Закономерности трансформации фракционного состава азота торфяных почв разных стадий эволюции

Азот является ведущим элементом в процессах образования ОВ, участвует в почвообразовательном процессе, и его содержание в почве является главным показателем в оценке ее плодородия. С другой стороны, этот элемент играет первостепенную роль в питании растений и в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Недостаток азота в растениях приводит к уменьшению содержания хлорофилла, листья приобретают желтоватый оттенок, раньше стареют, осыпаются. Азотное голодание сказывается не только на изменении окраски, но и на росте: растения образуют короткие и тонкие побеги, что приводит к снижению урожайности. В растениях сдерживается синтез белковых веществ и аминокислот, в результате чего снижается содержание протеина и ухудшается качество продукции. При избыточном поступлении азота в растениях повышается концентрация биологически не связанного азота в виде нитратов и нитритов, которые являются нежелательными для сельскохозяйственных культур. Избыток азота в почве приводит к затягиванию роста растений и их созревания, к полеганию посевов, накоплению нитратов в продукции и миграции их в грунтовые воды. Сверхнормативная обеспеченность растений азотом ухудшает качество зерна, клубней, корнеплодов, фруктов, снижает их устойчивость к грибковым заболеваниям. Поэтому содержание азота в почве в доступных растениям соединениях играет важную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и формировании качества продукции.

В процессе сельскохозяйственного использования торфяной почвы идет постепенное истощение ресурсов естественного плодородия, аккумулированного в природных запасах органического вещества. Изучением плодородия торфяных почв, закономерностей трансформации их после осушения в последнюю четверть XX столетия активно занимались в различных регионах бывшего СССР и за рубежом. Важнейшие теоретические положения по этой проблеме сформулированы в научных трудах Н. Н. Бамбалова [8, 39], С. Г. Скоропанова [127, 129], В. И. Ефимова [25], С. М. Зайко [31], А. И. Мурашко [75], С. Т. Вознюка и др. (1978), Р. С. Трускавецкого (1980; 1984), В. И. Белковского [16, 35], А. И. Ли-хацевича [56], А. С. Месровсого [64 68], И. Н. Донских (1982), И. К. Черника [34 и др.], В. И. Царенок [24], Г. Окрушко [77], В. А. Шаманаева [149], Г. Франц-ковяка [142] и др. В ряде литературных источниках показано влияние приемов окультуривания торфяных почв на их азотный режим. Однако результатов исследований, посвященных установлению закономерностей трансформации фракционного состава азота в зависимости от минерализации и снижения содержания органического вещества в торфяных почвах, из-за отсутствия методов определения соответствующих фракций азота в торфяных почвах не встречено. Такие данные могут быть наиболее объективным показателем при оценке факторов, способствующих снижению плодородия торфяных почв и разработке рекомендаций по более эффективному их использованию в земледелии и при применении удобрений. Эти показатели также могут служить одним из диагностических признаков при идентификации торфяных почв разных стадий эволюции при проведении почвенных исследований.

Представленные в табл. 3.8 и других наших работах [91, 95, 109, 116 и др.] результаты исследований, полученные с использованием новых методов [94, 108, 119, 120], показывают, что торфяные почвы разных стадий эволюции значительно различаются по содержанию в них ОВ, общего азота и его органических и минеральных соединений как в слое 0-20, так и в слое 21-40 см. Содержание общего азота в слое 0-20 см колеблется в пределах от 38,4 г/кг (почва торфяная неосушенная), 35,8 г/кг (почва агроторфяная, бывшая среднемощная, 50 лет в культуре) - до 33,1 г/кг (почва агроторфяная, бывшая маломощная); 19,1 (торфяно-минеральная); 8,2 (минеральная остаточно-торфяная) и 2,3 г/кг (почва минеральная постторфяная). В торфяных почвах на разных стадиях трансформации существенно различается содержание как органических негидролизуемых - от 34,6 до 1,6; трудногидролизуемых - от 2,3 до 0,5; легкогидролизуемых - 1,3 до 0,1 г/кг почвы, так и минеральных соединений - от 170 до 24 мг/кг почвы. В торфяных почвах зоны Полесья в сумме минерального азота доля нитратных соединений составляет 61-78 %, что указывает на высокую активность процессов нитрификации аммонийных соединений азота. Фракционный состав азота минеральных постторфяных почв приближается к составу азота зональных дерново-подзолистых песчаных почв.

Таблица 3.8. Фракционный состав азота торфяных почв разных стадий эволюции

Окончание табл. 3.8

Важной характеристикой азотного режима торфяных почв может быть показатель «содержание фракции потенциально усвояемых соединений азота», который определяется по впервые разработанной нами методике. Эта фракция включает азот минеральных и потенциально минерализуемых в течение вегетационного периода органических соединений и составляет наиболее активную фазу азота почвы, включающуюся в малый биогенный круговорот. По содержанию этой фракции в почве можно наиболее объективно оценивать уровень обеспеченности растений азотом в течение периода вегетации. Содержание фракции потенциально усвояемых соединений азотав исследуемых почвах (слой 0-20 см) колеблется от 416 мг/кг (почвы неосушенные) до 296-329 мг/кг (почвы агроторфяные) и до 69 мг/кг (почвы постторфяные).

Из данных, представленных в табл. 3.8, также видно, что в процесс трансформации соединений азота торфяных почв активно вовлекается и слой почвы 21-40 см. По всем почвам со снижением содержания в них ОВ уменьшается также и содержание всех фракций азота.

Результаты корреляционно-регрессионного анализа полученных данных (рис. 3.4, 3.5) показывают, что между содержанием ОВ, общим азотом и его фракциями, как правило, существует тесная корреляционная зависимость, описываемая соответствующими уравнениями регрессии (Т?²= 0,64-0,98). На основании этих данных по содержанию ОВ можно прогнозировать содержа-

нг

40000

ов.%

ов,%

N-NO3

ов.%

Рис. 3.4. Зависимость содержания общего азота и его фракций в почве (слой 0-20 см) от изменения содержания ОВ

Мобщ. НГ

тг

• 3000
• 2500
• 2000
• 1500
• 1000
• 500
• 0

ов.%

ОВ,%

ОВ,% ние различных фракций азота в агроторфяных почвах. Используя результаты этих исследований были разработаны модели прогноза трансформации и состояния фракционного состава азота агроторфяных почв разных стадий эволюции (табл. 3.9).

Таблица 3.9. Модели прогноза фракционного состава азота торфяных почв разных стадий эволюции

Важным показателем, характеризующим трансформацию азотного фонда торфяных почв различных стадий эволюции, является изменение его структуры. Приведенные в табл. 3.10 данные показывают, что в результате осушения и сработки органического вещества агроторфяных почв удельный вес негидролизуемых соединений азота в пахотном слое снижается с 90,0 % (почва неосушенная) до 89,1-89,5 % (старопахотные агроторфяные), 83,0 % (торфяноминеральные); 69,3 % (постторфяные). В то же время в этих почвах в составе общего азота возрастает доля азота трудногидролизуемых (от 5,9 до 22,7 %), легкогидролизуемых (3,6-7,7 %), минеральных (0,5-1,0 %) и потенциально усвояемых соединений (0,83-2,99 %). Это указывает на то, что в результате осушения органических и сельскохозяйственного использования, сработки торфяной залежи в структуре азотного фонда изменяется соотношение негидролизуемых, минерализуемых, органических и минеральных соединений. Соотношение этих фракций характеризует коэффициент подвижности азотного фонда «К», который изменяется в исследуемых почвах в слое 0-20 см от 11,1 до 44,3. Эти данные указывают на то, что при осушении и сельскохозяйственном

Таблица 3.10. Структура азотного фонда торфяных почв разных стадий эволюции

использовании с потерей ОВ азотный фонд торфяно-болотной почвы существенно трансформируется: снижается долевое участие негидролизуемых соединений, которые имеют важное значение в гумусообразовании и почвообразовательном процессе торфяных почв, и возрастает долевое участие минеральных и легкоминерализуемых органических соединений азота. Азотный фонд при атрогенной эволюции торфяных почв от торфяно-болотных до постторфяных становится все более «рыхлым». Приведенные на рис. 3.6 данные показывают, что между содержанием ОВ в почве и коэффициентом подвижности азотного фонда установлена тесная связь, описываемая соответствующими уравнениями регрессии:

Рис. 3.6. Влияние содержания ОВ на подвижность азотного фонда агроторфяной почвы

Г, (слой 0-2» см) = 84,672 _Д2 = 0,95,

У2 (слой 2,-40_см)=134,9х-«-«';Я² ₌ 0,94,

где у — коэффициент подвижности азотного фонда «К»; х - содержание в почве ОВ (слой 0-20 см - 4,8-83,7 %; слой 21-40 см - 4,4-88,5 %).

Научное и практическое значение имеют данные трансформации запасов различных соединений азота в кориеобитаемом слое (0-40 см) в торфяных почвах разных стадий эволюции. Приведенные в табл. 3.11 результаты исследований показывают, что при осушении и сельскохозяйственном использовании, уплотнении ее верхнего слоя запасы общего азота и его соединений возрастают. Например, запас общего азота в почвах агроторфяных и торфяио-мине-ральных составляет 45,28-49,71 т/га, что на 9,54-14,01 т/га больше, чем в торфяной почве неосушенной. Затем, по мере «сработки» торфяного слоя, запасы как общего азота, так и его органических соединений резко сокращаются. Наиболее высокие уровни запасов минеральных и потенциально усвояемых соединений азота, характеризующих эффективное плодородие почв - 230-240 и 360-600 кг/га соответственно, находятся в почвах агроторфяных и торфяноминеральных, а более низкие - неосушенной и постторфяной. Следует обратить внимание на то, что в агроторфяных почвах разных стадий эволюции с содержанием ОВ в пахотном слое более 10 % в слое 0-40 см находятся значительные запасы минеральных (190-240) и потенциально усвояемых (480-600 кг/га) соединений азота, которые различаются несущественно. Максимальное отклонение от средних значений не превышает 11 %. Запасы минеральных соединений азота почти в 2 раза больше, чем в почвах дерново-подзолистых. К сожалению, этот азот в основном (около 75 %) представлен нитратными соединениями, которые способны активно мигрировать за пределы корнеобитаемого слоя растений и попадать в грунтовые воды.

В настоящее время при почвенных исследованиях антропогенно-преобразованных торфяных почв используют преимущественно данные содержания органического вещества и характеристики морфологического строения. Для более точной идентификации торфяных почв различных стадий эволюции

Таблица 3.11. Запасы соединений азота в торфяных почвах разных стадий эволюции (слой 0-40 см), т/га

*Слой 0-20 см.

целесообразно имеющиеся диагностические признаки этих почв дополнить данными фракционного состава азота. На основании приведенных и дополнительных результатов исследований рассчитаны в соответствии с существующей классификацией [70, 72, 132] ориентировочные диагностические критерии фракционного состава азота торфяных почв разных стадий эволюции для слоя 0-20 см (табл. 3.12), которые можно использовать при проведении почвенных исследований.

Таблица 3.12. Ориентировочные диагностические признаки фракционного состава азота агроторфяных почв разных стадий эволюции (слой 0-20 см)

Таким образом, в результате осушения и длительного сельскохозяйственного использования на месте бывших торфяников образуются торфяно-минеральные почвенные комплексы, существенно различающиеся показателями количественного и качественного состава фракций азота. При этом азот почвы можно рассматривать с двух сторон: с одной - как участник почвообразовательного процесса (сюда входят негидролизуемые соединения азота), а с другой — как источник питания растений (легкогидролизуемые и минеральные), трудногидролизуемые соединения занимают промежуточное значение и могут переходить в ту или иную форму.