Органическое вещество и Азот торфяной почвы под пастбищем длительного использования

6. Tyslenko A.M. Posevnye ploshchadi i urozhajnost' tritikale v Rossijskoj Federacii. Innovacionnye sorta i tekhnologii vozdelyvaniya yarovogo tritikale: kollektivnaya monografiya. -Vladimir: FGBNU VNIIOU. - Ivanovo: Izd-vo PresSto, 2017. - S. 6-14.

7. Ajrih E.V. Rasprostranenie i perspektivy ispol'zovaniya tritikale // Vestnik myasnogo skotovodstva. - 2013. - № 3 (81). - S. 106-109.

8. Kovtunenko V.YA., Panchenko V.V., Kalmysh A.P. Ocenka kollekcionnogo i selekcionnogo materiala yarovogo tritikale v Nacional'nom Centre Zerna // Tritikale. Tritikale i stabilizaciya proizvodstva zerna, kormov i produktov ih pererabotki: materialy 8-j mezhdunar. nauchn.-prakt. konferencii (7 iyunya 2018 goda). - Vyp. 8. - Rostov-na-Donu, 2018. - S. 66-72.

9. Bocharnikova O.G., Gorbunov V.N., SHevchenko V.E. Ocenka sortov yarovogo tritikale po produktivnosti i kachestvu zerna // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 2 (53). - S. 23-30.

10.Ramazanova R.H., Tursinbaeva G.R., Kekilbaeva G.R., Matina A.E., Kasiphan A. Vliyanie azotnyh udobrenij na produktivnost' yarovogo tritikale v suhostepnoj zone Kazahstana // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - 2018. - № 1(62). - S. 47-51.

11.Nenajdenko G.N., Sibiryakova T.V. Vliyanie udobrenij na urozhajnost' i kachestvo zerna yarovogo tritikale // Agrohimiya. - 2015. - № 9. - S. 41-45.

12. Janusauskaite D., Feiziene D., Feiza V. Nitrogen-induced variations in leaf gas exchange of spring triticale under field conditions. // Acta. Fhysiologiae Plantarum. - 2017. - T. 39. - № 9. - 193 s.

13.Kosolapov V.M., CHujkov V.A., Hudyakova H.K., Kosolapova V.G. Fiziko-himicheskie metody analiza kormov. - M.: Izd. «Tipografiya Rossel'hozakademii», 2014. - 344 s.

14.Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij). - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 s.

УДК 631:615 DOI 10.24411/2078-1318-2019-13081

Доктор с.-х. наук В.П. ЦАРЕНКО

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО И АЗОТ ТОРФЯНОЙ ПОЧВЫ ПОД ПАСТБИЩЕМ

ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Характерной чертой болотного процесса почвообразования торфяных почв является накопление огромных запасов органического вещества и азота. Это позволило выделить их в группу органогенных почв [1]. Осушение и вовлечение торфяных почв в сельскохозяйственное производство существенно изменило ход их почвообразовательного процесса, при котором накопление органического вещества и азота сменилось процессами их распада [2, 3]. В связи с этим трансформация фонда органического вещества и азота освоенных торфяных почв вызывают значительный научный и практический интерес. Поскольку азот имеет химически конституционную связь с гумусовыми веществами, то трансформация его соединений напрямую зависит от процессов трансформации органического вещества. В основе трансформации органического вещества лежат два основных почвообразовательных процесса - минерализация и гумификация. Минерализации подвержено все органическое вещество почвы: будь это грубодисперсное органическое вещество, гумусовые вещества, свежее органическое вещество, аминокислоты или белки, разница лишь в ее скорости. Для каждой группы органических соединений скорость минерализации различна. Процессу гумификации же в большей степени подвержены продукты минерализации. Эти два сложных, тесно связанных и динамичных процесса

обуславливают почвообразование в каждом отдельном случае в зависимости от множества факторов: возделываемой культуры и её агротехники, удобрений, температуры, влажности и т.д. [4, 5]. В представленной статье дана сравнительная оценка трансформации органического вещества и азота в торфяной низинной почве в условиях бессменной эксплуатации культурного пастбища на протяжении 81 года. В этом ее актуальность.

Цель исследования - изучить изменения валового содержания углерода и азота, а также гумусового состояния почв в условиях многолетнего культурного пастбища и выявить основные закономерности трансформации органического вещества и азота в данных условиях.

Материалы, методы и объекты исследования. В статье представлены основные данные по содержанию углерода и азота органического вещества торфа и основных фракций гумусовых веществ торфяных низинных освоенных почв Кировской лугоболотной опытной станции в условиях многолетнего культурного пастбища.

Почвенные образцы для исследования основных показателей азотного режима отбирали в конце июня 2016 года. Для определения валового углерода и азота использовали метод одновременного определения общего содержания углерода и азота в торфяных почвах по Анстету в модификации Пономаревой и Николаевой. Для оценки гумусового состояния использовали метод определения состава органического вещества торфяных почв по схеме и методу Пономаревой и Николаевой, с последующим определением содержания углерода и азота во фракциях гуминовых и фульвокислот микрохромовым методом Тюрина. Все показатели пересчитаны на абсолютно сухой торф.

Объектом исследования является пастбищный участок, залуженный в 1935 году на площади 25 га, на который ежегодно вносили КРК удобрения. В 2007 году на нем был разбит опыт по следующей схеме: 1. Контроль без удобрений; 2. N90; 3. №оК9о; 4. №оРбо; 5. №оРбоК9о; 6. N35. Опыт заложен в 4-кратной повторности. Площадь каждой делянки (учетная площадь) - 25 м2. Удобрения - аммиачную селитру, простой суперфосфат и хлористый калий вносили следующим образом: азотные - под 1-е и 3-е стравливание, фосфорные и калийные - один раз весной. Всего за период вегетации проводили четыре стравливания. В статье представлены 1 и 5 варианты опыта. Абсолютным контролем служила осушенная целинная торфяная почва под лесом.

Результаты исследования. Уникальность почвообразовательного процесса под пастбищем обусловлена постоянным поступлением свежего органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также с экскрементами выпасаемого скота. Наибольшее значение, на наш взгляд, принадлежит экскрементам скота. По данным А.Н. Уланова [6], во время пастьбы на пастбище остается большое количество продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота в виде кала и мочи. В среднем за пастбищный период на один гектар пастбища в почву вместе с экскрементами попадает 25,5 кг общего азота, 3,9 Р2О5 и 13,8 К2О. Помимо этого, с экскрементами животных в почву ежегодно вносится более 1 т/га сухого органического вещества. Эти условия, безусловно, будут оказывать влияние на почвообразовательные процессы исследуемых почв. Кроме того, применение минеральных удобрений с целью увеличения продуктивности пастбища также будет оказывать существенное влияние.

В табл.1 представлены данные по валовому содержанию углерода и азота, а также их соотношение.

Анализ данных табл.1 показал, что по отношению к целинной почве под лесом в контрольном варианте торфяных почв под пастбищем (вариант без удобрений) наблюдается значительное увеличение валового содержания углерода в среднем на 13,5% по обоим горизонтам и снижение валового азота на 0,21%. Результатом является расширение соотношения С^ в среднем по двум горизонтам: на 7,9 ед. по отношению к целине и на 6,55 ед. к варианту с применением удобрений. Использование минеральных удобрений на пастбище с 1935 года также приводит к увеличению валового углерода и азота, но только в

слое 23-36 см - в среднем на 11,8% и 0,34% соответственно. В результате этого отмечается небольшое увеличение соотношения С^ по отношению к целинной почве - в среднем по двум горизонтам на 1,35.

Таблица 1. Валовое содержание углерода и азота в исследуемых почвах

Глубина, см Валовое содержание, % СЖ

Углерод Азот

Целина

0-20 43,67 2,21 19,7

20-40 37,95 1,95 19,4

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 52,66 2,00 26,2

23-36 56,09 1,95 28,7

Многолетнее культурное пастбище - ^0Р60К90

0-23 44,45 2,18 20,2

23-36 49,80 2,29 21,6

НСР 0,5 1,65 0,10 -

Таким образом, в варианте без минеральных удобрений на фоне плотной дернины, даже при постоянном поступлении свежего органического вещества и элементов питания с экскрементами выпасаемого скота, интенсивность процессов минерализации торфа идет вяло. В результате этого происходит интенсивная аккумуляция валового углерода. Очевидно, что гетеротрофной микрофлоре для ее активизации и усиления процессов минерализации недостаточно элементов питания, поступающих с экскрементами животных. Напротив, аналогичные условия, наряду с применением полного минерального удобрения, хотя и незначительно, но увеличивают интенсивность минерализационных процессов почвы, в связи с чем отмечается небольшая аккумуляция углерода и азота, а также возрастает продуктивность пастбищного травостоя. Это согласуется с нашими более ранними исследованиями и работами других исследователей [7, 8, 9].

Неотъемлемым результатом процесса гумификации является образование гумусовых кислот, а именно: фракций гуминовых и фульвокислот. От почвенных условий зависит соотношение образования той или иной фракции гумусовых кислот [10]. Более подробно рассмотрим гумусовое состояние исследуемых почв. Характеристика фракции гуминовых кислот представлена в табл. 2. Содержание углерода и азота в гумусовых кислотах принято отображать в процентах в пересчете на абсолютно сухой торф.

Из табл. 2 следует, что наибольшее среднее содержание углерода по двум горизонтам фракции гуминовых кислот принадлежит почве под многолетним культурным пастбищем без применения минеральных удобрений и составляет 13,72%, что на 1,38% больше аналогичного содержания в почве под лесом. В почве под многолетним культурным пастбищем с применением минеральных удобрений в дозах №0Р60К90 содержание углерода гуминовых кислот в среднем по двум горизонтам составило 11,75%, что на 0,59% меньше, чем в почве под лесом. Наибольшая концентрация углерода гуминовых кислот во всех вариантах содержится в слое 23-36 см. Наибольшее среднее по горизонтам содержание азота во фракции гуминовых кислот наблюдается в варианте с применением удобрений, где оно составило 0,7049%. Очевидно, что главную роль в увеличении азота данной фракции гумусовых веществ играют азотные минеральные удобрения. Наименьшее среднее содержание азота по двум горизонтам отмечено в почве под пастбищем без удобрений -0,2995%, что на 0,4054 и 0,0269% меньше, чем в варианте с удобрениями и под лесом соответственно. Наименьшее соотношение углерода к азоту отмечено в варианте пастбища с применением удобрений и составляет 16,6, что обусловлено резким увеличением содержания

азота на фоне снижения углерода данной фракции. В варианте пастбища без удобрений данное соотношение является самым широким и равно 46,4, что связано с уменьшением содержания азота на фоне увеличения углерода этой фракции гумусовых веществ. Соотношение СМ в почве под лесом равно 40,7, что на 24,1 больше, чем под пастбищем с удобрениями, и на 5,6 меньше, чем под пастбищем без удобрений.

Таблица 2. Характеристика фракции гуминовых кислот

Глубина, см Гуминовые кислоты

Углерод, % Азот, % С/К

Целина

0-20 10,72 0,3975 26,9

20-40 13,96 0,2554 54,6

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 9,04 0,1823 49,5

23-36 18,40 0,4168 44,1

Многолетнее культурное пастбище - К90Р60К90

0-23 10,47 0,7141 14,6

23-36 13,03 0,6958 18,7

НСР 0,5 0,743 0,03171 -

Из вышеизложенного следует, что применение минеральных удобрений на пастбище в течение 81 года способствует снижению данной части органического вещества по углероду и резкому увеличению по азоту, результатом чего является самое узкое соотношение С/К. За 9-летний период без использования минеральных удобрений на пастбище отмечается увеличение углерода и снижение азота фракции гуминовых кислот, в связи с чем отмечается самое широкое соотношение С/К.

По отношению углерода гуминовых кислот к фульвокислотам принято судить о типе гумуса, данный показатель отображает соотношение образования той или иной фракции гумусовых кислот. В табл. 3 представлена характеристика фракции фульвокислот и коэффициент гумификации.

Таблица 3. Характеристика фракции фульвокислот и соотношение Сгк/Сфк

Глубина, см Фульвокислоты Сгк

Углерод, % Азот, % С/К СФК

Целина

0-20 6,20 0,4057 15,2 1,72

20-40 4,51 0,2594 17,3 3,09

Многолетнее культурное пастбище - без удобрений

0-23 4,38 0,3057 14,3 2,18

23-36 5,92 0,3687 16,0 3,10

Многолетнее культурное пастбище - К90Р60К90

0-23 4,35 0,2763 15,7 2,40

23-36 3,35 0,2949 11,3 3,88

НСР 0,5 0,561 0,03711 - -

Сравнительная оценка табл. 3 показала, что по отношению к почве под лесом использование почв под пастбищем способствует уменьшению среднего по горизонтам содержания углерода фракции фульвокислот. Так, среднее содержание углерода фракции

фульфокислот под лесом составило 5,35%, что на 0,2% и 1,5% больше средних содержаний, чем в вариантах пастбища без удобрений и с применением удобрений соответственно. Сравнение среднего содержания азота данной фракции с целинным вариантом указывает на уменьшение его в варианте пастбища с удобрениями в среднем на 0,0469% и увеличение в варианте пастбища без удобрений в среднем на 0,0047%. Соотношение C/N фракции фульвокислот в почве под лесом больше на 1,15 и 2,75 ед., чем среднее соотношение вариантов пастбища без удобрений и с применением удобрений соответственно. Соотношения Сгк/Сфк указывают на гуматный тип гумуса по всем исследуемым вариантам. Использование торфяных низинных почв под пастбище увеличивает это соотношение. Особенно значительно в варианте с применением удобрений.

Выводы. В сравнении с целинной почвой под лесом в почве под долголетним культурным пастбищем с применением полного минерального удобрения наблюдаются следующие закономерности почвообразования: интенсивная аккумуляция валового углерода и азота в горизонте 23-36 см; снижение углерода фракции гумусовых кислот; самое большое соотношение Сгк/Сфк; уменьшение азота фракции фульвокислот и увеличение его во фракции гуминовых кислот.

В почве пастбища без применения минеральных удобрений, куда поступают только экскременты выпасаемого скота, отмечается: интенсивная аккумуляция валового углерода и снижение валового азота; увеличение углерода гуминовых кислот на фоне снижения углерода фракции фульвокислот; уменьшение азота фракции гумусовых кислот и увеличение его во фракции фульвокислот, что диаметрально противоположно варианту с применением удобрений; увеличение соотношения Сгк/Сфк.

В почвообразовательных процессах под долголетним культурным пастбищем основное протекторное действие выполняет плотно сформированная десятилетиями дернина. Главными мелиоративными факторами в варианте пастбища без удобрений является поступление органического вещества и элементов питания с экскрементами животных и корневыми и пожнивными остатками, которых почти хватает для нивелирования потерь органического вещества и элементов, связанных с потребностями в питании пастбищного травостоя. Минеральные удобрения являются мощным агентом почвообразования, они увеличивают интенсивность процессов минерализации и гумификации органического вещества, что наглядно отражает вариант пастбища, на котором прекратили использование минеральных удобрений.

Литература

1. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 264 с.

2. Koops J.G., van Beusichem M.L., Oenema O. Nitrogen loss from grassland on peat soils through nitrous oxide production //Plant and Soil. - 1997. - Т. 188. - № 1. - С. 119-130

3. Бамбалов Н.Н. Агрогенная эволюция осушенных торфяных почв// Почвоведение. - 2005. - № 1. - С. 29-37.

4. Broadbent F.F. Biological and chemical aspects mineralization//Jntern. Soil Gong., 1962. Wellington.

5. Семененко Н.Н. Влияние осушения и способов сельскохозяйственного использования на трансформацию химического состава торфяных почв//Мелиорация. - 2009. - № 2 (62). - С. 147-152.

6. Уланов А.Н. Торфяные и выработанные почвы южной тайги Евро-северо-востока России: монография. - Киров, 2005. - 320 с.

7. Уланов А.Н., Царенко В.П., Горский А.С. Азотный фонд торфяных почв и продуктивность многолетнего культурного пастбища при применении удобрений в условиях Северо-Востока Европейской части РФ//Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2017. - №2 (47). - С. 69-74.

8. Ефимов В.Н., Царенко В.П. Удобрение сельскохозяйственных культур на мелиорированных торфяных почвах. - М.: Агропромиздат, 1988. - 123с.

9. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. - М., 2007. - 138 с.

10. Бамбалов Н.Н., Беленькая Т.Я. Фракционно-групповой состав органического вещества целинных и мелиорированных торфяных почв//Почвоведение. — 1998. — №12. — С. 1431-1437.

Literatura

1. Efimov V.N. Torfyanye pochvy i ih plodorodie. - L.: Agropromizdat, 1986. - 264 s.

2. Koops J.G., van Beusichem M.L., Oenema O. Nitrogen loss from grassland on peat soils through nitrous oxide production //Plant and Soil. — 1997. — T. 188. — № 1. — S. 119-130

3. Bambalov N.N. Agrogennaya evolyuciya osushennyh torfyanyh pochv// Pochvovedenie. - 2005.

- № 1. - S. 29-37.

4. Broadbent F.F. Biological and chemical aspects mineralization//Jntern. Soil Gong., 1962. Wellington.

5. Semenenko N.N. Vliyanie osusheniya i sposobov sel'skohozyajstvennogo ispol'zovaniya na transformaciyu himicheskogo sostava torfyanyh pochv//Melioraciya. - 2009. - № 2 (62). - S. 147-152.

6. Ulanov A.N. Torfyanye i vyrabotannye pochvy yuzhnoj tajgi Evro-severo-vostoka Rossii: monografiya. - Kirov, 2005. - 320 s.

7. Ulanov A.N., Carenko V.P., Gorskij A.S. Azotnyj fond torfyanyh pochv i produktivnost' mnogoletnego kul'turnogo pastbishcha pri primenenii udobrenij v usloviyah Severo-Vostoka Evropejskoj chasti RF//Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta.

- 2017. - №2 (47). - S. 69-74.

8. Efimov V.N., Carenko V.P. Udobrenie sel'skohozyajstvennyh kul'tur na meliorirovannyh torfyanyh pochvah. - M.: Agropromizdat, 1988. - 123s.

9. Umarov M.M., Kurakov A.V., Stepanov A.L. Mikrobiologicheskaya transformaciya azota v pochve. - M., 2007. - 138 s.

10.Bambalov N.N., Belen'kaya T.YA. Frakcionno-gruppovoj sostav organicheskogo veshchestva celinnyh i meliorirovannyh torfyanyh pochv//Pochvovedenie. — 1998. — №12. — S. 1431-1437.