01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
19.06.2017
15.06.2017
12.06.2017
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны
 27.10.2015

Жесткие термические условия криолитозоны Забайкалья ограничивают биопродуктивность агро- и фитоценозов, подавляют многие синтетические процессы и обусловливают низкую микробиологическую активность. В мерзлотных почвах отмечается низкая минерализация органического вещества. Для повышения продуктивности сенокосов и пастбищ важное значение наряду с применением органических и минеральных удобрений имеют микроудобрения, способствующие улучшению баланса биогенных элементов в земледелии и повышению устойчивости агроландшафтов.
Лантан. Актуальность проводимых опытов с лантансодержащим микроудобрением на основе природного цеолита обусловлена отсутствием исследований эффективности применения данных микроудобрений на почвах криолитозоны Забайкалья.
Микрополевые опыты были заложены в 2005-2007 гг. на дерново-глеевой (пастбище) и лугово-черноземной (сенокос) мерзлотных почвах Еравнинской котловины Витимского плоскогорья (северо-восток Бурятии).
Схема микрополевого опыта № 1: 1. контроль (без удобрений); 2. N40; 3. Р40; 4. N40P40; 5. N40P40K40.
Схема микрополевого опыта № 2: 1. контроль (без удобрений); 2. N40P40K40 (фон); 3. фон+цеолит; 4. фон+Lа3 в форме La2(SO4)3; 5. фон+МУ(La3).
В качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру (Naa), хлористый калий (Kx) и простой гранулированный суперфосфат (Pc) в дозах по 40 кг д.в./га. Лантан вносили на фоне N40P40K40 в форме сульфата (3 и 6 мг на 1 кг почвы в расчете на элемент) и в виде микроудобрения МУ (лантан, сорбированный цеолитовым туфом с содержанием 3 мг лантана в 1 г). Микроудобрения вносили в почву в дозе 1 и 2 г на 1 кг почвы.
Лугово-черноземную мерзлотную почву среднесуглинистого гранулометрического состава характеризовало высокое содержание гумуса и общего азота, достаточно большое количество поглощенных оснований. В составе обменных катионов преобладал кальций. Содержание подвижного фосфора низкое, калия - среднее. Реакция среды близка к нейтральной (табл. 3.48).

Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Дерново-глеевая мерзлотная среднесуглинистая почва содержала гумуса 5,7 %, Nобщ 0,33 %. Сумма поглощенных оснований -32 мг-экв/100 г. В составе обменных катионов преобладал кальций (25,5 мг-экв/100 г почвы). Количество подвижного фосфора низкое, калия — среднее. Реакция почвенного раствора в слое 0-20 см равна 5,9.
На естественном пастбище среди преобладающих видов растений выявлены: осока бледная Carex pallida С.А. Meyer, лапчатка гусиная Potentilla anserina L., ковыль Stipa, подмаренник настоящий Galium verum L. и другие представители бескильницево-лапчатково-осокового сообщества.
В луговом сообществе (сенокос) преобладали кровохлебка аптечная Sanguisorba officinalis L., мятлик луговой Poa pratensis L., подмаренник настоящий Galium verwn L., клевер луговой Frifolium pretense L., осока бледная Carex pallida, одуванчик луговой - Faraxacum pretense Krasnika sp. N., астрагал приподнимающийся Astragal adsurgens Pall.
Результаты исследования показали, что в зависимости от агрохимических свойств почв эффективность минеральных удобрений была различной. На лугово-черноземной мерзлотной почве с высоким содержанием азота в большей степени проявляется эффективность фосфорных удобрений (табл. 3.49). На дерново-глеевой мерзлотной почве с меньшим содержанием азота эффективность азотных удобрений выше, по сравнению с фосфорными. Однако максимальная урожайность сена в обоих фитоценозах была получена при совместном внесении полного минерального удобрения (N40P40K40).
По нашим данным, при внесении минеральных и лантансодержащих удобрений общая биомасса основных групп микроорганизмов в почве увеличивалась. К концу вегетационного периода в дерново-глеевых и лугово-черноземных мерзлотных почвах она составляла соответственно 16,5*10в-6 и 30,5*10в-6 г/г сухой почвы; в варианте фон + цеолит — 28,3*10в-6 и 30,2*10в-6 г/г сухой почвы; в вариантах фон + 3 мг/кг La 36,3*10в-6 и 39,1*10в-6 г/г сух. почвы и фон + МУ 3 мг/кг La — 38,4*10в-6 и 57,0*10в-6 г/г сухой почвы. Увеличение общей биомассы в вариантах с внесением лантана указывает на положительное действие лантансодержащих МУ на активизацию микробиоты почвы.
При использовании содержащих лантан микроудобрений максимальное увеличение урожайности сена пастбищного и лугового фитоценозов отмечено в варианте N40P40K40+3 мг La в форме La2(SO4)3 (рис. 3.30).
Лантансодержащие микроудобрения оказали положительное влияние на динамику содержания подвижного азота в почве, что было обусловлено пролонгирующим действием цеолита (рис. 3.31).
В составе зеленой массы травостоя увеличилось содержание общего и белкового азота (табл. 3.50), причем в большей степени в варианте фон+МУ (La3). Внесение лантансодержащего цеолита приводило к увеличению количества Nобщ, в зеленой массе травостоя до 22,3 %, белковой формы азота до 23,8 %, по сравнению с фоном, что позволило констатировать активизацию азотного обмена в растениях под действием МУ (La3).
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

В жестких термических условиях мерзлотных почв решающую роль в общем механизме угнетения растений играет нарушение азотного обмена, т. к. в естественных условиях нитрифицирующая способность этих почв угнетена. Количество нитратного азота в луговочерноземной и дерново-глеевой мерзлотных почвах контроля в течение всего вегетационного периода не превышало 3 мг/кг почвы.
В дерново-глеевой мерзлотной почве с исходным содержанием N-NO3 - 5,0; N-NH4 - 19 мг/кг почвы в процессе инкубирования в течение 7 суток при внесении N40P40K40 и лантансодержащих удобрений в форме как La2(SO4)3, так и МУ количество нитратного азота значительно увеличилось - до 46-49 мг/кг (рис. 3.32). В варианте с внесением цеолита количество N-NO3 в почве меньше, по сравнению с фоном, но больше, чем в варианте без внесения удобрений. Наибольшая нитрифицирующая активность при 30-суточном инкубировании отмечена во всех вариантах опыта (155-162 мг/кг), кроме варианта с внесением цеолита - 105 мг/кг, что ниже значений в контрольном варианте (127 мг/кг почвы). Это, вероятно, связано с сорбцией промежуточной аммиачной формы азота цеолитом и замедлением процесса нитрификации. При 45-суточном компостировании содержание N-NO3 в почве было также велико (129-169 мг/кг почвы), причем максимальное количество обнаружено в варианте с лантансодержащим микроудобрением, в вариантах с La3 (160 мг/кг почвы) и МУ (La6) - 169 мг/кг почвы. Таким образом, при уменьшении содержания N-NO3 в контрольном варианте во всех удобренных вариантах: N40P40К40, лантансодержащими микроудобрениями и цеолитом уровень накопления нитратов оставался высоким, что свидетельствует о пролонгировании действия и об активном вовлечении в нитрификационный процесс резервных форм азотсодержащих органических веществ почвы.
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Содержание N-NH4 в почве при ее инкубировании находилось на более низком уровне, по сравнению с N-NO3, что было обусловлено активной нитрификацией аммонийного азота. Количество N-NH4 во всех вариантах оставалось практически на одном уровне, несколько превышая контроль при 7-суточном инкубировании (20-28 мг/кг почвы), в последующие сроки постепенно уменьшаясь до 2-10 мг/кг почвы.
Для лугово-черноземной мерзлотной почвы динамика изменения содержания N-NO3 и N-NH4 одинакова, кроме варианта МУ (La6), в котором нитрификационная активность изменялась незначительно при увеличении сроков инкубирования (104-107-100 мг/кг почвы). Содержание N-NH4 в лугово-черноземной мерзлотной почве было меньше, чем в дерново-глеевой мерзлотной, что указывает на ее большую нитрификационную способность.
Редкоземельные элементы. Распределение уровня содержания РЗЭ в кормовых культурах важно для оценки санитарно-гигиенических норм, биологической и биогеохимической роли РЗЭ, т. к. в ряде работ описано негативное влияние РЗЭ на фотосинтез растений и протекание физиологических процессов в клетках организмов. Катионы РЗЭ замещают кальций в клеточных мембранах растений гороха, рапса, влияют на активность α-амилазы, НАД-киназы, способны проникать в хлоропласты, связываться с хлорофиллом, а впоследствии замещать магний и формировать РЗЭ-хлорофилл.
Исследования проводили на осоково-мятликовом пастбище с изреженной растительностью, бедным видовым составом, с преобладанием ксерофитов под дерново-глеевой мерзлотной почвой (рНН2О=6,9, содержание гумуса 6,1 %, Nобщ - 0,35 %, подвижных Р2О5 и K2O 2,63 и 6,75 мг/100 г почвы соответственно, EKO - 40 мг-экв/100 г почвы). Валовое количество лантана в почве составляло 23,47 мг/кг, неодима 8,83, самария 1,64 мг/кг; подвижных форм РЗЭ соответственно 0,85, 0,48, 0,13 мг/кг.
Редкоземельные элементы вносили в почву на фоне полного минерального удобрения (фон — N40P40K40) в форме сульфатов лантана, неодима и самария (РЗЭ3 и РЗЭ6) в дозе 3 и 6 мг/кг почвы в расчете на элемент и в виде микроудобрения МУ (РЗЭ3, РЗЭ6), полученного по сорбционной технологии насыщением природного морденитсодержащего туфа из 0,01 %-ных растворов сульфатов лантана, неодима и самария в течение 32 час.
Содержание РЗЭ в морденитовом туфе составляло 3 мг/г цеолита. В почву вносили 1 и 2 г цеолита РЗЭ на 1 кг почвы. В качестве контроля взят вариант с внесением NH4NO3, Ca(H2PO4)2 и KCl по 40 кг д. в./га.
Согласно полученным данным (табл. 3.51), при внесении лантана, неодима и самария в разных дозах и формах увеличивается их содержание в травах. Причем в корнях накопление РЗЭ в 2,3-4,5 раза выше, по сравнению с надземной фитомассой, независимо от природы редкоземельного элемента, что свидетельствует об активной барьерной роли корней пастбищных фитоценозов. Следует отметить, что поступление РЗЭ из сульфата несколько выше, чем из МУ. Следовательно, сорбированные РЗЭ менее доступны растениям, чем внесенные в виде сульфата. Это обусловлено хорошей растворимостью сульфатов в почвенном растворе (жидкая фаза почв), т. к. ионы РЗЭ в меньшей степени закреплены почвой, по сравнению с ионами РЗЭ, внедренными в матрицу природного цеолита.
Уровень поглощения РЗЭ надземной фитомассой пастбищного травостоя невысокий. Коэффициент биологического поглощения лантана надземной фитомассой составляет всего 0,12-1,14; неодима -0,22-0,25; самария - 0,44-0,55.
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Внесение микроудобрений, содержащих РЗЭ, способствует увеличению продуктивности пастбищного травостоя на 5,7-25,4 %. Применение модифицированного La, Nd, Sm цеолита заметно увеличило урожайность травостоя, особенно при внесении лантансодержащего микроудобрения: прибавка к контролю составила 21,4-25,4 %, неодимсодержащего - 19,5-21,1 и самарийсодержащего - 6,6-17,2 %.
Таким образом, корни, выполняя роль барьера на пути поступления РЗЭ, стимулируют развитие надземной массы трав. В зависимости от природы РЗЭ обнаруживается их отличие по накоплению в надземной и корневой массе. При повышении дозы неодима до 6 мг/кг с применением модифицированного цеолита отмечено снижение его накопления в надземной фитомассе и корнях фитоценоза (табл. 3.51).
Сорбированный цеолитом самарий с меньшей активностью поступает в корни и надземную массу, чем сорбированные лантан и неодим. При внесении самария в форме сульфата самария наблюдается минимальное (на 5,7 %) повышение урожайности пастбищного травостоя (табл. 3.52). Можно предположить, что при уровне содержания самария в корнях 0,38 мг/кг сухой массы наблюдается снижение интенсивности развития надземной массы травостоя. При больших накоплениях в корнях (для лантана 0,81-0,98 мг/кг, для неодима 0,60-0,67 мг/кг) подобная тенденция не отмечена.
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Самарий. Изучение эффективности самарийсодержащего микроудобрения на основе природного цеолита проводили на естественном пастбище с преобладающими растительными типами: осока, гусиная лапка, злаковые травы, кровохлебка, горечавка и др. бескильницево-лапчатково-осокового сообщества, на перегнойно-гумусовой глееватой типичной мерзлотной почве. Валовое количество самария составило 1,64 мг/кг почвы. Самарийсодержащее микроудобрение (МУ) на цеолитовой основе было внесено на пастбище без минерального фона с содержанием самария 0,5; 1,2; 3,6 мг на 1 г цеолита.
Применение на перегнойно-гумусовой глееватой типичной мерзлотной почве природного цеолита и самарийсодержащего микроудобрения на его основе (МУ) способствовало повышению продуктивности надземной фитомассы пастбищного травостоя (табл. 3.53).
Внесение чистого цеолита увеличивало продуктивность надземной фитомассы на 39 %, по сравнению с контролем, что связано с высокой биологической активностью природных цеолитов. Использование самарийсодержащего микроудобрения на основе природного цеолита в дозе от 0,5 до 6 мг Sm/кг почвы повышало продуктивность надземной фитомассы на 2-48 %, по сравнению с контролем. Несмотря на разные гидротермические условия в годы исследований, в действии самарийсодержащего микроудобрения наблюдалась одна и та же закономерность — наибольшая продуктивность надземной фитомассы пастбищного травостоя на перегнойно-гумусовой глееватой типичной мерзлотной почве получена при внесении низкой дозы МУ (0,5 мг Sm/кг почвы); прибавка на этом варианте составила 6,2 ц/га или 48 % по сравнению с контролем. Повышение дозы от 1 до 6 мг Sm/кг почвы не способствовало дальнейшему увеличению надземной фитомассы, что, вероятно, обусловлено тем, что при повышении дозы самария до 6 мг /кг почвы в 2 раза увеличилась масса модернитового туфа, а следовательно, возросла сорбция биофильных элементов из почвы.
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Внесение цеолита и самарийсодержащего микроудобрения оказывает влияние не только на продуктивность надземной фитомассы, но и на химический состав пастбищного фитоценоза (табл. 3.54).
Существенное влияние на увеличение содержания в травостое азота, золы и зольных элементов оказало внесение цеолита в чистом виде. При этом величина Nобщ, возросла в 1,7 раза; Nбелк. - в 1,5; P - в 1,9; К - в 1,6; Mg - в 1,7; золы - в 1,2 раза.
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Количество нитратного азота увеличилось, по сравнению с контролем, только при внесении 6 мг Sm/кг почвы, однако и на этом варианте показатель был значительно меньше ПДК. Содержание кальция в фитомассе травостоя снизилось при внесении цеолита в 1,3 раза, что, вероятно, обусловлено частичным замещением кальция на самарий. В вариантах с МУ значительное улучшение качественного состава пастбищного корма происходит при внесении дозы самария 0,5-1 мг/кг почвы (Nобщ. выше контрольного варианта в 1,2-1,4 раза; Nбелк. -в 1,2; P - в 1,7-2,0; К - в 1,6; Mg - в 1,5-1,3, золы - в 1,0 раза). Количество Ca в травостое при внесении самарийсодержащего микроудобрения снизилось в 1,1-1,9 раза, по сравнению с контролем. Содержание самария в фитомассе пастбищного травостоя при внесении цеолита и МУ составило 0,024-0,08 мг/кг, что означает слабый уровень поглощения самария надземной фитомассой. Причем нет прямой зависимости между содержанием самария в почве и поступлением в растения, что характерно для «барьерного» механизма поступления микроэлементов.
Следовательно, при внесении цеолита и самарийсодержащего микроудобрения на его основе проявляется тенденция к увеличению в надземной фитомассе общего, белкового азота, фосфора, калия и магния, по сравнению с контролем. Сбор белка в вариантах с внесением цеолита и МУ существенно превышал контроль, что обусловлено не только повышением содержания в растениях белкового азота, но и более высокой продуктивностью надземной фитомассы на удобренных вариантах. Максимальное содержание кальция отмечено в контрольном варианте - 0,72 %, снижаясь от 0,65 до 0,33 % с возрастанием дозы самария от 0,5 до 6,0 мг/кг почвы.
Внесение цеолита и МУ оказывает влияние и на агрохимические свойства перегнойно-гумусовой глееватой типичной мерзлотной почвы, что приводит к изменению агрохимических показателей. По сравнению с контролем, при внесении удобрений наблюдается повышение подвижных форм азота и фосфора (табл. 3.55).
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Содержание калия при внесении цеолита и МУ на его основе снижается во всех вариантах, кроме 6-го и 7-го. Проявление подобной тенденции отмечено ранее на каштановой почве при внесении лантансодержащих микроудобрений под горох и овощные культуры, что, вероятно, обусловлено сорбцией калия из почвы цеолитом.
Таким образом, внесение цеолита и самарийсодержащего микроудобрения на перегнойно-гумусовой глееватой типичной мерзлотной почве способствует повышению продуктивности и качества надземной фитомассы пастбищного травостоя.
Внесение природного цеолита и МУ на пастбище оказывает влияние и на физико-химические свойства перегнойно-торфянисто-глееватой мерзлотной почвы, что приводит к изменению агрохимических показателей. По сравнению с контролем, при внесении удобрений наблюдается повышение как общего азота, так и его подвижных форм, а также фосфора и емкости поглощения (табл. 3.56).
Оценка влияния применения модифицированных цеолитов на продуктивность системы почва - растение в условиях криолитозоны

Содержание калия при внесении цеолита в чистом виде и МУ на его основе снижается во всех вариантах, кроме 7-го. Подобная тенденция отмечена нами ранее на каштановой почве при внесении лантансодержащих микроудобрений под горох и овощные культуры, что, вероятно, обусловлено сорбцией калия из почвы цеолитом.
Таким образом, внесение цеолита и самарийсодержащего микроудобрения способствует повышению продуктивности и качества пастбищного травостоя. Применение природного цеолита и МУ оказало влияние на накопление подвижных форм питательных элементов и величину обменных катионов.