Оценка скорости минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении органических удобрений

Введение. Черноземы относятся к преобладающему в составе пахотных угодий типу почв. Общая площадь их на юге Красноярского края составляет 1952800 га, из них вовлечено в пашню 1595900 га [3]. Черноземы сформировались в условиях умеренно влажного континентального климата под степной и лугово-степной растительностью на автоморфных местоположениях, преимущественно на карбонатных породах. Наиболее распространенным подтипом является чернозем выщелоченный, занимающий 827500 га (52 %) в структуре почвенного покрова региона [7]. Поэтому перспективы успешного развития земледелия в крае зависят от воспроизводства оптимального уровня плодородия именно этих почв и от содержания в них соответствующего уровня содержания органического вещества. Вопросы регулирования органической части почвы одни из наиболее актуальных. Воспроизводство органического вещества в почве является составной частью системы управления плодородием [9]. Вследствие недостаточного количества органических удобрений нормы внесения их в почвы региона в настоящий период очень низкие (0,65 т/га), и они не обеспечивают сохранение плодородия почв. В связи с этим целесообразно использовать в качестве удобрительных ресурсов все имеющиеся местные отходы сельского хозяйства, в частности, птичий помет и продукты его переработки. Работами [6, 8] показана эффективность применения в качестве органических удобрений компостов на основе отходов птицеводства и лесоперерабатывающей отрасли в почвах разного генезиса. Однако процессы трансформации вносимых в почвы компостов остаются слабоизученными.

Цель исследований . Изучение процесса минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении различных органических удобрений.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в полевом опыте учебного хозяйства «Миндерлинское». Объектами исследований являлись почва, органические удобрения: птичий помет и вер-микомпост, полученный методом переработки птичьего помета и гидролизного лигнина калифорнийским червем Eisenia fetida.

Почва , используемая в опытах, – чернозем выщелоченный мощный, тяжелосуглинистый на желтой бурой глине (агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный глубокопахотный сильно гумусированный на желтой бурой глине), характеризующийся следующим строением профиля: А п (PU)-А (AU)-АВ (AUBI)-В (BI)-В к (Bca)-С к (Cca). Органические удобрения вносили в паровое поле опыта согласно схеме: 1. Почва (без удобрений) – контроль; 2. Почва + 2 т/га птичьего помета (ПП); 3. Почва + 4 т/га ПП; 4. Почва+6 т/га ПП; 5. Почва + вермикомпост (ВК) в дозе эквивалентной (экв.) 2 т/га ПП; 6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП; 7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП. Площадь одной делянки составила 100 м², повторность опыта трехкратная. Размещение делянок рендомизированное.

Основным способом оценки минерализации органического вещества в почвах в современных исследованиях является учет образующегося С-СО2 [5], который определяли абсорбционным методом в модифи- кации И.Н. Шаркова [10]. Суммарное продуцирование углерода в виде С-CO2 за период наблюдений оценивали с помощью метода линейного интерполирования по формуле:

.  , B1 + B2 _L B2 + B3

A = (--------- x t i +---------

× t 2 +

Bn-1 + Bn

× t n-1 ) × 0,273,

где А – суммарное количество С-CO 2 , выделившееся за период наблюдений, кг/га; B 1 , B 2 , B 3 … B n – соответственно величины первого, второго, третьего, n-го измерений скорости продуцирования CO 2 , кг/га за 24 ч; t 1 , t 2 , t n-1 – периоды времени между измерениями, сут.; 0,273 – коэффициент пересчета CO 2 в С.

В течение всего срока наблюдений нами определялась влажность и температура в почве. Кроме этого, в почвенных образцах определяли рН, содержание подвижного фосфора и обменного калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91), нитратного азота ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86) и аммиачного азота по методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85).

Полученные результаты полевого опыта обработаны статистически методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с использованием программных пакетов «Excel», «Statistica».

Результаты исследований и их обсуждение. Почва опытного участка отличается высокой гумуси-рованностью в пределах пахотного слоя (6,5 %). С глубиной количество гумуса снижается до очень низких значений (табл. 1). Гумусово-аккумулятивный горизонт чернозема выщелоченного характеризуется средней суммой обменных оснований (17,2–19,7 мг-экв/100 г), незначительной гидролитической кислотностью, близкой к нейтральной реакцией среды, переходящей в нейтральную с глубины 65 см. Почва насыщена основаниями, поэтому необходимость в мелиоративных мероприятиях отсутствует. Содержание нитратного азота и подвижного фосфора в пахотном слое соответственно повышенное и высокое, которое снижается вниз по профилю до низких значений. Количество обменного калия согласно градациям по всему профилю очень высокое.

В целом чернозем выщелоченный обладает высоким потенциальным и эффективным плодородием и при рациональном использовании возможно получение на нем высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Агрохимическая характеристика чернозема выщелоченного землепользования учхоза «Миндерлинское»

Таблица 1

Индекс горизонта	Глубина, см	Гумус, %	мг-экв/100 г			рН KCL	V, %	Содержание питательных элементов, мг/кг
			S	Hr	ЕКО			N-NO 3	P 2 O 5	K 2 O
Ап	0-26	6,5	17,2	0,1	17,4	6,0	99	15	252	263
А	26-65	5,0	19,7	0,8	20,5	5,9	96	14	134	223
АВ	65-86	3,8	22,7	1,4	24,1	6,3	94	13	193	208
В	86-107	1,6	16,9	2,1	19,0	6,2	89	9	123	163
Вк	107-150	1,3	8,9	1,5	10,4	6,2	93	7	93	178

Однако поддержание бездефицитного баланса гумуса в почве обеспечивается ежегодным внесением того количества органического вещества, которое отчуждается с урожаем. Поэтому необходимо вносить органические удобрения. В данной работе рассматриваются процессы минерализации органического вещества чернозема выщелоченного при внесении разных видов и доз органических удобрений (птичьего помета и вермикомпоста).

Важнейшим показателем, определяющим интенсивность минерализации органического вещества удобрений, является скорость продуцирования углекислого газа. Оценивая динамику выделения СО2 из почвы, обнаружено, что наименьшее продуцирование углекислого газа в июньский период наблюдений происходит на контроле и обусловлено отсутствием «свежего» органического вещества в этом варианте (рис. 1). Главным источником углекислоты является метаболизм микроорганизмов [1]. Присутствие легкодоступной пищи для микроорганизмов в удобренных вариантах почвы способствует повышению в ней продуцирования СО2. Установлено, что под действием вносимых в чернозем выщелоченный разных доз птичьего помета и вермикомпоста происходит изменение реакции среды с 6,5 в контрольном варианте до 6,9 в удобренной почве и увеличение содержания питательных элементов (табл. 2). Это стимулирует деятельность микроорганизмов и способствует повышению в 1,8–2,7 раза продуцирования СО2 из почвы под действием разных доз птичьего помета и в 2,5–4,7 раза при внесении вермикомпоста в июньский срок определения.

£ ^ контроль- без удобрений —• почва+ 2 т/га ПП              почва+4 т/га ПП s почва+6 т/га ПП          —s почва+ ВК экв. 2 т/га ПП ■ почва+ВК экв.4 т/га ПП

—ж почва+ВК экв. 6 т/га ПП

Рис. 1. Динамика интенсивности продуцирования углекислого газа из чернозема выщелоченного при внесении удобрений, кг/га

В последующий июльский период наблюдений интенсивность выделения углекислого газа остается высокой в удобренных вариантах опыта и превышает контроль в 1,4–2,6 раза в зависимости от вида удобрений и доз. Снижение продуцирования углекислоты по вариантам опыта в течение августа месяца обусловлено, с одной стороны, уменьшением общего количества легкогидролизуемых соединений, с другой – понижением температуры в августе, повлиявшим на деятельность почвенной биоты.

Агрохимические показатели чернозема выщелоченного по вариантам опыта

Таблица 2

Вариант опыта	рН KCL	Подвижные, мг/кг
		P 2 O 5	K 2 O	N-NO 3	N-NH 4
1. Почва (б/у) – контроль	6,5	252	262	14,5	3,4
2. Почва+2 т/га ПП	6,6	261	250	28,8	2,8
3. Почва+4 т/га ПП	6,8	225	219	27,5	5,1
4. Почва+6 т/га ПП	6,9	276	324	22,9	3,4
5. Почва + ВК экв. 2 т/га ПП	6,9	283	267	16,2	3,1
6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП	6,9	269	303	15,9	3,5
7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП	6,6	360	276	9,6	3,6

С повышением температуры в сентябре происходит снова увеличение продуцирования углекислого газа. Выявленные закономерности изменений динамики продуцирования СО 2 согласуются с литературными данными [1, 2].

Общий поток С-СО 2 из почвы контрольного варианта минимален и составляет 3496 кг/га (рис. 2).

Рис. 2. Суммарное продуцирование углекислоты из чернозема выщелоченного при внесении органических удобрений по вариантам опыта: 1. Почва (без/удобрений) – контроль; 2. Почва + 2 т/га ПП;

3. Почва + 4 т/га ПП; 4. Почва + 6 т/га ПП; 5. Почва + ВК экв. 2 т/га ПП; 6. Почва + ВК экв. 4 т/га ПП;

7. Почва + ВК экв. 6 т/га ПП

Внесение разных доз птичьего помета в почву увеличивает в 1,8–2 раза общее продуцирование С-СО 2 , а применение вермикомпоста в разных количествах – в 2,2–2,8 раза. Заметим, процесс минерализации интенсивней протекает в паровом поле чернозема выщелоченного при внесении вермикомпоста. Причем, чем выше доза внесения вермикомпоста, тем больше продуцируется углекислого газа. По-видимому, внесенный в почву вермикомпост оптимизирует условия жизнедеятельности микроорганизмов и из-за этого происходит и увеличение эмиссии углекислоты. Разница в минерализационных потоках из почвы в атмосферу при внесении различных видов органических удобрений (птичьего помета и вермикомпоста) обусловлена, по-видимому, разным количеством накапливаемых минеральных форм азота (см. табл. 2). При внесении в почву разных доз птичьего помета накапливается в 1,6–2 раза больше подвижного азота, чем при применении вермикомпоста. Экспериментально установлено [4, 5, 10], что, чем выше уровень азотного питания, тем сильнее ингибирование эмиссии СО 2 из почвы.

Полученные количественные оценки минерализационного потока по вариантам опыта позволили выявить зависимость их и от гидротермических условий, в частности, от влажности почвы. Кривая зависимости интенсивности выделения углекислого газа из почвы от влажности носит полиноминальный характер (рис. 3) и хорошо аппроксимируется уравнением регрессии:

у = - 0,0002х2 + 0,1047х + 11,022, где у – продуцирование углекислого газа; х – влажность почвы. Коэффициент корреляции составляет 0,4.

Рис. 3. Зависимость интенсивности выделения СО 2 из почвы от влажности

Выводы

• 1.    Минерализационный поток из чернозема выщелоченного в атмосферу детерминируется количеством и качеством вносимых удобрений. Внесение разных доз птичьего помета в почву увеличивает в 1,8–2 раза общее продуцирование С-СО 2 , а применение вермикомпоста – в 2,2–2,8 раза.

• 2.    Эмиссия СО 2 из почвы зависит от гидротермических условий. Зависимость выделение углекислого газа от влажности почвы носит полиноминальный характер.

Авторы благодарят коллег кафедры почвоведения и агрохимии, принявших участие в закладке полевого опыта в учхозе «Миндерлинское».