Влияние азотных удобрений и известкования на реологические свойства дерново-подзолистых почв

АГРОЭКОЛОГИЯ

УДК 631.431 И.В. Николаева,

Т.Н. Початкова, А.С. Манучаров

ВЛИЯНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ И ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

Реологические исследования позволяют вскрыть внутреннюю природу прочностных свойств почв и определить преобладающий тип структурных связей в почве. Азотные удобрения и известь по-разному влияют на структурное состояние дерново-подзолистых почв. Для всех вариантов характерно проявление плывунности и дилатантности, а также тиксотропное восстановление структуры и реопексия. Связь между частицами имеет коагуляционную природу. Внесение азота ведет к увеличению коагуляционных структур. Хрупкие кристаллизационные связи возникают при высыхании почвы и не восстанавливаются после разрушения.

Введение

Дерново-подзолистые почвы в природном состоянии малоплодородны для сельскохозяйственных культур. Наиболее эффективное воздействие на биопродуктивность этих почв оказывает известкование и систематическое внесение удобрений, что ведет к перестройке минеральной части и структуры почвы. До сих пор не ясны основные закономерности влияния сельскохозяйственного использования на структурное состояние дерново-подзолистых почв.

Объекты и методы исследования

Объектами нашего исследования являются образцы из многолетнего опыта кафедры агрохимии факультета почвоведения МГУ на дерново-подзолистой почве (Московская область, Солнечно-

горский район, УОПЭЦ «Чашниково»). Анализировали средний образец из пахотного горизонта (0-20 см) в вариантах опыта «контроль», «контроль + известь», «азот», «азот + известь». Агрохимические свойства данной почвы подробно описаны в работах Н.Ф. Гомоновой.

Реологические параметры определялись для образцов нарушенного сложения в состоянии суточного набухания.

Структурно-механические (реологические) свойства были изучены по реологическим кривым — кривым течения (основной и дополнительной), полученным на ротационном вискозиметре «Ре-отест-2». Основная реологическая кривая отражает зависимость скорости деформации (Дг, 1/с) от напряжения сдвига (Р, дин/см2) (рис.), дополнительная — зависимость структурной вязкости ( з, пуаз) от напряжения сдвига.

По полученным данным нами были определены следующие параметры: первое критическое напряжение сдвига Рк, — начало течения пасты; второе критическое напряжение сдвига Рк2 — начало разрушения; Рт — полное разрушение структуры; вязкость начала течения зРк1; минимальная вязкость зт; бингамов-ская вязкость зт* — вязкость пластического течения, ДS — удельная мощность разрушения структуры, зк — конечная эффективная вязкость исследуемой системы. Отношение зк/зРк1 характеризует способность структур к восстановлению, отношение Рт/Рк1 — прочность

коагуляционных связей между почвен-

ными частицами, отношение Рк1/Рк2 показывает наличие дилатантных свойств.

Рис. Основные реологические кривые дерново-подзолистой почвы

Обсуждение результатов

В таблице 1 приведены основные реологические параметры исследуемых вариантов. В области малых напряжений сдвига систему целесообразно рассматривать как твердое тело, практически не текущее при напряжении сдвига меньше Рк1 [1]. Характер развиваемых деформаций в почве зависит от многих факторов, в числе которых первостепенное значение имеет структурное состояние почвы. По данным мокрого просеивания самое низкое содержание водопрочных агрегатов < 1мм (табл. 2) у варианта «контроль + известь», соответственно, для этого варианта характерно самое низкое значение параметра Рк1. В течение суток, когда образец набухает, происходит изменение структурных связей внутри и между агрегатами за счет растворения извести, образующей прочные конденсационнокристаллизационные связи. При этом образование новых коллоидных структур в известкованных образцах происходит в меньшей степени, чем в вариантах с внесением азота. Аммонийный азот ^Н4С1), который используется в качестве минерального удобрения, является активным диспергатором и должен по сути дела предотвращать образование коагуляционных связей, но наши данные говорят об обратном. Такое противоречие легко объяснить. Ион

NH4+ участвует в различных по значению и направлению процессах в почве. Он частично вымывается и частично фиксируется глинистыми минералами, вовлекается в гумификацию и усваивается растениями, что существенно повышает биопродуктивность дерново-подзолистых почв (в вариантах с азотными удобрениями урожай был всегда больше, чем на контрольной делянке) [3]. Органические остатки в процессе гумификации приобретают способность к образованию коагуляционных связей. Длительное внесение минеральных удобрений в кислые дерново-подзолистые почвы влечет за собой нарастание фульватности гумуса [5]. Известкование приостанавливает этот процесс, а при оптимальном режиме способствует накоплению гуми-новых кислот и переводу их в гуматы кальция, которые обладают меньшей реакционной способностью, чем свободные гуминовые и фульвокислоты. Можно заметить, что все варианты с внесением извести имеют более низкие значения первого предела прочности по сравнению с «контролем». Применение одного лишь известкования ведет к снижению в два раза параметра Рк1 и, соответственно, начальной вязкости системы зРк1, а совместное внесение азота и извести снижает эти параметры незначительно. Здесь можно говорить о нивелирующем действии азотных удобрений по отношению к извести в процессе формирования прочных конденсационно-кристаллизационных контактов в почве. Самое высокое значение параметра Рк1 у варианта «азот» — 504 дин/см2, что практически в два раза больше, чем для контрольного образца.

Все исследуемые образцы имеют тенденцию к проявлению дилатантно-плывунных свойств. Вследствие припахи-вания горизонт Ар редко можно выделить в чистом виде. Механическое перемешивание дернового и подзолистого горизонтов приводит к развитию в пахотном горизонте плывунных свойств, что выражается в отсутствии на реологической кривой участка инерциального течения пасты без разрушения структуры. Рк1 значительно больше Рк2 для всех вариантов, что говорит о наличии дила-тантных свойств, обусловленных опесча-ненностью пахотных горизонтов.

Таблица 1

Основные реологические параметры дерново-подзолистой почвы

Вариант Пределы прочности Характеристики деформационного поведения Вязкость Способность структуры к восстановлению Мощность предельного разрушения структуры

Параметр Рк1 Рк2 Рт Рт/Рк< Рк1/Рк2 зРк1 зт зт* зк зк/зРк1 ДS

Ед. изм. дин/см2 *1000 пуаз *1000 эрг/см2

Контроль 271,0 88,0 199,0 0,7 3,1 163,0 2,5 2,9 54,4 0,3 8,1

Азот 504,0 243,0 327,0 0,6 2,1 289,0 2,4 3,0 106,9 0,4 51,1

Конт. + изв. 136,0 118,0 127,0 0,9 1,2 77,0 2,8 7,9 41,7 0,5 1,4

Азот + изв. 231,0 100,0 171,0 0,7 2,3 134,0 2,1 2,3 40,4 0,3 23,3

Таблица 2

Некоторые физико-химические свойства дерново-подзолистой почвы

Вариант опыта Содержание углерода СоГр, % Содержание илистой фракции, % < О,001мм Содержание водопрочных агрегатов 0,25-1 мм, % Влажность максимального набухания W, %

Контроль 1,16 7,3 73 36

Контр. + изв. 1,26 3,2 47 39

Азот 1,07 7,5 80 37

Азот + изв. 1,24 3,9 86 40

Для вариантов «контроль», «азот» и «азот + известь» отношение

Рк1 /Рк2 > 2, а для варианта «кон-

троль + известь» 2 > Рк1/Рк2 > 1. Прочность пасты, обусловленная жестким каркасом из песчаных частиц, тем выше, чем шире это соотношение [1]. Соответственно, вариант «контроль + + известь» обладает наименьшей прочностью по сравнению с другими вариантами, а вариант «контроль» — наибольшей. Таким образом, внесение азотных минеральных удобрений понижает прочностные свойства дерново-подзолистых почв в 1,5 раза, а известкование — в

2,5 раза по сравнению с контролем. Заметим, что образцы с меньшей влажностью имеют более высокие значения показателей структурного состояния, таких как Рт, зт, з*т, ДS. По-видимому, частицы пахотного горизонта имеют на своей поверхности мало активных центров, но в то же время достаточно развита гидросорбционная способность. В результате связь между почвенными частицами обеспечивается почти исключительно взаимодействием гидратных

о б о лочек и имеет чисто коагуляционную п р и род у [2]. При увеличении влажности толщина гидратных оболочек увеличивается. Отношение Рт/Рк1 характеризует прочность структурных связей между частицами, после предела прочности Рт процессы деформации и ориентации практически завершены, и система течет с постоянной вязкостью зт. Самое высокое значение предела прочности мы наблюдаем у варианта «азот», самое низкое — у варианта «контроль + известь». Максимальная прочность структурных связей наблюдается в образце с меньшим содержанием гумуса (Сорг) (табл. 2). Таким образом, в дерновоподзолистых почвах гумус понижает способность структурных связей к восстановлению и несколько уменьшает вязкость разрушенной системы.

По-видимому, основным фактором повышения прочности структурных связей является содержание илистой фракции. Применение минеральных азотных удобрений ведет к снижению прочности структуры, а совместно с известкованием не оказывает ощутимого воздейст-

вия на структурное состояние по сравнению с контрольным вариантом. Чем больше влажность максимального набухания, связанная с органическим углеродом, тем меньше способность структур к восстановлению. В варианте «азот» влажность повышена, скорее всего, за счет содержания илистой фракции и физической глины, поэтому способность структуры к восстановлению значительна, более развиты коагуляционно-конденсационные связи. Кристаллизационные связи в почве образуются при высыхании и после разрушения не восстанавливаются. Образующиеся в пахотном горизонте агрегаты не обладают водопрочностью.

Реопексия больше выражена у варианта «азот + известь», для которого характерно повышенное содержание воды. Минимальные по площади петли ре-опексии у вариантов «контроль + известь» соответствуют более широкому отношению зк/зРк1, что говорит о более развитой способности структур к восстановлению. Л.П. Абрукова объясняет причину реопексии в глинах и почвах увеличением количества контактов в единице объема при разрушении конденсационных структур и переходе их в коагуляционные. В нашем случае при разной скорости деформации один и тот же образец проявляет и тиксотроп-ные свойства и реопексию. В исследуемых вариантах конденсационные структуры развиты слабо и разрушаются полностью при определенной скорости деформации. Образующиеся коагуляционные структуры проявляют тиксотроп-ные свойства.

Важное значение для характеристики структурного состояния имеет величина удельной мощности предельного разрушения структуры ДS, которая является количественной и интегральной оценкой внутренних сил сцепления и отталкивания [4]. Сравнение исследуемых вариантов показало, что при влажности максимального набухания удельная мощность разрушения структуры ДS резко отличается у известкованных и неизвесткованных вариантов. Внесение извести в 6 раз уменьшает этот показатель, а внесение азотных удобрений — в 6 раз увеличивает по сравнению с контролем. Совместное известкование и внесение азотных удобрений ведет к увеличению

ДS в 3 раза. Почва, обладающая наименьшими значениями ДS (в нашем случае это варианты «контроль» и «контроль + известь»), оказывает большое удельное сопротивление при обработке. Высокие значения ДS, характерные для вариантов «азот» и «азот + известь», говорят о хорошем микроструктурном состоянии.

Заключение

Изучение реологических свойств дерново-подзолистых почв позволяет сделать вывод, что применение минеральных (азотных) удобрений и известкование по-разному влияют на структурное состояние этих почв. В процессе сельскохозяйственного использования наряду с распылением идет и воссоздание микроструктуры почвы. Внесение минеральных азотных удобрений совместно с известкованием наиболее благоприятно влияет на этот процесс. Применение извести снижает значение начальной вязкости системы и удельной мощности предельного разрушения структуры, а внесение азотных удобрений оказывает прямо противоположный эффект. Поэтому наиболее благоприятными (сбалансированными) в технологическом отношении свойствами обладает вариант «азот + известь». Для всех вариантов характерно проявление плывунности и дилатантности. Дилатансия меньше всего выражена в варианте «контроль + известь», который обладает меньшим количеством водопрочных микроагрегатов по сравнению с другими вариантами. Связь между почвенными частицами обеспечивается почти исключительно взаимодействием гидратных оболочек и имеет коагуляционную природу. Внесение азота ведет к увеличению коагуляционных структур, повышая удельную мощность предельного разрушения структуры, нивелируя действие ионов кальция в процессе образования кристаллизационных связей. Хрупкие кристаллизационные связи возникают при высыхании почвы и не восстанавливаются после разрушения. Внесение азотных минеральных удобрений понижает прочность почвы, обусловленную каркасом из песчаных частиц и водопрочных микроагрегатов, в 1,5, а известкование — в

2,5 раза по сравнению с контролем при влажности максимального набухания.

Для всех образцов характерно тиксо-тропное восстановление структуры и реопексия. Вследствие большой влажности различия в способности к тиксотропному восстановлению структуры уловить не удалось.

Библиографический список

1. Абрукова Л.П. Реопексия при реологических исследованиях почв / Л.П. Абрукова // Почвоведение. 1970. № 3. С. 121-125.

2. Абрукова Л.П. Изучение тиксо-тропных свойств почв с помощью ротационного вискозиметра / Л.П. Абруко-

ва // Почвоведение. 1970. № 8.

С. 104-114.

3. Гомонова Н.Ф. Устойчивость пока-

зателей плодородия дерново-подзолистых почв, созданного длительным применением агрохимических средств / Н.Ф. Гомонова. М.: МГУ, 2006.

С. 242-249.

4. Минкин М.Б. Удельная мощность

предельного разрушения структуры почвы / М.Б. Минкин, Н.И. Буравчук и др. // Почвоведение. 1975. № 5.

С. 44-54.

5. Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. М.: Изд-во МГУ, 1985.

+ + +

УДК 631.4:587

С.В. Макарычев, Л.В. Терновая

ФОРМИРОВАНИЕ РЕСУРСОВ ТЕПЛА И ВЛАГИ В ЧЕРНОЗЕМАХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ПОД ОВОЩНЫМИ КУЛЬТУРАМИ В УСЛОВИЯХ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ р. ОБИ

Введение

Овощи — обязательная составная часть рациона человека. Они обеспечивают наш организм такими важными веществами, как легко усваиваемые углеводы, белки, витамины, органические кислоты, ароматические и минеральные соединения.

Корнеплодные (свекла) и клубнеплодные (картофель) культуры — группа растений, выращиваемых ради сочных утолщенных корней (корнеплодов и клубней). Они образуются на концах подземных стеблей или боковых корней. Почти все корнеплодные растения — двулетники. В первый год после посева семян они образуют розетку листьев и корнеплод, а на второй год — стебель с цветками и дают семена.

Столовая свекла — длиннодневная и влаголюбивая культура. При недостатке влаги становится дряблой. Она имеет мощную корневую систему, проникающую на глубину 2-3 м, и обильно развитую поверхность листьев. Семена ее

начинают прорастать при температуре 50С. Всходы и взрослые растения плохо переносят заморозки. Свекла более теплолюбивая культура, чем другие корнеплоды. Наиболее благоприятная температура для ее роста — 18...28°С. Для формирования урожая свекла нуждается в значительном количестве питательных веществ и поэтому хорошо плодоносит на плодородных рыхлых почвах, таких как черноземы выщелоченные.

Картофель выращивают в однолетней культуре. Он влаголюбив и требует большого количества питательных элементов, особенно фосфора. Лучше удается на черноземах облегченного гранулометрического состава. Плохо отзывается на повышенные (более 180С) температуры почвы.

Объекты и методы

Объектами исследований явились черноземы выщелоченные среднесуглинистые малогумусные.