АГРОХИМИЯ, 2007, № 6, с. 74-88
= ДИСКУССИИ =
УДК 63:54:631.811.1:63141
ПРИРОДНАЯ ГАРМОНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА В ПОЧВАХ
© 2007 г. Э. С. Илларионова
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрального района Нечерноземной зоны 143026 Московская обл., Одинцовский р-н, пос. Немчиновка-1, ул. Агрохимиков, 6, Россия
Поступила в редакцию 22.06.2006 г.
Данные, приведенные в обзоре, свидетельствуют, что зависимости процессов минерализации, усвоения, мобилизации, активации, потерь азота или распределения его фракций в метровом слое почвы подчиняются принципу "золотой" или природной гармонии.
ВВЕДЕНИЕ
Закон "золотого" сечения, пропорции, соотношения, выраженный рядом чисел Фибоначчи (1, 2, 3, 5, 8...), известен давно. Понятие "золотая" пропорция является одним из основных в архитектуре. "Золотое" соотношение найдено для многих параметров в естественно-научных направлениях науки: астрономии, геологии, кристаллографии, физики, математики, химии, медицины, ботаники, биологии [1-8]. Поэтому закономерности, описывающие характер изменения природных величин и подчиняющиеся "золотому" соотношению, можно смело назвать природными естественными гармониями или соотношениями.
В почвоведении "золотое" соотношение определяет закономерность распространения гумуса по зонам и горизонтам различных типов почв [9]. Так, с юга на север мощность гумусового горизонта А в среднем характеризуется следующим рядом показателей: 5 см - пустынный светлозем, 8 см - серо-бурая почва, 13 см - бурая полупустынная почва, 21 см - светло-каштановая, 34 см
- темно-каштановая, 55 см - обыкновенный чернозем, 89 см - выщелоченные мощные черноземы. Значения соответствуют ряду чисел Фибоначчи (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 и т.д.), отношение соседних чисел которого стремится к числу "золотого" отношения, равного 1.618. После мощного чернозема к северу наблюдается "зеркальная" зависимость снижения средней мощности гумусового горизонта: 55 см - в опод-золенных черноземах, 34 см - в серых лесных почвах, 21 см - в дерново-подзолистых почвах, 13 см -в подзолистых, 8 см - в глеево-подзолистых и 5 см
- в тундровых почвах. Из рядом расположенных двух типов почв отношение гумусового горизонта большей мощности к меньшей также соответствует "золотой" пропорции - числу 1.618.
"Золотое" отношение выявляется и в вертикальном распределении гумуса по профилю почвенных слоев отдельного типа почвы. Отношение мощностей гумусового к подгумусовому го-
ризонтов повсеместно остается неизменным с коэффициентом 1.6 [9].
Упорядоченность чисел подтверждает фундаментальную закономерность почвообразования по горизонтальной почвенной поясности, установленную В.В. Докучаевым [9]. Затраты энергии на почвообразование как в горизонтальном ряду поясности, так и по глубине профиля также соответствуют ряду чисел Фибоначчи, как и отражательная способность почв: 3% - мощный чернозем, 5% - чернозем обыкновенный, 8% - темно-каштановая, 13% - светло-каштановая, 21% -бурая полупустынная, 34% - серо-бурая, 55% -светлозем (такырная пустынная) почва.
В агрохимических исследованиях коэффициент "золотого" соотношения определен для величин осаждения и распределения по типам почв 5 групп минеральных форм фосфатов, фракционируемых методом Чирикова [10]. На территории бывшего СССР для суммы I + II фракций почвенных фосфатов и для III фракции как по горизонтальному, так и по вертикальному распределению установлен "золотой" коэффициент 1.6. Изменения в распределении IV и V групп фосфатов подчиняются "вурфовому соотношению" с коэффициентом 1.3.
ВЫЯВЛЕНИЕ "ЗОЛОТОГО" СООТНОШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА В ПОЧВЕ
Из-за большой подвижности форм газообразного азота NHз, N0, ^О) и его миграции с водой в форме нитратов для выявления "золотого" соотношения содержания азота в почве необходимо принять не постоянный коэффициент 1.6, а диапазон 1.3-1.7. Значения коэффициента в интервале 1.3-1.5 найдены для различных показателей биоценозов [5, 6].
"Золотое" соотношение можно выразить и пропорцией 0.618:0.382 = 1:0.618 = 1.618, где сумма 0.618 + 0.382 = 1 [7]. Другое выражение "золо-
того" соотношения - 62% и 38% с коэффициентом 1.63 [4, 7].
Анализ содержания азота в почвах проводили по имеющимся публикациям разных лет по содержанию общего азота, его минеральных форм и органических фракций в определенной зоне, экосистеме или почвах пашни. Полученные результаты переводили для сравнения в кг ^га или %. Распределение всех форм азота по глубине рассматривали по опубликованным результатам исследований. В основном они характеризуют метровый или полуметровый корнеобитаемый слой
почв. Распределение минерального азота (^ N03
и N NH+) анализировали преимущественно по материалам диагностики дерново-подзолистых почв всей Нечерноземной зоны Европейской части России [11, 12], где представлены данные за 1971-1991 гг. Анализ почв на содержание минерального азота автор данных публикаций проводил до глубины 1 м или в слоях 0-30, 0-60, 0-90 см в свежеотобранных образцах почвы с естественной влажностью. Данные исследования [11, 12] ценны и тем, что их проводили длительно на одном типе почвы на неудобренных или мало удобренных участках синоптических станций наблюдения и в полевых опытах. В полевых опытах отбор почвенных проб на посевах озимых культур проводили дважды: осенью в период понижения температуры воздуха ниже 4°С и весной, в период начала отрастания. В эти периоды по микробиологическому состоянию почвы приходят к самоочищению и устойчивости [13]. Были показаны закономерности распределения минерального азота по профилю дерново-подзолистых почв и стабильные соотношения запасов минерального азота между слоями 0-30 и 0-60, а также 0-60 и 0-90 и представлены коэффициенты распределения [12].
ПОСТУПЛЕНИЕ АЗОТА В ПОЧВЫ
Из всего азота атмосферы (78% или 4.25 х 1015 т) в биохимическом круговороте биосферы Земли участвует 1804.2 х 1012 т [14]. На поверхности Земли находится 1913.2 х 109 т азота, в том числе 760 х 109 т или 39.7% - в органическом веществе почвы, 900 х 109 т или 47% - в нижних слоях океана, 12.6% - в минеральной форме в водах океана и в почве и только 0.7% - в биомассе растений и животных [14]. На азот почвы в органической форме приходится 39.7%, это меньшая часть от всего азота поверхности Земли, на остальные формы азота - 60.3%, это соотношение 60.3%:39.7% с коэффициентом 1.52, который находится в интервале "золотой"пропорции.
Запасы азота на территории СССР по условиям накопления на 1981 г. исчислялись в количестве 31422 х 106 т [15]. Из этого количества в мет-
ровом слое почв находилось18839 х 106 т, что можно выразить соотношением с коэффициентом 1.67. В грунтах до 20-метровой глубины определяли 12418 х 106 т азота, что равно 39.5% от суммарного содержания азота во всех почвах, в верхнем метровом слое его содержалось 60% (соотношение 60%:39.5% с коэффициентом 1.52).
Малая часть (0.4%) азота накапливается на поверхности суши в растительной и животной массе; в водах рек, озер и болот содержится всего 0.1% азота [15]. В почвах поверхностного слоя до 90% азота находится в органической форме. Минеральных форм, доступных растениям, содержится всего 1-3% от общего фонда поступления азота [15, 16].
Исходных путей поступления атмосферного азота в почвы два. Первый путь - за счет атмосферных осадков. По метеонаблюдениям 2003 г. такое поступление на территории России составило 0.1-7.4 г/м2 [17]. В пересчете на га это составило 1-74 кг, в среднем 37 кг/га. Во всех зонах России содержание аммиачного азота в осадках выше содержания нитратного азота: на севере Европейской части в лесной зоне - в 2 раза, к югу уменьшается до 1.3 раза, в горах на юге достигает 3.4 раза. По всей азиатской части России превышение поступления аммонийного азота над нитратным составляет 1.5 раза. Следовательно, на основной территории России аммиачный и нитратный азот поступают с осадками в "золотом" соотношении с коэффициентом 1.3-1.5. Такое преобладающее поступление аммиачного азота с осадками и приводит к его поступлению в грунты и фиксации NH+ в глинистых минералах, что в среднем составляет 46 г/т грунта [18] и составляет около 9% от всего фонда азота [16]. Включаясь в структурные решетки глинистых минералов, является неподвижным запасом азота, частично, обмениваясь на катионы, выходит в почвенный раствор.
Нитратная форма азота является наиболее подвижной и доступной растениям. Аммиачную форму микрофлора почв быстро переводит в нитратную [15, 16, 18, 19].
Весь азот, поступивший с осадками, представляет величину, сравнимую по масштабам с количеством произведенных в стране азотных удобрений. Так, в 1980 г. они были оценены в 14 млн. т для территории СССР [16]. В это же время в стране было произведено 10.2 млн. т азотных удобрений, а вынос азота урожаями всех сельскохозяйственных культур составил 11.8 млн. т. Надо заметить, что в этот период для расчетов было принято считать величину азота осадков 3-16 кг/га, выпадающих за год [16], что значительно ниже 37 кг ^га, учтенного в осадках 2003 г. [17]. Поэтому мы считаем, что необходимо учитывать такое естественное поступление азота в почвы в практике применения азотных удобрений в земледелии.
Таблица 1. Запасы азота в биомассе грибов и бактерий в дерново-подзолистой почве [25]
Экосистема Группы микробов В А! + АпаХ. Биомасса, мг/г сухой почвы N в биомассе, мкг/г сухой почвы N биомассы, % от общего N почвы
Луг(ельник) Грибы 2.2-6.5 35-110 4.5-13.0
Бактерии 0.07-0.4 3-16 0.4-1.8
Луг (разнотравье) Грибы 0.4-2.5 8-66 1.0-5.0
Бактерии 0.1-0.6 5-24 0.5-2.0
Поле в севообороте Грибы 0.4-1.5 12-40 1.0-2.2
Бактерии 0.1-0.7 5-28 0.5-2.0
Второй путь поступления азота в почвы - процесс фиксации атмосферного азота микроорганизмами экосистем. В 1950-е годы XX в. объем фиксации азота был установлен в размере 3-5 кг N/га, и азотфиксирующая активность была найдена у бактерий Azotobacter, Clostridium, Rhizobium [20]. В 1970-е годы способность фиксировать азот атмосферы была обнаружена у широкого круга бактерий и найден размер азотфиксации 10-40 кг N/га в год [21]. Это количество легло в осно
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.