Агрохимия, 2019, № 1, стр. 11-18

ВВЕДЕНИЕ

Влияние различных способов воспроизводства плодородия почвы на процессы превращения азотистых соединений в почвенной среде остаются актуальными и в настоящее время [1, 2]. Азот и его соединения играют одну из главных ролей в развитии органической жизни на Земле, формировании почвенного покрова и плодородия экосистем, продуктивности земледелия. Почвенный покров богаче азотом, чем биомасса суши. Он является резервом плодородия экосистем [3]. В свое время Д.Н. Прянишников указывал, что главным условием, определяющим величину урожая в разные эпохи, было обеспечение почв азотом [4].

Основным фактором улучшения азотного питания растений является применение удобрений. Однако обеспеченность хозяйств удобрительными ресурсами в Красноярском крае низкая. Поэтому на кафедре почвоведения и агрохимии Красноярского ГАУ разработали технологию переработки крупнотоннажных отходов птичьего помета и опилок методом вермикультуры в новое экологически безопасное удобрение – вермикомпост. Для внедрения и широкого использования этого удобрения в сельском хозяйстве региона необходима его апробация. Многие почвенные факторы, которые влияют на азотный режим почвы, требуют проведения специальных исследований по выявлению формирования особенностей азотного питания. Проведение этих исследований в естественных условиях позволяет рассмотреть изменения содержания различных форм азота в почве и выявить их связь с усвоением этого элемента растениями в период вегетации.

К настоящему времени недостаточно материалов по изучению влияния использования минеральных удобрений и вермикомпоста, как в отдельности, так и совместно, на азотный фонд агросерых почв Красноярской лесостепи. Поэтому цель работы – изучение действия вермикомпоста и минеральных удобрений (азофоски), а также их смесей на азотный режим агросерой почвы и урожайность полевых культур.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Изменение азотного режима агросерой почвы под влиянием внесения различных доз вермикомпоста исследовали на кафедре почвоведения и агрохимии Красноярского ГАУ в 2013–2015 гг. в севообороте: кукуруза – пшеница – ячмень в микрополевом опыте в сосудах без дна (диаметр сосуда 50 см, глубина – 60 см) по следующей схеме, варианты: 1 – контроль без удобрений, 2 – вермикомпост (ВК) 3 т/га, 3 – ВК 6 т/га, 4 – ВК 1.5 т/га + + АЗФК эквивалентно дозе ВК 1.5 т/га, 5 – ВК 3 т/га + АЗФК эквивалентно дозе ВК 3 т/га, 6 – АЗФК эквивалентно дозе ВК 3 т/га, 7 – АЗФК эквивалентно дозе ВК 6 т/га. Повторность четырехкратная. Почва, использованная в опыте, – агросерая типичная среднепахотная средне гумусированная тяжелосуглинистая на коричнево-бурой карбонатной глине по Классификации 2004 г. (светло-серая лесная почва высоковскипающая среднемощная тяжелосуглинистая на коричнево-бурой карбонатной глине по Классификации 1977 г.). Она характеризовалась невысоким содержанием обменных катионов, низким количеством гумуса (3.6%), слабокислой реакцией среды (рН 5.4), средней обеспеченностью подвижным фосфором (199 мг/кг), аммонийным азотом (11.2 мг/кг) и высокой – обменного калия (224 мг/кг). Примененные в опыте органические (вермикомпост) и минеральные (АЗФК) удобрения вносили весной перед посевом каждой культуры в севообороте.

Вермикомпост – органическое удобрение, полученное методом переработки птичьего помета и опилок калифорнийским червем Eisenia fetida. Вермикомпост получали на кафедре почвоведения и агрохимии. Для этого использовали крупнотоннажные отходы опилок и птичьего помета местной птицефабрики “Заря”, территориально расположенной в Емельяновском р-не Красноярского края. Опилки и птичий помет смешивали в соотношении 1 : 1, перед этим компостируя в течение 3-х нед, затем в эту смесь добавляли до 25% почвы, перемешивали и заселяли червями, предварительно проверив эту смесь на токсичность. Вермикомпостирование проводили в течение 3-х мес. Полученный вермикомпост имел pH 6.8 (ГОСТ 27979-88), содержал в составе 17% органического вещества (ГОСТ 27980-88), по 1% общего азота (ГОСТ 26715-85) и калия (ГОСТ 26718-85), 3% общего фосфора (ГОСТ 26717-85), 0.29% аммонийного азота (ГОСТ 26716-85), 1010 мг нитратного азота/кг, 20300 мг подвижного фосфора/кг, 4600 мг обменного калия/кг. В почву вносили АЗФК (16:16:16) в чистом виде и совместно с вермикомпостом, согласно схеме опыта. Выращивали культуры: кукурузу сорт Сибирячка, пшеницу сорта Новосибирская 15 и ячмень сорта Биом.

Климат Красноярской лесостепи характеризуется как резко континентальный (табл. 1). Погодные условия вегетационных периодов 2013 и 2014 гг. резко отличались от многолетних показателей более высокими температурами в июне и августе и большим количеством осадков в мае, июне и августе, которые превышали среднемноголетние нормы в 1.6–2 раза в 2013 г., в 2014 г. – в 1.7–2.2 раза, гидротермический коэффициент (ГТК) в эти годы соответствовал избыточному увлажнению и составлял 1.8–1.9. В 2015 г. температура была выше среднемноголетнего показателя, но следует отметить меньшее количество осадков, выпавших в мае и августе, при этом ГТК соответствовал умеренному увлажнению (1.2).

Весной до закладки опыта и осенью после уборки урожая культур отбирали почвенные образцы, в которых определяли содержание нитратного азота – дисульфофеноловым методом в модификации Иодко–Шаркова [5], аммонийный азот – с реактивом Несслера [6], легкогидролизуемый и трудногидролизуемый азот – методом Корнфилда [7], общий азот – по ГОСТ 26715-85. Полученные результаты обработали методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В почве азот находится в виде органических и неорганических соединений. В естественных условиях почва как саморегулирующаяся система сохраняет сбалансированный биоцикл азота. При распашке происходит нарушение круговорота азота в результате создания в почве благоприятных условий для разложения азотсодержащих органических веществ, отчуждения азота с товарной продукцией и применения органических и минеральных удобрений. Влияние этих факторов на азотный фонд почв неравнозначно. Для повышения запасов азота в почвах необходимо вносить удобрения в расчете не только на бездефицитный, но и на избыточный баланс. В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и серым лесным почвам, поскольку естественные запасы азота в них невелики [9]. Анализ полученных результатов свидетельствовал о том, что агросерая почва содержит 0.23% общего азота. После уборки кукурузы при применении вермикомпоста в агросерой почве отметили тенденцию увеличения содержания общего азота на 13% (рис. 1). В других удобренных вариантах этот показатель остался на уровне контроля. Во 2-й год исследования (2014 г.) внесение в почву удобрений способствовало повышению содержания общего азота весной на 12–44% по отношению к контролю в зависимости от варианта опыта. После уборки пшеницы количество общего азота в агросерой почве уменьшилось в 2–4 раза в зависимости от варианта опыта. Эти изменения были обусловлены количеством и видом внесенных удобрений и их микробной трансформацией. Динамика содержания общего азота в агросерой почве в 2015 г. имела закономерность, отмеченную ранее. В весенний период обнаружили наибольшее количество общего азота, которое уменьшилось осенью в 1.6–1.9 раза по сравнению с контролем в зависимости от варианта опыта.

Рис. 1.

Динамика содержания общего азота в почве, %: (а) – весной, (б) – осенью; варианты опыта: 1 – контроль без удобрений, 2 – вермикомпост (ВК) 3 т/га, 3 – ВК 6 т/га, 4 – ВК 1.5 т/га + АЗФК эквивалентно дозе ВК 1.5 т/га, 5 – ВК 3 т/га + АЗФК эквивалентно дозе ВК 3 т/га, 6 – АЗФК эквивалентно дозе ВК 3 т/га, 7 – АЗФК эквивалентно дозе ВК 6 т/га.

Среднее содержание трудногидролизуемой формы азота (N_тг) в агросерой почве контрольного варианта за 3-летний период исследования варьировало от 161 до 165 мг/кг. Достоверных отличий по содержанию N_тг по отношению к контролю в весенний период 2013 г. не выявили. Следует отметить лишь тенденцию к увеличению этого показателя в почве в варианте ВК 6 т/га + АЗФК, в дозе эквивалентной ВК 6 т/га (табл. 2). В осенний период наблюдений 2013 г. отметили достоверное увеличение содержания N_тг в вариантах применения ВК 6 т/га и ВК 3 т/га + АЗФК. В последующие 2 года опыта внесение в почву вермикомпоста в чистом виде и совместно с АЗФК способствовало достоверному увеличению содержания этой фракции азота по отношению к контролю (р < 0.05). Статистически значимые различия в содержании этой фракции органического азота за весь период исследования выявили в почве в вариантах контроля и с вермикомпостом в дозе 6 т/га. Следует отметить, что доля трудногидролизуемого азота в составе общего преобладала в вариантах с вермикомпостом и составила 9–12% в 2013 г., 5–17% – в 2014 г. и 6–16% – в 2015 г. (табл. 3).

Легкогидролизуемый азот (N_лг) является ближайшим резервом подвижных форм, т.к. его минерализация происходит до образования аммонийного и нитратного азота. Среднее за 3 года содержание N_лг в агросерой почве в контроле варьировало от 116 до 123 мг/кг. В зависимости от дозы внесенного в почву вермикомпоста происходило достоверное накопление данной фракции азота относительно контроля в осенние периоды: в 2013 г. – на 28–57.7, в 2014 г. – на 29.7–75.2 мг/кг. В весенний период 2015 г. обнаружили статистически значимое увеличение N_лг к контролю в вариантах применения чистого ВК и ВК, внесенного вместе с АЗФК. Максимальное содержание этой фракции азота установлено при внесении вермикомпоста в дозе 6 т/га. Это свидетельствовало о том, что применение вермикомпоста пополняло запасы азотсодержащих соединений в почве. В осенний период 2015 г. достоверное увеличение содержания N_лг выявлено во всех удобренных вариантах. Установлено, что доля легкогидролизуемого азота в составе общего преобладала в вариантах, удобренных вермикомпостом, и изменялась в пределах 6–9% – в 2013 г., 4–11% – в 2014 г. и 4–13% – в 2015 г. (табл. 3). Следует отметить, что соотношение легкогидролизуемого азота относительно трудногидролизуемой фракции не превышало 1 (табл. 2).

Количество аммонийной формы азота в вариантах опыта в 2013 г. варьировало от средней до повышенной обеспеченности весной, уменьшаясь осенью до очень низкого уровня после уборки кукурузы. Это было обусловлено высоким выносом азота этой культурой (табл. 4). Низкая и средняя обеспеченность аммонийной формой азота в весенний период и высокая – в осенний срок наблюдений в 2014 г. в зависимости от варианта опыта объясняется благоприятным гидротермическим режимом, способствовавшим интенсификации процессов аммонификации, приводящих к накоплению аммонийной формы азота. Количество N_лг весной 2015 г. свидетельствовало о низкой обеспеченности почвы этой формой азота, которое увеличилось к осени до среднего уровня.

Содержание нитратного азота весной 2013 г. характеризовало почву как низко обеспеченную N-NO₃ (табл. 4) во всех вариантах опыта, и оно еще уменьшилось до очень низкого уровня осенью. Обильные осадки в августе, по-видимому, привели к вымыванию этой подвижной формы азота (табл. 1). Нитратный азот использовали и микроорганизмы, также некоторое его количество пошло на формирование урожая кукурузы. Полученные результаты не противоречат литературным данным. Известно, что количественное накопление N-NH₄ и N-NO₃ определяется соотношением процессов аммонификации и нитрификации при разложении азотсодержащих органических соединений [10]. В серых лесных почвах аммонификационный процесс преобладает над нитрификационным [11]. Количество нитратного азота в 2014 г. во все сроки определения (весна – осень) находилось на уровне очень низкой обеспеченности, что было связано с гидротермическими условиями этого года. В 2015 г., когда выращиваемой культурой был ячмень, сохранилась очень низкая обеспеченность нитратным азотом, обусловленная его использованием микроорганизмами и растениями.

Согласно градациям, разработанныv Г.П. Гамзиковым [12], агросерая почва весной 2013 г. характеризовалась низкой обеспеченностью почвенным азотом. При внесении вермикомпоста 3 т/га отметили тенденцию к увеличению этого показателя. В других вариантах, удобренных вермикомпостом и АЗФК, выявили тенденцию к уменьшению содержания минерального азота, при сохранении величины этого показателя в том же классе обеспеченности в начале вегетационного периода кукурузы. Это зависело от усиления процессов минерализации как органического вещества удобрений, так и почвы. Уменьшение количества минеральных соединений азота до очень низкого уровня обеспеченности осенью было обусловлено его использованием микроорганизмами и выносом кукурузой его доступных форм. Благоприятные гидротермические условия 2014 г. способствовали оптимизации трансформационных процессов удобрений и органического вещества в агросерой почве, которые привели к изменению обеспеченности минеральным азотом с низкого уровня весной до среднего к осени. Изменение гидротермических условий в 2015 г. (табл. 1) способствовало уменьшению количества минеральных соединений азота до очень низкого уровня обеспеченности в течение всего периода вегетации ячменя, связанного с уменьшением темпов минерализации органического вещества почвы, удобрений и выносом минерального азота выращиваемой культурой. Доля минеральных соединений азота в годы опыта в вариантах не превышала 1% от общего азота, исключение составил 2014 г., когда их доля возросла до 2% в вариантах применения вермикомпоста.

В опыте отмечены минимальные урожаи фитомассы пшеницы и ячменя в контроле, обусловленные низким плодородием агросерой почвы (табл. 5). Внесение в почву ВК 6 т/га и ВК 1.5 т/га + + АЗФК способствовало достоверному повышению урожая фитомассы кукурузы в 1.4–1.6 раза по сравнению с контролем. При этом максимальная биомасса кукурузы формировалась при действии вермикомпоста в дозе 6 т/га. Полученные данные согласуются с результатами исследований, апробировавших применение коробиогумуса, полученного на основе коры и птичьего помета, они также указывали на увеличение урожая полевых культур при внесении коробиогумуса в дозе 6 т/га [13]. В других удобренных вариантах наблюдали лишь тенденцию к увеличению фитомассы кукурузы. Азофоска, внесенная в почву на фоне дозы вермикомпоста 3 т/га, а также в чистом виде, не оказала статистически значимого влияния на формирование фитомассы кукурузы, но достоверно увеличила урожай пшеницы. Однако максимальную прибавку урожая пшеницы (56%) к контролю отметили при внесении в почву вермикомпоста в дозе 6 т/га.

Анализ результатов также показал, что минимальный урожай фитомассы ячменя был в контроле (21.3 г/сосуд). Следует отметить, что применение всех доз вермикомпоста способствовало достоверному увеличению урожая фитомассы ячменя в 1.8–1.9 раза к контролю. Максимальная прибавка урожая ячменя по сравнению с контрольным вариантом была получена при совместном внесении в почву азофоски и вермикомпоста в дозе 3 т/га. Применение вермикомпоста в дозе 1.5 т/га совместно с АЗФК увеличило урожай ячменя в 1.7 раза, внесение азофоски в дозе, эквивалентной 3 т ВК/га – в 1.8 раза. Оценивая средний урожай фитомассы культур за 3-летний период исследования, отметим ее достоверное увеличение при внесении 6 т ВК/га и 1.5 т ВК/га совместно с АЗФК, внесенной в эквивалентных дозах по отношению к вермикомпосту.

ВЫВОДЫ

1. Азотный режим агросерой почвы формировался под влиянием внесенных удобрений. Применение вермикомпоста достоверно пополнило запасы азотсодержащих соединений в почве. Доля трудногидролизуемого азота в составе общего в вариантах с внесением вермикомпоста варьировала от 5 до 16% за 3-летний период наблюдений, а доля легкогидролизуемого – от 4 до 13%. Соотношение содержаний легкогидролизуемого и трудногидролизуемого азота не превышало 1.

2. Низкая и очень низкая обеспеченность агросерой почвы нитратной формой азота в вариантах опыта за весь период наблюдений была связана с вымыванием этой фракции азота осадками в нижележащие горизонты почвы и ее выносом урожаем выращиваемых культур. Выявлено преобладание аммонийной формы азота над нитратной. Доля минеральных соединений азота в годы исследования варьировала от 1 до 2% от общего азота в вариантах, удобренных вермикомпостом.

3. Применение вермикомпоста способствовало достоверному увеличению урожая фитомассы культур. Максимальное количество фитомассы кукурузы и пшеницы (в первые 2 года) формировалось при внесении вермикомпоста 6 т/га и превышало контроль на 56–60%. Внесение в почву вермикомпоста в дозе 3 т/га совместно с азофоской (третий год) обеспечило максимальный урожай фитомассы ячменя (прибавка к контролю составила 146%). Применение азофоски в разных дозах способствовало статистически значимому увеличению урожая пшеницы на 39–42, ячменя – на 75%.