Баланс гумуса в почве.
Если минеральные удобрения улучшают круговорот и баланс биогенных элементов, то органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов для растений, но и пополняют запасы гумуса в почве одного из основных показателей ее потенциального плодородия. Органические вещества почвы являются регулятором расходования элементов питания и предотвращают непроизводительные потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, повышают эффективность минеральных удобрений.
Почвы с большим содержанием гумуса биологически активнее: в них выше численность микроорганизмов, разнообразнее видовой состав, интенсивнее продуцируется СО2, повышена ферментативная активность. Гумусированные почвы отличаются лучшими физическими свойствами, водно-воздушным и тепловым режимами, устойчивы к эрозионным процессам. Особенно возрастает роль гумусированности почв при неблагоприятных погодных условиях. Поэтому проблема бездефицитного и положительного баланса гумуса в агрохимии и агропочвоведении - одна из важнейших.
Главные причины потерь гумуса пахотными почвами следующие:
1) уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного биоценоза агроценозом;
2) усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв;
3) разложение и биодеградация гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений;
4) усиление минерализации в результате осушительных мероприятий переувлажненных почв;
5) усиление минерализации гумуса орошаемых почв в первые годы орошения (в последующие годы поддержание гумуса стабилизируется и даже повышается);
6) водная и ветровая эрозия почв.
Под естественной растительностью гумус накапливается довольно быстро, и количество его становится стабильным, т.е. запасы гумуса сохраняются практически неизменными. Распашка целинных земель без внесения органических удобрений приводит к быстрому падению содержания гумуса. При научной системе земледелия применение органических удобрений повышает процент гумуса.
Интенсивное земледелие должно предусматривать не только бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроизводство. А это возможно при рациональном сочетании органических и минеральных удобрений с учетом специализации севооборотов и конкретных почвенно-климатических условий.
Основными путями компенсации минерализованного гумуса в почве являются:
1) использование всех видов органических удобрений, а также сочетание их с минеральными туками;
2) запашка сидератов, пожнивно-корневых остатков и др.;
3) посев в севооборотах бобовых трав и бобово-злаковых травосмесей с преобладанием бобового компонента;
4) использование соломы на удобрение по соответствующей технологии с добавлением азотных удобрений;
5) использование на удобрение различных отходов органического происхождения.
При агрономической оценке органического вещества почвы считается целесообразным разделение его на две большие группы: группу консервативных, устойчивых соединений и группу лабильных веществ. Консервативные вещества устойчивы к минерализации; их роль в питании растений незначительна. Это прежде всего зрелые гумусовые кислоты почвы, гуматы кальция, органо-минеральные производные гумусовых веществ, гумин, частично -лигнин и его производные. Они существуют в почвах сотни и тысячи лет, слабо минерализуются и характеризуют типовые показатели и устойчивые свойства
Эта группа объединяет органические вещества, характеризующие типовые признаки почв. Они формируются в течение длительного времени и сохраняются в вековых циклах; с их содержанием и составом связаны многие фундаментальные свойства почвы. Все эти вещества участвуют в питании растений в незначительной степени, но создают для этого благоприятную среду. Количественная оценка вклада консервативных гумусовых веществ в формирование урожая весьма проблематична.
Лабильные органические вещества (ЛОВ) легко поддаются минерализации, участвуют в формировании структуры и других свойств почвы, являются источником энергии для микроорганизмов и источником элементов питания для культурных растений. В составе ЛОВ содержится 1,0-1,35% N, 0,4-1,0% фосфора è 0,5-1,2% K Ñî-держание ЛОВ в пахотном слое определяется прежде всего дозами вносимых удобрений, количеством послеуборочных остатков, интенсивностью обработки почвы. Вещества, , принимают непосредственное участие в питании растений, формируют водопрочную структуру, служат энергетическим материалом для микроорганизмов и выполняют защитную функцию в отношении консервативного органического вещества. Их роль в агрономическом отношении проявляется более отчетливо. В частности, дефицит лабильных форм органического вещества в почвах определяет состояние так называемой выпаханности, то есть резкое ухудшение их питательного режима и структурного состояния.
Внесение минеральных и органических удобрений привело к обогащению гумуса активными компонента, Сtrans=0,04-0,31% (òàáë.). Орга-но-минеральная система удобрения обеспечила накопление в почве максимального количества активного органического вещества. Величина ЛОВ тесно связана с приёмами окультуривания и может служить индикатором эффективного плодородия почв.
Выводы: Органо-минеральная система удобрения обеспечила накопление в почве максимального количества активного органического вещества. Отмечена тесная корреляционная зависимость между всеми фракциями лабильного углерода и урожайностью, r=0,91-0,93. Содержание в почве различных фракций лабильного ОВ может быть использовано в качестве показателя эффективного плодородия почвы.
Разработана классификационная схема лабильного органического вещества почвы, в составе которого предлагается выделять легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ) и подвижное органическое вещество (ПОВ), обоснованы способы его экстрагирования и изучения,
2. Ежегодное внесение низких доз органических удобрений не изменяет радикальным образом содержание ЛОВ в почве, хотя в ряде случаев (навоз, вермикомпост, торф) его количество возрастает в 2,0-2,6 раза.
3. Виды органических удобрений оказывают существенное влияние на элементный состав ЛОВ. В большей степени азотом, фосфором и кали ем обогащено легкоразлагаемое вещество сформированное под влиянием соломы. Однако на запасы элементов питания аккумулирующихся в ЛОВ в наибольшей степени повлиял торф. Эффективны в этом отношении солома и навоз, в наименьшей степени сидерат. Самое благоприятное соотноше ние элементов питания характерно для ЛОВ, формирующимся при участии вермикомпоста и навоза.
4. Низкие дозы органических удобрений не отражаются на содержа нии общего гумуса и подвижного органического вещества. В составе ПОВ заметную роль могут играть углеводы, особенно при использовании сиде рата, хотя их вклад в общий гумус почвы весьма незначителен.
5. Комплексом физико-химических методов показано, что при экс тенсивном использовании дерново-подзолистых почв в формировании подвижного органического вещества заметный вклад вносят алифатиче ские компоненты среди которых большую роль играют соединения поли пептидной и полисахаридной природы.
6. Минеральные удобрения увеличивают неоднородность компонентов, формирующих подвижное органическое вещество. В его составе воз растает доля ароматических структур, кислород- и азотсодержащих группировок, повышается степень окисленности ПОВ.
7. Под влиянием органических удобрений в подвижном органиче ском веществе возрастает содержание углерода и азота, снижается доля алифатических и кислородсодержащих группировок. Формируется ПОВ более однородное по составу, обогащенное ароматическими компонентами и качественно новыми восстановленными соединениями, существенно возрастает его энергетический потенциал.
Доминирующими процессами формирования ПОВ под влиянием ор ганических удобрений является восстановление и дегратация сопровож дающиеся дегидрогенезацией и деметилированием.
8. Подвижное органическое вещество дерново-подзолистой почвы состоит преимущественно из соединений с молекулярной массой от 48 тыс. до 62 тыс. на долю которых приходится 81-96 % от массы ПОВ.
Под влиянием минеральных удобрений средневесовая молекулярная масса подвижного органического вещества снижается с 57600 тыс. до 41800 тыс. Применение органических удобрений, особенно соломы и вер микомпоста, сопровождается обогащением ПОВ высокомолекулярными фракциями.
В каждом типе почв массовая доля лабильных гуминовых веществ (ГВ) к Собщ закономерно меняется при изменении гранулометрического состава, степени гидроморфизма и оглеения, карбонатности, а также содержания натрия в обменном состоянии и солевом составе почвенного раствора. Влияние перечисленных факторов нарастает в такой последовательности: карбонатность - наличие натрия - оглеение - опесчаненность. При изменении гранулометрического состава от глинистого до супесчаного подвижность ГВ возрастает в 3-4 раза. Увеличение карбонатности оказывает большое влияние на подвижность ГВ в кислых ненасыщенных основаниями почвах. При достижении полной насыщенности почв основаниями дальнейшее увеличение содержания карбонатов не влияет на снижение подвижности ГВ.
Многие процессы в почвах и их плодородие в значительной мере зависят от доли участия лабильных гуминовых веществ в органическом веществе. Чем больше доля лабильных гуминовых веществ в гумусе, тем больше его динамика и тем больше возможные потери при распашке почв и других антропогенных воздействиях. М.М. Кононова [1], И.В. Тюрин [2], В.В. Пономарева [3], Б.М. Когут [4] и другие исследователи считают, что к лабильным гуминовым веществам относятся фракции извлекаемые из почвы 0.1 н раствором NaOH.
Для аллювиальных дерновых насыщенных тяжелосуглинистых почв с содержанием "физической глины" 47-59% характерно очень низкое содержание лабильных ГВ.
Черноземы-низкое Лаб. ГВ
Влияние лесной растительности вызывает увеличение содержания лабильных ГВ в серых лесостепных почвах по сравнению с черноземами.
Длительное применение органич. и минеральных удобрений увеличивает общее содержание С и азота (по сравн-ю с контролем) в бедных гумусом дерново-подзолистых и сероземах, мало влияя на черноземы.
Навоз и мин удобрения не изменяют групповой состав орг в-ва различных почв. Длительное применение удобрений сопровож-ся обогащение почвы подвижным орг в-м, находящимся в ранних (гидрофильных стадиях гумификации, химически «молодых», более биохимически активных орг. соединений, обогащает почву подвижным, доступным растениям азотом. Наиболее сильно это действие удобрений-на дерн-подз. менее-на черноземе., очень слабо на сероземах.
Систему рационального использования органических удобрений для расширенного воспроизводства гумуса в почве необходимо рассматривать как важное звено научной системы земледелия.
Ориентировочные данные о ежегодной минерализации гумуса под различными группами сельскохозяйственных культур, полученные на основании размеров выноса ими почвенного азота и скорректированные материалами отечественных и зарубежных длительных опытов, можно представить следующими величинами (т/га): под зерновыми культурами - 0,5-1,0, пропашными - 1,5-2,5, под чистым паром-2,0-3,5.
Наиболее простой способ определения расхода гумуса почвы на создание урожая - по количеству потребляемого культурой азота. При этом за среднее содержание азота в гумусе принимают 5%. Например, на создание урожая израсходовано растениями 100 кг азота. Это количество азота содержится в 20-кратном количестве гумуса, т.е. в 2 т/га.
Минеральные формы азота (1-3% от общего содержания) расходуются на создание урожая в первую очередь, а «активная» часть гумуса пополняет минеральные формы азота в почве. В практических условиях размер минерализации гумуса можно определить по формуле
Гм = (Уо ■ KN + Уо • КР ■ Кт) ■ 0,6 • 20,
где Гм - количество минерализованного гумуса (ц/га); Уо - урожай основной продукции (ц/га); KN - вынос азота в пересчете на 1 ц основной продукции (включая побочную), кг; Кр - коэффициент выхода растительных остатков по отношению к основной продукции; Кт - вынос азота 1 ц растительных остатков (кг); 0,6 - усредненный коэффициент выноса азота почвы по отношению ко всему выносу его растениями; 20 - коэффициент перевода азота в гумус.
Все необходимые исходные данные для использования в данной формуле можно найти в обычной справочной литературе для агрономов.
Ежегодное восполнение гумуса за счет корневьи и пожнивных остатков в среднем составляет (т/га): зерновых культур -0,4-0,6, пропашных - 0,2-0,3, многолетних трав - 0,5-1,0.
Коэффициент гумификации представляет собой долю (или процентное содержание) углерода органических остатков, включившегося в гумусовые вещества почвы при полном их разложении.
Коэффициент гумификации корневых и пожнивных остатков для зерновых культур и многолетних трав приравнивается к коэффициенту гумификации подстилочного навоза, а для пропашных культур - в 2 раза меньше. Коэффициент гумификации навоза составляет 20-25% при содержании сухого вещества 25-50%. Исходя из содержания сухого органического вещества в навозе и коэффициента гумификации, можно рассчитать потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Например, если содержание сухого органического вещества в навозе 25%, а коэффициент гумификации - 0,2, то из 1 т удобрения образуется 50 кг гумуса.
Чем больше накапливается гумуса, тем большая его часть представлена «активным гумусом», способным к интенсивной минерализации и поэтому расходующимся на питание растений.
Ожидаемый запас гумуса в почве за звено или полную ротацию севооборота определяют по формуле
St=(S0+KrAt)(1-Km)
где S, - запасы гумуса через t лет (т/га); So - исходные запасы гумуса (т/га); Кг - коэффициент гумификации свежих органических веществ в долях единицы (за единицу принимается А); А - количество поступающих в почву свежих органических веществ, т/га; г - время (годы), для которого рассчитывается запас гумуса; А"м - коэффициент минерализации гумуса в долях единицы.
Широко применяются и другие расчетные методы.
Для определения необходимого количества органических удобрений для достижения запланированного содержания гумуса в почве на определенном поле севооборота можно воспользоваться формулой:
N=[M*(t2-t1)+(ГН-ГС) - A*d*(t2-t1)](v*(t2-t1)),
где N - количество вносимых удобрений; ГС - запас гумуса в пахотном слое почвы, т/га; ГН - планируемый (оптимальный) запас гумуса в почве, т/га; d - коэффициент гумификации настительных остатков; М - минерализация гумуса, т/га в год; v - коэффициент гумификации органических удобрений; А - ежегодное количество пожнивно-корневых остатков, поступающих в почву, т/га; At -интервал времени, для которого составляется баланс, год.
Поскольку мероприятия по сохранению бездефицитного баланса гумуса или созданию положительного баланса требуют значительных затрат, важно достичь минимального уровня гумусированности, при котором на данной почве возможно получение высоких урожаев. Эти величины составляют: для дерново-подзолистых почв 1,6-2,2%; для серых лесных - 2,8-3,0%; для черноземов - 4-5% и т.д.
Для определения общего объема накопления органических удобрений в хозяйстве можно принять следующие коэффициенты перевода их на стандартный навоз:
подстилочный навоз - 1,0;
бесподстилочный навоз (10% сухого вещества) - 0,25;
торфонавозные компосты (1 : 1) - 1,0;
солома — 2,2;
птичий помет - 1,4;
сапропель - 0,25;
дефекат - 0,25.
Для торфа и соломы коэффициент принят при условии использования их соответственно в составе торфонавозных компостов, торфяного и подстилочного навоза.
По данным длительных стационарных опытов рассчитана примерная потребность различных пахотных почв в органических удобрениях для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почве полевого севооборота. Для дерново-подзолистой суглинистой почвы на 1 га севооборотной площади ежегодно требуется 10-12 т навоза, для супесчаной - 12-15 т. Если же на супесчаной почве запахивается на удобрение люпин или другая сидеральная культура, то потребность в навозе для бездефицитного баланса гумуса снижается. Это зависит от количества запахиваемой массы и длительности севооборота. Коэффициент гумификации запахиваемой зеленой массы в 2-2,5 раза меньше, чем подстилочного навоза. В севообороте без многолетних бобовых трав указанные дозы навоза нужно увеличить на 20-30%. С повышением насыщенности севооборота пропашными культурами также возрастает потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Важным источником органического вещества почвы является солома, запахиваемая на удобрение. Коэффициент гумификации соломы в 1,5 раза меньше, чем навоза.
На серых лесных почвах, выщелоченных и типичных черноземах бездефицитный баланс гумуса достигается при внесении 6-10 т/га навоза в зависимости от состава культур севооборота. На черноземах степной зоны без орошения для этого необходимо внести 4—6 т/га навоза, а при орошении потребность в навозе возрастает в 2—3 раза. Во всех случаях сохраняется система минеральных удобрений в севообороте. Для положительного баланса гумуса в почве дозы навоза необходимо увеличить. Эти данные вполне можно использовать в практической деятельности при наличии освоенных типичных севооборотов для конкретной зоны.