АГРОХИМИЯ И МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ
УДК 630.116:630.81
ВЛИЯНИЕ ПОЖНИВНЫХ ОСТАТКОВ С РАЗЛИЧНЫМ ОТНОШЕНИЕМ C/N НА ЭМИССИЮ ЗАКИСИ АЗОТА ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ
СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ
© 2011 г. Е. Я. Рижия, Л. В. Бойцова, Н. П. Бучкина, Г. Г. Панова
Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН, 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14
e-mail: alenarizh@yahoo.com Поступила в редакцию 15.09.2010 г.
В 50-дневном лабораторном эксперименте исследовали влияние пожнивных остатков с разным отношением C/N на эмиссию закиси азота (N2O) из дерново-подзолистой супесчаной почвы разной степени окультуренности. Заделка пожнивных остатков в почву привела к увеличению эмиссии N2O из почвы по сравнению с контролем, при этом эмиссия N2O была достоверно (Р < 0.05) ниже из почвы со слабой степенью окультуренности, чем из почвы с высокой степенью окультуренности. По влиянию на кумулятивный поток N2O пожнивные остатки расположились в следующий убывающий ряд: капуста белокочанная > клевер красный > многолетние злаковые травы > солома яровой пшеницы. Компостирование пожнивных остатков c широким отношением C/N в течение 50 дней не привело к превышению критического значения эмиссионного фактора (1.25%), тогда как при компостировании остатков с узким отношением C/N критическое значение эмиссионного фактора было превышено в 1.3—2 раза.
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение концентрации углекислого газа, метана и закиси азота (Ы20) в атмосфере нашей планеты приводит, по мнению ряда ученых, к увеличению количества тепла, удерживаемого этими газами, и созданию парникового эффекта [3, 24].
Сельскохозяйственные земли являются крупным резервуаром для поступления и выноса соединений азота. На долю почв, находящихся в сельскохозяйственном использовании, приходится 40—60% от суммарного количества Ы20, попадающего в атмосферу планеты из разнообразных источников [8]. Размеры эмиссии Ы20 зависят от содержания в почвах доступного азота и углерода, активности микроорганизмов, участвующих в нитрификации и денитрификации, объемов азота, поступающего в почвы с удобрениями и растительными остатками, а также от комплексного влияния почвенных и климатических условий на трансформацию азота и формирование Ы20 [4, 21, 25].
После уборки сельскохозяйственных культур на полях остается значительное количество пожнивных остатков. В России, как и во всем мире, достаточно широко распространено их запахивание в почву. Этот агротехнический прием оказывает существенное влияние на свойства почвы и является важным способом регулирования плодородия [16]. Пожнивные остатки — основной источник органического углерода в почве, они уси-
ливают процессы азотфиксации и биологического закрепления азота [2, 6].
При запахивании в почву пожнивных остатков следует учитывать их количество, химический состав и скорость разложения. Как известно, если отношение С/Ы в пожнивных остатках ниже, чем у микроорганизмов, осуществляющих их гидролиз, то в почве наблюдается накопление минеральных форм азота, а в противоположном случае происходит иммобилизация минерального азота [15]. Для питания почвенных микроорганизмов оптимальным соотношением С/Ы в пожнивных остатках является 25 : 1 [1]. В злаковых остатках этот показатель достигает 70 : 1. После запахивания пожнивных остатков с широким отношением С/Ы в почву поступает избыточное количество доступного углерода и сравнительно небольшое количество доступного азота [2]. При таких условиях поступивший доступный углерод не используется микроорганизмами полностью для формирования биомассы, минерализуется ими до СО2, тогда как минеральный азот иммобилизуется микроорганизмами [22].
Резкое уменьшение норм внесения минеральных удобрений в почвы в постсоветское время способствовало усилению потребности в альтернативных источниках элементов питания для растений в почве и, как результат, более широкому применению растительных остатков в качестве удобрений. Согласно закону РФ "Об охране окружающей среды" [18] и, исходя из IV национального сообщения РФ об изменении климата [19], в
1251
7*
Таблица 1. Сравнительная характеристика дерново-подзолистой супесчаной почвы со слабой и высокой степенью окультуренности по агрохимическим, физическим и микробиологическим показателям
Степень
Показатели окультуренности
слабая высокая
Агрохимические
рН солевой 5.2 5.4
С общ, г/кг 18.5 ± 0.6 23.5 ± 0.9
Слф орг, г/кг 5.0 ± 0.4 7.0 ± 0.3
Доступный азот
(N-N0- + N-N0+), мг/кг 10.5 ± 0.4 47.7 ± 2.6
Физические
Влажность почвы, % от массы 21 22
Плотность сложения, г/см3 1.0-1.2 0.9-1.1
Температура почвы* в августе—сентябре, °С 12-15 14-17
Микробиологические N х 10 6/г сухой почвы) 4.5 7.0
Протолитические бактерии
Амилолитические бактерии и ак- 3.1 3.0
тиномицеты
Олигонитрофильные бактерии 4.6 6.4
Спорообразующие бактерии 0.4 0.6
Денитрифицирующие бактерии 1.6 2.8
Нитрифицирующие бактерии 0.03 0.05
Актиномицеты 2.0 3.4
Целюлозоразлагающие бактерии 0.0006 0.0014
Мицелиальные грибы 0.015 0.021
Дрожжи 0.0062 0.0078
* По данным Меньковской метеостанции.
настоящее время должно уделяться приоритетное внимание мониторингу динамики разложения пожнивных растительных остатков. По расчетным данным Гитарского с соавт. и Романовской [5, 15], вклад пожнивных остатков сельскохозяйственных культур в общий поток N20 из сельскохозяйственных почв может в 4—5 раз превышать вклад минеральных удобрений.
Оценка вкладов разных источников в прямую эмиссию ^О из почвы осуществляется с помощью расчета эмиссионного фактора — доли (%) азота, выделившегося из почвы в виде ^О, от количества азота, внесенного в почву. Предложено [24] использовать фиксированный эмиссионный фактор, который составляет 1.25% вне зависимости от общего количества азота, внесенного в почву с минеральными, зелеными или органическими удобрениями. Превышение этого коэффи-
циента влечет правовые последствия, предусмотренные правилами Киотского протокола и Рамочной конвенции ООН [24].
Рациональное применение пожнивных остатков предусматривает их поверхностное компостирование, заключающееся в измельчении, равномерном разбрасывании и заделывании в верхние 8—10 см почвы на срок 4—6 недель до проведения основной обработкой почв [17]. Чтобы установить как компостирование пожнивных остатков влияет на свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы и определить какие пожнивные остатки не вызывают при их заделке высоких эмиссий N2O был поставлен лабораторный эксперимент.
Цель исследования заключалась в анализе влияния пожнивных остатков, различающихся по отношению C/N, на эмиссию N2O из почвы с разной степенью окультуренности. Задачи исследования состояли, во-первых, в оценке изменений основных свойств почв во время поверхностного компостирования растительных остатков и, во-вторых, в определении прямой эмиссии N2O из почвы при постоянной температуре воздуха, плотности сложения и влажности почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объект исследования — дерново-подзолистая супесчаная почва, как наиболее распространенная в земледелии Ленинградской обл. На долю таких почв приходится 25% общего почвенного покрова региона [7], а одним из способов повышения их продуктивности является внесение растительных остатков [12].
Почву для лабораторного эксперимента отобрали в октябре 2007 г из пахотного горизонта (0—24 см) на агрофизическом стационаре Меньковского филиала (Гатчинский р-н Ленинградской обл.) ГНУ Агрофизический НИИ Россельхозакадемии. Исследовали дерново-подзолистую супесчаную почву, которая характеризовалась по совокупности количественных и качественных почвенных признаков, влияющих на рост и развитие сельскохозяйственных культур, слабой и высокой степенью окультуренности [13] (табл. 1). Изучали пожнивные остатки культур с широким отношением C/N (>25) — многолетние злаковые травы (Phleum protense L., Dactylis glomerata L.), солому яровой пшеницы (Triticum vulgaresp. L.), и с узким отношением C/N (<25) — клевер красный (Trifolium protense L.) и капусту белокочанную (Brassica oleracea var. oleracea L.). Исследуемые культуры входили в состав севооборотов, применяемых в эксперименте. Пожнивные остатки отобрали в конце вегетационного сезона, измельчили до размера 2—3 см и готовили к лабораторному эксперименту согласно соответствующей методике [10].
Таблица 2. Характеристика пожнивных остатков, используемых в эксперименте
Вариант а б С общ N общ C/N N, г/кг
ц/га г/сосуд г/кг
Клевер красный 18 12 360 20 18 0.13
Многолетние травы 20 15 369 9 41 0.07
Яровая пшеница 32 25 421 6 69 0.08
Капуста белокочанная 100 150 382 18 21 0.15
Примечание. а — среднее количество пожнивных остатков, оставленных в поле; б — количество пожнивных остатков в пересчете на один вегетационный сосуд.
Измельченные капустные листья вносили в почву в свежем виде.
Опыт проводили в пластиковых вегетационных сосудах с герметично закрывающимися крышками. Объем сосуда составлял 3 л, диаметр — 16.5 см, высота — 17 см. В каждый сосуд помещали 2 кг почвы, просеянной через сито с диаметром отверстий 8 мм и увлажненной до уровня наименьшей влагоемкости дерново-подзолистой супесчаной почвы (21%). Влажность почвы поддерживали на этом уровне в течение всего эксперимента. Увлажнение почвы проводили после каждого отбора проб воздуха. В течение первой недели эксперимента инкубирование почвы выполняли без внесения пожнивных остатков с целью достижения в ней примерно одинакового содержания доступного углерода. Количество пожнивных остатков, внесенных в расчете на единицу площади поверхности почвы в сосуде, рассчитывали по их количеству, остающемуся на 1 м2 поверхности почвы после уборки урожая (табл. 2). Растительные остатки заделывали в верхний слой почвы 0—10 см и уплотняли ее до плотности сложения 1.1 г/см3, которую обычно регистрировали в полевых условиях после запахивания растительных остатков. Контролем служили варианты почвы без пожнивных остатков. Опыт проводили в 5-кратной повторности. Сосуды во время эксперимента располагали в рандомизированном порядке.
Эксперимент проводили при постоянной комнатной температуре воздуха 22°С и почвы 20°С. Отбор воздуха и
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.