<<
>>

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ УРОЖАЕМ И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЕ В ПОЧВЕ [38]

Применение азотных удобрений в ряде районов нашей страны часто является решающим фактором в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Урожайность таких культур, как хлопчатник, сахарная свекла, чай и другие технические культуры, в результате снабжения их минеральными, в том числе и азотными, удобрениями в последние годы резко возросла.

Достаточно сказать, что еще в начале тридцатых годов, когда минеральные удобрения у нас почтц не применялись, урожай хлопка-сырца в Средней Азии не превышал 7—8 ц/га. В настоящее же время урожай хлотка-сырца составляет в среднем около 23 ц/га, а во многих колхозах и совхозах он достигает 35—40 ц/га.

Получение высоких урожаев хлопка в условиях орошаемых районов Средней Азии в основном обязано интенсивному использованию азотных удобрений. В соответствии с данными многочисленных опытов, проведенных в Средней Азии, можно считать, что каждый , килограмм внесенного под хлопчатник азота окупается в зависимости от состояния агротехники 10— 15 кг хлопка-сырца.

В Черноземной лесостепной зоне, где расположены основные массивы сахарной свеклы, внесение средних доз азотных удобрений (60—80 кг/га) повышает урожай сахарной свеклы на 50—70 ц/га, а внесение даже небольших доз азота — 30 кг/га под зерновые повышает их урожай на 4—5 ц.

Но особенно высокой потребностью' в азоте характеризуются районы нечерноземной зоны, занимающей в пределах европейской части Союза огромную территорию, включающую около 40 млн. га посевов различных сельскохозяйственных культур. Наличие достаточного количества влаги в этой зоне создает весьма благоприятные условия для эффективного использования азотных удобрений. Прибавки урожая от внесения азотных удобрений выражаются здесь весьма высокими величинами для всех сельскохозяйственных культур — льна, картофеля, овощей, зерновых и кормовых. Применение возрастающих доз азотных удобрений в этой зоне неизменно сопровождается одновременным возрастанием урожайности.

Это хорошо видно из следующих данных 'многолетних опытов, заложенных С. В. Щерба на подзолистой суглинистой почве Долгопрудной агрохимической опытной станции НИУИФ (табл. 1).

Доза азота (кг/га) на фоне РК

Урожай яровой пшеницы, ц/га

без навоза

по навозу

Без азота

11,4

16,1

30

19,4

25,3

45

26,5

30,9

60

28,6

34,4

75

36,0

37,6

Весьма резко выражена потребность в азоте и в субтропических районах Закавказья, где урожай таких культур, как чай, цитрусовые и другие, полностью зависит от размеров снабжения их азотными удобрениями. И только в степных районах нашей страны, где сами почвы богаче азотом и где влага часто в минимуме, (применение азотных удобрений обычно не сопровождается достаточно значительными эффектами. Получение хороших урожаев в этих районах достигается прежде всего мероприятиями по накоплению и сохранению влаги в почве, а из отдельных удобрений главная роль здесь должна быть отведена фосфатам, в особенности таким приемам их рационального применения, как внесение небольших доз гранулированного суперфосфата в рядки. Конечно, и здесь могут иметь место случаи эффективного использования азотных удобрений, но это существенно не меняет общего положения.

Таким образом, за исключением сухих степных районов во всех остальных зонах Советского Союза, т. е. на большей части его территории, применение азотных удобрений дает резкое повышение урожайности. Развитие азотной промышленности в нашей стране позволило уже в настоящее время практически полностью обеспечить потребность в азотных удобрениях хлопчатника, сахарной свеклы и других технических культур, возделываемых на огромных площадях, и приступить к снабжению азотными удобрениями продовольственных и кормовых культур в районах с наиболее высокой потребностью в азоте.

Но основные зерновые культуры в настоящее время получают мало азотных удобрений, поэтому средний урожай зерновых у нас ниже, чем в тех странах Европы, где азотные удобрения в значительных количествах применяются и под зерновые культуры.

Точные опыты, проведенные различными исследовательскими институтами и сельскохозяйственными опытными станциями, так же как и практика ряда колхозов и совхозов, показывают, что при использовании обычно принятых в практике доз минеральных удобрений, в том числе и азотных, под зерновые культуры средние урожаи их (пшеницы, ржи, овса) за ряд лет в нечерноземной зоне и во влажной части черноземной

зоны составляют около 25—30 ц зерна, т. е. не ниже, чем в других европейских странах, широко применяющих минеральные удобрения под зерновые культуры.

Огромная роль азотных удобрений в повышении -урожайности и в конечном счете в повышении продуктивности земледелия обусловливает необходимость дальнейшего расширения их производства в СССР. По произведенным расчетам, для обеспечения основных сельскохозяйственных культур нашей страны азотными удобрениями потребуется примерно 6,0 млн. т азота.

Однако в этих расчетах в качестве исходных величин принимались умеренные нормы внесения минеральных удобрений на единицу площади для большинства сельскохозяйственных культур и прежде всего для зерновых культур, а также сравнительно ограниченное использование азотных удобрений для естественных лугов и пастбищ. Но в последнее время в мировой практике применения удобрений под зерновые культуры и на луго'паетбищных угодьях происходят значительные изменения. Если до недавнего времени считалось нецелесообразным применение высоких доз азота под зерновые культуры из-за связанного с этим полегания зерновых, то теперь во многих западноевропейских странах созданы новые неполегающие высокопродуктивные сорта зерновых, которые при внесении около 150 кг азота на гектар дают урожай зерна 60—70 ц и больше.

В нашей стране также имеется такой высокопродуктивный сорт озимой пшеницы, как Безостая 1, которая не полегает и при использовании высоких доз азота дает урожай зерна 50— 70 ц/га. Для создания такого урожая даже на весьма богатом кубанском черноземе необходимо вносить азотные удобрения.

Можно надеяться, что недалеко то время, когда наши генетики и селекционеры создадут и для этих районов высокопродуктивные; неполегающие сорта озимой пшеницы и других зерновых. А это значит, что только на площади в 50 млн. га, занятой под посевами зерновых во влажных густонаселенных районах, при использовании достаточных количеств азота ежегодный сбор зерна составит около 15—18 млрд. пудов, что с избытком покроет потребность в зерне нашей страны.

В ряде стран Западной Европы уже теперь применяют высокие дозы азота на лугах и пастбищах, и это является основным фактором, обеспечивающим создание мощной кормовой базы для интенсивного развития животноводства. В этих странах считают, что использование на лугах 1 т азота обеспечивает содержание 5 коров при средней удойности в 5 тыс. л молока в год от одной коровы, а при мясном направлении животноводства 1 т азота, использованного на лугах, дает 1,5 т мяса.

Близкие к этим цифрам данные были получены и в производственных опытах в нашей стране.

В настоящее время в таких странах, как Голландия, Бельгия, на гектар лугов вносится в среднем 120—150 кг азота. Но уже в опытах и в отдельных хозяйствах вносят 300 кг азота на гектар луговых угодий, и продуктивность их возрастает в прямой пропорции к количеству внесенного азота.

Во влажных районах СССР естественные луга и пастбища занимают большие площади, на которых применение минеральных и особенно азотных удобрений приведет к значительному снижению себестоимости продуктов животноводства. Таким образом, следует ожидать, что в ближайшей перспективе использование высоких доз азота для удобрения зерновых культур и лугов потребует дальнейшего роста производства азотных удобрений.

Условия азотного питания оказывают значительное влияние на качество продукции сельскохозяйственных растений. Обычно содержание белка в зерне пшеницы, ржи и других злаков, возделываемых на почвах, обеспеченных азотом, при равенстве прочих условий^ на 25—30% выше, чем на менее обеспеченных азотом почвах.

Массовые анализы зерна пшеницы, овса, ржи на полях Долгопрудной агрохимической опытной станции (дерново-подзолистая суглинистая почва) показали, что на участках, где применялись обычные дозы азота (45—60 кг/га), содержание белка в зерне варьировало для отдельных культур ' в пределах 12,5—16%, а на участках, не удобренных азотом, — всего А—10%.

Столь же значительное влияние оказывало внесение азотных удобрений и на содержание белка в кормовых растениях.

Достаточное снабжение пшеницы азотом и'меет большое значение для образования клейковины, по содержанию которой производится' оценка хлебопекарных качеств пшеницы. Работы в этом направлении показали, что пшеница с удобренных азотом вариантов многолетнего полевого опыта на Долгопрудной агрохимической опытной станции в среднем была в полтора раза богаче клейковиной в сравнении с вариантами, где азотные удобрения не вносились. Так, при содержании сухого вещества клейковины в зерне по фону РК (без азота) 9,3% содержание ее при внесении различных форм азотных удобрений колебалось от 12,5 до 15,5%. Форма соединения азота в применяемом удобрении влияет на соотношение отдельных индивидуальных белков в общем белковом комплексе растений и тем самым на аминокислотный состав растения. О масштабах происходящих при этом изменений в аминокислотном составе общего белкового комплекса растений можно судить по результатам следующих анализов проб пшеницы из полевого опыта на Долгопрудной агрохимической опытной станции, в котором отдельные

формы азотных удобрений вносились осенью перед посевом из расчета 30 кг азота и весной в подкормку 30 кг N на 1 га (табл. 2).

Таблица 2

Содержание триптофана и тирозина в зерне озимой пшеницы в полевых опытах на Долгопрудной агрохимической опытной станции

Условия опыта

Триптофан, %

Тирозин, %

Фон РК

0,283

0,596

Фон + кальциевая селитра

0,414

0.843

Фон + аммиачная селитра

0,334

0‘,720

Фон 4* сульфат аммония

0,284

Подобные результаты были получены и для яровой пшеницы в вегетационных опытах (табл. 3).

Таблица 3

Содержание триптофана, тирозина и цистина в зерне яровой пшеницы (вегетационные опыты) *

Форма азотного удобрения

Триптофан, %

Тирозин, %

Цистин, %

Кальциевая селитра

0,430

0,631

0,05

Аммиачная селитра

0,377

0,609

0,13

Сульфат аммония

0,313

0,442

0,25

* Опыты проведены И. А. Козицыной.

Таким образом, из,меняя условия азотного питания, мы можем )в известной степени регулировать аминокислотный состав растительных белков. Это имеет большое значение, так как физиологическая полноценность белка определяется .прежде всего содержанием в нем отдельных, так называемых незаменимых аминокислот, которые не могут синтезироваться животным организмом.

К таким именно незаменимым аминокислотам относится и триптофан, при низком содержании которого в кормах и продуктах питания людей наступают серьезные нарушения в обмене веществ в организме животных и человека. Возможно, что высокие пищевые качества пшеницы, возделываемой в юго-восточных районах нашей страны, где, как известно, в почве накапливаются в больших количествах нитраты, обусловлены в зна

чительной степени повышенным содержанием в ней триптофана. Таким образом, проблему азота 'в земледелии нужно рассматривать не только 'в аспекте повышения урожайности, но и в плане создания высококачественной полноценной продукции.

Огромное значение азотных удобрений в создании урожая обязывает применять такие приемы и методы их использования, которые 'могли бы обеспечить достижение возможно более высокого коэффициента полезного действия азота. Для этого мы должны располагать необходимой информацией о судьбе азотных удобрений в .почве и о том, как происходит их использование в растении.

В настоящее время благодаря применению новых точных методов исследования эта область знания обогатилась весьма важными достижениями. Особенно результативным оказалось применение меченых атомов, в частности тяжелого изотопа азота N15.

При внесении такого удобрения с меченым азотом можно проследить за всеми путями его превращения в почве, поступлением в растение и дальнейшим его превращением в отдельных органах и тканях растений, так как самое незначительное обогащение изотопом N15 совершенно точно может быть определено на маюс-опектрометре.

Внесенное в почву азотное удобрение используется не только растениями, но и почвенными микроорганизмами. В конечном счете это приводит к изменению .первоначальной доступности азотного удобрения растениям, а также к прямым потерям азота в результате улетучивания газообразных продуктов его превращения [1—5].

Кроме необратимых физических потерь азота, происходят потери усвояемости азота в результате (биологического его поглощения почвенными микроорганизмами, которые являются конкурентами растений за обладание лекгоуовояемым азотом удобрения. Поэтому в конечном итоге 'коэффициент использования азотного удобрения на создание урожая никогда не достигает 100%.

В рассматриваемых в настоящей работе опытах учитывался точный баланс атомов N15 в урожае и в почве. При учете азота в урожае анализировались надземная масса (зерно, солома, зеленая масса), а также корни, тщательно отобранные из почвы. При анализе почвы средняя проба последовательно обрабатывалась 0,5 н. K2SO4 до полного удаления нитратов и поглощенного аммония. Из полученной таким путем вытяжки сначала отгонялся аммонийный азот, а затем добавлялся сплав Деварда для восстановления нитратного азота и производился отгон аммиака, образовавшегося из нитратов.

Остаток после отгона аммиака со сплавом Деварда сжигался по Кьельдалю для определения перешедшего в солевую вытяжку из почвы растворимого органического азота. Почва после обра

ботки ее раствором K2SO4 высушивалась и аликвотная ее часть сжигалась по Кьельдалю с последующим отгоном аммиака и улавливанием его, «как обычно, титрованным раствором H2S04. Пробы растения ввиду возможного наличия в них нитратного азота сжигались с фенолсерной кислотой. Определение содержания изотопа N15 в исследуемых пробах производилось на масс- спектрометре МИ 13-01 после предварительного окисления аммонийного азота шпобромитом натрия до элементарного азота в вакуумной установке[39].

В таблице 4 приведены результаты вегетационных опытов с овсом на пяти разных почвах.

Таблица 4

Баланс N15 в вегетационных опытах * с овсом с применением меченого (NH^SC^, доза 0,45 г N на сосуд, атом% избытка N15 = 10,3

Почва

N15 в, урожае растений и почве, % от исходной дозы при закладке опыта

Потери азота, %

азот

урожая

азот органической фракции почвы

Дерново-подзолистая суглинистая

64

21

15

Известкованная подзолистая

68

20

12

Мощный чернозем

66

17

17

Карбонатный серозем

72

17

И

Краснозем

68

15

17

* Усвояемый азот (NO3, NH3) в конце опыта не был обнаружен в почве вследствие полного использования растениями.

Наличие меченого азота в составе органического вещества почвы может быть объяснено только использованием внесенного меченого азотного удобрения почвенными микроорганизмами на построение их тел. Некоторое количество аммонийного азота необменно фиксируется почвой, но величина этой фиксации для изучавшихся нами почв крайне незначительна и составляла обычно 0,3—'0,5% от исходной дозы азота.

Степень использования азота почвенными микроорганизмами и размеры его потерь возрастают, когда почва остается под паром и когда, следовательно, внесенное удобрение полностью остается в распоряжении почвенных микроорганизмов.

Кроме того, оказалось, что существенное значение имеет также и форма азотного удобрения. При внесении меченого аммонийного азота наблюдаются значительно меньшие потери,

чем при внесении нитратных удобрений, а доля азота, используемого 'на построение тел почвенных микроорганизмов, наоборот, была большей при применении аммонийного источника азота (табл. 5).

Таблица 5

Баланс N15 в вегетационном опыте при внесении меченых сернокислого аммония и азотнокислого кальция

Обогащение изотопом N15: для сернокислого аммония —11,61 атом%. избытка N15; для азотнокислого кальция — 6,82 атом% избытка N15.

Доза азота — 0,5 г на сосуд с 4 кг почвы

Почва

Форма азота

N15 в почве и в растении, % к исходному его количеству при закладке опыта

Потери N*5» %

растение (надземная масса + + корни)

усвояемый азот (N03 + NH3)

органический азот почвы (азот, поглощенный микроорганизмами)

сумма найденного- N15

I. Опыт

с ОВСОМ

Известкованный подзо

листый суглинок

(№5Н4)2 SO,

68,4

7,4

8,9

84,7

15,3

То же

Са (№Ю3Ь

51,4

19,6

4,8

75,8

24,2

Мощный чернозем

(№»НДа S04

59,4

9,1

11,4

80,0

20,0

То же

Са (№Ю3)2

43,2

21,7

5,9

70,8

29,2

II. Почва под

чистым па

ром

Известкованный подзо

листый суглинок

(№6Н4)2 S04

55

22,6

77,6

22,4

То же

Са (№Юз)2

62

7,2

69,2

30,8

Мощный чернозем

(N15H4)2 so4

53

21,4

74,4

25,amp;

То же

Са (№Ю3)2

57

6,6

63,6

36,5

Таким образом, коэффициент использования азота из внесенного меченого азотного удобрения для всех почв в этом опыте был близок к 65—70%, потери азота составляли в среднем около 15%, а доля азота, перешедшая в органическое вещество почвы, И—17%.

Различие в поведении в почве нитратных и аммонийных удобрений можно объяснить следующими причинами.

  1. Если потери азота происходят главным образом в результате денитрификации, то следует предположить, что нитратные удобрения сразу же после их внесения в почву подвергаются атаке денитрифицирующих бактерий, в то время как аммиачный азот может включаться в сферу деятельности этих бактерий только после его нитрификации, т. е. значительно позже. Не исключено также, что нитрифицирующие организмы, атакующие

    аммиачный азот, являются антагонистами деяитрификаторов и в той или иной мере подавляют их активность.

  2. Нитрифицирующие бактерии, являясь автотрофными организмами, используют энергию, выделяющуюся при окислении аммиака, для синтеза органического вещества за счет СО2 и азота аммиака.

Разумеется^ большая часть ассимилированного бактериями углерода расходуется в процессе их жизнедеятельности. Но некоторое количество фиксированного углерода используется на создание новых бактериальных клеток.

Таким образом, при применении аммиачных форм азотных удобрений должно происходить некоторое пополнение ресурсов органического вещества в почве за счет усвоения СО2 нитрифицирующими бактериями. Правда, количественные -масштабы такого пополнения весьма скромны.

Использование нитратного азота на построение тел микроорганизмов 'возможно лишь при наличии в почве источника усвояемых микроорганизмами форм углерода (органического вещества). Сравнительно слабая доступность микроорганизмам основного фонда органического вещества почвы ограничивает на определенном уровне размеры биологического поглощения нитратного азота. Это соответствует данным, полученным в наших исследованиях, в которых процент меченого нитратного азота, трансформировавшегося в органическую фракцию почвенного азота, был незначителен даже при длительном пребывании почвы под чистым (паром. Но при внесении избытка органического неразложившегося материала, например соломы или недостаточно разложившегося соломистого навоза, происходит усиленное поглощение микроорганизмами как нитратного, так и аммиачного азота.

1 При внесении в почву меченого азота он разбавляется содержащимся в самой почве усвояемым азотом неорганических соединений, образовавшихся в результате минерализации почвенного гумуса, и поступает в растение на равных с ним основаниях. Поэтому удельное обогащение азота урожая изотопом N15, которое, естественно, всегда будет значительно ниже, чем удельное обогащение изотопом N15, взятого для опыта исходного меченого удобрения, может служить для достаточно точного определения количества содержащегося в почве усвояемого азота. Последнее может быть вычислено по следующей формуле:

где А — общий -запас усвояемого азота (в мг, г, кг), включая азот внесенных удобрений и усвояемый азот почвы;

Д — доза внесенного меченого удобрения;

Ку — атом% избытка N15 в удобрении;

(Кр — атом% избытка N15 в урожае растений.

Разница А—Д показывает запас усвояемого почвенного азота (П).

Запас собственного усвояемого азота в почве полностью создается уже к концу первого месяца после посева растений. Это видно из следующего опыта, в котором растения убирались и анализировались в различные фазы их развития (табл. 6).

Таблица 6

Запас усвояемого азота в известкованной дерново-подзолистой почве, вычисленный по данным анализа растений (яровая пшеница) в различные стадии развития (вегетационный опыт)

Исходное меченое удобрение Са (N1503)a, атом % избытка N15 = 10,05

доза азота = 0,25 г

Как следует из этих данных, величина запаса усвояемого азота в почве, вычисленная по данным анализа растений, убранных в различные сроки, была довольно постоянной, близкой к 400 мг на сосуд для общего запаса усвояемого азота и соответственно около 150 мг для усвояемого почвенного азота. Из этого можно сделать заключение, что образование в почве новых количеств усвояемого азота за счет минерализации органического азота в период стадии кущения до полного созревания растений, практически не имело места. В то же время растения уже к периоду колошения полностью использовали весь наличный запас усвояемого азота. И так как вынос азота урожаем составлял только 3Д от исходного запаса в почве, то, следовательно, 74 усвояемого азота пошла на связывание азота микроорганизмами и на потери его из почвы.

Таким образом, все те изменения, которые претерпевает в почве азот меченого удобрения, в равной степени распространяются и на усвояемый собственный азот почвы. Следовательно, степень использования усвояемого почвенного азота растениями, размеры его потерь и поглощение микроорганизмами будут выражаться в тех же относительных величинах, что и для внесенного меченого усвояемого азота. Годовой запас усвояемого азота в дотах в зависимости от метеорологических условий и ряда

других факторов колеблется чаще воего в пределах 2—3% от общего количества азота, аккумулированного в органическом веществе .почвенного гумуса.

Если потери усвояемого азота почвы по данным с применением изотопа N15 близки в среднем к 15%, то по отношению к общему азоту почвы эти потери выражаются в 0,3—0,5%.

Приведенные выше данные о превращении усвояемого азота в почве получены в замкнутой системе вегетационного опыта, когда сравнительно легко можно произвести точный учет атомов N15 в этой системе. При работе с N15 в полевых условиях, в условиях естественного залегания почвы, при подведении баланса атомов N15 возникают известные затруднения, связанные с динамичностью подвижного усвояемого азота, представленного главным образом нитратной формой с миграцией его по почвенному профилю. Поэтому при анализе почвы необходимо отбирать представительные пробы не только в верхнем пахотном слое, но и в более глубоких слоях почвы, куда может проникнуть легкорастворимое соединение азота. Используя в полевом опыте N15, мы легко можем определить степень использования усвояемого азота растениями и размеры включения его в органическое вещество, но учет потерь азота сопряжен с большими затруднениями, так как не всегда можно быть уверенным, что меченый усвояемый азот не проник в более глубокий почвенный слой.

Но если мигрировавший в более глубокие слои почвы мече- ный азот действительно не потерян для растений, тогда на следующий год, во всяком случае, он должен быть в соответствующей мере использован растениями. Поэтому, учитывая в полевых опытах с N15 поступление меченого азота в растение и наличие его в той или иной форме в почвах не только в год непосредственного внесения меченого азотного удобрения, но и в последующие годы, можно составить достаточно точное представление о судьбе меченого азотного удобрения в почве и, следовательно, о превращении собственного усвояемого азота в почве.

Такие исследования были проведены в полевых опытах на (известкованной подзолистой почве Долгопрудной агрохимической опытной станции НИУИФ. в качестве меченого азотного удобрения в этих опытах использовался (N15H4)2S04 с содержанием избытка атомов N15 13,9%. Опыты проводились на небольших делянках размером 1 м2, что позволило очень точно отбирать представительную среднюю' пробу почвы для анализа. Азот вносился в количестве 10 г/м2 (100 кг N на 1 га) и с этой дозой вносилось 1,39 г избытка атомов N15.

В качестве подопытного растения в год непосредственного внесения меченого удобрения был овес, на второй год для изучения последействия меченого удобрения высевался тоже овес. Результаты опыта приведены в таблицах 7 и 8.

Использование растениями меченого азота (NI5H4)2S04 в полевом опыте

Растение

Урожай растений (сухой вес), г/м2

Общий азот в урожае, г

Атом%

избытка

N15

N15 в урожае, мг

% использования N15 растениями

1-й год опыта (прямое действие)

Зерно

308

6,325

7,05

444,5

32

Общий урожай сухого веще

614

12,980

7,07

919,55

66,2

ства, включая зерно, со

лому, корни

2-й год

опыта 1

(последействие)

Зерно

64

1,220

0,437

5,33

0,38

Общий урожай, включая зер

238

3,985

0,565

22,54

1,62

но, солому, корни и сорняки

Таблица 8

Меченый азот в почве в полевом опыте с овсом; пробы взяты после уборки урожая

Почвенный слой

Растворимый азот (N03 + NH4)

Азот органического вещества почвы

мг N15 на 1 м2

% от внесенной дозы N15

мг N15 на 1 м2

% от внесенной дозы N15

0—20 см

12

0,86

137

10

20—40 см

5

0,36

' 74

5,2

Всего в слое 0—40 см

17

1,22

211

15,2

Таким образом, в первый год растениями было использовано 66% от общего количества внесенного азота; усвоение его на 2-й год было весьма низким и составляло .всего около 1,6%; около 15% от ©несенного азота было попользовано почвенными микроорганизмами и перешло в состав органического вещества почвы, и потери азота в этом опыте составляли 15,5%.

Эти результаты близки к соответствующим данным, полученным в вегетационных опытах с применением изотопа N15.

Исходя из величины обогащения изотопом N15 азота урожая овса в 1-й год внесения меченого удобрения, можно определить по приведенной выше формуле общий запас усвояемого азота в почве на площади в 1 га.

Этот запас в данном опыте при внесении 100 кг меченого азота -с содержанием 13,9% избытка атомов N15 .составлял

197 кг N (              = 197^, в том числе усвояемый собствен

ный азот почвы — 97 кг, фактически растениями овса в первый год было усвоено 130 кг (66,2%), перешло в органическую

форму 30 кг (15,2%) и использовано урожаем второго года 4 кг (1,9%), а общие потери внесенного меченого и почвенного усвояемого азота — 33 кг (17%).

Важно выяснить, в какой мере азот удобрения после его превращения в почве в органическую форму может служить источником питания растений как непосредственно в год внесения удобрений, так и в последующие годы.

Для изучения последействия меченого азота, перешедшего в почве в органическую фс^рму, использовалась почва (мощный чернозем), которая предварительно компостировалась с меченым сернокислым аммонием и затем отмывалась дистиллированной водой до полного удаления нитратов и ионов аммония.

Эта почва использовалась в вегетационных опытах в качестве источника азота. Фосфаты и калий вносились в до1зах 0,5 г Р2О5 и 0,5 г К2О на сосуд размером 15X20 см. Подопытным растением служил овес. Изучение'последействия перешедшего в органическую форму меченого азота сульфата аммония продолжалось три года — с 1960 по 1962 г. (табл. 9).

Таблица 9

Степень использования растениями меченого азота, поглощенного почвенными микроорганизмами из внесенного в почву меченого азотного удобрения

Время, истекшее после внесения в почву (N16H4)2S04, годы

Избыток атомов N15 в органическом веществе почвы, мг *

Избыток атомов N15, усвоенный растениями, мг

Использование растениями N15,

%

Атом% избытка N15 для азота растений

Атом% избытка N15 для азота почвы

1

9,8

1,108

11,3

13,3

2

6,87

0,52

7,55

8,1

3

5,92

0,230

3,9

4,9

* Вес исходной почвы в сосуде на второй и третий год опыта был меньше, чем в первый год, вследствие ежегодного отбора проб почвы для анализа.

Из данных таблицы 9 следует, что в первый год последействия (т. е. через один год после внесения меченого сернокислого аммония в почву) минерализовалось и использовалось растениями около 11% всего меченого органического азота. В последующие годы по мере «старения» меченого органического азота интенсивность минерализации и степень его усвоения растениями непрерывно падала и составляла на третий год последействия всего около 4%.

Данные последней колонки таблицы 9, выражающие отношение удельного обогащения изотопом N15 азота растений к соответствующей величине для органического азота почвы, показывают, во сколько раз интенсивность минерализации мечейых

частиц органического азота выше в сравнении с основным фондом почвенного азота.

Таким образом, последействие (поглощенного микроорганизмами* азота характеризуется в общем скромной величиной. За три года учета последействия растениями было усвоено всего около 25% общего количества .поглощенного микроорганизмами меченого азота.

Применение изотопа N15 позволило установить еще одну весьма важную особенность во взаимодействии азотных удобрений с почвой. Оказалось, что внесение азотных удобрений на всех почвах вызывает значительное увеличение степени использования растениями природного азота почвы.

Так, в опытах 1963 г. при предпосевном внесении меченых азотных удобрений были получены следующие результаты (табл. 10).

Таблица 10

Использование яровой пшеницей азота меченных по N15 удобрений и почвенного азота в вегетационных опытах на известкованной дерново-подзолистой почве Долгопрудной агрохимической опытной станции

Удобрения

о

о

X

S«l s 3 н ?

аГ

ев

*

О

О-

ю

Использование растениями азота из меченых удобрений

ш

S

В

? 55 о

й 5 L

з|§*

о О) Л Й S И ю н

О О fl

оЗ*

Is

%

мг

5 О ? о

W ев О п S Q.G я)

Фон РК (без азота)

132

_

132

Фон РК + 0,5 г N в сернокислом аммонии — 9,71 атом % избытка N15 4

524

31,36

64,5

322

202

Фон РК + 0,5 г N в кальциевой селитре — 5,05 атом % избытка N15

511

17,265

68,6

342

169

При дальнейшем изучении этого вопроса оказалось, что размеры использования почвенного азота резко возрастают при внесении меченых азотных удобрений в позднюю подкормку (табл. 11).

Цифры последней колонки таблицы получены путем вычитания выноса азота урожаем контрольного варианта (фон РК) из количества азота, усвоенного растениями из почвы при внесении удобрений. Это, если 'можно так выразиться, «добавочный азот», усвоенный растениями за счет таких его источников, которые не могли быть использованы без внесения удобрений. Чрезвычайно интересно то, что размеры использования этого «добавочного» азота наиболее значительны при более позднем внесении удобрений, когда количество его было в 1,75 раза больше, чем весь вынос азота урожаем в контрольном варианте. При внесении азотных удобрений в более ранний срок — в куще- ’ние — количество усвоенного растениями «добавочного» азота

Использование яровой пшеницей меченого азота удобрений и азота почвы при внесении удобрений в различные фазы развития растений

Доза азота — 0,5 г на сосуд; атом% избытка N15 для сернокислого аммония — 9,71, для азотнокислого кальция — 5,05. Почва*— окультуренный дерново-подзолистый суглинок (1963 г.)

Форма.

азотного

удобрения

Сроки

внесения

азота

Урожай зерна, г

Азот в зерне, %

Общий вынос азота урожаем (зерно, солома, корни), мг

N15 в урожае, мг

Использование азота урожаем, мг

Мобилизация почвенного азота при внесении азотных удобрений, мг

из меченого удобрения

из почвы

Фон РК

13,60

1,605

279

279

(N15H4)2S04

Кущение

18,40

2,780

670

29,06

300

370

91

То же

Колошение

22,15

3,370

887

39,10

403

484

205

» »

Налив

21,80

3,556

876

41,00

421

455

176

Са (№Ю3).2

Кущение

18,42

3,166

727

17,80

352

375

96

То же

Налив

20,10

3,251

794

16,02

318

476

197

было примерно в 2 раза меньше. При этсш форма удобрения при внесении его в подкормку не оказывала влияния на величину использования растениями «добавочного» азота. Как по сернокислому аммонию, так и по азотнокислому' кальцию в этом случае были получены одинаковые показания.

Примерно такие же результаты были получены в опытег проведенном в 1962 г. с яровой пшеницей, -для которой была взята более бедная почва (табл. 12).

Таблица 12'

Использование яровой пшеницей меченого азота сернокислого аммония при внесении его в различные фазы развития растений в вегетационных опытах на известкованной дерново-подзолистой почве

Доза азота — 0,5 г; атом% избытка N15—11,8; доза N15 — 59 мг на сосуд (1962 г.)

«г

X

аГ

О К S 2 ев О

S

аГ

св

Использование азота урожаем, мг

’5

Сроки внесения азота

lt;1gt;

со

gt;Х а * о оlt; gt;gt;

а,

аgt;

со

«

н

о

т

lt;

Общий ВЫЕ азота урож (зерно, сол корни), мг

*

о

Си

gt;gt;

03

%

из меченого удобрения

из почвы

„Добавочнь азот, мг N

Перед посевом

17,7

1,84

487

34,75

294

193

48

Кущение

11,6

2,39

475

37,57

319

156

11

Колошение

8,4’

3,26

657

42,01

358

299

154

Налив

9,4

3,37

633

38,00

322

311 •

166

Контроль без азота (фон РК)

4,1

2,22

145

145

Так же как и (в предыдущем опыте, внесение азотного удобрения в поздние фазы развития- пшеницы приводило к иополь-

зованию растениями больших количеств «добавочного» азота из окружающей среды.

Возникает вопрос: из каких источников растения используют этот «добавочный» азот? Растения в контрольных вариантах (без азота) полностью используют запасы усвояемого азота, которые уже были в почве перед посевом и которые могли образоваться при мобилизации органического почвенного азота во время вегетации растений. Но если даже допустить, что в контрольных вариантах растения вследствие резкого недостатка азота не могли полностью использовать усвояемый азот (хотя это и не соответствует данным анализов почвы после уборкою урожая), то казалось бы, что наиболее энергично должны были бы использовать почвенный азот растения в том случае, когда азотные удобрения вносились до посева, т. е. тогда, когда условия для роста растений были наиболее благоприятны. Однако в действительности, как это следует из приведенных здесь данных, максимальное количество почвенного «добавочного» азота усвоили растения при внесении азотных удобрений в период колошения или налива, несмотря на то что растения в этих вариантах развивались значительно хуже.

Кроме того, в этих вариантах, например при внесении азотного удобрения в фазе налива до момента внесения азотного удобрения, растения могли использовать почвенный азот'во всяком случае не в больших количествах, чем вынос его урожаем в контрольном варианте. Следовательно, за сравнительно короткий промежуток времени, от начала налива до полного созревания, растения использовали в 3 раза больше «добавочного» почвенного азота, чем в том варианте, где азот вносился до посева. Не меньшее удивление вызывают и слишком большие размеры усвоения растениями почвенного азота в этих вариантах.

Фактически вынос почвенного азота при внесении азотных удобрений увеличился примерно в 2 раза в сравнении с соответствующей величиной для контрольных вариантов. Нам представляется, что в поставку растениям этого «добавочного» * азота может какими-то путями включаться и атмосферный азот.

В злаковых растениях присутствуют ферментные системы,, которые, будучи выделены соответствующими приемами из растений, могут в искусственных условиях катализировать фиксацию атмосферного азота. В живых растениях эти ферментные системы находятся в малоактивном состоянии. Не исключена возможность, что при резком усилении азотного питания в поздние стадии развития растений нарушается обмен их веществ, в результате чего происходит активирование ферментных азот- фиксирующих систем и растения приобретают способность фиксации атмосферного азота.

Эти соображения, разумеется, требуют экспериментальных доказательств, но пока что трудно дать какое-либо другое правдоподобное объяснение установленным в этих опытах фактам

резкого усиления использования растениями «добавочного» азота при поздних сроках внесения азотных удобрений.

Из (всех рассмотренных опытов следует сделать еще и тот вывод, что применение азотных удобрений, несмотря на то что они не полностью используются растениями, приводит одновременно к более интенсивному использованию растениями почвенного азота и, возможно, отчасти к использованию ими атмосферного азота, ИхЭто в значительной мере компенсирует происходящие в почве потери азота из удобрений.

Необходимо указать и на некоторые другие положения, которые представляют практический интерес. Это прежде всего возможность резкого повышения процента азота или белка' в зерне при внесении азотных удобрений в более поздние сроки.

По-видимому, это связано с тем, 'что при обычно применяемых дозах удобрений при внесении их до посева ко времени образования зерна запасы усвояемого азота в почве истощаются и формирование азотистого состава зерна происходит только за счет реутилизации ранее усвоенного растением азота.

При внесении же азотных удобрений в поздние сроки, когда происходит усиленный отток азота к генеративным органам, последние будут более обильно снабжаться не только за счет азота вновь внесенного удобрения, но и за счет мобилизации «добавочного» азота.

Обычно считается, что поступление азота в зерновые колосовые злаки (пшеница, рожь и др.) заканчивается до колошения. Однако если это и имеет место, то только потому, что к этому времени запасы усвояемого азота в почве практически полностью исчерпываются растениями. Но при снабжении растений азбтом они могут и в поздние стадии их развития интенсивно использовать азот.

ЛИТЕРАТУРА

  1. М с. Vicar R. W., Carman L., Wall R. Soil Sci. Soc. America Proc. N 15, 205 (1950).
  2. H i 1 b о 1 d A. E., В artolomew W. L., Werbman C. H. ibid. N 15, 166 (1950).
  3. Walker T. W., Adams A. F. R., Orchis ton H. D. Soil Sci. 81, 339 (1956).
  4. Турчин Ф. В., Берсенева 3. H., Корицкая И. А., Жидких Г. Г., Лобовикова Г. A. Trans of 7-th International Congress of Soil Sci. Madison, Wise. USA, 1960.
  5. Arnold P. W. Soil J. Soil Sci. 77, 166 (1954).

"6. Турчин Ф. В., Берсенева 3. H., Жидких Г. Г., ДАН СССР, № 3 (1963).

<< | >>
Источник: Турчин Федор Васильевич. АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ. Избранные труды. М., «Колос», 336 с. с ил.. 1972

Еще по теме ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ УРОЖАЕМ И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЕ В ПОЧВЕ [38]:

  1. ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ В ПОЧВЕ И УСВОЕНИЕ ИХ РАСТЕНИЯМИ *
  2. ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В РАСТЕНИЯХ И ПОЧВЕ
  3. ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ЖИДКИХ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИИ [16]
  4. ОБ АКТИВНОМ МАРГАНЦЕ В ПОЧВЕ И ЕГО ТОКСИЧНОСТИ В СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ КИСЛЫХ ФОРМ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИИ [37]
  5. Турчин Федор Васильевич. АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ. Избранные труды. М., «Колос», 336 с. с ил., 1972
  6. ПРЕВРАЩЕНИЕ МОЧЕВИНЫ В ПОЧВЕ[1]
  7. ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТА В ПОЧВЕ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗОТОПА N15 [34]
  8. Содержание азота в почве и динамика его превращения
  9. Расчет удобрений на планируемый урожай
  10. ОПТИМИЗАЦИЯ ДОЗ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
  11. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
  12. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА АГРОМЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ