Nitrogen reserves in the soil and its nitrification capacity are objective indicators of soil fertility. The effect of increasing doses of mineral fertilizers on the content of easily hydrolyzed nitrogen of leached arable cher- nozem was studied. The research to identify the effect of fertilizers on the nitrification capacity of arable land was conducted. In the course of research, the content of easily hydrolyzed nitrogen in arable chernozem was determined on control (without fertilizers) and with increasing doses of mineral fertilizers. It was found that natural and minimal agricultural background (NP per 3 t/hectare of grain) in 0–40 cm layer had had low availability of easily hydrolyzed nitrogen. Systematic application of mineral fertilizers to the planned yields of 5 and 6 t/hectare of grain contributed to its significant increase relative to the control. At the maximum agrophone (NP 6 t/hectare of grain) in the layer of 20–40 cm, the content of easily hydrolyzed nitrogen was significantly lower due to active work of mineralizing microflora. In the course of work, the correlation co- efficient between the yield and the content of easily hydrolyzed nitrogen in the soil was determined, which made 0.8 units and it showed that these factors were closely related to each other. The results of long-term research showed that there had not been any noticeable changes in the nitrification activity of old-arable chernozem both on the variant without fertilizers and when applying low doses of mineral fertilizers. Nitrifica- tion was 12.0 and 13.3 mg/kg of soil, respectively. The application of mineral fertilizers to the planned grain yield of more than 5 t/hectare, nitrification increased by 1.5 times relative to the control. A close relationship between easily hydrolyzed nitrogen and the nitrification capacity of the soil was established, the correlation coefficient made 0.94 units.
easily hydrolyzed nitrogen, nitrification, soil microflora, biological activity, leached cherno- zem, mineral fertilizers.
Введение. Азот – один из главных элементов питания, без достаточного количества которого невозможно получить высокие урожаи сельско- хозяйственных культур. Именно поэтому нали- чие этого химического элемента наряду с орга- ническим углеродом лежит в основе плодородия почв. Черноземные почвы хорошо обеспечены общими запасами азота, несмотря на широкую область распространения по земному шару. Наиболее обеспечены черноземы европейской части России, которые содержат до 0,45 % азота [1, 2]. В Западной Сибири, по данным Г.П. Гамзи- кова, содержание азота в черноземах может пре- вышать и европейские аналоги [3]. Черноземные почвы юга Тюменской области характеризуются меньшим содержанием общего азота и резко убывающим его распределением в почвенной толще [4]. Однако высокое содержание общего азота не означает наличие в достаточном коли- честве доступных для растений форм данного элемента. Как показала практика агрохимических обследований земель сельскохозяйственного назначения и многочисленные научные исследо- вания, более 80 % характеризуются дефицитом
азота, необходимого для формирования средних урожаев. Из этого следует, что доступный азот для сельскохозяйственных культур в пахотных почвах лесостепной зоны Зауралья находится в первом минимуме [5].
При разработке системы удобрений аграрии столкнулись с проблемой несоответствия обе- спеченности растений азотом их фактической продуктивности. Очень часто можно слышать высказывания, что расчетные дозы удобрений на планируемые урожаи не дают точного резуль- тата, причем отклонения бывают довольно су- щественны. Для объяснения этого необходимо понимать, что при расчетах мы руководствуемся фактическим содержанием доступного для рас- тений азота, но не учитываем особенности почв, погоды и агротехники. Наиболее стабильным и близким к фактической обеспеченности расте- ний является легкогидролизуемый азот, который при нитрификации очень быстро переходит из органической части в минеральные вещества.
Исследования легкогидролизуемого азота начали проводиться несколько десятилетий на- зад и продолжаются до настоящего времени.
Несмотря на сотни краткосрочных исследований и десятки многолетних опытов, мнения ученых разделились. Часть исследователей выявили корреляцию между продуктивностью культур и содержанием легкогидролизуемого азота, что дает возможность оптимизировать систему удобрений [6–8]. Другая группа ученых так и не смогла найти доказательства зависимости меж- ду этими показателями [9, 10].
Цель исследований. Изучение содержания легкогидролизуемого азота и нитрификационной способности пахотного чернозема выщелочен- ного лесостепной зоны Зауралья при внесении возрастающих доз минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых культур.
Объекты и методы исследований. Иссле- дования по влиянию минеральных удобрений на содержание легкогидролизуемого азота и нитри- фикационную способность выполнены на пахот- ном черноземе выщелоченном в лесостепной зоне Зауралья. На стационаре кафедры почво- ведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, под руководством Г.Д. Притчиной, в 1995 году
был заложен опыт, исследования на котором продолжаются и в настоящее время. Опыт пред- ставлен трехпольным зернопаровым севооборо- том: однолетние травы – яровая пшеница – овес. Характер действия на изучаемые показатели оценивали в посевах яровой пшеницы в трех- кратной повторности. Дозы аммиачной селитры и аммофоса рассчитывали перед посевом ме- тодом элементарного баланса. Вносили на пла- нируемые урожайности зерна с учетом текущей нитрификации и начальных запасов питатель- ных веществ в почве в дозах, представленных на рисунке 1. Из-за обеспеченности черноземов Северного Зауралья подвижным калием удо- брения, содержащие этот элемент питания, не вносили. В опыте высевалась яровая пшеница
сорта Новосибирская 27.
Осенью после уборки предшественника про- водили отвальную обработку, весной по физи- чески спелой почве боронование. Внесение удо- брений осуществляли вручную с последующей культивацией.
Рис. 1. Дозы удобрений на планируемые урожайности зерна яровой пшеницы (2018–2020 гг.), кг/га д.в.
Содержание потенциально доступного для растений азота (легкогидролизуемого) опреде- ляли по методу Корнфилда; нитрификационную способность по методу С.П. Кравкова в лабора- тории экологии почв Агробиотехнологического центра ГАУ Северного Зауралья.
Отбор почвы для лабораторных исследова- ний проводили в фазу цветения яровой пшеницы до 40 см послойно с шагом 10 см.
Статистическая обработка результатов была проведена с помощью программы MS Excel и по
методике Б.А. Доспехова. Градации по легкоги- дролизуемому азоту – Г.П. Гамзикова (2000 г.).
Результаты исследований и их обсужде- ние. На варианте с естественным агрофоном (контроль) содержание легкогидролизуемого азота в слое 0–20 см пахотного чернозема соста- вило 144 мг/кг, что соответствует низкой обеспе- ченности (табл. 1). В слое 20–40 см данный пока- затель соответствовал 112 мг/кг почвы. Внесение удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна не оказало достоверного влияния на со- держание щелочнорастворимого азота в слое
05
0-40 см – отклонения были в пределах НСР . Систематическое применение высоких доз удо- брений (NPK на 5,0 и 6,0 т/га) способствовало увеличению содержанию легкогидролизуемого азота в черноземе. В целом по слою 0–40 см изучаемый показатель был соответственно 148 и 143 мг/кг почвы, что на 16 % выше значений кон- троля. Причиной этого является запашка соломы и пожнивно-корневых остатков с повышенным содержанием общего азота и более быстрой их трансформацией под действием почвенной ми- крофлоры [11, 12].
Таблица 1
Содержание легкогидролизуемого азота в пахотном черноземе при внесении возрастающих доз минеральных удобрений (2018–2020 гг.), мг/кг почвы
|
Вариант (фактор А) |
Слой почвы (фактор В), см |
||
|
0–20 |
20–40 |
0–40 |
|
|
Контроль |
144 |
112 |
128 |
|
NPK на 3,0 т/га |
147 |
117 |
132 |
|
NPK на 5,0 т/га |
156 |
141 |
148 |
|
NPK на 6,0 т/га |
158 |
129 |
143 |
|
НСР для фактора А = 8 мг/кг; для В = 6 05 |
|||
Минеральные удобрения оказали непосред- ственное влияние на содержание легкогидро- лизуемого азота не только в слое 0–20 см, но и глубже. На вариантах с высоким агрофоном, где вносили удобрения на планируемые урожаи свы-
ния активности почвенной биоты при разработке системы удобрений, обеспечивающей расши- ренное воспроизводство плодородия.
Для выявления корреляции между урожайно- стью сельскохозяйственных культур и содержа-
лг
ше 3,0 т/га, содержание N
было на 26 % выше
нием легкогидролизуемого азота в почве приве-
05
значений контроля (НСР
=6 мг/кг). На варианте
дены данные по годам (табл. 2). На контроле за
с максимальным агрофоном (NPK на 6,0 т/га) отмечено достоверное уменьшение содержания легкогидролизуемого азота – отклонение соста- вило 12 мг, или 9 % по сравнению с предыдущим вариантом. Причиной этого является стимули- рующее действие минеральных удобрений на минерализующую микрофлору [13, 14]. Данный факт указывает на необходимость учета измене-
2018–2020 гг. урожайность варьировала в незна- чительных пределах – от 1,85 до 2,24 т/га. На этом варианте формирование урожая происходило за счет естественного плодородия. Содержание лег- когидролизуемого азота в слое 0–40 см в эти годы менялось от 124 до 132 мг/кг, что подтверждает влияние погодных условий на данный показатель.
Таблица 2
Урожайность яровой пшеницы при внесении удобрений и разном содержании легкогидролизуемого азота
|
Вариант |
Урожайность пшеницы, т/га |
Легкогидролизуемый азот в слое 0–40 см, мг/кг |
||||
|
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
2018 г. |
2019 г. |
2020 г. |
|
|
Контроль |
1,85 |
2,04 |
2,24 |
124 |
127 |
132 |
|
NPK на 3,0 т/га |
2,88 |
3,04 |
3,52 |
133 |
124 |
139 |
|
NPK на 5,0 т/га |
5,14 |
5,49 |
5,17 |
142 |
149 |
153 |
|
NPK на 6,0 т/га |
5,54 |
5,07 |
6,24 |
151 |
126 |
154 |
|
НСР 05 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
7 |
6 |
9 |
Внесение минеральных удобрений в дозе
негативное влияние высоких доз минеральных
N
P
40 75
обеспечило получение планируемой уро-
лг
удобрений. Содержание N
в эти годы в июле
жайности 3,0 т/га – варьирование по годам было
незначительным – от 2,88 до 3,52 т/га. Однако содержание легкогидролизуемого азота изменя- лось иначе по сравнению с контролем. В 2018 г. разница между вариантами и контролем стала
составило 151 и 154 мг/кг почвы соответственно,
что оказалось максимальным среди изучаемых вариантов. Анализ урожайности и содержания легкогидролизуемого азота по годам показал присутствие тесной положительной связи между
05
достаточно достоверна – 9 мг/кг при НСР
, рав-
этими показателями – коэффициент корреляции
ном 7 мг. В 2019 и 2020 гг. отклонения находи- лись в пределах ошибки опыта.
Внесение минеральных удобрений на плани- руемую урожайность 5,0 т/га обеспечило в годы исследований формирование урожая от 5,14 до 5,49 т/га, что для Северного Зауралья считается отличным результатом даже для черноземных почв. Содержание легкогидролизуемого азо- та во все годы исследований было достоверно выше контроля и варианта с планируемой уро- жайностью 3,0 т/га и варьировало в пределах 142–153 мг/кг почвы.
На варианте с максимальным уровнем при- менения минеральных удобрений (NPK на 6,0 т/га зерна) планируемая урожайность была получена только в 2018 и 2020 гг. Причиной не- добора зерна в 2019 г. стали погодные условия вегетационного периода. В этот же год отме- чено минимальное среди удобренных вариан- тов содержание легкогидролизуемого азота –
составил 0,8 ед.
Одним из главных биологических показате- лей почвы считается ее нитрифицирующая спо- собность, которая лежит в основе азотного режи- ма. Этот показатель напрямую связан с количе- ственным составом почвенной микрофлоры и ее активностью. В результате исследований было установлено, что пахотный чернозем, на кото- ром не вносили минеральные удобрения более 20 лет (с 1995 г.), характеризуется минимальной нитрифицирующей способностью. В июле она составляла 12,0 мг/кг почвы, что является очень низким значением для черноземов (рис. 2). Вне- сение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га зерна не оказало суще- ственного влияния на нитрификацию, которая составила 13,3 мг/кг почвы. На вариантах с высо- ким агрофоном (NPK на 5,0 и 6,0 т/га) нитрифи- цирующая способность была достоверно выше контроля, достигая 17,2 и 18,1 мг/кг почвы при
126 мг/кг почвы в слое 0–40 см. Данные 2018 и 2020 гг. не позволяют однозначно указать на
05
НСР
, равном 1,1 мг/кг почвы.
Рис. 2. Влияние минеральных удобрений на нитрифицирующую
способность пахотного чернозема (2018–2020 гг.) (НСР
05
=1,1), мг/кг
Корреляционный анализ содержания лег- когидролизуемого азота и нитрифицирующей способности показал очень тесную взаимосвязь между ними – коэффициент корреляции соста- вил 0,94 ед. Это дает возможность оптимизиро- вать систему удобрений для сельскохозяйствен- ных культур с учетом почвенно-климатического потенциала региона.
Выводы. Отсутствие минеральных удобре- ний способствует минимальному накоплению легкогидролизуемого азота в слое 0–40 см па- хотного чернозема. Его содержание составляет 128 мг/кг почвы, что соответствует средней обе- спеченности. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га не оказы- вает влияния на содержание легкогидролизуе- мого азота в черноземе. Интенсивный агрофон, обеспечивающий получение урожая 5,0 т/га зер- на и выше, приводит к увеличению содержания легкогидролизуемого азота до 148 мг/кг почвы, что на 16 % выше значений контроля. Накопле- ние данной фракции происходит не только в зоне непосредственного внесения удобрений, но и су- щественно глубже, вплоть до глубины 40 см.
Урожайность яровой пшеницы взаимосвяза- на с содержанием легкогидролизуемого азота в слое 0–40 см. Коэффициент корреляции состав- ляет 0,8 ед., что делает возможным использо- вать данные для расчета доз минеральных удо- брений на планируемую урожайность сельскохо- зяйственных культур.
Установлена тесная корреляционная зависи- мость между содержанием легкогидролизуемого азота и нитрифицирующей способностью пахот- ного чернозема. Коэффициент корреляции со- ставляет 0,94 ед., что указывает на возможность
проведения регрессионного анализа в системе математического моделирования минерального питания сельскохозяйственных культур.
1. Stakhurlova L.D., Svistova I.D., Shcheglov D.I., 2007. Biological activity as an indicator of cher- nozem fertility in different biocenoses. // Eur- asian Soil Science. 40. 694–699. DOI: 10.1134/ S1064229307060117.
2. Stekol'nikov K.E. Organicheskoe zemle- delie v Rossii – blago ili katastrofa // Biosfera. 2020. T. 12. № 1-2. S. 53–62. DOI:https://doi.org/10.24855/BIOSFERA.V12I1.537.
3. Gamzikov G.P. Agrohimiya azota v agroceno- zah. Novosibirsk: Izd-vo IIC GNU SibN- SHB Rossel'hozakademii, 2013. 790 s.
4. Eremin D.I. Agrogennaya transformaciya chernozema vyschelochennogo Severnogo Zau- ral'ya: avtoref. dis. d-ra biol. nauk. Tyumen', 2012. 34 s.
5. Abramov N.V., Eremina D.V., Eremin D.I. Agroekonomicheskoe obosnovanie primeneniya mineral'nyh udobreniy pod yarovuyu pshenicu v Severnom Zaural'e // Sibirskiy vestnik sel'skohozyaystvennoy nauki. 2010.№ 5. S. 11–17.
6. Razheva D.R. Soderzhanie razlichnyh form azota v pochve pri dlitel'nom sel'skoho- zyaystvennom ispol'zovanii chernozema vy- schelochennogo Yuzhnogo Zaural'ya // Vestnik Altayskogo GAU. 2009. № 5. S. 35–39.
7. Fad'kin G.N., Kostin Ya.V. Vliyanie dli- tel'nogo primeneniya prostyh mineral'nyh udobreniy na azotnyy rezhim seroy lesnoy tyazhelosuglinistoy pochvy // Vestnik Ryazan- skogo GAU im. P.A. Kostycheva. 2012. № 4 (16). S. 74–76.
8. Shatalina L.P. Izmenenie azota obschego i legkogidrolizuemogo chernozema vyschelo- chennogo v polevyh sevooborotah // Plodo- rodie. 2018. № 5 (104). S. 35–38.
9. Centilo L.V., Cyuk A.A. Azotnyy rezhim cher- nozema tipichnogo v zavisimosti ot udobre- niya i obrabotki pochvy // Bioresursy i priro- dopol'zovanie. 2019. T. 11. № 1-2. S. 107–114.
10. Gluhih M.A., Kalganova T.S. Dinamika azo- ta v pochvah Zaural'ya // APK Rossii. 2015. T. 71. S. 118–125.
11. Ahtyamova A.A. Izmenenie himicheskogo so- stava zapahannoy solomy pod deystviem agrohimikatov // Vestnik Kurganskoy GSHA. 2017. № 4 (24). S. 17–20.
12. Eremin D.I., Ahtyamova A.A. Himicheskiy sostav rastitel'nyh ostatkov sel'skoho- zyaystvennyh kul'tur, vyraschennyh na raz- lichnom agrofone v lesostepnoy zone Zau- ral'ya // Vestnik KrasGAU. 2017. № 2 (125). S. 32–38.
13. Demina O.N., Eremin D.I. Vliyanie mine- ral'nyh udobreniy na mikrofloru pahotno- go chernozema lesostepnoy zony Zaural'ya // Vestnik KrasGAU. 2020. № 2 (155). S. 63–71. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-2-63-71.
14. Abramov N.V. Biologicheskiy rezhim cherno- zema obyknovennogo v processe sel'sko- hozyaystvennogo ispol'zovaniya // Agrarnyy vestnik Urala. 2008. № 5. S. 35–37.
