Оценка скорости минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении органических удобрений

УДК 631.4 О.В. Шиндорикова, О.А. Ульянова

ОЦЕНКА СКОРОСТИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ВНЕСЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

В статье рассматриваются количественные оценки минерализационного потока из чернозема выщелоченного при внесении органических удобрений. Показано, что процессы минерализации в черноземе выщелоченном интенсивнее протекают под действием вермикомпоста.

Ключевые слова: почва, органические удобрения, вермикомпост, птичий помет, минерализация, продуцирование СО2, агрохимические свойства почвы.

O.V. Shindorikova, O.A. Ulyanova

THE ASSESSMENT OF MINERALIZATION SPEED OF LEACHED CHERNOZEM ORGANIC MATTER AFTER ORGANIC FERTILIZER INTRODUCTION

This article contains the mineralization flow quantitative assessment from leached chernozem after organic fertilizer introduction. It is shown that mineralization processes in leached chernozem are more intensive when influenced by the vermicompost.

Key words: soil, organic fertilizers, vermicompost, poultry manure, mineralization, production of СО2, soil agrochemical properties.

Введение. Черноземы относятся к преобладающему в составе пахотных угодий типу почв. Общая площадь их на юге Красноярского края составляет 1952800 га, из них вовлечено в пашню 1595900 га [3]. Черноземы сформировались в условиях умеренно влажного континентального климата под степной и лугово-степной растительностью на автоморфных местоположениях, преимущественно на карбонатных породах. Наиболее распространенным подтипом является чернозем выщелоченный, занимающий 827500 га (52 %) в структуре почвенного покрова региона [7]. Поэтому перспективы успешного развития земледелия в крае зависят от воспроизводства оптимального уровня плодородия именно этих почв и от содержания в них соответствующего уровня содержания органического вещества. Вопросы регулирования органической части почвы одни из наиболее актуальных. Воспроизводство органического вещества в почве является составной частью системы управления плодородием [9]. Вследствие недостаточного количества органических удобрений нормы внесения их в почвы региона в настоящий период очень низкие (0,65 т/га), и они не обеспечивают сохранение плодородия почв. В связи с этим целесообразно использовать в качестве удобрительных ресурсов все имеющиеся местные отходы сельского хозяйства, в частности, птичий помет и продукты его переработки. Работами [6, 8] показана эффективность применения в качестве органических удобрений ком-постов на основе отходов птицеводства и лесоперерабатывающей отрасли в почвах разного генезиса. Однако процессы трансформации вносимых в почвы компостов остаются слабоизученными.

Цель исследований. Изучение процесса минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении различных органических удобрений.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в полевом опыте учебного хозяйства «Миндерлинское». Объектами исследований являлись почва, органические удобрения: птичий помет и вермикомпост, полученный методом переработки птичьего помета и гидролизного лигнина калифорнийским червем Eisenia fetida.

Почва, используемая в опытах, - чернозем выщелоченный мощный, тяжелосуглинистый на желтой бурой глине (агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный глубокопахотный сильно гумусированный на желтой бурой глине), характеризующийся следующим строением профиля: Ап (Ри)-А (Д11)-АВ (Д11В!)-В (В1)-Вк (Вса)-Ск(Сса). Органические удобрения вносили в паровое поле опыта согласно схеме: 1. Почва (без удобрений) - контроль; 2. Почва + 2 т/га птичьего помета (ПП); 3. Почва + 4 т/га ПП; 4. Почва+6 т/га ПП; 5. Почва + вермикомпост (ВК) в дозе эквивалентной (экв.) 2 т/га ПП; 6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП; 7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП. Площадь одной делянки составила 100 м2, повторность опыта трехкратная. Размещение делянок рендомизированное.

Основным способом оценки минерализации органического вещества в почвах в современных исследованиях является учет образующегося С-СО2 [5], который определяли абсорбционным методом в модифи-

кации И.Н. Шаркова [10]. Суммарное продуцирование углерода в виде С-Ш2 за период наблюдений оценивали с помощью метода линейного интерполирования по формуле:

. , В1 + В2 1 В2 + В3 , Вп-1 + Вп , ,

А = (----------х ^ +------------ X t2 + ... --------- X Ы X 0,273,

2 2 2

где А - суммарное количество C-CO2, выделившееся за период наблюдений, кг/га; B1, B2, B3 ... Bn -соответственно величины первого, второго, третьего, n-го измерений скорости продуцирования CO2, кг/га за 24 ч; t1, t2, tn-1 - периоды времени между измерениями, сут.; 0,273 - коэффициент пересчета CO2 в С.

В течение всего срока наблюдений нами определялась влажность и температура в почве. Кроме этого, в почвенных образцах определяли рН, содержание подвижного фосфора и обменного калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91), нитратного азота ионометрическим методом (гОсТ 26951-86) и аммиачного азота по методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85).

Полученные результаты полевого опыта обработаны статистически методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с использованием программных пакетов «Excel», «Statistica».

Результаты исследований и их обсуждение. Почва опытного участка отличается высокой гумуси-рованностью в пределах пахотного слоя (6,5 %). С глубиной количество гумуса снижается до очень низких значений (табл. 1). Гумусово-аккумулятивный горизонт чернозема выщелоченного характеризуется средней суммой обменных оснований (17,2-19,7 мг-экв/100 г), незначительной гидролитической кислотностью, близкой к нейтральной реакцией среды, переходящей в нейтральную с глубины 65 см. Почва насыщена основаниями, поэтому необходимость в мелиоративных мероприятиях отсутствует. Содержание нитратного азота и подвижного фосфора в пахотном слое соответственно повышенное и высокое, которое снижается вниз по профилю до низких значений. Количество обменного калия согласно градациям по всему профилю очень высокое.

В целом чернозем выщелоченный обладает высоким потенциальным и эффективным плодородием и при рациональном использовании возможно получение на нем высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика чернозема выщелоченного землепользования учхоза «Миндерлинское»

Индекс горизонта Глубина, см Гумус, % мг-экв/100 г р^а. V, % Содержание питательных элементов, мг/кг

S Hr ЕКО N-NO3 P2O5 K2O

Ап 0-26 6,5 17,2 0,1 17,4 6,0 99 15 252 263

А 26-65 5,0 19,7 0,8 20,5 5,9 96 14 134 223

АВ 65-86 3,8 22,7 1,4 24,1 6,3 94 13 193 208

В 86-107 1,6 16,9 2,1 19,0 6,2 89 9 123 163

Вк 107-150 1,3 8,9 1,5 10,4 6,2 93 7 93 178

Однако поддержание бездефицитного баланса гумуса в почве обеспечивается ежегодным внесением того количества органического вещества, которое отчуждается с урожаем. Поэтому необходимо вносить органические удобрения. В данной работе рассматриваются процессы минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении разных видов и доз органических удобрений (птичьего помета и вермикомпоста).

Важнейшим показателем, определяющим интенсивность минерализации органического вещества удобрений, является скорость продуцирования углекислого газа. Оценивая динамику выделения СО2 из почвы, обнаружено, что наименьшее продуцирование углекислого газа в июньский период наблюдений происходит на контроле и обусловлено отсутствием «свежего» органического вещества в этом варианте (рис. 1). Главным источником углекислоты является метаболизм микроорганизмов [1]. Присутствие легкодоступной пищи для микроорганизмов в удобренных вариантах почвы способствует повышению в ней продуцирования СО2. Установлено, что под действием вносимых в чернозем выщелоченный разных доз птичьего помета и

вермикомпоста происходит изменение реакции среды с 6,5 в контрольном варианте до 6,9 в удобренной почве и увеличение содержания питательных элементов (табл. 2). Это стимулирует деятельность микроорганизмов и способствует повышению в 1,8—2,7 раза продуцирования СО2 из почвы под действием разных доз птичьего помета и в 2,5-4,7 раза при внесении вермикомпоста в июньский срок определения.

о

н ♦ контроль- без удобрений —почва+ 2 т/га ПП -почва+4 т/га ПП

^-------почва+6 т/га ПП -----почва+ ВК экв. 2 т/га ПП — — почва+ВК экв.4 т/га ПП

-----почва+ВК экв. 6 т/га ПП

Рис. 1. Динамика интенсивности продуцирования углекислого газа из чернозема выщелоченного при внесении удобрений, кг/га

В последующий июльский период наблюдений интенсивность выделения углекислого газа остается высокой в удобренных вариантах опыта и превышает контроль в 1,4—2,6 раза в зависимости от вида удобрений и доз. Снижение продуцирования углекислоты по вариантам опыта в течение августа месяца обусловлено, с одной стороны, уменьшением общего количества легкогидролизуемых соединений, с другой -понижением температуры в августе, повлиявшим на деятельность почвенной биоты.

Таблица 2

Агрохимические показатели чернозема выщелоченного по вариантам опыта

Вариант опыта рН^ Подвижные, мг/кг

P2O5 N^3 N^4

1. Почва (б/у) - контроль 6,5 252 262 14,5 3,4

2. Почва+2 т/га ПП 6,6 261 250 28,8 2,8

3. Почва+4 т/га ПП 6,8 225 219 27,5 5,1

4. Почва+6 т/га ПП 6,9 276 324 22,9 3,4

5. Почва + ВК экв. 2 т/га ПП 6,9 283 267 16,2 3,1

6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП 6,9 269 303 15,9 3,5

7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП 6,6 360 276 9,6 3,6

С повышением температуры в сентябре происходит снова увеличение продуцирования углекислого газа. Выявленные закономерности изменений динамики продуцирования СО2 согласуются с литературными данными [1, 2].

Общий поток С-СО2 из почвы контрольного варианта минимален и составляет 3496 кг/га (рис. 2).

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

С-СО2,

кг/га

Г=Р

Ц= Л

—

. . . . . .

3 4 5 6

варианты опыта

1

2

7

Рис. 2. Суммарное продуцирование углекислоты из чернозема выщелоченного при внесении органических удобрений по вариантам опыта: 1. Почва (без/удобрений) - контроль; 2. Почва + 2 т/га ПП;

3. Почва + 4 т/га ПП; 4. Почва + 6 т/га ПП; 5. Почва + ВК экв. 2 т/га ПП; 6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП;

7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП

Внесение разных доз птичьего помета в почву увеличивает в 1,8-2 раза общее продуцирование С-СО2, а применение вермикомпоста в разных количествах - в 2,2-2,8 раза. Заметим, процесс минерализации интенсивней протекает в паровом поле чернозема выщелоченного при внесении вермикомпоста. Причем, чем выше доза внесения вермикомпоста, тем больше продуцируется углекислого газа. По-видимому, внесенный в почву вермикомпост оптимизирует условия жизнедеятельности микроорганизмов и из-за этого происходит и увеличение эмиссии углекислоты. Разница в минерализационных потоках из почвы в атмосферу при внесении различных видов органических удобрений (птичьего помета и вермикомпоста) обусловлена, по-видимому, разным количеством накапливаемых минеральных форм азота (см. табл. 2). При внесении в почву разных доз птичьего помета накапливается в 1,6-2 раза больше подвижного азота, чем при применении вермикомпоста. Экспериментально установлено [4, 5, 10], что, чем выше уровень азотного питания, тем сильнее ингибирование эмиссии СО2 из почвы.

Полученные количественные оценки минерализационного потока по вариантам опыта позволили выявить зависимость их и от гидротермических условий, в частности, от влажности почвы. Кривая зависимости интенсивности выделения углекислого газа из почвы от влажности носит полиноминальный характер (рис. 3) и хорошо аппроксимируется уравнением регрессии:

у = - 0,0002х2 + 0,1047х + 11,022,

где у - продуцирование углекислого газа; х - влажность почвы.

Коэффициент корреляции составляет 0,4.

Рис. 3. Зависимость интенсивности выделения СО2 из почвы от влажности

Выводы

1. Минерализационный поток из чернозема выщелоченного в атмосферу детерминируется количеством и качеством вносимых удобрений. Внесение разных доз птичьего помета в почву увеличивает в 1,8-2 раза общее продуцирование С-СО2, а применение вермикомпоста - в 2,2—2,8 раза.

2. Эмиссия СО2 из почвы зависит от гидротермических условий. Зависимость выделение углекислого газа от влажности почвы носит полиноминальный характер.

Авторы благодарят коллег кафедры почвоведения и агрохимии, принявших участие в закладке полевого опыта в учхозе «Миндерлинское».

Литература

1. Ведрова Э.Ф., Миндеева Т.Н. Интенсивность продуцирования углекислого газа при разложении лесных подстилок // Лесоведение. - 1998. - № 1. - С. 30-41.

2. Иванникова Л.А., Гармаш Г.Г. Определение параметров минерализации органических веществ в почве способом реакционно-кинетического фракционирования // Почвоведение. - 1994. - № 9. - С. 28-36.

3. Крупкин П.И., Топтыгин В.В., Пахтаев Г.П. Природное районирование земледельческой части Красноярского края: отчет о НИР. - Красноярск, 1999. - 145 с.

4. Назарюк В.М. Почвенно-экологические основы оптимизации питания растений. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 364 с.

5. Разложение и минерализация фитомассы в серой лесной почве: кинетический анализ / В.М. Семенов, Л.А. Иванникова, Т.В. Кузнецова [и др.] // Почвоведение. - 2001. - № 5. - С. 569-577.

6. Чимитдоржиева Г.Д., Егорова Р.А., Корсунова Ц.-Д.-Ц. Биологическая активность каштановых почв бассейна озера Байкал при применении на них отходов разных производств. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2001. - 158 с.

7. Чупрова В.В. Состояние и функционирование черноземов Средней Сибири // Почвы Сибири: особенности функционирования и использования: сб. науч. ст. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2003. - 220 с.

8. Чупрова В.В., Ульянова О.А., Исаев И.В. Перспективы производства органических удобрений промышленного птицеводства в Красноярском крае // Агрохим. вестн. - 2009. - № 6. - С. 16-17.

9. Чупрова В.В. Управление плодородием почв // Инновационные технологии производства продуктов растениеводства: рекомендации. - Красноярск, 2011. - С. 42-50.

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

---------♦'----------