Азотное состояние пахотных почв Приморского края периода повышенной интенсификации сельскохозяйственного производства

Введение. Для маломощных почв тяжелого гранулометрического состава, формирующихся в условиях муссонного климата южной части Дальнего Востока, проблема азотного состояния всегда была в числе наиважнейших [1, 5, 7, 12]. Это положение обуславливается большой динамичностью азотных соединений почвы в зависимости от содержания и трансформации органического вещества, интенсивности известкования, внесения минеральных удобрений, характера окислительно-восстановительных процессов и других факторов. Значительные потери гумуса и азота в пахотных почвах всего мира наглядно показаны в работе В.А. Ковды [3]. В почвах Приморского края ежегодные потери органического вещества составляют от 500 до

1500 кг с гектара [8]. Данные агрохимического обследования почв Приморья показали снижение содержания гумуса за последние 25 лет в среднем на 0,4 % от массы почвы.

1970–1990-е годы характеризуются как период максимальной химизации и мелиорации почв. Годовое внесение минеральных удобрений в Приморском крае достигло 117, известковых в пересчете на СаО – более 900 кг/га пашни. При этом в большинстве случаев проводилась глубокая вспашка (28–30 см) и применялись однотипные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, что привело к агрогенной сглаженности строения и свойств пахотного слоя вне зависимости от генетических типов почв и позволило отнести пахотные почвы края к антропогенно-преобразованным [11] в соответствии с предложенными критериями [4,13], учитывая при этом незначительную исходную мощность целинных перегнойно-аккумулятивных горизонтов почв. К сожалению, в последующий период (1991–2010 гг.) наблюдалось практически полное прекращение внесения удобрений и химических мелиорантов, что безусловно отразилось на всех показателях состояния пашни региона.

Увеличенная на 10-12 см мощность исходного перегнойно-аккумулятивного горизонта, степень выраженности подстилающего его элювиального горизонта, содержание в них гумуса, а также внесенные удобрения и агромелиоранты сформировали весьма контрастные сочетания агрохимических свойств почв разных генетических типов. Анализ массовых данных 5-го и 6-го туров агрохимического обследования (1990– 2000 гг.) позволил Э.П. Синельникову и Ю.И. Слабко [10] выделить пять основных групп агрохимического состояния пахотных земель (АСП) с контрастным характером соотношения между содержанием питательных элементов и комплексом физико-химических свойств. К первой группе (АСП 1) отнесены почвы с наиболее благоприятными величинами питательных элементов и физико-химических свойств. Интегральная оценка с использованием комплексного агрохимического показателя (КАП) составила 60–80 и более баллов. Вторая группа (АСП 2) по всем показателям близка к среднестатистическим значениям, оценка 50–80 баллов. Третья (АСП 3) – с крайне низкими значениями агрохимических свойств и комплексной оценкой 20–30 баллов. Четвертая (АСП 4) характеризуется повышенным уровнем содержания питательных элементов на фоне неблагоприятных физико-химических свойств, а пятая (АСП 5), напротив, имеет сочетание низких значений содержания питательных элементов при благоприятных физико-химических свойствах. Обе последние группы имеют низкий уровень оценки сочетания свойств, выраженный через коэффициент оптимальности, и характеризуются по величине КАП 40 баллов и ниже.

По виду антропогенного воздействия четвертая группа АСП наиболее близка к природным аналогам, но отличается повышенным содержанием фосфора, что объясняется интенсивным фосфоритованием, проведенным в 1970–1980 гг. Пятая группа сформировалась под влиянием неоднократного известкования на фоне низкой культуры земледелия при минимальных нормах минеральных удобрений.

Цель исследований. Оценить азотное состояние антропогенно-преобразованных почв, отнесенных к разным генетическим типам и искусственно выделенным группам агрохимического состояния, сформированных в условиях повышенной интенсификации сельскохозяйственного производства и различного уровня антропогенной нагрузки. За исходное состояние азотного режима почв Приморья взяты данные В.А. Лихачевой, выполненные в период 1960–1970 гг. [5, 6].

Материалы и методы исследований. Объектами исследований явились образцы почв, взятые единовременно в 1997 году с 31 поля, расположенного в различных районах края с контрастными агрохимическими свойствами и разной оценкой АСП. При этом пять полей отнесены по генетической принадлежности к бурым лесным ( БЛ ) почвам, двенадцать полей – к буро-отбеленным ( БО ), восемь – к лугово-бурым ( ЛБ ), три – к луговым глеевым ( ЛГ ) и три – к остаточно-пойменным ( П ) типам.

Бурые лесные почвы занимают предгорную часть Раздольно-Ханкайской равнины и формируются под хвойно-широколиственными лесами. В балансе пашни на них приходится 12 %. Буро-отбеленные почвы расположены в пределах 4-й и 5-й террас равнины, сформированы под изреженными дубняками с примесью кустарников и достаточного травяного покрова (в балансе пашни они составляют 15 %). Лугово-бурые почвы, наиболее распаханные и занимающие центральную часть равнины, приурочены к 3-й террасе с преобладанием разнотравной остепненно-луговой растительности (25 % в балансе пашни). Луговые глеевые почвы (28 % в балансе пашни) формируются в условиях пониженных элементов рельефа (2-я терраса, зона рисосеяния) с обильной лугово-болотной растительностью. Пойменные почвы (16 % в балансе пашни) приурочены к долинам рек на аллювиальных отложениях.

Все почвы, за исключением пойменных, относятся к группе «затрудненного водообмена» и сформировались на почвообразующих породах тяжелого гранулометрического состава, что предопределяет их низкую водопроницаемость, маломощность перегнойно-аккумулятивного горизонта, повышенную обменную и гидролитическую кислотность [11].

Для характеристики азотного состояния почв определяли общий азот по Кьельдалю, нитратный азот – ионометрическим методом, обменный аммоний – фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера, легкогидролизуемый азот – методом Тюрина и Кононовой, фракционный состав азота – по Шконде и Королевой, фиксированный аммоний – по Могилевкиной, нитрификационную способность – по Кравкову.

Результаты исследований и их обсуждение. Современные пахотные почвы Приморья имеют пониженное содержание валового азота (табл. 1). Если по данным 70-х годов [2] эта величина в пахотном горизонте почв составляла в среднем 0,19 % (V=21 %), то по полученным нами данным валовое содержание уменьшилось до 0,17 % (V=23). Наиболее низкое содержание общего азота отмечено в БО почвах – 0,158 %. По расчетам В.А. Лихачевой [5], запасы валового азота в пахотном горизонте колебались от 5,6 т/га на период начала интенсификации пахотных лугово-бурых почв до 6,2 т/га в целинных. По нашим данным, запасы валового азота в пахотном горизонте в среднем составляют 5,5 т/га и практически одинаковы в различных типах почвы – 5,1–5,7 т/га. Таким образом, можно предположить, что запасы валового азота практически сохраняются, но происходит «разбавление» его на увеличенную мощность антропогенно-преобразованного горизонта. В пределах групп агрохимического состояния почв (АСП) отмечаются более значительные по сравнению с типами почв различия в содержании валового азота. Наибольшие запасы обнаружены в первой и четвертой группах – около 6,2 т/га, наименьшие – в третьей и пятой (4,08–4,94 т/га).

Таблица 1

Содержание и запасы общего и легкогидролизуемого азота в антропогенно-преобразованном горизонте пахотных почв Приморского края

Тип почвы и АСП	Статист. величина	Показатель
		Азот общ., %	Запас общ. азота, т/га	Азот л.г., мг/кг	Запас азота л.г., кг/га
БЛ	М	0,183	5,27	67	199
	V,%	38	31	20	17
БО	М	0,158	5,07	65	209
	V,%	21	25	10	19
ЛБ	М	0,182	5,60	66	204
	V,%	16	17	11	13
ЛГ	М	0,198	5,74	67	201
	V,%	22	16	13	27
П	М	0,194	7,17	66	247
	V,%	7	10	24	28
АСП 1	М	0,196	6,18	68	216
	V,%	14	17	12	21
АСП 2	М	0,186	6,07	67	224
	V,%	17	20	10	14
АСП 3	М	0,143	4,08	63	180
	V,%	16	23	11	25
АСП 4	М V,%	0,214 17	6,23 6	74 14	219 6
АСП 5	М	0,140	4,94	60	213
	V,%	26	25	11	18

Примечание: М – среднестатистическая величина; V – коэффициент вариабельности.

Существенным является снижение содержания легкогидролизуемого азота. Так, среднее количество его уменьшилось со 100–118 мг/кг в целинных почвах до 60–68 в пахотных, с несущественными различиями по типам почв и группам АСП. Средние запасы данной формы азота к концу исследуемого периода составили 210 кг/га.

Определение подвижных форм азотных соединений показало, что содержание нитратного азота в три раза меньше, чем аммонийного. При этом более контрастные различия отмечены для групп агрохимического состояния почв (табл. 2). «Высокогумусные» варианты – первая и четвертая группа АСП – характеризуются повышенной нитрификационной способностью – 38,6 и 36,4 мг/кг соответственно и содержанием собственно нитратов – до 6,1 мг/кг. Максимум аммонийного азота приходится на третью группу АСП – 21,3 мг/кг.

Содержание минеральных форм азота и нитрификационная способность антропогенно-преобразованного горизонта почв Приморского края, мг/кг

Таблица 2

Тип почвы и АСП	Показатель
	Нитратный азот	Аммиачный азот	Нитрификационная способность	Фиксированный аммоний
БЛ	4,8	13,9	35,8	314
БО	3,1	14,7	30,0	266
ЛБ	3,3	14,3	34,4	304
ЛГ	4,8	9,1	32,2	413
П	5,5	8,5	32,5	259
АСП 1	6,1	10,8	38,6	339
АСП 2	3,1	11,7	30,9	301
АСП 3	1,5	21,3	23,3	236
АСП 4	4,5	20,2	36,4	347
АСП 5	3,6	6,4	30,3	232

Увеличение мощности антропогенно-преобразованного горизонта практически повсеместно до 30 см повлияло на содержание в нем глинистых, в т.ч. илистых, частиц за счет припашки более обогащенных ими элювиального и иллювиального горизонтов, что отразилось на накоплении фиксированного аммония (табл. 2). Рост показателей фиксированного аммония произошел также и за счет внесения минеральных удобрений, о чем свидетельствуют различия по типам АСП. Максимальные количества фиксированного аммония приходятся на первый и четвертый варианты – 339 и 347 мг/кг соответственно.

Данные фракционного состава азота, по Шконде-Королевой, представлены в таблице 3. Они позволяют оценить состояние азотного фонда пахотных почв Приморья, а также выявить тенденции трансформации азотных соединений в результате существенного антропогенного воздействия на почвенный покров.

Формы азота в антропогенно-преобразованном горизонте почв Приморского края

Таблица 3

Тип почвы и АСП	Фракция азота
	Минеральная		Легкогидролизуемая		Трудногидролизуемая		Негидролизуемая
	1	2	1	2	1	2	1	2
БЛ	25	1,5	184	10,6	430	25	1189	64
БО	21	1,4	177	11,4	314	20	1064	67
ЛБ	24	1,4	198	10,9	425	23	1173	64
ЛГ	29	1,5	211	11,0	354	18	1383	69
П	19	1,0	197	10,2	367	19	1358	70
АСП 1	27	1,4	194	10,1	381	19	1353	69
АСП 2	22	1,2	201	10,8	407	22	1227	66
АСП 3	20	1,4	171	12,0	313	22	928	64
АСП 4	28	1,4	218	10,3	498	23	1392	65
АСП 5	17	1,3	169	12,1	294	22	919	64
Среднее	23	1,4	189	11,0	370	21	1172	66

Примечание: 1 – мг/кг почвы; 2 – % от общего азота.

Основная часть азота представлена негидролизуемыми (66 %) фракциями азота. Доля минерального азота ничтожно мала и составляет 1,4 % от валового содержания. Это в два раза меньше, чем было 25 лет назад [5]. Количество легкогидролизуемой и трудногидролизуемой форм азота составляет соответственно 11 и 21 % и, вероятно, возросло (по сравнению с данными Лихачевой В.А.) в результате применения азотных удобрений. Это положение согласуется с данными Э.П.Синельникова [9], приведенными для луговобурой почвы средней степени окультуренности, когда количество указанных форм азота увеличилось по сравнению со слабоокультуренными вариантами соответственно на 3,6 и 9,1 % и составило 15 и 18 % от валового содержания, что довольно близко к полученным нами результатам. Суммарная доля гидролизуемых форм азота в среднем составляет 32 % от валового содержания, т.е. повысилась на 10 % .

Таким образом, состояние фракционного состава азота пахотных почв Приморья на окончание периода интенсификации сельскохозяйственного производства характеризуется следующими особенностями. Во-первых, абсолютные показатели показывают на более существенные по сравнению с типами почв различия по группам АСП. Во-вторых, повышенное известкование почв не повлияло на формы азота ни в абсолютных, ни в относительных значениях. В-третьих, относительные величины форм азота по вариантам АСП практически одинаковы, что свидетельствует об определенном консерватизме азотного фонда исследуемых почв.

Выводы

• 1.    Проведенные исследования азотного состояния пахотных почв Приморского края подтверждают правомочность выделения агропроизводственных групп (групп АСП), сложившихся в период внедрения зональной системы земледелия и формирования определенного типа сочетаний агрохимических показателей вне зависимости от исходной генетической типовой принадлежности почв.

• 2.    Азотное состояние сформированного антропогенно-преобразованного горизонта четко увязывается с основными агрохимическими свойствами и дифференцировано по группам АСП.

• 3.    За сравнительно короткий срок времени (20–25 лет) в результате интенсификации земледелия и применения средств химизации в Приморском крае произошло снижение содержания фракции минерального азота, возросли абсолютные и относительные величины гидролизуемых фракций азота, увеличилось количество фиксированного аммония.