1993) и сопоставимы с почвами Западной Сибири (Гамзиков,1981; Гамзиков и др.,1985) и Прибайкалья (Помазкина,1985,1989;Мальцев,2001).

Высокая иммобилизационная способность сезонномерзлотных и мерзлотных почв вполне согласуется с фундаментальным принципом Ле - Шателье: при поступлении извне дополнительных источников энергии (азот удобрения) почвенная система стремится максимально увеличить низкое энергетическое состояние (Куликов и др.,1997,2005) за счет высокой иммобилизации, ослабляя тем самым целый ряд негативных параметров функционирования почв.

Активность почвенной микрофлоры. Поступление азотных удобрений способствует микробной сукцессии в почвах и усилению активности микрофлоры, которая выражается константами (k) и если их величина превышает константу (k) скорости роста, то наблюдается усиление ассимиляции вносимого азота (Звягинцев и др.,2005; Jensen et al.,1997).

Полученные данные свидетельствуют, что рост кинетической активности микрофлоры обеспечивает высокую иммобилизацию азота удобрений в почвах (табл.7). Наибольшей активностью отличались актиномицеты, константа (k) которых, независимо от состава и численности почвенных микроорганизмов, режимных процессов и азотного фонда почв, была значительно выше грибной микрофлоры. Сильная и значимая (tф > tst) теснота связи (r) размеров иммобилизации азота в почвах выявлена с численностью актиномицетов при слабой и статистически не значимой (tф < tst) сопряженности с грибами.

Доказано, что в почвах с более высоким плодородием усиление активности (k) почвенной микрофлоры при внесении азота удобрений значительно выше, чем менее обеспеченных энергетическими источниками. Константа активности (k) актиномицетов снижалась по модульной величине в почвах от лугово-черноземной (k = 0.434 в год) к серой лесной (k = 0.165 год -1) и каштановой (k = 0.129 в год). Константа (k) активности грибов в этой оценке была достоверно ниже и не имела существенных различий по типам почв. Причем, значительный рост активности актиномицетов в почвах под влиянием азотных удобрений наблюдался при близких кинетических константах (k) роста почвенных микроорганизмов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Таблица 7. Сопряженность констант (k) активности почвенной микрофлоры

с иммобилизацией азота удобрений в почвах за вегетационный сезон

Параметры

оценки

Каштановая

почва, n = 9

Серая лесная

почва, n = 10

Лугово-черноземная

почва, n = 6

Грибы

Численность, тыс / г

20.7 ± 1.9

9.17 ± 0.78

85.9 ± 4.82

Корреляция - r ± sr

0.40 ± 0.35

0.32 ± 0.35

0.21 ± 0.49

k

скорости роста *

0.0004 в год

0.003 в год

0.0004 в год

активности

0.011 в год

0.001 год -1

0.001 в год

Актиномицеты

Численность, млн / г

1.84 ± 0.49

2.11 ± 0.26

7.37 ± 0.31

Корреляция - r ± sr

0.84 ± 0.21

0.62 ± 0.29

0.92 ± 0.12

k

скорости роста *

0.0014 в год

0.002 год -1

0.0004 в год

активности

0.129 в год

0.165 год -1

0.434 в год

* Примечание: рассчитано в каштановой почве по осадкам, серой лесной - по запасам

продуктивной влаги и в лугово-черноземной почве по температурам см слоя.

Подобное отражает разную отзывчивость микроорганизмов на дополнительное поступление энергетических источников в виде удобрений: для одних групп (актиномицеты) это сопровождалось ослаблением негативного влияния жестких эколого-почвенных условий для проявления высокой активности, подчиняясь принципу Ле-Шателье и практически не оказывало влияния на усиление активности других групп (грибов) в отношении иммобилизации азота. Как следствие, можно констатировать выраженную селективность почвенных микроорганизмов в оценке иммобилизации азота.

Кинетика процесса иммобилизации азота. По мнению целого ряда авторов более развернутая панорама процесса иммобилизации азота достигается путем оценки скоростных параметров, поскольку высокие темпы закрепления азота в почвах являются характерным признаком (Смирнов,1977; Гамзиков и др.,1985;

Кудеяров,1989; Руделев,1992; Кидин,1993; Кузнецова и др.,1998,2006; Семенов и др.,2007; Blackmer, Green,1995; Pansu, Thuries,2003; Peterson et al.,2005).

Установлено, что кинетической предпосылкой высокой иммобилизации азота удобрений в почвах, независимо от состояния азотного фонда, повсеместно выступала высокая константа (k) скорости уменьшения содержания азота (15N) удобрений, которая не имела существенных различий по типам почв и находилась в пределах одного порядка (k = 0.сутки -1), обеспечивая высокое закрепление вносимого азота. Снижение азота удобрений в почвах за счет активной иммобилизации микрофлорой имела схожий характер кривых в виде экспоненты при разной направленности процессов. Это характеризует очень высокую ответную реакцию почв на поступление азотных удобрений - с одной стороны, и стремление почвенной системы максимально быстро повысить энергетическое состояние на неопределенно долгое время - с другой, при общем высоком характере возбуждения процессов. В этом смысле кинетические характеристики отражают фундаментальный закон превращения (сохранения) энергии (азота) в частном проявлении, характеризуя различную оборачиваемость процессов внутрипочвенной трансформации азота.

Установлено, что азот удобрений после внесения активно включается в цикл различных превращений и через десять дней наблюдается его значимое снижение с интенсивным закреплением в органическую форму, максимум которого в каштановой почве и черноземе южном наблюдался на 30-й день, а лугово-черноземной и серой лесной почвах - на 20-й день. Позднее темпы процесса в почвах стабилизировались. Соответственно, реакция почв на закрепление азота отличалась высокой чувствительностью с различиями по времени наибольшего закрепления азота. При этом, константы (k, в сутки) скорости процесса характеризовались значительными различиями: близкие величины выявлены в каштановой почве (k = 0.449) и черноземе южном (k = 0.383), более чем втрое ниже в лугово-черноземной (k = 0.105) и серой лесной (k = 0.103). Выявленные различия в кинетике процесса обусловлены неодинаковым содержанием минерального азота почв (14N) и удобрений (15N), различной активностью микробного комплекса и наличием энергетических источников, необходимых для связывания минерального азота 15N удобрений в органическую форму.

Учитывая высокую иммобилизацию азота удобрений в почвах за счет усиления кинетической активности микрофлоры, следует заключить, что в конкурентной борьбе за азот удобрений растения значительно уступают последней.

Статистические связи иммобилизованного азота. При определяющей роли почвенных микроорганизмов, процесс иммобилизации азота удобрений в почвах контролировался и абиотическими признаками.

В каштановых почвах сильная и статистически значимая (tф > tst) теснота связей выявлена с осадками (r = 0.89 ± 0.2), серых лесных - запасами продуктивной влаги в 0-20 см слое (r = 0.92 ± 0.1), черноземах южных (r = 0.91± 0.1) и лугово-черноземных почвах (r = - 0.87 ± 0.16) – с температурами слоя см при высокой и значимой тесноте в общей совокупности (R ≥ 0.801).

Установлено, что сопряженность продуктивности зерновых культур с иммо-билизацией азота в каштановых и серых лесных почвах была сильной (r > 0.70), в серых лесных - статистически значимой (tф > tst) с обратным характером зависимостей, в черноземах южных - не доказана (tф < tst), а в лугово-черноземных - отсутствовала. Схожая панорама (r) наблюдалась с показателями выноса азота. Выявленные статистические связи (r) значительно отличались от европейской части, где теснота (r) их связей была слабой (Кудеяров,1985;Лаврова,1992).

По всем почвам иммобилизация азота находилась в высокой сопряженности c присутствием азота удобрений, ранжирование которой возрастало от высокой в лугово-черноземных (r = -0.86 ± 0.3) до очень высокой в каштановых (r = -0.92 ± 0.2) и близкой к функциональной в серых лесных почвах (r =-0.99 ± 0.1). Следовательно, высокая иммобилизация азота удобрений в почвах обеспечивалась сильной теснотой (r) с минеральным 15N азотом и слабой - с его усвоением.

В результате высокая кинетика иммобилизации и низкое использование азота удобрений в равных условиях оценки имела общую направленность: чем лучше состояние азотного фонда почв, тем выше размеры иммобилизации и усвоения при сильной (r > 0.88 ± 0.3) и статистически доказанной тесноте их связи.

Компенсация выноса азота почв иммобилизованным азотом. При высокой иммобилизующей активности сезонномерзлотных и мерзлотных почв несомненную актуальность представляет компенсация выноса почвенного азота иммобилизованным азотом удобрений, что является позитивным моментом в характеристике временного отчуждения вносимого азота за счет ассимиляции почвенной микрофлорой.

Результаты исследований позволяют заключить, что высокая иммобилизация азота не всегда компенсирует расход почвенного азота (табл.8).

Таблица 8. Степень компенсации выноса почвенного азота (14N)

иммобилизованным азотом (15N) удобрений

Почва

Вынос 14N почв

растениями,

мг / сосуд

Иммобилизация

15N удобрений,

мг / сосуд

Компенсация выноса 14N почв иммобилизованным

азотом 15N удобрений, %

Каштановая

611.6 ± 109.9

1076.5 ± 35.6

176.0

Чернозем

южный

835.8 ± 305.8

1062.4 ± 55.3

127.0

Серая лесная

1956.5± 404.0

1241.6 ± 42.0

63.5

Лугово-черноземная

901.9 ± 185.7

1396.2 ± 33.0

154.8

Наиболее высокое возмещение затрат на вынос наблюдалось в каштановых почвах (176.0%), а минимальное - на серых лесных (64%). Это связано с разной продуктивностью зерновых культур и затратами почвенного азота на создание продукции, размеры выноса которого находились соответственно росту их продуктивности. Отсюда, чем выше вынос почвенного азота, тем ниже компенсация иммобилизованным азотом удобрений, несмотря на высокий ассимиляционный азотный пул почв, доверительный интервал величин и их устойчивость (см. табл.6).

Учитывая агрохимическую значимость иммобилизованного азота удобрений, несомненный интерес вызывает оценка кинетической компенсации этих затрат, которая позволяет сравнить скоростные параметры закрепления азота в органическую форму микрофлорой почв с кинетикой (k) выноса этого элемента растениями в равных условиях их оценки (табл.9).

В результате проведенных оценок установлено, что кинетика (k) закрепления минерального азота 15N удобрений в органическую форму в почвах полностью компенсирует скоростные затраты выноса азота почв на создание продукции.

Таблица 9. Кинетические константы выноса почвенного азота ячменем

и иммобилизации азота удобрений

Почва

Константа (k) скорости выноса 14N почв

Константа (k) скорости иммобилизации

15N удобрений

Компенсация скоростных (k) параметров

Каштановая

0.336 в сутки

0.449 в сутки

+ 0.113 в сутки

Чернозем южный

0.209 в сутки

0.383 в сутки

+ 0.174 в сутки

Серая лесная

0.009 сутки -1

0.103 в сутки

+ 0.094 в сутки

Лугово-

черноземная

0.011 в сутки

0.105 в сутки

+ 0.094 в сутки

Примечание: для серой лесной почвы оценка представлена по модульной величине

В этом отношении наибольшая скоростная (k) компенсация отмечена при низких размерах выноса азота в каштановой почве (+0.113 в сутки) и южном черноземе (+0.174 в сутки), несмотря на высокую константу (k) скорости выноса азота почв. При высоких размерах выноса азота с продукцией (серая лесная и лугово-черноземная) кинетическая компенсация оказалась наименьшей (+0.094 в сутки). Эти оценки подтвердили высокую агрохимическую значимость иммобилизации азота в сезонномерзлотных и мерзлотных почвах и ключевую его роль в поддержании азотного их фонда по скоростным параметрам.

Трансформация азота удобрений в органическое вещество почв

По современным представлениям включение иммобилизованного азота удобрений в органическое вещество почв определяется качественным составом гумуса и органических соединений азота (Гамзиков,1978,2004;Кудеяров,1989;Ру-

делев,1992;Лаврова,1992;Кузнецова и др.,2003,2006;Семенов и др.,2007;Paul, Ju-

mma,1981;Broadbent еt al.,1986;Jensen et al.,1997;Tnnsoutrot et al.,2000;Molina et al.,2001;Pansu, Thuries,2003;Peterson et al.,2005).

Динамика и кинетика распределения почвенного азота. Выявлены значительные различия в содержании и динамике распределения азота по группам и фракциям органического вещества изучаемых почв (табл.10).

В лугово-черноземной почве большая часть азота представлена азотом гуминовых кислот (36.5 ± 0.4%) и гуминов (31.2 ± 0.3%), а минимальная - фульвокислот (18.5 ± 0.2%) при небольшой вариабельности и характерным для почв гуматного типа распределением (Nгк : Nфк = 1При этом, в гуминовых кислотах основная доля приходится на фракцию, представленную гуматами кальция (2), в которой его содержание достигало 1/3 от общего азота, при значительно меньшем присутствии во фракции, связанной с устойчивыми полуторными оксидами (3) и свободными и рыхлосвязанными кислотами (1). В фульвокислотах высокое содержание азота отмечено во фракции 1 и декальцинате (1а), минимальное - в полимерном комплексе с гуминовыми кислотами (2).

Таблица 10. Содержание и динамика распределения

азота по фракциям органического вещества почв

Дни

N

общ.

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

НО

NГК

NФК

1

2

3

Σ

1а

1

2

3

Σ

Лугово-черноземная почва

2

441.5

100.0

5.3

1.2

126.3

28.6

33.6

7.6

165.1

37.4

21.2

4.8

23.0

5.2

8.4

1.9

30.0

6.8

82.6

18.7

139.5

31.6

1.99

5

434.2

100.0

11.3

2.6

114.2

26.3

34.3

7.9

159.8

36.8

20.0

4.6

23.4

5.4

9.1

2.1

24.7

5.7

77.3

17.8

136.8

31.5

2.06

15

440.2

100.0

21.1

4.8

106.1

24.1

33.0

7.5

160.2

36.4

16.7

3.8

28.6

6.5

10.1

2.3

26.9

6.1

82.3

18.7

145.7

33.1

1.95

30

437.5

100.0

26.7

6.1

98.9

22.6

35.9

8.2

161.5

36.9

10.9

2.5

33.7

7.7

8.3

1.9

29.8

6.8

82.7

18.9

138.3

31.6

1.95

60

438.1

100.0

25.4

5.8

93.8

21.4

34.6

7.9

153.8

35.1

7.9

1.8

35.9

8.2

6.1

1.4

29.8

6.8

79.7

18.2

138.3

31.6

1.93

Каштановая почва

2

137.9

100.0

3.7

2.7

10.2

7.5

6.7

4.8

20.6

14.9

37.8

27.4

-

19.5

14.1

7.2

5.2

64.5

46.7

47.5

34.4

0.32

5

134.1

100.0

4.4

3.7

8.8

6.5

5.7
4.2

18.9

14.4

36.9

27.5

-

14.0

10.4

7.5

5.6

58.4

43.5

49.8

37.1

0.32

15

147.3

100.0

5.1

3.5

8.0

5.4

5.9

4.0

19.0

12.9

33.4

22.7

-

21.0

14.2

7.2

4.9

61.6

41.8

56.8

38.6

0.31

30

135.6

100.0

5.5

4.1

8.6

6.3

4.8

3.5

18.9

13.9

27.9

20.6

-

13.7

10.1

9.3

6.8

50.9

37.5

53.1

39.1

0.37

60

134.5

100.0

5.7

4.2

8.2

6.1

4.2

3.1

18.1

13.4

26.5

19.7

-

14.2

10.6

8.5

6.3

49.2

36.6

56.6

42.1

0.37

Примечание: числитель - мг / 100 г, знаменатель - % от N общий.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7