Историко-источниковедческая справка: Исследование опубликовано в главном академическом журнале советских почвоведов «Почвоведение» (АН СССР, Москва: «Наука», 1990, № 11, с. 127–132). Авторы — сотрудники Белорусского научно-исследовательского института мелиорации и водного хозяйства (БелНИИМиВХ) кандидат сельскохозяйственных наук В. Н. Пятницкий, Л. Б. Авдеев и Г. И. Лавренчук. Работа обобщает пятилетний цикл лабораторных и прецизионных полевых стационарных экспериментов (1979–1983 гг.) на Полесской опытно-мелиоративной станции (г. Лунинец). Впервые в почвоведении были строго разграничены аммонийная и нитратная составляющие минерального азота торфа в зависимости от градиента влажности, температуры и влияния корневых систем ячменя и тимофеевки.
Первоисточник: Пятницкий В. Н., Авдеев Л. Б., Лавренчук Г. И. Влияние гидротермических условий на содержание минерального азота в торфяной почве // Почвоведение. — 1990. — № 11. — С. 127–132.
Торфяные почвы способны обеспечить возделываемые сельскохозяйственные культуры почвенным азотом, который высвобождается при минерализации органического вещества торфа. Однако целенаправленный прогноз, контроль и управление азотным режимом этих почв из-за недостаточной изученности закономерностей его формирования пока весьма проблематичны. Поэтому в производственной практике часто встречается как недостаточная, так и избыточная обеспеченность растений азотом на осушенных торфяниках, что ведет к недобору растениеводческой продукции и накоплению нитратов в урожае.
Методика лабораторных и полевых экспериментов
Одним из решающих факторов, определяющих интенсивность минерализации органического вещества и формирование азотного режима, является влажность почвы — высокомобильный фактор, колеблющийся в течение сезона от полной влагоемкости до влажности завядания. В 1979–1983 гг. были выполнены сопряженные лабораторные и полевые исследования с применением математической статистики для установления количественных связей между влажностью торфяной почвы и содержанием в ней минерального азота (аммонийного $\text{NH}_4\text{–N}$, нитратного $\text{NO}_3\text{–N}$ и их суммы).
Опыты проводились с почвой, развитой на древесно-осоково-гипновом торфе со степенью разложения ~35%, содержанием общего азота 2,45%, $\text{P}_2\text{O}_5$ 0,46%, $\text{K}_2\text{O}$ 0,13% (на сухую навеску) при зольности 14%. Вносились фосфорно-калийные удобрения ($\text{P}60\text{–}100$, $\text{K}200\text{–}240$), азотные удобрения не применялись.
- Лабораторные опыты: образцы почвы с малым и высоким исходным фоном азота увлажнялись до 20, 30–70 и 80% влажности и инкубировались при температурах 8,12–24,28 °C в течение 84 суток с шестью циклами определений динамики через каждые 14 суток.
- Полевые стационарные опыты (ПОМС, Лунинец): на делянки с тимофеевкой, ячменем и чистым паром накладывали 6 вариантов влажности. Влажность регулировалась защитой от дождей полиэтиленовыми изоляторами в сочетании с поливами дождеванием (8–10 раз за вегетацию). Анализировались слои 0–10, 10–20 и 20–30 см. Нитраты определялись колориметрически с дисульфофеноловой кислотой, аммоний — с реактивом Несслера.
Динамика минерального азота в пахотном горизонте
Результаты пятилетних определений показали, что растительный покров и уровень увлажнения коренным образом преобразуют баланс подвижных форм азота (табл. 1).
| Влажность почвы, % | Без растений (чистый пар) | Под ячменем | Под тимофеевкой | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $\text{NH}_4\text{–N}$ | $\text{NO}_3\text{–N}$ | Сумма | $\text{NH}_4\text{–N}$ | $\text{NO}_3\text{–N}$ | Сумма | $\text{NH}_4\text{–N}$ | $\text{NO}_3\text{–N}$ | Сумма | |
| 34 | 85 | 105 | 190 | 41 | 42 | 83 | 44 | 34 | 78 |
| 40 | 75 | 150 | 225 | 51 | 42 | 93 | 58 | 31 | 89 |
| 50 | 79 | 188 | 267 | 58 | 68 | 126 | 60 | 22 | 82 |
| 55 | 85 | 184 | 269 | 54 | 47 | 101 | 65 | 25 | 90 |
| 60 | 82 | 116 | 198 | 69 | 41 | 110 | 74 | 30 | 104 |
| 70 | 131 | 45 | 176 | 94 | 41 | 135 | 101 | 38 | 139 |
Таблица 1. Содержание минерального азота (кг/га) в пахотном слое торфяной почвы в зависимости от влажности и культуры (среднее за 1979–1980 гг.).
Закономерности минерализации: лабораторный и полевой анализ
Лабораторные опыты продемонстрировали, что содержание нитратного азота и общая сумма минеральных форм связаны с влажностью четко выраженной параболической зависимостью ($\eta = 0,85$), достигая максимума при влажности ~50% от объема почвы (около 60% полной влагоемкости, ПВ).
При переувлажнении почвы ($W = 70\%$) накопление нитратов падает со 188 до 45 кг/га вследствие резкого ухудшения аэрации и подавления нитрификации, при этом начинает накапливаться аммонийный азот (возрастает с 79 до 131 кг/га).
Полевые пятилетние стационарные эксперименты подтвердили параболическую модель:
Максимальное накопление подвижного азота в парующей почве (267–269 кг/га) отмечается при влажности 50–55%. Влияние температурного фактора строго лимитирует процесс: снижение температуры с 24 до 8 °C последовательно сглаживает кривую и подавляет нитрификацию.
Роль растений: поглощение и саморегуляция азотного режима
Сравнение парующих делянок с посевами ячменя и тимофеевки позволило количественно оценить масштабы отчуждения азота корневыми системами культур:
- При оптимальной влажности (50–55%) растения снижают количество минерального азота в пахотном слое на 168 кг/га (на 63%), главным образом за счет нитратов (убыль $\text{NO}_3\text{–N}$ составляет 145 кг/га, что в 6 раз больше убыли аммония).
- При переувлажнении ($W = 70\%$) поглощение нитратов падает до минимума (всего 6 кг/га, или 12%), а суммарное изъятие составляет лишь 40 кг/га. Растения переходят на питание аммонийным азотом.
- В сухой почве ($W = 34\%$) изъятие азота составляет 109 кг/га (58%).
Вертикальная миграция минерального азота в подпахотные слои при стабильном УГВ 0,7–1,0 м практически отсутствует: восходящий капиллярный ток компенсирует нисходящие потери, консервируя азот в горизонте 0–30 см.
Выводы
- Экспериментально доказано наличие закономерных количественных параболических связей ($\eta = 0,85$) между влажностью торфяной почвы и содержанием минерального азота с ярко выраженным оптимумом при 50–55% объемной влажности (около 60% ПВ).
- Температурный фактор выступает мощным модификатором: при температурах ниже 10 °C минерализация органического вещества торфа резко тормозится независимо от влажности, тогда как прогрев до 20–24 °C многократно усиливает нитрификацию.
- Культурные растения (ячмень, тимофеевка) выступают мощным биогенным регулятором азотного режима, утилизируя при оптимальном гидротермическом режиме до 168 кг/га минерального азота (преимущественно нитратного). При переувлажнении нитрификация блокируется, и доминирующим источником питания становится аммоний.
- Регулирование водного режима осушенных торфяных почв гидротехническими шлюзами является прямым инструментом управления минерализацией органического вещества и предотвращения избыточного накопления нитратов в почве и урожае.
Литература
- Мишустин Е. Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. — М.: Наука, 1972. — 343 с.
- Скоропанов С. Г. Мелиорация земель и проблемы органического вещества // Земледелие. — 1981. — № 7. — С. 18–20.
- Кудеяров В. Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. — М.: Наука, 1989. — 216 с.
- Скрынникова И. Н. Гидрологический режим торфяных почв и его регулирование // Почвоведение. — 1977. — № 5.
- Шебеко В. Ф. Гидрологический режим осушаемых территорий. — Минск: Ураджай, 1970. — 298 с.