Миграция нитратного азота серой лесной почвы и удобрения во времени и пространстве в лесостепи Прибайкалья

A detailed panorama of inner soil migration of nitrate nitrogen grey forest soil is introduced for the first time including additional nitrogen interaction and nitrogen fertilizer in a definit period of time and soil profile in Transbaikalia forest steppe land cultivation. Its migration has increased from fertilizer > additional nitrogen interaction > soil and was expressed by different polinomJunctions and exponents accordingly- Among them the largest kinetics had nitrate nitrogen of soil source.

Известно, что основным ионом - мигрантом азотистых форм в большинстве почв является нитратный азот в силу высокой его лабильности (Турчин, 1972; Кореньков, 1976;Смирнов, 1977;Гамзиков, 1981;Никитишен, 1984,2002; Башкин, 1987; Муравин, 1991; Лаврова, 1992;Кидин, 1993; Семенов, 1996,1999, Савич, 2004).

И в этом отношении, серые лесные почвы лесостепи Прибайкалья, на долю которых приходится почти 3/4 пахотных угодий, не являются исключением. При этом, увеличение их продуктивности, с одной стороны, невозможно без привлечения азота удобрений в силу незначительного (п = 288) его содержания (1.11 ± 0-06 мг / кг) и очень высокой вариабельности во времени (V = 96.8%) и пространстве (V = 87.6%), а с другой - их внесение провоцирует усиление миграционной способности N - NO3" в пространстве и во времени (Гамзиков, 1981; Никитишен, 1984,2002,2003; Кудеяров,1985; Башкин, 1987; Руделев,1992; Лаврова, 1992;Семенов,1996). Более того, на фоне промывного водного режима (К увл. = 1.15- 1.23) миграция нитратного азота по их профилю в период весна - осень провоцирует развитие негативных явлений связанных с загрязнением водных ресурсов озера Байкал (Абашеева,1992;Будажапов, 1999; Gamzikov,

Budazhapov, 2002). В результате этого, актуальность миграционной оценки нитратного азота в эколого - почвенных режимах лесостепи Прибайкалья не вызывает сомнений. Однако, при всей очевидности этих проблем возможности их решения ограничивались и отсутствием надежных методов исследований, а потому в большинстве своем отражали, как правило, фактологическую оценку.

Цель исследований - количественная оценка миграции нитратного азота серой лесной почвы и удобрения по профилю (пространство) в период весна — осень (время) с применением меченой индикации (^,5N) и построение прогностических моделей их внутрипочвенной миграции в условиях лесостепи Прибайкалья.

Результативность работы обеспечивалась постановкой микрополевых опытов с глубинами в сосудах без дна (30 х 30 х 100 см) на серой лесной почве естественного сложения в период 1996 - 2002 г.г. (местность Барки, Кабанский район, Бурятия). Схема опыта включала три варианта (без удобрений, Р40К40 - фон, фон + N60) в трехкратной повторности. Ежегодно весной перед посевом яровых зерновых культур (пшеница — ячмень — овес) в пахотный слой вносили меченую (l5N) соль натриевой селитры с исходным обогащением А = 37.5 ат. %. Образцы почв отбирали в динамике (май - июль — сентябрь) с каждого 0 - 20 см слоя вплоть до метровой толщи. Нитратный азот определяли по общепринятым методикам (ГОСТ 26489 — 85) в аналитическом центре Бурятской ГСХА, а изотопный его состав - на масс - спектрометре МИ - 120IB (г. Москва).

В результате исследований установлено, что если на контрольных вариантах (РК — фон) миграция нитратного азота представлена только почвенным, то при внесении азотного удобрения (фон + N) состав нитратного азота оказался шире и представлен N - NO3 почвенного происхождения, вносимого удобрения и «экстра» N - NOf (табл. 1,2,3). При этом, доля каждого в составе общего была различной и отличалась по величине и характеру миграции в пространстве и во времени.

В этой связи, выделим ряд ключевых позиций, которые и определяли в итоге специфику их внутрипочвенной миграции в составе общего N - МОз".

Первая определяется тем, что преобладающей формой миграции N — NO3 во времени и пространстве при внесении азотного удобрения оказался почвенный, доля которого по этим двум объективным признакам составила в среднем по метровой ее толще 9/10 от общего. В абсолютном выражении его присутствие снижалось во времени по всему ее профилю: с 2.73 мг во время всходов весной (табл.1) до 1.07 мг летом (табл.2) и 0.49 мг / кг после уборки растений (табл.З).

При этом, наибольшее его содержание наблюдалось в пахотном ее слое и в среднем составило соответственно 4.98, 2.55 и 1.19 мг / кг, а на метровой ее глубине уже обнаруживался в виде следовых величин. В результате, характер внутрипочвенной миграции N - NO/ почвы при внесении азотного удобрения независимо от времени, аппроксимировался экспоненциальной регрессией:

N - NO/ почвы весной (май), мг / кг = 8.32 е -°430d(]);

N - NO/ почвы летом (июль), мг / кг = 5.78 е "0 686d(2)

N - NO3" почвы осенью (сентябрь), мг / кг = 5.69 е '1 JMd(3), где 8.32, 5.78 и 5.69 - константа; е - основание натурального логарифма; 0.430, 0.686 и 1.120 - константа (к) миграции нитратного азота почвы в пространстве; d - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя метрового профиля этой почвы. Качество построенных моделей было очень высоким - величина индекса их детерминации (R2) составила соответственно 0.968, 0.949 и 0.929. Анализ этих моделей позволяет заключить, что константа (к) миграционной способности N - NO./ почвы по профилю возрастала во времени, что вполне соответствовало увеличению осадков в лесостепи с весны до осени - г = 0.67 ± 0.12.

Таблица 1 Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы во время всходов яровых зерновых культур (май) в лесостепи Прибайкалья на варианте фон +N (средние за 1996-2002 гг.)

CL я	слой почвы, см	общий N-NO/, мг / кг	N - NO/ почвы		^N-NO/yaoSp.		«экстра» NO3
			МГ кг	% общ. N- NO/	МГ кг	% общ. N-NO/	МГ кг	% почв. N- NO/
о о о	0-20	3.43 ±0.2	3.43	100.0	-	-	-	-
	20-40	2.50 ±0.3	2.50	100.0	-	-	•	•
	40-60	1.44 ±0.4	1.44	100.0	*	•	-	-
	60-80	0.77 ±0.5	0.77	100.0	•		•	•
	80-100	0.48 ±0.5 '	0.48	100.0	•	-	-	•
	среднее	1.72 ±0.!	1.72	100.0	N	-	-	*
о SD Z + X о -е-	0-20	5.04 ±0.1	4.98	98.8	0.06	1.19	1.55	31.1 ■
	20-40	4.31 ±0.02	4.19	97.2	0.12	2.78	1.69	40.3
	40-60	2.05 ± 0. i	2.01	98.0	0.04	1.95	0.57	28.4
	60-80	1.61 ±0.1 ■	1.60	99.4	0.01	0.62	0.83	51.6
	80-100	0.94 ±0.1	0.94	100.0	•	-	-	-
	среднее	2.79 ± 0.2	2.73	97.8	0.06	2.20	1.0!	37.0

* НСР о< 0.19; ** НСР 05: N - NO/ общий 0.31; N - NO/ почвы 0.35; l5N- NO/ удобрения 0.018; «экстра» N - NO3" 0.21.

Вторая заключалась в том, что при внесении азотного удобрения (фон + N) величина внутрипочвенной миграции N - NO/ удобрения в пространстве была крайне незначительной и неустойчивой во времени (табл. 1,2,3). В абсолютном выражении эта величина весной по всходам зерновых культур в среднем составила 0.06 мг или 2.20% от общего (табл.1) и летом в период наибольшего выпадения осадков достигала наибольшей величины - 0.14 мг или 11.6% (табл.2), а осенью после их уборки - 0.04 мг / кг или 8.16% (табл.З).

При этом, несмотря на крайне незначительную долю миграции нитратного азота удобрения по профилю этой почвы в составе общего, впервые выявлен внутрипочвенный его нитратный максимум, который находился в 20 - 40 см слое, где его аккумуляция оказалась наибольшей. Последняя достигала весной 0,12 мг или 2.78% от общего в этом слое (табл.1), возрастала до 0.24 мг или 11.0% в летний период (табл.2) и снижалась после уборки растений осенью до 0.10 мг/ кг или 10.8% (табл.З).

Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы в фазу выхода в трубку яровых зерновых культур (июль) в лесостепи Прибайкалья на

.         варианте фон +N (средние 1996 - 2002 г.г.)

3 Ё л л	слой почвы, см	общий N - NO/, мг! кг	N - NO)' почвы		"^N -NOj	" УДОбр.	«экстра» NOV
			МГ кг	% общ. N-NO/	мг кг	% общ. N-NOf	МГ кг	% почв. N- NO/
X -е- о Cl.	0-20	1.68 + 0.4	1.68	100.0			-	-
	20-40	1.28 ± 0.5	1.28	100.0			-	-
	40-60	0.52 + 0.6	0.52	100.0	-	*	•	•
	60-80	0.19 + 0.5	0.19	100.0
	80-100	0.03 ±0.02	0.03	100.0	•	*	-	-
	среднее	0.74 + 0.1	0.74	100.0	•		-
О + X	0-20	2.71 + 0.1	2.55	94.1	0.16	5.90	0.87	34.1
	20-40	2.19 + 0.1	1.95	89.0	0.24	НО	0.67	34.4
	40-60	0.72 + 0.1	0.62	86.1	0.10	!3.9	0.10	16.1
	60-80	0.42 ± 0.2	0.38	90.5	0.04	9.52	0.19	50.0
	80-100	следы		-		-	-
	среднее	1.21 ±0.1	1.07	88.4	0.14	11.6	0.36	32.7

*НСРю:0.Н; **НСР05: N - NO/общий 0.18: N - NO/ почвы 0.14; l5N- NO/ удобрения 0.044; «экстра» N - NO/ 0.08.

Эколого-агрохимическая значимость подобного накопления в профиле этой почвы N - NO/ удобрения определялась тем, что этот нитратный максимум удобрения при определенных условиях с одной стороны, служит одним из ближайших резервов доступного для растений минерального азота в почве, а с другой - препятствует непроизводительным потерям N - NO/ удобрения с внутрипочвенным нисходящим током, что ограничивает развитие негативных экологических явлений в непосредственной близости уникального хранилища запасов пресной воды, как озеро Байкал,

Как следствие, характер внутрипочвенной миграции N - NO/ удобрения по ее профилю в отличие от почвенного в равных эколого - почвенных условиях их оценки подчинялся кривой полиномиального распределения разного порядка:

N-NO/ удобрения весной, мг / кг = O.O32d3 - 0.26d2 + 0,62d - 0.33....(4),

N-NO/ удобрения летом, мг / кг = -0.015d4 - 0.20d3 - 0.94d2 + 1.7Id - 0.80...(5),

N-NO/ удобрения осенью, мг / кг = 0.01 Id4 + 0,15d3 - 0,67d2 +1.2Id - 0.64...(6), где 0.33, 0.80 и 0.64 константа; 0.032, 0.015 и 0.011 - константа (к) миграции N - NO./ в пространстве; d - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя почвы. По всем моделям (4,5,6) их качество построения было очень высоким - R1 = 1. Отметим, что константа (к) миграции нитратного азота удобрения была в п - ниже почвенного, что характеризует очень слабую миграционную способность первого в равных со вторым эколого - почвенных режимах лесостепи региона.

И третья ключевая позиция определялась тем, что впервые для земледелия лесостепи Забайкалья выявлен факт усиления миграции нитратного азота серой лесной почвы под воздействием вносимого азотного удобрения (фон + N) по ее профилю в течение вегетационного сезона. Последний определялся как разница между содержанием нитратного азота почвы на вариантах РК - фон и фон +N и выражался так называемой величиной «экстра» N (Турчин, 1966; Смирнов, 1977; Гамзиков, 1981; Кудеяров,1985; Башкин, 1987; Лаврова, 1992; Руделев,1992; Кидин, 1993; Семенов, 1996; Назарюк, 2004).

Установлено, что даже при незначительной миграции N - NO3" удобрения во времени и пространстве именно его внесение сопровождалось дополнительным высвобождением N-NO/ почвенного происхождения («экстра» - N), размеры которого значительно изменялись во времени и пространстве (табл. 1,2, 3).

Распределение нитратного азота почвы и удобрения по слоям метрового профиля серой лесной почвы после уборки яровых зерновых культур (сентябрь) в лесостепи Прибайкалья на варианте фон +N (средние за 1996-2002 гг.)

1	слой почвы, см	общий N - NO/, мг / кг	N - NO3" почвы		l5N -NO/ удобр.		«экстра» NO/
			МГ кг	% общ. N- NO/	МГ кг	% общ. N- NO3"	МГ кг	% почв. N- NO/
о 1 о о	0-20	0.71 ±0.3	0.71	100.6		-	-	-
	20-40	0.38 ±0.2	0.38	100.0		-		-
	40-60	0.22 ±0.6	0.22	100.0	-	-		-
	60-80	0.02 ±0.01	0.02	100.0	-	-	-	-
	80-100	следы		100.0	-	-	-	-
	среднее	0.27 ± 0.3	0.27	100.0	-	-		-
$ Z + о	0-20	1.23 ±0.2	1.19	96.7	0.04	3.25	0.48	40.3
	20-40	0.93 ±0.1	0.83	89.2	0.10	10.8	0.45	48.4
	40-60	0.40 ±0.04	0.38	95.0	0.02	5.00	0.16	40.0
	60-80	0.05 ±0.02	0.04	80.0	0.01	25.0	0.02	50.0
	80-100	0.03 ± 0 01	0.02	100.0	0.01	33.3	-	-
	среднее	0.53 ±0.06	Г 0.49	92.5	0.04	8.16	0.22	44.9

* НСР 05; 0.09; ** НСР о;: N - NO/ общий 0.24; N - NO/ почвы 0.21;

ISN - NO/ удобрения 0.016; «экстра» N - NO3'0.10.

Величина «экстра» NO./ в пространстве регистрировалась не ниже 60 - 80 см слоя этой почвы. При этом, максимум его присутствия не всегда наблюдался в пахотном слое почвы и регистрировался во время всходов (май) в 20 - 40 см ее слое, составляя 1.69 мг / кг (табл.1), а позднее - только в пахотном слое, составляя 0.87 мг и 0.48 мг / кг (табл.2,3). Возможно, это связано с высоким его использованием в критический для растений период (всходы) при невысоком содержании нитратного азота в пахотном слое с одной стороны, и меньшей его миграцией и потребностью в нем самих растений позднее - с другой стороны. При этом, необходимо отметить, что значимые различия в содержании «экстра» N-NO/ по профилю почвы наблюдались лишь в пределах пахотного слоя.

Что касается времени, то его присутствие по всем слоям почвенного профиля изменялось с весны до осени, снижаясь в среднем с 1.01 мг во время входов весной (табл.1) до 0.36 мг при трубковании летом (табл.2) и 0.22 мг / кг после уборки осенью (табл.З). Причем, абсолютное снижение сопровождалось ростом относительной его величины по этому признаку. В целом, размеры появления «экстра» N - NO3* в почве были значительными и достигали 1/2 от N - NO/ почвы и за вегетационный сезон в среднем составили в пахотном слое 0.91 мг, а в 0 - 80 см толще не превышали 0.50 мг / кг.

Характер прогностических моделей определения «экстра» NO./ в серой лесной почве лесостепи Прибайкалья в течение сезона складывался аналогично N-NO/ удобрения и аппроксимировался полинома разной степени в виде:

«экстра» NO3" весной, мг / кг = - 0.19d4 + 2.3 8d3 - 10. Id2 + 16.6d - 7.14(7),

«экстра» NO/ летом, мг / кг = 0.17d3 - 1.22d2 + 2.24d -0.33(8),

«экстра» NO/ осенью, мг / кг = - 0.013d4 + 0.25d3 - 1.18d2 + 2.03d - 0.60(9), где 7,14, 0.33 и 0.60 - константа; 0.19, 0.017 и 0.018 - константа (к) миграции «экстра» NO/ в пространстве; d - порядковый номер каждого 0 - 20 см слоя метрового профиля этой почвы. Качество построения этих моделей (7,8,9) было высоким - R2 = 1. При этом, константы (к) миграции «экстра» N - NO/ были на уровне аналогичных для N - КО/ удобрения (4,5,6), а значит значительно ниже N -NO/ почвы (1,2,3).

Заключение

Благодаря применению стабильного изотопа ISN впервые дана панорама в ну три почвенной миграции «игра того азота во времени и пространстве с его разделением на почвенный я удобрения. При этом, его состав представлен N - NO/ почвы (70%), удобрения (3.6%) и «экстра» N - NO3" (26.4%), ранжирование которых по размерам их миграции в метровой толще в течение вегетационного сезона возрастало в ряду: N - NO3' удобрения (1.75 мг / кг) > «экстра» N - NO/(12.61 мг / кг) > N - NO/ почвы (33.65 мг / кг). Ха- рактер миграции первых двух форм во времени и пространстве подчинялся полиному разного порядка, а последнего - экспоненте, Причем, константа (к) миграции последнего была наибольшей среди них и возрастала соответственно осадкам, составляя весной к = 0,430 слой "\ летом к 0,686 слой "1 и осенью к = 1Л 20 слой '\ И если внутрипочвенная миграция N - NO3" удобрения и «экстра» NO3 ограничивалась по глубине не ниже слоя 60 - 80 см с максимумом аккумуляции в 20 - 40 см слое, то N - NO3" почвенного происхождения вплоть до метровой отметки с максимумом в пахотном слое. Впервые дана количественная оценка усиления миграции N - NOf серой лесной почвы под воздействием азотного удобрения в виде дополнительного высвобождения или «экстра» NO3\ размеры появления которого оказались значительными и достигали почти 1/2 от N - NO3" почвы за вегетационный сезон и в среднем составили в пахотном слое 0,91 мг/ кг, а в 0 - 80 см толще не превышали 0.50 мг / кг.