Состав, минерализация соединений азота и регулирование азотного состояния почв Южного Урала Хабиров, Ильгиз Кавиевич

Введение к работе

Актуальность» Состояние земель и плодородие почв Южного Урала в настоящее время заметно ухудшилось. В первую очередь это отразилось на их гумусном и азотном состоянии. Количество вносимых органических (3-4 т/га) и минеральных (40-50 кг/га) удобрения не.компенсирует дефицит гумуса и азота. Урожай сельскохозяйственных культур в основном формируется за счет резервного фонда почвенного азота,что создает условия для дальнейшей деградации почв,снижения содержания гумуса и активной фа-

". зы азоторганических соединений.

В сложившейся ситуации оценка современного состояния азотного фонда почв агроэкосистем,. поиск альтернативных источников-азота, путей оптимизации азотного режима почв, повывения отдачи от удобрений,предупреждения и уменьшения потерь азота, при-< обретаот. особую актуальность. Важным становится более глубокое .изучение закономерностей трансформации азота как во внутрипоч-венном цикле,так ив агроэкосистеме в целом. В этом отношении наиболее перспективны кинетические и Термодинамические подходы в исследованиях отдельных биохимических реакций превращения азота почв и удобрений, происходящих с участием ферментов,агро-екологическая и агроэкономическая оценка параметров азотного состояния почв.

Цель работы - исследование современного состояния азотного фонда почв Южного Урала, выявление особенностей биохимической

". трансформации соединений ааота почв и удобрений, поиск эффективных приемов регулирования круговорота азота в системе почва-растение при сохранении его, основного фонда.

Задачи работы: I. Исследовать, "содержание, запасы, распределение и качественный состав азотного фонда основных типов

^: почв Южного Урала. ;. /

- v., , :.;';';; /'> Г-_;^: . ' .

ЦЕНТРАЛЬНАЯ Ґ

НАУЧ'НЛЯ БИБЛИОТЕКА Моск. соль:,:охоз академии им. К, /, 'і кіиип-грдд ..

«і. Изучать азотминералиэующую спосооность почв, выявить факторы определяющие ее интенсивность и определить количество доступного растениям азота в различных гидротермических условиях.

1. Изучить кинетику и термодинамику процессов минерализации азоторганических веществ,нитрификации и ферментативного гидро-лиза меченой С мочевины.

2. Изучить пути регулирования азотного режима и оптимизации азотного состояния в почвах агроценозов.

О. Разработать систему показателей азотного состояния почв в агроценозах.

ь. С целью расширения ассортимента отечественных ингибиторов нитрификации разработать и испытать новые соединения,инги-бирующие процесс нитрификации в почве.

Научная новизна. Установлены особенности азотного режима почв Южного Урала; аккумуляция нитратного азота в верхних горизонтах,слабая выраженность процессов его миграции по профили. Показано,что константа скорости накопления нитратного азота довольно высокая и зависит от температуры. Однако температурный коэффициент по сравнению с почвами других регионов небольшой, что указывает на относительную устойчивость органического вещества исследуемых почв к минерализации. Об атом свидетельствует также и высокая энергия активации процесса нитрификации.

Предложен новый подход к оценке количества потенциально минерализуемого азота на основе изучения кинетики минерализации его органических соединений. Показано, что скорость минерализации органического азота почв зависит от состава азотного фонда; связи между количеством минерализуемых соединений азота,содержанием гумуса и формами азота аппроксимируются функциями типа

- г -

параболы или гиперболы. Азотные удобрения способствуют снижению количества потенциально минерализуемых соединений азота и увеличению константы скорости минерализации.

Впервые в почвах Предуралья методом радиоактивных индикаторов изучены кинетические и термодинамические характеристики ферментативной реакции гидролиза мочевины. По установленным математическим зависимостям и известному значению У:^ стадии образования продуктов вычислены термодинамические параметры реакции гидролиза мочевины.

Оптимизация азотного режима достигается комплексом агротехнических приемов с учетом почвенно-экологических особенностей региона: на серых лесных почвах перспективны мероприятия способствующие снижению скорости минерализации органических веществ почвы и нитрифицирующей активности, закреплению минерализуемого азота в составе устойчивой "структурной" фракции азота, ограниченное применение азотных удобрений; на черноземах возможно увеличение доли "метаболической¹* или "активной" фазы азоторганических веществ путем дополнительного внесения подвижного органического вещества, применения полного минерального удобрения и минималиэации обработки почвы.

С экологических позиций оценено влияние системы обработки, севооборотов, удобрений, известкования, эрозионных процессов я осушения на азотное состояние почв.

Впервые для региона на основании обобщения большого експериментального материала предложена система показателей азотного состояния почв агроценоэов. По предложенной системе дана оценка азотного состояния почв Южного Урала.

Предложены новые ингибиторы нитрификации на основе произ
водных алкилпиридинов или N -замещенных амидов и имидов кар-
- -V- V. ..-:; -з.-

бонових кислот. Применение этих препаратов совместно с амидны-ми и аммонийсодержащими удобрениями способствуют значительному снижению потерь азота удобрений и повышению их эффективности.

Защищаемые положения. L. Специфичность формирования азотного фонда почв исследуемого региона обусловлена своеобразием биоклиматических условий Южного Урала, географическим расположением ландшафта на стыке нескольких климатических зон. дти особенности отражаются на статике и динамике азотного состояния пахотных почв.

4. Комплексная кинетическая и термодинамическая характеристика процессов минерализации органических соединений ааота почвы, нитрификации и гидролиза мочевины ферментом ураазой позволяет реально оценить количественные параметры,скорость и вероятность протекания этих процессов при различных гидротермических условиях и наметить пути их оптимизации.

3. Предлагаемая система показателей азотного состояния почв агроценозов отражает типовые и подтиповые их различия, позволяет проводить мониторинг изменений азотного режима и является основой для разработки оптимальных параметров плодородия по азоту.

Практическая значимость» I. Оценены общие запасы азота,состав азотного фонда, потенциально-минерализуемые их соединения и количество реально минерализуемого за вегетационный период азота, аккумуляция и миграция нитратного азота,разработана система показателей азотного состояния почв,подходы к диагностике азотного режима почв. Эти материалы вошли в следуюшде практические рекомендации: "Рациональное использование осушенных земель в Башкирии" (1981), "Баланс гумуса,азота,фосфора и калия в почвах Башкирской АСХР" (1965), "Комплексная программа повышения пло-

, дородия почв Башкирской АССР" (1990), "Научно-обоснованная система земледелия по зонам Башкирской АССР" (1990).

2. Разработана и внедрена в колхозе "Сигнал" Балтачевского района технология возделывания культур зернопаропропашного севооборота с короткой ротацией,с различными вариантами систем удобрения,направленных на улучшение азотного состояния серых лесных почв. Обоснована эколого-экономическая эффективность минимальной обработки типичных черноземов как в отношении использования азота почвы и удобрений,так и продуктивности севооборота. Технология минимальной обработки почвы в севообороте,обеспечивающей рациональное использование почвенного азота,внедрена в совхозе "Пугачевский" Федоровского района Башкирской ССР. Установлены оптимальные дозы азотных удобрений на фоне различной обеспеченности почв минеральным азотом для ведущей зерновой культуры -яровой пшеницы. " ' :

3. Предлагаемые новые ингибиторы нитрификации могут быть ис- .' пользованы на практике, как относящиеся к умеренно токсичным сое- . динениям Ш класса. Научная новизна этих разработок защищена

семью авторскими свидетельствами.

. 'Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзном научно-техническим совещании "Улучшение водно-физических свойств почв в целях повышения их плодородия" (Москва,1977), на УІ, УН, УШ, делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов (Тбилиси,1981; Ташкент,1985} Новосибирск,1969),на Всесоюзном совещании "Формирование животного и микробного населения агроценозов" (Москва, 1982), на X, XI и ХП региональных конференциях почвоведов, агрохимиков и земледелов JCtoHOro Урала и Поволжья (Уфа;19в,1988; Казань,1991), на юбилейном заседании Башкирского отделения ВОЛ АН СССР, посвященного 100-летию книги

И.И.Докучаева "Русский чернозем" "Роль черноземов Башкирии в решении продовольственной программы" (Уфа,1983), на научно-практических конференциях "Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской AuuP" (Уфа,I98b, 1989), на П, Ш и ІУ Всесоюзных рабочих совещаниях "Развитие термодинамических исследований в почвоведении" (Москва,198о; Алма-Ата,1988; Бустон, 1989), на Всесоюзной конференции основы рационального использования и охраны природных ресурсов" (Свердловск,1987), на Всесоюзном совещании "Микробиологическая деструкция органических веществ в биогеоценозах" (Хабаровск,1987), на республиканской научно-практической конференции "Пути повышения продуктивности падевых севооборотов" (Уфа,1988), на Ш Всесоюзном симпозиуме "Биодинамика почв" (іаллин,І968), на Всесоюзной конференции "Почвенна-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроценоаов" Шущино,198В), на Всесоюзном совещании "Химия и технология пиридин-содержащих пестицидов (Черноголовка,1988), на Всесоюзной конференции "Экологические проблемы накопления нитратов в окружающей среде" (Пущино,1989), на Всесоюзном совещании "Проблема азота в интенсивном земледелии" (Новосибирск, 1990), на Всесоюзном совещании "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск,1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано оЗ печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, основных выводов и практических предложений (всего 404 страниц, 68 таблиц, <8 рисунков), списка литературы (484 источников, в т.ч. 241 иностранных).