АГРОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 14-18
УДК 631.46:631.445.24:631.461.1/5
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ НА ЕЕ АММОНИФИЦИРУЮЩУЮ И НИТРИФИЦИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТИ
© 2015 г. С.И. Новоселов1, А.А. Завалин2, Т.Х. Гордеева3, Е.С. Новоселова1
1Марийский государственный университет 424002 Йошкар-Ола, ул. Красноармейская, 71, Россия E-mail: serg.novoselov2011@yandex.ru 2Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова 127550 Москва, ул. Прянишникова, 31a, Россия 3Поволжский государственный технологический университет 424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, Россия
Поступила в редакцию 29.12.2014 г.
Показано, что наилучшими условиями для нитрифицирующей и аммонифицирующей способностей дерново-подзолистой почвы являлись температура почвы 15°С, влажность почвы 20-25%, плотность почвы 1.1 г/см3.
Ключевые слова: физические свойства почвы, дерново-подзолистая почва, аммонифицирующая и нитрифицирующая способности.
ВВЕДЕНИЕ
Агротехнические приемы, применяемые при возделывании сельскохозяйственных культур, оказывают существенное влияние на физические и агрохимические свойства почвы, ее микробиологическую активность [1]. С деятельностью почвенной микрофлоры связаны процессы синтеза и разложения гумуса, мобилизации в почве труднодоступных для растений питательных веществ, трансформации удобрений, внесенных в почву [2]. Важными характеристиками почвы, которые определяют азотный режим и условия азотного питания растений, являются ее аммонифицирующая и нитрифицирующая способности. Установлено, что внесение умеренных доз минеральных и органических удобрений активизирует данные процессы [3]. Высокие дозы минеральных удобрений и пестицидов снижают их активность [4, 5]. Важную роль в этих процессах играет реакция среды. Исследованиями установлено, что при известковании активизируется деятельность нитрифи-каторов, усиливаются процессы минерализации органических соединений, в результате чего улучшается азотное питание растений [6]. Существенное влияние на активность нитрифицирующих и аммонифицирующих бактерий оказывает плотность почвы, которая определяет условия воздушного режима. Исследованиями ряда авторов [3, 7] установлено, что увеличение уровня техногенной нагрузки приводит к снижению их активности.
Цель работы - выявление оптимальных для аммонифицирующих и нитрифицирующих процессов показателей физических свойств дерново-подзолистой почвы. Представлены результаты исследования по выявлению влияния температуры, влажности и плотности на нитрифицирующую и аммонифицирующую способности дерново-подзолистой почвы востока Нечерноземной зоны.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на кафедре агрохимии и земледелия Марийского государственного университета. В модельном опыте изучали раздельно влияние температуры, влажности и плотности на нитрифицирующую и аммонифицирующую способности почвы.
Изученные факторы: температура почвы —10, -5, 0, 15, 25, 35, 45°С; влажность почвы - 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30% от абсолютно сухой почвы; плотность почвы - 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 2.0 г/см3.
Использовали дерново-подзолистую средне-суглинистую малогумусную почву. При закладке опыта почва имела следующие агрохимические показатели: рНкс1 6.7, содержание гумуса - 1.98%, подвижного фосфора и калия - соответственно 325 и 213 мг/кг. Содержание минеральных форм азота составляло: нитратного - 42.5, аммонийного - 12.7, минерального - 55.2 мг/кг. Полевая влагоемкость почвы (ПВ) составляла 33.3%.
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ.
15
Нитратный азот определяли потенциометриче-ским методом с использованием ионо-селективно-го электрода, аммонийный - колориметрическим методом с реактивом Несслера. Нитрифицирующую и аммонифицирующую способности почвы определяли после двухнедельного компостирования [8, 9]. Для моделирования почвенных условий почву уплотняли ручным прессом до расчетных величин. Необходимую влажность создавали высушиванием или увлажнением почвы до расчетных величин. Влияние температуры изучали путем помещения образцов в холодильные шкафы и термостаты, установленные на заданную температуру.
Учет численности микроорганизмов проводили путем посева различных разведений на агаризо-ванные питательные среды: аммонифицирующие бактерии учитывали на мясопептонном агаре, нитрифицирующие бактерии - на агаризованной среде Скермана [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение влияния температуры на нитрифицирующую и аммонифицирующую способность почвы показало, что при отрицательных температурах (от -10 до -5°С) содержание нитратного азота было невысоким и не превышало 43.9 мг/кг, что объясняется пассивностью нитрифицирующих микроорганизмов. При этих условиях содержание аммонийного азота составляло 16.0-16.1 мг/кг (таблица). С повышением температуры почвы до 15-35°С возрастало содержание нитратного азота, а аммонийного - снижалось. Максимальное содержание нитратного и минерального азота отмечено при температуре почвы 15°С и составляло соответственно 74.4 и 81.3 мг/кг. При данной температуре была наибольшей и нитрифицирующая способность почвы - 31.9 мг/кг. При температуре 45°С с уменьшением численности микроорганизмов произошло резкое увеличение содержания аммонийного азота в почве. Очевидно, при данной температуре микроорганизмы погибали, что приводило к высвобождению азота в аммонийной форме.
Зависимость содержания минерального азота в почве от температуры носила криволинейный характер и описана уравнением регрессии:
Кмин (мг/кг) = 64.6 + 0.55*1 - 0.004*? (г = 0.87),
(1)
где х1 - температура почвы, °С.
Проведение корреляционно-регрессионного анализа показало, что связь численности изученных групп микроорганизмов с температурой почвы была сильной, а зависимость описывалась уравнением 2-й степени (рис. 1). Максимальная численность аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий зафиксирована при температуре 25°С.
Исследование показало, что процесс нитрификации начинался уже при влажности почвы 5% (15% ПВ). При дальнейшем увеличении влажности почвы содержание К-К03 возрастало, достигая максимума при влажности 20-25% (60-75% ПВ) (таблица). При этом содержание аммонийного азота снижалось. Дальнейшее увеличение влажности почвы до 30% (91% ПВ) приводило к торможению процесса нитрификации, что отразилось на снижении содержания нитратного и увеличении содержания аммонийного азота в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве.
Зависимость содержания минерального азота от влажности почвы описана уравнением регрессии 2-го порядка: Кмин (мг/кг) = 50.90 + 2.78*2 - 0.08*22 (г = 0.77),
(2)
где х2 - влажность почвы, %.
Влияние влажности почвы на микрофлору было неоднозначным (таблица, рис. 2). Отсутствие влаги в почве тормозило развитие микроорганизмов. Низкий уровень влажности почвы - 5, 10% (1530% ПВ) - создавал неблагоприятные условия для развития бактериальной микрофлоры. С увеличением влажности численность бактерий возрастала. Наиболее благоприятные условия для аммонифицирующих бактерий складывались при влажности почвы 20% (60% ПВ), для нитрифицирующих бактерий - 25% (75% ПВ). Дальнейшее увеличение влажности почвы снижало количество бактерий, что было обусловлено вытеснением воздуха почвы и подавлением аэробных микробиологических процессов. Зависимости между численностью микроорганизмов и влажностью носили криволинейный характер и описывались уравнением 2-й степени.
Увеличение плотности почвы негативно отражалось на содержании нитратного азота и ее нитрифицирующей способности (таблица). С увеличением плотности почвы с 1.1 до 2.0 г/см3 содержание нитратного азота в почве снижалось, что связано с уменьшением в ней количества воздуха, приводящим к ухудшению условий для развития нитрификаторов. Максимальное содержание нитратного азота (63.5 мг/кг) отмечено при плотности 1.1 г/см3, наименьшее (32.1 мг/кг) - при плотности 2.0 г/см3. Нитрифицирующая способность почвы снижалась аналогичным образом. Уплотнение почвы приводило к увеличению содержания аммонийного азота: при плотности 1.1 г/см3 его содержание составляло 7.1 мг/кг, при плотности 2.0 г/см3 - 13.8 мг/кг.
Зависимость содержания минерального азота в почве от ее плотности была прямолинейной и описана уравнением регрессии 1-го порядка:
Кмин (мг/кг) = 92.27 - 22.94*3 (г = 0.93), (3) где *3 - плотность почвы, г/см3.
16
НОВОСЕЛОВ и др.
Влияние температуры, влажности и плотности почвы на содержание в ней минерального азота, нитрифицирующую и аммонифицирующую способность дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы
Фактор Содержание после компостирования через 14 сут, мг/кг абсолютно сухой почвы Нитрифицирующая способность Аммонифицирующая способность Микроорганизмы
1, °С N-N0., N мин аммонифицирующие, млн. кл./г абсолютно сухой почвы нитрифицирующие, тыс. кл./г абсолютно сухой почвы
-10 43.3 16.0 59.3 0.7 3.3 20.0 22.3
-5 43.9 16.1 60.0 1.4 3.4 5.0 19.3
0 46.9 16.0 62.9 4.4 3.3 0.8 0.3
15 74.4 6.9 81.3 31.9 -5.8 4.2 11.7
25 65.0 6.8 71.8 22.5 -6.0 8.9 18.0
35 65.8 7.4 73.2 23.3 -5.3 5.9 13.3
45 44.3 41.5 85.8 1.8 28.8 3.2 5.0
Влажность почвы, %
0 41.9 15.2 57.1 -0.6 2.5 0.1 4.3
5 45.1 12.6 57.7 2.6 -0.1 2.8 6.7
10 49.5 13.3 62.8 7.0 0.6 3.3 7.6
15 69.0 7.5 76.5 26.5 -5.2 6.1 9.0
20 74.0 4.7 78.7 31.5 -7.9 12.7 15.7
25 77.5 4.8 82.3 35.0 -7.9 10.4 16.7
30 50.3 6.1 56.4 7.8 -6.6 9.8 9.4
Плотность почвы, г/м3
1.1 63.5 7.1 70.6 21.0 -5.6 8.5 18.0
1.2 50.8 12.4 63.2 8.4 -0.3 8.2 17.0
1.3 44.9 13.4 58.3 2.4 0.7 7.2 10.3
1.4 45.3 13.4 58.7 2.8 0.7 5.0 9.7
1.5 46.2 13.4 59.6 3.7 0.7 3.5 9.7
1.6 44.5 13.4 57.9 2.0 0.7 3.2 7.0
2.0 32.1 13.8 45.9 -10.4 1.1 2.0 2.3
(а)
Однофакторная регрессия У = 0.3689 + 0.523- 0.01015*Х 3.
(б)
Однофакторная регрессия У = -0.2063 + 1.32*Х - 0.02669*Х 3,
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 32.0 36.0 40.0 44.0 2.0 6.0 10.0 14.0 18.0 22.0 26.0 30.0 34.0 38.0 42.0 46.0
).0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 32.0 36.0 40.0 44.0 2.0 6.0 10.0 14.0 18.0 22.0 26.0 30.0 34.0 38.0 42.0 46.
Температура, °С
Температура, °С
Рис. 1. Зависимость численности аммонифицирующих (а) и нитрифицирующих (б) бактер
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.