Агрохимия, 2020, № 6, стр. 41-47
АЗОТНЫЙ РЕЖИМ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ БЕЛАРУСИ
Л. Н. Лученок *
Институт мелиорации
220040 Минск, ул. Некрасова, 39-2, республика Беларусь
* E-mail: l_luchenok@mail.ru
Поступила в редакцию 29.11.2019
После доработки 15.12.2019
Принята к публикации 10.03.2020
Аннотация
Представлены данные по фракционному составу пула азота в торфяных почвах различных стадий трансформации, расположенных на территории Беларуси. В торфяных почвах с содержанием органического вещества <50% южной и центральной зон отмечена более высокая доля лабильных фракций N от общего азота в сравнении с агроторфяными, а их запасы увеличиваются с юга на север.
ВВЕДЕНИЕ
В Беларуси осушено и находится в интенсивном сельскохозяйственном производстве около 1 млн га осушенных торфяных почв, которые на сегодняшний день представлены целым комплексом почвенных разновидностей с содержанием органического вещества (ОВ) от 5 до >80% [1]. Длительная (более 45 лет) их эксплуатация и появление в результате нее трансформированных (сработанных) торфяных почв с содержанием ОВ <50% требует оценки параметров их плодородия, главным образом, азотного режима. Этот показатель учитывается и является определяющим при нормировании доз минеральных азотных удобрений. Большое количество минерального азота, легко высвобождаемого в торфяных почвах сразу после осушения, в настоящее время на порядок меньше, а его образование и накопление во вновь образованных разновидностях изучено недостаточно [2, 3]. Кроме того, необходимо оценивать содержание почвенного азота и его вариабельность в зависимости от биоклиматического потенциала и способа использования пашни [4–6]. Эти данные необходимы для разработки зональных систем земледелия, включающих применение адаптивных доз азотных удобрений, что позволит минимизировать как минерализацию торфяных почв и сохранить их плодородие, так и затраты на внесение азота.
Таким образом, цель работы – оценка азотного режима торфяных почв различных стадий трансформации, расположенных в 3-х гидролого-климатических зонах Беларуси, а также влияние влажности и температуры на динамику содержания фракций минерального азота.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
На территории Республики Беларусь было проведено экспедиционное обследование ряда мелиоративных объектов с осушенными торфяными почвами, расположенными в южной, центральной и северной гидролого-климатических зонах.
Южная зона: Канал Бона около н.п. Борисово (Кобринский р-н, N52° 10.247′, E24° 22.604′), польдер “Кристиново” около н.п. Лопатино (Пинский р-н, N 52°01.578′, E 26°18.578′), 2 точки на территории Полесской опытной станции (Лунинецкий р-н, N 52°12.173′, E 26°37.189′; N 52°11.435′, E 26°36.953′), объект “Марьино” около н.п. Коммуна (Любанский р-н, N 52°36.345′, E 28°02.817′).
Центральная зона: н.п. Майзорово и Лучное (Червеньский р-н, N 53°38.29′, E 28°28.385′), 2 точки на Дричинском массиве около н.п. Вендеж (Пуховичский р-н, N 53°33.495′, E 28°03.646′).
Северная зона: н.п. Ютишки (Браславский р-н, N 55°30.814′, E 26°44.495′), н.п. Петровщина (Шарковщинский р-н, N 55°14.460′, E27° 33.617′), н. п. Варлань (Докшицкий р-н: точка 1 – N 54°51.469′, E 28°01.175′, точка 2 – N 54°51.244′, E 28°00.471′, н.п. Слобода (р. Поня) (Докшицкий р-н, N 54°52.421′, E27° 59.591’), н.п. Веретеи (под ЛЭП) (Докшицкий р-н, N 54°37.307′, E 27°54.778′).
На каждом объекте были выбраны реперные точки с мощными, средне- или маломощными торфяными почвами (содержание ОВ >50%), торфяно-минеральными и минеральными остаточно-торфяными (содержание ОВ 20–50%) или постторфяными (содержание ОВ <20%) почвами [7]. Все точки находились на полях, на которых реализовывали кормовые севообороты. Торф на объектах – низинный, по ботаническому составу – осоково-тростниковый или тростниково-осоковый (70–80% : 30–20%), с включениями остатков древесины лиственной (до 15%). Почвенные пробы отбирали ранней весной (апрель–начало мая в зависимости от зоны). Азот почвы (нитратный и аммонийный, минеральный, легкогидролизуемый, трудногидролизуемый и негидролизуемый остаток) определяли по методу Семененко [8].
Оценку влияния температуры и влажности на динамику содержания минерального и легкогидролизуемого азота в торфяных почвах различных стадий трансформации проводили в лабораторном эксперименте. Были отобраны 3 почвенные разновидности: минеральная пост-торфяная (ОВ ∼5%), торфяно-минеральная (ОВ ∼25%), агроторфяная (ОВ ∼84%). Образцы воздушно-сухой почвы массой 250 г были просеяны через сито 2 мм и помещены в пластиковые сосуды. Влажность почвы поддерживали на протяжение всего периода инкубации на уровне 0, 30 и 60% весовой (абсолютной) влажности. Динамику фракций минерального азота оценивали в течение 42 сут при 3-х температурных режимах: 5, 20 и 30°С. Необходимый температурный режим обеспечивали термостатированием почвенных образцов с использованием холодильной камеры (5 ± 0.5°С) и термостата (30 ± 0.5°С), и при комнатной температуре (20 ± 1.0°С).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Около 93–95% азота почвы недоступно растениям. Бóльшая часть этого количества закреплена в гумусоподобных веществах, в растительных и животных остатках, микробной биомассе и продуктах ее метаболизма. Поэтому содержание азота (мг/кг) в торфяных почвах различных стадий трансформации, главным образом, определяется содержанием ОВ в органогенном слое. Обследование всех объектов показало, что фракционный состав почвенного азота в южной и центральной зонах зависел от содержания ОВ (табл. 1). В северной зоне установлена заметная связь содержаний валового, негидролизуемого, трудногидролизуемого и легкогидролизуемого азотов от содержания ОВ, в то время как количество минерального, аммонийного и нитратного азота не зависело от стадии трансформации торфяной почвы. Однако для оценки их плодородия необходимо оценивать в них запасы азота (т/га), особенно лабильных и доступных для растений фракций, с учетом всех происходящих с этими почвами изменений (осадка, уплотнения и т.п.). Эти показатели, особенно запасы минерального азота, важны при расчете доз азотных удобрений.
Таблица 1.
Зависимости содержания азота (мг/кг) различных фракций от величины содержания органического вещества (ОВ, %) в антропогенно-преобразованных торфяных почвах
Фракция азота | Южная зона | Центральная зона | Северная зона |
---|---|---|---|
Валовый (Ng) | Ng = 312.85ОВ (R2 = 0.99) |
Ng = 312.21ОВ (R2 = 0.99) |
Ng = 276.91ОВ (R2 = 0.70) |
Негидролизуемый (Nuh) | Nuh = 259.06ОВ (R2 = 0.98) |
Nuh = 260.76ОВ (R2 = 0.98) |
Nuh = 276.91ОВ (R2 = 0.70) |
Трудногидролизуемый (Nhl) | Nhl = 1304.6Ln(ОВ) – 912 (R2 = 0.84) |
Nhl = 1496.6Ln(ОВ) – 2526.3 (R2 = 0.89) |
Nhl = 2907.46Ln(ОВ) – 6950.9 (R2 = 0.59) |
Легкогидролизуемый (Nl) | Nl = 536.79Ln(ОВ) – 1009.3 (R2 = 0.93) | Nl = 619.53Ln(ОВ) – 1016.4 (R2 = 0.86) | Nl = 849.8Ln(ОВ) – 2181.2 (R2 = 0.51) |
Минеральный (Nm) | Nm = 1.0142ОВ (R2 = 0.6549) |
Nm = 0.8658ОВ (R2 = 0.7223) |
Nm = 0.637ОВ (R2 = 0.129) |
Нитратный (N-NO3) | N-NO3 = 0.4979ОВ (R2 = 0.8175) |
N-NO3 = 2902ОВ (R2 = 0.83) |
N-NO3 = 277ОВ + 29.1 (R2 = 0.045) |
Аммонийный (N-NН4) | N-NН4 = 0.6088ОВ (R2 = 0.6656) |
N-NН4 = 0.5756ОВ (R2 = 0.4467) |
N-NН4 = 0.36ОВ + 2.39 (R2 = 0.406) |
Примечание. Диапазон содержания ОВ в слое 0–20 см = 3.0–90%. То же в табл. 2.
В ходе исследования установлено, что только запасы валового и негидролизуемого азота определяются величиной содержания ОВ. Запасы трудногидролизуемого и лабильных фракций N (легкогидролизуемого, минерального (нитратного и аммонийного)) не зависели от содержания ОВ и от стадии трансформации торфяной почвы (табл. 2).
Таблица 2.
Зависимости запасов азота различных фракций (т/га) от ОВ (%) в антропогенно-преобразованных торфяных почвах
Фракция азота | Южная зона | Центральная зона | Северная зона |
---|---|---|---|
Негидролизуемый (Nuh) | Nuh = 0.1133ОВ + 3.0443 (R2 = 0.6902) |
Nuh = 0.1043ОВ + 4.6962 (R2 = 0.7282) |
Nuh = 0.2235ОВ –0.7281 (R2 = 0.2595) |
Трудногидролизуемый (Nhl) | Nhl= –0.001ОВ + 2.3287 (R2 = 0.0016) |
Nhl = –0.007ОВ + 3.0671 (R2 = 0.1034) |
Nhl = 0.0733ОВ + 0.5779 (R2 = 0.1584) |
Легкогидролизуемый (Nl) | Nl = 0.0025ОВ + 0.5962 (R2 = 0.1059) |
Nl = 0.004ОВ + 1.3866 (R2 = 0.2659) |
Nl = 0.0205ОВ + 0.030 (R2 = 0.2246) |
Минеральный (Nm) | Nm= 0.00008ОВ + 0.038 (R2 = 0.0206) |
Nm= –0.0002ОВ + 0.0565 (R2 = 0.1956) |
Nm= –0.0012ОВ + 0.01 (R2 = 0.0968) |
Нитратный (N-NO3) | N-NO3 = 0.00008ОВ + 0.013 (R2 = 0.0772) |
N-NO3 = 0.00002ОВ + 0.0126 (R2 = 0.0109) |
N-NO3 = 0.0006ОВ + 0.0159 (R2 = 0.0663) |
Аммонийный (N-NН4) | N-NН4 = 0.000004ОВ + 0.025 (R2 = 0.00007) |
N-NН4 = –0.0002ОВ + 0.0439 (R2 = 0.2144) |
N-NН4 = 0.0005ОВ + 0.0161 (R2 = 0.0496) |
Установлено, что гидролого-климатические условия (биоклиматический потенциал) влияют на фонд почвенного азота. Запасы легкогидролизуемого азота в почве в южной зоне находятся на уровне 0.71 ± 0.15 т/га, центральной и северной – 1.16 ± 0.35 и 1.26 ± 0.35 т/га соответственно. Запасы минерального азота также увеличивались с юга на север и в среднем составляли 0.04 ± 0.15, 0.05 ± 0.20 и 0.08 ± 0.20 т/га соответственно. Количество аммонийного и нитратного азота могло варьировать в течение вегетационного периода и определяться его погодными условиями и возделываемыми культурами.
Анализ качественного состава пула почвенного азота показал, что он различен в зависимости от места расположения и содержания ОВ. Доля негидролизуемого N (РNuh) находилась в пределах от 60 до 90% от содержания общего азота: в центральной зоне она варьировала в пределах 70–85%, в северной – 65–75%. Наибольший разброс величин Nuh отмечен в южной зоне. В южной (уравнение (1)) и центральной (уравнение (2)) зонах доля Nuh возрастала с ростом содержания ОВ в почве:
В северной зоне РNuh оставалась постоянной независимо от стадии трансформации торфяной почвы.
Доля трудногидролизуемого N (РNhl) в южной (уравнение (3)) и центральной (уравнение (4)) зонах снижалась при увеличении содержания ОВ в почве с 30 до 10%:
в то время как в северной зоне оставалась в пределах 25–35% не зависимо от содержания.Доля легкогидролизуемого азота (РNl) в южной зоне (уравнение (5)) варьировала в пределах 5–10% от содержания общего азота и снижалась при увеличении количества ОВ в почве:
в центральной зоне (уравнение (6)) этот показатель составил 5–20% и его величина также определялась содержанием ОВ:В северной зоне доля легкогидролизуемого азота составляла 5–10% от содержания общего азота и не зависела от стадии трансформации торфяных почв.
Доля минерального азота (РNm), в т.ч. нитратного и аммонийного, находилась в пределах 0.2–0.6%. Зависимости между пулом Nm, в т.ч. N-NO3 и N-NH4, и содержанием ОВ в торфяных почвах различных стадий трансформации были слабые и умеренные: R2 варьировал от 0.2 до 0.5. Высокая связь между содержаниями минерального азота и ОВ отмечена только в центральной зоне. Установлено накопление в минерализованных торфяных почвах легкодоступных для растений форм азота.
Запасы легкогидролизуемого и минерального N в почвах увеличивались с юга на север, что свидетельствовало о более интенсивном использовании его растениями в более благоприятных для ведения растениеводства агроклиматических зонах при формировании урожая (в том числе за счет биоклиматического потенциала зоны).
Таким образом, запасы доступного растениям почвенного азота в слое 0–20 см варьировали в зависимости от стадий трансформации торфяных почв, но оставались достаточными, что свидетельствовало о высокой степени потенциального плодородия почв. В агроторфяных почвах все еще имеется значительный потенциал для минерализации ОВ и высвобождения лабильных фракций азота (рис. 1). Однако в используемых в сельхозпроизводстве торфяных почвах минерализации подвержено не только органическое вещество торфа, а и корневых и пожнивных остатков возделываемых культур. И вклад каждого компонента в общую минерализацию установить сложно. Возможно, свежее ОВ растительных остатков подвергается этому процессу в большей степени, чем почвы.
Рис. 1.
Запасы легкогидролизуемого и минерального азота в торфяных почвах различных стадий трансформации после 40 лет их сельскохозяйственного использования.
![](/issues/agro/2020/vol_2020/iss_6/Agro2006007Luchenok/Agro2006007Luchenok-F1.gif)
В лабораторном эксперименте по оценке влияния только абиотических факторов на динамику содержания лабильных фракций почвенного азота (легкогидролизуемого, нитратного и аммонийного) установлено, что количество лабильных фракций азота в одинаковых условиях (температуры и влажности) определялось стадией трансформации торфяных почв. Например, в агроторфяных почвах (ОВ >50%) даже при нулевой влажности количество легкогидролизуемого азота (с максимумом через 14 сут инкубации) в 2.0–2.5 раза было больше по сравнению с торфяно-минеральной (ОВ = 20–50%) и более чем в 20 раз по сравнению с постторфяной почвой (ОВ <5%) (max – через 28 сут) (рис. 2). В торфяно-минеральной почве ярко выраженных максимумов не было отмечено, а количество легкогидролизуемого азота в течение периода проведения эксперимента находилось в пределах 605–1200 мг/кг. Наиболее стабильными к влиянию абиотических факторов были торфяно-минеральные и агроторфяные почвы.
Рис. 2.
Динамика содержания легкогидролизуемого азота в минеральных пост-торфяных (а, б), торфяно-минеральных (в, г) и агроторфяных (д, е) почвах при различных температурах и влажности.
![](/issues/agro/2020/vol_2020/iss_6/Agro2006007Luchenok/Agro2006007Luchenok-F2.gif)
Увеличение влажности и температуры не приводили к значительным изменениям количества Nl в почве, через 28 сут инкубации отмечена тенденция к замедлению процессов, приводящих к его образованию. Структура пула минерального азота (нитратного и аммонийного) также определялась стадией трансформации торфяных почв: чем больше содержание в них ОВ, тем интенсивнее накапливалась в почве фракция N-NO3 (рис. 3).
Рис. 3.
Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в минеральных пост-торфяных (ОВ ∼5%), торфяно-минеральных (ОВ ∼25%) и агроторфяных (ОВ ∼84%) почвах при различных температурах и влажности 30 и 60%.
![](/issues/agro/2020/vol_2020/iss_6/Agro2006007Luchenok/Agro2006007Luchenok-F3.gif)
Во всех почвенных разновидностях, кроме минеральных постторфяных почв (при содержании ОВ <5%), содержание нитратного азота было больше по сравнению с аммонийным. В пост-торфяных почвах количества аммонийного и нитратного азота были сопоставимы. В агроторфяных почвах после первых 7 сут инкубации содержание N-NO3 было в 38 раз больше по сравнению с минеральными пост-торфяными и в 3.6–4.4 раза – с торфяно-минеральными почвами. В агроторфяных и торфяно-минеральных почвах отмечено снижение содержания нитратного азота после 14 сут инкубации с 231 до 81.5 мг/кг и с 88 до 34 мг/кг соответственно.
При увеличении влажности почвы до 30% не отмечено значительных изменений в динамике и количественном содержании N-NO3. При абсолютной влажности 60% в торфяно-минеральных и минеральных пост-торфяных (соответствующие подтоплению и затоплению соответственно) отмечено снижение количества нитратного азота. В агроторфяной почве при температурах 5 и 20°С содержание N-NO3 оставалось без изменений, при 30°С возрастало в 1.7 раза, через 7 сут снижалось до исходных величин (∼226 мг/кг). При абсолютной влажности 30 и 60% в агроторфяных почвах при 30°С отмечена тенденция к повышению содержания N-NН4 в 4.4–4.6 раза (с 20 до 78 и 125 мг/кг при 30%- и 60%-ной влажности соответственно) с увеличением времени экспозиции, в то время как при нулевой влажности оно оставалось стабильным на уровне 24.4 мг/кг. При температурах 5 и 20°С наблюдали снижение содержания аммонийного азота через 7–14 сут инкубации.
ВЫВОДЫ
1. При разработке систем применения азотных удобрений, особенно зерновых, необходимо учитывать накопление минерального азота за осенне-весенний период. В связи с тем, что его запасы даже в сильно минерализованных торфяных почвах могут составлять 50 кг/га и более (в затяжные холодные весны), то целесообразно дробное внесение азотных минеральных удобрений. Особенно этот прием актуален для торфяно-минеральных и агроторфяных почв, на которых предпосевное применение азотных удобрений может быть исключено, а всю планируемую дозу вносят во время некорневых подкормок.
2. Оценка динамики содержания пула лабильных фракций азота показала, что интенсивность процессов, приводящих к их накоплению, либо остается стабильной в течение 42 сут, либо имеет максимум через 7–14 сут с дальнейшим снижением до уровня меньше исходного.
3. В течение вегетационного периода количество осадков, температурный режим воздуха и перепады ночных и дневных температур менялись в широком диапазоне. Таким образом, вероятность совпадения благоприятных почвенных и погодных условий для достижения длительной максимальной интенсивности минерализации органического вещества почв (ОВ) в природных условиях Беларуси достаточно низкая. Поэтому нельзя утверждать, что происходит значительная минерализация ОВ, приводящая к полной деградации и потере плодородия торфяных почв.
Список литературы
Цытрон Г.С., Шульгина С.В., Азаренок Т.Н. Пространственно-временная трансформация осушенных органогенных почв сельскохозяйственных земель Беларуси // Весцi НАН Белурусi. Сер. Аграрных навук. 2016. № 2. С. 10–16.
Семененко Н.Н. Влияние осушения и сельскохозяйственного использования на трансформацию химического состава торфяных почв // Мелиорация. 2009. № 2 (62). С. 147–152.
Семененко Н.Н., Каранкевич Е.В. Модели прогноза трансформации фракционного состава азота торфяных почв Полесья под влиянием антропогенных факторов // Мелиорация. 2011. № 65. С. 122–130.
Царенко В.П. Азот в торфяных почвах и его трансформация: Автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. СПб.–Пушкин, 1992. 40 с.
Царенко В.П. Азотный режим осушенных торфяных почв // Гумус и почвообразование. 2009. С. 46–58.
Горский А.С. Влияние бессменного возделывания многолетних трав на питательный режим торфяной почвы // Мат-лы деловой программы XXVII Международ. агропром. выставки “Агрорусь – 2018”: “Качественный рост российского агропромышленного комплекса: возможности, проблемы и перспективы”. СПб.: СПбГАУ, 2018. С. 92–94.
Смеян Н.И., Цитрон Г.С. Классификация, диагностика и систематический список почв Беларуси. Минск: Ин-т почвовед. и агрохим., 2007. 220 с.
Семененко Н.Н. Агрохимические методы исследования состава соединений азота, фосфора и калия в торфяных почвах. Мн.: Белорус. наука, 2013. 78 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.