Effect of perennial grasses and fallow on the structural composition and mobilization of mineral nitrogen of chernozem s.pdf Введение Исследования почвенной структуры всегда были и остаются одним из приоритетных направлений в почвоведении и земледелии. За последние десятилетия получена значительная информация в различных аспектах исследования агрофизических свойств почв. Большое внимание уделяется роли полевых культур в переорганизации почвенной массы и их влиянию на пищевой режим (эффект последействия). В земледелии этот вопрос приобретает особую актуальность в связи с тем, что сельскохозяйственные растения, а также паровое поле являются предшественниками друг для друга в структуре севооборота. В условиях Красноярской лесостепи достаточно полно изучены вопросы влияния разных культур и пара на структурный состав [1-3] и азотный режим [4-7] почв. Однако такие факторы почвообразования, как время и климат, вносят существенные коррективы в почвенную систему. Поэтому информация, полученная ранее, нуждается в дополнении. Tomsk State University Journal of Biology. 2014. № 1 (25). Р. 7-25 Также необходимо оценивать роль относительно новых культур, появляющихся в структуре растениеводства края. К таким растениям относится га-лега восточная. Сведений о ее кормовых достоинствах и продуктивности достаточно, а информации о влиянии на свойства почвы не хватает. Цель работы - исследовать влияние многолетних бобовых трав и чистого пара на структурный состав и содержание подвижных форм азота в черноземной пятнистости Красноярской лесостепи. Материалы и методики исследования Исследования проводились на многолетнем полевом стационаре УНПК «Борский», расположенного на территории Сухобузимского района в пределах Чулымо-Енисейского денудационного плато юго-западной окраины Средней Сибири. Его географическое положение определяется координатами 93° в.д. и 56°30' с.ш. Объектом исследования послужили агроценозы двух видов многолетних бобовых трав: люцерны гибридной (Medicago hybridum L.) сорта Вега - 5-го и 6-го года использования, галеги восточной (Galega orientalis L.) сорта Горноалтайская-87 - 10-11-го годов использования и парового стерневого поля (стерня яровой пшеницы). Закладка опыта и ботаническое описание исследуемых культур были проведены канд. с.-х. наук, доц. Красноярского государственного аграрного университета А.Т. Аветисяном. Площадь делянки - 250 м2, повторность в опыте 9-кратная. В годы наблюдений распределение тепла и влаги было неодинаковым. За теплый период 2011 г. выпало 274 мм осадков. Среднесуточная температура составила 14,3°С. Достаточно засушливым оказался вегетационный сезон 2012 г. Количество осадков было на 65 мм меньше среднемноголет-ней нормы. Необходимо отметить неравномерное распределение осадков на протяжении периода май - сентябрь. В мае - июне, а также сентябре количество осадков не соответствовало средней многолетней норме. В мае осадков выпало меньше на 10,7 мм; в июне и сентябре - на 9,8 и 5,5 мм соответственно. Максимальное количество осадков выпало лишь в августе - 68 мм. Это определило характер увлажнения исследуемой почвы в вариантах опыта. Почвенный покров представлен черноземом выщелоченным высокогумусным среднемощным тяжелосуглинистым иловато-пыле-ватым, сформированным на коричнево-бурых тяжелых суглинках. Основные физико-химические и химические показатели объекта исследования отражены в табл. 1. Химические и физико-химические показатели получены по общепринятым прописям современных методов [8]. Структурный состав почвы изучали по методу Н.И. Саввинова. Отбор почвенных проб проводили из слоя 0-20 см. Далее почвенный образец фракционировали через набор сит (100,25 мм) в полевых условиях при естественной влажности. Т а б л и ц а 1 Химические и физико-химические свойства чернозема выщелоченного в годы наблюдений Вариант, слой 0-20 см Гумус, % рНн2О S H r ЕКО V, % Содержание фракций, %; размер частиц, мм ммоль (+) /100 г < 0,01 < 0,001 Галега 10,1 6,9 55,2 1,2 56,4 97,8 57,3 24,4 Люцерна 8,6 6,8 55,4 1,1 56,5 98,1 56,9 23,8 Чистый пар 7,7 7,7 61,9 - 61,9 100 54,9 21,8 Влажность определяли термостатно-весовым методом. Сроки отбора почвенных образцов приурочены к фазам развития многолетних растений: ветвление - цветение - отава трав. Гранулометрический и микроагрегатный состав почвы был определен методом пипетки по Н.А. Качинскому. Содержание нитратного азота (N-NO3) определяли по Грандваль - Ляжу в модификации [9] с дисульфофеноловой кислотой, аммонийного азота (N-NH4) - колориметрически с реактивом Несслера, щелочногидролизуемого азота (N^) по Корнфилду. Статистический анализ данных проводился с использованием пакета программ MS Excel и StatSoft STATISTICA 6.0. Результаты исследования и обсуждение Известно, что структурность почв тесно связана не только с содержанием в них органического вещества, но и с гранулометрическим составом. Особенности распределения элементарных частиц определяют механизмы агрегирования, образования разных по морфологическим и физико-химическим свойствам агрегатов [10]. Организующим компонентом агрегатов являются минералы илистых и коллоидных размерностей. В свою очередь влажность служит основным фактором, определяющим силу коагуляционных контактов и прочность агрегатов. Одним из главных факторов формирования агрегатов является гранулометрический состав почвы. Рассматриваемый показатель в почве под посевами галеги восточной, люцерны и чистого пара характеризуется как тяжелосуглинистый иловато-пылеватый. Наибольшее содержание илистой фракции в гумусово-аккумулятивном горизонте сосредоточивается под га-легой восточной - 24,4%, минимальное - в почве под паром - 21,8%. Доля фракции песка колеблется от 3,8% под люцерной до 6,4% под галегой. Остальная твердая фаза почвы приходится на пыль - 69,1-72,4% (рис. 1). Микроагрегатный состав, характеризуя качественно новый структурный уровень организации твердой фазы почв, в значительной степени предопределяет характер макроструктуры (см. рис. 1). Устойчивость агрегирующих связей микроструктуры по отношению к воде довольно высокая в почве всех рассматриваемых вариантов. Содержание ила незначительное и указывает на его участие в формировании микроагрегатов. 2 0% 20% 40% 60% 80% 100% Галега 0% 2 20% 40% 60% 80% 100% Люцерна 100% 0% 20% 40% 60% 80% □ кр. и ср. песок □ мелк. песок □ ср. пыль Пмелк. пыль □ кр. пыль □ ил Чистый пар Рис. 1. Гранулометрический и микроагрегатный состав чернозема выщелоченного,%: 1 - гранулометрический состав; 2 -микроагрегатныйсостав Коэффициент дисперсности на вариантах опыта незначительно изменяется: для почвы парового поля и люцерны он составляет 5,5%, а под гале-гой восточной - 6,1%, что соответствует высокой микрооструктуренности. В составе почвенной массы преобладают водопрочные агрегаты размером крупнее 0,05 мм. Следовательно, и степень агрегированности (по Бэйверу) отражает высокие значения для парового поля и люцерны (84,3 и 87,4% соответственно), а для галеги (79,2%) входит в интервал «хорошая». Данные диаграммы в области песчаных частиц свидетельствуют о преобладании микроагрегатов над гранулометрическими частицами, которые образовались в результате агрегирования из более мелких гранулометрических фракций. Воздействие на почву многолетних трав и почвообрабатывающих орудий изменяет характер динамики почвенной структуры. Механическая обработка почвы может быть фактором разрушения и восстановления структуры - в зависимости от условий влажности, при которой она проводится. Материалы табл. 2 отражают сезонные изменения структурного состояния в вариантах опыта в течение вегетационных сезонов 2011-2012 гг. В пахотном 0-20 см слое почвы парового поля количество фракций размером 10-0,25 мм незначительно изменялось в период июнь - сентябрь и соответствовало «хорошему» состоянию по [11]. Процессы увлажнения и высыхания происходят в почве непрерывно. Особенно значительные колебания в степени влажности проявляются в самом верхнем слое почвы. Они обусловливают наибольшие объемные изменения, ведущие к образованию крупных структурных отдельностей. Т а б л и ц а 2 динамика структурного состава чернозема выщелоченного, % Варианты Фракции, мм АЦФ, 100,25 К стр >10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,50,25 10 Июнь 2011 Галега 13,3 10,8 11,6 17,2 14,1 26,9 1,5 2,8 1,7 84,9 5,7 13,3 Люцерна 15,2 10,4 9,7 14,1 12,8 28,3 1,7 4,7 3,0 81,8 4,5 15,2 Чистый пар 27,4 12,0 9,9 13,3 10,5 20,3 1,9 3,5 0,9 71,5 2,5 27,4 Июль 2011 Галега 14,1 10,5 11,7 17,0 14,1 25,4 1,2 4,3 1,9 84,1 5,3 14,1 Люцерна 18,1 10,9 10,3 14,3 12,1 25,7 1,4 4,7 2,4 79,4 3,8 18,1 Чистый пар 28,9 11,2 10,3 13,6 10,7 19,2 1,5 3,7 0,9 70,2 2,4 28,9 Сентябрь 2011 Галега 10,7 9,8 10,7 19,8 21,0 25,6 1,1 0,9 0,2 88,9 8,2 10,7 Люцерна 14,3 10,3 10,2 15,0 15,3 30,9 1,6 1,9 0,4 85,3 5,8 14,3 Чистый пар 31,7 9,8 8,4 11,2 9,4 24,2 2,1 2,7 0,4 67,8 2,1 31,7 Июнь 2012 Галега 16,9 11,3 14,2 19,2 4,0 17,9 11,1 4,5 1,2 82,2 4,5 16,9 Люцерна 19,5 11,9 12,9 16,3 2,8 16,1 12,2 5,8 2,3 78,1 4,3 19,5 Чистый пар 21,8 10,9 11,2 14,8 3,7 16,2 13,5 5,8 2,0 76,1 3,2 21,8 Июль 2012 Галега 10,7 9,0 11,9 18,0 4,2 19,4 15,3 7,4 3,7 85,3 5,9 10,7 Люцерна 16,6 11,7 12,3 15,2 3,6 16,9 14,3 6,6 2,7 80,7 4,2 16,6 Чистый пар 18,1 8,1 8,1 11,9 3,9 21,6 18,6 7,1 2,4 79,4 3,9 18,1 В среднем за 2 года (n = 45) Галега 13,1 10,2 11,9 18,2 11,4 23,0 6,0 3,9 1,7 85,1 5,7 13,1 Люцерна 16,7 11,0 11,1 15,0 9,3 23,5 6,2 4,7 2,1 81,0 4,3 16,7 Чистый пар 25,5 10,4 9,5 12,9 7,6 20,3 7,5 4,5 1,3 73,0 2,7 25,5 LSD05 3,4 - - 1,1 1,1 - - - p < 0,05 - 3,4 _ Примечание. LSD (least significant difference) - наименьшая существенная разница. Структурный состав почвы слагался крупнокомковатыми (3-10 мм) и мелкозернистыми (2-1 мм) отдельностями. На долю глыбистых педов приходилось 27-31,7%. Поэтому значения коэффициента структурности характеризуют почву парового поля минимальными величинами в сравнении с делянками, занятыми многолетними травами. Формирование агрегатов в июне - июле находилось в средней обратной зависимости от степени увлажнения (r = -0,27-0,35). По-видимому, проведение механических обработок (культивации) в летний период способствовало разрушению поверхностной почвенной корки, повышению аэрируемости и потере некоторого количества влаги почвой на испарение. Как отмечали [14], механическое воздействие на почву определяет изменение упаковки частичек в сторону более совершенной укладки, где влажность способствует снижению трения между частицами. К концу вегетационного сезона (сентябрь) увеличение уровня полевой влажности до 29,3% способствовало снижению доли крупнокомковатых от-дельностей и увеличению глыбистых и мелкозернистых агрегатов. Во второй год наблюдений ход распределения структурных агрегатов верхнего слоя почвы парового участка обнаружил некоторые отличия. Содержание агрегатов ценного размера незначительно изменялось в период июнь - июль и соответствовало «отличному» уровню. В июне среди агрегатов крупнее 0,25 мм на долю комковатых отдельностей приходилось 37%, тогда как на фракцию диаметром 2-1 мм - 16%. Выход агрономически ценных фракций находился в обратной зависимости от уровня полевой влажности. Позднее в структурном составе почвы парового поля существенно снижается формирование отдельностей > 3 мм, но возрастает количество агрегатов величиной 1-0,5 мм, что существенно выше по сравнению с предыдущим годом. Корреляционная зависимость образования почвенных макроагрегатов от влажности ослабевает. Очевидно, основная обработка почвы разрушает связи между и внутри агрегатов, способствуя переупаковке почвенных компонентов. Высокие среднесуточные температуры, отсутствие атмосферного увлажнения способствовали снижению влаги в почве, что повлекло за собой уменьшение размера образующихся агрегатов. Таким образом, устойчивость структурного состояния почвы парового поля реализуется за счет взаимодействия различных специфических почвенных механизмов, и в большей степени за счет способности почвы к переагрегации в результате многократно повторяющихся в природе циклов набухания-усадки при увлажнении и высыхании, промораживании и оттаивании [13]. В результате этих процессов происходит формирование новых почвенных агрегатов и порового пространства. Создание почвенных агрегатов под воздействием сельскохозяйственных растений различно и зависит от развития корневой системы. Проникая в почву, корни дробят ее на отдельности, сдавливают частицы вокруг себя, сближают их, что ведет к образованию почвенных агрегатов различного размера. Рассмотрим поведение почвенных макроструктурных компонентов под влиянием культуры многолетних бобовых растений. Воздействие на почву посевов люцерны 5 г.п (2011 г.) обнаружило значимое превышение агрономически ценных фракций лишь в пахотном слое почвы парового поля. Содержание агрегатов > 0,25 мм незначительно колеблется в течение вегетационного сезона и находится в слабой обратной зависимости от степени увлажнения (г = -0,13). Коэффициент структурности варьировал, достигая максимальных значений в сентябре (см. табл. 2). Среди отдельностей ценного размера господствует зернистая фракция размером 3-1 мм. Корни люцерны принимают активное участие в формировании агрегатов. По мере роста они развивают осевое давление, увеличиваясь в объеме, раздвигают почвенные частицы в тех местах, где распространяются. Одновременно они уплотняют прилегающие к ходу корней участки [14]. К фазе бутонизации люцерны доля глыбистых отдельностей незначительно возрастала, что сопровождалось снижением доли агрегатов ценного размера. Коэффициент структурности в этот период имеет минимальные значения. Значительная густота растений, созданная мощной надземной массой трав, уменьшала расход влаги на испарение с поверхности почвы и способствовала увеличению уровня почвенной влаги под люцерной (от 16,8% в июне до 23,3% в июле). Это обусловливало обратную зависимость формирования почвенных отдельностей (г = -0,37). Последовавшее за фазой цветения скашивание зеленой массы люцерны обнаружило значительное увеличение в структурном составе почвы доли крупнозернистых и зернистых агрегатов. Их содержание существенно превышало таковое в почве под паровым полем. Скашиванием трав в фазу бутонизации достигается удвоенное количество корневой массы [15, 16]. Прижизненное влияние функционирующих корней и ризосферных микроорганизмов способствует разложению органического материала практически в анаэробных условиях. Как свидетельствуют данные [17], обогащение почвы пожнивно-корне-выми остатками люцерны насыщает ее углеродсодержащими соединениями лабильной группы. Поэтому накопление в почве частично метаболизирован-ных органических соединений, обладающих склеивающей способностью и устойчивостью к дальнейшей микробиологической трансформации в условиях анаэробиозиса, определяет условия для агрегатообразования. Структурный состав почвы под агрофитоценозом люцерны шестого года использования соответствует «отличному» уровню. Характер распределения макроагрегатов выявил существенное снижение доли комочков величиной 3-2, 2-1 мм и накопление агрегатов размером 1-0,5, 0,5-0,25 мм. Вероятно, засушливые условия вегетационного сезона, когда количество осадков в самый теплый месяц составило лишь 53 мм, сказались на характере увлажнения почвы под многолетними культурами. Содержание влаги в почве под люцерной в июле опустилось с 20,7 до 14%. Мощная стержневая корневая система люцерны как «арматурный каркас» оказывала расчленяющее действие на почвенную массу, что дополнялось высоким водопотреблением и иссушением и выразилось сменой направления корреляционной зависимости с прямой на обратную (г = -0,4). При чрезмерном подсыхании почвы проявляется наибольшее ее уплотнение за счет разрушения крупных пор и пустот, что сопровождается сближением агрегатов и образованием трещин. Процесс образования почвенных агрегатов под посевами галеги восточной имеет свои особенности. Структурный состав почвы на протяжении вегетационного периода 2011 г. оценивается как «отличный». Когда многолетние растения находились в фазе ветвления, в структурном составе пахотного слоя почвы наибольшая доля приходилась на комочки величиной 2-1 мм. После второго укоса зеленой фитомассы галеги восточной в распределении структурных отдельностей обнаруживается укрупнение агрегатов. Содержание отдельностей диаметром 5-3, 3-2 мм значительно возрастает и количественно превосходит таковое в почве под паром и люцерной. При корневом оструктуривании размеры агрегатов определяются ходами корней [18-20]. Поэтому расстояние корней друг от друга («корневая сетка») обусловливает размеры агрегатов. Наибольшие значения коэффициента структурности (8,2) приурочены к этому сроку. Почва под посевами галеги восточной 11-го года пользования также характеризовалась отличным структурным состоянием. Здесь количество агрегатов ценного размера достигает максимума в июле и напрямую определяется режимом влаги (r = 0,35). В макроагрегатном составе почвы под этой бобовой культурой наблюдается та же тенденция, что и в поле под люцерной. Содержание агрегатов диаметром 3-2, 2-1 мм вдвое сокращается при возрастании доли тонких фракций 1-0,5 и 0,5-0,25 мм. Коэффициент структурности почвы снижается относительно предыдущего года, но превышает его значения для люцерны. Корреляционный анализ выявил зависимость формирования агрегатов ценного размера от уровня полевой влажности (r = 0,4-0,67). Полученные связи отражают проявление действия капиллярных сил, способствующих удержанию частиц между собой. Таким образом, оптимальный размер макро-структурных отдельностей почвы в условиях парования и под многолетними травами изменяется в зависимости от условий увлажнения и при его недостатке приобретает меньшие значения, обусловливая сохранение почвенной влаги. Структурный «портрет» (рис. 2) демонстрирует распределение структурных фракций в слое почвы 0-20 см в среднем за 2 года исследований. Эти данные отражают основное статистическое преимущество каждой фракции, направленность их изменения (см. табл. 2). Фракционный состав почвы парового поля обнаружил преобладание отдельностей размером > 10 мм и 2-1 мм. В почве под люцерной статистическая оценка выявила значимое снижение доли глыбистых отдельностей и значимое преобладание агрегатов диаметром 5-3 мм в сравнении с почвой под паром. В свою очередь структурный состав почвы под галегой восточной отличался существенным доминированием педов величиной 5-3 и 3-2 мм и наименьшим содержанием крупных отдельностей (> 10 мм) в сравнении с агрофитоценозом люцерны и паровым полем (p < 0,05). Благоприятное соотношение между влагой и воздухом обеспечивает увеличение подвижных форм элементов питания. Для каждого типа почв характерен свой режим и особенности трансформации азота. Изучение форм азота и их превращения в почве в результате таких агротехнических приемов, как севооборот, представляет ютгересдля познания путей метаболизма азота в агроценозах. > 10 мм Галтга > 10 мм > 10 мм Члстый пар Рис. 2. Распределение структурныхфракцийчерноземавыщелоченного в среднем за 2011-2012 гг. Этот вопрос особенно актуален для черноземных почв, имеющих значительные запасы азота в биологически инертном состоянии. Использование галеги восточной и люцерны в качестве предшественника, по мнению [21], способствует повышению продуктивности пашни при одновременном сохранении плодородия почвы. С другой стороны, одним из наиболее распространенных предшественников для лесостепной зоны является чистый пар. Все его преимущества как предшественника хорошо известны - накапливается влага, уничтожаются сорные растения, мобилизуются минеральные формы азота. Однако наряду с плюсами обычно выделяют и недостатки. К ним можно отнести повышенную вероятность эрозии, усиление минерализации гумуса, сокращение источников органического вещества в виде растительных остатков, деградацию почвенной структуры. Таким образом, при выборе структуры севооборота перед агрономом обычно стоит задача: чем пожертвовать, а что должно быть в приоритете? Наши исследования направлены на сравнение двух многолетних бобовых трав и чистого пара с точки зрения их азотмобилизующей способности. Легкогидролизуемая фракция азотистых веществ в почве представлена амидами, аминокислотами, аминосахарами и некоторыми другими лабильными азотсодержащими органическими соединениями и является ближайшим резервом для питания растений [22, 23]. В течение 2011 г. под многолетними культурами характер превращения N^ свидетельствует о снижении его количества к середине лета и накоплении в осенний период. Обнаруженный спад в летний период, вероятно, обусловлен переходом этой формы в мобильные минеральные соединения, поглощением их растениями, ослаблением процессов гидролиза органических веществ вследствие слабой протеалитической активности. В целом по всем срокам наблюдений 2011 г. выявлена тенденция роста концентрации N^, под покровом галеги восточной в сравнении с люцерной гибридной и, в большей степени, полем чистого пара (табл. 3). Т а б л и ц а 3 динамика содержания щелочногидролизуемого азота в слое 0-20 см чернозема выщелоченного, мг/кг Сроки наблюдений Варианты Галега Люцерна Чистый пар x s V, % .г s V, % .г s V, % Июнь 2011 244 9,4 11,5 223 9,8 13,1 207 12,9 18,6 Июль 2011 208 7,9 11,4 192 13,1 20,5 179 8,6 14,4 Сентябрь 2011 217 11,6 16,0 194 9,6 14,8 179 8,0 13,4 Июнь 2012 141 5,2 11,0 148 10,1 18,1 209 15,3 22,0 Июль 2012 210 10,6 15,4 207 13,2 19,0 206 9,5 13,8 Примечание. x - средняя арифметическая; sx - ошибка средней; V, % - коэффициент вариации. Тренд увеличения азотсодержащих органических соединений в почве под галегой восточной вызван вовлечением в процесс минерализации поступившего свежего растительного вещества, усилением деятельности корневой системы (образование корневых экссудатов) в результате скашивания. В течение вегетационного сезона 2012 г. в почве под многолетними травами выявлена противоположная тенденция. К середине вегетационного сезона содержание N^ существенно возрастало. По-видимому, повышенные температуры воздуха, наблюдаемые в июне - июле, сдерживали минерализационные процессы, способствуя формированию пула легкогидролизуемых соединений. Это согласуется с полученной зависимостью между содержанием N^ и влажностью почвы (особенно под люцерной - г = 0,84-0,94). Согласно ориентировочной шкале ВИУА [24], содержание N^ под многолетними бобовыми травами соответствовало высокому уровню. В почве стерневого парового поля содержание N^. существенно превышало значения, соответствующие высокой оценке, но уступало многолетним травам в полевой сезон 2011 г. Однако на следующий год эти различия были нивелированы: в июне почва чистого пара существенно превосходила травяные агроценозы по содержанию легкогидролизуемых форм азота. По-видимому, послеуборочное пополнение почвы пожнивно-корневыми остатками однолетнего злака и смена условий увлажнения (г = 0,9) способствовали увеличению доли щелочногидролизуе-мых соединений. Азот является типичным биофильным элементом, и его поведение в почве в первую очередь связано с процессом гумусообразования и биохимической активностью. Являясь подвижным элементом, он быстро реагирует на разнообразные явления в агроценозе, к числу которых можно отнести степень увлажнения, температуру, ритмичность в поглотительно-выделительной деятельности растений, микроорганизмов и др. Это затрудняет выявление общих закономерностей в поведении соединений азота почвы. Процесс аммонификации, выполняемый многочисленными группами почвенных микроорганизмов, может проходить в широком диапазоне экологических условий. Появление аммония связано не только с биохимическими, но и с физико-химическими процессами, а также с гидротермическими условиями. Многочисленными исследованиями установлено, что интенсивность биохимических процессов, определяющих формирование запасов минерального азота в черноземах Красноярской лесостепи, зависит от гидротермических условий. Результаты наших исследований обнаружили отсутствие статистически значимой разницы в количестве обменного аммония в почве под многолетними травами (табл. 4). Обеспеченность аммиачной формой азота, согласно шкале [25], соответствовала низкому уровню. Максимальные количества N-NH4 под посевами трав отмечены в июньские периоды отбора образцов. По мнению [26], крайне низкое содержание аммиачного азота может быть обусловлено высокой нитрификационной способностью почвы и вовлечением аммиачного азота в процессы окисления. Таким образом, ход накопления аммиачного и нитратного азота взаимосвязаны. Это явление отмечено многими исследователями [27, 28]. Оценивая характер изменчивости значений, отметим, что степень варьирования аммиачного азота под галегой была значительнее, чем под люцерной (см. табл. 4). Т а б л и ц а 4 динамика содержания аммонийного азота в слое 0-20 см чернозема выщелоченного, мг/кг Сроки наблюдений Варианты Галега Люцерна Чистый пар x s V, % x s V, % x s V, % Июнь 2011 8,0 0,7 23,4 8,3 0,9 9,1 21,7 2,9 40,5 Июль 2011 4,4 0,7 47,9 7,7 0,9 9,9 4,9 0,4 21,6 Сентябрь 2011 7,8 0,9 33,5 6,4 0,6 7,8 4,3 0,2 15,3 Июнь 2012 8,6 5,1 43,0 7,8 1,0 9,1 4,1 0,5 39,1 Июль 2012 4,4 0,3 38,6 6,9 0,1 14,5 4,1 0,5 33,7 Степень изменчивости содержания восстановительных соединений азота в пределах делянок парового поля превышала 30%. Причем интенсивность накопления обменного аммония в почве под галегой в течение летних месяцев напрямую определялась полевой влажностью (r = 0,64-0,72). К осени эта зависимость ослабевала. Тогда как под люцерной в середине вегетации напряженность процессов аммонификации в средней (r = 0,46), а в сентябре - в сильной (r = -0,94) степени коррелировала с влажностью почвы. Амплитуда колебаний азота обменного аммония в почве парового поля несколько иная, чем под посевами трав. Самое высокое его значение наблюдалось в июне 2011 г. и свидетельствует об активизации процессов минерализации азотсодержащих органических соединений, способствующих накоплению высоких запасов нитратного азота (табл. 5). По абсолютным значениям N-NH4 в почве поле чистого пара, в частности в 2012 г., существенно уступало многолетним культурам, но его параметры находились в пределах одной градации шкалы обеспеченности. Т а б л и ц а 5 динамика содержания нитратного азота в черноземе выщелоченном, мг/кг Сроки наблюдений Варианты Галега Люцерна Чистый пар x s V, % .г s V, % .г s V, % Июнь 2011 15,1 1,6 32,3 10,7 0,8 22,0 16,4 1,5 28,4 Июль 2011 3,3 0,4 37,1 4,7 0,8 49,0 18,9 2,5 40,4 Сентябрь 2011 9,6 0,9 27,2 7,4 0,6 23,9 13,0 1,4 31,5 Июнь 2012 17,7 2,5 42,6 11,1 1,9 46,2 36,1 3,6 29,6 Июль 2012 5,8 1,5 75,5 4,3 1,3 93,7 53,1 4,8 27,0 Динамика нитратного азота в почве в значительной степени обусловлена потреблением его растениями. Сезонные изменения нитратонакопления, зафиксированные в 2011-2012 гг. в почве как под люцерной, так и под галегой, были идентичны. Максимум его содержания приходится на начало лета. Позднее его количество заметно сокращалось, что обусловлено расходованием на биологическое поглощение. К сентябрю обнаруживалось значимое увеличение содержания окисленной формы азота. Этот вывод находит подтверждение в наших наблюдениях тем свидетельством, что в почве парового поля обнаруживается значимо большее содержание нитратного азота, чем в почве под многолетними травами. На наш взгляд, выявленные флуктуации связаны с биологическими особенностями изучаемых трав и характером связи с влажностью почвы. Темп и характер накопления нитратного азота в почве под посевами галеги в большей степени определялся запасами влаги (r = -0,63 в июне и r = 0,72 в сентябре), нежели в почве под люцерной (r = -0,27 в июне и r = -0,44 в сентябре). Аналогичная тенденция обозначилась и в летние месяцы 2012 г. В почве парового поля создаются более благоприятные условия для процесса нитрификации. Во все периоды наблюдений выявлено статистически значимое увеличение N-N03 в сравнении с многолетними бобовыми травами. Причем в летний период 2012 г. содержание окисленных соединений азота существенно превышало «высокий» уровень обеспеченности предшествующего вегетационного сезона 2011 г. Это вызвано влиянием сложившихся гидротермических условий анализируемого периода на течение биохимических процессов в почве. Обозначенные условия практически полностью отражали ситуацию, сложившуюся в почве пара во второй год исследований. В сравнении с другими формами азота, степень варьирования показателей N-N03 на делянках была на очень высоком уровне, что не позволило рассчитать парные линейные коэффициенты корреляции. Б □ 17% □ 30% 39% □ 14% В 2% □ 18% □ 43% А □ 61% 29% □ 8% г □ 14% ] культуры □ сроки □ культуры*сроки □ остаток Рис. 3. Влияние исследуемых факторов на структурный состав (А), содержание нитратного (Б), аммонийного (В) и щелочногидролизуемого (Г) азота чернозема выщелоченного, культуры - сельскохозяйственные растения изучаемые в опыте, сроки - фактор, указывающий уровень воздействия динамики наблюдений на параметры опыта, остаток - не исследуемые в опыте факторы (шум) Двухфакторный дисперсионный анализ (ПСВ - показатель силы влияния, %) позволил выявить зависимость содержания структурных отдельно-стей и подвижных соединений азота от ряда изучаемых факторов (рис. 3). Данные диаграммы иллюстрируют довольно значимый вклад в изменчивость структурного состава фактора «остаток» - не изучаемых в опыте переменных. На наш взгляд, столь существенное воздействие на формирование отдельностей оказал гранулометрический состав почвы: преобладание в его составе крупнопылеватой фракции, несвоевременность обработки парового поля, которая, по мнению [29], даже при незначительном изменении от влажности физической спелости приводит к образованию глыб. Второе место по значимости влияния на структуру приходится на воздействие растений. Возможно, это объясняется особенностями развития корневой системы галеги восточной, которая в отличие от люцерны располагается неглубоко, у поверхности почвы. Основную массу корней галега формирует из корневых отпрысков на глубине до 10 см [30]. Степень влияния факторов на мобилизацию щелочногидролизуемых соединений азота располагается в следующей убывающей последовательности: взаимодействие (культуры*сроки) > сроки > культуры. Таким образом, разложение органического вещества, с которым связана мобилизация минерального азота, в большой степени зависит от колебаний гидротермических условий и характера трансформации легкоминерализуемых органических соединений, накапливаемых предшествующей культурой. Существенное влияние на характер превращений обменного аммония оказывал фактор «сроки», по-видимому, отразивший колеблемость условий увлажнения и температуры вегетационных сезонов. Интенсивность образования окисленных соединений азота определялась агротехническими и биоклиматическими факторами, что подтверждается данными статистики (см. рис. 3). Заключение Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы о влиянии многолетних трав и пара на структурный состав и мобилизацию форм азота чернозема Красноярской лесостепи. 1. Коэффициент структурности указывает на «отличный» под многолетними травами и «хороший» в паровом поле уровень структурного состава. Структурный состав почвы под галегой восточной отличался существенным доминированием педов величиной 5-3 и 3-2 мм и наименьшим содержанием крупных отдельностей (> 10 мм) в сравнении с агрофитоценозом люцерны и паровым полем. По-видимому, факторами, обусловившими наименьший выход агрегатов ценного размера в почве парового поля, являются меньшее содержание гумуса, относительно высокое содержание крупной пыли и отсутствие корневых систем растений. 2. По содержанию щелочногидролизуемого азота галега восточная имеет преимущество перед люцерной в вегетационный сезон с оптимальным увлажнением. Почва пара уступала травяным агроэкосистемам, однако стерневой фон обусловливал повышение N^ до уровня многолетних трав в засушливых условиях второго вегетационного сезона (2012 г). 3. Содержание аммонийного азота в агроценозе многолетних трав и пара находилось в пределах одной градации и соответствовало низкому классу обеспеченности. 4. Динамика содержания нитратного азота обнаружила преимущества парового поля перед травами, а галеги восточной - перед люцерной.

Скачать электронную версию публикации