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
Плодородие почв и проблема азота в почвоведении
 28.08.2012

Классическими работами выдающихся агрохимиков и физиологов растений, начиная с Буссенго (Boussingault) во Франции и кончая Д.Н. Прянишниковым в СССР, блестяще выяснена исключительная роль азота в жизни растений и установлено первостепенное значение азотного баланса в земледелии. «Без азота невозможно образование белковых веществ, не может быть протоплазмы, а следовательно, и жизни». Поэтому всю эволюцию жизни на земле, с которой неразрывно связано и развитие почвенного покрова, нельзя мыслить, не учитывая процессов ассимиляции и диссимиляции, выноса и накопления азота в связанной форме в растениях и почвах.
Нельзя не отметить, однако, парадоксального факта, что несмотря на пристальное внимание к проблеме азота со стороны агрохимиков, физиологов растений и микробиологов, эта проблема но была предметом специального изучения со стороны почвоведов и азот не получил полного признания как важнейший и наиболее характерный элемент почвенных образований.
В своем сообщении я хочу обратить внимание на некоторые стороны роли азота в почвообразовательном процессе и в развитии плодородия как целинных, так и пахотных почв и на этой основе дать оценку существующим приемам регулирования азотного баланса в почвах СССР.
1. В.В. Докучаев указал на биологическую концентрацию азота и некоторых других элементов при образовании почв, хотя и не подчеркнул его особо важной роли. Вслед за В.В. Докучаевым В.Р. Вильяме считал биологическую концентрацию в почвах элементов зольной и азотной пищи растений за существенный и общий признак всех почвенных образований. Но при этом он полагал, что в наиболее яркой и общевыраженной форме ото присуще фосфору, а не азоту, почему концентрацию фосфора следует считать за наиболее твердый и устойчивый признак, отличающий почвы от материнских горных пород. С этим, однако, нельзя согласиться.
Внимательный просмотр аналитических данных убеждает в том, что концентрация фосфора в почвах выражена в менее яркой форме, чем концентрация гумуса и азота, а в некоторых случаях, вследствие первоначальной неоднородности материнской породы, она совсем не проявляется, что можно видеть из данных табл. 1.

Плодородие почв и проблема азота в почвоведении

Причины менее ярко выраженной аккумуляции в почвах фосфора по сравнению с углеродом и азотом достаточно очевидны: фосфор содержится в заметных количествах во всех горных породах, а углерод и азот в материнских горных породах практически не содержатся и своим происхождением в почвах обязаны только процессам биологической фиксации. При этом аккумуляция углерода и азота происходит гораздо интенсивнее, чем аккумуляция фосфора, так как содержание последнего в гумусе (около 1%) гораздо меньше, чем азота (5%), а тем более углерода (55%).
Учитывая значение азота для плодородия, аккумуляцию его в почвах надо признать более важной, чем накопление органического углерода, ввиду того, что углеродное питание растений происходит в основном за счет углекислоты воздуха тогда как азотное питание растений идет в основном за счет минерализации органического азота самой почвы. Кроме того, аккумуляция углерода в форме гумусовых веществ находится в прямой зависимости от наличия органического азота, участвующего в образовании гумуса, следовательно, размеры аккумуляции азота определяют и накопление гумуса, если иметь в виду его относительно устойчивые формы о содержанием азота в 5-6% (или С : N = 10-12).
С образованием и накоплением гумуса в свою очередь причинно связаны развитие структуры, изменение водных и физических свойств почв, поглотительной способности, аккумуляция в органической форме фосфора и других элементов, вовлекаемых в биологический круговорот, в том числе и микроэлементов, важных для жизни растений и животных, иначе говоря - все свойства, которые отличают почву от материнской горной породы и которыми обусловливается ее плодородие.
Таким образом, рассматривая почвообразовательный процесс как в основном биологический процесс развития природного плодородия почвы, мы должны сделать вывод, что существенной чертой этого процесса являются процессы ассимиляции и круговорота азота, а характерным признаком почвенных образований следует считать аккумуляцию азота, главным образом в органической форме гумусовых веществ и отчасти растительных и животных остатков и микроорганизмов.
Исходя из только чад сказанного, запасы общего азота в почвах можно считать за условный количественный показатель потенциального плодородия почв. А количества азота, ежегодно используемого растительностью из этих запасов, могут служить такой же условной мерой действительного или, как принято говорить, эффективного плодородия почв.
2. Постепенное накопление азота под естественной растительностью в целинных почвах происходит потому, что азот, усваиваемый из почвы растениями, не отчуждается в виде урожая человеком, а возвращается почти целиком обратно в почву. Благодаря этому создается положительный азотный баланс, так как некоторая доля связанного азота, поступающего в почву с дождями в виде окислов и аммиака, а также фиксируемого микроорганизмами (за вычетом потерь вследствие вымывания и денитрификации), постепенно прибавляется к запасам азота почвы в форме органических остатков и новообразующихся гумусовых веществ. В зависимости от различий природных условий почвообразования (температуры, влажности, материнских пород, растительности, рельефа и т. п.) размеры накопления связанного азота в почвах варьируют в очень широких пределах, что видно из данных табл. 2.
Плодородие почв и проблема азота в почвоведении

Эти запасы, будучи весьма значительными в сравнении с количествами азота, которые усваиваются растениями или вносятся с удобрениями, все же значительно меньше, чем можно бы ожидать, учитывая возраст почв и возможные источники поступления связанного азота из атмосферы. В самом деле, даже накопление 36 т азота на 1 га мощных черноземов при наличии только одного источника - соединений азота, поступающих с дождями в количестве не менее 4 кг N на 1 га в год, потребовало бы срока максимум в 9 тыс. лет, а для накопления 6 т азота в подзолистых почвах - только 1500 лет. Между тем возраст подзолистых почв даже в районах последнего оледенения на северо-западе СССР определяется в 10- 12 тыс. лет, а возраст черноземов много больше. Следовательно, при образовании целинных почв наряду с поступлением связанного азота имеют место значительные потери азота вследствие вымывания и денитрификации, причем первая причина очевидна для почв влажных областей, а вторая - для почв засушливых и сухих областей, где отсутствует сквозное промывание почв. Следует отметить, что азот, вымываемый из минеральных почв, частично аккумулируется в торфяно-болотных почвах низинного типа, чем и можно объяснить огромные запасы азота в этих образованиях.
Количественно неодинаковые запасы азота в разных почвах различаются также по их способности к усвоению растительностью, т. е. к переходу в минеральные формы, обеспечивающие действительное (или эффективное) плодородие почв.
Приблизительное представление о количествах азота, ежегодно усваиваемого естественной растительностью на различных почвах, в сопоставлении с запасами азота в них, можно составить по данным, приводимым в табл. 3
Плодородие почв и проблема азота в почвоведении

В качестве общей закономерности можно признать, что чем больше запасы общего азота в почвах, тем меньше относительная величина азота, ежегодно усваиваемого растительностью.
Указанная закономерность находится в соответствии с условиями аккумуляции азота в почве, так как накопление больших запасов органического азота в почвах возможно только при заторможенности процессов минерализации азотсодержащих органических веществ почвы, отсутствии вымывания и при повышенной устойчивости образующихся гумусовых веществ к разложению их микроорганизмами.
3. После распашки целинных почв, в условиях полевой культуры баланс связанного азота в почвах существенно изменяется и вместо накопления азота в большинстве случаев (при недостатке навоза и отсутствии культуры многолетних бобовых) происходит постепенная убыль азота при одновременном уменьшении содержания углерода (следовательно, всего гумуса).
Уменьшение углерода и азота в пахотных почвах до сих пор было принято объяснять влиянием механической обработки, усиливающей интенсивность разложения гумуса вследствие повышения аэрации. По нашему мнению, другой существенной причиной следует считать вынос азота из почвы с урожаями всех культурных растений, за исключением бобовых. Этот вынос, если он не компенсируется поступлением азота при культуре бобовых или внесении удобрений, должен неизбежно приводить к уменьшению связанного азота, а следовательно, и гумуса почвы. Размеры этих потерь при различном величине урожая зерновых хлебов можно представить по данным табл. 4.
Плодородие почв и проблема азота в почвоведении

В среднем можно считать, что при культуре обычных зерновых хлебов ежегодные потери гумуса равны примерно 0,5 - 1 т/га, что составляет от запасов гумуса в верхнем слое (0-20 см) подзолистых почв около 1/120-1/60 и черноземов около 1/400-1/200. При культуре более высокоурожайных растений (свекловица, кукуруза) эти потери могут быть более значительными.
Принимая во внимание, что одновременно с выносом азота урожаями идет вынос фосфора, калия и других биологически важных элементов, мы должны сделать вывод, что убыль азота из почвы может служить объективным показателем уменьшения потенциального плодородия или, точнее, потенциальных запасов питательных веществ почвы. Это уменьшение тем более значительно, чем выше урожаи, получаемые без внесения удобрений, т. е. когда увеличение урожаев достигается только путем усовершенствования системы обработки почвы.
Понятно, что чем выше в почве запасы гумуса и азота, а также других элементов питания растений, тем более длительным может быть срок, в течение которого можно, улучшая обработку, поддерживать на достаточно высоком уровне эффективное плодородие почв (и даже его увеличивать), не применяя удобрений и не используй культуру бобовых. Широко известным примером такого случая является опыт применения системы обработки почвы по Мальцеву на зауральских черноземах. Однако в этом случае высокое эффективное плодородие будет поддерживаться за счет неизбежного уменьшения потенциального плодородия. Если такая система целесообразна и допустима на черноземах, то она неприемлема на почвах с низким содержанием азота и гумуса, где для восстановления запасов гумуса как источника азота и других элементов питания растений и как фактора структурообразования недостаточно одного изменения способа обработки, как это предлагает Т. С. Мальцев. Для этого необходимо одновременно обеспечить поступление в почву азота в виде удобрений или путем культуры бобовых, чтобы компенсировать потери азота из почвы вследствие его отчуждения с урожаями.
4. В распоряжении агрономической науки и практики имеется, как известно, несколько способов, с помощью которых, при их рациональном сочетании, возможно удовлетворительно решить проблему азотного баланса. К числу их относятся: внесение в почву навоза и других органических удобрений, культура бобовых, применение минеральных азотных удобрений, а также некоторые косвенные приемы (например, известкование, применение бактериальных удобрений, внесение молибденовых микроудобрений и др.).