Исследование относится к области земледелия, агрохимии, почвоведения, биологии почв, агроэкологии, химическому анализу почв и может быть применено в сельском хозяйстве. В рамках проекта был разработан и запатентован способ определения эффективного плодородия.
Изобретение может быть использовано для оценки уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв, прогнозирования урожайности, для оценки антропогенного воздействия на содержание и динамику реально доступного азота в дерново-подзолистых почвах.
Уровень эффективного плодородия почв определяется различными способами.
Известны способы определения уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв, основанные на определении комплекса различных показателей: общего углерода, подвижных фосфора, калия и рН почвы [1, 2]. Известные способы имеют невысокую точность, длительное время анализа, трудоемки, дают лишь количественную характеристику исследуемых элементов почвы, не определяют доступный растениям азот, производимый из органического вещества почвы. Однако известно, что в дерново-подзолистых почвах “азот был и остается лимитирующим элементом, а его постепенная аккумуляция является решающим фактором развития почвенного плодородия” [3]. Содержание общего углерода, подвижных фосфора и калия в пахотных почвах часто является результатом антропогенного воздействия - интенсивности ресурсных вложений и технологических воздействий. Однако основным показателем эффективного плодородия дерново-подзолистых почв является количество доступного растениям азота, производимого самой почвой из ежегодно поступающего в нее растительного органического вещества. Этот параметр называется “производительная сила почвы” [4].
Известны методы оценки плодородия почвы способом гумусового баланса [5, 6]. Гумусовый баланс составляют путем сравнения ежегодных поступлений органического вещества в почву и потерь из нее гумуса при возделывании сельскохозяйственных культур. Наряду с данными о динамике гумуса в баланс включают расчеты прихода и расхода азота, фосфора и калия. Лыков А.М. [6] баланс гумуса подсчитывал на основе азотного баланса. При этом использовались многочисленные данные о содержании общего углерода в почве, урожае культуры, содержании углерода в растительных остатках и органических удобрениях, коэффициенты гумификации растительных остатков и органических удобрений, вынос азота с урожаем, содержание азота в органических удобрениях и коэффициент его использования, доза минерального азота и коэффициент его использования, содержание азота в корневых и пожнивных остатках и коэффициент его использования.
Однако и эти известные способы не позволяют быстро, доступно и информативно сделать прогнозную оценку, не дают представления о ближайшем резерве органических соединений, из которых при минерализации высвобождается доступный растениям азот.
Известен способ [7] определения уровня плодородия почв по содержанию азота в легкоразлагаемом органическом веществе (ЛОВ), которое включает в себя послеуборочные остатки, органические удобрения и промежуточные продукты их разложения (детрит). Определение содержания ЛОВ основано на отделении его от стабильного гумуса и минеральной части почвы с помощью тяжелой жидкости плотностью 1,6-1,8 г/см3 и определении в нем азота. Однако известный способ недостаточно точен, обладает низкой чувствительностью, ограниченной областью применения и используются в основном для расчета доз органических удобрений.
Все описанные выше способы основаны на разных принципах.
Известен способ определения уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв [8], основанный на принципе, близком к предлагаемому, - определении нитрифицирующей способности почвы по количеству нитратов, производимых почвой при минерализации почвенного органического вещества, определяемых до и после 12-дневного компостирования образца почвы при температуре +28°С и влажности 60% от полной влагоемкости. Нитрифицирующую способность почвы определяют как разность между конечным и начальным содержанием нитратов в прокомпостированной почве.
Недостатком способа являются недостаточная точность, длительность анализа, низкая информативность, так как исходное содержание нитратов не входит в подсчет мобилизованного азота, способ учитывает только одну нитратную форму азота, не учитывает аммонийный азот, не дает представления о ближайшем резерве органических соединений, при минерализации которых высвобождается доступный для растений азот. Кроме того, способ также слабо коррелирует с выносом азота растениями на дерново-подзолистых почвах и урожайностью культур. Длительная инкубация почвы в оптимальных условиях без отчуждения продуктов минерализации (NО - 3 , NH + 4 ) приводит к поглощению их почвенной биотой, что значительно снижает точность определения.
В отличие от прототипа в заявленном изобретении срок компостирования почвы сокращается до 7-8 дней вместо 12 за счет повышения температуры до 34-36°С вместо 28°С, определяется не только наработанный почвой нитратный азот, но весь минеральный и способный к минерализации в течение вегетационного периода органический азот, экстрагируемый кипящей водой в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв, и непосредственное прямое определение в аликвоте реально доступного азота, как суммы минерального и легко минерализуемого органического азота. В отличие от прототипа о плодородии почвы судят не по наработанным нитратам, а по урожайности зерновых культур, которую определяют на основе содержания реально доступного азота в почве.
Предложенный способ отличается от других повышением точности, сокращением времени проведения анализа, повышением информативности способа. Технический результат достигается тем, что ускоряется процесс мобилизации доступного для растений азота за счет повышения температуры при компостировании почвы с 28°С до 34-36°С, которая является оптимальной для жизнедеятельности почвенной микрофлоры и работы гидролитических ферментов, осуществляющих минерализацию органических азотсодержащих соединений [9]. Сокращается время компостирования почвы с 12 суток до 7-8 суток, что соответствует моменту максимальной наработки почвенной биотой минеральных и способных к минерализации органических соединений азота до начала их массового поглощения (иммобилизации) микроорганизмами. Осуществляется полное вытеснение в водный раствор реально доступного для растений азота путем кипячения навески почвы в воде в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для почв тяжелого механического состава, и прямого определения в аликвоте реально доступного растениям азота в аппарате Кьельдаля со сплавом Деварда, переводящим в щелочной среде нитратный азот в аммиачный.
Повышение точности способа осуществляется за счет повышения температуры с 28°С до 34-36°С, в результате чего происходит интенсификация биохимических процессов высвобождения доступных растениям форм азота из органического вещества почвы, учета всего минерального и способного к минерализации органического азота без массового поглощения его микроорганизмами и непосредственное определение в водной вытяжке реально доступного азота. Повышение точности способа подтверждается данными таблицы 1, на которой представлена статистическая обработка величин реально доступного азота, определенного в шестикратной повторности в двух дерново-подзолистых почвах, предлагаемым способом и по прототипу. Обработка проведена по Дмитриеву Е.А. [10]. Видно, что точность определения реально доступного растениям азота по предлагаемому способу колеблется в пределах 1,11-1,19%, по прототипу - 6,9-7,4%. Следовательно, погрешность определения реально доступного азота по предлагаемому способу в 6-7 раз меньше, чем по прототипу. Относительная вероятная погрешность при определении реально доступного азота по прототипу в 7-8 раз больше, чем по предлагаемому способу. Это связано с тем, что реально доступный азот по прототипу определяется как разность между количеством наработанных микрофлорой нитратов и их содержанием до компостирования. Не учитывается исходное содержание нитратов в почве и другие доступные растениям формы азота: аммиачный, аминокислотный, аминосахаров и др. Поэтому абсолютные значения реально доступного азота по прототипу меньше в 4-12 раз, чем по предлагаемому способу. По предлагаемому способу реально доступный азот определяется непосредственно из водной вытяжки почвы как сумма минерального и способного к минерализации в течение вегетационного периода органического азота после его мобилизации микрофлорой в течение 7-8 дней при 34-36°C.