Динамика подвижных форм азотистых веществ

В естественных условиях поступление азотистых веществ в почву происходит в виде органических остатков различного происхождения (наземные и корневые растительные остатки, плазма микроорганизмов, остатки животных организмов), а также минеральных форм азота (попадающих с. атмосферными осадками), количество которых может составлять 4-5 кг/га (Бобрицкая, 1962; Манаков, Ушакова, 1978). В окультуренных почвах значительное количество азотистых веществ вносится в почву с органическими и минеральными удобрениями. Интенсивность превращения азотистых веществ в почвах зависит от природных факторов. Заторможенность биохимических процессов, свойственная условиям Севера, как было показано выше, определяет скорость и интенсивность превращения органических и минеральных форм азотистых веществ в почвах Кольского полуострова.

В.И. Левина (1969) отмечает, что в целинных подзолистых почвах центральной части Кольского полуострова наибольшая динамичность легкогидролизуемого и аммиачного азота обнаруживается в горизонте лесной подстилки, причем, как правило, более высокое их содержание обнаруживается весной и осенью.

Аналогичные данные были получены в наших исследованиях (Переверзев, Кислых, 1978). В целинных подзолистых почвах преобладала аммиачная форма минерального азота, нитраты же обнаруживались лишь периодически и только в органогенном горизонте. В сезонной динамике аммиачного азота подстилки отмечались также осенний и весенний максимумы, которые в разные годы выражены неодинаково отчетливо (табл. 54). В минеральных горизонтах количество аммиачного азота изменялось по сезонам в меньшей степени, но осенний максимум здесь, как правило, так же проявлялся.

Следовательно, для динамики аммиачного азота в целом характерны те же закономерности, которые были обнаружены М.Б. Ройзиным (1969) в динамике микроорганизмов, в том числе и аммонифицирующих, количество которых осенью увеличивалось в результате улучшения условий увлажнения. Нитрификация в целинных почвах почти полностью подавлена, поэтому процессы превращения минерального азота в основном заканчиваются на стадии образования аммиачного, который потребляется микроорганизмами и высшими растениями и служит основным источником их азотного питания в этих почвах. Количество минерального азота в целинных почвах достаточно высокое, он сосредоточен преимущественно в горизонте лесной подстилки, где находится основная масса корневых систем и наиболее интенсивно развиваются микробиологические процессы.

Для целинных торфяных почв, как уже говорилось, не характерна столь резкая дифференциация профиля по содержанию подвижных форм азотистых веществ, как для целинных подзолистых, хотя и в них наиболее активно биохимические процессы протекают в приповерхностном слое.

Количество нитратов более значительным было в 1960 г., поскольку летом этого года влажность почвы даже на неосушенном болоте под влиянием засухи заметно снизилась, что способствовало развитию процесса нитрификации. Действительно, как показали на** блюдения за динамикой влажности в этой почве в течение вегетационного периода 1960 г., влажность верхнего 10-сантиметрового слоя в середине лета снизилась до 75-80% от полной влагоемкости, а в более глубоких слоях она была еще ниже. При таком уровне увлажнения аэрация верхнего слоя почвы достаточно благоприятна.

В 1969 г. влажность была значительно большей и в верхнем слое обычно приближалась к величине полной влагоемкости.

На интенсивность нитрификации в торфяных почвах влияет их биогенность, которая в целинных почвах, длительное время находящихся в условиях избыточного увлажнения, сравнительно невелика. Так, длительное инкубирование образцов, взятых из целинных и окультуренных почв, при добавлении в них аммиачного азота показало, что уровень накопления нитратов был неодинаковым. Через 54 дня после начала инкубации (при оптимальной влажности и комнатной температуре) в образце из целинной почвы накопилось 49, а из хорошо окультуренной - 89 мг/100 г почвы нитратного азота. Следовательно, в целинной почве даже при благоприятных условиях температуры и увлажнения (например, в вегетационный период 1960 г.) нитрификация заторможена из-за относительно низкой численности нитрифицирующих микроорганизмов. В хорошо осушенных почвах в периоды с такими метеорологическими условиями может

Динамика минерального азота (Ы- NH^+bHNQ^) в подзолистой почве (мг/кг почвы) в 1970 г.

наблюдаться недостаток влаги.

В окультуренных почвах важнейшим фактором, влияющим на динамику азотистых веществ, является внесение органических и минеральных удобрений. Особенно сильно этот фактор проявляется в Мурманской области, где удобрения вносятся практически под все сельскохозяйственные культуры. Благодаря ежегодному внесению больших количеств навоза в почву попадают азотсодержащие органические вещества, подвергающиеся процессам минерализации с высвобождением растворимых форм азота, главным образом аммиачной и нитратной его форм. О большом влиянии органических удобрений на азотный режим почв свидетельствуют результаты опытов, проведенных в разные годы на окультуренных подзолистых почвах в Мурманской области.

В опыте, проведенном Е.П. Третьяковой (1975) в 1970 г., в почву вносили торфо-навозный компост, содержавший 1.54% азота (С:N=26), и навоз (1.72% азота,С:Ы =22). Наблюдения за динамикой минерального азота (табл. 56) показали, что внесение органических удобрений существенно отразилось на азотном режиме почвы.

Для всех вариантов опыта была характерна примерно одинаковая закономерность сезонной динамики минерального азота - высокое содержание его весной и лэтом, обусловленное внесением минерального азота (в вариантах с азотнокислым аммонием) и минерализацией азотсодержащих органических веществ, и резкое снижение осенью, что было связано с потерями минерального азота при вы*- носе его из пахотного слоя фильтрующимися водами. Выносу способствовало то, что в течение вегетационного периода протекала интенсивная нитрификация аммиачного азота, как внесенного с удобрением, так и образовавшегося в результате аммонификации орга-

нических азотистых веществ. В результате этого, начиная с середины июля минеральный азот был представлен в основном нитратной формой (в табл. 56 приведено суммарное.количество аммиачного и нитратного азота).

Внесение навоза и компоста без азотнокислого аммония стимулировало накопление в почве минерального азота, причем с возрастанием дозы органического удобрения его вгаяние на минерализацию азотистых веществ возрастало. Более интенсивно она протекала при внесении навоза, действие же компоста в этом отношении было менее заметным, хотя общее содержание азота в обоих органических удобрениях, как показано выше, различается не очень существенно. Разное их влияние на азотный режим почвы связано, по-видимому, с различными формами азотистых веществ, входящих в состав этих материалов: в свежем навозе большая часть их представлена легкогидролизуемыми формами, быстро разлагающимися в почве с выделением аммиачного азота, в компосте же доля этих веществ, вероятно, значительно меньшая.

При совместном внесении органических удобрений и азотнокислого аммония стимулирующее действие навоза на минерализацию азотистых веществ сохранялось. Это хорошо видно при сравнении динамики минерального азота в вариантах с азотнокислым аммонием, внесенным в чистом виде и совместно с органическими удобре-* ниями. Компост, внесенный с азотнокислым аммонием, мало повлиял на азотный режим почвы, а в большой дозе (160 т/га) даже несколько снизил количество минерального азота. Так, если среднее содержание его в варианте с азотнокислым аммонием составляло 187 мг/кг почвы, то при совместном внесении минерального азота с компостом — 178 мг/кг. Следовательно, компост в этом случае привел к некоторой иммобилизации минерального азота в почве, хотя она была, вероятно, небольшой. Таким образом, разные органические удобрения неодинаково влияют на азотный режим почв. Это зависит не только от содержания в них азота и соотношения C*.N, но и от форм азотистых веществ, входящих в их состав.

Ежегодное внесение органических удобрений способствует обогащению почв азотистыми соединениями, минерализация которых сопровождается образованием подвижных форм азотистых веществ и в конечном итоге улучшает азотный режим почв. Проведенные нами в 1980-1981 гг. исследования показали, что систематическое внесение навоза в хорошо окультуренную подзолистую почву не только повышает содержание минерального азота (аммиачного и нитратного), но и стабильно увеличивает количество кислоторастворимой (по Тюрину-Кононовой) и щелочногидролизуемой (по Корнфилду) фракций органического азота (рис. 37). Естественно, что наиболее динамичными в течение вегетационного периода были величины содержания аммиачного и нитратного азота, причем на характере сезонных изменений этих показателей в большой степени отразились особенности метеорологических условий. Вегетационный период 1980 г. отличался значительной засушливостью; особенно мало осадков выпало в июле (7.1 мм при норме 53 мм) и во вто—

Варианты: 1 -NPK, 2 - NPK + навоз.

рой и третьей декадах августа. В 1981 г. вегетационный период был, наоборот, влажным, что в сочетании с относительно низкими температурами воздуха почти на всем его протяжении создавало повышенное увлажнение почв.

Весенний максимум минерального азота в почве был обусловлен внесением азотного удобрения (120 кг/га в виде аммиачной селитры). Количество аммиачного азота в 1980 г. постепенно, а в 1981 г. резко снизилось в начале вегетационного периода, а нитратов, наоборот, возросло благодаря достаточно энергичной нитрификации внесенного с минеральным удобрением аммиачного азота. Накоплению нитратов в начале лета способствовал также сравнительно небольшой вынос азота молодыми растениями (горохо-овсяной травосмесью). В 1980 г. содержание аммиачного азота в целом в течение вегетационного периода постепенно снижалось примерно до середины августа, после чего оставалось до конца вегетационного

периода примерно на одном уровне. В 1981 г. более или менее постоянное содержание этой формы азота установилось раньше (в июле). Динамика нитратов в разные годы также была неодинаковой. В 1980 г. количество нитратного азота было довольно большим на протяжении всего вегетационного периода. Это обусловлено двумя причинами: отсутствием летом сквозного промачивания почвы, а следовательно, и выноса нитратов из пахотного слоя, и меньшим по сравнению с более увлажненными годами выносом азота растениями, урожай которых в данном году был невысоким. В 1981 г. количество нитратов после весеннего максимума (в первой половине июля) было небольшим и только в сентябре, после уборки урожая, оно увеличилось в варианте с внесением навоза за счет мобилизации органического азота. В целом содержание как аммиачного, так и нитратного азота в течение вегетационного периода 1980 г. было более высоким, чем 1981 г.

Внесение навоза способствовало заметному накоплению минеральных форм азотистых веществ, о чем свидетельствует существенная разница в их количестве в вариантах с внесением органического удобрения и без него. Необходимо также учитывать, что урожай растений, а следовательно, и вынос минерального азота в вариантах с навозом был более высоким (см. следующую главу).

С учетом этого обстоятельства можно утверждать, что внесение навоза в большей степени (более значительно, чем по данным определения минерального азота в почвах) способствует накоплению аммиачной и нитратной форм азотистых веществ.

Содержание подвижных органических форм азотистых веществ (кислотно- и щелочногидролизуемых) в меньшей степени подвержено сезонным изменениям. Во все сроки определения количество их в варианте с навозом было более значительным, чем в тех, где в почву вносились одни минеральные удобрения. Наиболее существенные различия отмечены в отношении количества щелочногидролизуемого азота. На величину этого показателя оказало влияние внесение навоза не только в годы наблюдений, но и в предшествующий период. Содержание щелочногидролизуемой фракции азота наиболее четко отражает степень окультуренности почвы (Переверзев, Кислых, 1978), которая в основном зависит от интенсивности применения органических удобрений. Поэтому данный показатель более устойчиво, чем другие (кислоторастворимая и минеральные формы азота), отражает степень унавоженности почвы. Количества аммиачного и нитратного азота более лабильны, чем другие формы азотистых веществ, и больше зависят от гидротермических условий вегетационного периода, интенсивности их использования, растениями и микроорганизмами, величины выноса фильтрующимися водами.

Роль органических удобрений в обогащении почв азотом очень велика, особенно в грубозернистых песчаных и бесструктурных подзолистых почвах Кольского полуострова, сформировавшихся на моренных отложениях. Об интенсивности накопления азотистых веществ в почвах при систематическом применении органических удобрений можно судить по данным многолетнего полевого опыта, проведенно-

Содержание подвижных форм азота (мг/кг почвы) в почвах разной степени окультуренности (средние данные за вегетационный период)

Примечание. Данные за 1972 и 1973 г. из работы Е.Е. Кислых (1975а).

го на почвах разной степени окультуренности — освоенной целине, перепаханной залежи и хорошо окультуренной почве. Об изменении содержания подвижных форм азотистых веществ, происшедшем за время проведения опыта под влиянием органических и минеральных удобрений, можно судить по данным табл. 5 7. Количество щелочногидролизуемого азота в почвах разной степени окультуренности заметно различалось. Показатели контрольных вариантов свидетельствуют о природных запасах органического азота, способного к щелочному гидролизу. Эти запасы, накопившиеся в течение предшествующего опыту периода использования почв, более значительны в хорошо окультуренной почве, богатой гумусом благодаря длительному ее окультуриванию. Во вновь освоенной целинной почве азотистые вещества представлены в основном соединениями, входящими в состав растительных остатков, попавших в почву при ее освоении. В процессе проведения опыта в почвах контрольных вариантов произошло некоторое увеличение количества легко- и щелочногидролизуемого азота в результате минерализации органических веществ, присутствующих в них в виде растительных остатков и гумусовых кислот. В вариантах же с полным минеральным удобрением (без навоза) наблюдалось некоторое уменьшение количества последнего. По-видимому, решающее значение в этом случае имело большое потребление азота растениями, развитие которых не тормозилось дефицитом азота, как в вариантах без минеральных удобрений.

Наиболее существенные сдвиги в содержании подвижных форм азота произошли в почвах тех вариантов, где ежегодно вносили органические удобрения, особенно во вновь освоенной целинной почве,

Рис. 3 8. Кривые гидролизуемое ти азотистых веществ щелочью (А) и кислотой (В).

Варианты: 1 - без удобрений, 2 - ЫРК + навоз.

количество щелочногидролизуемого азота в которой с 1973 г. по 1980 г. увеличилось на 60%, а легкогид*- ролизуемого - на 51%.

В других почвах такое увеличение было менее значительным, но вполне очевидным. Следовательно, окульту*- ривание позолистых почв с внесением высоких доз органических удобрений приводит не только к увеличению количества гумусовых кислот, о чем говорилось выше, но и к существенному повышению содержания подвижных фракций органического азота, которые представляют собой ближайший резерв пополнения запасов в почве азотистых веществ, доступных растениям. Можно предполагать, что путем кислотного и щелочного гидролиза определяется часть азотистых веществ, входящая в состав периферических цепочек молекул гуминовых кислот, особенно новообразованных, слабо- конденсированных. Именно такие гуминовые кислоты образуются на первых стадиях гумификации органических удобрений и растительных остатков, попавших в почву. В почвах разной степени окультуренно- сти природа органического компонента азотистых веществ может быть неодинаковой. Об этом свидетельствуют результаты ступенчатого щелочного и кислотного гидролиза органического вещества почв разной степени окультуренности, проведенного Е.Е. Кислых (1975а, 19756).

Серии образцов почв подвергали обработке растворами щелочи (в чашках Конвея) и серной кислоты разной концентрации и на основе полученных данных строили кривые гидролизуемости (рис. 38). Для почвы вновь освоенного целинного участка получены пологие кривые, свидетельствующие о высокой подвижности органического вещества, значительная часть которого подвергается гидролизу при относительно низких концентрациях кислоты и щелочи. Дальнейшее- возрастание концентрации реактива при обработке образцов этой почвы вызывает небольшое увеличение количества гидролизуемого азота. Такое поведение органического азота согласуется с особенностями состава гумуса этих почв, значительная часть которого здесь представлена фульвокислотами, - наиболее подвижной частью органического вещества почв. В освоенной залежи и, в особенности, в старопахотной почве органическое вещество более консервативно,

Динамика минерального (К — МИц.+ N — ЫО^) азота

(мг/100 г почвы) в торфяной почве (вегетационный опыт 1965 г.)

поэтому кривые гидролизуемоети здесь более крутые. Внесение органических удобрений не только увеличивает количество гидролизуемого азота, образующегося при воздействии на почвенные образцы кислотой и щелочью во всем интервале концентраций, но также влияет на характер получаемых кривых гидролизуемости — они становятся более крутыми.

Указанные особенности органического азота, свойственные подзолистым почвам разной степени оку ль ту ре иное ти, определяют характер динамики не только гидролизуемых фракций азотистых веществ, но и минеральных форм азота, которые образуются при минерализации наиболее подвижных его соединений.

Динамика азотистых соединений в торфяных почвах также в большой степени зависит от обеспеченности их подвижными формами органического вещества, с содержанием которых связана интенсивность биохимических процессов. Внесение в эти почвы негумифицированных и слабогумифицированных органических материалов не только вызывает активизацию микробиологических процессов, как было показано выше, но заметно отражается на азотном режиме почв. Об этом можно судить по данным вегетационных и полевых опытов.

В вегетационных опытах, которые проводили в летней неотапливаемой теплице, контролировались условия увлажнения и температуры, что позволило наиболее четко выявить влияние органических удобрений на процессы превращения азотистых веществ, протекающих в почве с образованием минерального азота. В опыте использовали образцы торфяных почв, взятые на окультуренном и целинном болотах. В табл. 58 приведено суммарное количество аммиачного и нитратного азота, поскольку на протяжении всего опыта минеральный азот был представлен в основном нитратной формой. Только в неосвоенной почве в первый срок определения количество аммиачного азота было большим, чем содержание нитратов.

Рис. 39. Накопление минерального азота (сумма аммиачного и нитратного) в почве при внесении в нее растительных остатков с разным содержанием азота.

На оси абсцисс - продолжительность опыта; содержание азота, %:

1 - 2.5; 2 - 2; 3 - 1.5; 4-1.

Благоприятные гидротермические условия проведения вегетационного опыта обусловили достаточно высокую интенсивность мине— рализанионных процессов, благодаря чему даже в целинной почве накопление минерального азота было значительным. Как навоз, так и растительные остатки стимулировали образование минерального азота, что было связано с достаточно высоким его содержанием в этих органических материалах (1.8% в навозе и 2.2% в растительных остатках). Как известно, действие органических остатков, внесенных в почву, на ее азотный режим в большой степени зависит от содержания в них азота и соотношения С : Ы (winsor, 1958). Об этом же свидетельствуют данные, полученные нами в лабораторном опыте с хорошо окультуренной торфяной почвой, в которую вносили растительные остатки с разным содержанием азота (рис. 39). Все варианты были выравнены по количеству азота, внесенного в составе растительных остатков.

Интенсивность накопления минерального азота на протяжении лабораторного опыта находилась в прямой зависимости от обога- щенности азотом растительных остатков: чем больше содержалось в них азота, тем большим было его количество (в минеральной форме) в почве. Характер накопления его был также неодинаковым в разных вариантах. При минерализации растительных остатков, содержащих 1 и 1.5% азота, накопление минерального азота имело экспоненциальный характер. Это обусловлено заторможенностью процесса образования§ минерального азота в первой фазе, когда протекала интенсивная иммобилизация при разложении растительных остатков, бедных азотом, и более интенсивным его накоплением во второй фазе, когда разлагающиеся растительные остатки были обогащены азотом в результате усвоения его микроорганизмами. При разложении растительных остатков с содержанием азота 2% происходило равномерное накопление минерального азота на протяжении

Динамика минерального (Ы-ЫН^+ N-HO^) азота

(мг/ЮО г почвы) в торфяной почве (вегетационный опыт 1966 г.)

опыта, поэтому линия, отражающая этот процесс на графике, близка к прямой. При более высоком содержании азота в растительных остатках (2.5%) прямолинейная зависимость содержания минерального азота от времени сохранялась только в первой половине опыта, а затем интенсивность его накопления резко снизилась.

Следовательно, при оценке влияния растительных остатков и других органических материалов на азотный режим почв необходимо прежде всего учитывать содержание в них азота и возможную иммобилизацию минерального азота в почве при их разложении. Вещества с низким содержанием азота (менее 2%) и широким отношением С (более 22) могут вызвать на первом этапе их разложения в почве интенсивное поглощение минерального азота микроорганизмами, что существенно отражается на азотном режиме почв и условиях азотного питания растений.

Этот вывод подтверждается результатами вегетационного опыта с целинной торфяной почвой низинного типа. В качестве органических материалов вносили сено бобовых трав (3.06% азота, С ’• N = =15.7) и сено злаковых трав (1.3% азота, С'• N =32.8). В одном из вариантов наряду с сеном злаковых трав вносили минеральный азот в виде азотнокислотного аммония в количестве, компенсирующем разницу в содержании азота в сене бобовых и злаковых трав. Наблюдения за динамикой минерального азота в почве по вариантам показали существенные различия, которые были обусловлены влиянием органических материалов, в разной степени обогащенных азотом (табл. 59).

Внесение сена бобовых трав стимулировало накопление в почве минерального азота, который образовывался за счет минерализации белковых веществ внесенного в почву растительного материала. Возможна также и дополнительная минерализация органических форм азота, входящих в состав торфа. Внесение же сена злаковых трав, наоборот, привело к резкой депрессии минерального азота почвы, в результате чего содержание его в этом варианте было значительно более низким, чем в контроле. Внесение азотнокислотного аммония совместно с сеном злаковых трав снимало его депрессирую- щую роль, количество минерального азота в этом варианте было примерно таким же, что и в варианте с внесением сена бобовых.

9 9 Я

Изменение азотного режима под влиянием органических материалов сказывается на условиях питания растений азотом, о чем можно судить по данным учетов урожаев зеленой массы ячменя, выращиваемого в этом опыте в 1966 и 1967 гг.’ (г/сосуд):

В первый год проведения опыта внесение бобового сена было весьма эффективным, в то йремя как внесение злакового, резко нарушившее азотный режим почв, снизило в несколько раз урожай растений. В варианте с совместным внесением злакового сена и минерального азота урожай растений был таким же, как и в варианте с внесением бобового сена. На следующий год, когда испытывалось последействие внесенных органических материалов, депрес- сирующее действие злакового сена не сказывалось, эффективность от его внесения была такой же, что и от бобового.

Данные этого опыта показывают, что решающим фактором в действии на азотный режим почв органических материалов, вносимых для повышения их биологической активности, является обеспеченность их азотом. При низком содержании азота в них может происходить интенсивная иммобилизация доступных растениям форм азотистых веществ.

В природных условиях динамика минеральных форм азота в большой степени зависит от гидротермических условий, влияние которых сказывается на действие того или иного фактора, в том числе и органических удобрений, на азотный режим почв. Это подтверждается результатами трех летних наблюдений за динамикой минерального азота в полевом опыте, проведенном на хорошо осушенной и окультуренной торфяной почве. Все органические материалы (навоз в двух дозах, растительные остатки) были внесены весной, а сиде- ральная культура (горохо-овсяная смесь) - осенью 1965 г. В последующие два года изучалось последействие внесенных материалов.

В 1965 г. динамика минерального азота была выражена наиболее отчетливо (табл. 60). Внесенные органические материалы вызвали интенсивную минерализацию органических веществ и накопление минерального азота в основном в виде нитратов, хотя метеорологические данные вегетационного периода этого года мало отличались от средних многолетних показателей. Только в варианте с си- деральной культурой количество аммиачного азота в середине июля было большим, что связано с внесением под горохо-овсяную смесь азотнокислого аммония в дозе 60 кг/га. Количество нитратов на протяжении вегетационного периода постепенно снижалось и в октябре было примерно равным во всех вариантах. В 1966 г., на второй год после внесения органических материалов, динамика минерального азота была выражена гораздо менее четко, чем в 1965 г. Мож-

но отметить некоторое возрастание содержания аммиачного азота в конце июня и, наоборот, уменьшение количества нитратного, что, по-видимому, было связано с неблагоприятными условиями данного периода; в посла дующие сроки произошло некоторое возрастание содержания этой формы азота. Весной 1966 г. высоким содержанием нитратов отличался вариант с внесением сидерата, поскольку накануне осенью здесь в почву были запаханы растительные остатки, подвергшиеся интенсивной минерализации весной, после ее оттаивания.

В 1967 г. максимум накопления нитратов был отмечен в июне, а к августу их содержание снизилось. В целом в течение вегетационного периода содержание их было несколько большим, чем в 1966 г., чему способствовали более благоприятные погодные условия. Влияние внесенных в почву органических материалов наиболее отчетливо проявлялось в 1965 г., но и на второй и на третий годы после их внесения азотный режим почв был несколько более благоприятным, чем на контроле.

Таким образом, органические удобрения и другие материалы, способствующие повышению биологической активности подзолистых и торфяных почв и активизации процессов минерализации азотсодержащих органических веществ, с одной стороны, существенно влияют на азотный режим почв и улучшают снабжение растений азотом.

С другой стороны, их действие проявляется на фоне сезонной динамики азотистых веществ, обусловленной изменениями гидротермического режима почв. От сочетания тепла и влаги, более или менее благоприятного для развития процессов минерализации, зависит интенсивность накопления в почвах минеральных форм азота в разные периоды вегетации растений. Органические удобрения, внесенные в почву, могут или усиливать этот процесс или, наоборот, его подавлять.

Внесение минеральных азотных удобрений также существенно влияет на сезонную динамику подвижных форм азотистых веществ. Наиболее широко используемое в настоящее время в Мурманской области удобрение - азотнокислый аммоний - содержит как аммиачную, так и нитратную форму азота. При внесении его в почву происходит ее обогащение этими формами, но дальнейший ход их сезонной динамики складывается по-разному. Аммиачный азот в достаточно больших количествах содержится в почве только весной, после внесения минеральных удобрений (рис. 40). В это время его нитрификация протекает замедленно из-за недостатка тепла. Позднее, в конце июня или в первой половине июля, количество этой формы азота резко уменьшается, а содержание нитратов остается на достаточно высоком уровне или даже несколько возрастает благодаря пополнению их запасов в результате интенсивной нитрификации аммиачного азота, внесенного в почву в виде минерального удобрения.

В варианте без внесения азотного удобрения динамика минерального азота выражена слабо, причем только в засушливом 1980 г. количество его в течение вегетационного периода в этом варианте

Рис. 40. Динамика аммиачного (А), нитратного (Б), щелочногидролизуемого (В) и легкогидролизуемого (Г) азота в хорошо окультуренной подзолистой почве.

Варианты: 1 -РК, 2 - NPK.

было заметно меньшим по сравнению с вариантом, в котором был внесен азотнокислый аммоний. Большое количество осадков, выпавшее летом 1981 г., способствовало, с одной стороны, выносу из почвы нитратов, а с другой - более значительному поглощению азота растениями. Вследствие этого различия в содержании минерального азота по вариантам с внесением азотного удобрения и без него наблюдались только в начале вегетационного периода, когда потребление азота растениями было небольшим.

Содержание гидролизуемых форм азотистых веществ в меньшей степени зависит от внесения минерального удобрения. Количество щелочногидролизуемого азота (по Корнфилду) в варианте с внесением азотнокислого аммония было даже несколько меньшим, чем в фоновом варианте (РК). Особенно это было заметно в 1981 г., когда содержание в почве аммиачного азота в варианте с внесением

полного минерального удобрения (Kl Р К) было также более низким вследствие энергичного потребления его растениями. Как известно, при определении количества щелочногидролизуемого азота учитывается и аммиачный азот, содержащийся в почве. Этим и обусловлена связь динамики этих двух форм азота в почвах. При кислотном же гидролизе органического вещества (по методу Тюрина-Кононовой) наряду с аммиачным определяется и нитратный азот, поэтому в 1980 г. количество нитратов, так же как и аммиачного азота, в варианте с внесением азотнокислого аммония было значительно большим, чем в фоновом. Разница показателей содержания легкогидролизуемого азота отчетливо прослеживалась на протяжении всего вегетационного периода.

Динамика гидролизуемых форм азотистых веществ в течение вегетационного периода выражена в меньшей степени, -чем динамика минерального азота. Определенных закономерностей в сезонных изменениях содержания этих форм азотистых веществ, достаточно хорошо связанных с изменениями метеорологических условий вегетационного периода, выявить не удается. По-видимому, это объясняется относительно высоким содержанием веществ, способных к кислотному и щелочному гидролизу, что свойственно окультуренным подзолистым почвам Кольского полуострова (Переверзев, Кислых, 1978). Поэтому наиболее лабильная часть этих веществ, предстаamp;- ленная главным образом минеральными соединениями азота, состаamp;- ляет небольшую величину, вследствие чего показатели г ид рол из уе— мости азотистых веществ этих почв представляются достаточно стабильными в течение вегетационного периода.

Влияние минеральных удобрений на азотный режим почв сказывается по-разному в зависимости от доз их внесения. В полевых опытах на' торфяных почвах под посевами многолетних трав в течение 6 лет проводили наблюдения за динамикой минеральных форм азота в зависимости от доз и сроков внесения аммиачной селитры. Полученные результаты (Елсаков, Переверзев, 1974; Елсаков, Куликова, Переверзев, 1976) свидетельствуют о том, что более высокие дозы азотного удобрения (150-200 кг/га) способствовали поддержанию на достаточно высоком уровне обеспеченности растений азотом. При внесении же относительно низких его доз (менее 100 кг/га) содержание аммиачного и нитратного азота в почве быстро падало и с середины июня обычно не превышало того количества минерального азота, которое содержалось в вариантах без внесения аммиачной селитры. Более высокому содержанию азота в почве в течение вегетационного периода способствовало также дробное внесение удобрения — часть ранней весной совместно с другими видами удобрений, а часть - в виде подкормки после отрастания трав. Таким образом, внесением минеральных азотных удобрений в достаточно больших дозах можно обеспечить высокий уровень содержания в почвах минерального азота, особенно в начале вегетации, в период интенсивного роста трав и большого потребления ими азота.

В огличие от окультуренных подзолистых почв, где минеральный азот представлен преимущественно нитратной формой, в торфяных почвах над нитратным преобладает аммиачный азот. Так, в среднем за 6 лет наблюдений в течение вегетационного периода в торфяной почве содержалось 8.2 мг/ЮО г почвы аммиачного и 5.2 мг/100 г нитратного азота. В подзолистых почвах за 5 лет наблюдений (в вариантах с внесением полного минерального и органического удобрения) эти величины составляли 3.0 и 5.0 мг/100 г соответственно.

В торфяных почвах нитрификация сдерживалась недостаточно хорошей аэрацией, связанной, во-первых, с некоторым переувлажнением, что характерно даже для хорошо осушенных почв в условиях Мур*, майской области (Переверзев, 1977), а во-вторых, с созданием плотной дернины многолетних трав, препятствующей проникновению в почву воздуха. Интенсивные обработки, способствующие проветриванию и перемешиванию пахотного слоя торфяных почв, вызывают более энергичную минерализацию азотсодержащих органических веществ и нитрификацию аммиачного азота. Об этом свидетельствуют данные наблюдений за динамикой минеральных форм азота в полевом опыте, где испытывались разные по интенсивности способы обработки пласта многолетних трав. В течение двух лет были получены следующие показатели, характеризующие содержание аммиачного и нитратного азота (среднее за вегетационный период, мг/ЮО г почвы):

Более интенсивные виды обработки - фрезерование на глубину 10-12 см и, в особенности, глубокая (до 30 см) вспашка - способствовали накоплению большего количества минерального азота, чем дискование. В обоих вариантах обработки содержание нитратного азота было более высоким, чем аммиачного. Таким образом, путем применения периодических обработок можно регулировать интенсивность биологических процессов, участвующих в превращении азотистых веществ в почвах.

Таковы основные черты динамики подвижных форм азота в почве в теплое время года. Выше было показано, что в замерзшей почве возможно размножение некоторых групп микроорганизмов, в том числе аммонифицирующих, что может приводить к изменению содержания минерального азота в почве, длительное время находящейся в замерзшем состоянии. О возможности таких изменений свидетельствуют результаты наблюдений за динамикой минерального азота в лабораторных и полевых условиях.

В лабораторном опыте с торфяной почвой образцы после внесения в них азотсодержащих веществ длительное время выдерживались при

разных температурах, в том числе и отрицательной (—5 °С). Периодически отбирали пробы почвы для определения содержания в них аммиачного и нитратного азота. Результаты опыта показали, что аммонификация азотсодержащих органических веществ как самой почвы, так и внесенных в нее при постановке опыта (сена бобовых трав, мочевины) может протекать и при отрицательных температурах. Образующийся аммиачный азот накапливается в почве и не подвергается дальнейшим превращениям. При положительных температурах (Ю и 20 °С) наряду с интенсивной аммонификацией протекает и нитрификация образовавшегося аммиачного азота. Таким образом, с одной стороны, можно видеть, что минерализация азотсодержащих органических веществ в почве при низких температурах останавливается на стадии образования аммиачного азота. С другой стороны, приведенные данные свидетельствуют о возможности протекания процессов превращения азотистых веществ в замерзшей почве, а следовательно, и о динамике минеральных форм азота. Аналогичные сведения были опубликованы в работе Е.П. Третьяковой (1977) и касались опыта с окультуренной подзолистой почвой.»

При наблюдениях за динамикой минеральных форм азотистых веществ в годичном цикле были обнаружены (Переверзев и др., 1977) закономерные изменения их содержания, обусловленные как природными факторами (гидротермические условия, промерзание и оттай-* вание почвы, цикличность развития микроорганизмов, участвующих в превращениях азотистых веществ), так и влиянием агротехнических и агрохимических воздействий на почву. В сезонной динамике аммиачного азота ясно прослеживались весенние максимумы, связанные с внесением минеральных удобрений. В середине лета количество его уменьшалось, а осенью вновь увеличивалось в связи с ослаблением процесса нитрификации. В зимние месяцы содержание аммиачного азота сохранялось на том же уровне, что и осенью, однако в еще замерзшей почве, до схода снега, происходило заметное накопление этой формы азота в апреле (1975 г.) или марте (1976 г.). Таким образом, можно видеть, что в полевых условиях происходят изменения содержания аммиачного азота, обусловленные развитием процесса аммонификации в замерзшей почве. Содержание же нитратов в течение зимних месяцев почти не изменяется и сохраняется до полного оттаивания почвы на очень невысоком уровне.

В замерзшей почве количество аммиачного азота в несколько раз превышает содержание нитратов, которые интенсивно вымываются осенью, когда количество атмосферных осадков достигает максимума.

Таким образом, как лабораторные опыты, так и наблюдения в полевых условиях свидетельствуют о том, что процесс аммонификации, а следовательно, и динамика аммиачного азота могут протекать зимой в замерзшей почве, тогда как нитрификация и накопление нитратов в почве возможны только при положительных температурах. Отражением особенностей сезонной динамики минерального азота в годичном цикле является характер распределения отдельных его форм в разные сезоны года: в теплый период преобладает нитратная форма азотистых веществ, а в холодное - аммиачная. Такое распределение этих форм в песчаных почвах является неблагоприятным, поскольку в периоды с наиболее интенсивным промыванием почв фильтрующимися через них водами (весной и осенью) минеральный азот находится преимущественно в нитратной форме, отличающейся большой подвижностью.

Определенное влияние на азотный режим оказывает вынос азота из пахотного слоя фильтрующимися водами. Как было показано выше, в течение года через почву проходит значительная часть осадков, чему способствует ее легкий механический состав. Растворимые в воде формы азотистых веществ могут мигрировать по почвенному профилю и безвозвратно теряться. Прежде всего это относится к нитратному азоту, который не закрепляется почвой. Аммиачный же азот, напротив, благодаря обменному поглощению малоподвижен и почти не выносится за пределы пахотного слоя. Как показали лизиметрические наблюдения, вынос его составляет 0.1- 5% or суммарного выноса минерального азота (аммиачного и нитратного).

Вынос веществ из почвы лизиметрическими водами зависит от количества проходящих через нее вод и концентрации вещества. Оба эти фактора в свою очередь зависят от наличия и характера растительности и внесения органических и минеральных удобрений. Почва под паром пропускает через пахотный слой большое количество осадков, в то время как почва под растениями промачивается ими в значительно меньшей степени. Растения не только уменьшают внутрипочвенный сток, но и снижают концентрацию нитратов в ре«* зультате их интенсивного поглощения. Так, в среднем за вегетационный период 1974 г. концентрация нитратов в растворах, проходящих через почву под паром, колебалась по вариантам от 64 до 106 мг/л, а в растворах, находящихся в почвах под растениями, - от 13 до 24 мг/л. В сезонной динамике концентрации нитратов в лизиметрических водах также наблюдается вполне очевидная закономерность: в лизиметрах без растений она к осени увеличивается, а в лизиметрах с растениями, наоборот, уменьшается. Это связано с интенсивной минерализацией азота в почве под паром, с одной стороны, и с поглощением азота развивающимися растениями и уменьшением их запасов в почве - с другой. Следовательно, через почвы, покрытые растениями, проходит меньшее количество вод, а содержание в них азота более низкое. Это приводит к тому, что количество нитратного азота, выносимого из почвы под паром примерно на порядок больше его количества, теряемого почвой, покрытой растениями (табл. 61).

Наиболее значительный вынос нитратного азота из почвы без растений наблюдается в осеннее время, когда возобновляется сквозное промачивание почвы и в проходящих через нее водах растворяются нитраты, накопившиеся летом в результате интенсивного развития процесса нитрификации. В лизиметрах, занятых растениями, вынос нитратного азота был более равномерным по месяцам, осенний максимум здесь не был выражен.

Если оценивать возможную величину потерь азота при вымывании его из пахотного слоя на основании полученных данных, то можно сказать, что из почвы, занятой растениями (многолетними и однолетними кормовыми травами, наиболее распространенными в Мурманской области), выносится сравнительно небольшая часть запасов азота (примерно 10-20 кг/га). В тех же случаях, когда почва остается в течение вегетационного периода без растений, потери азота при вымывании могут достигать очень больших размеров, равных или даже превышающих количество азота, вносимого обычно в виде минеральных удобрений. Это свойственно как торфяным, так и подзолистым почвам, интенсивность выноса азота из которых примерно одинаковая.

Вынос азота из почвы происходит в основном в виде минеральных соединений. Органические формы его, по-видимому, малоподвижны, их потери из почвы не достигают существенных величин.

Об этом косвенно можно судить по вышеприведенным данным о выносе из почвы органического вещества. Количество углерода, теряемого почвой без растений при вымывании, составляет примерно 20-30 кг/га, а почвой, покрытой растениями, - 10-20 кг/га. Принимая соотношение С *. Ы в органическом веществе равным 10-20, можно рассчитать количество азота, содержащегося в органическом веществе, выносимом из почвы лизиметрическими водами. Для почв без растений оно колеблется от 1 до 3, а для почв, покрытых растениями, - от 0,5 до 2 кг/га. Следовательно, эта статья расхода в общем балансе азота в окультуренных подзолистых почвах мало существенна.

Таким образом, проведенные исследования показали большую сезонную изменчивость подвижных форм азотистых веществ, как минеральных, так и в меньшей степени органических, которые обусловлены, с одной стороны, действием природных факторов (изменением метеорологических условий в течение вегетационного периода, поступлением в почву растительных остатков, выносом азота фильтрующимися водами), а с другой стороны—влиянием факторов, зависящих от хозяйственной деятельности человека (характера сельскохозяйственных культур, внесения минеральных и органических удобрений, обработок почв и других).