Трансформация органического вещества чернозема обыкновенного под действием удобрений

5. Хейфец Д.М. Определение подвижных соединений фосфора в карбонатных почвах // Агрохимические методы исследования почв. - М.,1965. - 123 с.

6. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. - М., 2003. - 194 с.

7. Определение в почве количества доступного растениям фосфора / А.О. Радов [и др.]// Практикум по агрохимии. - М.: Колос, 1965. - С. 163-193.

--------♦-----------

УДК 631.4 О.А. Ульянова, Ю.П. Ковалева

ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПОД ДЕЙСТВИЕМ УДОБРЕНИЙ

В работе представлены результаты исследования по влиянию удобрений на интенсивность процесса трансформации органического вещества чернозема обыкновенного.

Показано, что внесение вермикомпоста в почву способствует повышению в 3-4 раза продуцирование СО2 по сравнению с контрольным вариантом в зависимости от дозы внесения удобрений. Выявлено достоверное увеличение содержания Сгум в почве при использовании вермикомпоста в дозе эквивалентной N120. Применение только минеральных удобрений приводит к деструктивным изменениям устойчивых форм гумуса.

Ключевые слова: органическое вещество, трансформация, минерализация, гумификация, верми-компост, минеральные удобрения, подвижные гумусовые вещества.

O.A. Ulyanova, Yu.P. Kovalyova

TRANSFORMATION OF THE ORDINARY CHERNOZEM ORGANIC MATTER UNDER THE INFLUENCE OF FERTILIZERS

The research results on fertilizer influence on the intensity of ordinary chernozem organic matter transformation process are given in the article. It is shown that vermicompost adding into soil increases CO2 release in 3-4 times compared to control variant, depending on fertilizer dose. Reliable increase of Chum availability in soil when using vermicompost dose which is equivalent to N120 is revealed. The use of mineral fertilizers alone leads to destructive changes of humus sustainable forms.

Key words: organic matter, transformation, mineralization, humification, vermicompost, mineral fertilizers, mobile humus substances.

Введение. Трансформация органического вещества почв определяется соотношением процессов минерализации и гумификации. Характерным индикатором агрогенных воздействий на почву является ее гу-мусное состояние, способное адекватно трансформироваться при изменении условий гумификации [13, 14]. Содержание трансформируемого органического вещества используется в качестве критерия для оценки эффективного плодородия почвы и агрономических качеств гумуса [5-12].

Цель работы состояла в изучении особенностей трансформации органического вещества чернозема обыкновенного под действием удобрений.

Методы исследований. Исследование проведено в 2010-2011 годах в зерновом севообороте в условиях полевого стационара «Заря», расположенного в Красноярской лесостепи. На этой территории в среднем выпадает 350-450 мм осадков в год [2]. Среднегодовая температура воздуха ниже 0 0С (до - 2 0С). По данным государственной метеослужбы, в Емельяновском районе накапливается 1500-1800 активных температур. Продолжительность периода биологической активности варьирует в пределах 90-115 дней. Почвы промерзают на глубину 1,5-3,0 м.

Объекты исследований - почва чернозем обыкновенный среднесуглинистый и яровая пшеница сорт Новосибирская 15.

Почва опытного поля характеризовалась следующим строением профиля: Апах-А-АВгВгСк. В пахотном слое чернозема обыкновенного содержится 7,2 % гумуса; 98 мг P2O5/кг P2O5; 223 мг К2О /кг; обменных оснований - 27,9 мг-экв/100 г; рНы - 5,7.

Вермикомпост (ВК), используемый в опыте, производят на птицефабрике «Заря» Емельяновского района Красноярского края путем переработки птичьего помета и гидролизного лигнина промышленной популяцией навозных червей Е1ввп1а ЬвИСа. Он характеризуется следующими показателями: рН - 7,2; органическое вещество - 36; N - 1,3; P2O5 - 2,28%; К - 0,82%.

В качестве тестовой культуры для оценки действия удобрений использовали яровую пшеницу Новосибирская 15 - сорт селекции СибНИИРСа, который включен в Госреестр по Красноярскому краю в 4-й и 5-й зонах. Оценку действия удобрений на интенсивность трансформации органического вещества чернозема обыкновенного провели в полевом опыте по следующей схеме: 1. N60P30 (фон) - контроль; 2. Фон + ВК эквивалентно N60; 3. Фон + ВК эквивалентно N120. Повторность опыта 3-кратная, размер опытных делянок 100 м2, их размещение рендомизированное. Вермикомпост вносили однократно весной 2010 года под предпосевную культивацию с заделкой на 12-14 см. Минеральные удобрения применяли ежегодно в виде аммонийной селитры и аммофоса при посеве.

Биологическую активность оценивали по продуцированию углекислого газа абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова [18]. Суммарное продуцирование углерода в виде С-СО2 за период наблюдений определяли методом линейного интерполирования. Почвенные образцы отбирали в фазе восковой спелости пшеницы из слоя 0-20 см для определения углерода гумуса (Сгум) по И.В. Тюрину [1] (ГОСТ 26213-84) и углерода подвижного органического вещества (Спод) последовательной экстракцией навески почвы водой (Сн2о ) и 0,1 н NaOH (С0,1н Naoн). Гуминовые кислоты (Сгк) осаждали H2SO4. Фульвокислоты ^фк) находили по разности С0,1н Naoн и Сгк [15]. Содержание валовых N P, ^ рН, сумму обменных оснований, гидролитическую кислотность - методом БИК-спектроскопии (аналитическая система на основе сканера N^-4250). Нитратный азот определяли дисульфофеноловым методом, подвижный фосфор и обменный калий - по методу Чири-кова. Полученные результаты исследования обрабатывали методом дисперсионного анализа [4].

Результаты исследования. Важнейшим показателем, определяющим интенсивность минерализации органического вещества, является скорость продуцирования углекислого газа, которая отражает, прежде всего, эффективное плодородие почвы. Минимальное количество С-СО2 выделилось на контроле (1360 кг/га), что обусловлено отсутствием свежего органического материала в этом варианте. Внесение верми-компоста в чернозем обыкновенный в дозе эквивалентной N60 усиливает в 3 раза продуцирование СО2 по сравнению с контрольным вариантом (рис. 1).

кгС-СО2/га

6000 т 5000 4000 3000 2000 1000 0

Ы60Р30 (фон) - контроль

Фон+ВК экв.Ы60

Фон+ВК зкв. N120

Рис. 1. Суммарное продуцирование С-СО2 из чернозема обыкновенного за вегетационный период

при внесении разных доз вермикомпоста

Выявлена зависимость интенсивности продуцирования СО2 от количества поступившего органического вещества с вермикомпостом: чем выше доза внесения его в почву, тем больше выделяется СО2, что согласуется с литературными данными [20]. Удвоение дозы внесения вермикомпоста в почву увеличивает в 4 раза продуцирование СО2 по сравнению с контролем и в 1,3 раза - с одинарной дозой внесения удобрения.

Значительные количества углекислого газа, выделившегося из удобренных вермикомпостом вариантов опыта, обусловлены большим содержанием в них легкогидролизуемых соединений и высокой интенсивностью минерализационных процессов.

Почва контрольного варианта, согласно системе показателей гумусного состояния, разработанных Гришиной и Орловым [3], характеризовалась высоким содержанием (4160 мг/100 г) углерода гумуса (табл. 1). Внесение вермикомпоста в дозе, эквивалентной N120, увеличивает на статистически значимую величину содержание углерода гумуса в почве. В составе гумуса чернозема обыкновенного преобладают гумусовые вещества, прочно связанные с минеральной частью почвы, называемые стабильным гумусом (88 % от Сгум).

По современным представлениям, основанным на результатах длительных полевых опытов с применением различных агротехнологий трансформации подвержена в большей степени подвижная часть почвенного гумуса [13, 14]. Подвижный гумус представлен углеродом соединений, легко переходящих в растворимые формы (водорастворимые и щелочегидролизуемые соединения). Водорастворимые органические вещества служат «затравочным» материалом для процессов минерализации и гумификации [9, 16, 17, 19]. Рассмотрим влияние различных доз вермикомпоста на подвижную часть гумуса чернозема обыкновенного.

Отметим, что в первый год исследований минимальное количество подвижных соединений образуется на контроле (502 мг/100 г). Достоверно повышается этот показатель только под действием ВК (вариант №3), внесенного в дозе эквивалентной N120, где содержание Спод составляет 637 мг/100 г. Это обусловлено большим поступлением органического вещества в этом варианте. Заметим, что в первый год наблюдений в составе подвижного органического вещества преобладают водорастворимые вещества, исключение составил вариант №3, где достоверно преобладают по сравнению с контролем вещества, экстрагируемые 0,1 н щелочью (см. табл. 1). Доля же Спод в составе Сгум в первый год исследований не изменяется под действием ВК, внесенного в количестве эквивалентном N60. Двойная доза внесения ВК увеличивает этот показатель до 13 %. Тип подвижного гумуса в вариантах №1 и 2 характеризуется как фульватно-гуматный, а в варианте №3

- гуматно-фульватный.

Во второй год исследований в почву вносили только минеральные удобрений. Это повысило в два раза количества Спод на контроле и в варианте №2 (Фон+ВК экв. N60) и в 1,75 раза в варианте №3 (Фон+ВК экв. N120). Доля Спод возросла до 23-26 % в составе Сгум. Отметим, что в составе подвижного органического вещества преобладают водорастворимые соединения, их количество выросло в 2,4 раза на контроле и в 2,3 раза в вариантах №2, 3 по сравнению с предыдущим годом исследований. Их доля от Спод составила 65 % на контроле и 61 % в вариантах с ВК (см. табл. 1).

Увеличение количества подвижного органического вещества в черноземе обыкновенном рассматривается как негативное явление, поскольку указывает на деструктивные изменения устойчивых форм гумуса. Полученные результаты согласуются с данными других авторов [14], утверждающих, что увеличение количества Спод более 0,5 % усиливает процесс минерализации и приводит к непроизводительным потерям органического вещества. Результатами исследований показано, что под действием только минеральных удобрений тип подвижного гумуса меняется с гуматно-фульватного на фульватный.

Характер трансформации органического вещества чернозема обыкновенного под действием вермикомпоста

Вариант Сгум Спод CNaOH Cн2O % Спод % CNaOH % Cн2O ^к/ Сфк

мг/100 г от Сгум от Спод от Спод

1. контроль 4160 ±58 502 ± 33 216 ±34 286 ±2 12 23 43 35 57 65 1,3 0,6

N60P30 (фон) 4595 ± 77 1064 ±27 371 ±30 693 ±8

2. (Фон+ВК экв. N60) 4710118 549 ±17 254 ±16 294 ±1 12 46 54 1,1

4355 ±36 1119 ±35 440 ± 33 679 ±3 26 39 61 0,6

3. (Фон+ВК экв.N120) 5120 ±29 4483 ± 92 637 ±14 1116 ± 53 340 ±16 440 ± 53 297 ±2 676 ±2 13 25 53 39 47 61 0,9 0,4

Примечание: в числителе - данные за 2010 г., в знаменателе - за 2011г.

Полученные данные свидетельствуют о минерализации гумуса. Происходит уменьшение содержания углерода в стабильной части гумуса до 77 % от Сгум по сравнению с первым годом исследований. Это доказывает преобладание процессов минерализации над гумификацией в черноземе обыкновенном под действием минеральных удобрений.

Минимальная урожайность зерна пшеницы сформировалась на контроле и в среднем за 2 года составила 1,55 т/га (рис. 2).

Применение вермикомпоста, внесенного в разных дозах способствовало увеличению зерна пшеницы сорта Новосибирская 15 в 1,4 раза по сравнению с контрольным вариантом.

Рис. 2. Действие удобрений на урожайность зерна пшеницы (средняя за 2 года) по вариантам опыта, т/га: 1) Ы60Р30 (фон) - контроль; 2) Фон+ВКэквШО; 3) Фон+ВКэкв.Ы120

Выявлены тесные корреляционные связи урожайности зерна пшеницы с выделением углекислого газа (г=0,97) и содержанием Сгум (г=0,93), что согласуется с данными других исследователей [7, 11, 21].

Выводы

1. Внесение вермикомпоста в чернозем обыкновенный способствует повышению в 3-4 раза продуцирования СО2 по сравнению с контрольным вариантом в зависимости от дозы внесения.

2. Установлено достоверное увеличение Сгум при использовании дозы ВК эквивалентной N120.

3. Применение только минеральных удобрений приводит к деструктивным изменениям устойчивых форм гумуса.

4. Применение вермикомпоста способствует повышению в 1,4 раза урожайности зерна пшеницы по сравнению с контролем.

5. Выявлены тесные корреляционные связи урожайности зерна пшеницы с выделением углекислого газа

Литература

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М: Изд-во МГУ, 1970. - 478 с.

2. Бугаков П.С., Чупрова В.В. Агрономическая характеристика почв земледельческой зоны Красноярского края. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 1995. -176 с.

3. ГришинаЛ.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв // Проблемы почвоведения.

- М.: Наука, 1978. - С. 42-47.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта.- М.: Колос, 1979. - 416 с.

5. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на трансформацию органического вещества дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. - 2о05. - № 6. - С. 5-10.

6. Завьялова Н.Е. Методические подходы к изучению гумусного состояния пахотных почв // Плодородие.

- 2006. - № 1. - С. 11-15.

7. Завьялова Н.Е., Ямалтдинова В.Р. Изменение биологической активности дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений /Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. -2006. - №3. - С. 39-42..

8. Кершенс М. Значение содержания гумуса для плодородия почв и круговорота азота // Почвоведение.

- 1992. - № 10. - С. 122-131.

9. Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трасформируемого органического вещества в пахотных почвах // Почвоведение. - 2003. - № 3. - С. 308-316.

10. Лукин С.М. Оценка содержания активных компонентов органического вещества легких дерновоподзолистых почв при длительном применении удобрений // Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв. - М.: ВНИИА. - 2010. - С. 161-189.

11. Макаров Б.Н. Дыхание почвы и роль этого процесса в углеродном питании растений // Агрохимия-1993. - №8. - С. 94-104.

12. Мерзлая Г.Е., Шевцова В.К. Гумус и органические удобрения как основа плодородия // Плодородие. -2006. - №5. - С. 27-29.

13. Овчинникова М.Ф. Особенности трансформации гумусовых веществ в разных условиях землепользования: на примере дерново-подзолистой почвы: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - М., 2007. - 51 с.

14. Овчинникова М.Ф. Признаки и механизм агрогенной трансформации гумусовых веществ дерновоподзолистой почвы // Агрохимия. - № 1. - 2012. - С. 3-13.

15. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). - Л.: Наука, 1980. - 222 с.

16. Чупрова В.В. Баланс углерода в агроэкосистеме Средней Сибири // Сибирский экологический журнал.

- 1997. - № 4. - С. 355-361.

17. Чупрова В.В. Состояние и функционирование черноземов Средней Сибири // Почвы Сибири: особенности функционирования и использования. - Красноярск, 2003. - С. 11-14.

18. Шарков И.Н. Абсорбционный метод определения эмиссии СО2 из почв // Методы исследований органического вещества почв. - М.: Россельхозакадемия: ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. - С. 401-407.

19. Шарков И.Н. Плодородие в свете современных представлений об органическом веществе почвы // Агрохимические свойства почв и приемы их регулирования. IV Сибирские агрохимические Прянишни-ковские чтения: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск, 2009. - С.40-71.

20. Шилова Е.И. К вопросу о происхождении углекислоты почвенного воздуха и влиянии корней растений на химические свойства почвы // Почвоведение. - 1967. - №5. - С. 97.

21. Зависимость урожая яровой пшеницы от содержания в почве гумусовых веществ и азота / А.А. Шпедт [и др.] // Почвоведение. - 2001. - С. 976-980.