Азотминерализующая способность торфяных почв и ее трансформация под влиянием длительного антропогенного воздействия

В связи с наличием широкого спектра торфяных почв разных стадий эволюции научный и практический интерес представляет установление закономерностей трансформации их азотминерализующей способности при длительном антропогенном воздействии и прогноз ее изменений. Объектами исследова ний были торфяно-болотные почвы различной стадии эволюции, сформировавшиеся в идентичных условиях, имеющие близкий ботанический состав. При оценке азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции были использованы известные методические подходы (оптимальные для минерализации условия увлажнения - 60-70 % от ПИВ - полной полевой влагоемкости почв и температуры 25-27 °C, экспозиция 14 сут) [7, 47, 52, 133, 147 и др.]), впервые предложенные С. П. Кравковым [48] для определения нитрифицирующей способности минеральных почв. В метод оценки азотминерализующей способности торфяных почв в нашей модификации было включено определение потенциальной нитрифицирующей, аммонифицирующей и азотминерализующей (АМС - сумма N-NO₃+N-NH₄) способности почв при длительности экспозиции 45 сут, с анализом хода процесса аммонификации и нитрификации через 15, 30 и 45 сут. Содержание нитратного и аммонийного азота в почве определяли по разработанным автором методам [94, 108]. Результаты наших исследований опубликованы в работах [40, 96, 114].

Исследуя потенциал азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции, отмечено (табл. 4.1, рис. 4.1), что торфяная неосушенная почва после помещения в благоприятные для минерализации органического вещества условия имеет более высокую по сравнению с агроторфяной интенсивность нитрификации и особенно аммонификации и в целом азотми-нерализующую способность в течение всего периода инкубации. Максимального уровня азотминерализующая способность этой почвы достигает на 30-е сутки инкубации (515 мг/кг почвы), что существенно больше, чем в агроторфяной почве (274-292 мг/кг почвы). Объяснить это можно тем, что в агроторфяной почве легкогидролизуемые органические соединения торфа уже были ранее в значительной степени минерализованы или менее прочно связаны по сравнению с органическими соединениями азота почвы торфяной неосушенной, о чем свидетельствуют данные содержания нитратной формы азота в исходной почве и при 15-суточной инкубации.

Приведенные в табл. 4.1 и на рис. 4.1 результаты исследований показывают, что торфяная почва за 50-летний период после осушения и сельскохозяйственного использования в ряде случаев трансформировалась в антропогенно-преобразованные разных стадий эволюции, различающиеся по содержанию ОВ и минеральных соединений азота почвы (исходное состояние). Наиболее высокие значения этих показателей характерны для почв торфяных (140-226 мг/кг почвы), ниже - для торфяно-минеральных (97 мг/кг) и минеральных остаточноторфяных (44-64 мг/кг) и особенно низкие - для минеральных постторфяных почв (32 мг/кг).

В осушенной агроторфяной почве интенсивность процесса нитрификации преобладает над аммонификацией, в связи с чем аммонийная форма азота более интенсивно переходит в нитратную и мало накапливается в почве. В целом по всем почвам наиболее активно процессы минерализации ОВ активизируются через 15 сут компостирования, достигая максимума на 45-е сутки. Однако

Таблица 4.1. Динамика трансформации азота органических соединений торфяных почв разных стадии эволюции, мг/кг почвы

в торфяной неосушенной почве к этому времени компостирования уже отмечается усиление обратного процесса - синтеза органических соединений азота над их минерализацией, о чем свидетельствует снижение содержания в почве минерального азота. Наибольшей потенциальной азотмииерализующей способностью (АМС) обладают торфяно-болотные почвы - 424 мг N_MHH на 1 кг почвы, несколько ниже почвы агроторфяные - 322-338 и торфяно-минеральные - 312, еще ниже минеральные остаточно-торфяные - 141-270 и особенно низкий минеральные постторфяные - 118 мг/кг почвы. Если потенциал азотминерализу-ющей способности торфяной неосушенной почвы принять за 100 %, то другие почвы по отношению к ней составляют 76-80, 74, 33-64 и 28 % соответственно. В то же время если азотминерализующую способность агроторфяной почвы (ОВ - 82,5 %) принять за 100 %, то этот показатель в почвах торфяно-минеральных снизится несущественно, а в минеральных остаточно-торфяных — на 16-56 %.

Из приведенных выше данных видно, что в почвах с содержанием ОВ около 40 % и выше наиболее интенсивно процесс минерализации органического вещества происходит в первые 15 сут, постепенно возрастает и достигает максимума иа 45-е сутки. Очевидно, торфяно-минеральные почвы с содержанием ОВ около 40 % и более по особенностям азотмииерализующей способности генетически более идентичны с торфяными. По характеру динамика процесса азотмииерализующей способности в почвах с содержанием ОВ менее 20 % отличается от предыдущих почв: в них нитрифицирующая и аммонифицирующая способность в первые 15 сут проявляется слабо, постепенно возрастая

350

Нитрифицирующая способность

Сут

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Азотминерализующая способность

Экспозиция, сут

• —и» ОВ-82,5% —о—67,20 % -z>-39,80 %
• ---19,80% ^—15,10% — 10,80%

Рис. 4.1. Трансформация азота органических соединений агроторфяных почв разных стадий эволюции

к 30-м и особенно 45-м суткам. Почвы с содержанием ОВ около 20 % в этом процессе занимают промежуточное положение.

В целом по исследуемым агроторфяным почвам содержание азота в них в аммонийной форме низкое. Это указывает на то, что при благоприятных условиях минерализации органического вещества в этих почвах минеральный азот накапливается преимущественно в нитратной форме. Поэтому для характеристики биологической активности торфяных почв важно знать суммарную потенциальную азотминерализующую способность (АМС).

Научный и практический интерес представляют результаты оценки закономерностей влияния содержания ОВ в агроторфяных почвах на их азотминерализующую способность. Корреляционно-регрессионный анализ зависимости нитрифицирующей и азотминерализующей способностей от содержания в почвах ОВ показывает, что между этими показателями имеет место тесная связь (R² = 0,88-0,89), описываемая соответствующими уравнениями регрессии:

у_{ = -0,035.x² + 6,21.x + 87,33; R² = 0,88;

у₂= -0,0317.x² + 5,97л- + 108,56; R² = 0,89;

где У] - нитрифицирующая способность; у₂ - потенциальная азотминерализу-ющая способность; х - содержания ОВ, %.

На основании полученных результатов были разработаны модели прогноза изменений и диагностические признаки азотминерализующей способности антропогенно-преобразованных почв разных стадий эволюции (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Диагностические признаки биологической активности торфяных почв разных стадий эволюции (слой 0-20 см)

Таким образом, установлено, что осушение и сельскохозяйственное использование торфяных почв оказывает большое влияние на их биологическую активность, одним из показателей которой является нитрифицирующая и азот-минерализующая способность почвы. Торфяные почвы после их осушения имеют большой потенциал биологической активности (АМС - 300-400 N_MHH мг/кг почвы). При длительном сельскохозяйственном использовании снижается биологическая активность, потенциал азотминерализующейся способности (до 118-141 N_MHII мг/кг) и плодородие агроторфяных почв. Между содержанием в почвах ОВ, нитрифицирующей и азотминерализующей способностью торфяных почв разных стадий эволюции установлены тесные связи, описываемые соответствующими уравнениями регрессии. Для оценки азотминерализующей способности антропогенно-преобразованных торфяных почв разных стадий эволюции срок компостирования почвы 15 сут недостаточен, требуется не менее 30 сут.