Исследование легкоразлагаемого органического вещества дерново-подзолистой почвы при длительном внесении соломы

Русакова И.В. ©

Канд. биол. наук, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт

органических удобрений и торфа»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЕГКОРАЗЛАГАЕМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВНЕСЕНИИ СОЛОМЫ

Аннотация

Представлены результаты исследования количественных параметров изменений в содержании общего и легкоразлагаемого органического вещества в дерново-подзолистой супесчаной почве при длительном использовании соломы зерновых и зернобобовых культур на удобрение за 2 ротации 5-польного зернопропашного севооборота.

Ключевые слова: органическое вещество, солома, дерново-подзолистая почва. Keywords: organic matter, straw, soddy-podzolic soil.

Введение. Послеуборочные растительные остатки сельскохозяйственных культур в настоящее время оцениваются как важнейший ресурс воспроизводства органического вещества и сохранения функциональных свойств почв в агроценозах. В ряде отечественных и зарубежных работ установлена высокая эффективность соломы в отношении оптимизации качества и содержания почвенного органического вещества, в том числе лабильных, легко разлагаемых его фракций, обеспечивающих краткосрочные круговороты углерода и азота, интенсивность микробной деятельности, водопрочность почвенных агрегатов [1-5]. Цель работы - оценка изменений содержания и состава почвенного органического вещества дерново-подзолистой супесчаной почвы под влиянием использования соломы зерновых и зернобобовых культур в качестве удобрения за 2 ротации зернопропашного севооборота.

Методика. Исследования проводили в длительном полевом опыте, заложенном в 1997 г. на опытном поле ВНИИОУ в следующих вариантах: 1. Без удобрений (контроль); 2. N54P51K57 - фон; 3. Фон + солома озимой пшеницы, люпина, ячменя - по 3 т/га; 4. Солома озимой пшеницы, люпина - по 3 т/га. Дозы минеральных удобрений указаны в среднем за год, суммарная доза соломы за 2 ротации севооборота - 18 т/га. Чередование культур в севообороте: озимая пшеница - люпин (на зерно) - картофель - ячмень - однолетние травы (люпин+овес).

Для характеристики почвенного органического вещества (ПОВ) определяли: содержание органического углерода (Сорг) - по Тюрину в модификации Никитина со спектрофотометрическим окончанием по Орлову-Гриндель; углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв) и лабильного (Слаб) в 0,1 М нейтральной пирофосфатной вытяжке - по методике [6]; биомассу почвенных микроорганизмов (Смик) - методом регидратации-экстракции [7]; мортмассу - по методике, изложенной в работе [8]; углерод мортмассы (Смм) - по Анстету.

Результаты и обсуждение. В конце 2-ой ротации севооборота содержание углерода в варианте без удобрений осталось на исходном уровне, на фоне NPK изменения составили 0,01 % и не выходили за пределы ошибки определения. Достоверное увеличение содержания Сорг в пахотном слое почвы - 0,07 и 0,06% - установлено при внесении 18 т/га соломы на фоне минеральных удобрений и без них, соответственно (рисунок).

© Русакова И.В., 2016 г.

0,9

ср. 1997-1998 г. г.  ср. 2006-2007 г.г.

1. Без удобрений 2. NPK -фон З.Фон+солома 18 т/га 4. Солома 18 т/га

Рис. Изменения в содержании Сорг в пахотном слое почвы (0-20 см) за 2 ротации

севооборота

Известно, что валовое содержание органического углерода в почве является устойчивым консервативным показателем и изменяется очень медленно, в течение нескольких лет и даже десятилетий, поэтому измерения только валового содержания Сорг не всегда могут адекватно отразить изменения в ПОВ, происходящие при внесении удобрений и растительных остатков, особенно если они применяются в невысоких дозах. Гораздо более заметное влияние дополнительное внесение свежего органического вещества можно обнаружить при изучении лабильных, легкоразлагаемых фракций.

Мортмасса или негумифицированное органическое вещество представляет собой так называемую легкую фракцию ПОВ. В ее составе преобладают мертвые растительные остатки, свежие и подвергшиеся первичной минерализации и являющиеся потенциальными источниками образования гумусовых веществ. С запасами мортмассы связаны микробные популяции, которые локализованы и растут на поверхности растительных остатков или в непосредственной близости от них, в так называемой детритосфере, активность ферментов, интенсивность дыхания почвы.

Согласно полученным данным, систематическая заделка соломы обеспечила увеличение содержания Смм в пахотном слое в 1,3 -1,4 раза, не только в сравнении с контролем, но и вариантом NPK (таблица).

Таблица

Содержание фракций почвенного органического вещества в конце 2-ой ротации

севооборота (0-20 см), мг/кг почвы

Показатель Варианты опыта

Без КРК - фон Фон+солома Солома 18

удобрений 18 т/га т/га

Смм 503 557 703 648

Смик 289 333 397 317

Сэгв 148 165 208 174

Слаб 860 942 1121 980

Ключевым компонентом активного пула ПОВ и чувствительным индикатором изменений его состояния, вызываемых природными и антропогенными факторами является биомасса почвенных микроорганизмов. По завершении 2-ой ротации севооборота содержание микробного углерода (Смик) в вариантах с использованием соломы было достоверно более высоким не только по сравнению с контролем без удобрений, но и с фоновым вариантом NPK. Максимальными значениями этого показателя характеризовался пахотный слой в вариантах с заделкой 18 т/га соломы на фоне минеральных удобрений -397 мг/кг почвы, что выше в 1,4 раза, чем на контроле и в 1,2 раза по сравнению с вариантом NPK.

Одним из надежных критериев уровня содержания в почве легкоразлагаемого органического вещества и показателем эффективного плодородия пахотных почв может служить углерод, экстрагируемый горячей водой - Сэгв. Этот углерод представлен в основном органическими соединениями, образующимися на самых ранних стадиях трансформации растительных остатков, а также частью микробной биомассы. В исследуемой почве по окончании 2-ой ротации севооборота пахотный слой почвы в варианте без удобрений характеризовался низкой обеспеченностью углеродом этой фракции -148 мг/кг почвы. Достоверное увеличение Сэгв на 26 и 60 мг/кг зафиксировано при 3-х кратном использовании соломы в севообороте в вариантах «Солома» и «Фон+солома», соответственно.

Нейтральным раствором 0,1 М Na4P2O7 из почвы извлекаются «молодые» гумусовые соединения, образующиеся на ранних стадиях гумификации растительных остатков, свободные и не прочно связанные с минеральной частью. В данном эксперименте многократное внесение соломы сопровождалось увеличением содержания лабильного углерода в этой вытяжке на 179 мг/кг (19%) по отношению к фону минеральных удобрений и на 120 мг/кг (14%) относительно контроля без удобрений.

Следует отметить не только абсолютное увеличение углерода определяемых фракций в вариантах с многократным внесением соломы, но и доли его в составе общего органического углерода: Смм - с 7,5 до 10 %; Смик - с 4,31 до 5,22 %; Сэгв - с 2,21 до 2,74 %; Слаб - с 12,8 до 14,8 %, свидетельствующих о качественных изменениях ПОВ, происходящих при многократном внесении соломы и обогащении его легкоразлагаемыми, биологически доступными формами.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что систематическая заделка соломы, особенно на фоне применения минеральных удобрений, способствовала абсолютному и относительному увеличению пулов легкоразлагаемого углерода: Смм, Сэгв, Смб, Слаб. Отмеченные изменения предопределяют повышение биологической доступности и потенциальной минерализуемости ПОВ, более активное участие его в биохимическом круговороте веществ и почвообразовательных процессах. Возможности расширенного воспроизводства и существенного накопления общего органического углерода и гумуса за счет возврата пожнивных остатков сельскохозяйственных культур в почву весьма ограничены. Этот ресурс является в основном средством поддержания и сохранения существующего уровня гумусированности в пахотных почвах.

Литература

1. Lal R. The Role of Residues Management in Sustainable Agricultural Systems// Journal of Sustainable Agriculture. - 1995.- V. 5. - I. 4. - P. 51-78.

2. Delgado J.A. Crop residue is a key for sustaining maximum food production and for conservation of our biosphere // Journal of Soil and Water Conservation.- 2010. - 65 (5): 111A-116A. [Электронный ресурс].- Режим доступа: www.jswconline.org/content/65/5/111A.full.pdf .

3. Алиева Е.И. Итоги 12-летнего использования соломы на удобрение // Бюллетень ВИУА им. Д.Н. Прянишникова. - 1985. - № 72.- С. 44-48.

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

5. Bremer E., Janzen H.H., Johnston A.M. Sensitivity of total, light fraction and mineralizable organic matter to management practices in a Lethbridge soil // Canadian Journal of Soil Science. - 1994. - V. 74.- P. 131-138.

6. Методы определения активных компонентов в составе гумуса почв. М.:ВНИИА, 2010. - 32 с.

7. Благодатский С.А., Благодатская Е.В. Горбенко А.А., Паников Н.С. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве // Почвоведение. -1987. - №4. - С. 71-81.

8. Власенко А.Н., Шарков И.Н., Шепелев А.Г., Самохвалова Л.Н., Прозоров А.С. Баланс углерода в черноземе вышелоченном при использовании его в различных севооборотах лесостепи Приобъя // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки . - 2009. - № 6. - С.5-13.