Статья: Миграция и баланс азота в дерново-подзолистых почвах при разных уровнях применения азотных удобрений

* Данные Гидрометцентра Республики Беларусь.

В течение вегетационного периода возделывания картофеля за май - август 2003 г. (ГТК - 1,18 слабозасушливый) выпало 216,5 мм осадков, при среднемноголетнем - 300 мм. В июне осадков выпало примерно на треть меньше среднемноголетних, но в июле осадки превысили среднемноголетние - на 36,4 мм (за майсентябрь было 29 дней с осадками). В целом погодные условия вегетационного периода способствовали формированию хорошего урожая картофеля.

За вегетационный период проса (май - август 2004 г., ГТК ? 1,54 ? оптимальный) выпало 293,9 мм осадков, при среднемноголетнем - 300 мм, количество дней с осадками составило 34. Среднесуточная температура в мае-июне была на 1,0-1,7 ОС ниже, в августе на 2 ОС выше среднемноголетней. ГТК по месяцам был следующим: в мае - 0,78, июне - 1,19, июле - 1,75, августе - 2,07.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Концентрация химических элементов в атмосферных осадках определяется количеством выпавших осадков, географическим условием и рельефом местности, наличия промышленных производств, трансграничным переносом, содержанием пыли в воздухе и т. д. [14, 15].

Содержание ионов NH4+ в осадках (за май-сентябрь) 2002 г. находилось в пределах от 1,6 до 10,5 мг/л, 2003 г. - 0,0-8,0 и 2004 г. - 0,0-0,9 мг/л, соответственно:

NO3- - 0,8-4,7, 1,4-4,2 и 0,7-2,0 мг/л (табл. 5).

Концентрация ионов NH4+ в осадках в среднем за год находилась в пределах от 0,75 до 3,1 мг/л, NO3- - 1,19-2,30 мг/л.

Отмечена тенденция увеличения концентрации ионов NH4+ и NO3- в атмосферных осадках за вегетационный период (май-сентябрь), по сравнению со среднегодовой их концентрацией, а также снижение концентрации NH4+ с увеличением выпадения осадков.

Таблица 5. Содержание ионов NH4+ и NO3- в атмосферных осадках на лизиметрической станции, мг/л

В практике сельскохозяйственного производства при расчете хозяйственного баланса в системе «почва-удобрение-растение» одной из приходных статей элементов питания является количество химических элементов поступивших с атмосферными осадками (кг/га). Результаты исследований показали, что поступление химических элементов с атмосферными осадками значительно различаются как ежемесячно, так и ежегодно. Данные поступления азота за год изменялись в следующих пределах: N-NH4 от 3,73 до 24,10 кг/га, N-NO3 - 6,8911,30 кг/га (табл. 6).

Следует отметить, что количество аммонийного и нитратного азота с осадками за вегетационный период с мая по сентябрь, по сравнению с годовым их содержанием, составляет в среднем 42,2 %.

Полученные данные показали, что среднегодовое (за 3 года) поступление общего азота (Nобщ) с атмосферными осадками на поверхность почвы составляло 21,10 кг/га.

Просачивание атмосферных осадков через слой почвы глубиной 1,0-1,5 м зависит от гранулометрического состава. например, на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве величина инфильтрата за лизиметрический год (май 2002-апрель 2003 гг.) составляла 2,7 и 2,6 % (в зависимости от глубины лизиметра) от общего количества выпавших атмосферных осадков, за 2003-2004 гг. - 13,1 и 15,6 %, 2004-2005 гг. - 20,2 и 20,8 %, соответственно на супесчаной, подстилаемой песком почве - 23,5 и 34,9 %, 22,6 и 35,1 %, 28,2 и 36,7 % (табл. 7).

Таблица 6. Поступление азота с атмосферными осадками (лизиметрический год), кг/га

Несколько другой характер инфильтрации атмосферных осадков в почвенном профиле наблюдается в течение годового цикла наблюдений. Так, например, инфильтрация атмосферных осадков за вегетационный период с мая по сентябрь в 2002 г. через слой почвы 1,0 и 1,5 м отсутствовала во всех исследуемых почвах. на дерново-подзолистой супесчаной почве в 2003 г. за тот же период инфильтрат составил 19,5 % от годового его количества, а в 2004 - 10,0 % (табл. 8).

Таблица 7. Количество профильтровавшихся атмосферных осадков за лизиметрический год

Наибольшее количество профильтровавшейся влаги через слой почвы 1,0 и 1,5 м происходило в ранневесенний период снеготаяния (март-апрель). Так, из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в засушливый (2002 г.) и слабозасушливый (2003 г.) годы наибольшее количество инфильтрата (99-100 % от годового его количества) фильтровалось в период с января по апрель, в оптимальный по степени увлажнения (2004 г.) - весной 51,2 % и осенью 48,8 %. на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной, подстилаемой рыхлым песком, почве доля весеннего инфильтрата составляла от 46,3 до 62,4 %, осеннего - 18,1-43,7 % в зависимости от условий года (табл. 8).

Осенняя инфильтрация атмосферных осадков в 2002-2003 гг. началась с октября, а в 2004 г. с сентября. В отдельные годы (2004, 2005 гг.) в связи с погодными условиями (оттепели) инфильтрация наблюдалась в январе и феврале. Весенняя инфильтрация начинается с февраля или марта и заканчивается в апреле.

Таблица 8. Динамика просачивания инфильтрата на дерново-подзолистых почвах за 2002-2005 гг.

Графическое изображение количества профильтровавшихся осадков (л/лизиметр) через слой почвы 1,0-1,5 м (среднее) за период май 2002 г. - апрель 2005 г. приведено на рисунке.

Рис. Количество профильтровавшейся влаги по профилю дерново-подзолистых почв (слой 1,0-1,5 м, среднее)

Известно, что почва состоит из твердой, жидкой и газообразной частей. Жидкая фаза почвы (почвенный раствор) это вода с растворенными газами, минеральными и органическими веществами, она находится в пленочной, капиллярной и гравитационной формах и передвигается под влиянием силы тяжести.

Минеральный состав воды отражает результат взаимодействия воды как физической фазы с другими фазами (средами): твердой, т. е. минеральной частью почвенных горизонтов; газообразной (с воздушной средой) и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами. Почвенный раствор, взаимодействуя с твердой и газообразной частями почвы, растворяет в себе минеральные и другие вещества, передвигаясь по законам гравитации вниз по профилю почв.

Изучение концентрации химических элементов в инфильтрационных водах является необходимым условием для установления уровня экологической нагрузки на окружающую среду и количественных потерь химических элементов при возделывании сельскохозяйственных культур.

Определенную роль в химическом составе лизата играют нитраты, образующиеся в процессе нитрификации (превращение нитрифицирующими бактериями аммонийных солей почвы в нитраты) в почве, которые легко растворимы в воде и могут легко вымываться гравитационными водами. Процесс нитрификации играет первостепенную роль в круговороте азота в биосфере и свидетельствует о завершении процесса минерализации в экосистеме.

В почвенном растворе дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы инфильтрация в 2002 г. с мая по декабрь отсутствовала, содержание NO3- в лизате в среднем за январь-апрель 2003 г. находилось в пределах от 5,2 до 20,2 мг/л, соответственно в 2003 (октябрь-декабрь)-2004 (январь-апрель) гг. - 6,2-33,9 и в 20042005 гг. - 4,5-14,5 мг/л.

В дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве инфильтрация атмосферных осадков наблюдалась и в 2002 г. с октября по декабрь, а в 2003 и 2004 гг. - с мая по декабрь. В зависимости от времени года и вариантов опыта содержание нитратного азота в лизиметрических водах изменялось в пределах - 17,4-33,7 (20022003 гг.); 4,9-32,4 (2003-2004 гг.) и 3,2-13,2 (2004-2005 гг.) мг/л. Установлено, что с увеличением атмосферных осадков и количества лизата (из лизиметров глубиной 1,0-1,5 м), концентрация NO3- в лизиметрических водах снижалась, что, по-видимому, связано с разбавлением концентрации почвенного раствора (табл. 9).

В варианте с внесением 63 кг/га д. в. карбамида содержание NO3- в инфильтрате на легкосуглинистой почве в среднем за январь-апрель-2003 г. составило 15,9 мг/л, за октябрь-декабрь 2003 г. - 26,1 и январь-апрель 2004 - 11,7 мг/л, соответственно в 2004 (октябрь-декабрь) и 2005 гг. (январь-апрель) - 9,8 и 7,3 мг/л. Увеличение дозы азота с 63 до 93 кг/га д. в. приводило к увеличению концентрации NO3- в инфильтрате на легкосуглинистой почве в среднем за январь-апрель 2003 г. на 4,3 мг/л (или на 27,0 %), за октябрь-декабрь 2003 г. - 7,8 (29,9 %) и январь-апрель 2004 г. - на 6,2 мг/л (53,0 %), соответственно в 2004 (октябрь-декабрь) - на 4,7 (48,0 %) и 2005 г. (январь-апрель) - на 6,3 мг/л (86,3 %).

Увеличение нитратов в инфильтрационных водах, с увеличением дозы азотных удобрений, выявлено и в дерново-подзолистой рыхлосупесчаной, подстилаемой рыхлыми песками, почве - за лизиметрический 2002-2003 гг., в зависимости от сезона года на 11,1 и 10,3 мг/л (или на 63,4 и 44,0 %), в 2003-2004 гг. - на 20,2, 6,7 и 4,7 мг/л (206,1, 26,1 и 31,8 %) и 2004-2005 гг. - на 8,6, 1,6 и 2,6 мг/л, (268,8, 21,1 и 25,2 %).

На долю нитратов в лизиметрических водах, во все годы исследований приходилось 95-100 % содержания общего азота.

Содержание аммония (NH4+) в инфильтрате за исследуемый период, было невысоким и не превышало 0,77 мг/л (в среднем за лизиметрический год), что составляло максимум 5 % от общего азота.

Таблица 9. Содержание нитратов в лизиметрических водах дерново-подзолистых почв, мг/л