БИОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЗ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ ПОД ЗАДАННУЮ УРОЖАЙНОСТЬ КУЛЬТУР НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ Российский патент 2005 года по МПК A01C21/00 G01N33/24 

Изобретение относится к области земледелия, агрохимии, агроэкологии, биологии почв, химическому анализу почв и может быть применено в сельском хозяйстве. Изобретение может быть использовано для оценки азотного состояния дерново-подзолистых почв, прогноза их нуждаемости в азотных удобрениях, определения запасов доступного растениям азота, прогнозирования урожайности культур.

Известен биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений, основанный на определении нитрифицирующей способности почвы [1]. Определение доступного растениям нитратного азота основано на 12-ти дневной инкубации образца почвы при температуре 28° С и влажности почвы 60% от полной влагоемкости. Нитрифицирующая способность почвы определяется как разность между содержанием нитратов после и до компостирования. Однако известный способ достаточно длителен, недостаточно точный, так как исходное содержание нитратов не входит в подсчет доступного растениям азота, способ не дает представления о наличии в почве потенциально доступного азота, учитывает только одну нитратную форму азота, требует разработки локальных шкал, трудоемок, слабо коррелирует с выносом азота растениями. Длительная инкубация почвы без отчуждения продуктов минерализации (NО-3

, NH+4) приводит к поглощению их почвенной биотой в процессе иммобилизации, что значительно снижает точность определения. Температура +28° С является оптимальной для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, но не для работы почвенных ферментов, осуществляющих процесс минерализации.

Известен биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений [2], основанный на определении того количества почвенного азота, которое может быть минерализовано в течение 4^х- недельного компостирования почвы при t +28° C и влажности 60% от полной влагоемкости в плотно закрытых полиэтиленовых пакетах под воздействием применяемых азотных удобрений или уже имеющегося в почве минерального азота из органического вещества почвы. Определение величины доступного для растений азота (азотминерализующей способности почвы) осуществляется путем решения уравнения кривой, описывающей накопление минерального азота (NH+4

+NО-3) в почве в зависимости от доз азотного удобрения. Однако известный метод имеет недостаточную точность и длительное время компостирования (30 суток). Компостирование почвы в плотно закрытых полиэтиленовых пакетах с азотными удобрениями при оптимальной влажности и температуре в течение месяца создает анаэробные условия, которые стимулируют процесс денитрификации - переход накапливающихся нитратов и нитритов в газообразное состояние, в связи с чем высокая точность способа невозможна. Кроме того, анаэробные условия подавляют основной аэробный процесс минерализации на всех стадиях, поэтому известные в литературе данные [3], полученные этим способом, в 1,5-2 раза меньше по абсолютному значению, чем полученные другими известными способами.

Известен также способ прогнозирования доз азотных удобрений [4], основанный на определении запасов доступного растениям азота по учету аммиака, выделяющегося из почвы при взаимодействии ее с 1н NaOH. Однако известный способ имеет низкую чувствительность к антропогенному воздействию на почву, отсутствие учета нитратного и реально доступного (минерализуемого) азота, в связи с чем метод не может использоваться как прогностический для расчета доз под планируемые урожаи культур.

Известен способ прогнозирования доз азотных удобрений [5], наиболее близкий к предлагаемому изобретению. Этот способ основан на определении доступного растениям количества потенциально (N₀) и реально (N_t) минерализуемого азота. Проводится определение потенциально минерализуемого азота (N₀) путем экстракции почвенного азота 0,01 М CaCl₂ в течение 16 часов в автоклаве при температуре 121° С и 2-х атмосферах с последующим определением аммиачного азота по Кьельдалю или Конвею. Затем, на основании уравнения, предложенного авторами, описывающего процесс минерализации

log(N₀-N_t)=logN₀-(kt/2,303)

где:

N₀ - потенциально минерализуемый азот;

N_t - реально минерализуемый азот за время t,

k - константа скорости минерализации.

переходят от величины потенциально минерализованного азота, определенного путем химической экстракции, к величине реально минерализованного почвенного азота за время t. Уравнение процесса минерализации было выведено на основе предположения, что скорость минерализации почвенного азота пропорциональна количеству потенциально минерализуемого азота в данное время (t). Рассчитывают константу скорости минерализации для каждого месяца (недели) вегетационного периода. Подставляя значение k в уравнение, описывающее процесс минерализации, вычисляют количество азота, которое предположительно будет минерализовано за вегетационный период как часть от N₀:N_t=aN₀. По количеству минерализованного азота (N_t) прогнозируется доза азотного удобрения.

Недостатком способа является громоздкость и дороговизна используемой для реализации способа аппаратуры, трудоемкость самого процесса, длительность способа, требующая в течение вегетационного периода ежемесячно (еженедельно) измерять температуру почвы, недостаточная точность, так как из опыта определяют только потенциально минерализуемый азот, а реально доступный (минерализуемый) рассчитывают эмпирически, учитывая только температуру почвы и время, игнорируя влажность и другие параметры. Прогноз на ближайший вегетационный период приблизителен, так как для вычисления константы скорости минерализации пользуются значениями температур данного вегетационного периода, в течение которого необходимы многократные измерения температуры почвы. Рекомендуется пользоваться среднедекадными или среднемесячными температурами, характерными для данной местности. Способ не учитывает также содержание в исходной почве минеральных форм азота перед началом вегетации.

Не учитывается механический состав почвы, который резко меняет интенсивность минерализационных процессов.

В отличие от прототипа в заявленном изобретении определение реально минерализуемого и потенциально минерализуемого азота проводится на основе интенсификации гидролитических ферментативных процессов путем инкубации почвы при температуре 34-36° С в течение 7-8 дней, что предотвращает массовую иммобилизацию образующихся в процессе минерализации минеральных соединений азота, проводится быстрое высвобождение реально и потенциально доступного растениям азота кипящей водой в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв, и непосредственное прямое определение в одной аликвоте реально и потенциально доступного азота растениям.

Предложенный способ в отличие от прототипа не требует громоздкой дорогостоящей аппаратуры (автоклав), длительных наблюдений за температурой почвы в течение вегетационного периода.

Технический результат изобретения для определения прогнозируемых доз азотных удобрений достигается за счет повышения температуры при компостировании почвы с 28 до 34-36° С, в результате чего происходят ускорение процесса мобилизации доступного для растений азота почвенной микрофлорой и оптимизация температурного режима для работы гидролитических ферментов, осуществляющих этот процесс [6], сокращения времени инкубации почвы до 7-8^и суток, что соответствует времени максимальной наработки почвенной биотой минеральных и способных к быстрой минерализации органических соединений азота, до начала их массового поглощения микроорганизмами в процессе иммобилизации, полного вытеснения в водный раствор доступного для растений азота путем кипячения навески почвы в воде в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и 30^и минут для тяжелосуглинистых почв, и прямого определения в аликвоте реально и потенциально доступного азота со сплавом Деварда, переводящим в щелочной среде нитратный азот в аммиачный.

Повышение точности способа осуществляется за счет определения дополнительного количества азота в составе реально минерализуемого за счет минеральных соединений азота, интенсификации ферментативного гидролиза органических соединений азота без массового поглощения этих форм микроорганизмами в процессе иммобилизации, благодаря повышению температуры до 34-36° С, сокращению срока инкубации почвы до 7-8 суток и переводу в раствор минерального и способного к минерализации азота, непосредственного определения в водной вытяжке реально и потенциально доступного азота. Повышение точности способа подтверждается данными таблицы 1, на которой представлена статистическая обработка величин реально и потенциально доступного азота определенных предлагаемым способом и по прототипу, проведенная по Дмитриеву Е.А. [7].

Видно, что точность определения реально доступного растениям азота по предлагаемому способу колеблется в пределах 1,10-1,19%, по прототипу 3,57-4,14%. Следовательно, погрешность определения реально доступного азота по предлагаемому способу в 3 раза меньше, чем по прототипу. Точность определения потенциально доступного азота по предлагаемому способу колеблется в пределах 0,49-0,56%, по прототипу 1,09-1,91%. Следовательно, погрешность определения потенциально доступного азота предлагаемым методом в 2-3 раза меньше, чем по прототипу. Относительная вероятная погрешность при определении реально минерализуемого азота по прототипу в 3-4 раза больше, чем по предлагаемому способу. Это связано с тем, что реально минерализуемый азот по прототипу определяется эмпирически на основе данных потенциально минерализуемого азота и температуры почвы. По предлагаемому способу реально минерализуемый азот определяется непосредственно из водной вытяжки после его мобилизации микрофлорой в течение 7-8 дней при 134-36° C.

Биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений под заданную урожайность культур на дерново-подзолистых почвах, включающий определение реально и потенциально минерализуемого азота, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения способа производят анализ минеральных и способных к минерализации соединений азота путем инкубации почвы при температуре 34-36° С в течение 7-8 дней, затем переводят в раствор минеральный и способный к минерализации органический азот почвы кипячением инкубированной навески почвы в воде в соотношении 1:5 в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв, и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв, после чего определяют в водной вытяжке из почвы на аппарате Кьельдаля содержание реально доступного растениям азота в условиях мягкого щелочного гидролиза, затем в условиях жесткого щелочного гидролиза определяют содержание потенциально доступного азота, прогнозируют дозу азота удобрения (D кг/га) по содержанию реально доступного растениям азота (Nр.д., кг/га) под заданную урожайность конкретной культуры (Ук, ц/га), используя справочный материал о коэффициентах усвоения азота почвы (0,4) и удобрений (40%) и количестве азота, требуемого для производства 1 ц/га товарной продукции (С, кг/га) по формуле

где:

D - прогнозируемая доза азота удобрения, Nкг/га;

Ук - урожайность культуры, под которую рассчитывают дозу азотного удобрения, ц/га;

С - количество азота, требуемое для производства одного ц/га товарной продукции планируемой культуры, кг/ц (справочный материал);

Nр.д. - количество реально доступного растениям азота в почве, определенное предлагаемым методом, кг/га;

0,4 - коэффициент использования растениями реально доступного азота почвы (среднее значение, справочный материал);

40 - коэффициент использования доступного азота растениями из удобрения (средняя величина, справочный материал), %,

и по количеству азота в удобрении определяют его норму на гектар дерново-подзолистой почвы.

Биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений на дерново-подзолистых почвах включает отбор почвенных проб, подготовку их к анализу, инкубацию почвы в течение 7-8 дней при влажности структурообразования и температуре 34-36° С, высвобождение минерального и способного к быстрой минерализации органического азота в раствор путем 20-ти минутного кипячения навески песчаных, супесчаных или среднесуглинистых почв и 30-ти минутного кипячения тяжелосуглинистых почв в воде в соотношении 1:5, определение в аликвоте реально доступного растениям азота в условиях мягкого щелочного гидролиза с СаО и сплавом Деварда на аппарате Кьельдаля, определение потенциально доступного азота растениям на аппарате Кьельдаля в условиях жесткого щелочного гидролиза с 40% NaOH.

Сущность предлагаемого способа поясняется конкретными примерами реализации, сведенными в таблицу 2, где представлена динамика минеральных и легко минерализуемых органических соединений азота при компостировании почв различного механического состава при температуре +36° С. Показано, что накопление минеральных форм азота (N-NO-3

, N-NH+4) - конечных продуктов минерализации азотсодержащих органических соединений, а также легкоразлагаемых промежуточных продуктов минерализации - аминосахаров и аминокислот - происходит на 7-8-ой день компостирования почвы при t +36° C. В интервале от 8-10 дней содержание лабильных соединений азота несколько уменьшается, затем возрастает на 12-13-ый день, однако на меньшую величину по сравнению с содержанием форм азота на 7-8-ой день, затем вновь снижается на 14-ый день.

Для почв разного механического состава время накопления наибольшего количества минеральных и легкоминерализуемых соединений азота было постоянным - 7-8 дней.

В таблице 3 представлено содержание легкоминерализуемых органических соединений азота в водной вытяжке в зависимости от времени кипячения инкубированной навески почвы. Видно, что практически весь аминокислотный азот и азот аминосахаров экстрагируются кипящей водой в течение 10-15 минут из всех почв. Однако полностью аминокислоты и аминосахара экстрагируются из супесчаной и среднесуглинистой почв после 20^и-минутного кипячения, а из тяжелосуглинистой почвы - через 30 минут.

В таблице 4 представлено влияние температуры от 25 до 38° С на динамику нитратного азота при инкубировании в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что наибольшее количество нитратного азота накапливалось в почве через 6-8 дней при температуре 34-36° С. При повышении температуры до 38° С наблюдалось снижение содержания нитратов в почве.

В таблице 5 представлено влияние температуры от 25 до 38° С на динамику аммиачного азота при инкубировании в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что на 6-8 день компостирования почвы содержание аммиачного азота, характеризующего процесс аммонификации, достигло максимума при температуре 34-36° С.

В таблице 6 представлено влияние температуры от 25 до 38° С на динамику азота аминосахаров при инкубации в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что содержание азота аминосахаров изменялось при температуре 28° С от 9,25 до 12, 74 мг/кг, с максимумом на 6-8 сутки. При температуре 36° С - от 11,37 до 15,22 мг/кг, с максимумом на 6-8 сутки (17,90 мг/кг). Таким образом максимальное количество азота аминосахаров, ближайшего резерва минерального азота при минерализации, накапливалось в почве на 6-8 сутки при температуре 34-36° С.

В таблице 7 представлено влияние температуры от 25 до 38° С на динамику азота аминокислот, мг/кг. Видно, что содержание азота аминокислот при температуре +28° С изменялось от 31,8 до 31,17 мг/кг почвы со 2-го по 16-ый день инкубации с максимумом 39,25 мг/кг на 6-8 сутки. При температуре 36° С динамика аминокислотного азота колебалась в пределах от 34,99 до 35,85 мг/кг с максимумом 41,98 на 6-8-ые сутки. Дальнейшее повышение температуры приводило к снижению содержания азота аминокислот, что могло быть связано либо со снижением жизнедеятельности минерализующей микрофлоры, либо с поглощением аминокислот гетеротрофными микроорганизмами.

Представленная в таблицах 4-7 зависимость между накоплением минеральных и легкоминерализуемых органических соединений азота и температурой почвы показывает, что максимальная мобилизация как минеральных, так и легкоминерализуемых органических соединений происходит при температуре 34-36° С за счет интенсификации не только микробиологической деятельности, но и, главным образом, почвенных гидролитических ферментов, ответственных за этот процесс. Оптимум их работы, как известно, находится в пределах 34-37° С [6]. В связи с этим недостатком предыдущих биохимических способов является создание оптимальной температуры только для микробиологической деятельности (+28° С), но не для работы почвенных ферментов, осуществляющих распад органических соединений, в связи с чем абсолютные значения и точность этих способов даны ниже.

Сущность предлагаемого способа подтверждается Фиг.1-5.

На Фиг.1 представлена динамика нитратов в мг/кг при 14^и дневной инкубации почвы, при t +36° C и влажности 60% от полной влагоемкости. Для всех почв характерно увеличение содержание нитратов в интервале 1-4 дня, затем интенсивность минерализационного процесса несколько снижается, но продолжает нарастать в интервале 4-7 дней, максимальное количество нитратного азота отмечено на 7^ой день инкубации. В интервале 8-10 дней происходит частичная иммобилизация нитратов и их количество уменьшается, затем вновь возрастает, не достигая содержания нитратов на 7^ой день инкубации и затем снова снижается на 13-14-ый день.

Из сопоставления содержания нитратов в почве и времени инкубации видно, что максимальное количество нитратного азота накапливается во всех почвах на 7-ой день, в дальнейшем происходит снижение его содержания в процессе иммобилизации. Динамика нитратного азота представляет собой классическую волнообразно затухающую кривую, отражающую интенсивность процессов мобилизации - иммобилизации нитратного азота без добавления энергетического субстрата.

Для дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы - 1 волнообразнозатухающий характер кривой является более отчетливым, для супесчаной и тяжелосуглинистой почв -2 , 3 - менее отчетливым. Это связано с тем, что супесчаная почва значительно аэрирована, основное количество нитратов накапливается в ней на 3-4-ый день, в дальнейшем изменения плавные, незначительные. Тяжелосуглинистая почва менее аэрирована в связи с наличием большого количества анаэробных микроагрегатных зон, где нитрификаторы, облигатные аэробы, не работают. Поэтому процесс носит плавный характер, а абсолютные значения нитратного азота в тяжелосуглинистой почве ниже по сравнению с супесчаной и среднесуглинистой почвами.

На Фиг.2 представлена динамика аммиачного азота в мг/кг для почв различного механического состава в процессе компостирования при t +36° C и влажности структурообразования. Максимальное количество аммонийного азота отмечено на 7-ой день компостирования во всех почвах. В дальнейшем содержание аммонийного азота уменьшалось волнообразно в связи с процессами мобилизации - иммобилизации. Высвобождение и накопление аммонийного азота из органических соединений почвы и почвенного поглощающего комплекса происходило практически с одинаковой интенсивностью во всех почвах до 7-8-ого дня компостирования (кривые почти параллельны друг другу). Начиная с 9^ого дня общая тенденция была к уменьшению, хотя наблюдались всплески аммонификационной активности в интервале 11-14 дней для среднесуглинистой и тяжелосуглинистой почв.

На Фиг.3 представлена динамика азота аминосахаров в мг/кг в процессе 16-и дневного компостирования дерново-подзолистых почв различного механического состава при t +36° С и влажности структурообразования. Максимальное накопление аминосахаров, промежуточных азотсодержащих продуктов минерализации отмечено в почвах на 7-8 день компостирования. Характер кривых более плавный по сравнению с динамикой минеральных форм азота, что связано с небольшим количеством биомассы почвенных микроорганизмов, подвергающейся реминерализации.

На Фиг.4 представлена динамика азота аминокислот в мг/кг в процессе 16^идневной инкубации почв различного механического состава при t +36° С и влажности 60% от полной влагоемкости. Динамика содержания азота аминокислот для всех почв носит плавный характер с периодом 3-4 дня, когда практически не происходило изменений в содержании азота аминокислот в почве и с максимумом в интервале 6-8 суток, после чего осуществлялось такое же плавное уменьшение их содержания, очевидно, в связи с поглощением почвенной биотой или трансформацией в нитраты и аммоний.

Из сопоставления данных таблицы 1 и Фиг.1-4 следует, что наибольшее количество реально и потенциально доступного азота растениям формировалось в почве при ее инкубации на 7-8-ые сутки при температуре 34-36° С.

На Фиг.5 представлено содержание в мг/кг последовательно экстрагируемых кипящей водой минеральных и органических форм азота в зависимости от времени кипячения. Видно, что основная масса минеральных и способных к быстрой минерализации органических соединений азота выходит в водную вытяжку через 10-15 минут от начала кипячения. Из сопоставления данных Фиг.5 и таблицы 3 следует, что из почв тяжелого механического состава следовые количества доступного азота продолжают поступать в раствор в течение 30-и минутного кипячения, а из среднесуглинистой почвы - в течение 20-и минут от начала кипячения.

В раствор переходят соединения азота, как реально доступные (минерализуемые) в течение ближайшего вегетационного периода (аминосахара, аминокислоты, аммонийные соли органических кислот), так и потенциально доступные, минерализуемые в течение ближайших 1-2-х вегетационных периодов (азот боковых цепей растворимых в воде гуминовых и фульвокислот, аммонийные соли уроновых, жирных кислот и их эфиры, азотсодержащие соединения типа холина, триметиламина, гипоксантина, креатинина, частично производные пиридина и фенола).

На основании экспериментальных данных таблицы 3 и Фиг.5 кипячение инкубированной навески почвы в воде следует проводить в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв от момента кипения.

Согласно изобретению на первом этапе проводят отбор почвенного образца агрохимическим или почвенным буром, сырую почву просеивают через сито 2 мм, воздушно-сухую - через 1 мм. На втором этапе проводят инкубацию почвы в течение 7-8 дней при влажности 60% от полной влагоемкости и температуре 34-36° С. При этой температуре, оптимальной не только для почвенной биоты, но и для ферментативного гидролиза, осуществляется мобилизация доступных растениям азотсодержащих соединений из органического вещества почвы. Образуются как промежуточные продукты минерализации: аминосахара, аминокислоты, аммонийные соли органических кислот, азот водорастворимых гуминовых и фульвокислот, амины, амиды и др. (период минерализации их в почве максимально 1-2 недели). Образуются также конечные продукты минерализации - нитраты и аммоний - без массового их поглощения микроорганизмами почвы.

На третьем этапе высвобождают доступный растениям минеральный и способный к быстрой минерализации органический азот кипячением инкубированной навески почвы в воде в течение 20 минут для песчаных, супесчаных или среднесуглинистых почв и 30 минут для тяжелосуглинистых почв от начала кипения в колбах с обратным холодильником при соотношении почва/вода 1:5, фильтруют через обычный фильтр.

На четвертом этапе помещают 20 мл фильтрата в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, добавляют 1-2 г сплава Деварда для восстановления нитратов в аммоний, добавляют 0,5 г СаО для создания мягкого щелочного гидролиза и производят отгон азота в течение 10 минут в борную кислоту с индикатором Гроака, оттитровывают 0,001 н. H₂SО₄ - содержание реально доступного растениям азота, затем добавляют в отгонную колбу 10 мл 40% NaOH для создания жесткого щелочного гидролиза и отгоняют в борную кислоту с индикатором Гроака потенциально доступный растениям азот почвы. Оттитровывают содержание потенциально доступного растениям азота 0,001 н. H₂SО₄. Вычисляют реально доступный для растений азот по формуле

где:

N_р.д. - количество реально доступного для растений азота, мг/кг;

а - количество 0,001 н. H₂SO₄, затраченное на титрование рабочей пробы при определении реально доступного растениям азота, мл;

b - количество 0,001 н. H₂SO₄, затраченное на титрование холостой пробы при определении реально доступного растениям азота, мл;

Н - нормальность Н₂SO₄; (0,001)

14 - вес 1 мг-экв. азота, мг;

V - объем Н₂О, прилитый к навеске почвы, мл;

С - аликвота, взятая для последовательного определения реального и потенциально доступного растениям азота в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, мл;

Р - навеска сырой почвы, г;

1000 - пересчет на 1 кг почвы, г;

К - коэффициент пересчета на абсолютно сухую навеску почвы (относительная величина).

Расчет потенциально доступного азота проводят по той же формуле, что и для реально доступного азота.

Для определения всего доступного для растений азота, без выделения реально доступного, к аликвоте 10-20 мл в отгонной колбе аппарата Кьельдаля добавляют 1-2 г сплава Деварда и 10 мл 40% NaOH и проводят отгон всего доступного азота в борную кислоту с индикатором Гроака. Расчет производят по той же формуле, что и для реально доступного азота.

На пятом этапе рассчитывают содержание реально доступного азота в пахотном горизонте почвы в кг/га по формуле

где:

N_{р· д.} - содержание реально доступного азота в почве, кг/га;

a - вес пахотного горизонта, т/га*;

b - содержание реально доступного азота в почве, мг/кг;

1000 - количество кг в 1 т.

*Вес пахотного горизонта в т/га рассчитывают по формуле

P=hgS,

где:

Р - вес пахотного горизонта, т/га;

h - мощность пахотного горизонта в метрах;

g - объемный вес в т/м³;

S - 10000, площадь 1 га/м².

Например: объемный вес = 1,18 г/см³, мощность пахотного горизонта - 20 см (0,2 м).

Р=0,2× 1,18× 10000=2360 т/га

Определяют реальный вынос культурой почвенного азота из содержания реально доступного по стандартным коэффициентам [8]. Коэффициент усвоения почвенного азота растениями на дерново-подзолистых почвах в среднем составляет 40%.

Расчет производят по формуле

где:

N_p.в.п. - количество реально доступного азота почвы, которое может усвоить культура, кг/га;

N_р.д. - количество реально доступного азота в почве, определенное предлагаемым методом, кг/га;

Кп - коэффициент использования почвенного азота растениями, %. (40).

Определяем количество азота, требуемое для производства планируемой урожайности конкретной культуры (Ук), используя справочный материал (8) о количестве азота, требуемом для производства 1 ц/га товарной продукции планируемой культуры (С).

где:

N_п.ц - количество азота, требуемое культурой под заданную урожайность, кг/га;

Ук - урожайность культуры, под которую рассчитывают дозу азотного удобрения, ц/га.

С - количество азота, требуемое для производства 1 ц/га товарной продукции планируемой культуры, кг/ц.

Для производства планируемого урожая культура потребует азота: Ук× С, кг/га в почве, для усвоения растениями содержится реально доступного азота:

N_р.д.×_{0,4 кг/га.}

Вычисляем прогнозируемую дозу азота с минеральными удобрениями

Использование азота растениями из минеральных азотных удобрений составляет в среднем 40%, окончательная прогнозируемая доза азота удобрения D кг/га будет равна

где:

D - прогнозируемая доза азота удобрения, Nкг/га;

Ук - урожайность культуры, под которую рассчитывают дозу азотного удобрения, ц/га;

С - количество азота, требуемое для производства одного ц/га товарной продукции планируемой культуры, кг/ц (справочный материал);

Np.д. - количество реально доступного растениям азота в почве, определенное предлагаемым методом, кг/га;

0,4 - коэффициент использования растениями реально доступного азота почвы, (среднее значение, справочный материал);

40 - коэффициент использования доступного азота растениями из удобрения, (средняя величина, справочный материал), %,

и по количеству азота в удобрении определяют его норму на гектар дерново-подзолистой почвы.

Примеры конкретной реализации предлагаемого изобретения

Пример 1. Определение реально доступного азота в пахотном горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы с целью прогнозирования доз азотных удобрений под заданную (планируемую) урожайность конкретной культуры

Отбор почвенных образцов производится тростьевым агрохимическим буром на глубину пахотного горизонта. Образец составляется из 25-30 индивидуальных (25-30 уколов буром по диагонали участка). Время отбора - ранняя весна (апрель) или поздняя осень (октябрь), когда почва находится в равновесном состоянии. Свежую почву пропускают через сито 2 мм, инкубируют в биологическом термостате, при влажности 60% от полной влагоемкости, в течение 7-8 дней при t 34-36° C. Затем 10 граммов прокомпостированной почвы заливают 50 мл дистиллированной воды, закрывают пробкой с обратным холодильником и кипятят 20 минут, если почва супесчаная или среднесуглинистая, и 30 минут, если почва тяжелосуглинистая, от момента закипания. 20 мл фильтрата помещают в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, прибавляют 1-2 грамма сплава Деварда, 0,5 грамма СаО и отгоняют реально доступный азот в борную кислоту с индикатором Гроака. Оттитровывают 0,001 н. H₂SО₄. Допустим, пошло на титрование 3 мл 0,001 н. H₂SО₄. Вычисляем содержание реально доступного азота (Np.д.) для растений, мг/кг сухой почвы:

Проводим прогнозирование дозы минерального азотного удобрения под урожайность озимой ржи 20 ц/га, если содержание реально доступного азота в почве равно 12,6 мг/кг.

Определяем количество реально доступного азота в 1 гектаре пахотного горизонта почвы: 12,6× 3=37,8 кг/га (вес пахотного горизонта почвы в среднем равен 3000000 кг, или более точно рассчитывают по формуле: р=h× g× S, где:

р - вес пахотного горизонта, т/га;

h - мощность пахотного горизонта, м;

g - объемный вес почвы, т/м³;

S - 10000, площадь 1 га, м².

Определяем вынос растениями почвенного азота из содержания реально доступного. Коэффициент использования почвенного азота растениями в среднем равен 40% [8]. При 40% использовании растениями реально доступного почвенного азота вынос составит 15,1 кг/га (37,8× 0,4:100).

Определяем вынос азота с урожаем зерна озимой ржи 20 ц/га. Урожай зерна озимой ржи в 1 ц/га требует 3,1 кг/га азота [8] - справочный материал. Урожай зерна в 20 ц/га потребует: 20× 3,1=62 кг/га. В почве для усвоения растениями содержится только 15,1 кг/га азота. При 40% использовании азота из минерального удобрения прогнозируемая доза азота минерального удобрения составит

Пример 2. Определение потенциально доступного растениям азота

Отбор и подготовка почвенных образцов, как в примере 1. После определения реально доступного азота растениям в аппарате Кьельдаля, в отгонную колбу добавляют 10 мл 40% NaOH, подставляют другой приемник с 5 мл борной кислоты и индикатором Гроака и отгоняют потенциально доступный азот. Допустим, пошло на титрование бората аммония 12 мл 0,001 н. H₂SO₄. Вычисляем потенциально доступный азот (N_п.д.) в мг/кг сухой почвы:

Пример 3. Определение всего доступного растениям азота.

Отбор, подготовка образцов, компостирование почвы, получение вытяжки, как в примере 1. 20 мл вытяжки помещают в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, добавляют 1-2 г сплава Деварда, 10 мл 40% NaOH и отгоняют доступный растениям азот в 5 мл Н₃ВО₃ с индикатором Гроака. Допустим, на титрование пошло 15 мл 0,001 н H₂SО₄. Вычисляем доступный растениям азот (Nд.) в мг/кг сухой почвы:

Пример 4. Определение азотного состояния почвы, ее эффективного плодородия, если содержание реально доступного азота равно 12, 6 мг/кг

Определяем количество реально доступного азота в 1 га пахотного горизонта: 12,6· 3=37,8 кг/га (Вес пахотного горизонта в среднем равен 3000000 кг). При 40% использовании растениями реально доступного почвенного азота вынос составит 15,1 кг/га (37,8· 40:100).

Для производства 1 ц озимой ржи, например, требуется 3,1 кг/га азота (справочный материал) [8]. Реально доступного азота хватит на производство 4,9 ц/га зерна озимой ржи (15,1:3,1). Урожай очень низкий, почва крайне бедна реально доступным азотом. Эффективное плодородие почвы очень низкое.

Результаты многочисленных экспериментальных исследований подтверждают повышение точности предложенного биохимического способа прогноза, сокращение срока компостирования почвы, установленное время для экстракции доступного азота кипящей водой для почв различного механического состава и возможность определения конкретных доз минерального азота под заданные (планируемые) урожаи культур для конкретного вида почв (дерново-подзолистых).

Источники информации

1. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М., Колос, 1968, с.249.

2. Башкин В.Н. Агрогеохимия азота. АН СССР, Пущино, 1987. – 270 с.

3. Хабиров И.К. Экология и биохимия азота в почвах Приуралья. УФА: УНЦРАН, 1993. – 223 с.

4. Корнфилд Д.Р. Определение щелочногидролизуемого азота. В кн.: Агрохимические методы исследования почв. М., Наука. 1975, с.98.

5. Stanford G., and S.J. Estimating Potentially Mineralizable Soil nitrogen from a Chemical Index of Soil nitrogen Availability. Soil Science. 1976, number 2, vol.122, p.71-76.

6. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. Наука. 1990. – 188 с.

7. Дмитриев Е.А. Методы математической статистики в почвоведении. М., 1996, с.115.

8. Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. М., 1977, с.65.

Таблица 4.Биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений под заданную урожайность культур на дерново-подзолистых почвахДниТемпература, +° С2528303234363821.001.121.161.721.871.981.0642.983.543.824.114.284.463.3463.774.084.284.524.654.833.6283.984.114.564.734.814.943.82103.083.223.443.643.763.823.31123.644.054.124.224.354.483.24142.572.692.883.023.173.282.03162.332.552.732.983.113.221.98Таблица 5.ДниТемпература, +° С2528303234363825.956.447.387.958.058.137.7749.6310.1710.9811.0711.3711.5511.02612.5613.2213.7414.0014.0014.3813.27812.9813.6314.1714.5514.6514.9513.651012.7713.0013.8612.0912.2712.8812.03129.119.239.9210.1210.4410.7210.00148.969.129.649.9810.1510.579.48168.178.789.3610.0010.1110.44913Таблица 6.ДниТемпература, +° C2528303234363828.969.2510.1710.8611.0311.3711.00410.2311.8812.5412.6613.7313.9812.92612.9514.5315.8916.1816.9717.0716.89814.7715.9616.3917.2517.8717.9017.121013.8314.3915.5416.8917.2917.4116.831212.9813.6914.9315.0615.4815.8815.061412.2413.0814.1614.9615.3315.3514.631612.0512.7413.8914.2114.8815.2214.38Таблица 7.ДниТемпература, +° C25283032343638231.7531.5833.6234.1234.4534.9933.03432.1734.3335.9236.4437.2237.3835.12635.8838.5539.2440.9841.3841.5440.36837.6439.2540.1841.0241.4241.9840.621035.3237.7438.5240.2639.8840.3339.781232.7833.6634.8635.1835.9836.4435.831431.5632.5433.2634.7835.2336.2835.081630.4331.1732.6733.8134.6435.8534.96

Изобретение относится к области земледелия, агрохимии, агроэкологии, биологии почв, химическому анализу почв и может быть использовано для оценки азотного состояния дерново-подзолистых почв, прогноза их нуждаемости в азотных удобрениях, определения запасов доступного растениям азота, прогнозирования урожайности культур. Способ включает определение минерального и потенциально минерализуемого азота, которое производят путем инкубации почвы при температуре 34-36°С в течение 7-8 дней. Затем переводят в раствор минеральный и потенциально минерализуемый азот почвы кипячением инкубированной навески почвы в воде в соотношении 1:5 в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв. После этого определяют в водной вытяжке из образца почвы на аппарате Кьельдаля содержание реально доступного растениям азота в условиях мягкого щелочного гидролиза, затем в условиях жесткого щелочного гидролиза определяют содержание потенциально доступного азота, прогнозируют дозу азота удобрения по содержанию реально доступного растениям азота под заданную урожайность конкретной культуры с использованием коэффициента усвоения растениями азота почвы и удобрений и количества азота, требуемого для производства одного ц/га товарной продукции, по формуле где D - прогнозируемая доза азота удобрения, N кг/га, Ук - урожайность культуры, под которую рассчитывают дозу азотного удобрения, ц/га, С - количество азота, требуемое для производства одного ц/га товарной продукции планируемой культуры, кг/ц, Np.д - количество реально доступного растениям азота в почве, кг/га, 0,4 - коэффициент использования растениями реально доступного азота почвы, 40 - коэффициент использования доступного азота растениями из удобрения, %. Способ позволяет исключить использование громоздкой дорогостоящей аппаратуры и не требует длительных наблюдений за температурой почвы в течение вегетационного периода. 5 ил., 4 табл.

Биохимический способ прогнозирования доз азотных удобрений под заданную урожайность культур на дерново-подзолистых почвах, включающий определение минерального и потенциально минерализуемого азота, отличающийся тем, что определение минерального и потенциально минерализуемого азота производят путем инкубации почвы при температуре 34-36°С в течение 7-8 дней, затем переводят в раствор минеральный и потенциально минерализуемый азот почвы кипячением инкубированной навески почвы в воде в соотношении 1:5 в течение 20 мин для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 мин для тяжелосуглинистых почв, после чего определяют в водной вытяжке из образца почвы на аппарате Кьельдаля содержание реально доступного растениям азота в условиях мягкого щелочного гидролиза, затем в условиях жесткого щелочного гидролиза определяют содержание потенциально доступного азота, прогнозируют дозу азота удобрения по содержанию реально доступного растениям азота под заданную урожайность конкретной культуры с использованием коэффициентов усвоения растениями азота почвы и удобрений и количества азота, требуемого для производства одного ц/га товарной продукции, по формуле

где

D - прогнозируемая доза азота удобрения, N кг/га,

У_к - урожайность культуры, под которую рассчитывают дозу азотного удобрения, ц/га,

С - количество азота, требуемое для производства одного ц/га товарной продукции планируемой культуры, кг/ц,

N_p.д - количество реально доступного растениям азота в почве, кг/га,

0,4 - коэффициент использования растениями реально доступного азота почвы,

40 - коэффициент использования доступного азота растениями из удобрения, %.