидролизуемой формы азота, являющейся отдаленным резервом в питании растений, в два раза больше, чем легкогидролизуемой как в абсолютном, так и относительном значениях. Основная часть азота — 145,3 мг на 100 г, или 74,9% от N_вал представлена фракцией негидролизуемой, практически не участвующей в биологическом круговороте.

По сравнению с А_пах в горизонте А₁ количество минерального азота несколько повышалось, падало в горизонте В₁ до 0,5 мг на 100 г почвы, в В₂ и С — до 0,3. Доля его в составе валового азота незначительно возрастала в горизонте А₁, в более глубоких горизонтах слабо уменьшалась, имея одинаковую величину, кроме горизонта С.

Фракции легкогидролизуемого азота в нижней части гумусового горизонта (В₂) было 5,5 мг на 100 г почвы, в горизонте С — 2,3. Относительная величина этой формы в нижних горизонтах также снижалась, но менее резко, чем абсолютная.

Содержание трудногидролизуемого и негидролизуемого азота в абсолютном значении, как и легкогидролизуемого, уменьшалось по профилю почвы, но более постепенно. Процент этих фракций в составе N_вал имел тенденцию к увеличению, за исключением трудногидролизуемого азота в горизонте ВС, где его столько же, как и в А_пах, а также негидролизуемого в верхней части А₁, где его несколько меньше, чем в А_пах.

В черноземах обыкновенных Ставропольского края содержание валового азота в слое 0−30 см, по нашим расчетам составляло 0,250% при низком содержании фракции минерального (4,2% от валового) и легкогидролизуемого азота (7,1%), большем трудногидролизуемого (14,2%), высоком — негидролизуемого (74,4%).

В нижних слоях почвы абсолютное количество валового азота, минерального, легкогидролизуемого и трудногидролизуемого снижалось, кроме минерального в слое 30−40 см, где этой фракции несколько больше, чем в слое 0−30 см. Количество негидролизуемого азота в абсолютном значении по слоям почвы от 0−30 до 40−50 см уменьшалось, относительное — росло в слое 30−40 и 40−50 см.

Валового азота в А_пах черноземов обыкновенных в стационарах Донского ЗНИИСХ столько же — 0,250%, что и в черноземах обыкновенных Ставропольского края, минерального меньше — 2,4 мг на 100 г почвы. По профилю почвы количество валового азота падало до 0,080% в горизонте С, минерального — до 0,8 мг/100 г почвы. Доля фракции минерального азота в N_вал по горизонтам практически оставалась на одном уровне.

Аналогично валовому и минеральному азоту изменялись по профилю почвы фракции легко-, труднои негидролизуемого азота. В процентах от валового азота увеличивалось содержание негидролизуемой фракций, уменьшалось легкогидролизуемой и мало изменялась трудногидролизуемая фракция.

В А_пах чернозема южного содержалось 0,220% валового азота, легкогидролизуемого — 13,3 и трудногидролизуемого — 29,6 мг/100 г почвы — меньше, чем в черноземе обыкновенном, но минерального — больше. Абсолютное и относительное количество фракции минерального азота по слоям почвы увеличивалось, заметнее в горизонте В₁ по сравнению с А₁.

В более глубоких горизонтах почвы органические фракции изменялись также, как и в черноземе обыкновенном, но количественные характеристики их большие. Доля их в N_вал по глубине почвы примерно одинаковая. Содержание негидролизуемого азота, как и других фракций, в сравнении с черноземами обыкновенными меньше в А_п — 173,2 мг/100 г почвы, больше в В₁ — 168,2 и В₂ — 148,4 мг/100г.

Таким образом, изучение фракционного состава азота отдельных подтипов черноземов Юга России показало, что в его составе мало имеется минеральной (0,4−4,2%) и легкогидролизуемой (6,0−8,3%) фракций, в два раза больше в сравнении с ними трудногидролизуемой (13,4−16,4%). Основная часть азотного фонда (74,4−78,9%) представлена негидролизуемой фракцией, которая практически не участвует в питании сельскохозяйственных культур.

• 1. Бунякина Р. Ф. Фракционный состав азота и превращение азотных удобрений в выщелоченном чернозёме Кубани (по данным вегетационного опыта с N15) // Почвоведение. 1976. № 7. С. 115−119.
• 2. Чернозёмы западного Предкавказья: Чернозёмы СССР (Предкавказье и Кавказ) / Ф. Я. Гаврилюк, Е. С. Блажний, В. Ф. Вальков и др. М.: Агропромиздат, 1985. С. 5−83.
• 3. Чернозёмы Центрального и Восточного Предкавказья: Чернозёмы СССР (Предкавказье и Кавказ) / Б. Х. Фиапшев, К. И. Трофименко, В. И. Кумахов и др. М.: Агропромиздат. 1985. С. 59−150.