Агрохимия, 2023, № 1, стр. 13-24
Изменение содержания подвижных форм азота в серых лесных почвах ополья под влиянием ландшафтных особенностей агротехнологий
В. В. Окорков 1, *, И. М. Щукин 1, Л. А. Окоркова 1, В. И. Щукина 1, А. А. Козлов 1
1 Верхневолжский федеральный аграрный научный центр
601261 п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., Россия
* E-mail: okorkovvv@yandex.ru
Поступила в редакцию 18.07.2022
После доработки 22.08.2022
Принята к публикации 14.10.2022
- EDN: FDVLSI
- DOI: 10.31857/S0002188123010088
Аннотация
В многолетнем стационарном опыте на серых лесных почвах Владимирского ополья изучены влияние агротехнологий возделывания полевых культур на содержание подвижных форм азота, их взаимосвязь с химическими и физико-химическими свойствами почвы, уровнями интенсификации. После длительного применения агротехнологий с повышением уровня применения удобрений выявлен рост запасов нитратного азота, степени перехода аммонийного азота почвы в жидкую фазу от содержания гумуса на уровне сильной взаимосвязи. Содержание N-NH4 в почве снижало его величину. С ростом емкости катионного обмена величина этого параметра изменялась, проходя через максимум, рНKС1 – через минимум. Установлены изменения в содержании гумуса и физико-химических свойствах почвенных разностей серых лесных почв: серой лесной плакорной, серой лесной среднеоподзоленной, серой лесной среднеоподзоленной со вторым гумусовым горизонтом.
ВВЕДЕНИЕ
На дерново-подзолистых [1–3] и серых лесных почвах Владимирского ополья [4] выявлена решающая роль азотных удобрений в повышении продуктивности возделываемых полевых культур в различных севооборотах. Однако в отдельные более благоприятные по увлажнению годы на легких дерново-подзолистых почвах при применении полного минерального удобрения отмечена более высокая урожайность полевых культур, чем на более плодородных серых лесных почвах Ополья. По развиваемым в работах [5, 6] представлениям это связано с различиями в питании растений подвижными формами азота, формирующимися в процессе трансформации органических и азотных минеральных удобрений в зависимости от физико-химических свойств почвы (емкости катионного обмена, минералогического и гранулометрического состава). Исследования проводили на почвах Владимирского ополья.
В исследованиях [4, 5] установлено, что на слабокислых серых лесных почвах известкование слабо влияло на урожайность полевых культур и продуктивность севооборотов. Это объяснено отсутствием в контроле и во всех вариантах известкования в метровом слое этих почв обменного алюминия в токсичных для корневых систем возделываемых культур количествах. Известкование обеспечивало возможность распространения их в более глубокие влажные слои почвы при пересыхании верхних.
Средняя ежегодная продуктивность 8-польного зернотравяно-пропашного севооборота на 89.1–94.7% и 7-польного зернотравяного севооборота на 92–93% определялась применением азота минеральных удобрений и навоза крупного рогатого скота. Участие фосфорно-калийных удобрений повышало тесноту связи на 4.3–7.4%.
Поскольку решающее влияние на продуктивность севооборотов на серых лесных почвах Верхневолжья оказывало применение азота минеральных удобрений и навоза, то в работах [4, 5] изучали трансформацию внесенных азотных удобрений и навоза КРС и связанную с ней среднюю ежегодную динамику содержания нитратного и аммонийного азота под культурами 7-польного севооборота.
К 1-му сроку наблюдений (отрастание озимых и многолетних трав, всходы яровых культур и однолетних трав) происходила трансформация внесенных азотных удобрений в нитраты, азота органического вещества почвы (гумуса, растительных остатков) и органических удобрений – в аммиачную и нитратную формы. Поэтому запасы последней в этот срок обычно были максимальными. К середине вегетации запасы N-NO3 снижались за счет интенсивного поглощения растениями, к уборке культур несколько возрастали, в засушливые годы могли уменьшаться.
Установлено [4, 5], что при применении азотных минеральных удобрений (аммиачной селитры) запасы нитратного азота в 1-й срок наблюдений в слое 0–40 см почвы повышались с 42.2 (контроль) до 90–160 кг/га, в то время как запасы аммонийного азота изменялись в небольших пределах (c 98.1 до 96–136 кг/га). В удобренных азотом вариантах поглощение N-NO3 (снижение его запасов во 2-й срок по сравнению с 1-м, кг/га) в ответственные фазы роста и развития культур было в 2.5–3.4 раза более высоким, чем N-NH4. Очевидно, они играли определяющую роль в повышении продуктивности культур севооборота, т.к. полностью находились в жидкой фазе. Ионы аммония в почвах с высокой емкостью катионного обмена переходили в жидкую фазу в небольших количествах. Коэффициент использования запасов N-NO3 за 1-ю половину вегетации культур в слое 0–40 см почвы варьировал от 54 до 70%, запасов N-NH4 – от 7.5 до 26.1%.
Различия в размерах использования запасов N-NO3 и N-NH4 за указанный период были обусловлены полным нахождением нитратного азота в жидкой фазе почвы, аммонийного – частичным. За 1–4-ю ротации динамика запасов N-NO3 в слое 0–40 см почвы в течение вегетации культур была однотипной. Однако запасы N-NH4 в слое 0–40 см почвы в 1-й срок наблюдений по сравнению с 1-й и 2-й ротациями снизились в 3-й ротации в 1.58–1.77 раза, в 4-й – в 3–4 раза, а степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу (соотношение почва : вода = 1 : 1) за те же годы в слое 0–20 см уменьшалась с 3.3–5.4 до 1.4–3.5% в 3-й ротации, до 0.6–2.4% – в 4-й ротации. Снижение как запасов N-NH4 в почве (в 3–4 раза), так и доли их перехода в жидкую фазу в 4-й ротации по сравнению с 1-й и 2-й подтвердило слабую роль аммонийного азота и определяющую роль N-NO3 в питании возделываемых культур при применении научно обоснованных доз азотных удобрений.
Высокая прочность связи ионов аммония ППК (при высокой емкости катионного обмена, ЕКО) вела к решающей роли запасов N-NO3 в почве на продуктивность возделываемых культур и севооборотов, к более высокой агрономической эффективности минеральной и органо-минеральной систем удобрения по сравнению с органической. Это было связано с более быстрой трансформацией азота внесенных минеральных удобрений в ранние периоды вегетации культур в нитратную форму, чем азота органических.
Установлено [5], что 1 кг азота внесенных органических удобрений в слое 0–40 см почвы в 1-й и 2-й ротациях в ранний период вегетации культур обеспечивал накопление 0.18 кг нитратного азота, а 1 кг азота минеральных – 1.26 кг. В 3-й и 4-й ротациях севооборота величина накопления нитратного азота от 1 кг азота навоза повысилась с 0.18 до 0.35 и 0.39 кг, 1 кг азота аммиачной селитры – с 1.26 до 1.27 и 1.30 кг, эффективность азота навоза на накопление нитратного азота в почве по сравнению с аммонийным азотом селитры составила $\frac{{0.35}}{{0.64}}...\frac{{0.39}}{{0.65}}$, или 0.55–0.60. В 1-й и 2-й ротациях накопленные в период активной химизации запасы аммонийного азота в почве замедляли трансформацию азота органических удобрений в нитратную форму в ранние сроки вегетации культур.
Для слоев 0–20 и 20–40 см почвы в образцах 2007 и 2020 гг. была установлена тесная линейная связь содержания N-NH4 в почве (6.92 > x > 0.77, мг/100 г почвы) с размерами его перехода в водную вытяжку (W, %) [6]:
W = 0.28 + 0.743x, n = 68, tсущ = 26.2, r2 = 0.912, доверительный интервал – 0.98.
Очевидно, в этом случае на статистические параметры, определяющее влияние, оказали наиболее высокие величины вариант (х), при которых повышалась подвижность аммонийного азота почвы, при более низких могли проявиться и другие факторы, влияющие на степень перехода аммонийного азота почвы в жидкую фазу. Для серых лесных почв ополья, характеризующихся высоким варьированием физико-химических и химических свойств, это требует дальнейших исследований.
В дополнение к сказанному следует сослаться на последние исследования и на дерново-подзолистых почвах [7, 8]. Например, на дерново-слабоподзолистых легко- и среднесуглинистых почвах Ярославской обл., характеризующихся гидрослюдистым минералогическим составом ила и высокой емкостью катионного обмена 14–24 мг-экв/100 г почвы, по действию куриного помета (КП) содержание аммонийного азота в слое 0–40 см возрастало до 4–6 мг/100 г почвы, а степень его перехода в жидкую фазу – до 8.0–22.5%. Но уже при последействии КП эти параметры снизились до 1.46–1.76 мг/100 г почвы и до 2.5–2.7%. При последействии КП урожайность возделываемых культур определялась запасами нитратного азота в слое 0–40 см почвы [8].
На легких дерново-подзолистых почвах Мещеры, в которых ЕКО и содержание физической глины варьировали соответственно от 2.0 до 14.6 мг-экв/100 г почвы и от 1.4 до 22.5%, степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу возрастала с уменьшением обоих параметров (r2 = 0.907), изменяясь от 7.0 до 22.4% [5, 7].
Цель работы – в многолетнем стационарном комплексном опыте (агроландшафты) оценить роль удобрений, физико-химических и химических свойств, почвенных разностей серых лесных почв на запасы нитратного азота и подвижность аммонийного азота в почве.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование провели на 1-1 культуре 5-й ротации 5-ти шестипольных севооборотов (табл. 1). Опыт заложен в 1996 г. [9]. Дозы удобрений рассчитывали балансовым методом для следующих уровней интенсивности:
Таблица 1.
Севооборот | ||||
---|---|---|---|---|
1-й | 2-й | 3-й | 4-й | 5-й |
Овес подсевом трав–многолетние травы 1-го года пользования–многолетние травы 2-го года пользования–ячмень–чистый пар–озимая пшеница | Овес подсевом трав–многолетние травы 1-го года пользования–многолетние травы 2-го года пользования–яровая пшеница–занятый пар–озимая рожь | Ячмень с подсевом трав–многолетние травы 1-го года пользования–многолетние травы 2-го года пользования–озимая рожь–яровая пшеница–овес | Ячмень с подсевом трав–многолетние травы 1-го года пользования–многолетние травы 2-го года пользования–озимая пшеница–картофель–яровая пшеница | Картофель–ячмень с подсевом трав–многолетние травы 1-го года пользования–озимая пшеница–зернобобовые–яровая пшеница |
Примечание. Нумерация севооборотов та же в табл. 2–5.
1 – нулевой (экстенсивный) – на продуктивность 18–20 ц з.е./га;
2 – поддерживающий (нормальный) – на продуктивность 20–23 ц з.е./га;
3 – интенсивный – на продуктивность 27–35 ц з.е./га;
4 – высокоинтенсивный – на продуктивность 37–45 ц з.е./га или
о/о – без внесения минеральных удобрений, п/ом – поддерживающий органо-минеральный, и/м – интенсивный минеральный, в/м – высокоинтенсивный минеральный, и/ом – интенсивный органо-минеральный, в/ом – высокоинтенсивный органо-минеральный.
Удобрения вносили на фоне 4-х систем обработки: отвальной (вспашка на 20–22 см ежегодно), комбинированно-энергосберегающей (в 2021 г. плоскорезная обработка на 10–12 см), комбинированно-ярусной (в 2021 г. вспашка на 20–22 см), противоэрозионной (в 2021 г. глубокое рыхление на 25–27 см). Исследования вели и в различных почвенных ареалах.
Опыт закладывали в четырехкратной повторности. Площадь делянки 20 м × 7 м = 140 м2. Расположение делянок по блокам и ярусам систематическое.
В результате почвенного обследования в 1-й закладке опыта, проведенного сотрудниками МСХА им. К.А. Тимирязева под руководством В.И. Кирюшина, составлена почвенная карта в масштабе 1 : 200 с выделением 8-ми разностей серых лесных почв, формирующих элементарные почвенные ареалы (ЭПА) разнообразной площади и формы. Выделены следующие почвенные разности: типичные (плакорные) серые лесные, серые лесные слабооподзоленные, серые лесные среднеоподзоленные, сильнооподзоленные, остаточно-карбонатные, серые лесные среднеоподзоленные со 2-м гумусовым горизонтом (ВГГ), сильнооподзоленные со ВГГ, серые лесные грунтово-слабоглееватые почвы.
Дозы удобрений, внесенных под предшествующую культуру (конец 4-й ротации, 2020 г.) и 1-ю культуру 5-й ротации севооборотов, представлены в табл. 2. Почвенные анализы по общепринятым методикам проведены для 3-х почвенных разностей: серые лесные типичные, серые лесные среднеоподзоленные, серые лесные среднеоподзоленные со ВГГ [10]. Содержание аммонийного азота в водной вытяжке (1 : 1) определяли с помощью ионоселективного электрода на ионы NH$_{4}^{ + }$ [5, 7].
Таблица 2.
Параметры использования | Севообороты | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1. Овес + мн. травы | 2. Овес + мн. травы | 3. Ячмень + мн. травы | 4. Ячмень + мн. травы | 5. Картофель | ||||||
Уровни интенсивности | Нулевой, о/о | Поддерживающий, п/ом | Поддерживающий, п/ом | Интенсивный, и/ом | Интенсивный, и/м | Высокоинтенсивный, в/м | Интенсивный, и/м | Высокоинтенсивный, в/м | Интенсивный, и/ом | Высокоинтенсивный, в/ом |
Дозы удобрений под предше-ственник | Навоз 40 т/га | Навоз 40 т/га + N40 | Навоз 40 т/га + N40 | Навоз 40 т/га + N60 | N60P60K60 | N80P80K80 | N60P60K60 | N90P90K90 | N60P60K60 | N90P90K90 |
Дозы удобрений под 1-ю куль-туру | 0 | N30Р30К30 | N30Р30К30 | N45Р45К45 | N45Р45К45 | N45Р45К45 | N45Р45К45 | N45Р45К45 | N90P90K90 | N120P120K120 |
Примечание. Уровни интенсивности: о/о – без внесения минеральных удобрений, п/ом – поддерживающий органо-минеральный, и/м – интенсивный минеральный, в/м – высокоинтенсивный минеральный, и/ом – интенсивный органо-минеральный, в/ом – высокоинтенсивный органо-минеральный уровень. То же в табл. 3–5.
Условия использования севооборотов состояли в том, что с ростом уровня интенсивности севооборота повышались и дозы применения удобрений.
Статистическую обработку данных проводили методом корреляционно-регрессионного анализа с использованием компьютерных программ Microsoft Excel, STAT VIUA.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Погодные условия в 2021 г. характеризовались крайне неравномерным выпадением осадков в течение вегетационного периода, не совпадающим с оптимальной потребностью в них полевых культур, высокими перепадами температур. Весна 2021 г. была затяжной. За апрель выпала почти двойная норма осадков, за май – близкая к норме. Температура в 1-й декаде мая была на 1.1°С более низкой, чем среднемноголетняя норма. Средняя температура воздуха за июнь была на 4°С более высокой, чем среднемноголетняя, что ускоряло развитие растений. Количество осадков было близким к норме. Причем в 3-й декаде их было в 2.3–2.5 раза меньше, чем обычно. За период с 13.06 по 20.07.2021 г. (за 37 сут) выпало всего 12.2 мм. Из них 36% (4.3 мм) являлись малоэффективными. Таким образом, в фазах выхода в трубку и колошения растения испытывали острый дефицит во влаге, что резко снизило урожайность зерновых яровых культур. Выпавшие в 1-й и последующих декадах августа осадки уже заметно не могли повлиять на величину урожая яровых зерновых культур, но усложнили их уборку, заметно ускоряли трансформацию азота почвы и удобрений.
Исследования показали (табл. 3), что при отвальной вспашке на 20–22 см по сравнению с нулевым уровнем интенсификации (1. Овес + травы, о/о) с его повышением до “в/ом” (5. Картофель) в слое 0–60 см почвы запасы N-NO3 в 1-й срок наблюдений в серой лесной почве возрастали с 10.0 до 85.2 кг/га, в серой лесной средне-оподзоленной – с 14.9 до 196 кг/га. В уборку запасы N-NO3 в вариантах последействия навоза 40 (о/о) и N60Р60К60 с действием N45Р45К45 (и/м, севооборот 3 – ячмень + травы) в обеих почвенных разностях возросли: до 38.1 и 57.2 кг/га в серой лесной почве и до 22.9 и 38.8 кг/га – в серой лесной средне-оподзоленной (табл. 4), что было обусловлено более благоприятными условиями увлажнения и достаточно высокими температурами для процессов нитрификации. В вариантах дальнейшего повышения уровня интенсификации возрастание запасов N-NO3 в почве в уборку не наблюдали. Полученные результаты в целом совпадали с результатами работ [4–6].
Таблица 3.
Слой, см | Севообороты | |||
---|---|---|---|---|
1. Овес + травы | 3. Ячмень + травы | 4. Ячмень + травы | 5. Картофель | |
уровни интенсификации | ||||
о/о | и/м | и/м | в/ом | |
Серая лесная почва | ||||
0–20 | 3.2 | 5.7 | 15.7 | 37.8 |
20–40 | 3.5 | 4.9 | 16.1 | 28.8 |
40–60 | 3.3 | 4.7 | 15.1 | 18.6 |
Сумма | 10.0 | 15.3 | 46.9 | 85.2 |
Серая лесная средне-оподзоленная почва | ||||
0–20 | 5.3 | 10.7 | 44.3 | 95.6 |
20–40 | 4.9 | 8.4 | 14.7 | 56.2 |
40–60 | 4.7 | 7.1 | 30.2 | 44.7 |
Сумма | 14.9 | 26.2 | 89.2 | 196 |
Таблица 4.
Глубина слоя, см | Севообороты | |||
---|---|---|---|---|
1. Овес + травы | 3. Ячмень + травы | 4. Ячмень + травы | 5. Картофель | |
уровни интенсификации | ||||
о/о | и/м | и/м | в/ом | |
Серая лесная почва | ||||
0–20 | 14.7 | 34.1 | 20.4 | 27.5 |
20–40 | 9.2 | 13.0 | 14.4 | 12.7 |
40–60 | 14.2 | 10.1 | 9.8 | 19.8 |
Сумма | 38.1 | 57.2 | 44.6 | 60.0 |
Серая лесная средне-оподзоленная почва | ||||
0–20 | 9.5 | 20.4 | 16.1 | 16.2 |
20–40 | 6.3 | 10.7 | 11.5 | 12.7 |
40–60 | 7.1 | 7.7 | 15.4 | 8.8 |
Сумма | 22.9 | 38.8 | 43.0 | 37.8 |
При комбинированно-энергосберегающей системе обработки почвы на серой лесной среднеоподзоленной со ВГГ почве при рыхлении на 10–12 см, когда основная часть внесенных органических удобрений располагалась в верхней части пахотного слоя, интенсивно проходили процессы нитрификации в вариантах последействия навоз 40 т/га и навоз 40 т/га + N60 с действием N45Р45К45. Показано, что запасы нитратного азота резко возрастали в оба срока наблюдений (табл. 5). При применении только минеральных удобрений с повышением уровня их применения от уровня и/м (севооборот 3 – ячмень + многолетние травы) до уровня в/м (севооборот 4 – ячмень + многолетние травы) запасы N-NO3 также возрастали с 35.3 до 52.2 в фазе всходов и с 59.5 до 129 кг/га в фазе уборки.
Таблица 5.
Севообороты | ||||
---|---|---|---|---|
Глубина слоя, см | 1. Овес + травы | 2. Овес + травы | 3. Ячмень + травы | 4. Ячмень + травы |
уровни интенсификации | ||||
о/о | и/ом | в/м | в/м | |
Серая лесная среднеоподзоленная с ВГГ почва (фаза всходов) | ||||
0–20 | 14.2 | 47.4 | 13.1 | 28.3 |
20–40 | 17.0 | 93.3 | 12.1 | 12.4 |
40–60 | 26.3 | 83.5 | 10.1 | 11.5 |
Сумма | 57.5 | 224.2 | 35.3 | 52.2 |
Серая лесная средне-оподзоленная с ВГГ почва (фаза уборки) | ||||
0–20 | 34.3 | 12.4 | 33.9 | 86.6 |
20–40 | 23.9 | 109.4 | 16.4 | 27.1 |
40–60 | 18.6 | 57.7 | 9.2 | 15.4 |
Сумма | 76.8 | 179.5 | 59.5 | 129 |
В целом запасы N-NO3 в слое 0–60 см почвы увеличивались с повышением уровня интенсификации, наиболее высокими они были в серой лесной средне-оподзоленной с ВГГ почве и размещении органических удобрений в верхней части пахотного слоя, благоприятные условия увлажнения после уборки при высоких температурах способствовали более быстрому восстановлению плодородия почвы по величине запасов N-NO3.
Так как в почве первым этапом трансформации органического вещества, растительных остатков, внесенных органических удобрений является аммонификация, с ростом которой повышаются скорость нитрификации и размеры накопления в почве нитратного азота, то на примере почвенных разностей серых лесных почв в опыте была изучена взаимосвязь степени перехода аммонийного азота в жидкую фазу при соотношении почва : вода = 1 : 1 в зависимости от некоторых свойств почвы. Были использованы образцы почвы, отобранные до глубины 100 см на 3-х почвенных разностях (серые лесные, серые лесные средне-оподзоленные, серые лесные средне-оподзоленные с ВГГ), использованных при различных уровнях интенсификации и различавшихся содержанием аммонийного азота, гумуса, емкостью катионного обмена и величиной рНКС1 (табл. 6).
Таблица 6.
Почва | Уравнение взаимосвязи (n = 103) | R2 | Доверительный интервал |
---|---|---|---|
Серая лесная среднесуглинистая | W1 = 0.96 – 0.153x1 | 0.100 | 0.82 |
W2 = 0.20 + 0.181x2 | 0.343 | 0.70 | |
W3 = –0.33 + 0.0386x3 | 0.057 | 0.84 | |
W4 = 0.63 – 0.221x1 + 0.210х2 | 0.540 | 0.59 | |
W5 = 6.36 – 0.248x1 – 1.80х4 + 0.0518х$_{2}^{2}$ – 0.010х$_{3}^{2}$ + 0.0766х3х4 | 0.678 | 0.50 |
Степень перехода аммонийного азота в жидкую фазу (W) варьировала в узких пределах (от 0.06 до 2.20%), содержание аммонийного азота в почве – от 0.85 до 4.24 мг/100 г почвы, содержание гумуса – от 0.29 до 5.58%, емкость катионного обмена – от 15.5 до 33.0 мг-экв/100 г почвы, рНКС1 – от 4.85 до 7.20 ед.
Установлено, что с увеличением содержания N-NH4 в почве доля его перехода в жидкую фазу снижалась, что в целом совпадало с законом действующих масс. На влияние этого фактора приходилось около 10.0% вариации степени перехода W. Доля влияния величины содержания гумуса составила 34.3%, т.е. было в 3.4 раза более высоким. Между этими параметрами наблюдали среднюю степень взаимосвязи. Известно, что соли аммония органических кислот хорошо растворимы в воде и, следовательно, их связь с кислотными группами органического вещества весьма слабая. Слабо влияла на параметр W и емкость катионного обмена (доля – ≈5.7%). Без учета взаимодействия факторов степень перехода аммонийного азота почвы в жидкую фазу слабо возрастала.
При учете влияния на показатель W 2-х изученных параметров (содержание аммонийного азота и гумуса в почве) величина R2 достигала 54.0% (средняя степень взаимосвязи). При этом степень перехода W снижалась с увеличением содержания аммонийного азота, но увеличивалась с ростом содержания гумуса в почве.
При учете влияния на степень перехода W всех изученных факторов и их взаимодействий получена высокая степень взаимосвязи (R2 = 0.678). При этом с ростом содержания N-NH4, величины ЕКО отмечено уменьшение степени перехода аммонийного азота в жидкую фазу, что совпадало с результатами работ [5–7]. С ростом содержания гумуса степень перехода W особенно быстро повышалась (выявлена квадратичная зависимость). Этот параметр несколько снижался с ростом рНКСl, но повышался от взаимодействия показателей ЕКО и рНКСl.
В работах [4–6] было установлено, что определяющее влияние на продуктивность возделываемых культур оказывали запасы подвижных форм азота, формирующиеся в ранний период их вегетации в слое 0–40 см почвы. Но поглощение азота из почвы отмечено и из слоев глубже 40 см. Поэтому учет содержания подвижных форм азота и свойств почвы более глубоких слоев 0–60 см будет более корректно отражать взаимосвязи между ними. В связи с этим для слоев 0–10, 10–20, 20–40 и 40–60 см серых лесных, серых лесных средне-оподзоленных и серых лесных средне-оподзоленных с ВГГ почв были усреднены данные степени перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу, содержания аммонийного азота, гумуса, ЕКО и величин рНКСl (табл. 7).
Таблица 7.
Глубина слоя, см | Варианты с разными уровнем интенсификации и системами обработки почвы | Среднее | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
Степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в серой лесной почве, % | |||||||||
0–10 | 2.08 | 0.92 | 1.08 | 0.70 | 0.70 | 1.46 | 1.15 | – | 1.06 |
10–20 | 0.68 | 1.06 | 0.66 | 0.80 | 0.93 | 1.43 | 1.02 | – | 0.94 |
20–40 | 0.30 | 0.36 | 0.38 | 0.90 | 0.32 | 0.40 | 0.59 | – | 0.46 |
40–60 | 0.48 | 0.30 | 0.36 | 0.36 | 0.46 | 0.32 | 0.41 | – | 0.38 |
Степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в серой лесной средне-оподзоленной почве, % | |||||||||
0–10 | 0.75 | 0.80 | 0.29 | 0.72 | 0.44 | 0.67 | 0.48 | – | 0.59 |
10–20 | 0.60 | 0.31 | 0.21 | 1.02 | 0.35 | 0.48 | 0.38 | – | 0.48 |
20–40 | 0.18 | 0.14 | 0.06 | 0.20 | 0.10 | 0.12 | 0.21 | – | 0.14 |
40–60 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.27 | – | 0.18 |
Степень перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу в серой лесной средне-оподзоленной почве с ВГГ, % | |||||||||
0–10 | 0.52 | 1.13 | 1.76 | 1.33 | 0.85 | 2.20 | 0.78 | 0.41 | 1.12 |
10–20 | 0.43 | 0.79 | 1.68 | 0.90 | 0.99 | 1.65 | 0.70 | 0.61 | 0.97 |
20–40 | 0.19 | – | 0.69 | 0.70 | 0.74 | 0.84 | 0.51 | 0.43 | 0.59 |
40–60 | 0.14 | 0.99 | 0.68 | 0.17 | – | 0.84 | 0.62 | 0.79 | 0.60 |
Содержание N-NH4 в серой лесной почве, мг/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 1.54 | 1.99 | 2.25 | 3.18 | 2.90 | 2.19 | 1.55 | – | 2.23 |
10–20 | 1.78 | 1.79 | 2.44 | 2.46 | 3.07 | 1.62 | 1.60 | – | 2.11 |
20–40 | 1.40 | 1.33 | 1.95 | 1.70 | 2.96 | 1.38 | 1.13 | – | 1.69 |
40–60 | 1.37 | 1.32 | 1.46 | 1.60 | 1.44 | 0.99 | 1.52 | – | 1.38 |
Содержание N-NH4 в серой лесной средне-оподзоленной почве, мг/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 1.58 | 2.78 | 2.66 | 2.07 | 3.82 | 4.16 | 4.06 | – | 3.02 |
10–20 | 1.34 | 3.00 | 3.85 | 1.40 | 3.62 | 3.32 | 2.88 | – | 2.77 |
20–40 | 3.19 | 3.22 | 3.81 | 2.76 | 3.59 | 3.45 | 2.69 | – | 3.24 |
40–60 | 2.29 | 2.78 | 3.88 | 3.04 | 3.17 | 3.00 | 2.97 | – | 3.02 |
Содержание N-NH4 в серой лесной средне-оподзоленной почве с ВГГ, мг/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 3.35 | 3.11 | 1.82 | 2.09 | 2.27 | 2.27 | 2.41 | 2.80 | 2.52 |
10–20 | 2.59 | 2.76 | 1.62 | 2.46 | 1.82 | 2.21 | 2.50 | 1.82 | 2.22 |
20–40 | 3.02 | 2.43 | 1.35 | 1.55 | 1.62 | 2.54 | 1.51 | 1.49 | 1.94 |
40–60 | 4.04 | 1.10 | 1.57 | 1.16 | – | 1.86 | 1.32 | 1.80 | 1.84 |
Содержание гумуса в серой лесной почве, % | |||||||||
0–10 | 5.42 | 2.96 | 4.68 | 4.05 | 2.47 | 3.86 | 2.60 | – | 3.72 |
10–20 | 3.09 | 2.73 | 3.82 | 3.84 | 2.49 | 4.18 | 1.78 | – | 3.13 |
20–40 | 1.11 | 0.70 | 2.71 | 1.94 | 1.30 | 1.40 | 0.71 | – | 1.41 |
40–60 | 0.98 | 0.54 | 1.22 | 0.84 | 1.11 | 0.98 | 0.89 | – | 0.94 |
Содержание гумуса в серой лесной средне-оподзоленной почве, % | |||||||||
0–10 | 2.79 | 3.94 | 2.98 | 3.05 | 3.03 | 2.87 | 3.14 | – | 3.11 |
10–20 | 1.19 | 3.76 | 2.68 | 3.10 | 3.10 | 2.65 | 3.14 | – | 2.80 |
20–40 | 0.83 | 1.49 | 1.09 | 1.98 | 1.64 | 1.43 | 1.42 | – | 1.41 |
40–60 | 0.57 | 0.80 | 1.10 | 1.12 | 1.16 | 0.97 | 1.08 | – | 0.97 |
Содержание гумуса в серой лесной средне-оподзоленной почве с ВГГ, % | |||||||||
0–10 | 3.82 | 3.89 | 3.00 | 3.18 | 4.70 | 5.58 | 3.99 | 3.82 | 4.00 |
10–20 | 4.00 | 4.13 | 3.25 | 3.43 | 3.61 | 4.80 | 3.88 | 3.94 | 3.88 |
20–40 | 4.94 | 4.35 | 3.69 | 2.82 | 4.08 | 3.99 | 2.41 | 3.20 | 3.68 |
40–60 | 2.66 | 2.35 | 1.25 | 1.17 | – | 1.91 | 1.35 | 2.11 | 1.83 |
ЕКО в серой лесной почве, мг-экв/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 20.5 | 26.8 | 15.5 | 22.6 | 27.6 | 24.0 | – | 23.1 | |
10–20 | 26.2 | 24.8 | 27.2 | 27.9 | 25.1 | 27.7 | 22.5 | – | 25.9 |
20–40 | 27.1 | 26.6 | 25.8 | 24.6 | 25.6 | 22.4 | 23.0 | – | 25.0 |
40–60 | 26.0 | 25.6 | 27.7 | 27.4 | 25.0 | 22.8 | 20.9 | – | 25.1 |
ЕКО в серой лесной средне-оподзоленной почве, мг-экв/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 23.7 | 25.6 | 21.8 | 23.4 | 23.7 | 23.0 | 24.6 | – | 23.7 |
10–20 | 23.3 | 25.4 | 21.5 | 23.3 | 21.8 | 21.5 | 23.4 | – | 22.9 |
20–40 | 24.3 | 18.4 | 20.3 | 22.0 | 22.1 | 22.8 | 20.5 | – | 21.5 |
40–60 | 24.6 | 19.5 | 20.4 | 23.1 | 21.6 | 22.8 | 22.9 | – | 22.1 |
ЕКО в серой лесной средне-оподзоленной почве с ВГГ, мг-экв/100 г почвы | |||||||||
0–10 | 26.0 | 26.2 | 23.0 | 23.9 | 26.9 | 27.6 | 25.4 | 26.9 | 25.7 |
10–20 | 27.7 | 26.4 | 23.4 | 24.3 | 26.6 | 27.2 | 24.8 | 28.1 | 26.1 |
20–40 | 33.0 | 25.9 | 27.6 | 23.2 | 30.0 | 27.4 | 23.6 | 27.2 | 27.2 |
40–60 | 23.9 | 27.6 | 20.9 | 21.1 | – | 22.5 | 23.1 | 24.4 | 23.4 |
рНКС1 в серой лесной почве | |||||||||
0–10 | 5.81 | 5.35 | 5.41 | 6.17 | 7.20 | 6.40 | 6.10 | – | 6.06 |
10–20 | 5.65 | 5.53 | 5.32 | 6.19 | 6.38 | 6.09 | 5.90 | – | 5.86 |
20–40 | 5.28 | 5.37 | 5.55 | 5.86 | 6.35 | 6.18 | 5.68 | – | 5.75 |
40–60 | 5.44 | 5.47 | 5.37 | 5.60 | 6.37 | 5.98 | 5.55 | – | 5.68 |
рНКСl в серой лесной средне-оподзоленной почве | |||||||||
0–10 | 5.87 | 5.91 | 5.67 | 5.35 | 5.19 | 5.86 | 5.69 | – | 5.65 |
10–20 | 5.97 | 5.90 | 5.61 | 5.49 | 5.12 | 5.93 | 5.49 | – | 5.64 |
20–40 | 5.48 | 5.70 | 5.19 | 5.30 | 5.78 | 6.13 | 5.56 | – | 5.59 |
40–60 | 5.53 | 5.24 | 4.92 | 5.18 | 5.62 | 5.83 | 5.38 | – | 5.38 |
рНКСl в серой лесной средне-оподзоленной почве с ВГГ | |||||||||
0–10 | 5.22 | 4.97 | 4.99 | 5.28 | 5.39 | 6.41 | 5.34 | 5.39 | 5.37 |
10–20 | 5.81 | 4.91 | 5.13 | 5.27 | 6.03 | 6.12 | 5.44 | 5.50 | 5.53 |
20–40 | 5.96 | 5.35 | 5.58 | 5.80 | 5.90 | 5.96 | 5.53 | 5.66 | 5.72 |
40–60 | 5.62 | 5.27 | 5.19 | 6.47 | – | 5.56 | 5.22 | 5.33 | 5.52 |
Наиболее высокая доля перехода аммонийного азота в жидкую фазу W отмечена в серой лесной с ВГГ почве, наиболее низкая – в серой лесной средне-оподзоленной. Однако содержание N-NH4 в почве было наиболее высоким в последней почвенной разности.
Содержание гумуса и ЕКО снижались от серой лесной средне-оподзоленной с ВГГ почвы к серой лесной и серой лесной средне-оподзоленной.
Наиболее высокие показатели рНКСl в слое 0–20 см почвы выявлены в серой лесной почве (5.86–6.06 ед.), наиболее низкие (5.37–5.53) – в серой лесной средне-оподзоленной с ВГГ почве. В то же время в слоях 20–40 и 40–60 см почвы в серой лесной средне-оподзоленной почве наблюдали наиболее низкие величины рНКСl (5.38–5.59 ед.), что было связано с генезисом серых лесных почв (повышенное увлажнение).
Корреляционно-регрессионный анализ взаимосвязи средней степени перехода N-NH4 почвы в жидкую фазу со средними изученными параметрами (табл. 8) позволил выявить их тесную высокую связь (0.877 > R2 > 0.707).
Таблица 8.
Почва | Уравнение взаимосвязи (n = 12) | R2 | Доверительный интервал |
---|---|---|---|
Серая лесная средне-суглинистая | W1 = 0.0273 + 0.231x2 | 0.707 | 0.37 |
W2 = –26.2 + 2.17x3 + 0.0455х$_{2}^{2}$ – 0.0443х$_{3}^{2}$ | 0.869 | 0.28 | |
W3 = 0.45 – 0.71x$_{1}^{2}$ + 0.096х1x2 | 0.813 | 0.31 | |
W4 = 94.6 + 3.54x2 – 35.3х4 +3.29x$_{4}^{2}$ – 0.60x2x4 | 0.877 | 0.29 |
Коэффициент детерминации для взаимосвязи степени перехода W с содержанием гумуса составил 70.7% (модель 1). При учете ЕКО и содержания гумуса он повышался до 86.9% (модель 2). При этом с ростом ЕКО в начале наблюдали повышение параметра W, а затем – снижение. По модели 3 с увеличением содержания аммонийного азота в почве степень перехода W снижалась по квадратичной зависимости, но повышалась от действия его сочетания с содержанием гумуса. Несколько более тесная взаимосвязь установлена при учете содержания гумуса, величины рНКСl и сочетания этих параметров (модель 4). При этом с ростом рНКСl степень перехода W изменялась, проходя через минимум.
Очевидно, в серых лесных средне-оподзоленных почвах в слоях 20–40 см и 40–60 см почвы при более низких величинах рНКСl повышался положительный заряд гидроксидов железа и алюминия. Это вело к гетерокоагуляции их с отрицательно заряженными органическими и органо-минеральными коллоидами. При этом происходило внутриагрегатное поглощение ионов аммония, переход которых в жидкую фазу замедлялся. Основной же причиной снижения параметра W в более глубоких слоях этой почвы являлось снижение микробиологической активности, особенно процессов нитрификации, из-за повышения кислотности. Это подтверждало наиболее высокое содержание аммонийного азота в слоях 20–40 и 40–60 см почвы (табл. 7).
В табл. 9 проведено сравнение экспериментально полученных средних величин перехода аммонийного азота в жидкую фазу (вытяжка почва : вода = 1 : 1) с рассчитанными по моделям 1–4 (табл. 8) величинами. Получено удовлетворительное соответствие между ними.
Таблица 9.
Глубина слоя, см | W | N-NH4 | Гумус | ЕКО | рНКСl | W в зависимости от модели | Среднее | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
W1 | W2 | W3 | W4 | |||||||
Серая лесная почва | ||||||||||
0–10 | 1.06 | 2.23 | 3.72 | 23.1 | 6.06 | 0.89 | 0.94 | 0.89 | 1.10 | 0.96 |
10–20 | 0.94 | 2.11 | 3.13 | 25.9 | 5.86 | 0.75 | 0.75 | 0.77 | 0.76 | 0.76 |
20–40 | 0.46 | 1.69 | 1.41 | 25.0 | 5.75 | 0.35 | 0.47 | 0.48 | 0.50 | 0.45 |
40–60 | 0.38 | 1.38 | 0.94 | 25.1 | 5.68 | 0.24 | 0.41 | 0.44 | 0.34 | 0.36 |
Серая лесная средне-оподзоленная почва | ||||||||||
0–10 | 0.59 | 3.20 | 3.11 | 23.7 | 5.65 | 0.75 | 0.80 | 0.70 | 0.62 | 0.72 |
10–20 | 0.48 | 2.77 | 2.81 | 22.9 | 5.64 | 0.67 | 0.64 | 0.65 | 0.57 | 0.63 |
20–40 | 0.14 | 3.24 | 1.41 | 21.5 | 5.59 | 0.35 | 0.09 | 0.15 | 0.32 | 0.23 |
40–60 | 0.18 | 3.02 | 0.97 | 22.1 | 5.38 | 0.25 | 0.18 | 0.09 | 0.20 | 0.18 |
Серая лесная средне-оподзоленная с ВГГ почва | ||||||||||
0–10 | 1.12 | 2.52 | 4.00 | 25.7 | 5.37 | 0.95 | 1.05 | 0.97 | 1.16 | 1.03 |
10–20 | 0.92 | 2.22 | 3.88 | 26.1 | 5.53 | 0.92 | 0.96 | 0.93 | 0.84 | 0.91 |
20–40 | 0.59 | 1.94 | 3.68 | 27.2 | 5.72 | 0.88 | 0.68 | 0.87 | 0.69 | 0.78 |
40–60 | 0.60 | 1.84 | 1.83 | 23.4 | 5.52 | 0.45 | 0.49 | 0.53 | 0.38 | 0.46 |
Доверительный интервал | – | – | – | – | – | 0.37 | 0.28 | 0.31 | 0.29 | 0.31 |
В острозасушливом 2021 г. погодные условия оказали определяющее отрицательное влияние на урожайность яровых зерновых культур [11]. Дефицит влаги в период колошение–формирование зерна снизил их урожайность (ц зерна/га), которая составила: овса – 21.9–25.6, ячменя – 13.2–15.0. Достоверных различий влияния удобрений и систем обработок на этот параметр не установлено.
Регулярно выпадающие по декадам августа осадки [11] позволили получить урожай клубней картофеля при интенсивном уровне применения удобрений в размере 259–281, при высокоинтенсивном – 264–284 ц/га. Очевидно, примененные дозы удобрений (табл. 2) повышали запасы нитратного азота (табл. 3) в слое 0–60 см почвы до 85.2–196 кг/га и обеспечивали получение высоких урожаев этой культуры. При этом нужно отметить, что увеличение дозы полного минерального удобрения с N90P90K90 до N120P120K120 не вело к достоверному росту урожайности картофеля. Для серых лесных почв Ополья это наблюдали и в других исследованиях [12].
В вариантах, где под картофель применяли зяблевую вспашку на 20–22 см (системы отвальной и комбинированно-ярусной обработки) урожайность картофеля была достоверно больше (283 и 280 ц/га соответственно), чем при комбинированно-энергосберегающей (265 ц/га) и противоэрозионной (262 ц/га) системах обработки (НСР05 = 13 ц/га). По-видимому, при вспашке формировались более благоприятные агрофизические свойства пахотного слоя и его водно-воздушный режим.
ВЫВОДЫ
1. Обобщены литературные данные о влиянии подвижных форм азота на продуктивность культур севооборотов на серых лесных почвах Владимирского ополья и дерново-подзолистых почвах разного физико-химического состояния. На легко- и средне-суглинистых почвах, характеризующихся высокой емкостью катионного обмена, определяющая роль в повышении урожайности культур севооборота принадлежала запасам нитратного азота, в меньшей мере (в 2–3 раза) – запасам аммонийного азота в слое 0–40 см почвы в ранний период их вегетации. Это было связано с полным нахождением нитратного азота в жидкой фазе, аммонийного – с частичным. С облегчением гранулометрического состава и уменьшением емкости катионного обмена переход N-NH4 почвы в жидкую фазу значимо повышался, для диагностики минерального питания растений азотом можно использовать запасы его аммонийной и нитратной форм.
2. В многолетнем стационарном опыте “агроландшафты” подтверждено влияние внесенных минеральных азотных и органических удобрений, повышавшее запасы N-NO3 в почве, выявлены различия в запасах нитратного азота в различных почвенных разностях серых лесных почв и в вариантах систем их обработки.
3. Для первого этапа трансформации удобрений (аммонификации), влияющего на дальнейшие процессы нитрификации, установлены факторы как повышения, так и снижения степени перехода аммонийного азота почвы в жидкую фазу (W). Этот параметр возрастал с увеличением содержания гумуса и уменьшался с ростом содержания в почве аммонийного азота. С повышением емкости катионного обмена в начале наблюдали рост параметра W, затем – его снижение. В начальной области увеличения рНКСl происходило снижение степени перехода аммонийного азота в жидкую фазу, в дальнейшем – ее возрастание. Наиболее заметным влияние величины рНКСl на изученный параметр было характерно для серой лесной средне-оподзоленной почвы.
Список литературы
Ненайденко Г.Н. Рациональное применение удобрений в условиях рыночной экономики. Иваново, 2007. 350 с.
Сычёв В.Г., Шафран С.А. Агрохимические свойства почв и эффективность минеральных удобрений. М.: ВНИИА, 2013. 296 с.
Лукин С.М. Длительные стационарные полевые опыты с органическими удобрениями: значение, результаты и перспективы исследований на дерново-подзолистых почвах // Мат-лы Международ. научн. конф., посвящ. 90-летию ВНИИ агрохимии и 80-летию Географической сети опытов с удобрениями (1–2 декабря 2021 г.) / Под ред. Шкуркина С.И. М.: ВНИИА, 2022. С. 107–116.
Окорков В.В., Фёнова О.А., Окоркова Л.А. Приемы комплексного использования средств химизации в севообороте на серых лесных почвах Верхневолжья в агротехнологиях различной интенсивности. Суздаль, 2017. 176 с.
Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Серые лесные почвы Владимирского ополья и эффективность использования их ресурсного потенциала. Иваново: ПресСто, 2021. 188 с.
Окорков В.В. К вопросу о равноценности питания растений нитратным и аммонийным азотом // Агрохимия. 2021. № 12. С. 3–14.
Окорков В.В. Различия в использовании растениями нитратного и аммонийного азота почвы // Проблемы и вопросы современной науки. Реценз. сб. научн. тр. 2019. № 2(3). Ч. 1. НИЦ МОАН, 2019. С. 66–76.
Okorkov V.V., Okorkova L.A., Shchukin N.N. Chicken droppings influence on sod-podzolic soil fertility change studying experience // In the scientific collection IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Series “Advances in Science for Agriculture “Achievements of Science for the Agro-Industrial Complex”. 2021. P. 012062. Nemchinovka. https//iopscience.iop.org/issue/1755-1315/843/1
Окорков В.В., Григорьев А.А., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Приемы применения агрохимических средств на землях с неоднородным почвенным покровом во Владимирском ополье. Владимир: ВООО ВОИ ПУ “Рост”, 2010. 188 с.
Практикум по агрохимии / Под ред. Ягодина Б.А. М.: Агропромиздат, 1987. 512 с.
Корчагин А.А., Лебедева А.Г., Щукин И.М., Шаркевич В.В., Щукина В.И. Особенности формирования урожайности яровых зерновых культур и картофеля в погодных условиях 2021 года // Владимир. земледелец. 2022. № 1(99). С. 15–20.
Окорков В.В. Эффективность систем удобрения под картофель на серых лесных почвах Владимирского ополья // Агрохимия. 2005. № 3. С. 36–43.
Дополнительные материалы отсутствуют.