ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТА В ПОЧВЕ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗОТОПА N15 [34]

Азотное удобрение, внесенное в почву, подвергается усиленному воздействию со стороны населяющих ее микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности используют или внесенный усвояемый азот на построение своих тел, или энергию, выделяющуюся при окислении аммиака в нитриты и нитраты.

В опытах, проведенных в нашей лаборатории для изучения превращения азотных удобрений в почве и степени использования их растениями, применялся сульфат аммония, меченный по N15. Опыты проводились в условиях вегетационного метода в двух сериях [35].

В первой серии опытов меченый сульфат аммония вносился в почву непосредственно перед посевом, а во второй — за 2 месяца до посева. Во время проведения второй серии опытов влажность почвы до посева поддерживалась все время на уровне 60% от ее влагоемкости. Во всех случаях вносилось в почву 0,45 г азота на сосуд с 10,3ткратным обогащением N15, что составляло всего 15,91 мг избытка атомов N15.

Опыты проводились одновременно на подзолистой суглинистой почве из Московской области, мощном черноземе из Украины, карбонатном сероземе из Средней Азии и красноземе из субтропических районов Закавказья. В качестве подопытного растения был взят овес.

По окончании вегетационного сезона были произведены соответствующие химические и изотопные анализы подопытных растений (включая надземные органы и корни) и почв. Итоговые данные этих опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Степень использования растениями меченого азота сульфата аммония и размеры потерь его в почве за вегетационный период, % от исходного

количества

Коэффициент использования растениями азота, внесенного с удобрением, для большинства почв колеблется в пределах 56—72% и только для краснозема — почвы, богатой собственными запасами усвояемого азота, этот коэффициент был значительно ниже.'

Для всех почв степень использования растениями внесенного азота закономерно падала при заблаговременном его внесении до посева.

Размеры потерь достигают значительно больших величин при оставлении почвы в парующем состоянии, без растений, когда внесенные удобрения остаются полностью под влиянием почвенных микроорганизмов.

Обычно потери азота из почвы связываются с денитрифи- кационными процессами. Однако последние, как правило, достаточно резко проявляются только в анаэробных условиях. Нам представляется более вероятным, что эти потери происходят при нитрификации аммиака, когда в почве создаются очаги местного подкисления и азотистая кислота, образующаяся при окислении аммиака, может поэтому частично распадаться € образованием летучих окислов азота и азотной кислоты: 3HN02-gt;2N0 + HN03 + Н20. Именно такой процесс проис

ходит при внесении нитритов в кислую почву, когда теряется от 20 до 50% всего внесенного в почву нитритного азота (Турчин, 1953). И нет ничего невероятного в том, что нечто подобное происходит и при нитрификации аммиака не только в кислых, но и в нейтральных почвах при местном, очаговом под- кислении почвы.

Применение изотопной техники позволяет также определить, в какой степени внесение азотного удобрения сказывается на использовании растениями почвенного азота. Соответствующие данные приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние внесенного азотного удобрения с (N15H4)2S04 10,3-кратным обогащением на использование растениями почвенного азота

Внесение азотного удобрения на подзолистой почве и черноземе приводило к заметному усилению использования растениями почвенного азота, тогда как на красноземе при внесении азотного удобрения степень использования растениями почвенного азота упала.

Эти различия обусловлены неодинаковой обеспеченностью исследуемых почв собственными исходными запасами усвояемого почвенного азота.

Не использованный растениями и оставшийся в почве меченый азот сульфата аммония к концу опыта на почвах — подзолистой, черноземе и сероземе — практически полностью перешел в неусвояемую растениями органическую форму (в почвенный гумус).

Во всех случаях в органическое вещество почвы в результате воздействия микроорганизмов перешло около 20% от внесенного в почву исходного количества меченого азота. Опыты* в которых одновременно с меченым источником минерального азота (обычно (N15H4)2S04) вносилась в качестве энергетического ,и углеродистого материала измельченная овсяная солома*.

показывают, что в этом случае основная масса меченого минерального азота превращается в почве в органическую форму.

Гумифицированные форменные элементы в основном представляют не что иное, как скопление отмерших микробных клеток вокруг не полностью разложившихся измельченных частичек соломы, служившей в свое время источником углерода для микроорганизмов.

При высоком содержании в почве скоплений отмерших микроорганизмов представляло интерес более подробно исследовать их состав. Мы решили для этих целей использовать метод Шмидта и Таннхаузера, позволяющий количественно выделить из исследуемых объектов белки, нуклеиновые кислоты и некоторые другие составные части. Выделенные фракции исследовались на содержание азота и его изотопный состав.

Соотношение между белками и нуклеиновыми кислотами в этих частицах близко к соотношениям, указанным в литературе для бактериальных клеток. Примерно одинаковые величины обогащения изотопом N15 отдельных фракций белка и нуклеиновых кислот указывают на синхронность их образования в достаточно однородных по своему составу микроорганизмах.

Метод фракционированного разделения Шмидта и Таннхаузера был использован нами также для выделения из основной массы почвы отдельных групп белка -и нуклеиновых кислот.

Так же как и для отмерших бактериальных клеток, изотопный состав азота белков и нуклеиновых кислот, выделенных из основной массы органического вещества почвы, характеризуется достаточной однородностью, свидетельствующей об одновременном включении внесенного меченого азота в эти •фракции.

Весьма интересным оказалось, что в процессе нитрификации аммиака в почве, помимо обычных продуктов этого процесса— нитритов и нитратов, образуются также нерастворимые в воде, слабых кислотах и щелочах окисленные соединения азота, вероятно, нитросоединения. Это удалось установить следующим образом: навеска почвы, инкубировавшейся в течение определенного времени с N15, после многократного промывания водой и слабыми кислотой и щелочью, помещалась в отгонную колбу, при добавлении воды и щелочи отгонялся аммиак, который отщеплялся в результате омыления амидных групп. После окончания отгона аммиака («омыляемого азота») в холбу вводился сплав Деварда и отгонялся аммиак, образовавшийся в результате восстановления окисленных соединений азота.

Для нерастворимого окисленного азота было найдено значительно более высокое обогащение изотопом N15, чем для омыляемого азота. Это подтверждает, что окисленный нерастворимый азот образовался на первых ступенях превращения в почве .внесенного (N15H4)2S04, т. е. в процессе его нитрификации.

В почве под растениями окисленный нерастворимый азот обнаруживается в меньших количествах, чем в парующей почве. Так, в опытах на сероземе содержание меченого окисленного азота в почве после снятия урожая составляло около 1,0% общего количества N15 в этой почве, т. е. в 5 раз меньше, чем в парующей. Отсюда ясно, что нерастворимый окисленный азот в большей мере доступен растениям, чем азот остальной массы органического вещества почвы.