АГРОХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И СОЛОМЫ
Рубрики: АГРОНОМИЯ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Одним из путей пополнения запасов гумуса в агрофитоценозах является использование соломы зерновых культур и сои в качестве органического удобрения, так как запашка их биологического урожая увеличивает приход органического вещества и повышает микробиологическую, биологическую и энзиматическую активность почвы. В статье приведены данные определения агрохимических и энзиматических свойств зональных типов почв Амурской области при применении соломы и минеральных удобрений. Для исследований выбраны бурая лесная, бурая лесная глеевая, луговая черноземовидная, аллювиальная почвы – наиболее распространенные на территории Амурской области. Для изучения свойств исследуемых почв заложен лабораторный опыт с различными вариантами внесения соломы зерновых и сои и минеральных удобрений. В качестве минеральных удобрений выбраны аммоний азотнокислый (N30) и калий фосфорнокислый однозамещенный (Р30). Лабораторный опыт разделён на 2 срока компостирования – 90 и 180 дней, для оценки степени деструкции соломы в зависимости не только от вносимых удобрений, но и от гидротермических условий. При исследовании установлено, что выбранные типы почв характеризуются слабокислой реакцией почвенной среды, очень низким и низким содержанием гумуса, среднем и повышенным содержанием подвижного фосфора, повышенным и высоким содержанием подвижного калия. Установлено, что срок компостирования соломы не влияет на реакцию почвенной среды. На всех типах почв наблюдается тенденция к увеличению содержания органического вещества, аммонийного азота, подвижного фосфора и калия во второй срок компостирования при применении минеральных удобрений и соломы. Исследуемые типы почв характеризуются очень слабой и слабой активностью фермента уреазы, средней и очень высокой – фосфатазы. При изучении активности ферментов установлено, что при применении всех систем удобрения активность уреазы выше в первый срок компостирования, активность фосфатазы – во второй срок компостирования. Активность ферментов в разных типах почв варьировала при внесении минеральных удобрений и соломы.

Ключевые слова:
почва, солома, удобрения, реакция среды, гумус, аммонийный азот, подвижный фосфор, подвижный калий, ферментативная активность
Текст
Текст (PDF): Читать Скачать

Введение. Послеуборочные остатки сельскохозяйственных культур, ≈ 80 % которых составляет солома зерновых и зернобобовых культур, являются важнейшим ресурсом воспроизводства плодородия пахотных почв [1–6].

Солома зерновых культур с высоким содержанием углерода является ценным материалом для синтеза органического вещества почвы. Однако непосредственная заделка соломы оказывает депрессирующее влияние как на почву, так и на возделываемые культуры, зачастую снижая их урожайность из-за образования токсичных и кислых продуктов разложения органического вещества, а также иммобилизации минерального азота почвы [7, 8].

В полевых севооборотах Приамурья основным источником органического вещества являются солома зерновых культур и сои, пласт многолетних трав, сидеральное удобрение, пожнивные остатки [9].

В Амурской области по состоянию на 2021 г. общая площадь сельскохозяйственных угодий составляет 2379 тыс. га, из них более половины пахотных земель (64 %) засевается зерновыми культурами (11 %) и соей (53 %). После их уборки на полях остается большое количество пожнивных остатков – соломы, которая является основным источником поступления свежего органического вещества в почву.

По данным зональной системы земледелия Амурской области (2016), установлено, что при запашке соломы пшеницы и сои 2 т/га в почву поступает: N – 14–24; P2O5 – 6–8; К2О – 18–28 кг/га соответственно культуре. При запашке корней пшеницы и сои 1 т/га в почву поступает: N – 10–11; P2O5 – 2–4; К2О – 8–6 кг/га соответственно культуре.

Так как отношение углерода к азоту в соломе очень велико, то для нормального его разложения требуется вносить азотные удобрения (7–15 кг на 1 т соломы).

Солома из всех органических удобрений является наиболее экологически чистым и экономически выгодным удобрением. Особенно эффективно ее использование на тяжелых почвах.

Важнейшую роль в процессах биотрансформации соломы в почве играют ферменты – биокатализаторы белковой природы, которые образуются в результате жизнедеятельности высших растений и микроорганизмов, а также поступают в почву после их отмирания, сохраняя при этом свою активность продолжительное время [10]. Принимая участие в разложении остатков растений и микроорганизмов, синтезе и распаде гумуса, гидролизе органических соединений, ферменты могут быть индикаторами скорости разложения соломы в почве [11]. Исследованиями И.В. Черепухиной (2012) [12], О.С. Безугловой (2019) с соавт. [11], А.Х. Куликовой (2017) с соавт. [13] установлено, что применение соломы как отдельно, так и в комплексе с минеральными удобрениями ведет к увеличению ферментативной активности, так как почвенные микроорганизмы получают дополнительное питание, следовательно, повышается их активность в процессах биотрансформации соломы.

Цель исследования – изучение изменения агрохимических свойств и энзиматической активности зональных типов почв Амурской области различного генезиса и уровня плодородия в зависимости от степени разложения соломы зерновых культур и сои и применения минеральных удобрений.

В результате исследований получены новые данные, характеризующие минерализацию соломы в почве в условиях Амурской области, что, в свою очередь, вносит вклад в изучение региональных особенностей плодородия исследуемых почв и эффективности применения соломы в качестве органического удобрения.

Объект и методы. Для проведения лабораторного опыта были выбраны наиболее распространенные на территории Зейско-Буреинской равнины Амурской области типы почв: бурая лесная (БЛ), бурая лесная глеевая (БЛГ), луговая черноземовидная (ЛЧ), аллювиальная (АД).

По данным литературных источников [9, 14, 15], агрохимическая характеристика основных типов почв приведена в таблице 1.

 

Таблица 1

Агрохимическая характеристика основных типов почв

 

Тип почвы

рНKCl

Гумус, %

Нг, мг-экв/на 100 г почвы

Nмин.

P2O5

K2O

по Кирсанову

мг/кг

БЛ

4,6–5,5

1,5–3,0

1,5–7,0

0–15

26–50

81–250

БЛГ

4,1–5,0

2,0–6,0

5,1– 6,0

15–30

5–25

200–300

ЛЧ

4,6–6,0

4,0–8,0

3,5–6,0

16–30

35–80

171–250

АД

4,6–5,5

2,0–4,0

2,0–4,0

0–15

26–50

41–80

 

 

Почвенные образцы отбирали площадным методом – по ГОСТ 17.4.3.01-2017 и ГОСТ 17.4.4.02-2017. На площадке 5×5 м отобрано 5 точечных образцов, из которых методом конверта составлена объединенная проба массой 10–15 кг; глубина отбора – 0–20 см. После отбора образцы почвы усредняли, измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстий 5 мм для закладки лабораторного опыта. Далее, после проведения лабораторного опыта, образцы высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм.

Для изучения агрохимических и биологических свойств исследуемых почв заложен двухфакторный лабораторный опыт в трехкратной проворности по следующей схеме: 1) почва (П); 2) почва + солома зерновых культур (П + Сзк); 3) почва + солома соевая (П + Сс); 4) почва + N30P30 (П + N30P30); 5) почва + N30P30 + солома зерновых культур (П + N30P30 + Сзк); 6) почва + N30P30 + солома соевая (П + N30P30 + Сс).

В качестве азотного удобрения использовался аммоний азотнокислый из расчета (N30), в качестве фосфорного удобрения – калий фосфорнокислый однозамещенный из расчета (Р30). Солому зерновых культур (овса) и сои измельчали до 2 см и вносили в почву из расчета 2 т/га.

Образцы весом 500 г хранили в темном месте в стеклянных бюксах с притертой крышкой для сохранения постоянной влажности. По методике [16] почва компостировалась при температуре 25 ºС и влажности 60 % от ПВ. Срок компостирования в 90 дней приравнивается к одному году по сумме активных температур, 180 дней – к двум годам. Сумма активных температур для центральной и южной сельскохозяйственной зоны Амурской области составляет от 2 160 до 2 300 °С.

После компостирования в почвенных образцах определяли физико-химические, химические и биологические свойства по следующим методикам: обменная кислотность определена методом ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); содержание органического вещества – методом И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина; содержание аммонийного азота по ГОСТ 26489-85; подвижный фосфор и калий – методом А.Т. Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 54650-2011); активность нейтральной фосфатазы – методом С. Г. Малахова (гидролиз фенолфталеин фосфата натрия) [17]; активность уреазы – методом А.Ш. Галстяна [18].

Статистическую обработку полученных данных выполняли методом оценки различных вариантов лабораторного опыта по средним показателям в программе Statistica.

Результаты и их обсуждение. Солома для удобрения способствует улучшению физико-химических свойств почвы, уменьшает потери азота, повышает доступность фосфатов и биологическую активность почвы, улучшает условия питания растений. Положительное действие соломы возможно при создании благоприятных условий для разложения.

В результате проведенных исследований установлено, что внесение соломы зерновых культур и сои как отдельно, так и совместно с минеральными удобрениями в первый и второй сроки компостирования на всех типах почв приводит к снижению обменной кислотности. При этом содержание гумуса не изменялось (табл. 2). Во второй срок компостирования на всех типах почв наблюдается тенденция к увеличению содержания органического вещества, что может быть связано с более полным разложением химического состава соломы.

 

Таблица 2

Физико-химические свойства исследуемых почв

 

Схема опыта

Тип почвы

БЛ

БЛГ

ЛЧ

АД

рНсол.

гумус, %

рНсол.

гумус, %

рНсол.

гумус, %

рНсол.

гумус, %

П

4,9

5,0

1,5

1,5

4,5

4,4

1,9

1,9

5,3

5,3

3,4

3,4

5,2

5,3

2,6

2,6

П+Сзк

5,0*

5,0

1,3*

1,5

4,5

4,4

1,8

1,9

5,4

5,5*

3,3

3,4

5,2

5,3

2,5

2,5

П+Сс

5,0*

5,0

1,3*

1,5

4,5

4,8*

1,9

2,0

5,5*

5,5*

3,3

3,4

5,2

5,3

2,5

2,6

П+N30P30

5,1*

5,3*

1,5

1,5

4,5

4,8*

1,9

1,9

5,6*

5,7*

3,4

3,4

5,2

5,3

2,6

2,6

П+N30P30+Сзк

5,1*

5,2*

1,5

1,6

4,6*

4,8*

1,9

1,9

5,6*

5,7*

3,4

3,5

5,2

5,3

2,6

2,7

П+N30P30+Сс

5,2*

5,2*

1,5

1,6

4,5

4,5

1,9

2,0

5,7*

5,8*

3,4

3,6*

5,2

5,3

2,6

2,8*

НСР05

0,1

0,1

0,2

0,2

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,1

0,1

0,2

0,2

Здесь и далее: в числителе – 1-й срок компостирования, в знаменателе – 2-й срок компостирования; (*) – статистически значимая прибавка на 5 % уровне.

 

 

Использование соломы на удобрение – один из путей решения проблемы бездефицитного баланса гумуса и наиболее простой, доступный способ регулирования гумусного состояния почвы. Из применяемых органических удобрений солома содержит наибольшее количество органического вещества, поэтому в почве складывается положительный гумусовый баланс. Наиболее эффективна заделка соломы вместе с минеральными удобрениями, что в 3 раза ускоряет ее разложение. Важнейшим источником азотного питания является аммонийный азот. При этом он поступает в растения быстрее, чем нитраты. Более быстрое поглощение аммиака объясняется тем, что для его использования на построение органических веществ не требуется предварительного восстановления, которое необходимо при питании растений нитратами.

В наших исследованиях содержание аммонийного азота в первый и второй сроки компостирования увеличивается по всем вариантам удобрения в бурой лесной и бурой лесной глеевой почвах, при этом наибольшее увеличение происходило при применении минеральных удобрений совместно с соломой зерновых культур и сои. Также во второй срок компостирования на всех типах почв наблюдается тенденция к увеличению содержания аммонийного азота (табл. 3).

 

Таблица 3

Содержание основных элементов питания исследуемых почв, мг/кг

 

Схема

опыта

Тип почвы

БЛ

БЛГ

ЛЧ

АД

NH4

Р2О5

К2О

NH4

Р2О5

К2О

NH4

Р2О5

К2О

NH4

Р2О5

К2О

П

4,7

7,3

85

125

146

167

14,3

14,9

97

109

105

112

5,6

8,9

76

71

154

174

5,6

8,2

99

111

68

85

П+Сзк

9,9*

10,8

84

163*

165*

178

14,3

18,7

99

127*

104

113

7,3

10,8

70

91*

158

177

6,4

10,8

105

151*

68

82

П+Сс

7,9

8,6

84

144*

170*

182

14,3

27,4*

94

129*

107

112

6,4

14,7

79

89*

162*

174

5,6

10,0

112*

180*

73*

83

П+N30P30

8,1

9,4

99*

152*

144

173

15,2

23,0*

87*

135*

109*

114

6,4

14,3

88*

86*

164*

177

4,7

6,9

121*

166*

73*

85

П+N30P30+Сзк

10,2*

11,9

129*

145*

132*

192

10,8

23,0*

104*

124*

110*

116

8,2

10,8

81

89*

165*

186*

6,5

7,3

127*

163*

75*

82

П+N30P30+Сс

9,7*

10,2

100*

137*

175*

195

10,8

16,9

94

124*

104

102*

9,1

11,7

77

98*

161*

189*

7,3

4,7

126*

157*

75*

90*

НСР05

5

5

8

5

8

5

5

5

7

9

4

10

8

8

9

11

6

7

8

8

10

10

3

4

 

 

Фосфор и калий являются важнейшими элементами, определяющими урожайность сельскохозяйственных культур.

В наших исследованиях содержание подвижного фосфора и калия в первый и второй сроки компостирования увеличивается во всех исследуемых почвах по всем вариантам удобрения в 1,1–1,4 раза по сравнению с почвой контрольного варианта. Также следует отметить, что во второй срок компостирования на всех типах почв наблюдается тенденция к увеличению содержания подвижного фосфора и калия. Установлено, что содержание подвижного фосфора варьировало от среднего до повышенного, подвижного калия – от повышенного до высокого. Таким образом, анализируя агрохимические свойства, установлено, что качество соломы зерновых культур и сои, а также использование ее совместно с минеральными удобрениями приводит к одинаковым тенденциям в изменении свойств исследуемых почв. Большее влияние оказывает срок компостирования почв.

Важнейшую роль в процессах разложения соломы и образования гумуса в почве играют ферменты. Ферменты принимают участие в разложении остатков растений и микроорганизмов, синтезе и распаде гумуса, гидролизе органических соединений, поэтому могут быть индикаторами и скорости разложения соломы в почве.

Гидролазы представляют обширные группы ферментов, к ним относятся прежде всего ферменты, катализирующие гидролиз и синтез сложных органических соединений с участием воды, в результате чего происходит обогащение почвы подвижными и доступными растениям и микроорганизмам питательными веществами [10, 19].

Для выявления особенностей азотного и фосфорного обмена в исследуемых почвах изучены ферменты уреаза и фосфатаза класса гидролаз (табл. 4).

 

 

Таблица 4

Активность уреазы (мг NH3 на 1 г почвы за 24 часа) и фосфатазы

2О5 на 1 г за 24 ч) в исследуемых почвах

 

Схема опыта

Тип почвы

БЛ

БЛГ

ЛЧ

АД

Уреаза

Фосфатаза

Уреаза

Фосфатаза

Уреаза

Фосфатаза

Уреаза

Фосфатаза

П

0,529

0,269

4,91

30,65

0,524

0,450

2,87

17,21

0,529

0,343

3,11

26,33

0,429

0,380

4,91

25,85

П+Сзк

0,504

0,315

5,39

25,85

0,474

0,264

3,23

19,85

0,479

0,376

3,11

21,29

0,329

0,231

4,85

23,45

П+Сс

0,489

0,292

3,47

20,81

0,379

0,450

3,59

18,89

0,379

0,450

15,41

8,57

0,392

0,315

6,83

25,85

П+N30P30

0,479

0,357

4,01

21,29

0,379

0,334

3,59

16,25

0,484

0,427

3,35

22,25

0,354

0,427

4,91

25,73

П+N30P30+Сзк

0,404

0,287

3,71

33,05

0,429

0,427

3,23

14,33

0,479

0,427

3,59

17,45

0,354

0,380

4,43

29,45

П+N30P30+Сс

0,429

0,380

3,95

23,45

0,404

0,473

3,59

16,25

0,454

0,450

2,87

19,85

0,354

0,315

4,73

28,25

 

 

Уреаза в агроценозе катализирует разложение мочевины, которую вносят в качестве азотного удобрения. Мочевина может образовываться в почвах и при внесении растительных остатков в качестве промежуточных продуктов метаболизма азоторганических соединений. На уреазную активность в агроценозе влияет севооборот, содержание органического вещества, глубина и способы обработки почвы, загрязнение тяжелыми металлами, температура [19].

При изучении активности уреазы наблюдалось повышение активности фермента в первый срок компостирования во всех изучаемых почвах, что может быть обусловлено интенсивной микробиологической деятельностью в начальные сроки компостирования. В почве контрольного варианта первого срока компостирования наибольшая активность уреазы проявляется в бурой лесной и луговой черноземовидной почвах. В почве контрольного варианта второго срока компостирования наибольшая активность фермента проявляется в бурой лесной глеевой почве.

Фосфатаза катализирует гидролиз фосфорорганических соединений по фосфорно-эфирным связям, и ее активность характеризует процесс минерализации органических соединений фосфора. Увеличение поступления в почву фосфатаз как микробного, так и растительного происхождения наблюдается в системах земледелия, где фосфор находится в минимуме, а растение испытывают стресс от его недостатка. Так, при недостатке фосфора в почве у растений возрастает содержание кислых фосфатаз в корневых выделениях, которые увеличивают растворение и ремобилизацию фосфатов. Другим фактором, влияющим на синтез, активность и стабильность фосфатаз, является рН почвы. Кислотность зависит от концентрации ортофосфатов в почвенном растворе, которая, в свою очередь, определяет индукцию и экссудацию фосфатаз. Также известно, что растворение фосфорсодержащих минералов в почве в результате деятельности фосфомоноэстераз усиливается при внесении в почву большого количества органического углерода, поэтому активность фосфатаз коррелирует с содержанием органического вещества [19].

При изучении активности фосфатазы наблюдалось значительное повышение активности фермента во второй срок компостирования во всех изучаемых почвах. Это может быть связано с интенсивной микробиологической деятельностью и активацией определенных функциональных групп белковой молекулы фермента под воздействием гидротермических условий. Так как ко второму сроку компостирования могло сложиться оптимальное сочетание температуры воздуха и влажности почвы для активизации гидролитических процессов фосфорорганических соединений.

В контрольном варианте первого срока компостирования наибольшая активность фосфатазы проявляется в бурой лесной и аллювиальной дерновой почвах. В контрольном варианте второго срока компостирования наибольшая активность фермента проявляется в бурой лесной почве (см. табл. 4).

Исследования показали, что при применении минеральных удобрений и соломы в изучаемых типах почв активность уреазы и фосфатазы варьировала (повышалась и снижалась), так как в почвах происходили изменения в содержании питательных веществ, что, в свою очередь, влияло и на микробиологическую активность.

В исследуемых почвах в зависимости от вносимых удобрений и срока компостирования активность уреазы изменялась от очень слабой до слабой, активность фосфатазы – от средней до очень высокой.

Заключение. Изучение агрохимических свойств и ферментативной активности бурой лесной, бурой лесной глеевой, луговой черноземовидной, аллювиальной почв в зависимости от систем удобрения показало, что применение соломы, минеральных удобрений и срок компостирования оказывают влияние на агрохимические свойства и состояние ферментных систем в почвах. Также установлено, что срок компостирования почвы оказывает большее влияние на изменение агрохимических свойств и ферментативной активности, чем вид соломы и используемые минеральные удобрения.

Исследуемые типы почв характеризуются слабокислой реакцией почвенной среды, очень низким и низким содержанием гумуса, среднем и повышенным содержанием подвижного фосфора, повышенным и высоким содержанием подвижного калия. На всех типах почв увеличилось содержание органического вещества, аммонийного азота, подвижного фосфора и калия во второй срок компостирования при применении минеральных удобрений и соломы зерновых культур и сои.

Исследуемые типы почв характеризуются очень слабой и слабой активностью фермента уреазы, средней и очень высокой – фосфатазы. При изучении активности ферментов установлено, что при применении всех систем удобрения активность уреазы выше в первый срок компостирования, активность фосфатазы – во второй срок компостирования. Максимальную активность уреаза и фосфатаза проявили в бурой лесной почве. Активность ферментов в разных типах почв варьировала при внесении минеральных удобрений и соломы.

Список литературы

1. Белоусов А.А. Оценка биологического качества органического вещества в структурных агрегатах чернозема выщелоченного в условиях минимизации обработки // Вестник КрасГАУ. 2022. № 4. С. 37–43. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-4-37-43.

2. Ладонин В.Ф., Юркин С.Н., Анисимова Т.Ю. О факторах формирования урожаев в Нечерноземной зоне // Плодородие. 2002. № 5. С. 5–10.

3. Высвобождение элементов питания при заделке соломы в дерново-подзолистые почвы в зависимости от ее видового состава и удобрения азотом / Т.М. Серая [и др.] // Агрохимия. 2013. № 3. С. 52–59.

4. Русакова И.В., Еськов А.И. Оценка влияния длительного применения соломы на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы // Доклады РАСХН. 2011. № 5. С. 28–31.

5. Русакова И.В., Московкин В.В. Микробная деградация соломы под влиянием биопрепарата БАГС и приемы повышения эффективности его применения на разных типах почв // Агрохимия. 2016. № 8. С. 56–61.

6. Delgado J.A. Crop residue is a key for sustainning maximum food production and for conservation of our biosphere // J. Soil Water Conserv. 2010. I. 65(5). P. 111A–116A.

7. Пегова Н.А. Влияние вида пара, соломы и систем обработки дерново-подзолистой почвы на ее агрохимические свойства // Агрохимия. 2020. № 4. С. 3–12.

8. Черепухина И.В., Безлер Н.В. Солома зерновых культур как фактор, способствующий улучшению гумусового состояния почвы // Плодородие. 2017. № 5. С. 35–38.

9. Система земледелия Амурской области: производ.-практ. справ. / Дальневост. гос. аграр. ун-т. Благовещенск, 2016. 570 с.

10. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.

11. Ферментативная активность чернозема обыкновенного при разложении соломы в почве / О.С. Безуглова [и др.] // Успехи современного естествознания. 2019. № 12, ч. 2. С. 199–204.

12. Черепухина И.В. Микробиологические и биохимические процессы в черноземе выщелоченном при использовании микромицета-целлюлозолитика с соломой ячменя: дис. … канд. биол. наук: 03.02.13. Воронеж, 2012. 170 с.

13. Куликова А.Х., Антонова С.А., Козлов А.В. Ферментативная активность почвы в зависимости от системы удобрения // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 4 (40). С. 36–43.

14. Голов Г.В. Почвы и экология агрофитоценозов Зейско-Буреинской равнины. Владивосток: Дальнаука, 2001. 162 с.

15. Система земледелия Амурской области. Благовещенск: Приамурье, 2003. 304 с.

16. Чагина Е.Г. Изменение плодородия почв при интенсивном земледелии. Новосибирск: Наука, 1986. 56 с.

17. Малахов С.Г. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв / Москов. отделение гидрометеоиздата. М., 1984.

18. Муртазина С.Г., Гайсин И.А., Муртазин М.Г. Практикум по почвоведению / Казан. гос. с.-х. академия. Казань, 2006. 225 с.

19. Лабутова Н.М. Основы почвенной энзимологии. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2016. 104 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?