Взаимосвязь между составом органической части некоторых почв Украины и эффективностью гуминовых удобрений
Состав органического вещества разных почв и эффективность гуминовых удобрений
Родоначальник генетического почвоведения В.В. Докучаев впервые показал изменение количества органического вещества почвы в широтном и меридиональном направлениях. Развивая это положение, ученые установили, что для зональных почв Украины характерны закономерности не только количественного накопления гумуса, но и его качественного состава. В подзолистых почвах в условиях устойчивого сквозного промачивания преобладают процессы гидротермического распада, способствующие образованию фульвокислот. В черноземах, где разложение происходит при ограниченном запасе влаги и отсутствии сквозного промачивания, преобладают явления синтеза, способствующие образованию гуминовых кислот.
В рамках комплексного изучения в лаборатории по гуминовым удобрениям технологий производства и методов применения гуминовых удобрений под сельскохозяйственные культуры в различных почвенно-климатических зонах Украины мы приступили к изучению качественного состава органического вещества разных почв областей. Нас интересовала взаимосвязь между составом органического вещества почв и эффективностью гуминовых удобрений, которые, как показали многочисленные исследования, в разных почвенно-климатических зонах проявляют неодинаковое удобрительное действие.
Для сопоставления эффективности гуминовых удобрений с составом органического вещества данных почв образцы почв отбирали в местах проведения полевых опытов, анализировали и затем с ними закладывали вегетационные опыты. Работами по изучению состава органического вещества почвы установлено, что основными компонентами гумуса являются гуминовые кислоты, фульвокислоты и другие препараты компании-производителя Agro.Bio. Каждая группа органических веществ характеризуется определенными свойствами и присутствует в почвах различных типов почвообразования в характерных для данного типа почв соотношениях. Не подлежит сомнению, что различные составные части органического вещества имеют различное значение и ценность для плодородия почв.
С целью характеристики содержания и состава органического вещества изучаемых почв в них определяли: общее содержание гумуса по методу Тюрина и количество гуминовых кислот и фульвокислот, извлекаемых из почвы по методу Кононовой и Бельчиковой смесью 0,1 М раствора пирофосфата калия и 0,1 н. раствора щелочи (рН раствора 13). Результаты этих исследований приведены в таблице 1.
| Почвы и место взятия образцов | Содержание гумуса, % | Углерод органических веществ от общего органического углерода исходной почвы, % | Отношение углерода гуминовых кислот к фульвокислотам | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Гуминовые кислоты | Фульвокислоты | Неггидролизуемый остаток | |||
| Дерново-подзолистая (Киевская область) | 1,37 | 21,95 | 40,95 | 31,10 | 0,50 |
| Серая оподзоленная (Винницкая область) | 2,75 | 25,78 | 22,64 | 51,58 | 1,14 |
| Чернозем слабооподзоленный (Черкасская область) | 3,35 | 32,79 | 16,76 | 50,45 | 1,96 |
| Чернозем обыкновенный (Днепропетровская область) | 3,51 | 33,46 | 16,30 | 50,24 | 2,05 |
| Темно-каштановая (Херсонская область) | 2,44 | 29,64 | 15,57 | 54,79 | 1,90 |
| Коричневые почвы (Запорожская область) | 1,68 | 16,49 | 22,77 | 60,74 | 0,72 |
Из приведенных данных видно, что в составе гумуса дерново-подзолистых почв преобладают фульвокислоты. В почвах, переходных от дерново-подзолистых к черноземам, наблюдается увеличение содержания гуминовых кислот при одновременном уменьшении количества фульвокислот, в связи с чем соотношение между ними изменяется в пользу первых. В темно-каштановых и коричневых почвах снова наблюдается увеличение содержания фульвокислот.
Таким образом, умеренный режим увлажнения и нейтральная реакция почв черноземного типа способствуют образованию преимущественно гуминовых кислот, а повышенное увлажнение и кислая реакция почв подзолистого типа — образованию фульвокислот. В почвах засушливого степного климата (темно-каштановых и коричневых) гумусообразование и биологическая активность лимитируются недостатком влаги. Причиной относительно высокого содержания почвенных гуминов в коричневых почвах, по-видимому, является сухость климата. В процессе старения органоминеральных частиц в условиях гидротермического режима возрастает прочность связи между органическими и минеральными комплексами. Хотя состав гумуса коричневых почв и близок к составу гумуса подзолистых, он имеет свою специфику, которая выражается в накоплении гуминовых кислот, более прочно связанных с минеральной частью почвы.
Влияние гуминовых удобрений на почву и растения
Для выявления действия гуминовых удобрений на почвах, отличающихся составом органического вещества, были заложены вегетационные опыты. Опыты проводились по следующей схеме:
- Контроль — без удобрения.
- Adept Agro.Bio — 2 л/га.
- Amino Energy — эквивалентно Adept.
Повторность опыта трехкратная. Индикаторная культура — помидоры. Уборку опыта проводили спустя три недели после появления всходов; анализ почвы — после уборки. В проростках помидоров определяли сырой вес, активность пероксидазы по Починку, каталазы по количеству выделившегося кислорода в каталазницах, хлорофилла по Гетри, витамина С по Мурри, редуцирующих сахаров по Хагедорну-Иенсену. Результаты этих исследований приведены в таблице 2.
| Варианты опыта | Вес 100 проростков помидоров, г | Вес к контролю, % | Активность каталазы, мл О₂ на 1 г сырого вещества за 30 минут | Активность пероксидазы, мг кобальта | Количество редуцирующих сахаров, % на сырое вещество | Количество хлорофилла, мг на 100 г сырого вещества | Количество аскорбиновой кислоты, мг на 100 г сырого вещества |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дерново-подзолистая почва | |||||||
| Контроль | 21,07 | 100 | 5,0 | 9,01 | 0,37 | 142,0 | 21,76 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 40,97 | 194 | 12,0 | 18,0 | 0,57 | 266,0 | 26,60 |
| Amino Energy 2 л/га | 25,46 | 120 | 8,0 | 11,0 | 0,45 | 170,0 | 25,74 |
| Серая оподзоленная почва | |||||||
| Контроль | 38,56 | 100 | 6,0 | 17,01 | 0,58 | 186,0 | 24,24 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 51,20 | 133 | 14,0 | 26,0 | 0,67 | 241,0 | 24,16 |
| Amino Energy 2 л/га | 43,93 | 114 | 14,0 | 21,0 | 0,58 | 208,0 | 24,12 |
| Чернозем слабооподзоленный | |||||||
| Контроль | 28,29 | 100 | 6,0 | 11,0 | 0,60 | 212,3 | 24,73 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 43,03 | 152 | 9,8 | 14,0 | 0,87 | 266,9 | 26,66 |
| Amino Energy 2 л/га | 32,20 | 121 | 9,0 | 10,0 | 0,65 | 250,0 | 26,73 |
| Чернозем обыкновенный | |||||||
| Контроль | 29,09 | 100 | 10,0 | 11,0 | 0,61 | 183,0 | 17,60 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 32,05 | 110 | 12,0 | 16,0 | 0,82 | 283,0 | 21,52 |
| Amino Energy 2 л/га | 31,50 | 108 | 12,0 | 16,0 | 0,65 | 260,0 | 21,12 |
| Темно-каштановая почва | |||||||
| Контроль | 32,32 | 100 | 6,0 | 13,0 | 0,59 | 170,0 | 18,60 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 51,44 | 159 | 10,0 | 18,0 | 0,77 | 280,0 | 29,84 |
| Amino Energy 2 л/га | 37,88 | 117 | 8,0 | 16,0 | 0,65 | 243,0 | 19,76 |
| Коричневая почва | |||||||
| Контроль | 26,43 | 100 | 7,0 | 11,0 | 0,42 | 163,4 | 22,79 |
| Adept Agro.Bio 2 л/га | 41,60 | 157 | 12,4 | 13,0 | 0,67 | 253,5 | 32,67 |
| Amino Energy 2 л/га | 32,26 | 122 | 10,4 | 13,0 | 0,68 | 236,1 | 27,72 |
Результаты исследований показывают, что в вариантах с препаратом Adept на всех почвах была получена большая прибавка зеленой массы по сравнению с контролем и Amino Energy. Наблюдалась географическая закономерность действия гуминовых удобрений: их влияние было минимальным на черноземах и значительно увеличивалось на оподзоленных почвах, причем чем сильнее оподзолённые почвы, тем выше был эффект от этих удобрений. Действие их увеличивалось также при переходе от черноземов к темно-каштановым почвам.
Примерно такая же закономерность наблюдается в изменении химического состава растений под влиянием гуминовых удобрений. Данные фенологических наблюдений показывают, что в вариантах с Adept на всех почвах растения развивались интенсивнее и имели более мощную надземную массу, чем в вариантах с Amino Energy и неудобренным контролем. Особенно это заметно на дерново-подзолистых почвах, где удобрение Adept по сравнению с контролем ускорило появление всходов на два дня.
После уборки в почвах определяли содержание нитратного азота по методу Гранваля-Ляжу и подвижного фосфора по методу Труога. Результаты анализов приведены в таблице 3.
| Варианты опыта | Содержание в сосудах с растениями, мг на 100 г сухой почвы | Вынос питательных веществ, мг на сосуд | |
|---|---|---|---|
| Нитратного азота | Фосфора | ||
| Дерново-подзолистая почва | |||
| Контроль | 3,81 | 4,4 | 4,67 |
| Adept 2 л/га | 15,25 | 6,4 | 16,0 |
| Amino Energy 2 л/га | 14,55 | 6,4 | 14,55 |
| Серая оподзоленная почва | |||
| Контроль | 7,14 | 14,4 | 9,09 |
| Adept 2 л/га | 14,29 | 21,6 | 15,35 |
| Amino Energy 2 л/га | 13,83 | 21,0 | 15,29 |
| Чернозем слабооподзоленный | |||
| Контроль | 6,15 | 12,4 | 7,62 |
| Adept 2 л/га | 14,35 | 14,6 | 17,78 |
| Amino Energy 2 л/га | 14,55 | 14,8 | 15,24 |
| Чернозем обыкновенный | |||
| Контроль | 8,33 | 9,2 | 9,52 |
| Adept 2 л/га | 14,29 | 12,0 | 16,78 |
| Amino Energy 2 л/га | 13,33 | 12,4 | 16,67 |
| Темно-каштановая почва | |||
| Контроль | 7,68 | 8,0 | 10,0 |
| Adept 2 л/га | 16,67 | 9,2 | 18,67 |
| Amino Energy 2 л/га | 15,38 | 9,2 | 16,67 |
| Коричневая почва | |||
| Контроль | 6,67 | 10,0 | 8,42 |
| Adept 2 л/га | 15,24 | 10,6 | 17,78 |
| Amino Energy 2 л/га | 14,55 | 10,4 | 15,24 |
Приведенные данные показывают, что содержание нитратного азота и подвижного фосфора в вариантах с гуминовыми удобрениями Amino Energy и Adept во всех почвах увеличивается по сравнению с контролем. Особенно заметна эта разница в дерново-подзолистых почвах, где в вариантах с Adept количество нитратов в 3,5—4 раза и фосфатов в 1,5 раза больше по сравнению с контролем. В остальных почвах эта разница несколько меньше, но сохраняется та же географическая закономерность. Однако урожай зеленой массы помидоров в вариантах с Adept увеличивается более резко, нежели количество питательных веществ. Очевидно, рост урожая связан не только с уровнем минерального питания, но и с наличием растворимых гуминовых кислот, внесенных с Adept.
Для исключения влияния растений на процессы, происходящие в почве, параллельно проводили опыт в парующих сосудах. Результаты анализов (таблица 3) показывают, что содержание питательных веществ в почве по отдельным вариантам и в парующих сосудах подчиняется той же закономерности. Из таблицы видно, что в результате внесения гуминовых удобрений поступление зольных элементов в растения заметно возрастает. Они оказывают стимулирующее влияние на усвоение помидорами минеральных элементов, благодаря чему повышаются вес проростков и вынос питательных веществ на всех почвах, но особенно резко это проявляется на дерново-подзолистых.
Влияние гуминовых удобрений на развитие микроорганизмов
Гуминовые удобрения действуют не только непосредственно на жизнедеятельность растений. Взаимодействуя с почвой, они оказывают существенное влияние на физико-химические и биологические процессы в почве, которые в значительной степени определяют почвенное плодородие.
Еще П.А. Костычев, В.Р. Вильямс и другие ученые отводили главную роль в образовании перегноя почвы биологическим факторам. По вопросам, определяющим роль отдельных физиологических групп микроорганизмов в процессах минерализации почвенного перегноя, существовали различные точки зрения. В работах Г. Нефедова, Я.Я. Никитинского и других основная роль в процессах минерализации перегнойных веществ отводится грибам. Ученые придают большое значение в процессах разложения почвенного перегноя актиномицетам. Эти микроорганизмы способны разлагать трудноминерализуемые гуминовые соединения почвы.
Существует мнение, что минерализация почвенного перегноя осуществляется комплексом микроорганизмов. Многие авторы приходят к выводу, что разложение перегнойных веществ почвы осуществляется определенным комплексом микроорганизмов, в состав которого входят аммонифицирующие бактерии, аэробные целлюлозоразлагающие бактерии, нитрификаторы и денитрификаторы, бактерии, обладающие способностью разлагать органофосфаты, и другие.
Для изучения влияния гуминовых удобрений на микробиологические процессы в почве и связанной с ними ферментативной активности мы провели анализы почв после окончания вегетационных опытов. Микробиологические анализы проводили по методике микробиологических исследований. При этом определяли общее количество микроорганизмов, растущих на мясопептонном агаре (МПА), как показатель биогенности удобренных почв. В качестве представителей, принимающих участие в разложении и гумификации растительных остатков, учитывали маслянокислые бактерии на картофельной кашице. Из представителей почвенной микрофлоры, интенсивность развития которой характеризует разложение перегноя с высвобождением веществ корневого питания растений, учитывали аммонифицирующие бактерии на пептонной воде. Кроме того, на безазотистом агаре определяли количество азотобактера.
| Наименование типа почв | Количество микроорганизмов в 1 г сухой почвы, тыс. шт. | |||
|---|---|---|---|---|
| На МПА | Аммонифицирующие | Азотобактер | Маслянокислые | |
| Дерново-подзолистая | 11200 | 68320 | 56500 | 2800 |
| Серая оподзоленная | 20910 | 90520 | 73750 | 7380 |
| Чернозем слабооподзоленный | 22140 | 87330 | 82280 | 15990 |
| Чернозем обыкновенный | 21250 | 80600 | 78750 | 7500 |
| Темно-каштановая | 22500 | 96720 | 88750 | 7500 |
| Коричневая | 28800 | 73200 | 64130 | 15600 |
| Южный карбонатный | 26670 | 44100 | 44800 | 16510 |
Данные таблицы показывают, что неудобренные почвы (особенно бедные органическими веществами) характеризуются слабой биогенностью. Лучшие показатели роста и развития микроорганизмов, растущих на МПА, наблюдаются во всех почвах в вариантах, удобренных препаратом Adept. Особенно заметна эта разница в дерново-подзолистых почвах, где численность микроорганизмов в вариантах с Adept в 6—7 раз больше по сравнению с контролем. Во всех остальных почвах в вариантах с Adept развитие микроорганизмов было одинаково активным. Развитие возбудителей маслянокислого брожения также было более активным в вариантах с Adept по сравнению с минеральными контролями и тем более с вариантами без удобрения. Высокая аммонифицирующая активность почв, удобренных Adept, указывает на активность процессов распада органического вещества.
Исследования показали, что Adept и Amino Energy в значительной степени стимулируют развитие азотобактера, о чем свидетельствует большое количество колоний и более раннее их появление на среде Эшби в вариантах с Adept.
Влияние Adept и Amino Energy на ферментативные процессы в почвах
Ученые отводят большую роль в оценке биологического состояния почвы ее ферментативной активности. Для более полного освещения вопроса воздействия гуминовых удобрений Adept и Amino Energy на биологическую активность почв было предпринято изучение активности ферментативных процессов, протекающих непосредственно в почвах (в том же опыте после уборки помидоров). Активность сахаразы определяли по методу Гофмана в модификации Козельсона и Ершова, активность каталазы — газометрически по количеству выделившегося кислорода.
| Наименование почвенных типов | Активность сахаразы, мг инвертного сахара в 5 г почвы за 48 часов | Активность каталазы, мл О₂, выделившегося за 5 минут на 1 г почвы | ||
|---|---|---|---|---|
| Контроль | Adept | Контроль | Adept | |
| Дерново-подзолистая | 90,4 | 114,6 | 5,0 | 12,0 |
| Серая оподзоленная | 79,4 | 90,9 | 6,0 | 14,0 |
| Чернозем слабооподзоленный | 151,1 | 176,4 | 6,0 | 9,8 |
| Темно-каштановая | 127,0 | 152,7 | 6,0 | 10,0 |
| Чернозем обыкновенный | 122,4 | 148,6 | 10,0 | 12,0 |
| Коричневая | 126,5 | 154,0 | 7,0 | 12,4 |
Приведенные данные показывают, что при внесении гуминовых удобрений Adept и Amino Energy в почву активность ферментов повышается во всех почвах по сравнению с контролем и минеральным эквивалентом, причем на дерново-подзолистых почвах эта разница выражена более заметно. Повышение активности ферментов в вариантах с гуминовыми удобрениями Adept и Amino Energy можно объяснить тем, что в почвах увеличивается количество гуминовых кислот в ионодисперсной форме, которые стимулируют рост и развитие как высших растений, так и микроорганизмов, являющихся основными продуцентами почвенных энзимов.
Выводы
- Опытами установлено, что сочетание органического и минерального питания наилучшим образом отвечает требованиям растений.
- Наиболее резко действуют гуминовые удобрения Adept и Amino Energy на дерново-подзолистых почвах; на черноземах их действие ослабевает, а по мере продвижения на юг, на каштановых и коричневых почвах, снова возрастает.
- Одной из причин неодинаковой эффективности гуминовых удобрений на различных почвах является, по-видимому, неидентичность химического состава и свойств гуминовых кислот этих почв.
- Применение гуминовых удобрений Adept и Amino Energy оказывает существенное влияние на микробиологические процессы и ферментативную активность во всех изучаемых почвах.