Вокруг С:N

В Украине недостаток гумуса в почвах нарастает ежегодно. Способность почвы создавать необходимые условия для развития сельскохозяйственных культур и формирования высоких урожаев неразрывно связана с запасами в ней органических веществ. Известно, что гумус обуславливает благоприятный питательный, водно-воздушный, тепловой и биологический режимы, структурность почвы, накопление физиологически активных веществ. Богатые гумусом почвы отличаются тем, что выращиваемые на них сельскохозяйственные культуры устойчивы к возбудителям болезней и неблагоприятным факторам внешней среды, дают продукцию высшего качества. На таких почвах снижается угроза загрязнения их токсичными веществами, а урожаи отличаются стабильностью.

Установлено, что даже при полном обеспечении растений минеральным азотом урожай в значительной степени (на 40-50%) формируется за счет собственного почвенного азота, который образуется в основном из гумусовых веществ почвы. Поэтому, если исключить повторное возвращение в почву этой части азота в форме органического вещества, то даже при интенсивном применении минеральных удобрений, баланс азота и гумуса почвы будет неизбежно отрицательным.

Основным источником накопления органических веществ в почве, которая обрабатывается, являются культурные растения, их корневые и послеуборочные остатки. С растительными остатками в типичных севооборотах в почву может поступать органических веществ больше, чем с органическими удобрениями. Итак, сельскохозяйственные культуры, как и вообще растения, являются не только “потребителями”, но и активными “творцами” почвенного плодородия. Однако влияние их на плодородие почвы и урожайность последующих культур зависит от химического состава, особенно от соотношения углерода к азоту.

Управление соотношением углерода и азота в почвах необходимо и достаточно несложно. Растения имеют симбиотические отношения с микроорганизмами в почве. Они необходимы для выживания микроорганизмов, поскольку последние не могут обеспечить свою жизнедеятельность сами, и наоборот.

Здоровые почвы содержат миллиарды здоровых микроорганизмов, которые необходимы для растений во многих отношениях. Они уменьшают уплотнение почвы, увеличивают количество питательных веществ и их доступность растениям, защищают корневую систему от болезней и вредителей, обеспечивая существование органических кислот, и так далее.

В обмен на эти услуги, растения через свои корни выделяют сахара (произведенные в процессе фотосинтеза) непосредственно в почву. Эти сахара служат основным источником питания для микроорганизмов. Другими словами, микроорганизмы не могут прокормить себя, но есть возможность и мотив для улучшения состояния почвы, в результате чего растения лучше развиваются, производя пищу для микроорганизмов, но не могут, при этом, изменить условия почвы. Когда эта связь находится в равновесии, успешно поддерживая растения, сельхозпроизводители лишаются многих проблем, так как Природа делает большую часть работы за них.

Слишком часто сельхозпроизводители направляют основные усилия на моментальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур, не обращая внимания на процессы в почвах. К сожалению, многие из действий, направленные аграриями на благо растений, оказываются вредными для почвенных микроорганизмов. Так что же делать, чтобы восстановить этот природный баланс?

Микроорганизмы очень чувствительны к углеродно-азотному (C:N) коэффициенту. Установлено, что превращение азотсодержащих соединений по пути минерализации или иммобилизации полностью определяется соотношением азота и углерода в органическом веществе, вносимом в почву. Если субстрат имеет узкое соотношение С:N, то при его разложении накапливается аммиак, так как микроорганизмам не хватает углеродсодержащих соединений для ассимиляции азота. При внесении в почву массы, богатой углеводами и бедной азотом, происходит потребление минерального азота.

Остатки разных культур отличаются соотношением количества углерода к азоту. В среднем, для кукурузы это соотношение колеблется в диапазоне от 40 до 70:1, для пшеницы и других зерновых – от 60 до 80:1, и для остатков бобовых – от 20 до 40:1. Деревянистые изделия, такие как бумага или опилки обычно имеют высокое соотношение C:N – от 100:1 или значительно выше, в зависимости от продукта (в некоторых случаях соотношение может быть 1000:1). Свежее органическое вещество, как правило, имеет более низкое соотношение углерода к азоту, по сравнению с сухими остатками растений. Его внесение является очень эффективным методом повышения содержания азота в почвах.

Соотношение C:N в различных органических материалах

Материал	C:N
Сухое органическое вещество
Пожнивные остатки зерновых	40-80:1
Пожнивные остатки кукурузы	40-70:1
Пожнивные остатки бобовых	20-40:1
Сухие листья деревьев	50:1
Стружка	400:1
Свежее органическое вещество
Люцерна	12:1
Клевер	23:1
Сорняки	30:1
Скошенная трава	20:1

Для качественного протекания процесса гумификации необходимо поддерживать оптимальное соотношение углерода к азоту, которые попадают в почву с органическими и минеральными удобрениями. Исследователи отмечают, что оно колеблется в пределах 20-30: 1. Именно при этих условиях воспроизведения гумуса в почве может происходить более быстро и качественно.

Иммобилизация неорганического азота имеет важное агрономическое значение. Нежелательно удобрять почву, отведенную под зерновые культуры, растительными остатками. Это ухудшит азотное питание растений, так как послеуборочные остатки бедны азотом. Соломистые удобрения можно вносить в почву лишь с добавлением соответствующих доз азотных удобрений, что дает хороший результат. С другой стороны, в осеннее время года иммобилизация может быть полезной, так как нитраты и аммиак связываются и не теряются в результате выщелачивания зимой. Весной азот, связанный в микробной клетке, хотя бы частично минерализуется и превращается в аммиак и нитраты, которые затем могут быть использованы растениями. Таким образом, сезон года определяет полезность или вредность процесса иммобилизации.

Регулирование азотно-углеродного баланса в почвах возможно с помощью мер, направленных на пополнение запасов доступного для микроорганизмов углерода. Такие приемы хорошо известны: внесение в почву органического углерода в виде соломы и другой нетоварной продукции культур.

По результатам исследований НУБиП Украины в 2012-2014 гг., в условиях, когда вся побочная продукция культур ежегодно будет оставаться на поле, соотношение углерода к азоту при дополнительном использовании минеральных удобрений заметно расширится, поскольку в почву поступит значительное количество органического углерода. Так, без удобрений соотношение углерода к азоту при внесении нетоварной продукции расширится и составит 48,8: 1. В удобряемых вариантах будет оптимальное соотношение C:N, поступивших в почву вместе с остатками растений, их побочной продукцией и удобрениями (22,1-24,5: 1). В результате, процесс гумификации может протекать достаточно качественно и это станет одним из путей для воспроизводства запасов органического вещества в почве.

Соотношение углерода к азоту (C:N), которые поступают в почву с удобрениями и растительными остатками культур севооборота в зависимости от вариантов удобрения, среднее за 2012-2014 гг.

Научные исследования показывают, что отдельные компоненты гумуса стимулируют те или иные физиологические процессы. Уже давно доказано, что гумусовые вещества стимулируют рост корневых волосков и корневой системы в целом. Ферментативная активность гумуса увеличивает интенсивность поступления СО₂ в приземный слой атмосферы. Повышение концентрации СО₂ в воздухе интенсифицирует фотосинтез.

Таким образом, органическое вещество почвы и связанная с ней энергия обеспечивают стабильность биосферы. Истощение запаса гумуса в почвах планеты приведет к необратимым экологическим последствиям. Перед современным обществом стоит задача – возродить и сохранить оптимальное гумусное состояние почв.

Виктория Олейник, кандидат сельскохозяйственных наук

Статья  размещена в журнале «Агроиндустрия», который доступен по ссылке: https://infoindustria.com.ua/subscribe/

Инфоиндустрия

Читайте нас у Telegram