Email this article Dynamics of mobile forms of nitrate and ammonium nitrogen in chernozem soils of the Samara agrarian carbon polygon
- Authors: Trots N.M.1,2, Chernyakova G.I.1,2, Bokova A.A.1,2, Suvorov E.E.1,2
-
Affiliations:
- Samara State Agrarian University
- Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev
- Issue: Vol 9, No 4 (2024)
- Pages: 23-28
- Section: AGRICULTURE
- URL: https://bulletin.ssaa.ru/1997-3225/article/view/640932
- DOI: https://doi.org/10.55170/1997-3225-2024-9-4-23-28
- ID: 640932
Cite item
Full Text
Abstract
The purpose of the research is to assess the dynamics of mobile forms of nitrate and ammonium nitrogen in chernozem soils with different methods of cultivation in the conditions of the central agroclimatic zone of the Samara region. The article presents the dynamics of changes in the content of nitrate, ammonium nitrogen and the C:N ratio in arable soils with different cultivation technologies - traditional classical and resource-saving zero technology No-till, located in the fields of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Samara Agrarian University" of the Kinelsky District of the Samara Region and the farm LLC "Orlovka AIC" of the Pokhvistnevsky District. On the territory of Orlovka-AIC LLC, at monitoring sites № 1, 2 and 3, there was an increase in the content of nitrate nitrogen in the soil in 2023 compared to 2021 by 5,4, 1,9 and 1,1 times respectively, however, on all studied soils, there was a decrease in the content of ammoniacal nitrogen by 1.7-9.6 times. Having analyzed the results on the content of mineral forms of nitrogen in the fields of the Samara Agrarian University, it can be noted that in 2021-2023, there was an increase in the concentration of nitrate form of nitrogen in the soil by an average of 2,4-9,7 times, and the content of ammoniacal nitrogen increased by 1,3-2,0 times. The obtained results of the C:N ratio in soils with resource-saving technologies are in the range of 19-32, which indicates the enrichment of humus with nitrogen. The C:N ratio values in soils under conventional tillage in 2021 ranged from 42-53, indicating a preferential accumulation of carbon compared to nitrogen. In 2023, there was a change towards enrichment of humus with nitrogen, with C:N fluctuating from 14 to 33.
Full Text
Одной из особенностей современного земледелия является усиление негативного антропогенного влияния на почву, что приводит к снижению почвенного плодородия, связанного с нерациональным использованием пашни, сокращением применения органических и минеральных удобрений, интенсивными механическими обработками почвы. В связи с чем особое значение приобретают вопросы сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, ресурсоэкономичности, экологической безопасности и рентабельности сельскохозяйственного производства [1].
В Самарской области в последние годы сократились площади среднегумусных черноземов, на 10 % увеличились площади малогумусных и слабогумусированных черноземов. Пахотные земли бедны подвижным азотом и фосфором [2]. Большой интерес для разработки мероприятий по этой проблеме представляют исследования в длительных стационарных опытах по изучению динамики питательных веществ в почве, баланса гумуса, влияния на эти показатели структуры посевов, погодных условий, способа обработки почвы и др. факторов для разработки новых приемов повышения почвенного плодородия.
Важно контролировать содержание азота в почве, которое зависит от количества органического вещества, прежде всего гумуса [3]. Следовательно, чем больше гумуса содержат почвы, тем больше в них азота. При проведении почвенного мониторинга одним из показателей оценки обеспеченности почв агроценозов органическим углеродом и азотом, доступным для минерализации является соотношение C:N. Чем оно меньше, тем богаче гумус азотом и тем выше его питательная ценность [4].
Цель исследований: дать оценку динамики подвижных форм нитратного и аммонийного азота в черноземных почвах при различных способах обработки в условиях центральной агроклиматической зоны Самарской области.
Задачи исследований: определить степень обеспеченности агроценозов органическим углеродом и подвижными формами азота; рассчитать соотношение C:N в почвах при использовании практик традиционного и почвозащитного ресурсосберегающего земледелия.
Материалы и методы исследования. Объектами исследования являлись пахотные почвы, на которых проводится традиционная обработка, расположенные на опытных полях ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет», представленные черноземами обыкновенными, остаточно-луговатыми, карбонатными и солончаковатыми; и почвы, расположенные на территории растениеводческого хозяйства ООО "Орловка АИЦ" в Похвистневском районе Самарской области, представленные черноземом типичным и выщелоченным, типичным карбонатным перерытым и остаточно-карбонатным, а также аллювиальной дерновой остепеняющейся почвами, на которых практикуют нулевую обработку почвы с 2012 года [5, 6].
Для проведения аналитического исследования на полях ООО «Орловки АИЦ» и ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» были выбраны по пять мониторинговых площадок (табл. 1) по показателям разнообразия почвенных типов (черноземы, аллювиальные дерновые насыщенные), подтипов (выщелоченные, типичные), родов (обыкновенные, карбонатно перерытые, остаточно-карбонатные), подтипов (аллювиальные дерновые насыщенные остепеняющиеся), механического состава (легкоглинистый, тяжелосуглинистый, среднесуглинистый), содержания гумуса в верхнем горизонте и его запас, а также учитывалась занимаемая площадь в процентном отношении, способ обработки почвы, степень освоенности. Размер мониторинговой площадки согласно ГОСТ 17.4.3.01-2017 [7] составил 1 га, размер пробной площадки 10×10 м. Образцы на содержание в почве нитратного, аммонийного и общего азота отбирались в 2021-2023 гг. с глубины 0-20 см.
Таблица 1
Почвенные разновидности мониторинговых площадок опытных полей ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» и ООО «Орловки АИЦ»
№ мониторинговой площадки | Почвы на полях ООО «Орловки АИЦ» | Почвы на полях ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» |
1 | Чернозем выщелоченный среднегумусный среднемощный слабосмытый легкоглинистый | Чернозем обыкновенный остаточнолуговатый солончаковатый слабозасоленный хлоридный среднегумусный среднемощный легкосуглинистый |
2 | Чернозем типичный карбонатный перерытый малогумусный маломощный среднесмытый легкоглинистый | Чернозем обыкновенный остаточно-луговатый среднегумусный среднемощный среднесуглинистый |
3 | Чернозем типичный среднегумусный маломощный легкоглинистый | Чернозем обыкновенный остаточно-луговатый карбонатный тучный среднемощный тяжелосуглинистый |
4 | Чернозем типичный остаточно-луговатый среднегумусный маломощный среднеглинистый | Чернозем обыкновенный солончаковатый слабозасоленная хлоридная малогумусный среднемощный среднесуглинистый |
5 | Аллювиальная дерновая насыщенная остепняющаяся слабогумусная маломощная среднесуглинистая | Чернозем обыкновенный остаточнолуговатый среднегумусный среднемощный легкосуглинистый |
Почвы аграрного полигона ФГБОУ ВО Самарский ГАУ представлены в основном черноземом обыкновенным остаточно-луговатым со средним запасом гумуса 150 т/га, содержанием гумуса 4,9%, рНвод 6,5-6,9, подвижного фосфора 170 мг/кг, подвижного калия 140 мг/кг.
Почвы аграрного полигона ООО «Орловка АИЦ» относятся к черноземам выщелоченным и типичным и характеризуются высоким запасом гумуса 180 т/га, содержанием гумуса 6,7%, рНвод =5,9-7,2, подвижного фосфора 140 мг/кг, подвижного калия 173 мг/кг.
Результаты исследований. Азот органического вещества почвы непосредственно недоступен для растений, поэтому об обеспеченности растений почвенным азотом судят по содержанию в почве минерального азота: нитратов (NO3-), нитритов (NO2-); аммиачной формы (NH4+). По результатам исследования содержание нитратного и аммиачного азота на мониторинговых площадках ООО «Орловка-АИЦ» и ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» градация почв за исследуемый период не изменилась и характеризуются низкой и очень низкой обеспеченностью.
На территории ООО «Орловка-АИЦ» на мониторинговых площадках № 1, 2 и 3 произошло повышение содержания нитратного азота в почве в 2023 году по сравнению с показателями 2021 года в 5,4, 1,9 и 1,1 раз соответственно, обеспеченность нитратной формой азота осталась очень низкой. На мониторинговой площадке № 4 содержание нитратного азота не изменилось и равнялось 1,1 мг/кг, что характеризуется низкой степенью обеспеченности. На площадке № 5 отмечено снижение концентрации нитратного азота в 2 раза, что по степени обеспеченности соответствует очень низкому содержанию. В исследуемых почвах произошло снижение содержания аммиачной формы азота в среднем в 1,7-9,6 раза. Исходя из полученных результатов, обеспеченность почв классифицировалась из градации низкой в очень низкую за исключением 3 мониторинговой площадки, где выявлено повышение концентрации аммиачной формы азота в 1,3 раза (на 30 %), и почва характеризуется низкой степенью обеспеченности аммиачным азотом.
По результатам исследований содержания минеральных форм азота на полях ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет», можно отметить, что за исследуемый период произошло увеличение концентрации нитратной формы азота в почве в среднем в 2,4-9,7 раза. Наибольший рост содержания отмечен на площадке № 5, которая была введена в сельскохозяйственный оборот в 2023 году после многолетней залежи и используется для выращивания культур с применением классической системе обработки почвы.
В целом, почвы характеризуются очень низкой степенью обеспеченности нитратным азотом. Несмотря на то, что за период 2021-2023 гг содержание аммиачного азота в почвах увеличилось в 1,3-2,0 раза по существующей градации обеспеченности аммиачным азотом изменилась из очень низкой в низкую степень. На мониторинговой площадке № 2 произошло снижение концентрации аммиачной формы азота в 2,1 раз, и почва перешла из градации низкой в очень низкую обеспеченность.
Содержание общего азота в почвах ООО «Орловка-АИЦ» варьировало в пределах 0,19-0,47 %. На мониторинговых площадках 1, 2 и 3 выявлено повышение концентрации общего азота в почве на 0,03-0,13 %. На площадках 4 и 5 произошло снижение содержания азота на 0,04 и 0,13 % соответственно. В почвах на опытных полях ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» отмечено увеличение концентрации общего азота на 0,01-0,20 %.
Общий азот (Nобщ) показывает общее содержание азота в почве, как органического, так и минерального и не дает четкого представления о содержании доступных форм азота растениям. При проведении почвенного мониторинга одним из показателей оценки обеспеченности почв агроценозов органическим углеродом и азотом, доступным для минерализации является соотношение С : N. Чем меньше отношение C:N, тем богаче гумус азотом и тем выше его питательная ценность.
Рис. 1. Обогащенность гумуса азотом почв мониторинговых площадок ООО «Орловка АИЦ»
На мониторинговых площадках ООО «Орловка-АИЦ» полученные результаты соотношения C:N колебались в пределах 19-32 (рис. 1), что указывает на обогащение гумуса азотом и повышает его питательную ценность.
Рис. 2. Обогащенность гумуса азотом почв мониторинговых площадок ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет»
На мониторинговых площадках ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» полученные результаты соотношения C : N колеблются в 2021 г. в пределах 42-53 (рис. 2), что свидетельствует о достаточном количестве в почве углерода и низком содержании азота. Однако по результату 2023 года произошло изменение в сторону обогащения гумуса азотом с колебанием C:N от 14 до 33, что указывает на повышение питательной ценности гумуса.
Заключение. Исследования черноземных почв, проведенные на мониторинговых площадках в Похвистневском районе ООО «Орловка АИЦ» и Кинельском районе ФГБОУ ВО «Самарский аграрный университет» при применении различных технологий обработки почв, позволяют сделать следующие основные выводы. Обеспеченность почв нитратным и аммиачным азотом остается неизменной и классифицируется в основном низкой и очень низкой обеспеченностью, почвы относятся к градации очень низкой обеспеченности, содержание аммонийного азота оценивается как очень низкое и низкое, а в 2023 году низкое, за исключением чернозема обыкновенного остаточно-луговатого среднегумусного среднемощного среднесуглинистого, в котором произошло снижение содержания аммонийной формы азота в 2,1 раза. При ресурсосберегающих технологиях обработки почв содержание нитратного азота оценивается как очень низкое, а аммонийного азота низкое и очень низкое.
Полученные результаты соотношения C:N в почвах при ресурсосберегающих технологиях находятся в пределах от 19-32, что указывает на обогащение гумуса азотом. Значения соотношения C:N в почвах при традиционной обработке почвы в 2021 г составили от 42-53, что указывает на преимущественное накопление углерода в сравнении с азотом, а в 2023 году произошло изменение в сторону обогащения гумуса азотом с колебанием C:N от 14 до 33.
About the authors
Natalya M. Trots
Samara State Agrarian University; Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev
Email: troz_shi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3774-1235
Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Leading Researcher
Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region; SamaraGalina I. Chernyakova
Samara State Agrarian University; Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev
Email: chernyakovagi@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1339-4769
Candidate of Agricultural Sciences, Researcher
Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region; SamaraAnna A. Bokova
Samara State Agrarian University; Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev
Author for correspondence.
Email: anuta1998b@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5193-364X
Postgraduate Student, Junior Researcher
Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region; SamaraEvgenij E. Suvorov
Samara State Agrarian University; Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev
Email: ee_suvorov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5702-0246
Postgraduate Student, Junior Researcher
Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region; SamaraReferences
- Sushko, S. V., Balashov, E. V., Buchkina, N. P., Moiseev, K. G., Nechaeva, E. Kh., Platonov, V. I.,... & Orlova, L. V. (2022). Evaluation of the effectiveness of resource-saving technologies in increasing organic carbon sequestration by agricultural soils in the Middle Volga region (on the example of zero tillage). Modern problems of soil conservation agriculture 22' : collection of scientific papers.(pp. 130-134) Kursk (in Russ).
- Obushchenko, S. V. & Shevchenko, S. N. (2020). Ways to preserve and restore soil fertility in the Samara region. Samara: Publishing House of the Samara Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences (in Russ).
- Ivaschenko, K. V., Sushko, S. V. & Dvornikov, Yu. A. (2023). Soil organic carbon reserves under zero tillage in the conditions of the middle Volga region. Agrohimiya (Agrochemistry), 12, 47-56 (in Russ).
- Tsyganova, A. A. (2017). Humification processes, assessment of the ratio of carbon and nitrogen in the soil. Science for education, production, economics 17': collection of scientific papers. (pp. 361). Minsk (in Russ).
- Orlova L. V., Trots N. M. & Platonov V. I. (2023). Assessment of greenhouse gas emissions and carbon stocks during no-tillage of chernozem in the forest-steppe zone of the Middle Volga region. Agrohimiya (Agrochemistry), 7, 44-54 (in Russ).
- Belyaev, V. I., Varlagin, A. V. & Dridiger, V. K. (2022). Global climate agenda. Soil conservation resource-saving (carbon) agriculture as a standard of transnational and national strategies for soil conservation and agricultural carbon markets. International Agricultural Journal, 65, 1 (in Russ).
- GOST 17.4.3.01-2017 Interstate standard Nature protection of SOILS. General requirements for sampling. Moscow: Standartinform. (in Russ).
Supplementary files
