ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.8:631.417:631.445.25
ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТАЮЩИХ ДОЗ ОРГАНИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПУЛЫ РАСТВОРЕННОГО,
подвижного и активного органического вещества
В СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ* © 2014 г. Н.Б. Зинякова, В.М. Семенов
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290Московская обл., Пущино, Россия E-mail: v.m.semenov@mail.ru
Поступила в редакцию 14.01.2014 г.
В микрополевом опыте с сахарной свеклой (1-й год опыта) и кукурузой (2-й год опыта) изучено влияние ежегодного внесения возрастающих доз органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства серой лесной почвы и качественные характеристики органического вещества (С ). На долю растворенного (солерастворимого), подвижного (щелочно-экстрагируемого) и активного (потенциально-минерализуемого) Сорг приходилось соответственно 1.6-2.3, 22-31 и 4.6-11.1% от валового Сорг. При применении возрастающих доз органических удобрений содержание в почве углерода в этих пулах было соответственно в 1.3, 1.2 и 2.0 раза выше, чем при внесении минеральных удобрений. Содержание активного органического вещества составляло 17-25% от подвижного при минеральной системе удобрения и 25-50% - при органической. От 14 до 35% активного органического вещества было представлено растворенными компонентами. Углеродми-нерализующая активность серой лесной почвы повышалась только при применении органических удобрений.
Ключевые слова: органические, минеральные удобрения, пулы растворенного, подвижного, активного органического вещества, серая лесная почва.
ВВЕДЕНИЕ
Серые лесные почвы - распространенный почвенный тип лесостепной зоны Европейской части России. Степень вариабельности физико-химических и агрохимических свойств серых лесных почв зависит от длительности и характера их использования в земледелии, географии расположения и геоморфологии залегания [1]. Серые лесные почвы обладают высокой водоудерживающей способностью, имеют хорошую водоподъемную способность благодаря наличию большого количества илистых частиц, поэтому при окультуривании, улучшающим их агрохимические, физические и биологические свойства, достигаются высокие и устойчивые урожаи культур [2, 3]. Сельскохозяйственное использование этих почв имеет ряд
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 14-04-01575-а) и НШ-6123.2014.4.
особенностей, обусловленных их генезисом и свойствами. интенсивное сельскохозяйственное использование серых лесных почв предусматривает применение минеральных и органических удобрений, обеспечивающих вместе с другими рекомендуемыми агроприемами сохранение и воспроизводство почвенного плодородия [4-7].
Органическая система удобрений повышает потенциальное плодородие почвы, а минеральная система увеличивает ее эффективное плодородие, превосходя органическую систему по агрономической и экономической эффективности. Поэтому совместное применение в севообороте минеральных и органических удобрений оказывается выгодным с точки зрения улучшения свойств почвы, повышения урожайности культур, экономии удобрений и снижения рисков экологических нарушений [6-9]. В длительных опытах установлено, что систематическое внесение как минеральных, так и органических удобрений
способствует увеличению содержания в почве общего азота, подвижных форм фосфора и калия, обеспечивая расширенное воспроизводство плодородия. Размеры накопления питательных элементов в почве зависят от вида, доз, соотношения, форм и длительности применения удобрений, эффективности использования растениями питательных веществ и их подверженности потерям, почвенно-климатических условий и других факторов [10-15]. Применение минеральных и органических удобрений в повышенных дозах и без строгого соблюдения требований по срокам и способам их внесения ведет к ухудшению водно-физических свойств и повышению кислотности почвы, увеличению содержания подвижного алюминия, унификации и угнетению микробного сообщества, поступлению нитратов в водоисточники, снижению качества получаемой продукции и другим негативным последствиям [16-19]. Для предотвращения экологических нарушений при применении минеральных азотных удобрений рекомендуется внесение компенсирующих количеств свежего органического материала, способствующего активизации иммобилизационных процессов [20, 21]. Внося органические удобрения с целью создания в почве определенного запаса доступного микроорганизмам субстрата, необходимого также для агрегации и других физико-химических процессов, важно избегать перенасыщения почвы органическим углеродом, поскольку его избыток быстро теряется в ходе минерализации [22].
Цель работы - оценка количественных и качественных изменений в органическом веществе серой лесной почвы при ежегодном внесении возрастающих доз минеральных и органических удобрений и установление удельных величин прироста или убыли активного органического вещества на единицу внесенного удобрения.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в микрополевом опыте, особенность которого состояла в устранении почвенной пестроты. В результате четче реализовался основной действующий фактор, но вместе с тем сохранялась вся совокупность естественных почвенных и экологических факторов. Схему опыта разрабатывали, исходя из следующих задач: создать модели традиционной (минеральной) и органической системы земледелия; обеспечить количественные и качественные изменения почвенного органического вещества (ПОВ) внесением возрастающих доз минераль-
ных и органических удобрений; получить удельные величины обеднения или обогащения почвы активным органическим веществом (ОВ) на единицу внесенного удобрения.
Опыт проводили в сосудах без дна площадью 0.25 м2. Сосуды были установлены в 2000 г. и заполнены серой лесной почвой с неудобренного массива Опытно-полевой станции ИФХиБПП РАН. С 2000 по 2004 гг. в сосудах выращивали кукурузу и овес, используя дозы минеральных удобрений не больше Ш20Р120К120. В 2005 г. был произведен уравнительный посев рапса, и почва переведена в залежь. Ежегодно естественную растительность, растущую в сосудах, скашивали и удаляли с поверхности почвы. В мае 2011 г. почва в сосудах была перекопана на глубину 0-20 см, частично изъята из сосудов, смешана и вновь засыпана в сосуды в случайном порядке. После нивелирования агрохимические показатели почвы были следующими: рНкс1 4.96 ± 0.16, Сорг - 0.94 ± ± 0.03% от массы почвы, - 100 ± 1, ^ин, Р2О5 и К20 - 1.98 ± 0.04, 8.8 ± 1.1 и 7.33 ± 0.18 мг/100 г соответственно, физическая глина - 32 ± 1%.
Схема опыта была следующей, варианты: 1 -чистый пар, 2 - без удобрений (контроль), 3 -ШР1К1, 4 - ШР2К2, 5 - ШР3К3, 6 - ШР4К4, 7 - свежий навоз КРС из расчета 25 т/га, 8 - то же 50 т/га, 9 - то же 75 т/га, 10 - то же 100 т/га. В 1-й год опыта минеральные удобрения вносили с шагом из расчета 90 кг д.в./га, а во 2-й год - азот - с шагом 90 кг/га, фосфор и калий - 75 кг/га. В качестве удобрений использовали карбамид, простой суперфосфат, сернокислый калий, свежий навоз КРС (содержание сухого вещества - 20.4%, Сорг - 35.5 ± 1.4%, - 1.73%, Р2О5 - 1.22 и К20 - 2.00% на сухое вещество соответственно), которые смешивали со слоем (0-20 см) почвы. Количества азота, поступающего с навозом КРС, были практически эквивалентны дозам минеральных удобрений, калия - несколько больше, фосфора - меньше. Повторность опыта трехкратная.
В 1-й год опыта возделывали сахарную свеклу, которая устойчива к экстремально высоким дозам минеральных и органических удобрений, применяемых в качестве основного удобрения до посева. Во 2-й год опытной культурой была кукуруза. После всходов в каждом сосуде оставляли по 2 растения сахарной свеклы и по 6 растений кукурузы, что обеспечивало нормальную площадь питания. Уборку урожая культур проводили в сентябре, учитывая массу ботвы и корнеплодов сахарной свеклы, для кукурузы - свежую надземную массу.
Образцы почвы отбирали после уборки урожая. Пробы почвы из каждого повторения смешивали и высушивали на открытом воздухе с удалением видимых остатков растений и мезофауны в ходе просеивания через сито с диаметром отверстий 3 мм. Определение активного пула ПОВ проводили путем инкубации почвенных образцов на протяжении 161-163 сут при постоянной температуре (22°С) и влажности (25 вес. %) с количественным учетом выделяющегося С-СО2 [23]. Повторность - трехкратная. Первое измерение концентрации С-СО2 в газовой фазе инкубируемых образцов проводили через 3-4 ч, последующие - через 1, 2, 3 сут и 1 раз в неделю. Газовые пробы анализировали на хроматографе Кристалл-Люкс-4000М. После каждого срока отбора газовых проб инкубируемые образцы проветривали в течение 20 мин. Устанавливали скорость выделения С-СО2 за время экспозиции и кумулятивные величины его продуцирования за период инкубации. Аппроксимируя кумулятивные кривые С-СО2 одно-, двух- и трехкомпонентными уравнениями экспоненциальной регрессии, вычисляли содержание углерода потенциально-минерализуемого (активного, С0) органического вещества почвы. Вычисление биокинетических параметров Сп и кп проводили методом нелинейной оценки программы Statistica 6.0. Коэффициенты уравнений с уровнем значимости Р > 0.05 отвергали. Углерод-минерализующую активность почвы оценивали по индексу, полученному умножением величин содержания потенциально-минерализуемого углерода и константы скорости минерализации (С0 х к, мг/100 г/сут). Содержание в почве валового Сорг и подвижного углерода (Сподв), извлекаемого 0.1 н. NaOH, определяли по Тюрину, растворенного (Сер) после экстракции раствором 0.5 н. К^04 при соотношении почва : раствор = = 1 : 4 - колориметрическим методом. Агрохимические показатели и гранулометрический состав почвы определяли классическими методами. Данные выражены в виде средних ± стандартное отклонение.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Урожай культур и агрохимические свойства серой лесной почвы. Применение минеральных удобрений повышало по сравнению с неудобренным контролем урожай ботвы и корнеплодов сахарной свеклы на 24-146 и 39-108% соответственно, биомассы кукурузы - на 127-380% (табл. 1). При минеральной системе удобрения наиболь
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.