WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

     

На правах рукописи

Будажапов Лубсан - Зонды Владимирович

БИОКИНЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ АЗОТА

В СИСТЕМЕ ПОЧВА - УДОБРЕНИЕ - РАСТЕНИЕ

В УСЛОВИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Специальность  06.01.04. - Агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва  2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Бурятская государственная

сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова»

Научный консультант - академик Россельхозакадемии,

д.б.н., профессор Гамзиков Геннадий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Соколов Олег Алексеевич

доктор биологических наук, профессор

Кидин Виктор Васильевич

доктор биологических наук, профессор

Надежкина Елена Валентиновна

 

Ведущая организация:  Институт физико-химических и 

  биологических проблем почвоведения РАН

Защита состоится «___» ____________ 2009 г. в ____ часов

на заседании Диссертационного совета Д.006.029.01.

Всероссийского научно - исследовательского института агрохимии

им. Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИА)

Адрес: 127550 г. Москва, ул. Прянишникова, 31а.

тел / факс: 8 - (495) - 976 - 49 - 16

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова

Автореферат разослан «____» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л.В. Никитина 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Цикл азота включает разные по химической природе, степени подвижности и скорости оборачиваемости пулы, характер проявления которых под воздействием азотных удобрений в силу полифункционального спектра их действия приводит к изменению информационных, энергетических и обменных связей с разным позитивным и негативным проявлением при определяющей значимости биотических и абиотических факторов (Кореньков,1976; Смирнов,

1977,1982;Гамзиков,1981;Кудеяров,1989;Муравин,1991;Соколов,Семенов,1992;

Лаврова,1992;Кидин,1993;Семенов,1996;Башкин,2004;Семенов и др.,2006,2007;

Кузнецова и др.,2007;Никитишен,2007;Сусьян и др.,2008;Nishio еt al.,2001;De-

lin,Linden,2002;De Vries et al.,2003;Petersen et al.,2005;Olk,2006 и др.).

Исследования по проблеме азота в агроценозах Забайкалья в основном прово-

дились в направлении изучения режима минеральных его форм и эффективнос-

ти азотных удобрений (Абашеева и др.,1983; Ревенский,1985,2005; Чимитдор-

жиева,1990;Абашеева,1992;Лапухин,2000;Батудаев и др.,2004;Меркушева и др.,

2006). Применение 15N на лугово-чернозёмной почве Бурятии позволило получить новую информацию об особенностях баланса и превращениях азота удобрений в условиях криогенеза (Пигарева,1984,2003;Гамзиков и др.,1991).

Использование изотопной метки азота (15N) даёт возможность раскрыть основные закономерности усвоения и внутрипочвенной трансформации азота, а привлечение математического моделирования - определить характер, скорость и направленность процессов, совокупное проявление которых и определяет в итоге состояние азотного режима почв. При этом, важно оценить не только содержание и динамику минерального и органического азота в почвах, но и скорость и время оборачиваемости этих разных по подвижности азотных пулов и фракций в различных почвенных, биологических и экологических условиях. 

Соответственно для характеристики цикла азота определяющими выступают не столько количественная, сколько кинетическая составляющая превращений и оборота азотных пулов (Звягинцев и др.,2005;Семенов и др.,2006;Кузнецова и др.,2007 ;Campbell et al.,1984;Bradley,Fyles,1995;Stenger et al.,1995;Whalen еt al.,

2000; Tnnsoutyrot et al.,2000; Thuries et al.,2001; Ghoshal,2002; Kumar et al.,2002;

Pansu,Thuries,2003;Jones et al.,2004;Cookson et al.,2005;Petersen et al.,2005;Janzen

,2006;Вранова и др.,2009). Причем наиболее значимым в этой оценке являются быстро оборачиваемые пулы азота, которые служат чувствительным индикато-

ром изменения азотного состояния почв. Однако, непродолжительное пребыва-

ние азота в минеральной форме и высокая устойчивость медленно оборачивае-

мых фракций органического азота в почвах не позволяют прогнозировать изме-

нение их содержания при помощи традиционных методов оценки.

В этой связи представляется актуальным оценка цикла азота в системе почва - удобрение - растение с приоритетным обоснованием скоростных характеристик превращений, обеспечивающих наряду с количественной оценкой, диагностику азотных пулов по биокинетическим параметрам с прогнозом направленности и характера изменения азотного состояния агроценозов в Забайкалье.

Цель работы. Теоретическое обоснование закономерностей и скорости оборачиваемости основных пулов азота в системе почва - удобрение - растение как концепция биокинетической оценки цикла превращений азота в условиях Забайкалья.

Задачи исследований. 1.Выявить количественные и кинетические параметры баланса азота удобрений (использования растениями, иммобилизация почвой и потери) и  внутрипочвенных его превращений;

2. Установить величины и скорость использования азота почв и удобрений зерновыми культурами в зависимости от почвенно-климатических условий;

3. Оценить масштабы и кинетику процессов иммобилизации азота удобрений  с определением вклада основных групп почвенных микроорганизмов;

4. Изучить особенности трансформации азота удобрений в состав органического вещества почв;

5. Дать оценку азотминерализующему потенциалу почв в зависимости от биотических  и абиотических факторов;

6. Раскрыть и оценить с экологического позиций панораму миграционного пула минерального азота почв и удобрений в агроценозах Забайкалья.

Защищаемые положения. 1. Теоретическое обоснование количественных и кинетических параметров баланса азота в системе почва - удобрение - растение, определяющих азотный режим почв и эффективность азотных удобрений.

2. Закономерности процессов минерализации и иммобилизации азота почв и удобрений в качестве ключевых параметров биоцикла азота сезонномерзлотных и мерзлотных почв.

3. Количественные и скоростные особенности использования и внутрипочвенных превращений азота в системе почва - удобрение - растение, обусловленные уровнем проявления биотических и абиотических факторов.

4. Панорама миграционного пула азота в профиле сезонномерзлотных и мерзлотных почв, отражающая специфику его функционирования.

Научная новизна. Впервые для сезонномерзлотных и мерзлотных почв Забайкалья с применением 15N разработана концепция агрохимического обоснования основных закономерностей цикла азота с оценкой количественных и кинетических параметров азотного режима почв и экологически безопасного применения удобрений.

Впервые описаны количественные и кинетические составляющие баланса азота в системе почва - удобрение - растение, на основе которых доказано, что положительное сальдо определяется высокой константой (k) скорости усвоения и иммобилизации, величины которых в свою очередь обеспечиваются большей по модулю константой (k) скорости снижения содержания азота удобрений.  Дана оценка наиболее напряженным статьям баланса азота с ранжированием индекса его доступности в почвах сезонномерзлотного и мерзлотного ряда.

Установлены количественные и скоростные закономерности усвоения азота почв и удобрений в соответствии с биологическими особенностями растений, выявлены величины коэффициентов использования азота изотопным и разностным методами и предложены модели корректировки показателей последнего.

Показано, что процесс иммобилизации азота удобрений является ключевым в биоцикле элемента, обеспечивающим компенсацию выноса растениями почвенного азота. Высокая иммобилизация азота удобрений в почвах связана с усилением кинетической активности почвенной микрофлоры. С помощью 15N установлены запасы азота в «активной» фазе органического вещества и выявлена его роль во внутрипочвенном цикле сезонномерзлотных и мерзлотных почв. Впервые представлена панорама распределения иммобилизованного азота удобрений по фракциям гумусовых веществ с кинетикой его участия в процессах  синтеза, минерализации и обогащения органического вещества.

Установлены количественные и скоростные параметры азотминерализующего потенциала сезонномерзлотных и мерзлотных почв с участием микрофлоры и гидротермических показателей. Доказано, что мерзлотный характер функционирования почв значительно ограничивает минерализацию и оборачиваемость почвенного азота в цикле внутрипочвенных превращений, характеризуя их способность поддерживать гомеостаз.

Выявлено, что азотные удобрения активизируют микробную сукцессию в почвах, которая выражается в усилении активности микроорганизмов, изменении направленности и оборачиваемости внутрипочвенных превращений азота под воздействием внешних возмущающих факторов. Выявлена приуроченность развития грибов (r - стратеги) к начальным этапам сукцессии с увеличением и доминированием активности актиномицетов (К - стратеги) на поздних стадиях. 

Впервые для биокинетической характеристики цикла азота разработаны интегральные критерии в виде констант (k) скорости усвоения и внутрипочвенных превращений азота удобрений, участия почвенной микрофлоры в кинетике минерализации органического азота почв, которые служат обобщающим знаменателем в оценке оборачиваемости основных азотных пулов и значимости в этом биотических и абиотических факторов. Подобная оценка дает возможность подойти к разрешению проблем общей регуляции превращений азота в системе почва - удобрение - растение с учетом  особенностей протекания микробной сукцессии в почвах с различным состоянием азотного фонда и режимных процессов. Экспоненциальный характер зависимостей характеризует наличие в цикле азота очень возбудимых процессов формирования минерального, поглотительного и ассимиляционного пулов с разными кинетическими параметрами. 

Получены новые данные по миграционному пулу азота в почвах, свидетельствующие о возможности экологически безопасного применения азотных удобрений на сельскохозяйственной территории бассейна озера Байкал с оценкой размеров, глубины и характера распределения нитратного азота почв и удобрений в профиле сезонномерзлотных и мерзлотных почв.

Практическая значимость и реализация результатов. Результаты служат теоретической основой в разработке критериев оценки агроэкологической и агроэкономической эффективности внесения азотных удобрений, совершенствования практики их применения и диагностики азотного режима почв. Модели по усвоению, превращению и миграции азота почв и удобрений позволяют осуществлять прогноз и мониторинг азотного режима почв. Предложен способ корректировки разностного коэффициента использования азота удобрений для основных почв региона. Разработаны критерии оценки минерализации органического азота в почвах по численности и активности почвенных микроорганизмов и гидротермическим показателям.

Результаты исследований прошли производственную проверку в хозяйствах Бурятии и Забайкальского края, представлены в учебном пособии «Теория и практика применения метода меченых атомов азота в эколого-почвенных исследованиях» (Улан-Удэ, 2007), используются в учебном процессе Бурятской, Иркутской ГСХА и их филиалах по дисциплинам «Агрохимия», «Программирование урожаев» и «Основы растениеводства». 

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на всесоюзных, всероссийских, международных и региональных научно - практических конференциях: «Почвенно-агрохимические и экологические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов» (Пущино,1988), «Удобрения и плодородие почв» (Москва,1989), «Агрохимия на пороге XXI века» (Москва,1998), «Микробиология почв и земледелие» (Санкт-Петербург,1998), «Современные проблемы оптимизации минерального питания растений» (Н. Новгород,1998), «Лизиметрические исследования почв» (Москва,1998), «Совершенствование применения удобрений и других средств, обеспечивающих устойчивую продуктивность агроценозов» (Москва,1999), «Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии» (Москва, 1999), «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002), «Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур» (Москва,2002), «Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование» (Москва,2002), «Сибирские Прянишниковские агрохимические чтения» (Улан-Удэ,2002, Омск,2005, Иркутск,2007), «Плодородие почв, эффективность средств химизации и методы оптимизации питания растений» (Иркутск,2005), «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана» (Барнаул, 2005), «Адаптивные технологии в современном земледелии Восточной Сибири» (Улан-Удэ, 2005), «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно - ландшафтных системах земледелия» (Москва, 2006), «Состояние и перспективы современных систем земледелия Сибири» (Улан -Удэ, 2007), «Агрохимическая наука - Сибирскому земледелию» (Омск,

2008), «Вавиловские чтения - 2009» (Саратов, 2009), «Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России» (Москва 2009), «Разнообразие мерзлотных и сезоннопромерзающих почв и их роль в экосистемах» (Улан-Удэ, 2009). 

По теме диссертации опубликовано 68 работ, в том числе 9 в изданиях, входящих в список ВАК МО РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав с заключениями, выводов и рекомендаций производству; изложена на 318 страницах, содержит 72 таблицы, 20 рисунков и 20 приложений. Список литературы включает 586 наименований, в т.ч. 234 зарубежные публикации.

ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение цикла азота в системе почва - удобрение - растение проводилось в наиболее континентальной части Сибири - Забайкалье на сезонномерзлотных (каштановая, чернозем южный, серая лесная) и мерзлотной (лугово - чернозем-

ная) почвах Бурятии и Забайкальского края в течение 1985-2006 г.г. Исследования выполнены в лабораторных (2), вегетационных (4), микрополевых (16), полевых (4) и производственных (3) опытах. При проведении экспериментов использованы общепринятые методы полевых, лабораторных и аналитических исследований (Агрохимические методы..,1975;Методика полевого опыта..,1985; Практикум по почвоведению, 2002;Полевые и вегетационные методы…,2003). 

Опыты закладывали по единой схеме: 1.без удобрений; 2.Р40К40 - фон; 3.фон + N60 с  использованием, кроме полевых и производственных опытов, меченых (15N) азотных удобрений (Na и Nc) с избытком азота 15N 10.5 - 91.5 ат.%.

В лабораторных опытах изучали динамику иммобилизованного азота (15N) по фракциям органического вещества почв при инкубации в стандартных режимах. Вегетационные опыты проводили в сосудах Вагнера, вмещающих до 3.5 кг абс.- сухой почвы в 4-х и 18-ти кратной повторности, в которых изучали динамику усвоения азота почв и удобрений и содержания минерального и органического азота в почвах с оценкой скоростных параметров изменений. В микрополевых опытах использовали сосуды без дна объемом 30х30х40 см в 8-кратной повторности, где изучали особенности превращения и баланса азота удобрений с кинетической характеристикой. Оценку миграционного пула нитратного азота по составу, величине и глубине с кинетикой распределения в почвенном профиле проводили в сосудах без дна объемом 30х30х100 см с естественным сложением почв в 6-кратной повторности. В полевых опытах (площадь делянок 21 - 72 м 2 в 4-6-кратной повторности) изучали эффективность азотных удобрений, а производственных (площадь 164-247 га) - верификацию полученных результатов. Во всех опытах высевали яровые зерновые культуры (пшеница, ячмень и овес) районированных сортов.

Статистики агрохимических показателей почв имели значительные различия: содержание гумуса и общего азота характеризовалось высокой устойчивостью и возрастало от каштановой (1.58±0.05% и 0.137±0.04%) и серой лесной (2.36 ± 0.02% и 0.168±0.02%) к чернозему южному (4.12±0.01% и 0.219±0.02%) и лугово-черноземной мерзлотной (6.71±.02% и 0.433±0.06%); аналогичные изменения характерны с высокой вариабельностью для N-NO3- (0.88±0.1 1.11± 0.2 3.30±0.7 9.53±0.4 мг/кг) и N-NH4+ обменного (3.16±1.2 5.44±1.2 8.11±1.2 19.7±2.1 мг/кг). Почвы отличались и состоянием режимных процессов: по водному - от непромывного (каштановая и чернозем южный) и периодически промывного (серая лесная) до мерзлотного периодически возвратно -промывно-

го (лугово-черноземная), а по температурному - от сезоннопромерзающего до мерзлотного с избытком (чернозем южный) и дефицитом тепла (лугово-черно-

земная) при высокой энергетике процессов оттаивания-промерзания почв с различиями в криогенных явлениях. Специфика почв отразилась на микрофлоре: в лугово-черноземных мерзлотных доминировали бактерии на МПА, серых лесных - актиномицеты с равной долей этих микроорганизмов в каштановых при минимальной численности грибов во всех почвах.

Образцы почв и растений отбирали в динамике: в лабораторных на 2,5,15,30 и 60 день, вегетационных - через каждые 10 дней, микрополевых - с интервалом 15 дней, полевых - перед посевом и после уборки. При оценке распределения нитратного азота по профилю почвенные образцы отбирали через каждые 20 см  до метровой отметки с интервалом 15 дней. Определение азота в образцах проводили с учетом особенностей агрохимических исследований с 15N: общий азот по Кьельдалю - Йдольбауэру; минеральный азот - со сплавом Деварда; фракционный состав органического вещества почв - по В.В.Пономаревой и Т.Н.Плотниковой; изотопный состав азота на масс-спектрометре (МИ-1305, МИ-1201В). Содержание 15N в образцах и фракциях рассчитывали по уравнению изотопного разведения (Особенности применения изотопов азота...,1990).

Численность почвенных микроорганизмов определяли (Методы почвенной микробиологии и биохимии,1991) методом посева на селективные питательные среды в пятикратной повторности в чашках Петри: грибов на подкисленной среде Чапека, бактерий, ассимилирующих органические формы азота на мясо- пептонном агаре (МПА), актиномицетов на крахмало-аммиачном агаре (КАА).

Биокинетическая характеристика цикла азота достигалась путем вычленения константы (k) скорости усвоения и выноса растениями азота удобрений и почв, снижения минерального азота удобрений, иммобилизации вносимого азота в почвах и минерализации органического азота почв согласно экспоненциальной функции (у = а·е kt) с оцифровкой фактора времени (t - сутки, месяц, год). Последующее их сравнение позволило выстроить кинетическое обоснование баланса азота удобрений в системе почва - растение. Аналогичный подход представлен в оценке кинетики (k) распределения почвенного азота и иммобилизованного азота по фракциям органического вещества почв и миграционного пула нитратного азота в профиле сезонномерзлотных и мерзлотной почв. 

Активность почвенной микрофлоры в иммобилизации азота удобрений и минерализации органического азота почв представлена по константам (k) активности согласно экспоненциальной регрессии при высокой тесноте (r) признаков и сопоставлении с константами (k) скорости роста микроорганизмов, выведенные по основному лимитирующему их рост гидротермическому показателю.

Во всех случаях выведенные константы (k) отражали региональную величину скоростных составляющих цикла азота в системе почва - удобрение - растение. 

Азотминерализующий потенциал почв (N0) рассчитан по уравнению кинетики первого порядка - dN/dt = kN (Stanford, Smith,1972), содержание азота в «активной» фазе органического вещества почв по В.Н. Кудеярову (1989) и «индекс» доступности азота в почвах по В.М.Семенову (1996).

Вариационно-статистический анализ проводили общепринятыми методикам (Савич,1972;Лакин,1983;Дмитриев,2009), построение моделей - с использованием пакета стандартных и прикладных программ (Snedekor) и независимой их верификацией по данным многолетних и длительных опытов в Забайкалье.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Современные проблемы азота и методы оценки азотного режима почв

На основе детального анализа накопленного экспериментального материала по агрохимии азота в Забайкалье констатируется, что современные проблемы азота сконцентрированы на поиске приемов по диагностике азотного режима почв с учетом особенностей превращений азота в системе почва - растение и трансформировались из описательных оценок в эколого-функциональные, которые должны обеспечиваться надежными методами исследований, создавая предпосылки для независимой верификации. Обоснованность этих представлений связана с тем, что все современные успехи в диагностике азотного питания и азотного режима почв достигнуты с помощью классических и математико- статистических методов. Соответственно этому для стратификации широкого спектра известных методов анализа последние выстроены в пять кластеров, в каждом из которых представлены химико-аналитические и математико-статис-

тические методы, позволяющие выявить разные параметры азотного состояния почв и растений. Особый акцент уделен математическим методам, позволяющие рассчитать нетто - минерализацию азота в почвах - величина А (Кудеяров,

1989; Fried,Dean,1952; Herlihy,Sheehan,1979), азотминерализующий потенциал (N0) почв (Башкин,1987;Smith,Stanford,1972; Bremer,Kuikman,1997; Kumar et al.,

2002;Akasaka et al.,2003) с выявлением скоростных констант (k) минерализации азота и роста микрофлоры почв (Vmax) по уравнению Михаэлиса - Ментен и различных модификаций (DAISY,CN-SIM,NIFTI, DON, CERES) (Семенов и др.,

2006,2007;Кузнецова и др.,2007;Hansen et al.,1991;Hassegawa et al.,1999; Jones et al.,2004;Petersen et al.,2005;Santruckova et al.,2005;Olk,2006;Вранова и др.,2009). Несомненным достоинством подобного подхода является возможность диагностики цикла превращений азота по скоростным (k) параметрам, которые характеризуют кинетику постоянно оборачиваемых, легкоминерализуемых и быстростабилизируемых азотных пулов, что практически невозможно добиться традиционными аналитическими методами.

Оценка кинетических параметров биоцикла азота позволяет раскрыть оборачиваемость процессов его превращений по константам (k) скорости и времени (t) и прогнозировать их направленность и величину.

Баланс азота в системе почва - удобрение - растение

По результатам исследований рассчитан баланс азота в системе почва - удобрение - растение, дана оценка наиболее напряженным его статьям и представлено кинетическое обоснование составляющих баланса с ранжированием почв по «индексу» доступности азота.

Баланс азота удобрений. Показатели использования азота удобрений значимо снижались в ряду: серые лесные чернозем южный лугово-черноземные каштановые почвы, где величина их варьирования изменялась от средней (серые лесные) до высокой (каштановые и лугово-черноземные) и очень высокой (чернозем южный) (табл.1). Подобное ранжирование характеризовало очень высокую неустойчивость показателей усвоения азота удобрений. В отличие от этого распределение почв по иммобилизационной способности в отношении закрепления азота удобрений снижалось в ряду: лугово-черноземные серые лесные каштановые и чернозем южный при высокой устойчивости величин.

  Таблица 1. Статистические показатели составляющих баланса азота

  в системе почва - удобрение - растение, %  внесенного

Почва

n

Использовано

Иммобилизовано

  Неучтенный

M ± m

V,%

  M ± m

V,%

  M ± m

V,%

Каштановые

9

19.0 ± 2.8

44.7

41.1 ± 1.4

9.92

39.9 ± 4.0

30.1

Чернозем южный

6

25.7 ± 6.6

63.0

41.1 ± 2.5

14.7

32.8 ± 7.3

63.4

Серые лесные

10

33.7 ± 3.3

31.2

47.9 ± 1.5

9.94

18.5 ± 2.0

33.9

Лугово-черноземная

9

25.3 ± 3.5

41.6

53.3 ± 1.3

7.10

21.4 ± 4.1

57.3

НСР 05 6.17  5.02 14.6

Наилучшее состояние баланса азота удобрений наблюдалось на серых лесных почвах при минимальных неучтенных его величинах с высоким усвоением и закреплением. Близкий к дефицитному складывался баланс азота в каштановых почвах при минимальном использовании растениями и неучтенных статьях расхода, сопоставимых с закреплением. Во всех остальных случаях баланс азота удобрений в системе почва - растение был положительным. Согласно этим определениям, наиболее напряженными статьями баланса, независимо от состояния азотного фонда почв, гидротермических их режимов и биологических особенностей растений, выступали показатели усвоения и неучтенного азота, вариабельность которых была наиболее значительной.

Выявлена высокая теснота составляющих баланса в парной и множественной комбинации, которая не всегда была значимой (табл.2). Статистически доказанная (tф > tst) и сильная связь (r) установлена между использованным и неучтенным азотом, а также  последнего с иммобилизованным. При этом наблюдался обратный характер связей для всех почв, за исключением каштановых, где эти связи оказались слабыми и не доказанными. В отличие от этих зависимостей прямая по характеру и значимая теснота связи выявлена по размерам использования с иммобилизацией азота удобрений в почвах, кроме серых лесных почв, где высокая их сопряженность имела обратный характер, а в лугово-черноземных была слабой.

При всех различиях в величине, характере и направленности превращений азота удобрений в системе почва - растение теснота их связей в парной комбинации (r) и общей совокупности признаков (R) была высокой. 

Таблица 2.Статистические связи (r ± sr) составляющих баланса азота удобрений

Почва

n

Использовано-

иммобилизовано

Использовано - неучтенный

Иммобилизовано -неучтенный

R

Каштановая

9

0.81 ± 0.21

- 0.33 ± 0.36

- 0.35 ± 0.35

0.812

Чернозем

южный

6

0.82 ± 0.29

- 0.99 ± 0.07

- 0.89 ± 0.22

0.998

Серая

лесная

10

- 0.94 ± 0.12

- 0.77 ± 0.23

0.79 ± 0.22

0.941

Лугово-чер-

ноземная

9

0.33 ± 0.36

- 0.96 ± 0.11

- 0.59 ± 0.31

0.996

Кинетическая оценка баланса азота. Величины скоростных составляющих баланс азота позволили дать биокинетическую оценку цикла его превращений. Установлено, что положительный баланс азота удобрений обеспечивался высокой константой (k) скорости усвоения и иммобилизации, за исключением лугово-черноземной почвы (табл.3).

Таблица 3. Кинетика превращений азота удобрений в системе почва - растение

Почва

Константа скорости (k) перехода азота 

минеральный

использованный

закрепленый

неучтенный

Каштановая

0.867 сутки -1

0.673 в сутки

0.449 в сутки

0.255 в сутки

Чернозем

южный

0.665 сутки -1

0.518 в сутки

0.383 в сутки

0.236 в сутки

Серая лесная

0.759 сутки -1

0.723 в сутки

0.103 в сутки

0.067 в сутки

Лугово-

черноземная

0.865 сутки -1

0.374 в сутки

0.105 в сутки

0.386 сутки -1

Доказано, что кинетической предпосылкой положительного азотного баланса в системе почва - удобрение - растение выступала высокая константа скоростей (k) использования и иммобилизации азота удобрений, величины которых в свою очередь обеспечивались высокой кинетикой (k) присутствия минерального (15N) удобрений в почвах. Значения последней, независимо от различий азотного фонда почв и гидротермических условий, по модулю превышали константы (k) скорости превращений при схожем их характере. Причем, если константа (k) снижения минерального азота не имела существенных различий по почвам, то кинетика (k) дальнейших превращений была различной: наибольшей скоростью усвоения отличались серые лесные, иммобилизации - каштановые, а минимальной по закреплению азота - лугово-черноземные почвы.

Экспоненциальный характер превращений азота удобрений свидетельствует о высокой чувствительности системы почва - растение на поступление извне дополнительных источников энергии, для которой характерно наличие очень возбудимых процессов формирования минерального, поглотительного и ассимиляционного азотного пула с различиями в скоростных характеристиках. 

Основные характеристики  баланса азота удобрений в почвах Забайкалья подтвердилась при сопоставлении с аналогичными данными для европейской части России и Западной Сибири. Выявлено, что с усилением экстремальности режимных процессов снижается усвоение и возрастает иммобилизация азота с высоким разбросом величин неучтенного азота. В этом сравнении использование азота удобрений зерновыми культурами снижалось с продвижением от европейской части (41.5%) к Западной Сибири (32.4%) и Забайкалью (24.9%), а иммобилизация, наоборот, возрастала: европейская часть (31.1%) Западная Сибирь (46.9%) и Забайкалье (45.9%).

Индекс доступности азота удобрений. Обобщающим критерием в оценке превращений азота удобрений является «индекс» доступности азота. При этом, чем ближе его величина к единице или превышает таковую, тем в меньшей мере потребление азота лимитируется иммобилизацией в почвах или его потерями, а значит более вероятно достижение высокой эффективности применения азотных удобрений (Семенов,1996,1999). Согласно полученным данным, «индекс» доступности азота снижался в ряду: серые лесные чернозем южный лугово-черноземные каштановые, отражая низкую доступность растениям, вызванную высокой иммобилизацией азота в почвах (табл.4).

Таблица 4. Индекс доступности азота удобрений в системе  почва - растение

Регион

Кашта-

новая

Чернозем

  южный

Серая

лесная

  Лугово-

черноземная

  Дерновоподзолистая

  Забайкалье

0.23

0.35

0.51

0.34*

-

  Западная

  Сибирь

-

038**

0.59

0.95

0.20

Европейская

часть

0.35 - 0.48

0.78 - 0.89

0.64 - 0.72

  0.87 - 1.12

  0.80 - 1.20

  Примечание: * лугово-черноземная мерзлотная; ** чернозем выщелоченный.

Анализ литературного массива данных позволил выявить, что этот «индекс» в почвах других регионов выше и достижение высокой эффективности азотных удобрений в Западной Сибири (n =43) лимитировалось иммобилизацией, а в европейской части (n =127) - долей неучтенного азота или величиной его потерь.

Использование растениями азота удобрений

Размеры использования азота удобрений является ключевым в обосновании эффективного и экологически безопасного применения азотных удобрений (Смирнов,1977;Кудеяров,1989; Гамзиков,1981;Лаврова,1992;Соколов,Семенов,

1992; Семенов,1996,1999; Никитишен,2003,2007).

Истинные коэффициенты усвоения азота удобрений в вегетационных опытах значительно выше микрополевых, а их различия определялись биологическими особенностями растений (табл.5). Максимальные коэффициенты наблюдались на серой лесной почве и минимальные на каштановой с наибольшим усвоением азота удобрений овсом (48.5 ± 1.3%) и наименьшим - ячменем (26.1 ± 2.5%).

Выявленные зависимости подтвердились и в условиях микрополевых опытов. Наибольшие коэффициенты использования наблюдались на серой лесной почве  у овса (38.8 ± 5.8%), а у пшеницы (13.9 ± 2.1%) на каштановой почве и ячменя (13.4 ± 0.5%) на черноземе южном оказались минимальными. Установлено, что с улучшением увлажнения и азотного фонда почв отмечалось более высокое  усвоение азота удобрений растениями. Причем, чем лучше обеспеченность азотом и менее напряжены гидротермические условия, тем выше коэффициенты использования азота.

Таблица 5. Коэффициенты использования азота удобрений, % от внесенного

Почвы

N общий, %

К увлаж.

Пшеница

Ячмень

Овес

Вегетационные опыты, n = 4

Каштановая

0.137 ± 0.04

60 - 70%

ПВ

28.1 ± 2.4

26.1 ± 2.5

36.1 ± 2.8

Чернозем

южный

0.220 ± 0.02

33.5 ± 1.5

31.5 ± 1.7

45.3 ± 2.1

Серая лесная

0.168 ± 0.08

42.1 ± 1.8

38.2 ± 1.4

48.5 ± 1.3

Лугово-черноземная

0.433 ± 0.06

37.6 ± 2.2

32.5 ± 2.1

44.0 ± 3.1

  Микрополевые опыты, n = 6 - 12 *

Каштановая

0.102 - 0.137

0.42 - 0.47

13.9

10.0 - 17.2

17.6

12.6 - 25.0

25.5

13.5 - 35.8

Чернозем

южный

0.220 - 0.235

0.61 - 0.85

21.4

7.7 - 35.1

13.4

12.6 - 14.2

42.3

37.5 - 47.1

Серая лесная

0.168 - 0.252

1.14 - 1.23

31.7

19.0 - 46.1

31.2

25.4 - 38.1

38.8

28.1 - 48.0

Лугово-

черноземная

0.433 - 0.522

0.97 - 1.08

19.4

12.9 - 27.2

20.5

14.0 - 28.9

36.0

26.7 - 43.1

* Примечание: числитель - средние величины, знаменатель - пределы величин.

Выявленные коэффициенты использования азота удобрений оказались значительно ниже аналогичных величин полученных в Западной Сибири (Гамзиков и др.,1985) и европейской части страны (Кореньков,1976;Смирнов,1982;Кудеяров

,1989;Муравин,1991;Лаврова,1992;Кидин,1993;Семенов,1996,1999). Различия в динамике усвоения азота удобрений, обусловленные биологическими особенностями культур, наиболее четко проявлялись в условиях вегетационных опытов. Овес отличался запаздыванием усвоения азота удобрений в сравнении с ячменем и пшеницей в связи с замедленным развитием на начальных этапах онтогенеза. Однако позднее поглощение азота овсом поступательно возрастало, а у пшеницы и ячменя - стабилизировалось. В результате кинетика (k, в сутки) усвоения азота удобрения овсом была выше (k = 0.633 - 0.735), чем пшеницей (k = 0.429 - 0.679) и ячменем (k = 0.374 - 0.723). Как следствие, высокая скорость (k) усвоения азота удобрений сопровождалась и повышенными коэффициентами использования.

Аналогичного соответствия скоростных параметров усвоения азота удобрений растениями на разных почвах с величинами использования не наблюдалось. Если на серой лесной почве высокая константа (k) скорости поглощения (k = 0.679-0.723 в сутки) сопровождалась наибольшим использованием (табл.5), то на каштановой высокая кинетика усвоения (k = 0.673 - 0.735 в сутки) - значительно меньшими коэффициентами, тогда как на лугово - черноземной почве (k = 0.374-0.633) и черноземе южном (k = 0.518 - 0.612 в сутки) сравнительно меньшая кинетика поглощения сопровождалась высоким использованием элемента. Соответственно, определяющим критерием в усвоении растениями азота удобрений на изучаемых почвах выступали не скоростные характеристики, а различия азотного их режима и, в основном, по доступному минеральному азоту, на фоне которых и проявились биологические различия культур в величине и скорости усвоения. 

Подобное наблюдалось при оценке кинетики поглощения почвенного азота: константа (k, в сутки) скорости у овса была выше (k = 0.609 - 0.719), чем у пшеницы (k = 0.542 - 0.643)  и ячменя (k = 0.462 - 0.665). Это указывает на сопоставимость скоростных параметров усвоения азота удобрений и почв в зависимости от биологических особенностей культур, а экспоненциальный характер указывает на высокую чувствительность процесса при внесении азотных удобрений с близкой к функциональной (r1) зависимостью. По этим признакам выявлена сильная и статистическая значимая теснота связи параметров усвоения и  выноса азота, которая возрастала соответственно росту надземной массы при значительно большей доле участия азота почв в общем выносе. 

Доказано, что наибольшее использование азота удобрений наблюдались при благоприятном увлажнении агроценозов: независимо от типа почв теснота (r) связей с осадками повсеместно была высокой и значимой (tф > tst), с запасами продуктивной влаги в почвах - доказанной (tф > tst) только на серых лесных почвах, не выявленной (tф = tst) на каштановых и не доказанной (tф < tst) на черноземах; с температурами воздуха и почв повсеместно слабой и статистически не доказанной. Как следствие, высокая продуктивность зерновых культур при внесении азотных удобрений обеспечивалась сильной теснотой связи (r) с использованием азота удобрений и осадками при высокой сопряженности в общей совокупности этих признаков (R = 0.945 - 0.982).

Установлено, что внесение азотных удобрений способствовало увеличению подвижности азота почв («экстра» - азот), усвоение которого возрастало в ряду: каштановая (25 мг) чернозем южный (40 мг) =  лугово-черноземная (40 мг) серая лесная (67 мг) при очень высокой вариабельности. Направленность процесса менялась в обратном ранжировании при регистрации по времени: серая лесная (на 20 день) лугово-черноземная (30 день) чернозем южный (40 день) каштановая (60 день). При этом доля «экстра» - азота в общим выносе, независимо от  биологических особенностей растений, в среднем снижалась в ряду: серая лесная (22.8%) чернозем южный (18.4%) каштановая (12.1%) лугово-черноземная мерзлотная (11.6%). Отсюда, чем ниже обеспеченность почв нативным азотом и ярче криоаридность режимов, тем слабее его подвижность и ниже доступность при внесении азотных удобрений и наоборот.

Учитывая выявленную роль основных источников азотного питания в формировании товарной продукции культур при внесении азотных удобрений, можно составить следующий возрастающий ряд: «экстра»-азот азот удобрений почвенный азот при снижении устойчивости величин в обратном ранжировании. Доля участия азота удобрений и азота почв в общем выносе элемента определялась биологическими особенностями культур и состоянием увлажнения: у пшеницы и ячменя была близкой к 1/2 : 1/2 при смещении в сторону почвенного при благоприятном увлажнении, а по овсу в их соотношении близким к 1/3 : 2/3 с доминированием почвенного, независимо от характера увлажнения.

С применением 15N выявлены различия изотопного и разностного коэффициентов использования азота удобрений, параметры последнего были выше в условиях хорошего увлажнения и высокой продуктивности культур. Тогда как при дефиците увлажнения и низкой продуктивности они оставались статистически не значимыми. Биологические особенности культур могут оказывать влияние на определение коэффициентов использования азота удобрений.

  На основе сопряжённости данных по использованию азота удобрений, определяемых изотопным (у) и разностным (х) методами, предложены модели корректировки последнего для зерновых культур в виде прямой линейной регрессии по основным типам почв: для каштановой -  у = 5.57 + 0.456х (1), чернозема

южного - у = 6.84 + 0.480х (2), серой лесной - у = 17.76 + 0.314х (3) и лугово-чернозёмной – у =12.2 + 0.293х (4).

Иммобилизация азота удобрений в почвах

Современные представления о природе и составе иммобилизованного азота удобрений в почвах базируются на фундаментальных исследованиях с 15N, согласно которым характер и направленность внутрипочвенных превращений определяют его оборачиваемость  (Смирнов,1977;Гамзиков,1981;Кудеяров,1985;

Лаврова,1992;Семенов и др.,2006,2007;Кузнецова и др.,2007;Jansson,1958; Paul,

Jumma,1981;Broadbent,1986;Jensen,1997;Dejoux et al.,2000;Janzen et al.,2003;Stei-

nbach et al.,2004;Peterson et al.,2005). Иммобилизованный азот  в почвах является ключевым параметром цикла превращений азота и находится в высокой тесноте связи с процессами (ре) минерализации, результирующая которых формирует нетто - минерализационный и иммобилизационный азотные пулы.

Размеры иммобилизации азота. Результаты исследований позволяют констатировать высокую иммобилизацию азота удобрений в сезонномерзлотных и мерзлотной почвах, параметры которой снижались в ряду: лугово - черноземная (53.3 ± 1.3%) серая лесная (47.9 ± 1.5%) чернозем южный (41.1 ± 2.5%) = каштановая (41.1 ± 1.4%) при слабом их разбросе вокруг математического ожидания (табл.6).

Таблица 6. Содержание иммобилизованного азота в почвах, % от внесенного

Почвы

Осадки, мм

M ± m

lim

M ± t0.95m

V,%

Каштановая

223.1 ± 18.7

41.1 ± 1.4

36.2 - 48.1

4.1

37.9 - 44.3

9.98

Чернозем

южный

270.9 ± 52.6

41.1 ± 2.5

33.7 - 45.2

6.0

34.6 - 44.6

14.6

Серая лесная

318.9 ± 23.5

47.9 ± 1.5

39.7 - 55.2

4.8

44.4 - 51.4

10.0

Лугово-

черноземная

279.9 ± 18.6

53.3 ± 1.3

48.1 - 61.2

3.8

50.3 - 56.3

7.13

В этой оценке размеры иммобилизации азота в сезонномерзлотных и мерзлотных почвах значительно выше, чем в почвах европейской части страны (Кореньков,1976;Смирнов,1977;Кудеяров,1989;Руделев,1992;Лаврова,1992; Кидин,

1993) и сопоставимы с почвами Западной Сибири (Гамзиков,1981; Гамзиков и др.,1985) и Прибайкалья (Помазкина,1985,1989;Мальцев,2001).

Высокая иммобилизационная способность сезонномерзлотных и мерзлотных почв вполне согласуется с фундаментальным принципом Ле - Шателье: при поступлении извне дополнительных источников энергии (азот удобрения) почвенная система стремится максимально увеличить низкое энергетическое состояние (Куликов и др.,1997,2005) за счет высокой иммобилизации, ослабляя тем самым целый ряд негативных параметров функционирования почв.

Активность почвенной микрофлоры. Поступление азотных удобрений способствует микробной сукцессии в почвах и усилению активности микрофлоры, которая выражается константами (k) и если их величина превышает константу (k) скорости роста, то наблюдается усиление ассимиляции вносимого азота (Звягинцев и др.,2005; Jensen et al.,1997).

Полученные данные свидетельствуют, что рост кинетической активности микрофлоры обеспечивает высокую иммобилизацию азота удобрений в почвах (табл.7). Наибольшей активностью отличались актиномицеты, константа (k) которых, независимо от состава и численности почвенных микроорганизмов, режимных процессов и азотного фонда почв, была значительно выше грибной микрофлоры. Сильная и значимая (tф > tst) теснота связи (r) размеров иммобилизации азота в почвах выявлена с численностью актиномицетов при слабой и статистически не значимой (tф < tst)  сопряженности с грибами.

Доказано, что в почвах с более высоким плодородием усиление активности (k) почвенной микрофлоры при внесении азота удобрений значительно выше, чем менее обеспеченных энергетическими источниками. Константа активности  (k) актиномицетов снижалась по модульной величине в почвах от лугово-черноземной (k = 0.434 в год) к серой лесной (k = 0.165 год -1) и каштановой (k = 0.129 в год). Константа (k) активности грибов в этой оценке была достоверно ниже и не имела существенных различий по типам почв. Причем, значительный рост активности актиномицетов в почвах под влиянием азотных удобрений наблюдался при близких кинетических константах (k) роста почвенных микроорганизмов.

Таблица 7. Сопряженность констант (k) активности почвенной микрофлоры

с иммобилизацией азота удобрений в почвах за вегетационный сезон

Параметры

оценки

Каштановая

почва, n = 9

Серая лесная

почва, n = 10

Лугово-черноземная

почва, n = 6

Грибы

Численность, тыс / г

20.7 ± 1.9

9.17 ± 0.78

85.9 ± 4.82

Корреляция - r ± sr

0.40 ± 0.35

0.32 ± 0.35

0.21 ± 0.49

k

скорости роста *

0.0004 в год

0.003 в год

0.0004 в год

  активности

0.011 в год

0.001 год -1

0.001 в год

Актиномицеты

Численность, млн / г

1.84 ± 0.49

2.11 ± 0.26

7.37 ± 0.31

Корреляция - r ± sr

0.84 ±  0.21

0.62 ± 0.29

0.92 ± 0.12

k

скорости роста *

0.0014 в год

0.002 год -1

0.0004 в год

  активности

0.129 в год

0.165 год -1

0.434 в год

* Примечание: рассчитано в каштановой почве по осадкам, серой лесной - по запасам

продуктивной влаги и в лугово-черноземной почве по температурам 0 - 20 см слоя.

Подобное отражает разную отзывчивость микроорганизмов на дополнительное поступление энергетических источников в виде удобрений: для одних групп (актиномицеты) это сопровождалось ослаблением негативного влияния жестких эколого-почвенных условий для проявления высокой активности, подчиняясь принципу Ле-Шателье и практически не оказывало влияния на усиление активности других групп (грибов) в отношении иммобилизации азота. Как следствие, можно констатировать выраженную селективность почвенных микроорганизмов в оценке иммобилизации азота. 

Кинетика процесса иммобилизации азота. По мнению целого ряда авторов более развернутая панорама процесса иммобилизации азота достигается путем оценки скоростных параметров, поскольку высокие темпы закрепления азота в почвах являются  характерным признаком (Смирнов,1977; Гамзиков и др.,1985;

Кудеяров,1989; Руделев,1992; Кидин,1993; Кузнецова и др.,1998,2006; Семенов и др.,2007; Blackmer,Green,1995; Pansu,Thuries,2003; Peterson et al.,2005).

Установлено, что кинетической предпосылкой высокой иммобилизации азота удобрений в почвах, независимо от состояния азотного фонда, повсеместно выступала высокая константа (k) скорости уменьшения содержания азота (15N) удобрений, которая не имела существенных различий по типам почв и находилась в пределах одного порядка (k = 0.665 - 0.867 сутки -1), обеспечивая высокое закрепление вносимого азота. Снижение азота удобрений в почвах за счет активной иммобилизации микрофлорой имела схожий характер кривых в виде экспоненты при разной направленности процессов. Это характеризует очень высокую ответную реакцию почв на поступление азотных удобрений - с одной стороны, и стремление почвенной системы максимально быстро повысить энергетическое состояние на неопределенно долгое время - с другой, при общем высоком характере возбуждения процессов. В этом смысле кинетические характеристики отражают фундаментальный закон превращения (сохранения) энергии (азота) в частном проявлении, характеризуя различную оборачиваемость процессов внутрипочвенной трансформации азота.

Установлено, что азот удобрений после внесения активно включается в цикл различных превращений и через десять дней наблюдается его значимое снижение с интенсивным закреплением в органическую форму, максимум которого в каштановой почве и черноземе южном наблюдался на 30-й день, а лугово-черноземной и серой лесной почвах - на 20-й день. Позднее темпы процесса в почвах стабилизировались. Соответственно, реакция почв на закрепление азота отличалась высокой чувствительностью с различиями по времени наибольшего закрепления азота. При этом, константы (k, в сутки) скорости процесса характеризовались значительными различиями: близкие величины выявлены в каштановой почве (k = 0.449) и черноземе южном (k = 0.383), более чем втрое ниже в лугово-черноземной (k = 0.105) и серой лесной (k = 0.103). Выявленные различия в кинетике процесса обусловлены неодинаковым содержанием минерального азота почв (14N) и удобрений (15N), различной активностью микробного комплекса и наличием энергетических источников, необходимых для связывания минерального азота 15N удобрений в органическую форму. 

Учитывая высокую иммобилизацию азота удобрений в почвах за счет усиления кинетической активности микрофлоры, следует заключить, что в конкурентной борьбе за азот удобрений растения значительно уступают последней.

Статистические связи иммобилизованного азота. При определяющей роли почвенных микроорганизмов, процесс иммобилизации азота удобрений в почвах контролировался и абиотическими признаками.

В каштановых почвах сильная и статистически значимая (tф > tst) теснота связей выявлена с осадками (r = 0.89 ± 0.2), серых лесных - запасами продуктивной влаги в 0-20 см слое (r = 0.92 ± 0.1), черноземах южных (r = 0.91± 0.1) и лугово-черноземных почвах (r = - 0.87 ± 0.16) – с температурами слоя 0 - 20 см при высокой и значимой тесноте в общей совокупности (R 0.801).

Установлено, что сопряженность продуктивности зерновых культур с иммо-билизацией азота в каштановых и серых лесных почвах была сильной (r > 0.70), в серых лесных - статистически значимой (tф > tst) с обратным характером зависимостей,  в черноземах южных - не доказана (tф < tst), а в лугово-черноземных - отсутствовала. Схожая панорама (r) наблюдалась с показателями выноса азота. Выявленные статистические связи (r) значительно отличались от европейской части, где теснота (r) их связей была слабой (Кудеяров,1985;Лаврова,1992).

По всем почвам иммобилизация азота находилась в высокой сопряженности c присутствием азота удобрений, ранжирование которой возрастало от высокой в лугово-черноземных (r = -0.86 ± 0.3) до очень высокой в каштановых (r = -0.92 ± 0.2) и близкой к функциональной в серых лесных почвах (r =-0.99 ± 0.1). Следовательно, высокая иммобилизация азота удобрений в почвах обеспечивалась сильной теснотой (r) с минеральным 15N азотом и слабой - с его усвоением.

В результате высокая кинетика иммобилизации и низкое использование азота удобрений в равных условиях оценки имела общую направленность: чем лучше состояние азотного фонда почв, тем выше размеры иммобилизации и усвоения при сильной (r > 0.88 ± 0.3) и статистически доказанной тесноте их связи.

  Компенсация выноса азота почв иммобилизованным азотом. При высокой иммобилизующей активности сезонномерзлотных и мерзлотных почв несомненную актуальность представляет компенсация выноса почвенного азота иммобилизованным азотом удобрений, что является позитивным моментом в характеристике временного отчуждения вносимого азота за счет ассимиляции почвенной микрофлорой.

Результаты исследований позволяют заключить, что высокая иммобилизация азота не всегда компенсирует расход почвенного азота (табл.8).

Таблица 8. Степень компенсации выноса почвенного азота (14N)

иммобилизованным азотом (15N) удобрений 

Почва

Вынос 14N почв

растениями,

мг / сосуд 

Иммобилизация 

15N удобрений,

мг / сосуд 

Компенсация выноса 14N почв иммобилизованным

азотом 15N удобрений, %

Каштановая

611.6 ± 109.9

1076.5 ± 35.6

176.0

Чернозем

южный

835.8 ± 305.8

1062.4 ± 55.3

127.0

Серая лесная

1956.5± 404.0

1241.6 ± 42.0

63.5

Лугово-черноземная

901.9 ± 185.7

1396.2 ± 33.0

154.8

  Наиболее высокое возмещение затрат на вынос наблюдалось в каштановых почвах (176.0%), а минимальное - на серых лесных (64%). Это связано с разной продуктивностью зерновых культур и затратами почвенного азота на создание продукции, размеры выноса которого находились соответственно росту их продуктивности. Отсюда, чем выше вынос почвенного азота, тем ниже компенсация иммобилизованным азотом удобрений, несмотря на высокий ассимиляционный азотный пул почв, доверительный интервал величин и их устойчивость (см. табл.6). 

Учитывая агрохимическую значимость иммобилизованного азота удобрений, несомненный интерес вызывает оценка кинетической компенсации этих затрат, которая позволяет сравнить скоростные параметры закрепления азота в органическую форму микрофлорой почв с кинетикой (k) выноса этого элемента растениями в равных условиях их оценки (табл.9).

В результате проведенных оценок установлено, что кинетика (k) закрепления минерального азота 15N удобрений в органическую форму в почвах полностью компенсирует скоростные затраты выноса азота почв на создание продукции.

Таблица 9. Кинетические константы выноса почвенного азота ячменем

и иммобилизации азота удобрений

Почва

Константа (k) скорости выноса 14N почв

Константа (k) скорости иммобилизации

15N удобрений

Компенсация скоростных (k) параметров

Каштановая

0.336 в сутки

0.449 в сутки

+ 0.113 в сутки

Чернозем южный

0.209 в сутки

0.383 в сутки

+ 0.174 в сутки

Серая лесная

0.009 сутки -1

0.103 в сутки

+ 0.094 в сутки

Лугово-

черноземная

0.011 в сутки

0.105 в сутки

+ 0.094 в сутки

Примечание: для серой лесной почвы оценка представлена по модульной величине 

В этом отношении наибольшая скоростная (k) компенсация отмечена при низких размерах выноса азота в каштановой почве (+0.113 в сутки) и южном черноземе (+0.174 в сутки), несмотря на высокую константу (k) скорости выноса азота почв. При высоких размерах выноса азота с продукцией (серая лесная и лугово-черноземная) кинетическая компенсация оказалась наименьшей (+0.094 в сутки). Эти оценки подтвердили высокую агрохимическую значимость иммобилизации азота в сезонномерзлотных и мерзлотных почвах и ключевую его роль в поддержании азотного их фонда по скоростным параметрам.

Трансформация азота удобрений в органическое вещество почв

По современным представлениям включение иммобилизованного азота удобрений в органическое вещество почв определяется качественным составом гумуса и органических соединений азота (Гамзиков,1978,2004;Кудеяров,1989;Ру-

делев,1992;Лаврова,1992;Кузнецова и др.,2003,2006;Семенов и др.,2007;Paul,Ju-

mma,1981;Broadbent еt al.,1986;Jensen et al.,1997;Tnnsoutrot et al.,2000;Molina et al.,2001;Pansu,Thuries,2003;Peterson et al.,2005).

Динамика и кинетика распределения почвенного азота. Выявлены значительные различия в содержании и динамике распределения азота по группам и фракциям органического вещества изучаемых почв (табл.10).

В лугово-черноземной почве большая часть азота представлена азотом гуминовых кислот (36.5 ± 0.4%) и гуминов (31.2 ± 0.3%), а минимальная - фульвокислот (18.5 ± 0.2%) при небольшой вариабельности и характерным для почв гуматного типа распределением (Nгк : Nфк = 1.93 - 2.06). При этом, в гуминовых кислотах основная доля приходится на фракцию, представленную гуматами кальция (2), в которой его содержание достигало 1/3 от общего азота, при значительно меньшем присутствии во фракции, связанной с устойчивыми полуторными оксидами (3) и свободными и рыхлосвязанными кислотами (1). В фульвокислотах высокое содержание азота отмечено во фракции 1 и декальцинате (1а), минимальное - в полимерном комплексе с гуминовыми кислотами (2).

Таблица 10. Содержание и динамика распределения

азота по фракциям органического вещества почв

Дни

N

общ.

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

НО

NГК

NФК

1

2

3

1

2

3

Лугово-черноземная почва

2

441.5

100.0

5.3

1.2

126.3

28.6

33.6

7.6

165.1

37.4

21.2

4.8

23.0

5.2

8.4

1.9

30.0

6.8

82.6

18.7

139.5

31.6

1.99

5

434.2

100.0

11.3

2.6

114.2

26.3

34.3

7.9

159.8

  36.8

20.0

4.6

23.4

5.4

9.1

2.1

24.7

5.7

77.3

17.8

136.8

31.5

2.06

15

440.2

100.0

21.1

4.8

106.1

24.1

33.0

7.5

160.2

36.4

16.7

3.8

28.6

6.5

10.1

2.3

26.9

6.1

82.3

18.7

145.7

33.1

1.95

30

437.5

100.0

26.7

6.1

98.9

22.6

35.9

8.2

161.5

36.9

10.9

2.5

33.7

7.7

8.3

1.9

29.8

6.8

82.7

18.9

138.3

31.6

1.95

60

438.1

100.0

25.4

5.8

93.8

21.4

34.6

7.9

153.8

35.1

7.9

1.8

35.9

8.2

6.1

1.4

29.8

6.8

79.7

18.2

138.3

31.6

1.93

Каштановая почва

2

137.9

100.0

3.7

2.7

10.2

7.5

6.7

4.8

20.6

14.9

37.8

27.4

-

19.5

14.1

7.2

5.2

64.5

46.7

47.5

34.4

0.32

5

134.1

100.0

4.4

3.7

8.8

6.5

5.7
4.2

18.9

14.4

36.9

27.5

-

14.0

10.4

7.5

5.6

58.4

43.5

49.8

37.1

0.32

15

147.3

100.0

5.1

3.5

8.0

5.4

5.9

4.0

19.0

12.9

33.4

22.7

-

21.0

14.2

7.2

4.9

61.6

41.8

56.8

38.6

0.31

30

135.6

100.0

5.5

4.1

8.6

6.3

4.8

3.5

18.9

13.9

27.9

20.6

-

13.7

10.1

9.3

6.8

50.9

37.5

53.1

39.1

0.37

60

134.5

100.0

5.7

4.2

8.2

6.1

4.2

3.1

18.1

13.4

26.5

19.7

-

14.2

10.6

8.5

6.3

49.2

36.6

56.6

42.1

0.37

Примечание: числитель - мг / 100 г, знаменатель -  % от N общий.

НСР05 (мг):  лугово-черноземная - N общ. - 9.16; фракции ГК: 1 - 5.03, 2 -7.92, 3 -3.28; фракции ФК: 1а - 4.61, 1 - 5.04, 2 - 3.24; 3 - 6.31; каштановая  - N общ. - 9.23; фракции ГК: 1 - 1.63, 2 - 1.85, 3 - 1.72; фракции ФК: 1а - 9.04, 2 - 5.27, 3 - 2.04; НО - 5.38.

В каштановой почве основная доля органического азота приходится на азот фульвокислот (41.2 ± 1.9%) и гуминов (38.3 ± 1.3%), а минимальная - гуминовых кислот (13.9 ± 3.5%) с незначительной вариабельностью и разным распределением по их фракциям  с характерным для этих почв фульватным типом - Nгк : Nфк = 0.32 - 0.37. При этом характер его распределения в гуминовых кислотах был схожим распределению в почве гуматного типа с преимущественным содержанием во фракции гуматов кальция (2) и меньшим – во фракциях, связанных с полуторными оксидами (2), свободными и рыхлосвязанными кислотами (1). Значительные различия связаны с распределением азота по фракциям фульвокислот: высокая насыщенность во фракции декальцината (27.4% от общего азота) и отсутствие во фракции 1.

Содержание природного азота в группах и фракциях изменялось во времени. В лугово-черноземной почве его содержание в составе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1) значимо возрастало в течение 30 дней с константой скорости k = 0.399 в сутки и последующей стабилизацией, что указывает на его участие в их синтезе с формированием ближайшего резерва доступного органического азота. Последнее обеспечивалось минерализацией азота преиму- щественно связанного с кальцием (2), но с меньшей константой скорости (k = 0.074 сутки -1) и высокой подвижностью азота декальцината (1а), где его содержание значимо снижалось с большей кинетикой (k =0.258 сутки -1) при сильной и статистически доказанной (tф > tst) их тесноте (r = 0.94 ± 0.2) на фоне увеличения содержания азота во фракции 1 фульвокислот с вдвое ниже константой (k) скорости в сравнении с фракцией 1 гуминовых кислот. Увеличение содержания азота в составе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислотах (1) лугово-черноземной почвы обеспечивалось сильной и обратной теснотой (r) снижения его в гуматах кальция (r = - 0.94 ± 0.2) и декальцинате (r = - 0.88 0.3) при высокой сопряженности в общей совокупности (R = 0.981). Эта панорама отражает перераспределение и оборачиваемость азота мерзлотной почвы по фракциям органического вещества в результате синтеза и минерализации, которая поддерживается и скоростными (k) характеристиками. Наибольшей устойчивостью обладает азот, входящий во фракции, связанные с полуторными оксидами (3) гумусовых кислот и негидролизуемый остаток. 

Динамика и кинетика содержания азота в органическом веществе каштановой почвы имела значительные отличия. Присутствие азота в составе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1) поступательно возрастало с 2.7 до 4.2% при очень слабой кинетической константе (k=0.109 в сутки). Эта динамика отражает слабый резерв пополнения органического азота каштановой почвы за счет синтеза этих соединений гуминовых кислот, тем более что в абсолютном выражении эта величина за 60 дней не превышала 2 мг. Содержание азота во фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием (2) и полуторными оксидами (3), наоборот, снижалось с константой скорости (k) минерализации (по модулю) соответственно вдвое ниже (k = 0.046 сутки -1) и равной (k = 0.111 сутки -1) с константой (k) его участия в синтезе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1). Причем теснота связей была сильной (r = - 0.74 ± 0.16) с обратным характером и высокой в общей совокупности (R = 0.801). Отсюда, кинетика пополнения доступным органическим азотом в почве с фульватным типом гумуса за счет минерализации гуминовых кислот очень слабая.

Наиболее высокие изменения в содержании природного азота наблюдались во фракции декальцината (1а). Однако кинетика минерализации оказалась очень слабой (k = 0.099 сутки -1) и сопоставимой по модульной величине с кинетикой участия в синтезе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1). В наименее подвижных фракциях фульвокислот (2 и 3) изменение содержания азота в сравнении с аналогичными фракциями (2 и 3) гуминовых кислот менее выражено вследствие слабой его минерализации.

В целом для динамики распределения азота в органическом веществе лугово- черноземной почвы характерно увеличение его в составе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот, кинетика которого превышала снижение, а в фульвокислотах - константа скорости снижения была выше увеличения, что сопровождается  доминированием азота гуминовых кислот в органическом веществе этой почвы. В каштановой почве наибольшие изменения выявлены во фракции декальцината фульвокислот, где его содержание достоверно снижалось, а в гуминовых кислотах - статистически оставалось без изменений в отсутствии по этим параметрам кинетических (k) различий, обеспечивая доминирование азота фульвокислот в органическом веществе этой почвы.

Динамика и кинетика распределения иммобилизованного азота. На основании фракционирования органического вещества почв с определением изотопного состава азота удалось проследить за распределением иммобилизованного азота (15N) удобрений в фракциях и дать оценку скоростным изменениям (табл.11).

В лугово-черноземной почве основная доля иммобилизованного азота приходится на фульвокислоты (68.4 ± 4.9%) при содержании 15N в гумине 12.9 ± 2.0% от внесенного с незначительным включением (3.7 ± 0.9%) в состав гуминовых кислот при небольшой величине варьирования. Схожесть процессов наблюдалась и в каштановой почве при значительно больших величинах в фульвокислотах (76.7 ± 4.4%), меньших - в гумине (4.8 ± 0.9%) и незначительных (1.0 ± 0.3%) - в гуминовых кислотах при небольшой их вариабельности.

Динамика иммобилизованного азота удобрений во фракциях органического вещества почв складывалась неодинаково. Наибольшая минерализация азота (15N) наблюдалась в легкогидролизуемой части фульвокислот - декальцинате с различиями  не только в размерах, но и в кинетике этого процесса по почвам.

В лугово-черноземной почве константа (k) скорости этого явления значительно выше (k = 0.169 сутки -1), чем в каштановой (k = 0.069 сутки -1). Как следствие, при схожей направленности и характере минерализации иммобилизованного азота в виде кривой экспоненты кинетическая составляющая в первой обеспечивала большую его подвижность. Причем величина этих констант (k) оказалась значительно ниже аналогичных, рассчитанных нами для черноземов Западной Сибири - k = 0.484 сутки -1 (Гамзиков,1978,2004) и европейской части России - k = 0.872 сутки -1 (Руделев,1992;Лаврова,1992;Кидин,1993).

Одновременно во фракции 1 фульвокислот лугово-черноземной почвы отмечается увеличение иммобилизованного азота с константой скорости k = 0.122 в сутки по модулю, что ниже минерализации при близкой к функциональной (r 1) тесноте с обратным характером минерализационно-иммобилизационных процессов в этой почве. Выявленная скоростная панорама характеризует оборачиваемость иммобилизованного азота (15N) фульвокислот с превалированием минерализационных процессов с более высоким накоплением доступного органического азота. В каштановой почве также наблюдался рост содержания иммобилизованного азота в фракциях 2 и 3 фульвокислот с константой (k) скорости соответственно k = 0.311 и k = 0.457 в сутки, которые значительно превышали кинетику его минерализации во фракции декальцината, обеспечивая высокую устойчивость и превалирование азота фульвокислот в каштановой почве. В результате в группе фульвокислот одновременно идут два разнонаправленных процесса с участием иммобилизованного азота: реминерализация свободных и связанных и синтез более устойчивых форм при сильной сопряженности, которые поддерживаются скоростными параметрами, отражая внутрипочвенную оборачиваемость иммобилизационно - минерализационных превращений.

Таблица 11. Содержание и динамика распределения иммобилизованного

азота (15N) удобрений по фракциям органического вещества почв

Дни

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

НО

Выход

15N, %

1

2

3

1

2

3

Лугово-черноземная почва

2

0.28

1.4

сл.

0.10

0.5

0.38

1.9

14.2

71.0

2.0

10.0

0.50

2.5

0.26

1.3

16.96

84.8

1.42

7.1

93.8

5

0.16

0.8

сл.

0.07

0.36

0.23

1.16

11.4

57.0

2.64

13.2

0.26

1.3

0.12

0.6

14.42

72.1

1.84

9.2

82.5

15

0.70

3.5

0.06

0.3

0.14

0.7

0.90

4.5

10.0

50.2

2.82

14.1

0.50

2.5

0.10

0.5

13.46

67.3

2.90

14.5

86.3

30

0.88

4.4

0.02

0.1

0.18

0.91

1.08

5.41

8.52

42.6

3.14

15.7

0.42

2.1

0.30

1.5

12.38

61.9

3.36

16.8

84.1

60

0.94

4.7

сл.

0.19

0.95

1.13

5.65

7.04

35.2

3.38

16.9

0.46

2.3

0.34

1.7

11.22

56.1

3.42

17.1

78.9

Каштановая почва

2

0.03

0.15

0.03

0.15

0.02

0.10

0.08

0.40

18.5

92.5

сл.

0.18

0.9

0.07

0.35

18.75

93.95

0.51

2.6

96.7

5

0.04

0.20

0.03

0.15

0.02

0.10

0.09

0.45

14.5

72.5

сл.

0.09

0.45

0.04

0.20

14.63

73.15

0.47

2.4

75.9

15

0.08

0.40

0.06

0.30

0.04

0.20

0.18

0.90

14.0

70.0

сл.

0.57

2.80

0.19

0.95

14.76

73.75

1.08

5.4

80.1

30

0.15

0.75

0.12

0.60

0.05

0.25

0.32

1.60

13.9

68.0

сл.

0.39

1.95

0.26

1.30

14.25

72.25

1.36

6.8

79.7

60

0.16

0.80

0.12

0.60

0.05

0.25

0.33

1.65

13.4

67.0

сл.

0.41

2.05

0.27

1.35

14.08

70.4

1.37

6.85

78.1

  Примечание: числитель - мг / 100 г, знаменатель -  % от внесенного 15N;

  НСР05 (мг): лугово-черноземная - фракции ГК: 1 - 0.145,3 - 0.032; фракции ФК: 1а - 2.51,

  1- 0.309; 2 - 0.182, 3 - 0.115; каштановая - фракции ГК: 1 - 0.038, 2 - 0.047, 3 - 0.033;

  фракции ФК: 1а - 3.648, 2 - 0.161, 3 - 0.102; НО - 0.262.

Что касается динамики и скорости превращений иммобилизованного азота в гуминовых кислотах, то наиболее высокое его изменение в почвах наблюдалось во фракции свободных и рыхлосвязанных форм (1), где отмечалось устойчивое увеличение, особенно в лугово-черноземной почве. Причем константа скорости его участия в их синтезе оказалась близкой, составляя в лугово-черноземной почве - k = 0.413 и каштановой почве - k = 0.467 в сутки.

Оба типа почв характеризуются высокими параметрами в цикле внутрипочвенной оборачиваемости иммобилизованного азота, обеспечивая синтез свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1) даже в незначительных количествах. Подобное в одном случае способствовало поддержанию гуматного типа, а в другом - формированию устойчивого фульватного типа гумусового состояния. Причем, константа (k) скорости увеличения трудногидролизуемых их форм в почвах (фракция 3) была также близкой, составляя k = 0.233 и k = 0.275 в сутки соответственно. Однако в отличие от почвы гуматного типа в гуминовых кислотах почвы фульватного типа наблюдалось устойчивое присутствие  иммобилизованого азота, связанного с кальцием (2) с высокой скоростью его участия в их синтезе - k = 0.416 в сутки. Скорее всего, это связано с характерным для каштановых почв высоким присутствием карбонатов (Абашеева,1992;

Куликов и др.,1997;Убугунов и др.,2000;Меркушева и др.,2008).

Выявлена высокая кинетика (k) обогащения почв иммобилизованным азотом негидролизуемого остатка, которая характеризует активное его участие в синтезе негидролизуемых гумусовых соединений с более высокой константой (k) скорости включения в каштановой (k = 0.304  в сутки), чем в лугово- черноземной почве (k = 0.236 в сутки). Эти кинетические характеристики уступали лишь константам (k) скорости участия иммобилизованного азота в синтезе свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот (1). Как следствие, изучаемые почвы стремятся максимально повысить энергетическое состояние иммобилизованным азотом, которое обеспечивается превалированием кинетических параметров процессов синтеза над минерализацией.

Обогащение органического вещества почв иммобилизованным азотом удобрений. Одним из критериев иммобилизационно-минерализационных процессов превращений азота в почвах является отношение содержания иммобилизованного азота (15N) и почвенного азота (14N) во фракциях органического их вещества (Руделев,1992;Hart et al.,1986;Phops,Tilman,2000;Follet,2001).

  Подобная характеристика позволила выявить не только обогащение азота почв иммобилизованным азотом удобрений, но и определить направленность трансформации азота в органическом веществе почв с разным гумусовым состоянием.

Установлено, что в почве гуматного типа иммобилизация азота удобрений имела ярко выраженную направленность обогащения им природного азота во всех выделенных фракциях с тенденцией увеличения доли во фракции декальцината и гумина при снижении - в свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислотах (табл.12). Тогда как в почве фульватного типа гумуса обогащенность почвенных соединений  азота иммобилизованным азотом (15N) удобрений оказалась очень слабой и устойчивой только во фракциях декальцината.

Обогащение остальных фракций практически отсутствовало и наблюдалась лишь тенденция к увеличению доли 15N во фракциях органического вещества почвы.

Таблица 12. Соотношение иммобилизованного азота (15N) удобрений и

почвенного азота (14N) по фракциям органического вещества почв

Дни

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

НО

1

2

3

1

2

3

Лугово-черноземная почва

2

2.25

сл.

0.07

14.8

1.92

1.32

0.19

0.22

5

0.31

сл.

0.05

12.4

2.44

0.62

0.11

0.29

15

0.73

0.01

0.09

13.2

2.17

1.09

0.08

0.44

30

0.72

0.004

0.11

17.0

2.04

1.11

0.22

0.53

60

0.81

сл.

0.12

19.6

2.07

1.64

0.25

0.54

Каштановая почва

2

0.06

0.02

0.02

3.37

сл.

0.06

0.07

0.08

5

0.05

0.02

0.02

2.64

сл.

0.04

0.04

0.06

15

0.11

0.06

0.05

3.08

сл.

0.20

0.19

0.14

30

0.18

0.10

0.07

3.30

сл.

0.19

0.19

0.17

60

0.19

0.10

0.08

3.40

сл.

0.19

0.21

0.16

 

Активная фаза органического азота почв. Согласно оценкам целого ряда авторов иммобилизованный азот отнесен к «активной» фазе органического вещества почв (Кудеяров,1985;Руделев,1992;Семенов и др.,2007;Jansson,1956;Hamer,

Marschner,2005;Cookson et al.,2005;Kuzyakov,Bol,2006).

На основе результатов исследований с 15N предпринята попытка определения эквивалентного количества азота в «активной» фазе почв сезонномерзлотного и мерзлотного ряда по изменению содержания иммобилизованного азота в год последействия (табл.13).

Таблица 13. Количество азота в «активной» фазе органического вещества почв

Почва

Иммобилизо-ванный  азот

(15N) в почве

N в растениях

N общий

почв

N «активной»

  фазы почв

14N

15N

мг / 100 г

  %

Каштановая

2.27 ± 0.31

1.52 ± 0.2

0.65

137.0

5.31 ± 1.8

3.88

Чернозем

  южный

2.45 ± 0.27

2.04 ± 0.5

0.57

219.7

8.77 ± 1.9

3.99

Серая лесная

3.30 ± 0.18

2.21 ± 0.7

0.78

168.4

9.35 ± 1.4

5.55

Лугово-

черноземная

3.55 ± 0.22

0.68 ± 0.1

0.30

433.2

8.07 ± 1.2

1.86

Примечание:  Содержание 15N в почвах весной первого года последействия принято

в качестве стандарта  (Кудеяров,1985,1989).

Содержание азота в «активной» фазе органического вещества почв оказалось  незначительным и не превышало 3.82 ± 0.8 % от общего азота при небольшой вариабельности. По этому показателю изучаемые почвы значительно уступали почвам европейской части (Кудеяров,1985), приближаясь к 12 году реминерализации ранее иммобилизованного азота (Будажапов,1989;Лаврова,1992). Низкая минерализационная способность сезонномерзлотных и мерзлотных почв связана с очень слабым притоком энергетических источников для почвенных микроорганизмов, активно ассимилирующих органические формы азота (бактерии на МПА) при слабой (r < 0.63) и статистически не выявленной (tф < tst) тесноте связей с минерализацией иммобилизованного азота в почвах.

В результате высокая интенсивность процесса иммобилизации азота удобрений в почвах не сопровождается адекватно высокой его минерализацией, а запасы азота в «активной» их фазе не могут служить ощутимым резервом доступного азота и характеризуют слабую оборачиваемость в цикле внутрипочвенных  иммобилизационно - минерализационных превращений. Эпизодичное появление «экстра» - азота почв с очень высокой вариабельностью вызвано очень слабой и неустойчивой минерализацией азота «активной» фазы почв.

Азотминерализующий потенциал почв и его диагностика

Величина азотминерализующего потенциала почв (N0) и константа скорости (k) процесса позволяют дать количественную и кинетическую оценку размерам

минерализации органического азота (Stanford,Smith, 1972; Кудеяров, Башкин,

1981;Башкин,1987;Hasegawa et al.,1999;Tnnsoutyrot et al.,2000;Dinesh et al.,2001;

Delin,Linden,2002;Rao,Li,2003;Akasaka et al.,2003;Kara-Mitcho,2004).

Установлено, что выраженный мерзлотный характер функционирования почв во времени и пространстве значительно ограничивает развитие минерализации органического азота почв, потенциал которой при внесении азотных удобрений не превышал 1% от общего содержания азота в почвах и оказался наименьшим в лугово-черноземной почве - 0.08%, а в более прогреваемых (каштановая) и увлажненных (серая лесная) на варианте без удобрений достигал 2% (табл.14). Величина N0, независимо от вариантов, в каштановой и серой лесной почвах, черноземе южном была выше, чем в лугово-черноземной  почве при значительном снижении в случае внесения удобрений.

Более устойчивые различия в минерализации органических соединений азота почв выявлены по скоростным параметрам, которые вкупе с количественными величинами формируют более развернутую панораму азотминерализующего эффекта (Stanford,Epstein,1974;Башкин,1987;Zhang et al.,2002;Hadas et al.,2004).

Константа (k) скорости минерализации азота в почвах сезонномерзлотного ряда по каждому варианту была близкой с более чем вдвое меньших величинах при внесении азотных удобрений (табл.14). Наиболее значительные различия в константах (k) по вариантам наблюдались в лугово-черноземной почве, где при внесении азотных удобрений их величина была очень слабой - k = 0.053 год -1.В результате в почве с мерзлотным характером скоростные составляющие минерализации органического азота минимальные.  Показано, что кинетика (k) этого процесса в сезонномерзлотных и мерзлотных почвах региона значительно ниже почв европейской части (Башкин,1987). Последнее вызвано не только слабой активностью микробного ценоза почв, но и низким энергетическим их состоянием. Как следствие, почвы в силу жестких режимов функционирования стремятся увеличить энергетику за счет высокой иммобилизации вносимого азота при минимальных издержках на минерализацию почвенного азота  в виде величины N0, поддерживаясь в этом и слабыми скоростными (k) параметрами.

Таблица 14. Потенциал (N0) и константа (k) скорости минерализации

органического азота сезонномерзлотных и мерзлотной почв, 0 - 20 см

Параметры

оценки

Каштановая,

n = 11

Чернозем

южный, n = 7

Серая

лесная, n = 8

Лугово-черно-

земная, n = 8

Без удобрений

N0

мг / 100 г

2.98 ± 0.73

3.69 ± 0.82

3.69 ± 0.93

6.16 ± 1.28

% N общий

2.17

1.15

2.19

1.42

k, год -1

0.355

0.380

0.344

0.291

NPK

N0

мг / 100 г

1.14 ± 0.03

0.76 ± 0.08

0.54 ± 0.07

0.34 ± 0.10

% N общий

0.83

0.24

0.31

0.08

k, год -1

0.148

0.121

0.148

0.053

Отмеченное подтверждается также и периодом, в течение которого следует ожидать снижения интенсивности процесса наполовину (полураспад). Рассчитано, что время этого ожидания  (Т0.5), независимо от вариантов и азотного фон-

да, в сезонномерзлотных (6 лет) и мерзлотной (15 лет) почвах наступает значительно позднее, чем в почвах европейской части. В результате незначительная величина N0, продолжительный период полураспада и низкая кинетика минерализации отражают слабую оборачиваемость органического азота в цикле внутрипочвенных превращений.

Современные подходы к диагностике азотминерализующего потенциала почв (N0) базируются на оценках активности почвенной микрофлоры и участия гидротермических факторов (Кутузова и др.,1998;Звягинцев и др.,2005;Кузнецова и др.,2006;Семенов и др., 2006,2007;Mitchell et al., 2000;Delin,Linden,2002;Yang,

Shen,2002;Akasaka et al.,2003). В этом представлении как правило прибегают к построению различных моделей с вычленением постоянной величины типа Q10 (Stanford, 1976;Башкин,1987) или констант (k) скорости и участия абиотических признаков по видоизмененному уравнению Аррениуса (Kowalenko,Cameron,

1976;Stenger et al.,1995) и констант Михаэлиса-Ментен (Vmax), характеризующие активность минерализации (Семенов и др.,2007;Вранова и др.,2009). 

Активность почвенной микрофлоры. Среди изученных почв наименьшей активностью в минерализации органических соединений азота отличалась микрофлора каштановых почв, константа (k) участия которой возрастала, но обеспечивала не более 73% N0 в отсутствии различий между микроорганизмами на варианте без удобрений (табл.15). При внесении удобрений наибольшую активность проявляли актиномицеты, тогда как активность грибов и бактерий на МПА была слабой.

Таблица 15. Константа (k) участия почвенных микроорганизмов

в азотминерализующем потенциале почв (N0), % от фактического

Микро-

флора

почв

Вариант

Каштановая,

n = 11

Серая лесная,

n = 8

Лугово-черно-

земная, n = 8

k, год

  %

k, год -1

%

k, год -1

  %

Грибы

контроль

0.006

67.9

0.104*

22.3

0.004

123.9

NРК

0.031

38.8

0.046*

55.0

0.001

112.0

Бактерии

на МПА

контроль

0.035

72.6

0.080

90.2

0.063

131.4

NРК

0.062

14.4

0.104*

128.8

0.045

137.0

Актино-

мицеты

контроль

0.112

60.6

1.286

174.2

0.073

164.8

NРК

0.081

72.2

0.592

512.8

0.026

126.4

Примечание: * константа (k) участия возрастала (в год)

 

В серых лесных почвах характер и величина участия почвенной микрофлоры складывалась иначе. На варианте без удобрений формирование величины N0 полностью обеспечивалось активностью актиномицетов, бактериями на МПА - не более 90%, а по грибам - слабо, хотя константа их участия возрастала. Внесение удобрений сопровождалось ростом активности микроорганизмов, обеспечивая полное их участие и усилении более чем вдвое активности грибов при изменении характера участия бактерий на МПА в направлении возрастания. Отсюда, при сопоставимой численности основных групп почвенных микроорганизмов каштановых и серых лесных почв их участие в минерализации органического азота серой лесной почвы выше вследствие менее жестких гидротермических режимов. Их жизнедеятельность способствует большему накоплению доступного азота при высоком участии актиномицетов, меньшем - бактерий на МПА и слабом грибов. Именно эта последовательность в минерализации органических соединений почв является общепризнанной (Мишустин,1972;

Бабьева,Зенова,1989;Звягинцев и др.,2005). 

Наибольшей активностью отличалась микрофлора лугово-черноземных почв: каждая группа самостоятельно обеспечивала процесс азотминерализации при общем характер снижения их участия. Следовательно, высокие параметры азотного фонда этих почв обусловливают повышенный потенциал минерализации. Вклад каждой из групп почвенных микроорганизмов в результативный признак (N0) был неодинаковым: превалировала активность актиномицетов. 

Кинетическое участие абиотических и биотических факторов. Несмотря на разное участие биотических факторов в минерализацию органического азота почв (N0) удалось найти принципиально общий знаменатель в виде констант участия (k), которые могут выступать в качестве критериев диагностики N0 даже более, чем некоторые постоянные величины (Stanford,Smith,1972;Stanford et al.,1974;Башкин,1987).

Рассчитанные константы (k) позволили вычленить участие биотических и абиотических факторов, как отдельно, так и в их совокупности (табл.16). В этой оценке не по всем признакам константа (k) их участия превышала константу (k) скорости процесса и при меньших ее величинах кинетически не обеспечивала величину N0.

Таблица 16. Кинетическое участие (k) микрофлоры почв и гидротермических

показателей в кинетику (k) минерализации органического азота почв (N0) 

Показатели

Каштановая,

n = 11

Серая лесная,

n = 8

Лугово-черно-

земная, n = 8

контроль

NРК

контроль

NРК

контроль

NРК

Константа (k) скорости минерализации органического азота

k, год -1

0.355

0.148

0.344

0.148

0.291

0.053

Константа (k) участия гидротермических показателей

  Осадки,

  мм

0.001 год

0.001 год

0.003 год

0.002

год

0.011 год

0.002

год

t почвы,

°C

0.065 год-1

0.072

год -1

0.163 год -1

0.151

год -1

0.025год -1

0.010

год -1

Константа (k) участия почвенных микроорганизмов

Грибы

0.006 год

0.031 год

0.104 год

0.046

год

0.004 год -1

0.001

год -1

Бактерии на МПА

0.035 год

0.062 год

0.080 год -1

0.104

год

0.063 год -1

0.045

год -1

Актино-

мицеты

0.112 год

0.081 год

1.286 год -1

0.592

год -1

0.073 год -1

0.026

год -1

Анализ выведенных констант (k) участия позволил выявить, что на каштановых почвах ни один из признаков кинетически не мог полностью обеспечивать течение этого процесса. Наибольшая константа (k) участия принадлежала актиномицетам, доля которых достигала на варианте без удобрений 30%, а при внесении удобрений - 50% от кинетики процесса. Причем в последнем, совместная константа (k) их участия с бактериями МПА или с температурами почвы обеспечивали этот процесс, так как совместная константа (k) их участия превышала константу (k) скорости азотминерализующего потенциала. Схожая ситуация выявлена по грибам и бактериям МПА с участием температур почвы.

В иных комбинациях кинетическое обеспечение азотминерализующего эффекта почвы невозможно. На варианте без удобрений кинетические усилия даже всех признаков явно недостаточно, что вызвано очень слабой активностью микрофлоры почв при скудном поступлении энергетических источников для роста. В целом наибольшая константа (k) участия принадлежала актиномицетам и температурам почвы, отражая типичные и устойчивые параметры биотических и абиотических факторов функционирования каштановой почвы.

Кинетика (k) процесса минерализации азота серых лесных почв отличалось более активным участием признаков: константа (k) участия температур почвы на варианте без удобрений на 1/2 обеспечивала кинетику (k) азотминерализующего потенциала, а на варианте с внесением удобрений превышала последнюю. Следовательно, лучшее гидротермические режимы этой почвы повышали  константу (k) активности микробного ценоза, которая была наибольшей среди изученных почв, независимо от вариантов оценки. Даже при нивелировании констант (k) участия гидротермических показателей, высокая активность микроорганизмов (k = 0.529 - 1.286 год –1) способна самостоятельно обеспечивать потенциал накопления минерализуемого органического азота серой лесной почвы. Среди абиотических факторов минимальное участие в кинетику N0 серых лесных, как и каштановых почв, принадлежит осадкам, отражая очень ограниченные их возможности. В целом благоприятные эколого-почвенные параметры серых лесных почв обеспечивали высокую кинетику (k) участия микрофлоры и гидротермических факторов в скорости проявления N0.

Кинетическое участие абиотических и биотических факторов в величину N0 лугово-черноземных почв складывалось по - иному. Константа участия осадков

в кинетику процесса была выше, чем в каштановых и серых лесных почвах и достигала в варианте без удобрений k = 0.011 в год, а по температурам 0 - 20 см слоя наименьшей среди почв - k = 0.025 год -1. При внесении удобрений характер их участия изменялся, также подвергалось изменениям и кинетическое участие гидротермических факторов, что не выявлено в сезонномерзлотных почвах. Причем, специфика микрофлоры мерзлотных почв проявилась в обратных зависимостях констант (k) участия. Подобного не наблюдалось ни по одной из почв и, как следствие, ни одна из групп почвенных микроорганизмов мерзлотной почвы не могла самостоятельно обеспечивать полного кинетического участия в минерализации органического азота.

Миграционный пул минерального азота в почвах

Современная оценка особенностей распределения нитратного азота в почвах служит основой для диагностики миграционной способности в различных эколого - почвенных режимах (Смирнов,1982;Руделев,1984;Башкин,1987;Муравин,

1991;Лаврова,1992;Кидин,1993;Каштанов,Явтушенко,1997;Семенов,1996;Ники-тишен,2002,2003,2007). Значимость подобной оценки для территории, на которой находится хранилище 20% мировых запасов пресной воды - оз. Байкал представляется чрезвычайно актуальной, так как адекватность этой информации в регионе остается крайне противоречивой.

Исследования показали, что миграционный пул минерального азота в сезонномерзлотных и мерзлотной почвах представлен нитратным азотом и обменно-поглощенным аммонием, для которых характерна высокая динамичность и сильная теснота связей (r) c показателями увлажнения, особенно осадками в июне, с полиномиальным характером распределения в сезонном цикле. Основная подвижность минерального пула в почвах связана с нитратным азотом, а аммонийный азот практически не участвует в превалирующей водной миграции лабильных азотистых соединений. 

С помощью 15N выявлено, что состав миграционного пула азота в почвах при внесении азотных удобрений, независимо от различий азотного их фонда, представлен нитратным азотом почв, удобрений и “экстра”- азотом. Характер миграции описывается различными типами моделей с ограниченной величиной и глубиной по профилю изучаемых почв в течение сезона.

Миграция нитратного азота удобрений в каштановых и серых лесных почвах находилась в сильной сопряженности с осадками (r = 0.78 ± 0.1 и r = 0.84 ± 0.2 соответственно). При типичном дефиците осадков весной миграция нитратов наблюдалась в пределах слоя 0-40 см, при обильном выпадении во второй половине сезона - 0 - 80 см с остаточной миграцией осенью не глубже 60 см. При внесении азотных удобрений выявлен внутрипочвенный нитратный максимум: в каштановой почве обнаружен в 40-60 см слое, серой лесной - 20-40 см. Значимость этой аккумуляции состоит в том, что при определенных условиях этот максимум служит резервом доступного азота и барьером снижения миграции.

С помощью 15N установлен факт появления «экстра»- азота в форме нитратов в почвах, величины которых высоко вариабельны. Содержание этого азота в почвах было близким с минимальной долей в составе миграционного пула нитратного азота. В каштановых почвах его присутствие изменялась от 0.064 до 0.409 ед. на ед. внесенного азота за сезон и резко снижалась в пространстве - с 1.114 ед. в 0 - 20 см слое в июне до 0.005 ед. в 60 - 80 см слое в августе. В серых лесных почвах появление «экстра»-нитратов выше при схожей динамике изменения во времени - от 0.100 до 0.467 ед. и в пространстве - с 0.705 ед. в 0 - 20 см в мае до 0.009 ед. в 60 - 80 см слое в сентябре.

Благодаря моделированию выявлено, что характер миграции нитратного азота почв и удобрений по почвенному профилю (пространство) в сезонном цикле (время) описывается по экспоненте. Константа миграции (k, слой -1) нитратов каштановой (k = 0.545- 0.901) и серой лесной (k = 0.434 - 0.674) почв в метровой толще превышала кинетику (k, слой -1) нитратного азота удобрений, которая составила соответственно k = 0.376 - 0.475 и k = 0.314 - 0.647, отражая превалирующую миграционную способность почвенных нитратов. При всех различиях в содержании и константах (k) миграции нитратного азота почв и удобрений общим критерием в оценке миграционной способности выступает схожая направленность снижения их содержания в пространстве и возрастания констант (k) миграции во времени. Кинетика миграции нитратов каштановой почвы в 0-20 см при внесении азотных удобрений во времени (k = 0.429 месяц -1) была выше серой лесной (k = 0.354 месяц -1), а по нитратному азоту удобрений скоростная константа (k) миграции имела близкие показатели по почвам - k = 0.346 и k = 0.329 месяц -1. С глубиной (20-40 и 40-60 см) кинетические различия (k) в миграции нитратов почвенного происхождения возрастали: в каштановой почве составили соответственно слоям k = 0.577 и k = 0.929 месяц -1 и в серой лесной - k = 0.427 и k = 0.512 месяц -1. По нитратному азоту удобрений кинетика (k) миграции в 20-40 см толще оставалась без значительных изменений: в каштановой почве снижалась (k = 0.240 месяц -1), а серой лесной - возрастала незначительно (k = 0.346 месяц -1). Для  «экстра» - азота характерно следующее: в каштановых почвах во времени и серых лесных почвах в пространстве тип его миграции описывается экспонентой, в каштановых почвах в пространстве и серых лесных во времени - полиномом разного порядка.

Соответственно в составе миграционного пула минерального азота константа (k) скорости миграции в сезонномерзлотных почвах наиболее выражена по нитратам почвенного происхождения, величина которой (k) в пространстве оказалась выше, чем во времени. 

Своеобразный характер миграции нитратного пула выявлен в профиле лугово -черноземной мерзлотной почвы, который оказался ограничен и во времени, и в пространстве: миграция почвенных нитратов регистрировалась не глубже слоя  60 - 80 см, нитратного азота удобрения и «экстра» - азота не глубже 20 - 40 см, а весной отсутствовала. Подобное связано мерзлотным характером функционирования почвы, который проявлялся в значительно меньшей величине и глубине миграции нитратного азота и отсутствии внутрипочвенного максимума азота удобрений в профиле. Максимальная миграция нитратного азота по профилю мерзлотной почвы наблюдалась при наибольшем оттаивании (июль - август), достигая следовых величин по нитратному азоту почвы 80 см, удобрения - метровой отметки и «экстра» - азота - 60 см. Наиболее высокая константа скорости миграции (k = 1.227 слой -1) характерна для почвенных нитратов в августе, крайне ограничена по нитратам удобрений и эпизодична по «экстра» - азоту.

Таким образом, полученные материалы позволяют сделать заключение, что  миграция минерального азота почв и удобрений, вносимых в умеренных дозах  (не более 60 кг/га), по профилю сезонномерзлотных и мерзлотных почв отражает специфику их функционирования во времени и пространстве, ограничивается верхним полуметровым слоем и не представляет экологической угрозы для загрязнения территории Забайкалья.

Выводы

1. Разработана концепция биокинетической оценки цикла азота в системе почва -удобрение-растение для криоаридных почвенно-климатических условий, представляющая комплекс высоко сопряженных превращений азота с различными количественными и кинетическими параметрами, динамичность которых оказывает прямое и косвенное воздействие на состояние режимов азота почв и удобрений, его усвоение растениями. Установлены основные характеристики формирования актуальных и потенциально доступных запасов азота при определяющем участии биотических и абиотических факторов, обеспечивающих биокинетическую индикацию основных азотных пулов (поглотительного, ассимиляционного и миграционного) и составляющих баланс азота по скоростным константам (k) в агроценозах Забайкалья. 

2. Создание товарной продукции зерновых культур осуществляется в основном за счет почвенного азота, доля которого достигает 3/4 общих затрат элемента на серых лесных почвах и не менее 1/2 на каштановых, черноземах южных и лугово-черноземных. Вклад азота удобрений в формирование урожая пшеницы и ячменя определялся уровнем увлажнения: в засушливых условиях он не уступал почвенному, при благоприятных - снижался, тогда как у овса практически не зависел от условий возделывания. Доля участия «экстра»-азота в продукционном процессе ограничена и эпизодична (10-20% от общего выноса). Продуктивность культур находится в сильной зависимости с усвоением азота почв и удобрений, а также осадками при оценке в парных комбинациях (r) и общей их совокупности (R).

3. Определены количественные и кинетические составляющие баланса азота в системе почва-удобрение-растение, на основе которых доказано, что положительное сальдо определяется высокой константой (k) скорости усвоения и иммобилизации, величины которых в свою очередь обеспечиваются большей по модулю константой (k) скорости снижения содержания азота удобрений.  Наилучшее состояние баланса азота складывалось на серых лесных почвах и близким к дефицитному - на каштановых. Экспоненциальный характер кривых характеризует наличие очень возбудимых процессов формирования минерального, поглотительного и ассимиляционного пулов в биоцикле азота с разными кинетическими параметрами. Дана оценка наиболее напряженным статьям баланса азота с ранжированием индекса его доступности в почвах сезонномерзлотного и мерзлотного ряда. 

4. Истинные коэффициенты использования азота (15N) удобрений определяются  биологическими особенностями культур: наиболее высокими коэффициентами использования и скоростью усвоения выделялся овёс (38.8 ± 5.8%, k = 0.719 в сутки), тогда как у пшеницы (13.9 ± 2.1%, k = 0.222 в сутки) и ячменя (13.4 ± 0.5%, k = 0.360 в сутки) были существенно ниже. В зависимости от свойств почв максимальные коэффициенты использования наблюдались на серой лесной почве (33.7±3.3 %), минимальные – на каштановой (19.0±2.8 %), лугово –черноземная (25.3±3.5%) и южный чернозем (25.7±6.6 %) занимали среднее положение. Индекс доступности азота удобрений возрастает в ряду: каштановая (0.23) лугово-черноземная (0.34) чернозем южный (0.35) серая лесная (0.51), его значения уступают аналогичным в почвах Западной Сибири и европейской части страны. Различия разностного и изотопного коэффициента использования азота удобрений достигали наибольших значений при дефиците увлажнения, независимо от состояния режимных процессов и азотного фонда почв, а их корректировка носит характер линейной регрессионной зависимости.

5. В цикле азотной трансформации высокая иммобилизация азота удобрений в почвах является ключевым процессом, который обусловлен усилением кинетической активности почвенной микрофлоры и улучшением температурного режима почв: лугово-черноземная мерзлотная (53.3±1.3%) серая лесная (47.9± 1.5%) чернозем южный (41.1±2.5%) = каштановая (41.1±1.4% от внесённого). Количественные и кинетические параметры иммобилизации в исследуемых почвах сопоставимы с сезонномерзлотными почвами Западной Сибири и значительно выше, чем  в почвах европейской части страны. Полная компенсация выноса почвенного азота за счет иммобилизованного азота удобрений наблюдалась в каштановой, южном черноземе и лугово-черноземной мерзлотной почве, тогда как в серой лесной почве не превышала 2/3 выноса. В процессе иммобилизации азота удобрений среди изученных представителей почвенной микрофлоры наибольшую активность проявляют актиномицеты, кинетические константы (k) которых изменяются в ряду: лугово-черноземная (k = 0.434 в год) серая лесная (k = 0.165 год -1) каштановая (k = 0.129 в год). 

6. Трансформация  иммобилизованного азота удобрений и его распределение в составе органического вещества почв поддерживается кинетическими параметрами и отражает панораму внутрипочвенного его перераспределения по фракциям гумусовых веществ. Динамика содержания иммобилизованного азота характеризуется одновременным участием в серии высоко сопряженных процессов: в почвах гуматного типа в минерализации легко- и трудногидролизуемых фракций фульвокислот и синтезе рыхлосвязанных и свободных гуминовых кислот, в почвах фульватного типа - минерализации легкогидролизуемых фульвокислот и синтезе трудногидролизуемых фракций фульво- и гуминовых кислот, поддерживая  характерный для каждой почвы тип гумуса. 

7. Иммобилизованный азот удобрений представляет «активную» фазу органического вещества почв как результат функционирования цикла иммобилизационно-минерализационных превращений азота, оборачиваемость которых в почвах сезонномерзлотного и мерзлотного ряда чрезвычайно ограничена в силу жестких режимных процессов, слабой микробиологической активности и имеет ярко выраженное кинетическое превалирование иммобилизации. В результате количество азота в «активной» фазе органического вещества почв не превышает 4% от общего азота и отражает крайне ограниченное и эпизодическое участие «экстра» - азота почв в выносе азота растениями.

8. Почвы с разным гумусовым состоянием имеют различный качественный состав органического азота: преимущественное его содержание в почве фульватного типа отмечено в легкогидролизуемых фракциях фульвокислот, а гуматного - в менее подвижных гуминовых кислотах. Потенциал минерализации органического азота почв сезонномерзлотного и мерзлотного ряда очень ограничен (0.08 - 2.2% от общего азота) и слабо изменяется под воздействием азотных удобрений, особенно в лугово-черноземной мерзлотной почве, где константа скорости незначительна (k = 0.053 год -1). Причиной этого является комплексное воздействие биотических (актиномицеты) и абиотических (температура почв и осадки) факторов, негативный эффект которых снижается при внесении азотных удобрений, подчиняясь фундаментальному принципу Ле - Шателье.

9. Миграционный пул минерального азота в профиле сезонномерзлотных и мерзлотных почв отражает специфику его функционирования во времени и пространстве и представлен преимущественно нитратным азотом почв, удоб- рений и «экстра»-азотом, распределение которого по профилю почв ограничивается в основном пределами полуметровой толщи с преобладанием в пахотном слое. Величина, глубина и скорость миграции находятся в существенной связи с осадками (r = 0.78±0.1- 0.84±0.2) и свойствами почв: максимальная глубина миграции азота нитратов отмечена в  серой лесной почве (до 80 см), в каштановой - ограничена 60 см и лугово-черноземной - в пределах 40 см.  Полученные данные свидетельствуют о возможности экологически безопасного применения азотных удобрений на сельскохозяйственной территории бассейна озера Байкал.

Предложения производству

1. Предложены критерии оценки эффективности азотных удобрений, включающие особенности превращения и баланса внесенного азота для сезонно-мерзлотных и мерзлотных почв Забайкалья. Рассчитана математическая модель перехода к истинному коэффициенту через корректировку разностного коэффициента использования азота удобрений зерновыми культурами.

2. Выявлены размеры усвоения азота удобрений с учетом биологических особенностей культур, азотного и гидротермического режимов для использования в целях диагностики азотного питания растений. 

3. Рекомендованы количественные и кинетические критерии оценки азотминерализующей способности сезонномерзлотных и мерзлотных почв, нисходящей миграции нитратного азота удобрений и почв по величине, глубине и скорости процесса для агроэкологической экспертизы последствий применения азотных удобрений на сельскохозяйственной территории, прилегающей к озеру Байкал.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

Учебные пособия

1. Теория и практика применения метода меченых атомов азота в эколого- почвенных исследованиях /Л.В.Будажапов, Р.Д. Норбованжилов. Гриф УМО.

- Улан - Удэ: Изд - во БГСХА. 2007. 101с.

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК

2. Будажапов Л.В. Влияние систематического применения азотных удобрений на изменение азотного фонда дерново - подзолистой почвы и урожай зерновых культур / Л.В.Будажапов, И.А.Лаврова // Агрохимия.-1998.-№3. - С.5- 9.

3. Гамзиков Г.П. Минерализация азота стерневой массы в мерзлотном земледелии Забайкалья / Г.П.Гамзиков, Л.В.Будажапов // Плодородие. -2007.- № 4.-С.13 - 14.

4. Билтуев А.С.Модели определения содержания минеральных форм азота в каштановых почвах Забайкалья / А.С. Билтуев, Л.В. Будажапов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. -2007. -№10. -С.5 - 9.

5. Гамзиков Г.П. Продуктивность зерновых культур и использование азота удобрений на серых лесных почвах Забайкалья / Г.П. Гамзиков, Э.А. Муравин, Л.В. Будажапов // Плодородие. -2008. -№6. -С. 11 - 13.

6. Будажапов Л.В. Модели продуктивности зерновых культур и содержание минерального азота в каштановых почвах / Л.В. Будажапов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. -2009. -№ 2. -С.13 - 18.

7. Будажапов Л.В. Динамика превращений иммобилизованного азота в органическом веществе каштановых почв Бурятии / Л.В. Будажапов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. -2009. -№ 3. -С. 5 - 10.

8. Будажапов Л.В. Использование азота удобрений зерновыми культурами на лугово – черноземных мерзлотных почвах Забайкалья /Л.В. Будажапов // Агрохимия. -2009. -№  6. -С.1- 6.

9. Г.П. Гамзиков. Продуктивность зерновых культур и использование азота удобрений на каштановых почвах Забайкалья / Г.П. Гамзиков, Л.В. Будажапов // Агрохимия. -2009. -№ 9. - С.10 - 17.

10. Будажапов Л.В. Содержание и динамика распределения азота удобрений в органическом веществе лугово - черноземной мерзлотной почвы Забайкалья / Л.В. Будажапов // Плодородие. -2009.- № 5. - С. 11 - 14.

Экспериментальные и обзорно - теоретические статьи

11. Будажапов Л.В. Влияние длительного применения удобрений на агрохимические свойства почвы, ее биологическую активность и минерализацию иммобилизованного азота / И.А. Лаврова, Л.В. Будажапов // Почвенно – агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР.-1988.-С.101 - 104.

12. Будажапов Л.В. Влияние азотных удобрений на агрохимические показатели дерново - подзолистой почвы и урожай зерновых культур //  Бюллетень ВИУА. -1989. -№ 92.-С.26 - 28.

13. Будажапов Л.В. Процессы иммобилизации - минерализации азота дерново - подзолистой почвы при систематическом применении азотных удобрений / Л.В. Будажапов, И.А. Лаврова // Бюллетень ВИУА. -1989. -№92. -С.41 - 43.

14. Будажапов Л.В. Влияние минеральных удобрений на биологическое состояние лугово - черноземных мерзлотных почв бассейна озера Байкал / Л.В. Будажапов, С.Ш.Нимаева // Бюллетень ВИУА. -1998. -№111.-С.63 -64.

15. Будажапов Л.В. Баланс азота удобрений в системе почва - растение на агроландшафтах лесостепной зоны бассейна озера Байкал (по данным с 15N) // Труды Бурятской ГСХА.-1999.-Вып.39.-Ч.2. -С.23 - 26.

16. Будажапов Л.В. Особенности трансформации азота удобрений в криоаридных почвах бассейна оз. Байкал (по данным с 15N) // Бюллетень ВИУА. -1999. -№112.-С.25.

17. Будажапов Л.В. Потери азота удобрений с дизиметрическими водами в мерзлотных почвах Забайкалья (по данным с 15N) / Л.В. Будажапов, В.А.Кончиц // Бюлл. ВИУА.-1999. -№112.-С.23 - 24.

18. Будажапов Л.В. Превращение и баланс азота удобрений в мерзлотных почвах Забайкалья (по данным лизиметрических опытов с 15N) // Труды Бурятской ГСХА. -2000. -Вып.41.-Ч.1. -С.130 - 131.

19. Будажапов Л.В. Особенности трансформации и баланс иммобилизованного азота в каштановых почвах Забайкалья (по данным с 15N) // Труды Бурятской ГСХА. -2000. -Вып.41.-Ч.1. -С.79 - 81.

20. Будажапов Л.В. Величина несимбиотической фиксации атмосферного азота в земледелии Забайкалья // Улан - Удэ: БГСХА. -2000. –С.42 - 44.

21. Будажапов Л.В. Динамика минерального азота в светло серой лесной почве лесостепи Присаянья / В.Ю.Гребенщиков, Л.В.Будажапов, В.В. Житов // Улан - Удэ: БГСХА. -2000. -С.39 - 40.

22. Будажапов Л.В. Динамика содержания фиксированного аммония в почвах Забайкалья (по данным с 15N) / Л.В Будажапов,  М.Ж. Будажапова // Улан - Удэ: БГСХА. -2001. - С.49 - 52.

23. Будажапов Л.В. Оценка степени подвижности азота органических соединений в почвах Забайкалья // Улан - Удэ: БГСХА. -2001. -С.52 - 56.

24. Budazhapov L.V. Nitrogen balance in landcultivaiting of Transbaikalia / L.V Budazhapov, G.P. Gamzikov, A.S. Biltuev //Int. Jour.:Ecology and Life.-2002. -P.20.

25. Budazhapov L.V. Changes of agrochemical properties in chest nut frozen soil by regular fertilizers application in Transbaikalia / G.P.Gamzikov, L.V Budazhapov, A.S. Biltuev // Int. Journal: Ecology and Life. -2002. -P.26.

26. Budazhapov L.V. The losses of nitrogen fertilizer by leaching water in frozen soils of Transbaikalia / G.P.Gamzikov, L.V. Budazhapov // Int. Journal: Ecology and Life.-2002.-P.17.

27. Budazhapov L.V. Transformation of nitrogen fertilizer in frozen soil of Transbaikalia / L.V. Budazhapov, R.D. Norbovanzhilov, A.S. Biltuev // Inter. Journal: Ecology and Life. -2002. -P.23.

28. Будажапов Л.В. Математико - статистические модели минерализации азота органических соединений сезонно - мерзлотной каштановой почвы сухой степи Забайкалья // Вестник Бурятского государственного университета. Сер. Биология. Вып.8. -2006. -С.15 - 24.

29. Будажапов Л.В. Миграция нитратного азота серой лесной почвы и удобрения во времени и пространстве в лесостепи Прибайкалья // Вестник Бурятского государственного университета. Сер. Биология.- 2007.-С.11 - 20. 

30. Будажапов Л.В. Минерализация азота стерневых остатков и изменение азотного фонда почвы сухой степи Забайкалья / Л.В. Будажапов, А.С. Билтуев, Р.Д. Норбованжилов, М.Ж.Будажапова // Вестник Бурятского государственного университета. Сер.: Химия, Биология, Геграфия. -2007. -Вып.3. -С.93 - 96. 

Материалы научных конференций

31. Будажапов Л.В. Баланс азота сульфата аммония в системе почва - растение лесостепной зоны бассейна озера Байкал (по данным исследований с 15N) // Экологическое образование: опыт, проблемы, перспективы. Межрегион. науч.- метод. конфер. (Улан - Удэ, 26 -28 июня 1997 г.). - Улан -Удэ,  1997. -С.72 -74.

32. Будажапов Л.В. Условия формирования и структура микробного ценоза лугово - черноземных мерзлотных почв Байкальского региона / Л.В. Будажапов, С.Ш.Нимаева // Микробиология почв и земледелие. Всеросс. конф. (Санкт - Петербург, 14 -16 апреля 1998г.) / РАСХН. - Санкт -Петербург, 1998. -С.57.

33. Будажапов Л.В.Распределение микроорганизмов в профиле лугово-черно-

земных мерзлотных почв Байкальского региона / С.Ш.Нимаева, Л.В. Будажапов // Микробиология почв и земледелие. Всеросс. конф. (Санкт - Петербург, 14 - 16 апреля 1998 г.) / РАСХН. -Санкт -Петербург, 1998.-С.67.

34. Будажапов Л.В. Особенности превращений азота удобрений в мерзлотных почвах Байкальского региона (по данным лизиметрических опытов с 15N) // Лизиметрические исследования почв. Всеросс. конф. (Москва, 6 - 10 июля 1998 г.). - М.: МГУ, 1998.- С.91 - 93.

35. Budazhapov L.V. Elective special courses and situation tasks at the agricultural faculty of the Buryat State Agricultural Academy / Budazhapov V.Ts., Budazhapov L.V., Jampilova T.D. // Society expectations of European Agriculture: the catalic role of Agricultural Education. 4-th European Conference Higher Agricultural Education (Moscow, Timir. Agric. Acad. September 21 - 23 1998). -Moscow,1998. -P.47.

36. Будажапов Л.В. Особенности трансформации азота удобрений в мерзлотных почвах Забайкалья (по данным опытов с 15N) // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений. Матер. конф. памяти Ю.П.Сиротина (2 - 5 декабря 1998 г.). - Нижний Новгород,1998. -С.19 - 21.

37. Будажапов Л.В. Баланс и особенности трансформации азота удобрений в криоаридных почвах Забайкалья (по данным лизиметрических опытов с 15N) // Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии. Междун. симпоз. посвящ. 95- летию А.В. Петербургского (Москва, 29 июня - 1 июля 1999 г.). - М.: ВНИПТИХИМ, 1999. -С.123 - 126.

38. Будажапов Л.В. Специфика фракционного состава органических соединений азота в мерзлотных почвах Забайкалья // Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Междун. конф. (Москва, 21-23 апреля 2002 г.) / РАСХН. - М.: ВНИИА, 2002. -С.7 - 8.

39. Будажапов Л.В. Продуктивность яровой пшеницы в зависимости от глубины внесения азотных удобрений на каштановых почвах Восточного Забайкалья /Л.В. Будажапов, А.С.Билтуев, М.Ж. Будажапова // Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Междун. конф. (Москва, 21-23 апреля 2002 г.) / РАСХН. - М.:ВНИИА, 2002. -С.156 - 160.

40. Будажапов Л.В. Особенности превращений азота удобрений в мерзлотных почвах Забайкалья (по данным с 15N) // Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Междун. конф. (Москва, 21-23 апреля 2002 г.) / РАСХН. - М.: ВНИИА, 2002. -С.420 - 422.

41. Будажапов Л.В. Фиксирующая способность азота почвами Забайкалья под воздействием азотных удобрений / Л.В.Будажапов, Г.П. Гамзиков, В.А. Кончиц // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. Всерос. конф. посвящен. 75 - летию Почвенного института им. В.В. Докучаева (Москва, 24 - 25 апреля 2002) / Докучаевское общество почвоведов, РАСХН. -М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2002. -С.155 -156.

42. Будажапов Л.В. Минерализация иммобилизованного азота под влиянием азотных удобрений как фактор устойчивости азотного фонда дерново - подзолистой почвы / Л.В.Будажапов, И.А.Лаврова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. Всерос. конф. посвящен. 75 - летию Почвенного института им. В.В. Докучаева (Москва, 24 - 25 апреля 2002) / Докучаевское общество почвоведов, РАСХН. - М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2002. -С.154 -155

43. Будажапов Л.В. Изменение азотного фонда дерново - подзолистой почвы при длительном применении мочевино-формальдегидного удобрения / Л.В.Будажапов, И.А.Лаврова // Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование. Всеросс. конф.  (8 - 12 июля 2002 г.) / МГУ, Докучаевское общество почвоведов, РАСХН. -М.: МГУ,2002. -С.217.

44. Будажапов Л.В. Д.Н. Прянишников о балансе азота и особенности его формирования в земледелии Забайкалья / Междун. конф. посвящ. 50 - летию агрономического фак-та БГСХА. - Улан - Удэ: БГСХА, 2002. -С.56 -70.

45. Будажапов Л.В. Модели продуктивности зерновых культур по показателям увлажнения и содержания минеральных соединений азота в почве сухой степи Бурятии / Аграрная наука – сельскохозяйственному производству Сибири, Моноглии, Казахстана и Кыргызстана: Междунар. конф. (Барнаул, 26 - 28 июля 2005г.) / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2005. -T.1. -С. 143 - 146.

46. Будажапов Л.В. Мониторинг минерального пула почвенного азота сухой степи / Л.В. Будажапов, А.С. Билтуев // Плодородие почв, эффективность средств химизации и методы оптимизации питания растений. Междун.конф. посвящ. 100 - летию А.Н.Угарова (8 - 9 июня 2005 г.).-Иркутск,2005.-С.11 - 14.

47. Будажапов Л.В. Признаки современной парадигмы в оценке продуктивности яровых зерновых культур в мерзлотном земледелии Забайкалья / Л.В. Будажапов, А.С. Билтуев, М.Ж. Будажапова // Адаптивные технологии в современном земледелии Восточной Сибири. Междун. конф. (23 - 24 декабря 2005 г.) - Улан - Удэ: Изд - во БГСХА, 2005. -С.24 - 27.

48. Будажапов Л.В. Азотминерализующий потенциал сезонно - мерзлотной каштановой почвы в земледелии сухой степи Забайкалья // Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Междун. конф. (19 -20 апреля 2006 г.) / РАСХН. - М.: ВНИИА, 2006. -С.14-17.

49. Будажапов Л.В. Статистики и модели минерализации азота стерневых остатков в почве сухой степи Бурятии / Л.В. Будажапов, А. Сух, М.Ж. Будажапова // Биологические источники элементов минерального питания растений. III Сибирские агрохимические Прянишниковские чтения. Междун. конф. (Омск,12 - 16 июля 2005г.) / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2006.-С.145 - 154.

50. Будажапов Л.В. Статистические показатели и константа распада стерневых остатков в серой лесной почве Прибайкалья / Л.В. Будажапов, Р.Д. Норбованжилов // Состояние и перспективы современных систем земледелия Сибири. Междун. конф. (9 февраля 2007 г.) - Улан - Удэ: БГСХА, 2007. -С.163 - 167.

51. Будажапов Л.В. Математическое моделирование азотного режима в почвах / Л.В. Будажапов, Р.Д. Норбованжилов, М.Ж. Будажапова // Агрохимическая наука - Сибирскому земледелию (Омск, 25 - 28 ноября 2008) / - Омск: Сибирский НИИ сельского хозяйства, 2008. -С. 29 - 39.

52. Будажапов Л.В. Эколого-мелиоративная и кинетическая оценка процесса иммобилизации азота удобрений в мерзлотных почвах Забайкалья / Л.В. Будажапов // Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России. Междун. конф. (Москва,15-17 апреля 2009г.) / - М.: МГУ

Природообустройства, 2009. -С.73 -75.

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.