апасы азота в почве и ее нитрификационная способность являются объективными показа- телями почвенного плодородия. В условиях лесостепи Северного Зауралья в длительном ста- ционарном опыте изучали влияние возрастающих доз минеральных удобрений на содержание легкогидролизуемого азота пахотного чернозема выщелоченного. Также провели исследования по выявлению влияния удобрений на нитрификационную способность пашни. В ходе исследова- ний было определено содержание легкогидролизуемого азота в пахотном черноземе на контроле (без удобрений) и при внесении возрастающих доз минеральных удобрений. Установлено, что на естественном и минимальном агрофоне (NP на 3 т/га зерна) в слое 0–40 см была низкая обеспе- ченность легкогидролизуемым азотом. Систематическое внесение минеральных удобрений на планируемые урожайности 5 и 6 т/га зерна способствовало его значительному увеличению от- носительно контроля. На максимальном агрофоне (NP 6 т/га зерна) в слое 20–40 см содержание легкогидролизуемого азота значительно ниже из-за активной работы минерализующей микро- флоры. В ходе работы определен коэффициент корреляции между урожайностью и содержанием легкогидролизуемого азота в почве, который составил 0,8 ед. и свидетельствует о тесной связи этих факторов между собой. Результаты многолетних исследований показывают, что замет- ных изменений нитрификационной активности старопахотного чернозема, как на варианте без удобрений, так и при внесении невысоких доз минеральных удобрений, не происходит. Нитрифи- кация составила 12,0 и 13,3 мг/кг почвы соответственно. При внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность зерна свыше 5 т/га нитрификация возрастает в 1,5 раза относи- тельно контроля. Установлена тесная связь легкогидролизуемого азота и нитрификационной способности почвы, коэффициент корреляции составил 0,94 ед.
легкогидролизуемый азот, нитрификация, микрофлора почвы, биологиче- ская активность, чернозем выщелоченный, минеральные удобрения.
Введение. Азот – один из главных элементов питания, без достаточного количества которого невозможно получить высокие урожаи сельско- хозяйственных культур. Именно поэтому нали- чие этого химического элемента наряду с орга- ническим углеродом лежит в основе плодородия почв. Черноземные почвы хорошо обеспечены общими запасами азота, несмотря на широкую область распространения по земному шару. Наиболее обеспечены черноземы европейской части России, которые содержат до 0,45 % азота [1, 2]. В Западной Сибири, по данным Г.П. Гамзи- кова, содержание азота в черноземах может пре- вышать и европейские аналоги [3]. Черноземные почвы юга Тюменской области характеризуются меньшим содержанием общего азота и резко убывающим его распределением в почвенной толще [4]. Однако высокое содержание общего азота не означает наличие в достаточном коли- честве доступных для растений форм данного элемента. Как показала практика агрохимических обследований земель сельскохозяйственного назначения и многочисленные научные исследо- вания, более 80 % характеризуются дефицитом
азота, необходимого для формирования средних урожаев. Из этого следует, что доступный азот для сельскохозяйственных культур в пахотных почвах лесостепной зоны Зауралья находится в первом минимуме [5].
При разработке системы удобрений аграрии столкнулись с проблемой несоответствия обе- спеченности растений азотом их фактической продуктивности. Очень часто можно слышать высказывания, что расчетные дозы удобрений на планируемые урожаи не дают точного резуль- тата, причем отклонения бывают довольно су- щественны. Для объяснения этого необходимо понимать, что при расчетах мы руководствуемся фактическим содержанием доступного для рас- тений азота, но не учитываем особенности почв, погоды и агротехники. Наиболее стабильным и близким к фактической обеспеченности расте- ний является легкогидролизуемый азот, который при нитрификации очень быстро переходит из органической части в минеральные вещества.
Исследования легкогидролизуемого азота начали проводиться несколько десятилетий на- зад и продолжаются до настоящего времени.
Несмотря на сотни краткосрочных исследований и десятки многолетних опытов, мнения ученых разделились. Часть исследователей выявили корреляцию между продуктивностью культур и содержанием легкогидролизуемого азота, что дает возможность оптимизировать систему удобрений [6–8]. Другая группа ученых так и не смогла найти доказательства зависимости меж- ду этими показателями [9, 10].
Цель исследований. Изучение содержания легкогидролизуемого азота и нитрификационной способности пахотного чернозема выщелочен- ного лесостепной зоны Зауралья при внесении возрастающих доз минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых культур.
Объекты и методы исследований. Иссле- дования по влиянию минеральных удобрений на содержание легкогидролизуемого азота и нитри- фикационную способность выполнены на пахот- ном черноземе выщелоченном в лесостепной зоне Зауралья. На стационаре кафедры почво- ведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, под руководством Г.Д. Притчиной, в 1995 году
был заложен опыт, исследования на котором продолжаются и в настоящее время. Опыт пред- ставлен трехпольным зернопаровым севооборо- том: однолетние травы – яровая пшеница – овес. Характер действия на изучаемые показатели оценивали в посевах яровой пшеницы в трех- кратной повторности. Дозы аммиачной селитры и аммофоса рассчитывали перед посевом ме- тодом элементарного баланса. Вносили на пла- нируемые урожайности зерна с учетом текущей нитрификации и начальных запасов питатель- ных веществ в почве в дозах, представленных на рисунке 1. Из-за обеспеченности черноземов Северного Зауралья подвижным калием удо- брения, содержащие этот элемент питания, не вносили. В опыте высевалась яровая пшеница
сорта Новосибирская 27.
Осенью после уборки предшественника про- водили отвальную обработку, весной по физи- чески спелой почве боронование. Внесение удо- брений осуществляли вручную с последующей культивацией.
Рис. 1. Дозы удобрений на планируемые урожайности зерна яровой пшеницы (2018–2020 гг.), кг/га д.в.
Содержание потенциально доступного для растений азота (легкогидролизуемого) опреде- ляли по методу Корнфилда; нитрификационную способность по методу С.П. Кравкова в лабора- тории экологии почв Агробиотехнологического центра ГАУ Северного Зауралья.
Отбор почвы для лабораторных исследова- ний проводили в фазу цветения яровой пшеницы до 40 см послойно с шагом 10 см.
Статистическая обработка результатов была проведена с помощью программы MS Excel и по
методике Б.А. Доспехова. Градации по легкоги- дролизуемому азоту – Г.П. Гамзикова (2000 г.).
Результаты исследований и их обсужде- ние. На варианте с естественным агрофоном (контроль) содержание легкогидролизуемого азота в слое 0–20 см пахотного чернозема соста- вило 144 мг/кг, что соответствует низкой обеспе- ченности (табл. 1). В слое 20–40 см данный пока- затель соответствовал 112 мг/кг почвы. Внесение удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна не оказало достоверного влияния на со- держание щелочнорастворимого азота в слое
05
0-40 см – отклонения были в пределах НСР . Систематическое применение высоких доз удо- брений (NPK на 5,0 и 6,0 т/га) способствовало увеличению содержанию легкогидролизуемого азота в черноземе. В целом по слою 0–40 см изучаемый показатель был соответственно 148 и 143 мг/кг почвы, что на 16 % выше значений кон- троля. Причиной этого является запашка соломы и пожнивно-корневых остатков с повышенным содержанием общего азота и более быстрой их трансформацией под действием почвенной ми- крофлоры [11, 12].
Таблица 1
Содержание легкогидролизуемого азота в пахотном черноземе при внесении возрастающих доз минеральных удобрений (2018–2020 гг.), мг/кг почвы
|
Вариант (фактор А) |
Слой почвы (фактор В), см |
||
|
0–20 |
20–40 |
0–40 |
|
|
Контроль |
144 |
112 |
128 |
|
NPK на 3,0 т/га |
147 |
117 |
132 |
|
NPK на 5,0 т/га |
156 |
141 |
148 |
|
NPK на 6,0 т/га |
158 |
129 |
143 |
|
НСР для фактора А = 8 мг/кг; для В = 6 05 |
|||
Минеральные удобрения оказали непосред- ственное влияние на содержание легкогидро- лизуемого азота не только в слое 0–20 см, но и глубже. На вариантах с высоким агрофоном, где вносили удобрения на планируемые урожаи свы-
ния активности почвенной биоты при разработке системы удобрений, обеспечивающей расши- ренное воспроизводство плодородия.
Для выявления корреляции между урожайно- стью сельскохозяйственных культур и содержа-
лг
ше 3,0 т/га, содержание N
было на 26 % выше
нием легкогидролизуемого азота в почве приве-
05
значений контроля (НСР
=6 мг/кг). На варианте
дены данные по годам (табл. 2). На контроле за
с максимальным агрофоном (NPK на 6,0 т/га) отмечено достоверное уменьшение содержания легкогидролизуемого азота – отклонение соста- вило 12 мг, или 9 % по сравнению с предыдущим вариантом. Причиной этого является стимули- рующее действие минеральных удобрений на минерализующую микрофлору [13, 14]. Данный факт указывает на необходимость учета измене-
2018–2020 гг. урожайность варьировала в незна- чительных пределах – от 1,85 до 2,24 т/га. На этом варианте формирование урожая происходило за счет естественного плодородия. Содержание лег- когидролизуемого азота в слое 0–40 см в эти годы менялось от 124 до 132 мг/кг, что подтверждает влияние погодных условий на данный показатель.
Таблица 2
Урожайность яровой пшеницы при внесении удобрений и разном содержании легкогидролизуемого азота
|
Вариант |
Урожайность пшеницы, т/га |
Легкогидролизуемый азот в слое 0–40 см, мг/кг |
||||
|
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
|
|
Контроль |
1,85 |
2,04 |
2,24 |
124 |
127 |
132 |
|
NPK на 3,0 т/га |
2,88 |
3,04 |
3,52 |
133 |
124 |
139 |
|
NPK на 5,0 т/га |
5,14 |
5,49 |
5,17 |
142 |
149 |
153 |
|
NPK на 6,0 т/га |
5,54 |
5,07 |
6,24 |
151 |
126 |
154 |
|
НСР 05 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
7 |
6 |
9 |
Внесение минеральных удобрений в дозе
негативное влияние высоких доз минеральных
N
P
40 75
обеспечило получение планируемой уро-
лг
удобрений. Содержание N
в эти годы в июле
жайности 3,0 т/га – варьирование по годам было
незначительным – от 2,88 до 3,52 т/га. Однако содержание легкогидролизуемого азота изменя- лось иначе по сравнению с контролем. В 2018 г. разница между вариантами и контролем стала
составило 151 и 154 мг/кг почвы соответственно,
что оказалось максимальным среди изучаемых вариантов. Анализ урожайности и содержания легкогидролизуемого азота по годам показал присутствие тесной положительной связи между
05
достаточно достоверна – 9 мг/кг при НСР
, рав-
этими показателями – коэффициент корреляции
ном 7 мг. В 2019 и 2020 гг. отклонения находи- лись в пределах ошибки опыта.
Внесение минеральных удобрений на плани- руемую урожайность 5,0 т/га обеспечило в годы исследований формирование урожая от 5,14 до 5,49 т/га, что для Северного Зауралья считается отличным результатом даже для черноземных почв. Содержание легкогидролизуемого азо- та во все годы исследований было достоверно выше контроля и варианта с планируемой уро- жайностью 3,0 т/га и варьировало в пределах 142–153 мг/кг почвы.
На варианте с максимальным уровнем при- менения минеральных удобрений (NPK на 6,0 т/га зерна) планируемая урожайность была получена только в 2018 и 2020 гг. Причиной не- добора зерна в 2019 г. стали погодные условия вегетационного периода. В этот же год отме- чено минимальное среди удобренных вариан- тов содержание легкогидролизуемого азота –
составил 0,8 ед.
Одним из главных биологических показате- лей почвы считается ее нитрифицирующая спо- собность, которая лежит в основе азотного режи- ма. Этот показатель напрямую связан с количе- ственным составом почвенной микрофлоры и ее активностью. В результате исследований было установлено, что пахотный чернозем, на кото- ром не вносили минеральные удобрения более 20 лет (с 1995 г.), характеризуется минимальной нитрифицирующей способностью. В июле она составляла 12,0 мг/кг почвы, что является очень низким значением для черноземов (рис. 2). Вне- сение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна не оказало суще- ственного влияния на нитрификацию, которая составила 13,3 мг/кг почвы. На вариантах с высо- ким агрофоном (NPK на 5,0 и 6,0 т/га) нитрифи- цирующая способность была достоверно выше контроля, достигая 17,2 и 18,1 мг/кг почвы при
126 мг/кг почвы в слое 0–40 см. Данные 2018 и 2020 гг. не позволяют однозначно указать на
05
НСР
, равном 1,1 мг/кг почвы.
Рис. 2. Влияние минеральных удобрений на нитрифицирующую
способность пахотного чернозема (2018–2020 гг.) (НСР
05
=1,1), мг/кг
Корреляционный анализ содержания лег- когидролизуемого азота и нитрифицирующей способности показал очень тесную взаимосвязь между ними – коэффициент корреляции соста- вил 0,94 ед. Это дает возможность оптимизиро- вать систему удобрений для сельскохозяйствен- ных культур с учетом почвенно-климатического потенциала региона.
Выводы. Отсутствие минеральных удобре- ний способствует минимальному накоплению легкогидролизуемого азота в слое 0–40 см па- хотного чернозема. Его содержание составляет 128 мг/кг почвы, что соответствует средней обе- спеченности. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га не оказы- вает влияния на содержание легкогидролизуе- мого азота в черноземе. Интенсивный агрофон, обеспечивающий получение урожая 5,0 т/га зер- на и выше, приводит к увеличению содержания легкогидролизуемого азота до 148 мг/кг почвы, что на 16 % выше значений контроля. Накопле- ние данной фракции происходит не только в зоне непосредственного внесения удобрений, но и су- щественно глубже, вплоть до глубины 40 см.
Урожайность яровой пшеницы взаимосвяза- на с содержанием легкогидролизуемого азота в слое 0–40 см. Коэффициент корреляции состав- ляет 0,8 ед., что делает возможным использо- вать данные для расчета доз минеральных удо- брений на планируемую урожайность сельскохо- зяйственных культур.
Установлена тесная корреляционная зависи- мость между содержанием легкогидролизуемого азота и нитрифицирующей способностью пахот- ного чернозема. Коэффициент корреляции со- ставляет 0,94 ед., что указывает на возможность
проведения регрессионного анализа в системе математического моделирования минерального питания сельскохозяйственных культур.
1. Stakhurlova L.D., Svistova I.D., Shcheglov D.I., 2007. Biological activity as an indicator of cher- nozem fertility in different biocenoses. // Eur- asian Soil Science. 40. 694–699. DOI: 10.1134/ S1064229307060117.
2. Стекольников К.Е. Органическое земле- делие в России – благо или катастрофа // Биосфера. 2020. Т. 12. № 1-2. С. 53–62. DOI:https://doi.org/10.24855/BIOSFERA.V12I1.537.
3. Гамзиков Г.П. Агрохимия азота в агроцено- зах. Новосибирск: Изд-во ИИЦ ГНУ СибН- СХБ Россельхозакадемии, 2013. 790 с.
4. Еремин Д.И. Агрогенная трансформация чернозема выщелоченного Северного Зау- ралья: автореф. дис. д-ра биол. наук. Тюмень, 2012. 34 с.
5. Абрамов Н.В., Еремина Д.В., Еремин Д.И. Агроэкономическое обоснование применения минеральных удобрений под яровую пшеницу в Северном Зауралье // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2010.№ 5. С. 11–17.
6. Ражева Д.Р. Содержание различных форм азота в почве при длительном сельскохо- зяйственном использовании чернозема вы- щелоченного Южного Зауралья // Вестник Алтайского ГАУ. 2009. № 5. С. 35–39.
7. Фадькин Г.Н., Костин Я.В. Влияние дли- тельного применения простых минеральных удобрений на азотный режим серой лесной тяжелосуглинистой почвы // Вестник Рязан- ского ГАУ им. П.А. Костычева. 2012. № 4 (16). С. 74–76.
8. Шаталина Л.П. Изменение азота общего и легкогидролизуемого чернозема выщело- ченного в полевых севооборотах // Плодо- родие. 2018. № 5 (104). С. 35–38.
9. Центило Л.В., Цюк А.А. Азотный режим чер- нозема типичного в зависимости от удобре- ния и обработки почвы // Биоресурсы и приро- допользование. 2019. Т. 11. № 1-2. С. 107–114.
10. Глухих М.А., Калганова Т.С. Динамика азо- та в почвах Зауралья // АПК России. 2015. Т. 71. С. 118–125.
11. Ахтямова А.А. Изменение химического со- става запаханной соломы под действием агрохимикатов // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 4 (24). С. 17–20.
12. Еремин Д.И., Ахтямова А.А. Химический состав растительных остатков сельскохо- зяйственных культур, выращенных на раз- личном агрофоне в лесостепной зоне Зау- ралья // Вестник КрасГАУ. 2017. № 2 (125). С. 32–38.
13. Демина О.Н., Еремин Д.И. Влияние мине- ральных удобрений на микрофлору пахотно- го чернозема лесостепной зоны Зауралья // Вестник КрасГАУ. 2020. № 2 (155). С. 63–71. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-2-63-71.
14. Абрамов Н.В. Биологический режим черно- зема обыкновенного в процессе сельско- хозяйственного использования // Аграрный вестник Урала. 2008. № 5. С. 35–37.
