Сравнительная эффективность того или иного воздействия на растения и почвенную среду, в нашем случае разбросного и локального применения удобрений, в принципе обусловливается соотношением присущих каждому из них положительных и негативных сторон. В качестве положительного момента технологии разбросного внесения удобрений часто указывается на более высокую производительность применяемых для этого наземной техники и авиации. Но недостатков она имеет значительно больше, чем достоинств. К числу наиболее значимых относится неравномерность распределения удобрений по поверхности почвы, которая не должна превышать 10-20%. Применяемые для этого технические средства такой равномерности не обеспечивают. В результате получается: где густо, где пусто. Подобная пестрота в распределении удобрений приводит к несинхронному росту и развитию растений, полосному их полеганию при достаточном и избыточном увлажнении, неравномерному воздействию на почвенную среду. Конечным результатом такого применения удобрений, как правило, является снижение продуктивности агроценозов и качества урожая [Соколов, 1947; Федоровский, 1979; Филиппов, 1967; Останин, 1972; Минеев, 1975; Креффт, 1979; и др.]. Этому способствует и меньшая устойчивость растений к болезням и вредителям. Положение усугубляется и ограниченностью набора средств для последующей заделки вразброс внесенных удобрений: культиватор, борона, плуг. В случае применения первых двух до 50-80% гранул удобрений остается в слое почвы 0-2 см и до 100% на глубине 0-6 см [Булаев и др., 1977; Медведев, 1980; Тепляков, Федоров, 1979; Осипов и др., 1980; Тарарико и др., 1980], пересыхающем в первые же весенние дни. При таком распределении резко снижается позиционная доступность элементов питания корневым системам растений. В условиях весенней засухи, когда преобладает восходящий ток влаги, миграция элементов питания и рост корней молодых растений вообще имеют противоположную направленность. Возможность их встречи будет определяться двумя факторами: временем и количеством выпадения осадков и степенью развития вторичной корневой системы.

Большая продолжительность пребывания удобрений в тесном контакте с почвой до начала их использования растениями также может выступать в качестве фактора иммобилизации части питательных веществ. О повышении эффективности фосфорных удобрений в результате уменьшения срока их взаимодействия с почвой сообщается в ряде работ [Гулякин, Коровкина, 1958; Булаев, 1974а; Гилис, 1975]. Обычно этот период при внесении удобрения под зяблевую вспашку составляет 8-9 месяцев. В определенных условиях весеннее внесение оказывается предпочтительнее осеннего под картофель [Магницкий и др., 1965], яровую пшеницу [Хритонов, 1969]. Сокращение периода взаимодействия фосфорных удобрений со 152-170 до 14 дней повышало урожай хлопка сырца [Рахматджанов и др., 1971]. При этом локальное внесение удобрений оказалось более эффективным, чем смешивание их с почвой при набивке сосудов. Отмечается, что чем сильнее почва фиксирует фосфор, тем выше эффект от локального размещения удобрений по сравнению с внесением вразброс [Barber, 1977].

Разбросное внесение азотных удобрений и перемешивание их с верхним слоем почвы может приводить к значительным газообразным потерям азота. По имеющимся данным, они могут составлять 15-30% от внесенного количества азота удобрений [Андреева, Щеглова, 1966; Бобрицкая, Москаленко, 1969; Смирнов, 1977; и др.]. Исследованиями на серой лесной почве с различными культурами установлено, что ленточное внесение сульфата аммония на глубину 10-12 см снижало потери азота удобрений по сравнению с разбросным способом в первый год в 1,3-2,2 раза, а во второй – в 1,2-3,6 раза [Соколов, Семенов, 1992]. Технология разбросного применения удобрений на склоновых землях может сопровождаться значительными потерями элементов питания, особенно азота, за счет поверхностного смыва. При крутизне склонов в 2-3° в зависимости от дозы удобрения, физико-химических свойств почвы, характера выпадения осадков и их величины потери азота удобрений могут достигать 20% [Юркин и др., 1978].

Положительное влияние внутрипочвенного локального внесения удобрений на продуктивность растений ранее связывалось с тем, что удобрения размещаются в виде концентрированных очагов в слоях почвы с лучшей обеспеченностью влагой. Указывалось так же и на то, что при таком распределении элементов питания улучшается позиционная доступность элементов питания корневым системам растений, снижается их потребление микрофлорой почвы. При всей важности указанных факторов для продукционного процесса растений подобных сведений было явно недостаточно для объяснения возможной сложной картины взаимодействия компонентов системы: почва – удобрение – растение. Специфической особенностью всех видов локального применения удобрений является то, что в ограниченном объеме почвы формируются зоны с повышенным содержанием подвижных форм элементов питания [Надеждин, 1965; Булаев, 1973; Вильдфлуш и др., 1971; Гилис, 1975]. Их концентрация в месте расположения удобрения и в соседних участках почвы определяется многими факторами. Далеко не последнюю роль в микрораспределении подвижных форм элементов питания при локальных способах внесения имеют состав вносимого удобрения, миграционная подвижность элементов питания и их способность вступать в обменные процессы в почве.

При изучении микрораспределения элементов питания из места внесения удобрения общепринятые методы отбора образцов почвы непригодны. Поэтому исследователи используют послойный их отбор в виде горизонтальных монолитов [Трапезников, 1983] или путем взятия не менее 10 индивидуальных проб на глубину до 15-20 см перпендикулярно направлению ленты [Zerkoune et al., 1993]. Для получения репрезентативного смешанного образца почвы используется отбор индивидуальных проб в рядке, в середине междурядий и около рядков [Soil sampling…, 1994]. Нередко для этого берутся образцы с большими интервалами. Включение очага удобрения с большим объемом почвы зачастую не позволяет оценить истинные параметры тех или иных признаков и свойств в очаге и соседних с ним участках почвы. Во избежание этого нами использовался мелкомасштабный отбор образцов почвы в виде горизонтальных монолитов сечением 2х2 см по схеме (рис. 1). На тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе нитрофоску состава 12:12:12 вносили лентой шириной 2 см на глубину 10 см в середину 15-см междурядий яровой пшеницы с помощью специального шаблона. Разбросное внесение удобрения осуществляли путем равномерного перемешивания его со слоем почвы 0-10 см. В течение вегетации проводили 4-5 отборов почвы с учетом фаз развития растений. Наблюдения, проведенные в течение нескольких сезонов, в принципе давали сходную картину динамики микрораспределения подвижных форм азота, фосфора и калия.

В условиях наших опытов миграция N-NH₄ в течение вегетации сильнее была выражена по вертикали, чем по горизонтали. Максимальное содержание данной формы азота было приурочено к месту расположения ленты удобрения. Примерно через 2 недели после закладки опыта количество N-NH₄ в образце, включавшем ленту удобрения и по одному сантиметру сверху и снизу, доходило до 50 мг в 100 г почвы. В соседнем по горизонтали монолите оно было примерно в три раза меньше. В течение вегетации аммоний практически не мигрировал по горизонтали дальше 3-4 см. По вертикали от места внесения нитрофоски повышенное содержание аммония отмечалось в слое почвы 5-15 см. При перемешивании удобрения, имитирующем разбросной способ, некоторое увеличенное содержание аммония наблюдалось в слое почвы 0-10 см до фазы кущения. Гетерогенность в распределении N-NH₄ при ленточном внесении нитрофоски сохраняется длительное время. В условиях наших опытов она четко прослеживалась и в период колошения яровой пшеницы. О продолжительном существовании очага повышенного содержания аммония в месте расположения ленты нитрофоски и соседних с ним участках почвы свидетельствуют данные и других исследователей [Гилис, 1975; Вильдфлуш и др., 1971].

Содержание подвижных форм азота в очаге и их миграция в соседние участки почвы существенно зависят от ширины ленты удобрения [Лыкова и др., 1980], свойств почвы и формы азотных удобрений [Кореньков, 1976; Соколов и др., 1983; Pang et al., 1973], дозы удобрения. Увеличение дозы азотных удобрений с 30 до 60 кг/га приводило к расширению зоны миграции аммония. Показано, что определенное влияние на количество и соотношение форм азота в очаге оказывает глубина экранного внесения сульфата аммония [Семенов, Соколов, 1982; Соколов, Семенов, 1992]. В местах расположения сульфата аммония (от 10 до 30 см) отмечалось повышенное содержание обменного и необменного аммония и через месяц после его внесения. При этом чем глубже заделывалось удобрение экраном, тем меньше образовывалось нитратов.

Общеизвестно, что нитратная форма азота характеризуется значительно большей подвижностью, чем аммонийная. Облегченный выход N-NO₃ из очага путем диффузии с восходящим или нисходящим потоком влаги способствует формированию более обширной зоны повышенного его содержания (рис. 2). В отличие от аммония очаг высокого содержания NO₃ сохраняется лишь в течение 3-4 недель после внесения нитрофоски. При перемешивании удобрения со слоем почвы 0-10 см отмечается более равномерное распределение N-NO₃. В условиях острой засухи, когда преобладает восходящий ток влаги, значительное количество нитратов может накапливаться в верхнем 5-сантиметровом слое почвы.

В случае ленточного внесения зона расположения удобрения характеризовалась повышенным содержанием минерального азота. Однако четко выраженная гетерогенность в распределении N-NO₃ при внесении обычной мочевины отмечалась лишь до фазы кущения яровой пшеницы. В фазу 1-2 листьев повышенное содержание нитратов при внесении обычной мочевины наблюдалось в большем объеме почвы, чем при внесении капсулированной. Особенностью локального внесения капсулированной мочевины было сохранение повышенного содержания N-NO₃ в очаге до наступления молочной спелости зерна. Вероятно, локальное внесение азотных удобрений с пролонгированным действием позволит создавать более благоприятные условия азотного питания растений и на заключительных этапах онтогенеза растений.

Детальными исследованиями на серой лесной почве показано, что основные изменения в содержании и распределении форм азота при различных способах внесения сульфата аммония происходят в течение первых 3-5 недель [Соколов, Семенов, 1992]. Длительное сохранение повышенного содержания минерального азота в очаге авторы связывают с невысокой миграционной способностью N-NH₄ в почве, а также торможением процесса нитрификации. Важная роль в поддержании гетерогенитета по содержанию минеральных форм азота отводится процессу усиленной мобилизации азота органического вещества почвы в месте расположения азотного удобрения. Поэтому после достаточно большого периода времени взаимодействия удобрения и почвы, повышенное содержание минерального азота в очаге и соседних с ним зонах представлено преимущественно азотом почвы.

Запасы минерального азота (N-NO₃ + N-NH₄) в метровом слое до перехода температуры почвы через +10° в среднем за три года составили 238 кг/га. Из них на долю N-NO₃ приходилось 167 кг, или 70%. Распределение нитратного азота по профилю было довольно равномерным с максимальной концентрацией в слоях 20-40 и 40-60 см (соответственно 15,5 и 16,5 мг/кг почвы). В слоях 0-20 и 80-100 см содержание нитратов различалось незначительно (10,0 и 11,5 мг/кг). Распределение аммонийного азота по профилю носило иной характер. Наибольшее количество его приходилось на верхний 20-см слой почвы (8,8 мг/кг) с плавным снижением по глубине до 3,9 мг в слое 80-100 см (табл. 1).

Наиболее значимые по вариантам опыта различия в запасах и соотношении форм минерального азота в метровом слое зафиксированы в период кущение – цветение растений пшеницы. При разбросном внесении нитрофоски фонд N_мин. был значительно выше, чем без удобрения и ленточном способе. Эти различия обусловливались преимущественно нитратной формой азота. Так, в фазы кущения и трубкования в метровом слое почвы при разбросном внесении удобрения содержалось N-NO₃ в 1,5 и более раза больше, чем при локальном способе (табл. 1).

Особенности в трансформации азота, обусловленные характером распределения удобрения в почве, предопределяют и неодинаковые суммарные запасы минерального азота и соотношение его форм в данный период вегетации яровой пшеницы. При ленточном внесении нитрофоски соотношение N-NO₃ и N-NH₄ смещается в пользу восстановленного азота. Анализ данных свидетельствует о том, что выявленные различия по способам внесения удобрения связаны преимущественно с особенностями превращения и использования азота в верхнем гумусированном 0-40 см слое почвы. Причем в слое 20-40 см они были более существенными, чем в верхнем 0-20 см. Так, например, в кущение запасы минерального азота в слое 20-40 см при разбросном внесении составили 74, локальном – всего лишь 28 кг/га, из них на долю N-NO₃ приходилось соответственно 57 и 20 кг/га. Сходная картина сохранялась и в фазу трубкования: 41 и 32 кг N-NO₃ при разбросном, 21 и 11 кг/га N-NO₃ при ленточном внесении нитрофоски. В последнем случае в фазы кущения и выхода в трубку в данном слое почвы запасы минерального азота и его нитратной формы были практически такими же, как и в варианте без внесения удобрения. При ленточном способе удобрение взаимодействует с ограниченным объемом почвы, поэтому большая часть почвы остается в естественном состоянии и слабо подвержена влиянию технического азота. Представляется, что менее интенсивные процессы минерализации органического вещества почвы имеют важное экологическое значение. Сходные результаты были получены и в экспериментах на черноземе типичном выщелоченном карбонатном [Середа и др., 1997]. Запасы минерального азота в метровом слое почвы в начале вегетации пшеницы при внесении N₉₀ лентами были заметно ниже, чем под культивацию и особенно под зяблевую вспашку. При этом в составе минерального азота возрастала доля аммонийной формы.

Характер распределения удобрения в почве отражается на запасах минерального азота и на заключительных этапах развития яровой пшеницы. Так, к моменту наступления восковой спелости зерна при разбросном внесении удобрения в слое почвы 0-40 см содержалось 66 кг минерального азота, из них на долю N-NO₃ приходилось 45 кг/га. На фоне ленточного распределения нитрофоски они составили соответственно 40 и 24 кг/га. Вероятно, эти различия по способам внесения удобрения обусловливались не только особенностями трансформации азота в почве, но и интенсивностью его использования растениями.

Существенные различия по запасам минерального азота в период налива зерна были зафиксированы и в более глубоких подпочвенных слоях, но противоположной направленности. При ленточном внесении в фазу молочной спелости зерна в слое 60-100 см они были выше, чем на фоне разбросного применения. В восковую спелость эти различия проявлялись наиболее рельефно: на фоне локального применения содержалось 96 кг минерального азота, в т.ч. N-NO₃ – 76 кг/га. Для варианта с разбросным внесением они составили соответственно 40 и 31 кг/га, т.е. были ниже более чем в два раза. Последнее нашло отражение и в общих запасах минерального азота и его форм в метровом слое (табл. 1). Повышенные запасы N-NO₃ в слое 60-100 см в данный период при локальном внесении нитрофоски в принципе могут быть связаны с двумя противоположно направленными процессами: миграцией из верхних слоев почвы или поступлением с восходящим потоком влаги из слоев, расположенных глубже 100 см. Второе объяснение представляется более предпочтительным по следующим соображениям. В двух опытах из трех заключительные этапы онтогенеза яровой пшеницы протекали при явном недостатке влаги в почве. При ленточном внесении удобрения запасы влаги в метровом слое, как правило, оказываются ниже, чем при разбросном. Не были исключением и обсуждаемые опыты. Так, например, к фазе цветения суммарные запасы влаги в метровом слое при ленточном внесении нитрофоски были на 200 т/га ниже, чем при разбросном. Вероятно, более мощный восходящий поток влаги и является причиной обогащения слоя 60-100 см дополнительным количеством нитратов. Последнее может вносить определенный вклад как в формирование более высокого урожая зерна яровой пшеницы без снижения биохимических и технологических показателей его качества [Трапезников, 1983], так и уменьшение миграции N-NO₃ с грунтовыми водами в соседние с агроценозами территории.

Топография распределения подвижных форм фосфора и калия в почве при различных способах применения минеральных удобрений привлекала внимание многих исследователей. В лабораторных опытах на средневыщелоченном черноземе за 125 суток фосфорная кислота передвигалась от места внесения удобрения на 7-8 см [Гилис, 1975]. В краткосрочных лизиметрических и микрополевых опытах на дерново-подзолистых почвах фосфор нитроаммофоски почти полностью оставался в пределах 2-4 см от места внесения удобрения [Булаев и др., 1976а]. Содержание подвижного фосфора в месте расположения удобрения в зависимости от его дозы достигало 200-450 мг Р₂О₅ на 100 г почвы. В микрополевых опытах незначительная часть фосфора через три недели после внесения удобрения мигрировала на расстояние до 5-6 см. На миграцию фосфора из очага оказывает влияние и форма совместно внесенного азотного удобрения. Показано, что подвижность фосфора повышается под влиянием сульфата аммония. Противоположное действие оказывает мочевина, что объясняется подщелачиванием среды продуктами ее гидролиза [Булаева, 1975]. В экспериментах на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при ленточном внесении смеси простых удобрений (аммиачная селитра, суперфосфат, калий хлористый) основная масса фосфорной кислоты сосредоточивалась в радиусе 4 см [Каликинский, Тверезовская, 1976]. На большее (до 8 см) расстояние мигрировал из очага калий. Показано, что с увеличением дозы калийного удобрения зона миграции калия расширяется, а распространение его от очага фиксировалось на расстоянии 6-7 см как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях [Булаев и др., 1976б]. Сообщается, что в зависимости от дозы фосфорного удобрения повышенное содержание подвижного фосфора в месте расположения ленты сохраняется до трех лет [Zerkoune et al., 1993]. При этом примерно 90% фосфора удобрения обнаруживалось на удалении до 5 см от точки внесения.

Результаты наших наблюдений за динамикой распределения подвижных форм фосфора и калия, проведенных в микрополевых опытах на выщелоченном черноземе [Трапезников, 1983; Трапезников и др., 1977], в принципе согласуются с данными литературы. При обоих способах внесения нитрофоски в дозе 60 кг/га основное количество фосфора и калия сосредоточивалось в том участке почвы, куда вносилось удобрение (рис. 3). При ленточном размещении удобрения повышенное содержание данных элементов питания было приурочено к самому очагу и в радиусе 3-5 см от него. Через 1,5-2 недели содержание подвижного фосфора непосредственно в очаге достигало 120, а калия более 80 мг на 100 г почвы. Уровень миграции фосфора из очага во многом определяется составом удобрения. При совместном внесении двойного суперфосфата и мочевины усиливалась диффузия подвижного фосфора из ленты [Fan, MacKenzie, 1993]. В свою очередь, фосфор замедлял гидролиз мочевины и ослаблял повышение рН около ленты удобрения.

Гидротермические условия в течение вегетации по годам оказывали слабое влияние на характер распределения данных элементов питания. Более контрастные различия наблюдались в изменении абсолютного содержания подвижного фосфора в очаге. Так, в условиях острого дефицита влаги в течение всего вегетационного периода 1975 г. содержание Р₂О₅ со 120 мг в 100 г почвы в фазу кущения пшеницы снизилось к началу молочно-восковой спелости зерна лишь на 20%, а в более благоприятном по увлажнению 1976 г. – в два раза. Менее выраженные различия в динамике содержания доступного растениям фосфора выявляются и в случае определения его по слоям почвы с интервалами в 20 см [Середа и др., 1998]. Через месяц (фаза кущения яровой пшеницы) после внесения нитрофоски вразброс концентрация фосфора в слое 0-20 см составила 13,7 мг/100 г, лентой – 16,9, в фазе трубкования соответственно – 15,1 и 17,0 мг/100 г почвы. Установлено, что прочность связи фосфора удобрений с почвой при локальном их внесении ниже, чем разбросном [Фатеев, 1993], а в слое внесения удобрения образуется значительное количество наиболее доступных для растений фосфатов железа и кальция [Анчихорова, 1991].

Неравномерное распределение удобрений в почве вызывает гетерогенность среды не только по признаку содержания элементов питания. Наблюдения показывают, что та часть корневой системы растения, которая формируется в зоне размещения нитрофоски, функционирует в условиях с иным соотношением доступных форм элементов питания, чем низкосолевая или корневая система при разбросном способе внесения. В последнем случае заметных различий в соотношении элементов питания в верхних слоях почвы (0-15 см) в течение вегетации не наблюдается. Например, в слое почвы 9-11 см на долю калия в сумме N_мин.+Р₂О₅+К₂О приходится около 60%, минерального азота и подвижного фосфора соответственно – около 10 и 30%. В случае ленточного внесения нитрофоски в очаге отмечается значительное преобладание подвижного фосфора (рис. 4). Характерно, что в течение вегетации яровой пшеницы происходит увеличение относительного содержания данного элемента питания с 50% в фазу кущения до 75-80% в колошение. В этот период на долю калия приходится 16-20% и всего лишь несколько процентов составляет минеральный азот. Таким образом, для части корневой системы растения в случае локального внесения комплексных удобрений создаются условия неограниченного питания с измененным в пользу фосфора и калия соотношением. Представляется, что основной причиной гетерогенитета почвы по признаку соотношения элементов питания является различная миграционная способность доступных форм азота, фосфора и калия. Определенный вклад в формирование специфического соотношения элементов питания в очаге должны вносить также различия в соотношении мобилизационных и иммобилизационных процессов, отдельных элементов питания и степени использования их растениями.

Одной из важнейших составляющих биологической активности почвы является состав и численность микрофлоры, их функциональная активность. Не вдаваясь в описание деталей сложных взаимодействий микроорганизмов и высших растений, необходимо отметить, что на одном гектаре окультуренной почвы сухая масса микроорганизмов может достигать 6-9 ц, а их суммарная поверхность –нескольких сотен гектаров [Мишустин, Черенков, 1976]. Поэтому в определенных условиях микрофлора почвы может выступать в роли конкурента растениям за доступные формы питательных веществ [Кларксон, 1978; Най, Тинкер, 1980; Nagarajah et al., 1970]. Прямая конкуренция наиболее вероятна при низких концентрациях элементов питания в среде. Ризосферные микроорганизмы, находящиеся на поверхности корня, "перехватывают" поступающие ионы [Кларксон, 1978]. Д.Барбером [Barber, 1968], например, показано, что в нестерильных питательных растворах с ионными концентрациями ниже 10 мкМ бактерии поглощают значительное количество фосфора и рубидия, ухудшая их усвоение растениями. Поэтому в стерильных условиях растения поглощают больше фосфора, чем в нестерильных. Возможно, с фактом конкуренции связано то, что применение минеральных удобрений более эффективно на почвах с низкой биологической активностью [Мишустин, 1976]. Обсуждая возможные причины более высокой эффективности локального применения удобрений по сравнению с диффузным их распределением в почве, Д.А.Сабинин [1934] выдвинул тезис, что при создании очагов удобрений может ослабляться использование элементов питания микроорганизмами почвы. В то же время в литературе имеется много данных, свидетельствующих о положительном действии микрофлоры на поглощение ионов. Сообщается, что в присутствии микроорганизмов увеличивается количество железа, транспортируемого в побег проростков ячменя [Кларксон, 1978], стимулируется поглощение и передвижение марганца под влиянием вещества неизвестной природы, выделяемого микроорганизмами [Barber, Lee, 1971/1972]. Микроорганизмы почвы и ризосферы являются продуцентами витаминов, ферментов, антибиотиков и других физиологически активных веществ, а корневая система растений способна их усваивать [Красильников, 1951; Самцевич, 1962; Овчаров, 1958]. Реакция растений на эти вещества проявляется в самой разнообразной форме. Могут усиливаться рост и развитие растений, возрастать их продуктивность. Выделяемые, например, некоторыми микроорганизмами ауксины стимулируют рост корней [Libbert et al., 1966]. Сообщается также о возможном действии продуктов жизнедеятельности микроорганизмов на проницаемость биомембран [Кларксон, 1978]. Вероятно, перечисленные выше процессы и взаимодействия растений с почвенной микрофлорой в условиях гетерогенного распределения удобрений должны иметь свои особенности по сравнению с гомогенной средой. Этого можно было ожидать хотя бы из тех данных, которые получены при изучении действия засоления почвы на численность и видовой состав микрофлоры в зависимости от концентрации и химического состава солей [Строгонов, 1973].

Действие дискретного распределения удобрений в почве на параметры ее биологической активности до недавнего времени не привлекало внимания исследователей. Работа М.Б.Гилиса [1975], возможно, является одной из первых, где приводятся данные о положительном действии очага удобрения на прикорневую микрофлору растений. Однако учет численности микроорганизмов проводился без разделения ее на отдельные физиологические группы. Попытка более детального изучения вопроса в свое время была предпринята и в наших исследованиях [Трапезников, 1983]. Однако в силу ряда обстоятельств наблюдения за численностью микроорганизмов по слоям почвы начинались лишь в фазу трубкования яровой пшеницы, т.е. по прошествии более чем месячного срока после внесения удобрения. Из данных следует, что ленточное внесение нитрофоски на выщелоченном черноземе повышало в зоне очага высокого содержания элементов питания численность аэробных спорообразующих бактерий. Наиболее ярко это проявлялось в фазы колошения и молочно-восковой спелости зерна яровой пшеницы. В фазу колошения место расположения нитрофоски характеризовалось более значительной, по сравнению с соседними участками почвы, численностью аммонифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов. В следующие сроки наблюдений (трубкование, колошение, цветение) очаг отличался повышенной численностью и нитрифицирующих бактерий. Последнее противоречит более поздним результатам исследований других авторов. Так, в экспериментах на дерново-среднеподзолистой тяжелосуглинистой почве показано, что внесение азотных удобрений подавляло размножение денитрифицирующих бактерий в очагах внесения на 50-60% в первые 20 дней после внесения [Вьюкова, 1983]. В другой работе [Соколов, Семенов, 1992] показано, что в течение двух недель локализация сульфата аммония на дерново-подзолистой почве обеспечивала устойчивое (56-64%) торможение нитрификации N-NH₄ удобрений. Через пять недель ингибирующий эффект локализации сульфата аммония уменьшался до 26-40%. Возможно, отмеченное выше противоречие является результатом того, что исследования проводились на различных типах почв и ином составе удобрения. Существенно различными были и интервалы времени от момента внесения удобрений до начала наблюдений.

Достаточно четко выраженная гетерогенность почвы при ленточном внесении (NPK)₆₀ наблюдалась нами по численности фитинразлагающих микроорганизмов [Трапезников, 1983]. В фазу трубкования пшеницы в месте расположения удобрения она составляла 6,8 тыс. на 1 г почвы, а в окружающих очаг участках колебалась от 7,9 до 12,9 млн. При разбросном внесении удобрения в аналогичных участках почвы численность данной группы микроорганизмов была практически одинаковой с колебаниями от 4,1 до 4,7 тыс. на 1 г почвы. Ингибирующее действие высокой концентрации элементов питания на численность фосформинерализующих микроорганизмов отмечалось и в последующие фазы развития пшеницы вплоть до молочно-восковой спелости зерна.

Биохимические превращения в почве, обусловливающие ее плодородие, в значительной мере определяются интенсивностью и направленностью ферментативных процессов. Показатели ферментативной активности почвы широко используются при решении диагностико-индикационных вопросов почвоведения, динамики содержания питательных веществ в почве и минерального питания растений, оценки эффективности систем удобрения [Ярошевич, 1968; Галстян, 1974; Чундерова, 1976; Хазиев, 1977; Cervelli et al., 1978]. В свою очередь, минеральные удобрения как химически активные агенты оказывают большое влияние на ферментативные процессы в почве. Их действие на ферментативный потенциал почвы может быть прямым через изменение состояния имеющихся в почве ферментов (ингибирование, активация, деструкция) и косвенным – путем изменения ферментативного пула за счет ингибирования или стимуляции жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и растений, являющихся продуцентами ферментов [Хазиев, 1979]. Состав вносимых удобрений или длительное применение повышенных доз могут стать причиной снижения активности отдельных ферментов. Подобное, например, наблюдается в отношении фосфатазы в случае применения повышенных доз фосфорных удобрений [Кудзин, Ярошевич, 1969; Хазиев, 1977].

В условиях неравномерного распределения минеральных удобрений, приводящего к формированию зоны с экстремально высоким содержанием подвижных форм элементов питания, можно было ожидать и существенных различий в топографии ферментативной активности почвы. При перемешивании (NPK)₆₀ с верхним слоем почвы 0-10 см и за пределами очага при ленточном внесении показатели ферментативной активности были достаточно близкими (табл. 2). Вероятно, это

Наблюдения также показали, что зона размещения нитрофоски, по крайней мере до фазы колошения яровой пшеницы, характеризуется более высокой активностью сахаразы, являющейся показателем напряженности протекающих в почве метаболических процессов [Галстян, 1974]. Это может обусловливаться микробиологическим фактором, в частности повышенной численностью и активностью целлюлозоразрушающих микроорганизмов, а также переходом в подвижное состояние части органического вещества почвы. Подтверждением этого является повышенное содержание в очаге через четыре недели после внесения нитрофоски и в последующие периоды водорастворимого гумуса, щелочногидролизуемого азота [Трапезников, 1983]. Установлено, что локальное внесение (NPK)₉₀ на черноземе типичном повышает лабильность органического вещества почвы [Фатеев и др., 1992].

В экспериментах на выщелоченном черноземе при локальном внесении нитрофоски гетерогенность почвы проявляется и в топографии распределения свободных аминокислот, накапливаемых на целлюлозных полотнах размером 20х25 см, заложенных в почву. В фазу кущения яровой пшеницы в них накапливалось в расчете на лейцин при разбросном внесении удобрения 184 мг, локальном – в два раза больше [Трапезников, 198З]. При этом четко выделялась зона повышенного содержания аминокислот, приуроченная к месту расположения нитрофоски. В последующий период отмечалось сглаживание различий в содержании аминокислот по слоям почвы. Исследованиями на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве показано, что локальное внесение NPK оказывает положительное влияние на биологическую активность почвы [Ладонин и др., 1996], оцениваемую по комплексу показателей: активности почвенных ферментов, интенсивности продуцирования почвой СО₂ и несимбиотической азотфиксации, а также продуктивности растений.

Значительное подкисление среды отмечалось в опытах с локальным внесением сернокислого и азотнокислого аммония. В очаге удобрений и над ним исходная величина рН_вод с 5,8-6,0 снижалась до 4,2-5,0. Мочевина и азотнокислый натрий, наоборот, подщелачивают почвенный раствор до рН 7,0 в очаге и несколько подкисляют его в верхних слоях почвы [Булаева, 1975]. Заметные изменения рН почвы происходят только в самих очагах удобрений или на 1-2 см выше их соответственно миграции аммонийного азота и фосфорной кислоты [Булаев, Булаева, 1977]. Снижение рН_сол на 0,1-0,4 в очаге отмечалось и при локальном внесении нитрофоски на выщелоченном черноземе [Трапезников и др., 1977]. Аналогичное снижение рН наблюдалось при локальном внесении (NPK)₉₀ на черноземе типичном и оподзоленном [Фатеев и др., 1992]. При этом отмечалась тесная отрицательная связь между повышенной кислотностью и численностью нитрификаторов и бактерий, использующих минеральный и органический азот. Повышение кислотности, по-видимому, обусловливается не только внесенным удобрением и особенностями миграции элементов питания, но и кислыми выделениями корней самих растений. Локальное внесение сульфата аммония и аммиачной селитры приводит к подкислению. Подщелачивающее действие оказывает применение безводного аммиака [Bagchi et al., 1982]. По прошествии трех недель рН почвы в очаге возвращается в первоначальное состояние. Ленточное внесение нитрофоски на темно-серой оподзоленной почве приводило первоначально к подкислению почвы в радиусе 10 см с последующим расширением этой зоны до 15 см. К концу вегетации различия между очагом и окружающими участками почвы нивелируются, рН в очаге возвращается к исходному уровню [Крылова, 1980].

Показано, что на серой лесной почве при локальном внесении сульфата аммония и последующей нитрификации N-NH₄ происходит существенное снижение рН в месте расположения удобрения, возрастание величины гидролитической кислотности и уменьшение содержания обменных Ca²⁺ и Mg²⁺. При смешивании удобрения с почвой изменения данных показателей оказываются менее выраженными [Соколов, Семенов, 1992]. На изменение подвижности катионов в зоне размещения азотных удобрений указывается и в ряде других работ.

Создание высококонцентрированного очага азота в модельном опыте путем внесения супергранул мочевины приводило на 7-й день к подщелачиванию почвы до рН 7,15 в месте расположения удобрения [Бубнова и др., 1990], что было сопряжено с значительным повышением содержания ионов NH₄. По истечении 18 дней после внесения мочевины в зоне очага происходило подкисление почвы до рН 6,7. Столь быстрые изменения в топографии кислотности почвы обусловливаются сложным сочетанием интенсивно протекающих процессов миграции, трансформации азота и сменой состава микробного сообщества. Показано, что эффект подкисления почвы в месте размещения мочевины может быть устранен при совместном внесении удобрения с цеолитом [Щербаков и др., 1995].

В Оглавление