Агрохимия, 2020, № 6, стр. 41-47

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.

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).

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 (Р_Nuh) 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 N_uh отмечен в южной зоне. В южной (уравнение (1)) и центральной (уравнение (2)) зонах доля N_uh возрастала с ростом содержания ОВ в почве:

В северной зоне Р_Nuh оставалась постоянной независимо от стадии трансформации торфяной почвы.

Доля трудногидролизуемого N (Р_Nhl) 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 (Р_Nl) 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 (Р_Nm), в т.ч. нитратного и аммонийного, находилась в пределах 0.2–0.6%. Зависимости между пулом N_m, 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.

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.

Увеличение влажности и температуры не приводили к значительным изменениям количества N_l 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).

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.