Лабораторные исследования динамики содержания нитратов в разных типах почв позволили определить их потенциальную способность к самоочищению. Можно предположить, что основными факторами, влияющими на содержание нитратов, является физико-химические процессы в почве, а также биологическая активность почвенной микрофлоры (табл. 1.67). Общей закономерностью для всех исследуемых почв было снижение содержания последних в течение периода инкубации. Однако различные типы почв характеризуются неодинаковыми темпами уменьшения количества нитратов и остатком их в конце опыта. Для сравнения этих показателей определяли коэффициенты самоочищения почв по формуле, предложенной К. Вурман (1972):

где Зс — способность среды к самоочищению; Sm — показатель самоочищения; со, Сk — концентрации загрязнителя соответственно в начале и в конце процесса очистки; t — длительность процесса самоочищения; g — общая масса среды; Q — прибыль загрязнителя.

Коэффициенты самоочищения почв от нитратов приведены в таблице 1.49. В дерново-подзолистых почвах максимальная скорость самоочищения в первые пять суток после внесения нитратов. При повышении дозы загрязнения этот показатель возрастал (196 мг NO3 в сутки) и высоким был при дозе удобрений N900.

1.67. Способность почв к самоочищению от нитратов

Благодаря высокой скорости очистки уже на 10-е сутки содержание нитратов в почве снижался на 97-99% от внесенной количества, а на 20-ю — равнялся исходному уровню. Следует отметить, что в первые пять суток при повышении дозы этот показатель снижался, а при дозе азота N900 наблюдалось почти полное подавление этого процесса. После 10-ти суточной инкубации отмечалась адаптация микрофлоры, активность самоочищения почвы возрастала соответственно росту доз нитратной нагрузки. Самой она была при дозе N900 и составила 270 мг NО3-за сутки. Однако даже после 60 суток инкубации грунт не приобретал начального состояния, а количество нитратов в конце опыта превышала исходный уровень в 2,4-2,7 раза.

Для обеспечения планового урожая сахарной свеклы дозу азота Nд определяют по формуле Зубенко, Борисюка и Шияна:

где Nросл — вынос азота запланированным урожаем корнеплодов и соответствующего количества ботвы; Nзасв — запасы обменного аммонийного и нитратного азота в корневом слое почвы 0-150 см; Nмин — количество азота, минерализуется в течение вегетации; К1, К2, К3-соответственно коэффициенты использования сахарной свеклой азота из удобрений, запасы доступного азота в почве и потенциал минерализации органических азотсодержащих соединений почвы.

Вынос азота запланированным урожаем устанавливают по нормативной биологической потребностью сахарной свеклы в азоте для формирования 1 т урожая корнеплодов и соответствующего количества ботвы. Она составляет 5-6 кг / т (высокий показатель для условий достаточного увлажнения). Запасы доступного азота определяют по результатам химического анализа слоев почвы 0-30, 30-60, 60-90, 90-120 и 120-150 см. Потенциал минерализации органического азота рассчитывают за накопление м минерального азота в почве при длительном компостировании или с учетом того, что за период вегетации сахарной свеклы минерализация почвенного азота достигает около 30 кг / га на каждый процент гумуса в почве.

В природе различают два типа круговорота веществ: большой, или геологический, и малый, или биологический. С геологическим круговоротом связанные растворения и вынос элементов питания из почвы в реки, моря и океаны, где они откладываются в виде осадочных пород. Затем вследствие различных геологических процессов батарейки могут выходить на земную поверхность, подвергаться повторному выветриванию, физико-химическим превращениям и использованию растениями. Это происходит в течение длительного геологического периода.

Под биологическим круговоротом веществ понимают биологический синтез и возвращение элементов питания из живого организма в окружающую среду, то есть перемещение химических элементов в системе почва-растение. Бывают его годовые, сезонные, многолетние и возрастные циклы. От цели изучения выделяют молекулярный элементарный и глобальный биологический круговороты веществ. Если изучают преобразующий влияние живых организмов на окружающую среду, различают прогрессивный тип — при улучшении биотой окружающей среды и консервативный — когда оно отсутствует.

Биологический круговорот веществ происходит в биологических системах: замкнутых, относительно замкнутых и незамкнутых. Примерами могут служить растительные формации сухого климата, умеренно увлажненных почв и растительные группировки возле водоемов. Во взаимодействии между почвой и растениями существуют две ветви биологического круговорота: нисходящая — передвижение питательных веществ от первого до второго объекта и восходящая — при обратном направлении. В нисходящей принадлежат разложения органических веществ, промежуточные преобразования и синтез новых органических веществ, их гумификация, непременно и обменное уборки веществ почвой, ризосферни преобразования, звено потребления. Однако потребности земледельца в основном сводятся к контролю различными методами процессов восходящей ветви и пополнение запаса питательных веществ почвы, вынесенных урожаем сельскохозяйственных культур.

Биологический круговорот веществ лежит в основе сельскохозяйственного производства. При этом с ростом культуры земледелия и рациональным использованием почв уменьшаются потери элементов питания из биологического круговорота и повышается продуктивность почв.

В биологический круговорот можно привлекать дополнительные количества питательных веществ. Эффективным средством при этом является использование органических и минеральных удобрений. С их помощью решается проблема не только привлечение элементов питания, но и улучшение физико-химических и биологических свойств почв, а также создаются реальные возможности для роста урожая. Это подтверждается многочисленными исследованиями по систематического применения удобрений, которые проводились Ротамстедской исследовательской станцией в Англии, научными учреждениями в Германии и в нашей стране в течение более 100 лет. Однако при неправильном использовании азотных удобрений (без учета физико-химических свойств почвы и биологических особенностей культур) может повышаться содержание нитратов и сульфатов кальция в грунтовых водах, источниках и реках, что негативно влияет на организм человека и животного. На почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава загрязнения нитратами наблюдается реже, чем на легких. Наибольшее их количество вымывается весной, особенно в холодную и дождливую погоду.

С повышением дозы азота от 60 до 180 кг / га количество вымытой азота возрастает от 5 до 15 кг / га, а при неправильном применении удобрений она увеличивается до 30-45%. Для уменьшения его вымывание используют ингибиторы нитрификации, медленно действующие азотные удобрения и средства для улучшения почв, содержащих углерод. Этим стимулируется иммобилизация нитратов почвенными микроорганизмами. Удобрения следует вносить в соответствии с системы удобрения культур, учитывая сроки, способы и дозы. Аммиак, фосфор и калий в связи с закреплением их грунтом вымываются гораздо меньше.

Если калийные удобрения применять несколько лет подряд без учета соотношения с другими элементами, то после достижения оптимального урожая дальнейшее их использование негативно влияет на величину и качество урожая. Повышение дозы калия снижает содержание натрия, кальция и магния в растениях.

Польза известкование хорошо известна, но от внесения высоких доз нарушается равновесие между многими минеральными веществами в почве. Например, легкоусвояемый марганец может переходить в недоступные для растений соединения. Поэтому нужно вносить марганцевые соли или кислые удобрения, нормализующие кислотность почвы, что способствует лучшему усвоению его растениями.

Оптимальная урожайность не всегда совпадает с максимальной биологической ценностью продукции. Так, избыток азотных удобрений блокирует поступление доступной меди, а это приводит к полеганию зерновых, особенно в дождевых условиях, а избыток цинка ухудшает развитие кукурузы. Поэтому под зерновые нужно одновременно вносить азотные и медные удобрения. Следует также помнить, что при недостатке меди снижается питательная ценность протеина в кормах. Она негативно влияет и на лежкость овощей и их качество для консервирования. Избыток фосфора в почве приводит к уменьшению количества цинка в растениях.