Содержание азота в темно-каштановых почвах Украины в зависимости от характера их хозяйственного использования

Содержание азота в темно-каштановых почвах Украины в зависимости от характера их хозяйственного использования

Азот является важным элементом не только в жизни растений, но и всего органического мира, начиная от вирусов и простейших микроорганизмов и заканчивая высокоорганизованными животными и человеком. Хотя азот содержится в растениях в сравнительно небольших количествах (0,5−4% сухого вещества), он представляет собой важнейший биогенный элемент, так как является обязательной составной частью всех белков и аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов, фосфатидов, многих витаминов, гликозидов, гормонов и других биологически активных соединений.

Проблема азота в земледелии является одной из главных, поскольку напрямую связана с повышением эффективного плодородия почвы и стабильного увеличения урожайности сельскохозяйственных культур [3].

Анализ источников. Рассматривая проблему азота в сельскохозяйственной науке, основоположник агрономической химии академик Д. Н. Прянишников отметил, что главным условием, которое определяет количество урожая сельскохозяйственных культур, является степень обеспеченности растений азотом [4].

Темно-каштановые почвы содержат в пахотном слое значительное количество общего азота (0,16−0,18%), что является следствием малой подвижности гумуса, отсутствия вымывания нитратов вследствие незначительного количества осадков, поглощения аммиачных форм азота минеральной частью почв [2]. Общеизвестно, что применение удобрений оказывает влияние на ряд почвенных процессов, с которыми связана трансформация азотосодержащих соединений почв. Большинством ученых отмечается, что длительное применение удобрений существенно влияет как на запасы общего азота почвы, так и на отдельные его формы. Характер и степень данного влияния определяется видом, нормой, продолжительностью и частотой применения удобрений [6].

При использовании высокоинтенсивных систем удобрения образуется положительный баланс азота в почвах. При длительном применении повышенных норм удобрений абсолютное и относительное содержание всех форм азота увеличивается, интенсивность миграции минерального азота в глубокие слои почвы уменьшается [9].

Значительное влияние на содержание азота и его формы оказывают сельскохозяйственные культуры. Установлено, что выращивание пропашных культур по сравнению с зерновыми культурами сплошного посева обусловливает более заметное снижение содержания азота в почвах, ослабление процессов образования органических соединений азота, повышение стабильности азотного фонда и снижения нитрификацийной способности почв. Под сахарной свеклой такие же изменения происходят более интенсивно, чем под кукурузой. Горох в условиях Лесостепи Украины не является накопителем азота [8].

Большое влияние на азотный режим оказывает способ выращивания сельскохозяйственных культур. Бессменное выращивания сельскохозяйственных культур приводит к уменьшению содержания азота, и почвы становятся низкообеспеченными этим элементом. На полях, где культуры выращиваются в сквообороте, наблюдается среднее обеспечения почв азотом [5].

В результате сельскохозяйственного использования изменяются все процессы, происходящие в почвах. Анализ литературных источников показывает, что изучением данного вопроса занимались и занимаются многие ученые, но результаты исследования каждого не дают полного ответа на все вопросы изменения содержания азота в почвах различного хозяйственного использования.

Методы исследования. Определение исследуемых показателей проводились в темно-каштановых почвах Украинского биосферного заповедника «Аскания-Нова» Чаплынского района Херсонской области. Для достижения целей исследований весной 2009 г. были отобраны образцы почв на следующих вариантах: абсолютно целинная степь, косимая целина, залежь 52 года, лесополоса 52 года, пашня больше 120 лет.

Климат района заповедника континентальный умеренно теплый, с жарким теплым летом и неустойчивой мягкой зимой. Весной и летом восточные ветры часто приносят суховеи, общая продолжительность которых достигает 30 дней в год. В весенний период наблюдаются пылевые бури. Сильные ветры могут приносить ураганы и смерчи.

Суммарная радиация равна 115 ккал/см², из них 95 ккал/см² приходится на вегетационный период. Среднегодовая температура воздуха — 9,500 С. Амплитуда годовых температур достигает 720 (от — 320 зимой до 400 летом). Среднегодовая сумма осадков за год составляет 365 мм. Осадки в течение года выпадают преимущественно в виде дождя. Твердые осадки составляют менее 20% годовой суммы.

На вариантах исследований образцы отбирались буром согласно ДСТУ ІSО 10 381−2:2004. Определение общего азота производилось методом Кьельдаля в модификации ННЦ ИГА им. А. Н. Соколовского ДСТУ 4726:2007, содержание щелочно-гидролизированного азота по Корнфильду.

Объекты исследований: изменение содержания общего и щелочно-гидролизированного азота в темно-каштановых почвах и коллоидных формах гумуса Украинского биосферного заповедника «Аскания-Нова» при разном их сельскохозяйственном использовании.

Основная часть

Самое высокое содержание общего азота наблюдается в верхних слоях почвы вариантов парка и абсолютной целины (рис. 1.). В 10−20 см слое абсолютно целинной почвы отмечается резкое снижение содержания общего азота (на 42%) по сравнению с вышележащим слоем. Это объясняется, исходя из наших исследований, аналогичным резким уменьшением содержания общего гумуса в данном слое. В более глубоких слоях целинной почвы содержание общего азота уменьшается постепенно и его значения почти не отличаются от показателей почв косимой целины и залежи.

Рис. 1. Содержание азота в темно-каштановых почвах, %

Распашка темно-каштановых почв приводит к снижению содержания общего азота почти на 44% в 0−10 см слое по сравнению с аналогичным слоем почвы абсолютной целины. Такое значительное снижение содержания общего азота в темно-каштановых почвах, по нашему мнению, объясняется отчуждением части растительной массы с урожаем сельскохозяйственных культур, что приводит к разрыву круговорота веществ в природе и, как следствию этого, недостатку органического материала для жизнедеятельности почвенных организмов. С глубиной в пахотных темно-каштановых почвах содержание общего азота почти не изменяется. Это объясняется перемешиванием 0−30 см слоя почвы в процессе обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур.

Выкашивание целинной растительности приводит к уменьшению содержания общего азота в 0−10 см слое на 17% по сравнению с аналогичным слоем абсолютно целинных почв. Это объясняется отчуждением растительной массы с поверхности почвы, что приводит к уменьшению количества общего гумуса, а соответственно и азота. Также поверхность почвы лучше прогревается солнцем, что приводит к большему испарению влаги, а соответственно и более быстрому высушиванию верхнего слоя почвы. Все эти факторы влияют на деятельность микроорганизмов и на все процессы, происходящие в почвах, которые приводят к уменьшению содержания общего гумуса, а соответственно и азота.

Введение

залежного режима приводит к накоплению общего азота в 0−10 и 10−20 см слоях почвы по сравнению с пашней. На залежах в слое почвы 30−40 см наблюдается более низкое содержание азота по сравнению с другими вариантами вследствие того, что большая часть растительных остатков сконцентрирована на поверхности почвы и не поступает в нижние слои.

Изменения содержания общего азота прямо зависят от содержания органических веществ в почвах. Основным компонентом органической части почвы является гумус. Согласно учению А. Н. Соколовского, главной особенностью гумуса, с агрономических позиций, является не химический состав, а его коллоидность [7]. Поэтому весьма актуально изучение содержания азота в коллоидных формах гумуса.

Введение

целинных темно-каштановых почв в сельскохозяйственное использование приводит к уменьшению содержания азота в активной форме коллоидного гумуса. Так, распашка приводит к снижению содержания азота в активном гумусе 0−10 см слоя на 63% по сравнению с целинным аналогом. В пахотных почвах наблюдается равномерное изменение в содержании азота в активной форме коллоидного гумуса исследуемой толщи почвы, что объясняется перемешиванием 30 см слоя почвы в процессе вспашки. На глубине 30−40 см почв варианта пашни отмечается очень низкое содержание азота в активном гумусе.

Самое высокое содержания азота в активной форме коллоидного гумуса наблюдается в почвах под парковой и целинной растительностью. Выкашивание целинной растительности вызывает снижение содержания азота в активном гумусе на 37% в 0−10 см слое по сравнению с целиной.

Введение

залежного режима способствует накоплению азота в активной форме коллоидного гумуса по сравнению с пашней. Определение содержания азота в коллоидных формах гумуса темно-каштановых почв показало, что больше данного элемента содержится в пассивной форме гумуса.

Введение

почв в сельскохозяйственную культуру приводит к тому, что количество азота в активной форме коллоидного гумуса резко снижается и азот почвы практически полностью сосредотачивается в пассивной форме коллоидного гумуса.

Меньше всего азота в пассивной форме коллоидного гумуса темно-каштановых почв содержится в почвах вариантов залежи и пашни. Это связано с небольшим количеством органических остатков, которые поступают в почву и соответственно небольшим содержанием гумуса. Высокое содержание азота в пассивной форме коллоидного гумуса отмечается в варианте с парковой растительностью в слое почвы 0−20 см.

Больше всего азота как общего, так и в коллоидных формах гумуса содержится в 20 см слое почв, занятых парковой растительностью, что, по нашему мнению, связано с орошением парковой зоны, вследствие чего улучшаются условия для накопления гумусовых веществ и соответственно азота. Выкашивание целинной растительности вызывает снижение содержания азота в пассивной форме коллоидного гумуса только в слое 0−10 см на 6% по сравнению с целинными темно-каштановыми почвами.

В районах, где природные условия не ограничивают рост и развитие сельскохозяйственных культур, продуктивность земледелия определяется содержанием в почве тех форм азота, которые легко усваиваются растениями [1]. Кроме изучения динамики общего азота в почве под влиянием сельскохозяйственной культуры, большое значение, с точки зрения практики сельского хозяйства, имеет изучение подвижности азотистой части органического вещества почвы, так как с подвижностью ее связана доступность и обеспеченность растений азотом [6, 9].

Результаты исследований содержания легкогидролизированного азота в темно-каштановых почвах «Аскании-Нова» (рис. 2.) показывают, что наибольшее его количество содержится в 0−10 см слое почв вариантов парка и абсолютной целины.

Рис. 2. Содержание щелочно гидролизированного азота, мг/100 г почвы

В темно-каштановых почвах парка содержание подвижного азота составляет 21,7 мг/100 г почвы, что соответствует высокой степени обеспечения, а в целинных почвах степень обеспечения повышенная и составляет 17,78 мг/100 г почвы. С глубиной в исследуемых слоях почвы наблюдается снижение содержания легкогидролизированного азота. В почвах парка снижение происходит постепенно и в сравнении с аналогичными слоями других вариантов исследований содержание выше и до 30 см соответствует средней степени обеспечения. В целинных почвах разница между содержанием подвижного азота в 0−10 и 10−20-сантиметровых слоях составляет почти 50%, т. е. степень обеспечения азотом с повышенной изменяется на низкую и составляет 9,8 мг/100 г почвы.

На варианте косимой целины содержание подвижного азота на 28% ниже, чем в аналогичном слое абсолютно целинных почв. Степень обеспечения косимой целины в 20 см слое является средней, а содержание составляет в 0−10 см слое — 12,67 мг/100 г почвы, в 10−20 см — 9,38 мг/100 г почвы.

Распашка и дальнейшее земледелие на темно-каштановых почвах приводит к потере подвижного азота в верхнем 20-сантиметровом слое в сравнении с аналогичными слоями темно-каштановых почв абсолютно целинного варианта исследований. Почвы варианта пашни имеют низкий уровень обеспечения данным элементом почти по всей исследуемой глубине, лишь в 10−20-сантиметровом слое наблюдается незначительное повышение содержания легкогидролизированного азота, что соответствует нижней границе среднего обеспечения.

Введение

залежного режима на темно-каштановых почвах приводит к накоплению подвижного азота в сравнении с пахотными почвами на 10% в верхнем слое и уменьшению его количества в более глубоких исследуемых слоях. Это объясняется увеличением количества растительных остатков на поверхности почв залежи и снижением их количества в более глубоких слоях. Сравнивая послойно содержание легкогидролизированного азота почв залежи и других вариантов исследования, можно сделать вывод, что с 10 до 40 см почвы залежи имеют низкое содержание данного элемента в сравнении с аналогичными слоями других вариантов исследований.

Также из полученных результатов мы видим, что из глубины 20 см в почвах всех вариантов исследований, кроме парка, отмечается низкая степень обеспечения щелочно-гидролизированного азота.

Заключение

• 1. Результаты исследований показывают, что среди всех вариантов исследования больше всего общего и подвижного азота содержат абсолютно целинные и парковые темно-каштановые почвы Украины.
• 2. При введении темно-каштановых почв в сельскохозяйственное использование содержание как общего, так и щелочно-гидролизированного азота снижается в верхнем слое почвы и почти не изменяется в более глубоких исследуемых слоях сравнительно с аналогичными слоями целинного варианта.
• 3. В почвах пашни содержание общего и подвижного азота от поверхности и 30 см глубины почти не изменяется, что объясняется перемешиванием этого слоя при сельскохозяйственных работах.
• 4. Установлено, что общий азот темно-каштановых почв всех вариантов исследований в большей степени представлен азотом пассивной формы коллоидного гумуса.

• 1. Брей, С. М. Азотный обмен в растениях / С. М. Брей. — М.: Агропромиздат, 1986. — 200 с.
• 2. Кисель, В. Д. Агрохимическая характеристика черноземов и каштановых почв степи / В. Д. Кисель, Г. М. Кривоносова // Агрохимическая характеристика почв СССР. — М.: Наука, 1973. — С. 227−247
• 3. Муха, В. Д. Естественно-антропогенная эволюция почв (общие закономерности изональные особенности) / В. Д. Муха. — М.: КолосС, 2004. — 271 с.
• 4. Прянишников, Д. Н. Азот в жизни растений и в земледелии СССР / Д. Н. Прянишников. — М.: АН СССР, 1945. — 257 с.
• 5. Савіцька, Х. Засвоєння азоту в темно-сірому опідзоленому ґрунті за беззмінного вирощування сільськогосподарських культур / Х. Савіцька // Вісник Львівського національного аграрного університету: агрономія. -2011. — № 15(2). — С. 195−198.
• 6. Сайзону, Агемон Годенс Роже. Структура азотного фонда черноземов типичных мощных Лесостепи УССР и желтоземов типичных влажных субтропиков западной Грузии в природных и культурных экоситемах: — автореф. дис. …канд. с.-х. наук: 06.01.03 / Сайзону Агемон Годенс Роже. — Харьков, 1990. — 23 с.
• 7. Соколовский, А. Н. Избранные труды / А. Н. Соколовский. — Киев: Урожай, 1971. — 355 с.
• 8. Чесняк, О. А. Влияние сельськохозяйственных культур на содержание азота и его формы в черноземе моном левобережной Лесостепи УССР / О. А. Чесняк, Г. Я. Чесняк // Тр. Харьк. с.-х. ин-та. — Харьков, 1977. — Т. 230. — С. 50−56.
• 9. Чесняк, О. А. Изменения содержания общего азота и форм азотсодержащих соеденений в чорноземах мощных Лесостепи УССР под влиянием удобрений / О. А. Чесняк, Г. Я. Чесняк // Тр. Харьк. с.-х. ин-та. — Харьков, 1978. — Т. 255. — С. 38−51.