Глава 6. Фосфорные удобрения
 Скачать 295.5 Kb.
|
|
6.3. Содержание и формы соединений фосфора в почвах Обеспеченность растений фосфором во многом зависит от общих его запасов в почве, удельного веса его подвижных форм, гранулометрического состава почвы и других условий, влияющих на использование растениями фосфора из почвы и удобрений. Важным показателем потенциального плодородия почв является общее содержание в них фосфорных соединений. В работах многих исследователей отмечается бедность ими дерново-подзолистых почв. Общее количество соединений фосфора в почве может колебаться в значительных пределах в зависимости от гранулометрического состава, материнской породы, генезиса и степени окультуренности почвы. В земной коре фосфора содержится в среднем 0,12 %, в почвах – 0,14 %. Общее его содержание в различных типах почв колеблется от 0,01 до 0,35 %, в низинных агроторфяных почвах – от 0,29 до 0,67 %, а в пойменных низинных иногда достигает 1,7 %. В исследованиях кафедры агрохимии БГСХА были получены следующие значения содержания фосфора в пахотном горизонте: дерново-подзолистые пылевато-, легко- и среднесуглинистые почвы – 0,138–0,160 %, легкосуглинистые, развивающиеся на моренном суглинке – 0,09–0,132%, супесчаные, подстилаемые моренным суглинком – 0,064–0,121, песчаные – 0,056–0,080 %. В верхних горизонтах почв любого типа и состава, как правило, больше валового фосфора, чем в нижних. Это объясняется биологическим (корни растений постепенно переносят фосфаты из нижних слоев почвы в верхние) и антропогенными факторами. В почве, как и в растениях, фосфор присутствует в органической и минеральной формах. По данным Т. Н. Кулаковской, в минеральных почвах доля органических фосфатов в валовом фосфоре колеблется от 16 до 48 % и увеличивается от легких почв к тяжелым. В низинных торфяных почвах органические фосфаты преобладают над минеральными, их удельный вес достигает 70%. Органические фосфаты в почве представлены различными по природе группами соединений: индивидуальной природы (неспецифические органофосфаты) и гумусообразования (специфические соединения). Неспецифические органофосфаты относятся к трем основным классам соединений: фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и инозитолфосфаты. При этом кальциевые и магниевые соли инозитолфосфорной кислоты содержатся в нейтральных почвах, а фитаты железа и алюминия – в кислых. Вниз по профилю почвы содержание органических фосфатов снижается, они распределяются в почве примерно так же, как гумус. Фосфолипиды составляют менее 1 % всего органического фосфора, нуклеиновые кислоты – до 10 % и инозитолфосфаты – 30–60 %. Обнаружены также в небольших количествах фосфоропротеины, сахарофосфаты, глицерофосфаты, нуклеотидные коферменты, соединения фосфатов с жирными и аминокислотами и другие соединения. По новейшим данным многих авторов, больше половины фосфорорганических соединений представлены почвообразованными специфическими фосфогумусными соединениями. Формы этих соединений пока неясны, хотя некоторые данные позволяют считать, что фосфор в них связан с гумусовыми кислотами через ион металла. Исследования кафедры агрохимии БГСХА показали, что в гумусе агродерново-подзолистых почв содержится 0,8–3,5 % Р2О5 к его массе. Причем, как правило, чем меньше гумуса в почве, тем выше его насыщенность органическим фосфором. Для определения общего содержания органического фосфора широко используется метод Мета: почва последовательно обрабатывается при температуре 70 °С концентрированной НС1 и на холоде 0,5 М NaOH. Органический фосфор – это главная часть «оборотного капитала» почвенных фосфатов, при определенных условиях он минерализуется и становится доступным для растений. Большое значение имеет соотношение углерода и органического фосфора. Если С:Рорг < 200, то по данным Нельсона и Тисдала, фосфорорганические соединения представлены неустойчивыми легкоминерализующимися формами. По данным Л. Г. Шарпфа, природные фосфорорганические соединения претерпевают в почвах физико-химические изменения в результате реакций хелатообразования, сорбции, химического гидролиза, ферментативных превращений и окислительно-восстановительных реакций. Кроме того, происходит их биологическое разложение почвенной микрофлорой и свободными ферментами. В результате этих процессов значительная часть органических фосфатов минерализуется и пополняет запасы потенциально доступных минеральных форм фосфора. Поэтому для повышения уровня фосфорного питания растений и снижения потребности в фосфорных удобрениях актуально выявление факторов, усиливающих минерализацию органических фосфатов почвы. Исследования Л. М. Томпсона говорят о том, что фракция легко минерализующегося органического фосфора присутствует лишь в целинных почвах, но при обработке почвы она быстро исчезает. А после исчезновения этой фракции органический фосфор минерализуется значительно медленнее. При антропогенном вмешательстве почвенная система стремится стабилизировать свое состояние на новом уровне, ниже которого могут возникать негативные односторонние процессы минерализации, ухудшающие плодородие почвы. Длительное внесение удобрений, особенно органических, увеличивает содержание органических фосфатов, но в меньшей степени, чем минеральных. Особенностью процесса минерализации органических фосфатов почвы является достаточно высокая подвижность ее продуктов, которые мало переходят в труднорастворимые соединения. Минеральные формы фосфора в почвах по степени участия в фосфорном питании растений можно разделить на три большие группы, находящиеся в динамическом равновесии:
Ортофосфаты почвенного раствора это однозамещенные водорастворимые фосфаты кальция и магния, фосфорнокислые соли одновалентных катионов калия, натрия, аммония и других. Эта фракция интенсивно используется растениями в начальный период роста и развития. О степени подвижности фосфатов в почве («фактор интенсивности») судят по способности твердой части почвы отдавать в раствор ионы фосфора, что устанавливается присутствием фосфора в почвенном растворе. Однако выделить почвенный раствор очень сложно, поэтому используются водные и солевые вытяжки из почвы. Лабильные фосфаты – это фосфаты, осевшие или адсорбированные на поверхности твердых частиц почвы, почвенно-поглощающего комплекса, оксидах железа и алюминия, а также вторичные фосфаты, которые образовались после формирования почвы. Ученые считают, что 4–10 % всего почвенного фосфора связано адсорбционно. В отличие от первичных минералов вторичные фосфаты являются активной мобильной составной частью почвы. К ним относятся дигидратдикальцийфосфат (СаНРО4∙2Н2О), октакальцийфосфат (Са4Н(РО4)3∙3Н2О, одно- и двузамещенные фосфаты железа. При нарушении фосфатного равновесия твердой и жидкой частей почвы эти фосфаты могут переходить в почвенный раствор. Фосфаты второй группы характеризуют запасы подвижного фосфора - фосфатную «емкость» почвы и являются резервом для последующего снабжения растений фосфором. Для определения величины запаса подвижных фосфатов используют (в зависимости от типа и состава почв) кислотные, щелочные, буферные растворители, анионообменные смолы, радиоизотопный метод и другие. Стабильные фосфаты – труднорастворимые соединения, заключенные в почве в первичных и вторичных минералах (окклюдированные гидратами полутораокисей, карбонатами и другими). Наиболее устойчивой формой, медленно поддающейся химическому и биологическому воздействию, является фосфор в составе кристаллической решетки первичных минералов почвы: апатитов, фосфоритов, варисцитов (А1РО4), стренгитов (FePO4∙2H2О), вивианитов [Fe3(PO4)2∙8H2O] и других. Фосфаты третьей группы почти недоступны для растений. Однако в процессе выветривания они могут становиться более доступными и служить источником фосфорного питания растений. Известно 205 фосфорсодержащих минералов, из них 95 включают железо, 60 – алюминий, 56 – кальций и 45 – марганец. Многие из фосфорсодержащих минералов встречаются в небольших количествах. На апатиты и различные производные фосфатов кальция, входящие в состав фосфоритов, приходится 95% всех природных фосфатов. В процессе выветривания некоторое количество фосфора апатитов постепенно превращается в органические формы и в ионы, адсорбируемые другими минералами. Химическое выветривание – процесс очень сложный. Его можно представить в виде следующей схемы: первичные минералы +О2+Н2О → органическое вещество → вторичные минералы + растворимые соли. К вторичным минералам, сформировавшимся в результате выветривания, имеющим в основном размеры илистых частиц, относятся разновидности биотитов (силикатные илистые минералы, монтмориллонит, каолинит и др.) и слаборастворимые оксиды алюминия, железа и кремния. Фосфор в составе вторичных минералов удерживается в результате ионных, координационных и адсорбционных связей. 6.4. Методы определения минеральных форм фосфора в почве для расчета потребности в фосфорных удобрениях Для определения степени подвижности фосфатов в почве («фактора интенсивности») широко применяется метод Карпинского – Замятиной и метод Скофилда. По методу Карпинского и Замятиной концентрация ортофосфата определяется в вытяжке 0,015 М K2SO, а по методу Скофилда – в вытяжке 0,01 М СаС12 при соотношении почвы и растворителей 1:5. Интенсивность фосфатов может быть выражена концентрацией фосфора в водных или солевых вытяжках (Р2О5, мг/л), концентрацией отдельных фосфат-ионов (H2PO4-, HPO42-) и активностью отдельных фосфат-ионов (   моль/л).Р. К. Скофилд, а затем И. С. Вудруфф впервые предложили использовать фосфатный потенциал в качестве показателя доступности фосфора растениям. Они высказали гипотезу, что состояние почвенного фосфора определяется соответствующими химическими потенциалами и их уменьшением при поглощении растениями, в результате ретроградации, при потерях и т.д. Фосфатный потенциал (ФП) – суммарная активность ионов кальция и отдельных фосфат-ионов в логарифмической форме: ФП = 0,5 рСа + (рН2РО4 + 0,5рНРО4), где р – знак отрицательного логарифма. Чем меньше фосфатный потенциал, тем легче переходит фосфор в почвенный раствор, тем более благоприятны условия фосфорного питания растений. Выбор того или иного показателя для характеристики «фактора интенсивности» зависит от целей и задач исследования. Как показали опыты, наиболее достоверную корреляцию со степенью обеспеченности почв фосфором, доступным растениям, показывает общая концентрация его в слабосолевых и водных вытяжках. К тому же определение фосфатного потенциала более трудоемко. Для определения степени подвижности фосфатов в последнее время более широко используется вытяжка 0,01 М СаС12 (метод Скофилда), которые можно использовать в качестве дополнительного теста оценки фосфатного режима почв Беларуси. В Беларуси для определения запаса подвижных фосфатов («фактора емкости») используют метод Кирсанова, в соответствии с которым фосфор из почвы извлекается 0,2 М НС1 при отношении почвы и раствора для минеральных почв 1:5, торфяных – 1:50 при температуре 18±3 °С, так как на количество извлекаемого фосфора влияет температура. Информацией о содержании подвижного фосфора в почве располагают все хозяйства республики и исходя из этого рассчитывают дозы фосфорных удобрений. Группировка почв по обеспеченности подвижным фосфором, определенным методом Кирсанова, приведена в табл. 6.2. Некоторые почвы содержат много кислотнорастворимого фосфора, который искажает показатель обеспеченности почв фосфатами, если применять метод Кирсанова. В этом случае лучше использовать методы со слабосолевыми вытяжками. 6.2. Группировка почв Беларуси по содержанию подвижного фосфора (по Кирсанову)
Исследования кафедры агрохимии БСХА показали, что метод Кирсанова непригоден и для слабо-, средне- и сильноэродированных легкосуглинистых почв, развивающихся на мощных лессах, так как дает результаты большие, чем истинное содержание доступного для растений фосфора. Это связано с тем, что верхний перегнойный горизонт смывается и пахотный горизонт формируется с включением подзолистого и иллювиального. Метод Кирсанова является стандартным для определения подвижного фосфора только в пахотном горизонте дерново-подзолистых почв и его нельзя использовать для характеристики нижних горизонтов. Исследованиями Д. М. Хейфец было показано, что фосфаты подпахотных горизонтов менее доступны растениям, чем пахотного. Для подпахотных горизонтов неэродированных агродерново-подзолистых почв и эродированных суглинистых, развивающихся на лёссах, по всему профилю для оценки содержания усвояемых фосфатов лучше использовать не кислотные, а слабосолевые вытяжки (методы Скофилда или Карпинского – Замятиной). По данным 12 тура (2007 – 2010 гг.) агрохимического обследования почв Беларуси, содержание подвижного фосфора на пашне в среднем по республике составило 184 мг/кг почвы. Однако 23 % пахотных почв имеют низкую (менее 100 мг/кг) обеспеченность подвижными формами фосфора. В настоящее время оптимальный уровень подвижных форм фосфора в республике имеет 8,8 % суглинистых, 32,0 – супесчаных, 29,1 – песчаных и 5,1 % торфяных почв. Однако даже на пахотных угодьях еще велика доля почв, слабообеспеченных фосфором (менее 100 мг/кг). Это 21,4 % суглинистых и глинистых, 21,4 – супесчаных, 20,5 – песчаных и 61,5 % торфяных почв. На луговых угодьях почв, бедных фосфатами, 55,6 %. В то же время на пахотных землях появились почвы с содержанием подвижного фосфора более 400 мг/кг (3,5 %), на которых внесение фосфорных удобрений неэффективно. Внесение фосфора свыше оптимальных значений приводит только к непроизводительным затратам. Таким образом, для повышения плодородия почв и рационального использования фосфорных удобрений нужна оптимизация фосфорного питания растений, внесение указанных удобрений с учетом содержания фосфора в почвах (табл. 6.3). 6.3. Оптимальные уровни содержания подвижных форм фосфора (Р2О5) в почвах Беларуси для разных севооборотов, мг/кг почвы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||