АГРОХИМИЯ, 2007, № 2, с. 43-48
УДК 631.417.1:631445.41:631.8
ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ЧЕРНОЗЕМА КАРБОНАТНОГО ПРИ ВНЕСЕНИИ УДОБРЕНИЙ
© 2007 г. Н. И. Фрунзе
Институт микробиологии АН Молдовы 2028 Кишинев, ул. Академическая, 1, Молдова Поступила в редакцию 14.07.2006 г.
Пахотные черноземы Молдовы продуцируют 3.32-19.6 мг СО2/1ОО г почвы/ч. Это характеризует их как почвы с высокой биологической активностью. Однако интенсивность выделения диоксида углерода превышает таковую в естественных ценозах на 2-10%, что показывает величину отклонения от замкнутости круговорота диоксида углерода в ответ на антропогенное воздействие. Только длительное внесение органических удобрений дает возможность приближения таких почв по способности образовывать диоксид углерода к естественным биогеоценозам.
ВВЕДЕНИЕ
Диоксид углерода служит одной из главных составных частей почвенной атмосферы и, являясь наиболее мобильной, всепроникающей и реакционной субстанцией биосферы, играет важную роль в почвенных процессах [1-6]. Основная масса СО2 поступает в почвенный воздух в результате гетеротрофного метаболизма органического вещества [7]. Наиболее активным и универсальным гетеротрофным агентом биогеоценоза являются почвенные микроорганизмы, поэтому 2/3 всего СО2 почвенного воздуха образуется в результате их деятельности. Наметившаяся тенденция снижения плодородия почв побудила многих исследователей обратить внимание на этот показатель, в результате чего установлено, что газовая фаза почв с низкой биогенностью содержит меньше СО2, чем газовая фаза высокобиогенных [1, 2, 8]. Любая обработка почв повышает интенсивность газообмена между почвой и атмосферой, что предполагает определенную неустойчивость пахотных почв [9, 10]. Почвенные системы, которые обеспечивают меньший вклад в атмосферный СО2, имеют меньшие потери лабильного углерода, а это означает, что в почве накапливается больше органического вещества [11-17].
Цель настоящей работы - сравнительная оценка интенсивности выделения диоксида углерода пахотными черноземами Молдовы при применении минеральных и органических удобрений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследуемая почва - чернозем карбонатный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Мощность гумусового горизонта 90-100 см. Содержание гумуса в пахотном слое 2.40-3.14%, на глубине 90-100 см - до 1.5%. Реакция почвенной
среды слабощелочная, сумма поглощенных оснований (Са, Мg) в пахотном слое 38.3 мг-экв/100 г почвы. Размер делянок 650-1300 м2. Исследования проводили в 1997-1999 гг. в 19 вариантах трех опытов.
Опыт 1 проведен на базе экспериментального стационара полевых культур научно-дидактического хозяйства "Кетросы" Аграрного университета в многолетнем стационарном опыте (с 1950 г.), где изучали интенсивность выделения СО2 под бессменными культурами: 1 - пар; 2 - подсолнечник; 3 - озимая пшеница; 4 - кукуруза в удобренных и неудобренных вариантах, а также в почве; 5 - залежи (перелог). Опыт 2 проведен там же, в 8-польном севообороте в V ротации со следующим чередованием пропашных и зерновых культур: вика-овес или кукуруза + соя на зеленый корм, озимая пшеница, кукуруза на зерно, горох, озимая пшеница, подсолнечник. Исследования вели в вариантах: 1 - абсолютный контроль (без удобрений), 2 - Ш8Р45К45, 3 - №35Р90К90, 4 -Ш80Р120К90, 5 - навоз 20 т/га, 6 - навоз 40 т/га, 7 - навоз 20 т/га + ^8Р45К45. Опыт 3: монолиты чернозема карбонатного с экспериментальных участков опыта 2 весной 1997 г. были перенесены в вегетационные сосуды, увлажнены и их влажность поддерживали на уровне 60% ПВ. Спустя 1 мес., когда процесс выделения диоксида углерода стабилизировался, ежемесячно проводили измерение СО2 в течение 3-х мес. В полевых опытах образцы отбирали 3 раза за вегетационный период и исследовали в тот же день. Устойчивость почвенных микробных сообществ оценивали по величине объема выделяемого диоксида углерода [8].
Таблица 1. Уровень выделения С02 почвенными микробными сообществами при внесении удобрений, мг С02/100 г почвы/ч
1997 г. 1998 г. 1999 г.
Вариант С02 % к контролю С02 % к контролю С02 % к контролю
Бессменные культуры
Пар 4.42 ± 0.10 100 3.32 ± 0.07 100 4.93 ± 0.13 100
Пар + минеральные удобрения 9.20 ± 0.27 208 5.44 ± 0.14 164 5.61 ± 0.16 114
Подсолнечник без удобрения 11.16 ± 0.35 100 11.12 ± 0.30 100 8.12 ± 0.24 100
Подсолнечник + минеральные удобрения 12.28 ± 0.44 110 15.90 ± 0.48 143 19.64 ± 0.63 242
0зимая пшеница без удобрения 9.96 ± 0.26 100 8.89 ± 0.18 100 7.52 ± 0.19 100
0зимая пшеница + минеральные удобрения 12.48 ± 0.35 125 10.60 ± 0.25 119 12.27 ± 0.34 163
Кукуруза без удобрения 7.75 ± 0.17 100 6.95 ± 0.20 100 7.02 ± 0.20 100
Кукуруза + минеральные удобрения 14.44 ± 0.42 186 13.97 ± 0.45 201 14.48 ± 0.43 206
Залежь 14.49 ± 0.29 12.23 ± 0.27 13.39 ± 0.26
Севооборот
Кукуруза + соя 0зимая пшеница Кукуруза на зерно
Без удобрения (абсолютный контроль) 2.21 ± 0.04 100 3.80 ± 0.08 100 3.30 ± 0.06 100
№8Р45К45 3.34 ± 0.08 151 7.11 ± 0.18 187 5.53 ± 0.11 168
Ш35Р90К90 4.41 ± 0.09 199 7.73 ± 0.15 203 5.58 ± 0.12 169
Ш80Р120К90 2.77 ± 0.05 125 7.72 ± 0.12 203 4.43 ± 0.09 134
Навоз 20 т 3.31 ± 0.06 150 6.69 ± 0.13 176 4.40 ± 0.07 133
Навоз 40 т 3.33 ± 0.06 151 6.99 ± 0.13 184 4.44 ± 0.08 135
Навоз 20 т + №8Р45К45 3.00 ± 0.05 136 6.65 ± 0.09 175 4.45 ± 0.08 135
Вегетационный опыт
через 1 мес. через 2 мес. через 3 мес.
Без удобрения(контроль) 4.45 ± 0.12 100 5.61 ± 0.13 100 3.75 ± 0.09 100
Ш35Р90К90 6.10 ± 0.13 137 6.51 ± 0.16 116 7.67 ± 0.19 205
Навоз 40 т 6.37 ± 0.16 143 6.23 ± 0.17 111 6.10 ± 0.14 163
Навоз 20 т + №8Р45К45 6.51 ± 0.19 146 5.89 ± 0.16 105 5.82 ± 0.14 155
Залежь 5.18 ± 0.12 116 6.37 ± 0.15 114 6.19 ± 0.15 165
Примечание. В таблице приведены средние ± ошибка среднего. То же в табл. 2.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В почве бессменных посевов выделение С02 составляло 3.32-11.16 мг С02/100 г почвы/ч и значительно уступало почве залежи, где в зависимости от года из почвы выделялось 12.23-14.49 мг С02/100 г почвы/ч (табл. 1). В целом по количеству выделяемого С02 варианты можно сгруппировать в следующей последовательности: самые низкие количества С02 регистрировали в почве пара (3.32-4.93), затем кукурузы (6.95-7.75), озимой пшеницы (7.52-9.96) и подсолнечника (8.1211.16 мг С02/100 г почвы/ч). Удобрение бессменных посевов стимулировало образование диоксида углерода и в парующей почве. Продуцирование С02 варьировало в зависимости от года от 14 до 108%, в почве под кукурузой - от 86 до 106%, ози-
мой пшеницей - от 19 до 63% и в почве под подсолнечником - от 10 до 142%.
При выращивании культур в севообороте почвенные микроорганизмы продуцировали еще меньше диоксида углерода, явно уступая не только почве залежи, но и бессменным посевам. Уровень выделяемого С02 в этом случае в большей мере зависел от количества и вида внесенных удобрений. При внесении невысоких доз минеральных удобрений ^68Р45К45) выделение С02 возросло на 51% в почве под кукурузой 1997 г., на 87% - в почве под озимой пшеницей и на 68% - в почве под кукурузой 1999 г. и в слое 0-20 см составило соответственно 3.34; 7.11 и 5.53 мг С02/100 г почвы/ч.
Таблица 2. Интенсивность продуцирования диоксида углерода почвенными микробными сообществами при внесении удобрений (в среднем за 3 г.)
Вариант Гумус, % Баланс гумуса, % СО2
мг/100 г почвы/час мг/г С
Бесменные культуры
Пар 2.40 -0.40 4.22 ± 0.10 1.76 ± 0.04
Пар + минеральные удобрения 2.43 -0.37 6.75 ± 0.19 2.78 ± 0.08
Подсолнечник без удобрения 2.50 -0.30 10.13 ± 0.30 4.05 ± 0.12
Подсолнечник + минеральные удобрения 2.51 -0.29 15.94 ± 0.52 6.35 ± 0.20
Озимая пшеница без удобрения 2.50 -0.30 8.79 ± 0.21 3.52 ± 0.08
Озимая пшеница + минеральные удобрения 2.53 -0.37 11.78 ± 0.31 4.66 ± 0.12
Кукуруза без удобрения 2.60 -0.20 7.24 ± 0.19 2.78 ± 0.07
Кукуруза + минеральные удобрения 2.62 -0.18 14.30 ± 0.43 5.46 ± 0.17
Залежь 3.11 +0.31 13.37 ± 0.27 4.30 ± 0.09
Севооборот
Без удобрения(контроль) 2.75 -0.05 3.10 ± 0.06 1.13 ± 0.02
№8Р45К45 2.79 -0.01 5.33 ± 0.12 1.91 ± 0.04
Ш35Р90К90 2.89 +0.09 5.91 ± 0.12 2.04 ± 0.04
Навоз 20 т 2.85 +0.05 4.80 ± 0.09 1.68 ± 0.03
Навоз 40 т 3.14 +0.34 4.92 ± 0.09 1.57 ± 0.03
Навоз 20 т + №8Р45К45 2.92 +0.12 4.70 ± 0.07 1.61 ± 0.03
Вегетационный опыт
Без удобрения(контроль) 2.75 -0.05 4.6 ± 0.11 1.67 ± 0.04
Ш35Р90К90 2.89 +0.09 6.76 ± 0.16 2.33 ± 0.06
Навоз 40 т 3.14 +0.34 6.23 ± 0.16 1.98 ± 0.05
Навоз 20 т + №8Р45К45 2.92 +0.12 6.07 ± 0.16 2.08 ± 0.06
Залежь 3.11 +0.31 5.91 ± 0.14 1.90 ± 0.04
Увеличение дозы минеральных удобрений способствовало возрастанию количества выделяемого СО2 в почве под кукурузой 1997 г. на 99%, под озимой пшеницей - на 103% и под кукурузой 1999 г. - на 69% и составило соответственно 4.41; 7.73 и 5.58 мг СО2/100 г почвы/ч. Такая доза минеральных удобрений (М35Р90К90), по нашим данным, обеспечила образование высококачественного планируемого урожая и максимальное образование почвенными микроорганизмами диоксида углерода. Эту дозу считали оптимальной, поскольку дальнейшее увеличение внесения удобрений не привело к возрастанию образования СО2, а его выделение даже могло уменьшиться. На фоне средних доз (Ш35Р90К90) внесение повышенных количеств удобрений (Ш80Р120К90) способствовало увеличению образования СО2 только на 25% под кукурузой 1997 г., на 103% под пшеницей и на 34% под кукурузой 1999 г., что было меньше на 74 и 35% соответственно в сравнении с предыдущим вариантом. Органические удобрения (навоз крупного рогатого скота), вносимые длительное время под культуры севообо-
рота, создали более благоприятные условия для развития почвенной микрофлоры, поэтому и их влияние на образование СО2 было более выражено, чем влияние минеральных удобрений. Выделение СО2 на фоне средних доз минеральных удобрений и внесения 20 т навоза/га составило в почве под кукурузой 1997 г. - 3.31, в почве под озимой пшеницей - 6.69 и в почве под кукурузой 1999 г. -4.40 мг СО2/100 г почвы/ч. В сравнении с неудобренной почвой уровень выделения СО2 увеличился на 50, 76 и 33% соотве
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.