Влияние гидротермических условий на процессы аммонификации и нитрификации в торфяных почвах
Как отмечалось выше, интенсивность процессов минерализации ОВ, а следовательно, и размеры накопления минеральных соединений азота в почве находятся в зависимости от ряда условий внешней среды: количества в почве ОВ, температуры, влажности и др. Выше были изложены результаты исследований по установлению закономерностей потенциальной азотминерализующей способности торфяных почв разных степени антропогенной трансформации при оптимальных для микробиологической деятельности гидротермических условиях. Однако в почве в естественных условиях такое сочетание температуры и влажности бывает редко. Поэтому важно установить параметры азотминера-лизующей способности торфяных почв разных стадий эволюции при различных гидротермических условиях (недостатка, оптимума или избытка влажности, оптимальной или низкой для процесса нитрификации температуры и др.), которые могут складываться в течение периода вегетации растений. Такие данные имеют научное и непосредственное практическое значение для корректировки доз азотных удобрений, особенно при проведении подкормок сельскохозяйственных культур, возделываемых на этих почвах.
Вопросу влияния гидротермических условий на процесс превращения азотсодержащих органических соединений торфяной почвы достаточно большое внимание уделялось в исследованиях Ф. П. Вавуло [17], Т. Г. Зименко [32], М. М. Кононовой [46], А. С. Мееровского [62, 63 и др.], Е. Н. Мишустина [73], И. В. Тюрина [140] и др. Однако все эти исследования проведены в основном на торфяных почвах с коротким периодом использования в культуре. Интенсивность же трансформации органических соединений азота агроторфяных почв, используемых в производстве более 50 лет, и почв разных стадий эволюции (торфяно-минеральные, минеральные остаточно-торфяные и минеральные постторфяные) в зависимости от состояния температуры и их увлажнения, ранее не изучалась.
Для проведения исследований были подобраны три разновидности агроторфяных почв с различным содержанием ОВ: агроторфяная - 82,5 %; дегро-торфяно-минеральная - 39,8 % и минеральная остаточно-торфяная - 10,8 % с одного поля ПОСМЗиЛ. Изучали влияние уровня влажности почвы - 30, 60 и 90 % от ПИВ и температуры 5-7 и 25-27 °C на аммонифицирующую и нитрифицирующую способность агроторфяных почв разной степени трансформации при длительности экспозиции 15, 30 и 45 сут. Содержание нитратного и аммонийного азота в почве определяли по разработанным Н. Н. Семененко методам [108].
Приведенные на рис. 4.2 результаты исследований показывают, что в агроторфяной почве после помещения ее в благоприятные для минерализации ОВ гидротермические условия (влажность 60 %, температура 25-27 °C) интенсивность процесса нитрификации преобладает над аммонификацией в течение всего периода экспозиции, в связи с чем аммонийная форма азота интенсивно переходит в нитратную и мало накапливается в почве. Азотминерализующая способность (АМС) уже на 15-е сутки компостирования составляет 259 мг/кг почвы, а максимум - 322 мг/кг почвы - достигает на 45-е сутки.
При влажности 30 % (ниже оптимальной) и температуре 25-27 °C в агроторфяной почве азот накапливается преимущественно в аммонийной форме первые 15 сут и составляет 307 мг/кг почвы, затем процесс аммонификации замедляется и аммонийный азот активно переходит в нитратную форму. АМС
—? -w-60 %;T—25—27 'С - » • W-30 %;Т-25-27 'С
й W-90 %;Т—25—27 ’С —X - W-60 %;Т-5-7 "С
Рис. 4.2. Влияние температуры и влажности на динамику процесса нитрификации и аммонификации в агроторфяной почве
почвы достигает максимума на ЗО-е сутки, затем начинается биологическая иммобилизация минерального азота и снижение содержания его в почве. В целом следует отметить, что процесс минерализации органических соединений азота при влажности 30 % и оптимальной температуре почвы в первые 30 сут протекает достаточно активно, затем замедляется.
При избыточном увлажнении почвы (90 %) процесс аммонификации протекает в почве достаточно активно и на 30-е сутки компостирования накапливается 242 мг/кг почвы азота в аммонийной форме. Затем, как и в случае недостатка влаги, начинается биологическая иммобилизация минерального азота и снижение содержания его в почве. Процесс нитрификации при избыточной влажности подавляется сильнее, чем при ее недостатке. В целом же избыточная влажность почвы подавляет как процесс аммонификации, так и нитрификации.
При низкой температуре (5-7 °C) процесс аммонификации и нитрификации подавлен. В почве на 45-е сутки компостирования накапливается только 163 мг/кг азота в аммонийной и 24 мг/кг почвы в нитратной форме. При температуре 5-7 °C в течение 45 сут наблюдения отмечается подавление как процесса аммонификации, так и нитрификации.
Сопоставление данных по аммонифицирующей и нитрифицирующей способности дегроторфяно-минеральной почвы (рис. 4.3) показывает, что при благоприятных условиях влажности и температуры в первые две-три недели компостирования так же, как и агроторфяной почве, интенсивность процессов нитрификации значительно опережает интенсивность аммонификации. Содержание нитратного азота за период 1-45 сут увеличивается от 82 до 295 мг/кг почвы. В связи с этим содержание аммонийной формы азота в почве на 15-й день компостирования минимальное. Только на 45-й день опыта содержание аммонийного азота в почве начинает незначительно повышаться. При влажности 30 % и температуре 25-27 °C наблюдается накопление в первые 15 сут аммонийной формы азота, которая в период 15-30 сут интенсивно переходит в нитратную форму и затем уже накапливается в этой форме. При влажности 90 % аммонийный азот также накапливается в почве в первые две недели компостирования и далее переходит в нитратную форму, но процесс аммонификации выражен слабее, чем при влажности 30 %. При влажности 60 % и температуре 5-7 °C в почве в основном накапливается азот аммонийной формы. В целом недостаток или избыток влаги, низкая температура подавляют процесс нитрификации. Процесс минерализации ОВ протекает плавно: в первые 15 сут немного увеличивается за счет деятельности микробов-аммонификаторов, а затем замедляется. Таким образом, как и в агроторфяных, наиболее вы-
- —? - W—60 %;Т-25-27 ’С
- * W-90 %; Т-25-27 ‘С
- - » ? W-30 %; Т-25—27*С
- —и - W-60 %; Т-5—7*С
Рис. 4.3. Влияние температуры и влажности на динамику процесса нитрификации и аммонификации в дегроторфяно-минеральной почве сокий уровень общей азотминерализующей способности в торфяно-минеральной почве наблюдается при оптимальном уровне гидротермических условий - 312, ниже при недостатке влаги (30 %) - 207 и при низких температурах (5-7 °C) - 165 и еще ниже при избытке влаги (90 %) - 135 мг/кг почвы.
В минеральной остаточно-торфяной почве (рис. 4.4) процесс нитрификации проходит, как и в предыдущих почвах, интенсивно при оптимальных условиях температуры и влажности, в связи с чем аммонийная форма азота переходит в нитратную и незначительно накапливается в почве.
На 45-й день опыта содержание нитратного азота в почве достигло 121 мг/кг почвы. Нитрифицирующие бактерии отрицательно реагируют на снижение влажности почвы ниже оптимального уровня (30 %). Поэтому азот в первые 15 сут в основном накапливается в аммонийной форме, а затем постепенно переходит в нитратную. При избыточном содержании в почве влаги (на уровне 90 % от ППВ) накопление нитратного азота снижается в течение всего периода наблюдений и на 45-е сутки составляет лишь 23 мг/кг почвы.
При низкой температуре 5-7 °C процесс аммонификации и нитрификации подавлен. В почве на 45-е сутки компостирования накапливается только 17 мг/кг азота в аммонийной и 27 мг/кг почвы в нитратной формы. Наиболее
й W-90%; Т—25-27’С —К - W - 60 %; Т- 5-7 ’С
Рис. 4.4. Влияние температуры и влажности на динамику процесса нитрификации и аммонификации в минеральной остаточно-торфяной почве высокая АМС наблюдается при оптимальном уровне гидротермических условий -140, при недостатке влаги (30 %) - 92, ниже при низких температурах (5-7 °C) -44 и еще ниже при избытке влаги (90 %) - 32 мг/кг почвы.
Таким образом, исследуя потенциал азотминерализующей способности торфяных почв разных стадий эволюции отмечаем, что в агроторфяной, дегро-торфяно-минеральной и минеральной остаточно-торфяной почве в благоприятных для минерализации ОВ гидротермических условиях (влажность 60 % и температура 25-27 °C) интенсивность процесса нитрификации преобладает над аммонификацией, в связи с чем аммонийная форма азота более интенсивно переходит в нитратную и незначительно накапливается в почве. Аналогичные закономерности процессов аммонификации и нитрификации характерны и для других исследуемых почв. В целом в агроторфяной, дегроторфяно-ми-неральной и минеральной остаточно-торфяной почве наиболее активно процессы минерализации ОВ активизируются через 15 сут компостирования, достигая максимума на 30-45-е сут, при этом АМС по почвам составляет 322, 312, 140 мг/кг почвы соответственно.
При компостировании почв в условиях, которые отклоняются от оптимальных по влажности и температуре, процесс аммонификации находится на высоком уровне, а нитрификации в большей или меньшей степени подавляется, снижается интенсивность и величина минерализации органических соединений азота. Сам процесс прохождения минерализации ОВ по трем исследуемым почвам при разных гидротермических условиях аналогичен, но различается по количественному составу. Так, в агроторфяных почвах в течение месяца наиболее высокий уровень азотминерализующей способности установлен при температуре 25-27 °C и влажности почвы 30-60 % ППВ, ниже при избыточном увлажнении почвы (90 % ППВ) и снижении температуры почвы до 5-7 °C . В дегроторфяно-минералыюй почве по степени влияния на азот-минерализующую способность гдротермические условия расположились в следующем порядке: при температуре 25-27 °C и влажности почвы - 60, 30, 90 % от ППВ и 5-7 °C. В минеральной остаточно-торфяной почве близкий уровень азотминерализующей способности установлен при влажности 30 и 60 %, а также избыточной влажности и низкой температуре.
Из представленных результатов исследований видно, что влажность и температура почвы оказывают значительное влияние на характер трансформации азота органических и минеральных соединений самой почвы и участие их в питании растений. Поэтому система применения азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры, особенно при проведении подкормок, должна быть адаптивной к изменяющимся погодным условиям вегетационного периода и учитывать возможный режим поглощения азота растениями из почв. Это позволит более рационально и экологически безопасно использовать азотные удобрения на торфяных почвах различных стадий эволюции.
