ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РИСА НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Ладатко В.В.

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт риса»

ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РИСА НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА И ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Аннотация

В статье рассмотрено - влияние применения азотных и фосфорных удобрений на содержание аммонийного азота, нитратов и подвижного фосфора в почве рисосеющего хозяйства и изменение их количества при возделывании суходольных культур и  риса при затоплении.

Ключевые слова: азот, фосфор, почва, рис.

Ladatko V.V.

Federal State Budgetary Scientific Institution «All-Russian Rice Research Institute»

INFLUENCE OF RICE CULTIVATION ON CONTENT OF AVAILABLE NITROGEN AND PHOSPHOROUS COMPOUNDS IN SOIL  

Abstract

The article observes the impact of application of nitrogen and phosphorus fertilizers on the content of ammonium nitrogen, nitrates and available phosphorus in the soil of rice sowing farm and changes in their number during cultivation of upland crops and rice in case of flooding.

Key words: nitrogen, phosphorous, soil, rice.

Специфические условия возделывания риса оказывают определенное влияние на азотный режим почвы. Затопление рисового поля за короткий срок вызывает перераспределение подвижных форм азота – уменьшение количества нитратной и увеличение аммонийной [1]. Начиная с этого момента и до конца периода вегетации риса, нитраты в почве практически отсутствуют и появляются вновь только после сброса воды с чеков [2].

Единственным источником питания риса при затоплении почвы остается аммонийный азот. Основные источники пополнения рисовых почв аммонийным азотом – минеральные и органические удобрения, а также азот, высвобождающийся при разложении органического вещества почвы. Определенные количества азота могут поступать также с оросительной водой. Кроме того, одним из немаловажных путей пополнения рисовых почв аммонийным азотом является минерализация биологически фиксированного азота. В затопленной почве возможно и восстановление нитратов до аммиака.

В переувлажненных почвах идут процессы, приводящие к уменьшению количества подвижного азота: потребление его рисом и сорными растениями, а также микроорганизмами и почвенной фауной. Потери азота из почвы возможны в результате денитрификации, улетучивания аммиака, образования молекулярного азота при химическом взаимодействии азотистой кислоты с аммиаком и органическим веществом, вымывания нитратов с фильтрационными и сбросными водами [1].

Исследования проводились в системе агроэкологического хозяйственного мониторинга на производственных полях ФГУ ЭСП “Красное” Красноармейского района Краснодарского края в 2008-2010 гг. (таб.1).

В результате исследований установлено, что в 2008 году в почвах, используемых под рис (табл. 1), содержание аммонийного азота до посева составляло 0,24 – 7,07 мг/100 г (таб.2).

После уборки риса произошло незначительное увеличение концентрации NH₄⁺ (за исключением к. 10 ч. 2, на котором рис выращивался после многолетних трав), составляя 1,12 – 1,89 мг/100 г (табл. 2). В почве, используемой под суходольные культуры (к. 15 ч. 4, к. 16, к. 19 ч. 4, к. 20 ч. 4, к. 23, к. 35 ч. 2), содержание аммонийного азота в начале вегетационного периода варьировало от 0,35 до 0,97 мг/100 г, а к осени увеличилось в среднем в 2 раза, составив 1,00 – 2,01 мг/100 г.

Таблица 1 – Севооборот на РОС хозяйства за 2008-2010 гг.

Повышенная концентрация NH₄⁺ весной (7,07 мг/100 г) под рисом, выращиваемом по пласту многолетних трав, связана с накоплением в почве большого количества высокобелковых растительных остатков после бобовых предшественников, в результате разложения которых происходит высвобождение минерального азота [3].

Увеличение содержания аммонийного азота осенью в почвах под суходольными культурами вероятно связано с минерализацией органических остатков, а в почвах под рисом – с тем, что при анаэробных процессах в затопленной почве азотистые соединения сохраняются в форме аммиака, который прочно адсорбируется поверхностью почвенных коллоидов, тогда как нитраты быстро вымываются [4].

Таблица 2 – Сезонные изменения содержания аммонийного азота в почвенных объектах РОС, мг/100 г

В 2009 году в почвах под рисом содержание аммонийного азота весной составляло 1,02 – 3,75 мг/100 г, а осенью, после уборки риса, концентрация этого иона снизилась в 2-3 раза до 0,04 – 0,62 мг/100 г. Это вполне объяснимо, если учесть то обстоятельство, что аммоний, с одной стороны, поглощается рисом, а с другой, – окисляется до нитратов после сброса воды с полей [5]. Уменьшение содержания аммонийного азота в почве, согласно исследованиям Б.А. Неунылова [6], может происходить в результате биологического связывания минерального обменно-поглощенного азота и частичного его перехода в необменное состояние.

В почве под суходольными культурами (к. 16, к. 17 ч. 2, к. 20 ч. 4, к. 23) содержание аммонийного азота весной составляло 0,84 – 2,73 мг/100 г, а к осени в результате потребления его растениями  и окисления оно уменьшилось до 5 раз (0,33 – 0,51 мг/100 г).

Повышенная концентрация NH₄⁺ весной в почве под рисом по пласту многолетних трав (к. 15 ч. 4), как уже было отмечено, обусловлена минерализацией высокобелковых растительных остатков.

Содержание аммонийного азота в почве весной 2010 года варьировало от 0,03 до 1,00 мг/100 г. Максимальная концентрация изучаемого NH₄⁺ обнаружена в почве после двухлетнего произрастания многолетних трав (к.17 ч.2).

Питательные вещества вымываются из почвы с различной интенсивностью, в наибольшей степени этому процессу подвержены нитраты [7,8]. В связи с этим вероятность загрязнения почвы и водных объектов нитратами наиболее высока.

В 2008 году содержание нитратов в почвах под рисом (к. 10 ч. 2, к. 17 ч. 2, к. 25 ч. 1, к. 45 ч. 2) в начале вегетационного периода варьировало от 0,42 до 3,18 мг/100 г, а после уборки – от 0,12 до 0,77 мг/100 г (табл. 3).

В почве под суходольными культурами (к. 15 ч. 4, к. 16, к. 19 ч. 4, к. 20 ч. 4, к. 23, к. 35 ч. 2) содержание NO₃^- весной составляло 0,46 – 1,90 мг/100 г, а к осени оно увеличивалось до 0,59 – 4,33 мг/100 г. Это связано с усилением деятельности нитрифицирующих бактерий, в результате которой аммонийный азот превращается в нитраты. Однако в почве, отобранной на картах 15 и 35, большее содержание нитратов было обнаружено именно весной, что также объясняется накоплением азота в результате возделывания многолетних трав.

В 2008 году в среднем по всем точкам отбора содержание нитратов к осени практически не снизилось.

В 2009 году в почвах под рисом (к. 10 ч. 2, к. 15 ч. 4, к. 19 ч. 4, к. 25 ч. 1, к. 35 ч. 2, к. 45 ч. 2) содержание нитратов к концу вегетации уменьшилось в среднем по точкам отбора на 66,4 %, составив 0,48 – 0,68 мг/100 г. Примерно на столько же (62,9 %) снизилось содержание NO₃^- в почве под суходольными культурами (к. 16, к. 17 ч. 2, к. 20 ч. 4, к. 23), однако в абсолютном выражении оно было выше, чем в почвах под рисом, составляя 1,48 – 1,75 мг/100 г.

Таблица 3 – Динамика содержания нитратов в почвенных объектах РОС, мг/100 г

Процесс нитрификации и накопления нитратов происходит в условиях преобладания окислительных условий. Ухудшение аэрированности почв при переувлажнении, вследствие поверхностного затопления или поднятия грунтовых вод, вызывает развитие процесса денитрификации (переход нитратов в нитриты) [9]. Перед посевом, в результате окислительных реакций, содержание нитратов в почве под рисом было больше, чем осенью.

Тенденция к уменьшению содержания нитратов в период с весны по осень была отмечена и в 2010 году. Снижение концентрации ионов NO₃^- связано также с вымыванием их поливными и фильтрационными водами. По мнению А.К. Бутова и Р.С. Шарифуллина [8], уже через пять дней после затопления чеков нитраты обнаруживаются в почве в следовых количествах. Уменьшение содержания нитратов после уборки риса отчасти обусловлено иммобилизацией их в результате потребления микроорганизмами  и в процессе разложения растительных остатков с широким отношением углерода к азоту, таких как рисовая солома.

В 2009 году почва под люцерной характеризовалась более высоким содержанием нитратов по сравнению с почвой под другими культурами, что связано с накоплением органического вещества в результате выращивания многолетних трав и обогащения почвы азотом в процессе симбиотической азотфиксации.

Уменьшение концентрации нитратов в почве под многолетними травами, по всей вероятности, связано с интенсивным потреблением их произрастающими на этих полях растениями. Снижение (в 2 раза) накопления нитратного азота на рисовых полях под промежуточными культурами было отмечено и в исследованиях А.К. Бутова и Р.С. Шарифуллина [8].

По нашим данным в 2009 году содержание нитратов уменьшилось к осени почти в 3 раза.

В 2010 году на поле с люцерной 1 года (к.45 ч.2) произошло увеличение содержания нитратов к осени, то есть за период ее вегетации произошло накопление органического вещества. По той же причине самым высоким содержанием нитратов весной характеризовалась почва под люцерной 2 года (к.17 ч.2).

В 2010 году в чеках, на которых 3 года подряд выращивался рис (к. 10 ч. 2, к. 25 ч. 1), произошло существенное (в 2,5 и 4 раза) увеличение содержания нитратов к осени по сравнению с весенним отбором.

В работе В.П. Кудеярова [7] отмечается, что почвенные формы фосфатов практически не вымываются и в основном аккумулируются в верхних слоях почвенной толщи.

Систематическое внесение фосфорных удобрений приводит к накоплению в почве остаточных фосфатов в усвояемой форме, составляющих в среднем 22,6 % от внесенного количества фосфорных удобрений. Значительная часть этого элемента все же попадает в водоемы с твердыми почвенными частицами со сбросными и фильтрационными водами [10].

Фосфатный режим в затопленной почве рисового поля резко отличается от фосфатного режима почв под суходольными культурами.

При насыщении почвы водой увеличивается подвижность ряда элементов, в том числе и фосфора. Так, в 2008 году в весенний отбор содержание подвижного фосфора на почвах под рисом было меньше (от 0,030 до 0,052 мг/100 г), чем в осенний отбор (от 0,074 до 0,126 мг/100 г) (табл. 4).

Согласно Е.П. Алешина с соавт. [5] в течение всего вегетационного периода риса, вплоть до фазы полной спелости, отмечается постепенное нарастание количества подвижных соединений фосфора. После сброса воды с чеков и развития окислительных процессов происходит закрепление фосфатов в почве.

В 2008 году увеличение (более чем в 2 раза) содержания P₂O₅ на изучаемых объектах в период после уборки риса возможно связано с повышением подвижности соединений фосфора с поливалентными металлами (фосфаты железа) при затоплении. В период отбора проб (первая декада октября) была достаточно сухая погода, поэтому накопившиеся фосфаты не успели вымыться из почвы.

Таблица 4 – Сезонные изменения содержания подвижного фосфора в почвенных объектах РОС, мг/100 г

В последующие годы исследований в этот же период отбора почвенных образцов количество осадков было наибольшим.

В 2009 году содержание подвижного фосфора в почвах, как под рисом, так и под суходольными культурами весной было больше, чем осенью.

В 2010 году значение изучаемого показателя под рисом было выше весной, чем осенью, хотя весной подвижный фосфор обнаруживался только на полях после многолетних трав. На остальных чеках фосфор был определен в следовых количествах. После уборки риса практически на всех полях подвижный фосфор не обнаруживался.

Уменьшение содержания фосфора в почве осенью после уборки риса может объясняться следующими причинами: переходом его в менее подвижные формы после просушки чеков, вымыванием из почвы, а также потреблением растениями.

В результате исследований установлено, что существенной разницы по содержанию аммонийного азота в почве под рисом и суходольными культурами в годы исследований не обнаружено. Количество нитратов в почве уменьшается при затоплении рисовых чеков и увеличивается при введении в севооборот многолетних трав.

Также из проведенных исследований следует, что применение удобрений влияет на содержание подвижного водорастворимого фосфора, а затопление рисовых полей способствует вымыванию его из почвы, хотя и в относительно небольших количествах. При этом существует угроза загрязнения объектов окружающей среды фосфатами при увеличении доз фосфорсодержащих удобрений на затопляемых рисовых полях.

Литература

1. Шеуджен, А.Х. Влияние микроэлементов на урожайность риса / А.Х. Шеуджен, В.Т. Рымарь, О.А. Досеева [и др.] // Агрохимия. – 1991. – № 1. – С. 96-100.
2. Николаева, С.А. Динамика питательных элементов в черноземных почвах, используемых под культуру риса / С.А. Николаева, Г.М. Майнашева // Химия почв рисовых полей. – М.: Наука, 1976. – С. 75-89.
3. Михеев Е.К., Сыпко А.А. Влияние предшественников на пищевой режим почв и поступление питательных веществ в растения риса // Агрохимия. – 1978. – № 7. – С. 57-63.
4. Гольфанд, Б.И. Формы азота в лугово-черноземовидных почвах Кубани / Б.И. Гольфанд // Бюл. НТИ ВНИИ риса. – Краснодар, 1972.– Вып. 8. –С. 87-89.
5. Алешин, Е.П. Минеральное питание риса / Е.П. Алешин, А.П. Сметанин. – Краснодар, 1965. – 208 с.
6. Неунылов, Б.А. Повышение плодородия почв рисовых полей Дальнего Востока / Б.А. Неунылов. – Владивосток: Приморское книжное издательство, 1961. – 240 с.
7. Кудеяров, В.Н. Минеральные удобрения и окружающая среда / В.Н. Кудеяров // Экология и земледелие. – М.: Наука, 1980. – С. 145-154.
8. Бутов, А.К. Динамика нитратов и некоторые пути снижения количества их в лугово-черноземовидной почве рисовых полей Кубани / А.К. Бутов, Р.С. Шарифуллин // Бюл. НТИ ВНИИ риса. – 1977.–Вып. 23.– С. 33-36.
9. Бочко, Т.Ф. Окислительно-восстановительные процессы в почвах рисовых полей Кубани / Т.Ф. Бочко, К.М. Авакян, А.Х. Шеуджен [и др.] – Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2002. – 52 с.
10. Шеуджен, А.Х. Агрохимия: учеб. пособие / А.Х. Шеуджен, В.Т. Куркаев, Н.С. Котляров; под ред. А.Х. Шеуджена. – Майкоп: Издательство “Афиша”, 2006. – 1075 с.

References

1. Sheuszhen A.Kh. Influence of microelements on rice yield / A.Kh. Sheudzhen, V.T. Rymar, O.A. Doseeva [etc.] // Agrochemistry. – 1991. – № 1. – P. 96-100.
2. Nikolaeva S.A. Dynamics of nutrients in the chernozem soils used for rice crop / S.A. Nikolaeva, G.M. Maynasheva // Chemistry of soils in rice fields– M.: Science, 1976. – P. 75-89.
3. Mikheev E.K., Sypko A.A. Influence of predecessors on the nutrition regime of the soil and the supply of nutrients in rice plants // Agrochemistry. – 1978. – № 7. – P. 57-63.
4. Golfand B.I. Nitrogen foems in meadow-chernozem soils of Kuban region / B.I. Golfand // ARRRI journal – Krasnodar, 1972.– Issue –P. 87-89.
5. Aleshin E.P. Mineral nutrition of rice / E.P.Aleshin, A.P. Smetanin– Krasnodar, 1965. – 208 p.
6. Neunylov B.A. Increasing soil fertility of rice fields in Far East / B.A. Neunylov. – Vladivostok: Primorskiy Publishing House, 1961. – 240 p.
7. Kudeyarov V.N. Mineral fertilizers and environment / V.N. Kudeyarov // Environment and agriculture. – М.: Science, 1980. – P. 145-154.
8. Butov A.K. Dynamics of nitrates and some ways to reduce their number in the meadow-chernozem soil of rice fields Kuban / A.K. Butov,  S. Sharifullin // ARRRI journal. – 1977.–Issue 23.– P. 33-36.
9. Bochko T.F. Redox processes in the soil of rice fields in Kuban region/ T.F. Bochko, k.M. Avakyan, A.Kh. Sheudzhen [etc.] – Maykop: GURIPP «Adygeya», 2002. – 52 p.
10. Sheudzhen A.Kh. Agrochemistry: study guide / A.Kh. Sheudzhen, V.T. Kurkaev, N.S. Kotlyarov; edited by A.Kh. Sheudzhen – Maykop: publishing house “Afisha”, 2006. – 1075 p.