Нужен онлайн кредит? На портале Простокредит можно найти займ под самые разные нужды!

Глава 1. ПИЩЕВОЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

Корневая система растений эволюционно приспособлена функционировать в разнородной по многим параметрам почвенной среде. Способы локального распределения удобрений в почве приводят к значительному повышению ее гетерогенитета. В первую очередь это относится к содержанию в месте расположения удобрения элементов питания. Их концентрация, особенно в начальный период после внесения даже сравнительно невысоких доз удобрения, достигнет стрессовых значения. На данную особенность в 80-х годах прошлого столетия указывал профессор Харьковского университета А.Е.Зайкевич [1888]. Более высокую эффективность местного размещения суперфосфата под сахарную свеклу он связывал с тем, что удобрение располагалось в сфере деятельности корней растений в "сгущенном состоянии". Прошли десятилетия, но данная проблема продолжает привлекать внимание исследователей и до сего времени. Объясняется это ее большой актуальностью не только в смысле повышения эффективности удобрений, но и с точки зрения экологии, качества продукции, путей конструирования агроценозов, устойчивых к неблагоприятным условиям произрастания, сохранения и воспроизводства плодородия почвы.

Сравнительная эффективность того или иного воздействия на растения и почвенную среду, в нашем случае разбросного и локального применения удобрений, в принципе обусловливается соотношением присущих каждому из них положительных и негативных сторон. В качестве положительного момента технологии разбросного внесения удобрений часто указывается на более высокую производительность применяемых для этого наземной техники и авиации. Но недостатков она имеет значительно больше, чем достоинств. К числу наиболее значимых относится неравномерность распределения удобрений по поверхности почвы, которая не должна превышать 10-20%. Применяемые для этого технические средства такой равномерности не обеспечивают. В результате получается: где густо, где пусто. Подобная пестрота в распределении удобрений приводит к несинхронному росту и развитию растений, полосному их полеганию при достаточном и избыточном увлажнении, неравномерному воздействию на почвенную среду. Конечным результатом такого применения удобрений, как правило, является снижение продуктивности агроценозов и качества урожая [Соколов, 1947; Федоровский, 1979; Филиппов, 1967; Останин, 1972; Минеев, 1975; Креффт, 1979; и др.]. Этому способствует и меньшая устойчивость растений к болезням и вредителям. Положение усугубляется и ограниченностью набора средств для последующей заделки вразброс внесенных удобрений: культиватор, борона, плуг. В случае применения первых двух до 50-80% гранул удобрений остается в слое почвы 0-2 см и до 100% на глубине 0-6 см [Булаев и др., 1977; Медведев, 1980; Тепляков, Федоров, 1979; Осипов и др., 1980; Тарарико и др., 1980], пересыхающем в первые же весенние дни. При таком распределении резко снижается позиционная доступность элементов питания корневым системам растений. В условиях весенней засухи, когда преобладает восходящий ток влаги, миграция элементов питания и рост корней молодых растений вообще имеют противоположную направленность. Возможность их встречи будет определяться двумя факторами: временем и количеством выпадения осадков и степенью развития вторичной корневой системы.

По данным ряда исследователей [Булаев, 1976; Булаев и др., 1977; Тепляков, Федоров, 1979; Медведев, 1980; Осипов и др., 1980], заделка удобрений плугом также не дает равномерного их распределения по профилю почвы. При использовании плуга с предплужником большая часть удобрений располагается в слое почвы высотой 10-14 см, прилегающем к плужной подошве. Более равномерное распределение удобрений по обрабатываемому слою почвы достигается при использовании плуга без предплужника.

Равномерное перемешивание удобрений с большим объемом почвы также имеет свои негативные стороны, способствуя переходу части элементов питания в недоступное растениям состояние. В первую очередь это относится к фосфору [Прянишников, 1952]. В этих условиях возрастает также необменное поглощение ионов калия и аммония [Соколов, 1947; Минеев, 1975]. Показано, что в почвах с невысоким содержанием подвижных форм калия более 50% внесенного калия удобрений переходит в недоступное растениям состояние. Это обусловливает невысокий коэффициент использования (около 40%) калия удобрений [Кореньков, Борисова, 1980].

Характер распределения удобрений в почве в значительной мере определяет интенсивность и соотношение процессов мобилизации и иммобилизации азота удобрений [Соколов, Семенов, 1992], а отсюда и степень их использования растениями. Локальное применение удобрений сводит к минимуму их контакт с почвой, что способствует более длительному сохранению элементов питания в доступной для растений форме [Сабинин, 1934; Коржуев, 1935; Соколов, 1947; Вильдфлуш и др., 1971; Гилис, 1975].

Большая продолжительность пребывания удобрений в тесном контакте с почвой до начала их использования растениями также может выступать в качестве фактора иммобилизации части питательных веществ. О повышении эффективности фосфорных удобрений в результате уменьшения срока их взаимодействия с почвой сообщается в ряде работ [Гулякин, Коровкина, 1958; Булаев, 1974а; Гилис, 1975]. Обычно этот период при внесении удобрения под зяблевую вспашку составляет 8-9 месяцев. В определенных условиях весеннее внесение оказывается предпочтительнее осеннего под картофель [Магницкий и др., 1965], яровую пшеницу [Хритонов, 1969]. Сокращение периода взаимодействия фосфорных удобрений со 152-170 до 14 дней повышало урожай хлопка сырца [Рахматджанов и др., 1971]. При этом локальное внесение удобрений оказалось более эффективным, чем смешивание их с почвой при набивке сосудов. Отмечается, что чем сильнее почва фиксирует фосфор, тем выше эффект от локального размещения удобрений по сравнению с внесением вразброс [Barber, 1977].

Разбросное внесение азотных удобрений и перемешивание их с верхним слоем почвы может приводить к значительным газообразным потерям азота. По имеющимся данным, они могут составлять 15-30% от внесенного количества азота удобрений [Андреева, Щеглова, 1966; Бобрицкая, Москаленко, 1969; Смирнов, 1977; и др.]. Исследованиями на серой лесной почве с различными культурами установлено, что ленточное внесение сульфата аммония на глубину 10-12 см снижало потери азота удобрений по сравнению с разбросным способом в первый год в 1,3-2,2 раза, а во второй – в 1,2-3,6 раза [Соколов, Семенов, 1992]. Технология разбросного применения удобрений на склоновых землях может сопровождаться значительными потерями элементов питания, особенно азота, за счет поверхностного смыва. При крутизне склонов в 2-3° в зависимости от дозы удобрения, физико-химических свойств почвы, характера выпадения осадков и их величины потери азота удобрений могут достигать 20% [Юркин и др., 1978].

Перемешивание удобрений с большим объемом почвы также способствует более интенсивному усвоению элементов питания микрофлорой. Последнее может приводить к обострению конкурентных отношений за элементы питания между растениями и микроорганизмами почвы. Все вышеперечисленные недостатки поверхностного разбросного внесения удобрений, в конечном счете, предопределяют относительно невысокую их агрохимическую, экологическую и энергетическую эффективность. Вероятно, мало что изменяется в лучшую сторону и в случае внесения удобрений в виде лент различной ширины по поверхности почвы с последующей их заделкой почвообрабатывающими орудиями. Предпочтительнее в плане повышения эффективности удобрений и снижения потерь элементов питания представляется их внутрипочвенное размещение и перемешивание с ограниченным объемом почвы.

По данным многих исследований, неравномерность распределения удобрений по поверхности и профилю почвы при разбросном внесении удобрений рассматривается как негативный фактор. В то же время локальное внутрипочвенное размещение удобрений целиком и полностью основано на неравномерном его распределении в корнеобитаемой среде. К данному способу, вернее к различным его модификациям, подходит определение как равномерная неравномерность. В идеале каждое растение агроценоза должно воспринимать эту гетерогенность в одно и то же время, что позволит избежать пестроты в их росте и развитии, т.е. размещение удобрения должно быть строго ориентировано относительно семян и растений в пространстве.

Способы внутрипочвенного локального внесения удобрений отличаются большим разнообразием. К наиболее известным и широко применяемым в производстве относится внесение небольших доз удобрения, чаще всего фосфорного, вместе с семенами во время посева. По многочисленным данным, полученным в различных почвенно-климатических условиях, такое внесение удобрений обеспечивает высокую их окупаемость прибавочным урожаем.

Более высокие дозы стартового удобрения вносятся с небольшой почвенной прослойкой от семян или растений с одной или двух сторон рядка, что позволяет избежать отрицательного влияния повышенной концентрации солей на всхожесть и прорастание семян. С учетом последнего основное минеральное удобрение, применяемое в более высоких дозах, требует и большей пространственной изоляции от семян. Чаще всего для этого используется ленточный способ. Ленты удобрений различной ширины располагаются глубже заделки семян на 5 и более см и в сторону от рядка на 5-7 и более см. При отсутствии техники для строго ориентированного размещения семян и лент удобрений в почве хорошие результаты дает и допосевное ленточное внесение основного минерального удобрения обычными зерновыми сеялками или культиваторами-растениепитателями. Внесение широкими лентами или сплошным экраном возможно при использовании орудий при плоскорезной обработке почвы.

Разновидностями локального способа являются гнездовое размещение удобрений при посадке клубнеплодных и овощных культур, а также подкормки пропашных культур в течение вегетации. В последние годы широкое распространение нашло прикорневое локальное внесение удобрений весной на озимых зерновых культурах, а также многолетних травах. Своеобразным способом локализации является также применение супергранул удобрений массой 0,2-0,3 г каждая [Бубнова и др., 1990].

Итак, спектр способов локального размещения удобрений в почве значительно шире и разнообразнее, чем при разбросном внесении. Имеется реальная возможность для маневрирования применения удобрений по времени внесения, коррекции минерального питания в онтогенезе растений. Возможность совмещения операций по локальному внесению удобрений с основной, предпосевной и междурядной обработкой почвы, а также посевом и посадкой является важным резервом не только экономии ресурсов, но и средством избежания избыточного уплотнения почвы.

По данным многих исследований, характер распределения удобрений в почве оказывает многообразное влияние на их взаимодействие с почвой, ее биологическую активность. Все это в конечном итоге в значительной мере предопределяет функциональную активность корневой системы как первичного акцептора происходящих в почве процессов, а следовательно, и надземной части растения. Поэтому хотя бы краткое изложение особенностей влияния способов внесения удобрения на почву и превращения элементов питания в ней необходимо для понимания их влияния на продукционный процесс растений.

 

Распределение, миграция и трансформация элементов питания в почве

Положительное влияние внутрипочвенного локального внесения удобрений на продуктивность растений ранее связывалось с тем, что удобрения размещаются в виде концентрированных очагов в слоях почвы с лучшей обеспеченностью влагой. Указывалось так же и на то, что при таком распределении элементов питания улучшается позиционная доступность элементов питания корневым системам растений, снижается их потребление микрофлорой почвы. При всей важности указанных факторов для продукционного процесса растений подобных сведений было явно недостаточно для объяснения возможной сложной картины взаимодействия компонентов системы: почва – удобрение – растение. Специфической особенностью всех видов локального применения удобрений является то, что в ограниченном объеме почвы формируются зоны с повышенным содержанием подвижных форм элементов питания [Надеждин, 1965; Булаев, 1973; Вильдфлуш и др., 1971; Гилис, 1975]. Их концентрация в месте расположения удобрения и в соседних участках почвы определяется многими факторами. Далеко не последнюю роль в микрораспределении подвижных форм элементов питания при локальных способах внесения имеют состав вносимого удобрения, миграционная подвижность элементов питания и их способность вступать в обменные процессы в почве.

При изучении микрораспределения элементов питания из места внесения удобрения общепринятые методы отбора образцов почвы непригодны. Поэтому исследователи используют послойный их отбор в виде горизонтальных монолитов [Трапезников, 1983] или путем взятия не менее 10 индивидуальных проб на глубину до 15-20 см перпендикулярно направлению ленты [Zerkoune et al., 1993]. Для получения репрезентативного смешанного образца почвы используется отбор индивидуальных проб в рядке, в середине междурядий и около рядков [Soil sampling…, 1994]. Нередко для этого берутся образцы с большими интервалами. Включение очага удобрения с большим объемом почвы зачастую не позволяет оценить истинные параметры тех или иных признаков и свойств в очаге и соседних с ним участках почвы. Во избежание этого нами использовался мелкомасштабный отбор образцов почвы в виде горизонтальных монолитов сечением 2х2 см по схеме (рис. 1). На тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе нитрофоску состава 12:12:12 вносили лентой шириной 2 см на глубину 10 см в середину 15-см междурядий яровой пшеницы с помощью специального шаблона. Разбросное внесение удобрения осуществляли путем равномерного перемешивания его со слоем почвы 0-10 см. В течение вегетации проводили 4-5 отборов почвы с учетом фаз развития растений. Наблюдения, проведенные в течение нескольких сезонов, в принципе давали сходную картину динамики микрораспределения подвижных форм азота, фосфора и калия.

Рис. 1. Схема отбора образцов почвы: А, Б, В, Г – серии образцов, расположенных на одной вертикали. Точками обозначено положение ленты нитрофоски

В условиях наших опытов миграция N-NH4 в течение вегетации сильнее была выражена по вертикали, чем по горизонтали. Максимальное содержание данной формы азота было приурочено к месту расположения ленты удобрения. Примерно через 2 недели после закладки опыта количество N-NH4 в образце, включавшем ленту удобрения и по одному сантиметру сверху и снизу, доходило до 50 мг в 100 г почвы. В соседнем по горизонтали монолите оно было примерно в три раза меньше. В течение вегетации аммоний практически не мигрировал по горизонтали дальше 3-4 см. По вертикали от места внесения нитрофоски повышенное содержание аммония отмечалось в слое почвы 5-15 см. При перемешивании удобрения, имитирующем разбросной способ, некоторое увеличенное содержание аммония наблюдалось в слое почвы 0-10 см до фазы кущения. Гетерогенность в распределении N-NH4 при ленточном внесении нитрофоски сохраняется длительное время. В условиях наших опытов она четко прослеживалась и в период колошения яровой пшеницы. О продолжительном существовании очага повышенного содержания аммония в месте расположения ленты нитрофоски и соседних с ним участках почвы свидетельствуют данные и других исследователей [Гилис, 1975; Вильдфлуш и др., 1971].

Содержание подвижных форм азота в очаге и их миграция в соседние участки почвы существенно зависят от ширины ленты удобрения [Лыкова и др., 1980], свойств почвы и формы азотных удобрений [Кореньков, 1976; Соколов и др., 1983; Pang et al., 1973], дозы удобрения. Увеличение дозы азотных удобрений с 30 до 60 кг/га приводило к расширению зоны миграции аммония. Показано, что определенное влияние на количество и соотношение форм азота в очаге оказывает глубина экранного внесения сульфата аммония [Семенов, Соколов, 1982; Соколов, Семенов, 1992]. В местах расположения сульфата аммония (от 10 до 30 см) отмечалось повышенное содержание обменного и необменного аммония и через месяц после его внесения. При этом чем глубже заделывалось удобрение экраном, тем меньше образовывалось нитратов.

Общеизвестно, что нитратная форма азота характеризуется значительно большей подвижностью, чем аммонийная. Облегченный выход N-NO3 из очага путем диффузии с восходящим или нисходящим потоком влаги способствует формированию более обширной зоны повышенного его содержания (рис. 2). В отличие от аммония очаг высокого содержания NO3 сохраняется лишь в течение 3-4 недель после внесения нитрофоски. При перемешивании удобрения со слоем почвы 0-10 см отмечается более равномерное распределение N-NO3. В условиях острой засухи, когда преобладает восходящий ток влаги, значительное количество нитратов может накапливаться в верхнем 5-сантиметровом слое почвы.

На динамику распределения минеральных форм азота в почве существенное влияние оказывает не только способ внесения удобрения, но и физико-химические свойства самого удобрения. Об этом свидетельствуют исследования [Шкиль, Трапезников, 1987], проведенные на выщелоченном черноземе Южной лесостепи Башкортостана, с обычной и капсулированной [Брук и др., 1980] мочевиной. Удобрение (гранулированный суперфосфат, калийную соль, обычную или капсулированную мочевину в дозе 60 кг/га) вносили путем перемешивания со слоем почвы 0-25 см и лентой шириной 2 см на глубину 10 см. Образцы почвы отбирали в виде горизонтальных монолитов сечением 2х3 см на глубину до 19 см. Характер распределения N-NO3 и N-NH4 по слоям почвы при разбросном внесении обычной и капсулированной мочевины в течение вегетации яровой пшеницы был сходным. Общим для обеих форм мочевины было сравнительно равномерное содержание минерального азота, особенно аммонийного, по профилю почвы. За период от фазы 1-2 листьев до кущения происходило резкое снижение в исследуемом слое почвы содержания N-NO3.

Рис. 2. Динамика содержания и распределения форм азота. А, Б, В, Г – см. на рис. 1

В случае ленточного внесения зона расположения удобрения характеризовалась повышенным содержанием минерального азота. Однако четко выраженная гетерогенность в распределении N-NO3 при внесении обычной мочевины отмечалась лишь до фазы кущения яровой пшеницы. В фазу 1-2 листьев повышенное содержание нитратов при внесении обычной мочевины наблюдалось в большем объеме почвы, чем при внесении капсулированной. Особенностью локального внесения капсулированной мочевины было сохранение повышенного содержания N-NO3 в очаге до наступления молочной спелости зерна. Вероятно, локальное внесение азотных удобрений с пролонгированным действием позволит создавать более благоприятные условия азотного питания растений и на заключительных этапах онтогенеза растений.

Детальными исследованиями на серой лесной почве показано, что основные изменения в содержании и распределении форм азота при различных способах внесения сульфата аммония происходят в течение первых 3-5 недель [Соколов, Семенов, 1992]. Длительное сохранение повышенного содержания минерального азота в очаге авторы связывают с невысокой миграционной способностью N-NH4 в почве, а также торможением процесса нитрификации. Важная роль в поддержании гетерогенитета по содержанию минеральных форм азота отводится процессу усиленной мобилизации азота органического вещества почвы в месте расположения азотного удобрения. Поэтому после достаточно большого периода времени взаимодействия удобрения и почвы, повышенное содержание минерального азота в очаге и соседних с ним зонах представлено преимущественно азотом почвы.

Известно, что наряду с процессом минерализации органического вещества почвы под влиянием азота удобрений одновременно идет и его иммобилизация за счет поглощения микрофлорой и связывания аммиака почвой. На степень ее проявления способы внесения азотных удобрений также оказывают определенное влияние. Эти различия четко проявляются уже после нескольких дней взаимодействия азотных удобрений с почвой. Так, при перемешивании сульфата аммония со слоем почвы 0-10 см через 4 дня 21,2% азота удобрения находилось в органической форме, через 14 дней – 24,9% [Соколов, Семенов, 1992]. В то же время при ленточном внесении удобрения на глубину 10 см они составили соответственно 10,0 и 14,3%. В менее выраженной форме различия по степени иммобилизации азота удобрения в зависимости от способа его внесения сохранялись до конца вегетации гречихи.

В ряде работ показано, что локализация азотных удобрений приводит к более интенсивному образованию экстра-азота [Семенов, Мергель, 1989; Соколов, Семенов, 1992]. При этом указывается на несколько путей формирования фонда экстра-азота в почве: химический (как результат воздействия высокой концентрации на почву), биохимический (разложение органического вещества микробиологически) и физиологический (как результат повышения поглотительной способности корней низкосолевого статуса вследствие контакта высокосолевых корней с очагом удобрения).

Степень мобилизации азота почвы при локальном внесении азотных удобрений определяется рядом факторов. К числу таковых относятся исходные запасы минерального азота и качественный состав азотного фонда почвы. Предполагается, что действие локально внесенных удобрений на формирование фонда экстра-азота ограничено по силе и затрагивает лишь небольшую часть способных к мобилизации азотистых соединений почвы [Соколов, Семенов, 1992].

В исследованиях по распределению элементов питания и их трансформации при различных способах внесения основного минерального удобрения обычно обращается внимание на очаг (место расположения удобрения в почве) и смежные с ним участки почвы, т.е. изучением охватывается ограниченный объем корнеобитаемой среды. Исходя из данных о силе влияния гетерогенного распределения на трансформацию техногенного азота и азота самой почвы, можно было предполагать, что его действие распространяется и на ее более глубокие слои. Наблюдения за динамикой запасов минерального азота в метровом слое почвы, проведенные на тяжелосуглинистом черноземе Южной лесостепи Башкортостана, подтвердили данное предположение [Трапезников и др., 1996].

Запасы минерального азота (N-NO3 + N-NH4) в метровом слое до перехода температуры почвы через +10° в среднем за три года составили 238 кг/га. Из них на долю N-NO3 приходилось 167 кг, или 70%. Распределение нитратного азота по профилю было довольно равномерным с максимальной концентрацией в слоях 20-40 и 40-60 см (соответственно 15,5 и 16,5 мг/кг почвы). В слоях 0-20 и 80-100 см содержание нитратов различалось незначительно (10,0 и 11,5 мг/кг). Распределение аммонийного азота по профилю носило иной характер. Наибольшее количество его приходилось на верхний 20-см слой почвы (8,8 мг/кг) с плавным снижением по глубине до 3,9 мг в слое 80-100 см (табл. 1).

Внесение нитрофоски оказывало заметное влияние на суммарные запасы минерального азота. В наиболее яркой форме это проявлялось при разбросном применении удобрения. Так, через 2,5-3 недели (фаза 3 листьев) в метровом слое они были выше, чем в контроле, на 63 кг/га (табл. 1). Последнее обусловливалось преимущественно повышенной концентрацией нитратного азота в слое 0-20 см (37 мг/кг). По данным показателям вариант с ленточным внесением нитрофоски занимал промежуточное положение.

Таблица 1

Запасы минерального азота в слое 0-100 см, кг/га (среднее за три года)

Вариант опыта

N мин.

В т.ч. N-NO3

N мин.

В т.ч. N-NO3

кг/га

% от Nмин.

кг/га

% от Nмин.

 

 

 

 

 

 

 

 

Три листа

Цветение

Без удобрения

224

142

63

100

61

61

Вразброс

287

210

73

134

69

52

Локально

258

181

70

105

49

47

НСР05

56

36

 

34

20

 

 

Кущение

Молочная спелость

Без удобрения

133

99

74

93

57

61

Вразброс

214

162

77

92

58

63

Локально

144

102

71

84

56

67

НСР05

64

42

 

21

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трубкование

Восковая спелость

Без удобрения

96

59

61

105

60

57

Вразброс

176

132

75

140

98

70

Локально

131

71

54

161

125

78

НСР05

41

31

 

26

24

 

Наиболее значимые по вариантам опыта различия в запасах и соотношении форм минерального азота в метровом слое зафиксированы в период кущение – цветение растений пшеницы. При разбросном внесении нитрофоски фонд Nмин. был значительно выше, чем без удобрения и ленточном способе. Эти различия обусловливались преимущественно нитратной формой азота. Так, в фазы кущения и трубкования в метровом слое почвы при разбросном внесении удобрения содержалось N-NO3 в 1,5 и более раза больше, чем при локальном способе (табл. 1).

Особенности в трансформации азота, обусловленные характером распределения удобрения в почве, предопределяют и неодинаковые суммарные запасы минерального азота и соотношение его форм в данный период вегетации яровой пшеницы. При ленточном внесении нитрофоски соотношение N-NO3 и N-NH4 смещается в пользу восстановленного азота. Анализ данных свидетельствует о том, что выявленные различия по способам внесения удобрения связаны преимущественно с особенностями превращения и использования азота в верхнем гумусированном 0-40 см слое почвы. Причем в слое 20-40 см они были более существенными, чем в верхнем 0-20 см. Так, например, в кущение запасы минерального азота в слое 20-40 см при разбросном внесении составили 74, локальном – всего лишь 28 кг/га, из них на долю N-NO3 приходилось соответственно 57 и 20 кг/га. Сходная картина сохранялась и в фазу трубкования: 41 и 32 кг N-NO3 при разбросном, 21 и 11 кг/га N-NO3 при ленточном внесении нитрофоски. В последнем случае в фазы кущения и выхода в трубку в данном слое почвы запасы минерального азота и его нитратной формы были практически такими же, как и в варианте без внесения удобрения. При ленточном способе удобрение взаимодействует с ограниченным объемом почвы, поэтому большая часть почвы остается в естественном состоянии и слабо подвержена влиянию технического азота. Представляется, что менее интенсивные процессы минерализации органического вещества почвы имеют важное экологическое значение. Сходные результаты были получены и в экспериментах на черноземе типичном выщелоченном карбонатном [Середа и др., 1997]. Запасы минерального азота в метровом слое почвы в начале вегетации пшеницы при внесении N90 лентами были заметно ниже, чем под культивацию и особенно под зяблевую вспашку. При этом в составе минерального азота возрастала доля аммонийной формы.

Характер распределения удобрения в почве отражается на запасах минерального азота и на заключительных этапах развития яровой пшеницы. Так, к моменту наступления восковой спелости зерна при разбросном внесении удобрения в слое почвы 0-40 см содержалось 66 кг минерального азота, из них на долю N-NO3 приходилось 45 кг/га. На фоне ленточного распределения нитрофоски они составили соответственно 40 и 24 кг/га. Вероятно, эти различия по способам внесения удобрения обусловливались не только особенностями трансформации азота в почве, но и интенсивностью его использования растениями.

Существенные различия по запасам минерального азота в период налива зерна были зафиксированы и в более глубоких подпочвенных слоях, но противоположной направленности. При ленточном внесении в фазу молочной спелости зерна в слое 60-100 см они были выше, чем на фоне разбросного применения. В восковую спелость эти различия проявлялись наиболее рельефно: на фоне локального применения содержалось 96 кг минерального азота, в т.ч. N-NO3 – 76 кг/га. Для варианта с разбросным внесением они составили соответственно 40 и 31 кг/га, т.е. были ниже более чем в два раза. Последнее нашло отражение и в общих запасах минерального азота и его форм в метровом слое (табл. 1). Повышенные запасы N-NO3 в слое 60-100 см в данный период при локальном внесении нитрофоски в принципе могут быть связаны с двумя противоположно направленными процессами: миграцией из верхних слоев почвы или поступлением с восходящим потоком влаги из слоев, расположенных глубже 100 см. Второе объяснение представляется более предпочтительным по следующим соображениям. В двух опытах из трех заключительные этапы онтогенеза яровой пшеницы протекали при явном недостатке влаги в почве. При ленточном внесении удобрения запасы влаги в метровом слое, как правило, оказываются ниже, чем при разбросном. Не были исключением и обсуждаемые опыты. Так, например, к фазе цветения суммарные запасы влаги в метровом слое при ленточном внесении нитрофоски были на 200 т/га ниже, чем при разбросном. Вероятно, более мощный восходящий поток влаги и является причиной обогащения слоя 60-100 см дополнительным количеством нитратов. Последнее может вносить определенный вклад как в формирование более высокого урожая зерна яровой пшеницы без снижения биохимических и технологических показателей его качества [Трапезников, 1983], так и уменьшение миграции N-NO3 с грунтовыми водами в соседние с агроценозами территории.

Представляется, что ленточное внесение нитрофоски на выщелоченном черноземе в меньшей степени затрагивает естественный ход трансформации азота в слое почвы 0-100 см. Поэтому данную технологию можно рассматривать и как одно из средств сохранения уровня плодородия почвы. Подтверждением тому являются и результаты длительного использования локальных методов внесения азотных удобрений в системе севооборота [Соколов, Семенов, 1992]. Отмечается, что при данной технологии исключается возможность постоянной и более интенсивной деградации устойчивых азотсодержащих органических соединений и тем самым ухудшения азотного режима и плодородия почв.

Топография распределения подвижных форм фосфора и калия в почве при различных способах применения минеральных удобрений привлекала внимание многих исследователей. В лабораторных опытах на средневыщелоченном черноземе за 125 суток фосфорная кислота передвигалась от места внесения удобрения на 7-8 см [Гилис, 1975]. В краткосрочных лизиметрических и микрополевых опытах на дерново-подзолистых почвах фосфор нитроаммофоски почти полностью оставался в пределах 2-4 см от места внесения удобрения [Булаев и др., 1976а]. Содержание подвижного фосфора в месте расположения удобрения в зависимости от его дозы достигало 200-450 мг Р2О5 на 100 г почвы. В микрополевых опытах незначительная часть фосфора через три недели после внесения удобрения мигрировала на расстояние до 5-6 см. На миграцию фосфора из очага оказывает влияние и форма совместно внесенного азотного удобрения. Показано, что подвижность фосфора повышается под влиянием сульфата аммония. Противоположное действие оказывает мочевина, что объясняется подщелачиванием среды продуктами ее гидролиза [Булаева, 1975]. В экспериментах на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при ленточном внесении смеси простых удобрений (аммиачная селитра, суперфосфат, калий хлористый) основная масса фосфорной кислоты сосредоточивалась в радиусе 4 см [Каликинский, Тверезовская, 1976]. На большее (до 8 см) расстояние мигрировал из очага калий. Показано, что с увеличением дозы калийного удобрения зона миграции калия расширяется, а распространение его от очага фиксировалось на расстоянии 6-7 см как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях [Булаев и др., 1976б]. Сообщается, что в зависимости от дозы фосфорного удобрения повышенное содержание подвижного фосфора в месте расположения ленты сохраняется до трех лет [Zerkoune et al., 1993]. При этом примерно 90% фосфора удобрения обнаруживалось на удалении до 5 см от точки внесения.

Результаты наших наблюдений за динамикой распределения подвижных форм фосфора и калия, проведенных в микрополевых опытах на выщелоченном черноземе [Трапезников, 1983; Трапезников и др., 1977], в принципе согласуются с данными литературы. При обоих способах внесения нитрофоски в дозе 60 кг/га основное количество фосфора и калия сосредоточивалось в том участке почвы, куда вносилось удобрение (рис. 3). При ленточном размещении удобрения повышенное содержание данных элементов питания было приурочено к самому очагу и в радиусе 3-5 см от него. Через 1,5-2 недели содержание подвижного фосфора непосредственно в очаге достигало 120, а калия более 80 мг на 100 г почвы. Уровень миграции фосфора из очага во многом определяется составом удобрения. При совместном внесении двойного суперфосфата и мочевины усиливалась диффузия подвижного фосфора из ленты [Fan, MacKenzie, 1993]. В свою очередь, фосфор замедлял гидролиз мочевины и ослаблял повышение рН около ленты удобрения.

Гидротермические условия в течение вегетации по годам оказывали слабое влияние на характер распределения данных элементов питания. Более контрастные различия наблюдались в изменении абсолютного содержания подвижного фосфора в очаге. Так, в условиях острого дефицита влаги в течение всего вегетационного периода 1975 г. содержание Р2О5 со 120 мг в 100 г почвы в фазу кущения пшеницы снизилось к началу молочно-восковой спелости зерна лишь на 20%, а в более благоприятном по увлажнению 1976 г. – в два раза. Менее выраженные различия в динамике содержания доступного растениям фосфора выявляются и в случае определения его по слоям почвы с интервалами в 20 см [Середа и др., 1998]. Через месяц (фаза кущения яровой пшеницы) после внесения нитрофоски вразброс концентрация фосфора в слое 0-20 см составила 13,7 мг/100 г, лентой – 16,9, в фазе трубкования соответственно – 15,1 и 17,0 мг/100 г почвы. Установлено, что прочность связи фосфора удобрений с почвой при локальном их внесении ниже, чем разбросном [Фатеев, 1993], а в слое внесения удобрения образуется значительное количество наиболее доступных для растений фосфатов железа и кальция [Анчихорова, 1991].

Распределение калия в почве в принципе было сходным с распределением фосфора. Небольшие различия состояли в том, что ионы калия мигрируют из ленты на несколько большее расстояние, чем фосфора. Высокое содержание калия в очаге сохраняется практически до конца вегетации яровой пшеницы, хотя и уменьшается по сравнению с первоначальным его количеством примерно в четыре раза. Сходные результаты по миграции и распределению элементов питания при локальном внесении нитроаммофоски ленточным способом были получены и в экспериментах на дерново-подзолистой супесчаной почве [Медведев, 1980].

Рис. 3. Динамика содержания и распределения калия и фосфора. Условные обозначения см. на рис. 1, 2

Сравнительное изучение способов разбросного и ленточного внесения основного минерального удобрения в системе севооборота показало, что последний не приводит к ухудшению плодородия почвы. В силу более интенсивного использования растениями элементов питания, внесенных локально, отмечается некоторое снижение в почве к концу ротации, по сравнению с разбросным способом, содержания подвижного фосфора [Горбылева и др., 1976]. Сообщается, что при длительном применении ленточного способа внесения на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве содержание и запасы водорастворимого, легкоподвижного, обменного и необменных форм калия были выше, чем при разбросном [Нгуен, 1992].

Неравномерное распределение удобрений в почве вызывает гетерогенность среды не только по признаку содержания элементов питания. Наблюдения показывают, что та часть корневой системы растения, которая формируется в зоне размещения нитрофоски, функционирует в условиях с иным соотношением доступных форм элементов питания, чем низкосолевая или корневая система при разбросном способе внесения. В последнем случае заметных различий в соотношении элементов питания в верхних слоях почвы (0-15 см) в течение вегетации не наблюдается. Например, в слое почвы 9-11 см на долю калия в сумме Nмин.2О52О приходится около 60%, минерального азота и подвижного фосфора соответственно – около 10 и 30%. В случае ленточного внесения нитрофоски в очаге отмечается значительное преобладание подвижного фосфора (рис. 4). Характерно, что в течение вегетации яровой пшеницы происходит увеличение относительного содержания данного элемента питания с 50% в фазу кущения до 75-80% в колошение. В этот период на долю калия приходится 16-20% и всего лишь несколько процентов составляет минеральный азот. Таким образом, для части корневой системы растения в случае локального внесения комплексных удобрений создаются условия неограниченного питания с измененным в пользу фосфора и калия соотношением. Представляется, что основной причиной гетерогенитета почвы по признаку соотношения элементов питания является различная миграционная способность доступных форм азота, фосфора и калия. Определенный вклад в формирование специфического соотношения элементов питания в очаге должны вносить также различия в соотношении мобилизационных и иммобилизационных процессов, отдельных элементов питания и степени использования их растениями.

Рис. 4. Содержание и соотношение подвижных форм элементов питания в месте расположения ленты нитрофоски (образец 8 рис. 1) и соответствующем участке почвы при разбросном внесении:

I – кущение, II – трубкование, III – колошение, IV – молочно-восковая спелость

Итак, при локальном распределении удобрения в почве в ограниченном ее объеме создается зона с необычно высоким содержанием доступных форм элементов минерального питания. В случае внесения трех основных элементов (азот, фосфор, калий) данная зона характеризуется к тому же и резко измененным в пользу фосфора соотношением. Естественно, что все это должно оказывать определенное влияние и на многие составляющие биологической активности почвы.

 

Биологическая активность почвы

Одной из важнейших составляющих биологической активности почвы является состав и численность микрофлоры, их функциональная активность. Не вдаваясь в описание деталей сложных взаимодействий микроорганизмов и высших растений, необходимо отметить, что на одном гектаре окультуренной почвы сухая масса микроорганизмов может достигать 6-9 ц, а их суммарная поверхность –нескольких сотен гектаров [Мишустин, Черенков, 1976]. Поэтому в определенных условиях микрофлора почвы может выступать в роли конкурента растениям за доступные формы питательных веществ [Кларксон, 1978; Най, Тинкер, 1980; Nagarajah et al., 1970]. Прямая конкуренция наиболее вероятна при низких концентрациях элементов питания в среде. Ризосферные микроорганизмы, находящиеся на поверхности корня, "перехватывают" поступающие ионы [Кларксон, 1978]. Д.Барбером [Barber, 1968], например, показано, что в нестерильных питательных растворах с ионными концентрациями ниже 10 мкМ бактерии поглощают значительное количество фосфора и рубидия, ухудшая их усвоение растениями. Поэтому в стерильных условиях растения поглощают больше фосфора, чем в нестерильных. Возможно, с фактом конкуренции связано то, что применение минеральных удобрений более эффективно на почвах с низкой биологической активностью [Мишустин, 1976]. Обсуждая возможные причины более высокой эффективности локального применения удобрений по сравнению с диффузным их распределением в почве, Д.А.Сабинин [1934] выдвинул тезис, что при создании очагов удобрений может ослабляться использование элементов питания микроорганизмами почвы. В то же время в литературе имеется много данных, свидетельствующих о положительном действии микрофлоры на поглощение ионов. Сообщается, что в присутствии микроорганизмов увеличивается количество железа, транспортируемого в побег проростков ячменя [Кларксон, 1978], стимулируется поглощение и передвижение марганца под влиянием вещества неизвестной природы, выделяемого микроорганизмами [Barber, Lee, 1971/1972]. Микроорганизмы почвы и ризосферы являются продуцентами витаминов, ферментов, антибиотиков и других физиологически активных веществ, а корневая система растений способна их усваивать [Красильников, 1951; Самцевич, 1962; Овчаров, 1958]. Реакция растений на эти вещества проявляется в самой разнообразной форме. Могут усиливаться рост и развитие растений, возрастать их продуктивность. Выделяемые, например, некоторыми микроорганизмами ауксины стимулируют рост корней [Libbert et al., 1966]. Сообщается также о возможном действии продуктов жизнедеятельности микроорганизмов на проницаемость биомембран [Кларксон, 1978]. Вероятно, перечисленные выше процессы и взаимодействия растений с почвенной микрофлорой в условиях гетерогенного распределения удобрений должны иметь свои особенности по сравнению с гомогенной средой. Этого можно было ожидать хотя бы из тех данных, которые получены при изучении действия засоления почвы на численность и видовой состав микрофлоры в зависимости от концентрации и химического состава солей [Строгонов, 1973].

Действие дискретного распределения удобрений в почве на параметры ее биологической активности до недавнего времени не привлекало внимания исследователей. Работа М.Б.Гилиса [1975], возможно, является одной из первых, где приводятся данные о положительном действии очага удобрения на прикорневую микрофлору растений. Однако учет численности микроорганизмов проводился без разделения ее на отдельные физиологические группы. Попытка более детального изучения вопроса в свое время была предпринята и в наших исследованиях [Трапезников, 1983]. Однако в силу ряда обстоятельств наблюдения за численностью микроорганизмов по слоям почвы начинались лишь в фазу трубкования яровой пшеницы, т.е. по прошествии более чем месячного срока после внесения удобрения. Из данных следует, что ленточное внесение нитрофоски на выщелоченном черноземе повышало в зоне очага высокого содержания элементов питания численность аэробных спорообразующих бактерий. Наиболее ярко это проявлялось в фазы колошения и молочно-восковой спелости зерна яровой пшеницы. В фазу колошения место расположения нитрофоски характеризовалось более значительной, по сравнению с соседними участками почвы, численностью аммонифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов. В следующие сроки наблюдений (трубкование, колошение, цветение) очаг отличался повышенной численностью и нитрифицирующих бактерий. Последнее противоречит более поздним результатам исследований других авторов. Так, в экспериментах на дерново-среднеподзолистой тяжелосуглинистой почве показано, что внесение азотных удобрений подавляло размножение денитрифицирующих бактерий в очагах внесения на 50-60% в первые 20 дней после внесения [Вьюкова, 1983]. В другой работе [Соколов, Семенов, 1992] показано, что в течение двух недель локализация сульфата аммония на дерново-подзолистой почве обеспечивала устойчивое (56-64%) торможение нитрификации N-NH4 удобрений. Через пять недель ингибирующий эффект локализации сульфата аммония уменьшался до 26-40%. Возможно, отмеченное выше противоречие является результатом того, что исследования проводились на различных типах почв и ином составе удобрения. Существенно различными были и интервалы времени от момента внесения удобрений до начала наблюдений.

Достаточно четко выраженная гетерогенность почвы при ленточном внесении (NPK)60 наблюдалась нами по численности фитинразлагающих микроорганизмов [Трапезников, 1983]. В фазу трубкования пшеницы в месте расположения удобрения она составляла 6,8 тыс. на 1 г почвы, а в окружающих очаг участках колебалась от 7,9 до 12,9 млн. При разбросном внесении удобрения в аналогичных участках почвы численность данной группы микроорганизмов была практически одинаковой с колебаниями от 4,1 до 4,7 тыс. на 1 г почвы. Ингибирующее действие высокой концентрации элементов питания на численность фосформинерализующих микроорганизмов отмечалось и в последующие фазы развития пшеницы вплоть до молочно-восковой спелости зерна.

Биохимические превращения в почве, обусловливающие ее плодородие, в значительной мере определяются интенсивностью и направленностью ферментативных процессов. Показатели ферментативной активности почвы широко используются при решении диагностико-индикационных вопросов почвоведения, динамики содержания питательных веществ в почве и минерального питания растений, оценки эффективности систем удобрения [Ярошевич, 1968; Галстян, 1974; Чундерова, 1976; Хазиев, 1977; Cervelli et al., 1978]. В свою очередь, минеральные удобрения как химически активные агенты оказывают большое влияние на ферментативные процессы в почве. Их действие на ферментативный потенциал почвы может быть прямым через изменение состояния имеющихся в почве ферментов (ингибирование, активация, деструкция) и косвенным – путем изменения ферментативного пула за счет ингибирования или стимуляции жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и растений, являющихся продуцентами ферментов [Хазиев, 1979]. Состав вносимых удобрений или длительное применение повышенных доз могут стать причиной снижения активности отдельных ферментов. Подобное, например, наблюдается в отношении фосфатазы в случае применения повышенных доз фосфорных удобрений [Кудзин, Ярошевич, 1969; Хазиев, 1977].

В условиях неравномерного распределения минеральных удобрений, приводящего к формированию зоны с экстремально высоким содержанием подвижных форм элементов питания, можно было ожидать и существенных различий в топографии ферментативной активности почвы. При перемешивании (NPK)60 с верхним слоем почвы 0-10 см и за пределами очага при ленточном внесении показатели ферментативной активности были достаточно близкими (табл. 2). Вероятно, это

Таблица 2

Топография ферментативной активности почвы в зависимости от способа внесения нитрофоски (среднее за три года)

образца

Сахараза,

мг глюкозы/г почвы

Фосфатаза,

мг фенолфталеина/г почвы

кущение

колошение

мол.-воск. спелость

кущение

колошение

мол.-воск. спелость

 

 

 

 

 

 

 

Локально

2

19,0

21,7

16,9

5,9

6,5

4,1

8

30,3

27,7

20,0

6,2

4,3

3,6

10

20,3

24,0

20,1

7,8

6,8

6,7

14

25,3

24,3

21,0

6,5

6,0

6,8

 

 

 

 

 

 

 

Вразброс

21

18,2

23,5

19,6

6,0

4,1

6,3

23

22,0

23,0

16,3

7,6

6,3

6,2

25

22,3

22,3

16,8

6,9

6,5

6,1

Примечание. Обозначения образцов см. рис. 1.

обусловливалось практически одинаковым содержанием в почве подвижных форм элементов питания, относительно небольшими различиями в численности микрофлоры и сравнительно равномерным распределением биомассы корней. Иная картина складывалась в зоне расположения ленты нитрофоски. Для нее была характерна пониженная активность фосфатазы, что связано с высоким содержанием подвижного фосфора, подавляющего активность и численность фосформинерализующих микроорганизмов. Этому могло способствовать и то, что в подобных условиях по принципу обратной связи корни растений меньше продуцируют внеклеточных фосфатаз [Ратнер, Самойлова, 1958], а имеющиеся фосфатазы подвергаются частичной инактивации избыточно высокой концентрацией минеральных фосфат-ионов. В условиях наших опытов содержание подвижного фосфора достигало 100 и более мг на 100 г почвы.

Наблюдения также показали, что зона размещения нитрофоски, по крайней мере до фазы колошения яровой пшеницы, характеризуется более высокой активностью сахаразы, являющейся показателем напряженности протекающих в почве метаболических процессов [Галстян, 1974]. Это может обусловливаться микробиологическим фактором, в частности повышенной численностью и активностью целлюлозоразрушающих микроорганизмов, а также переходом в подвижное состояние части органического вещества почвы. Подтверждением этого является повышенное содержание в очаге через четыре недели после внесения нитрофоски и в последующие периоды водорастворимого гумуса, щелочногидролизуемого азота [Трапезников, 1983]. Установлено, что локальное внесение (NPK)90 на черноземе типичном повышает лабильность органического вещества почвы [Фатеев и др., 1992].

В случае локального внесения односторонних азотных удобрений на дерново-подзолистой почве отмечается ингибирование в зоне очага активности аспарагиназы, протеазы и уреазы, что обусловливается высокой концентрацией аммония или изменением других физико-химических параметров [Соколов, Семенов, 1992]. Авторы отмечают, что со временем уровень ферментативной активности в очаге восстанавливается. Поскольку очаг занимает незначительные объемы (менее 5% 20-сантиметрового слоя почвы) отрицательные последствия от инактивации почвенных ферментов при локальном внесении азотных удобрений проявляются в меньшей степени, чем при разбросном.

В экспериментах на выщелоченном черноземе при локальном внесении нитрофоски гетерогенность почвы проявляется и в топографии распределения свободных аминокислот, накапливаемых на целлюлозных полотнах размером 20х25 см, заложенных в почву. В фазу кущения яровой пшеницы в них накапливалось в расчете на лейцин при разбросном внесении удобрения 184 мг, локальном – в два раза больше [Трапезников, 198З]. При этом четко выделялась зона повышенного содержания аминокислот, приуроченная к месту расположения нитрофоски. В последующий период отмечалось сглаживание различий в содержании аминокислот по слоям почвы. Исследованиями на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве показано, что локальное внесение NPK оказывает положительное влияние на биологическую активность почвы [Ладонин и др., 1996], оцениваемую по комплексу показателей: активности почвенных ферментов, интенсивности продуцирования почвой СО2 и несимбиотической азотфиксации, а также продуктивности растений.

Кислотность почвы. Сосредоточение значительного количества минеральных удобрений в ограниченном объеме почвы приводит к изменению рН среды. Характер изменения данного параметра почвы влияет на использование растениями элементов питания и их миграцию из очага. Установлено, что в щелочной среде вокруг ленты мочевины и монокальцийфосфата происходит осаждение фосфорной кислоты путем образования труднорастворимых фосфатов кальция и магния [Айсенси, Уолш, цит. по Булаеву, 1976а].

Значительное подкисление среды отмечалось в опытах с локальным внесением сернокислого и азотнокислого аммония. В очаге удобрений и над ним исходная величина рНвод с 5,8-6,0 снижалась до 4,2-5,0. Мочевина и азотнокислый натрий, наоборот, подщелачивают почвенный раствор до рН 7,0 в очаге и несколько подкисляют его в верхних слоях почвы [Булаева, 1975]. Заметные изменения рН почвы происходят только в самих очагах удобрений или на 1-2 см выше их соответственно миграции аммонийного азота и фосфорной кислоты [Булаев, Булаева, 1977]. Снижение рНсол на 0,1-0,4 в очаге отмечалось и при локальном внесении нитрофоски на выщелоченном черноземе [Трапезников и др., 1977]. Аналогичное снижение рН наблюдалось при локальном внесении (NPK)90 на черноземе типичном и оподзоленном [Фатеев и др., 1992]. При этом отмечалась тесная отрицательная связь между повышенной кислотностью и численностью нитрификаторов и бактерий, использующих минеральный и органический азот. Повышение кислотности, по-видимому, обусловливается не только внесенным удобрением и особенностями миграции элементов питания, но и кислыми выделениями корней самих растений. Локальное внесение сульфата аммония и аммиачной селитры приводит к подкислению. Подщелачивающее действие оказывает применение безводного аммиака [Bagchi et al., 1982]. По прошествии трех недель рН почвы в очаге возвращается в первоначальное состояние. Ленточное внесение нитрофоски на темно-серой оподзоленной почве приводило первоначально к подкислению почвы в радиусе 10 см с последующим расширением этой зоны до 15 см. К концу вегетации различия между очагом и окружающими участками почвы нивелируются, рН в очаге возвращается к исходному уровню [Крылова, 1980].

Показано, что на серой лесной почве при локальном внесении сульфата аммония и последующей нитрификации N-NH4 происходит существенное снижение рН в месте расположения удобрения, возрастание величины гидролитической кислотности и уменьшение содержания обменных Ca2+ и Mg2+. При смешивании удобрения с почвой изменения данных показателей оказываются менее выраженными [Соколов, Семенов, 1992]. На изменение подвижности катионов в зоне размещения азотных удобрений указывается и в ряде других работ.

Создание высококонцентрированного очага азота в модельном опыте путем внесения супергранул мочевины приводило на 7-й день к подщелачиванию почвы до рН 7,15 в месте расположения удобрения [Бубнова и др., 1990], что было сопряжено с значительным повышением содержания ионов NH4. По истечении 18 дней после внесения мочевины в зоне очага происходило подкисление почвы до рН 6,7. Столь быстрые изменения в топографии кислотности почвы обусловливаются сложным сочетанием интенсивно протекающих процессов миграции, трансформации азота и сменой состава микробного сообщества. Показано, что эффект подкисления почвы в месте размещения мочевины может быть устранен при совместном внесении удобрения с цеолитом [Щербаков и др., 1995].

Таким образом, анализ наших результатов и данных литературы свидетельствует о том, что неравномерное распределение удобрений в почве приводит к значительному усилению ее природной гетерогенности не только по содержанию доступных форм элементов питания, но и по целому ряду других свойств.

Зона размещения удобрения, составляющая незначительную часть корнеобитаемой среды растения, характеризуется экстремально высоким осмотическим потенциалом, более интенсивно протекающими физико-химическими и биологическими процессами трансформации элементов питания и органического вещества почвы. Направленность и напряженность протекающих в очаге процессов во многом определяются составом вносимого удобрения, свойствами почвы, а также функциональной активностью корневой системы растений. Как будет показано далее, гетерогенность почвы при локальных способах внесения удобрения является причиной морфофизиологической дифференциации корневой системы растений, оказывающей существенное влияние на ключевые функции растений и продукционный процесс.

Вопрос о возможной роли уровня пространственной неоднородности почвенной среды в функционировании корневых систем, а следовательно, и целого растения имеет общебиологический характер. Отмечается [Фокин, 1994], что традиционные земледельческие технологии направлены, в большинстве случаев, на создание гомогенного пахотного слоя. Природа решила данный вопрос иначе. Профиль целинных почв, лесных и травянистых экосистем сильно дифференцирован по органическому веществу и распределению основной массы функционально активных корней. Следовательно, технология локального применения минеральных удобрений в агроценозах является биологически более совершенной, чем их относительно равномерное распределение в почве.

Рис. 5. Многообразие солевых статусов корней растений при локальном применении NPK. А – начальные, Б – заключительные этапы онтогенеза

Итак, при локальном размещении удобрения в почве формируется очаг с повышенным содержанием доступных форм элементов минерального питания, во взаимодействие с которым входят лишь отдельные корни растения, условно называемые высокосолевыми. В случае локального внесения трех основных макроэлементов (азота, фосфора и калия), характеризующихся различной миграционной способностью и степенью трансформации и использования их растениями и почвенной микрофлорой, формируется широкий спектр статусов корней. Одни из них функционируют в условиях повышенного содержания всех трех элементов, другие – нитратного и аммонийного азота (рис. 5). Солевой статус одного и того же корня может быть существенно различным и по его оси. Изменяется во времени не только сила воздействия, но и ее качество ввиду резкого смещения во времени соотношения элементов питания в очаге в пользу фосфора и калия. Поэтому часть корней растения или отдельно взятого корня продолжительный период времени функционирует в условиях повышенных концентраций лишь этих двух элементов питания. Представляется, что многообразие солевых статусов корней растений при локальном применении удобрений является важным фактором в использовании ресурсов питания, влаги и света растениями в ходе продукционного процесса.

В Оглавление