ПРАКТИКУМ АГРОПОЧВОВЕДЕНИЕ. Практикум по агропочвоведению Учебное пособие
 Скачать 17.78 Mb.
|
10.2 Оценка обеспеченности почв фосфором. Потребность сельскохозяйственных культур в фосфорных удобренияхОсновные теоретические положенияИстория «путешествий» фосфора на Земле, или, как говорят ученые-геохимики, его миграция, очень интересна и поучительна. Атомы фосфора, как и всех других элементов, постоянно участвуют в великом природном круговороте веществ. Фосфор – относительно редкий элемент. По данным академика А.Е.Ферсмана, его весовой кларк (процентное содержание элемента в земле) равен всего 0,12%. В таблице распространенности химических элементов в земной коре он стоит на 13-м месте вслед за углеродом и хлором, перед серой. К тому же фосфор – элемент, редко накапливающийся в больших количествах, и потому его относят к числу рассеянных. Глобальный биогеохимический круговорот большинства биогенных макроэлементов предполагает наличие у них газовых форм. И только фосфор, не имея газовых форм, необратимо вымывается в океан. Возврат элемента в геологическом масштабе осуществляется, когда дно моря становится сушей: основные месторождения фосфатов – бывшие донные отложения органического происхождения. В свободном виде в природе по причине своей очень сильной окисляемости он не встречается, но входит в состав многих минералов (их насчитывается до 120) и множества органических веществ. Большинство минералов, содержащих фосфор, являются редкими. Наиболее важные минералы (природные фосфаты) – апатит, вивианит, а также осадочная горная порода фосфорит, состоящая из мелкокристаллического или аморфного фосфата кальция с примесью некоторых других веществ. Главный же потребитель фосфатов – сельское хозяйство. Со времени химика Ю.Либиха земледельцы, поняв значение фосфора для повышения урожая культурных растений, начали отыскивать природные фосфаты (апатиты, фосфориты), превращать их механическим или чаще всего химическим путем в удобрения и вносить в почву. Важно заметить, что в 100 кг пшеницы находится около 1 кг фосфора (в виде Р2О5). Столько же фосфора содержится в 200 кг сена, 300 кг соломы, 1500 кг зеленых кормов. Можно себе представить, какие громадные количества фосфора уносятся с наших полей вместе с урожаем. Часть его, конечно, возвращается в почву, но фосфор, например, содержащийся в продуктовых частях растений, идущих на промышленную переработку, пропадает. Не обладая бесконечными запасами фосфора, почва вследствие этого процесса постепенно истощается, что приводит к сильному снижению урожая и необходимости восполнения потери фосфора. Культурные растения в большинстве случаев очень благоприятно отзываются на внесение в почву фосфорных удобрений в легкоусвояемой форме. Фосфор является одним из основных элементов питания растений. Его содержание в растениях значительно ниже, чем азота, калия, и кальция. Недостаточное содержание в почве усвояемых фосфатов обусловливает низкие урожаи. В отличие от минеральных форм почвенного азота, которые неустойчивы и легко теряются в результате улетучивания и вымывания почвенные фосфаты весьма устойчивы. Причиной недостатка фосфора для растений является низкая растворимость фосфорных соединений Недостаток фосфора вызывает последствия, которые аналогичны последствиям недостатка азота. Стебли бывают тонкими, листья мелкими, боковое ветвление ограниченное. Развитие почек весной задерживается, цветение скудное, происходит преждевременное опадение листьев. Так же, как и азот, фосфор реутилизируется в растении. Он оттекает из взрослых листьев в молодые. Основной формой минерального фосфора в почве являются апатиты - природные и вторичнообразованные. Минеральные формы находятся преимущественно в виде соединений ортофосфорной кислоты с ионами кальция, магния, железа и алюминия. Значительная доля ионов фосфора адсорбируется на положительно заряженной части почвенного поглощающего комплекса (базоидами). Адсорбированные ионы фосфора удерживаются прочнее катионов. В почве одновременно протекают разнонаправленные процессы. Происходят иммобилизация органическим веществом фосфора почвенного раствора и минерализация органических веществ, которая сопровождается поступлением фосфора в почвенный раствор. В почвенный раствор поступает фосфор в результате десорбции его из минеральных соединений, и происходит сорбция (осаждение) фосфатов почвенного раствора минеральной частью почвы. Уровень фосфорного питания растений зависит от растворимости минеральных форм фосфора. Характер реакции почвенного раствора обусловливает преобладание одного из трех ионов фосфора.  Рисунок 21 - Растворимость и возможность химического поглощения фосфора в почвах (Томпсон, Троу, 1982) В интервале кислых и нейтральных почв преобладает монофосфат – одновалентный ортофосфат – H2PO4, в щелочной среде – при pH выше 7,2 доминирует двухвалентный ион HPO4. Ион PO4 появляется при pH выше 10. Наиболее легко абсорбируется растениями монофосфат. Количество фосфора в почвенном растворе (H2PO4, H2PO4), как правило не превышает 1 кг/га пахотного слоя почвы. Считается, что растения почти весь необходимый для них фосфор извлекают из почвенного раствора. На формирование урожая 1ц/га зерна яровой пшеницы затрачивается около одного килограмма фосфора. Следовательно, содержание фосфатов в почвенном растворе постоянно восполняется. Адсорбированный и другие твердые формы фосфора находятся в равновесном состоянии с фосфором почвенного раствора и между собой. Концентрация почвенного раствора сохраняется. При этом фосфору свойственна более низкая концентрация в почвенном растворе, чем азоту и калию, а также и низкая скорость диффузии. Поскольку основное перемещение фосфора к корням растений осуществляется при диффузии ионов, то в сухой почве, когда расстояние перемещения иона превышает 5-10 мм, поглощение фосфора растением замедляется (Томпсон, Троу,1982). Лучше всего растениями усваивают воднорастворимые фосфаты. Но воднорастворимых солей фосфорной кислоты в почвах обычно так мало, что по их количеству нельзя судить о степени обеспеченности растений фосфором. В связи с этим определение количества фосфатов, переходящих в водную вытяжку из почвы, не дает правильного ответа на то, сколько фосфора находится в почве в форме, доступной для растений. Для оценки уровня обеспеченности растений фосфором используются показатели экстракции фосфатов из почвы различными растворителями: кислотными, щелочными разной концентрации, а также растворами солей, которые извлекают из почвы воднорастворимые фосфаты и часть соединений фосфора не растворяющихся в воде. Агрохимической службой Красноярского края используются: на нейтральных почвах (черноземного типа) 0,5н уксуснокислую вытяжку по Чирикову, на почвах элювиального ряда (серые лесные, дерново-подзолистые) – 0,2 н солянокислую вытяжку по Кирсанову, на карбонатных почвах (черноземах южных, обыкновенных, каштановых почвах) в 1% растворе углекислого аммония по Мачигину. При расчете доз фосфорных удобрений необходимо учитывать обеспеченность почвы доступными для растений формами фосфатов. Полученные результаты оценивают, пользуясь местными градациями к методам определения подвижных фосфатов в почве по Кирсанову, Чирикову, Мачигину (табл. 49). Таблица 49. Градации обеспеченности почв подвижным фосфором
При высокой доступности почвенного фосфора молодые растения быстро поглощают фосфор. При синтезе четверти органической массы они успевают поглотить до 50% всего нужного им количества фосфора за сезон. Зерновые культуры на 7-10 дней ускоряют наступление технологической спелости. Высокая обеспеченность фосфором начальной фазы роста яровой пшеницы обусловливает существенный прирост урожайности за счет повышения озерненности колоса. Фосфор противодействует влиянию азота на усиление поражения ячменя мучнистой росой. Поражение грибными гнилями корней значительно выше у растений недостаточно обеспеченных фосфором. Эта тенденция проявляется интенсивнее у растений в стадии проростков. Вместе с тем есть сведения и обратного порядка: восприимчивость к болезни проявляется больше при достаточном обеспечении фосфором, чем тогда, когда в почве складывается дефицит фосфора. Обсуждение результатов. При выполнении практической работы каждый студент получает индивидуальное задание. На основании полученных результатов:
10.3 Оценка обеспеченности почв калием и определение потребности полевых культур в калии Основные теоретические положения Калий – один из главных и незаменимых питательных элементов растений. Его содержание в растениях значительно больше, чем других питательных веществ, извлекаемых из почвы, за исключением азота. Только при достаточном его содержании в растительных клетках могут осуществляться биохимические и физиологические процессы. Оптимальная обеспеченность калием обусловливает интенсивное накопление углеводов в растении. Повышается качество продукции: в плодах и овощах повышается содержание сахара, в картофеле – крахмала, у льна – тонина и прочность волокна. Одновременно усиливается стойкость культур к заморозкам, поскольку повышение осмотического давления клеточного сока понижает температуру его замерзания. Оптимизация калийного питания растений противодействует их заболеванию. В значительной степени снижается поражаемость зерновых культур корневыми гнилями, мучнистой росой (Прокошев, Дерюгина, 2000). С увеличением содержания калия в растительной клетке снижается поражаемость моркови бактериальной пятнистостью листьев, лука – пероноспорозом и луковой мухой (Якименко, 2003). Роль калия усиливается при аммиачном питании растений - лучше усваивается азот, больше образуется белков. Валовое содержание калия в почвах выше, чем азота и фосфора. Оно определяется, прежде всего, минералогическим и гранулометрическим составом почвы. Объясняется это тем, что большая часть почвенного калия входит в состав полевых шпатов, слюд и различных глинистых минералов (иллит, монтмориллонит, вермикулит). Полевые шпаты (ортоклаз, роговая обманка, микроклин) распространены весьма широко – на них приходится 60% минералогического состава поверхностного слоя земной коры. В их составе 10-12% занимает оксид калия. Большое распространение имеют калийные слюды - мусковит, биотит, флогопит. Мусковит содержит в среднем 10%, а биотит 8% оксида калия. В результате выветривания и биохимического разрушения полевых шпатов и слюд образуются гидрослюды (вторичные минералы). Они входят в состав преимущественно дисперсных фракций почвы. Поэтому, содержание калия в почвах зависит от их гранулометрического состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава могут фиксировать значительно больше калия, чем легкие. Помимо минералогического и гранулометрического составов на поглотительную способность почвы в отношении калия значительное влияние оказывают ее влажность, содержание гумуса, реакция среды, биологическая активность, а также дозы и формы минеральных удобрений. В почве калия много в составе живого и мертвого органического вещества, поэтому на содержание калия в почве оказывает влияние степень гумусированности. Меньше всего калия содержится в торфяниках и песчаных почвах, в легких подзолистых и дерново-подзолистых почвах. В почвах различают три формы соединений калия – водорастворимый, обменный и необменный, входящий в состав силикатов. Растения могут усваивать не только водорастворимый и обменный калий, но частично и необменный (на тяжелых почвах в большей степени, чем на легких). Запасы подвижного калия пополняются в результате выветривания минералов. С другой стороны, обменный калий в почве может переходить в необменные формы. Для правильного суждения об обеспеченности почв подвижным калием и его доступности растениям необходимо знать не только его содержание, но и степень подвижности. При одном и том же количестве обменного калия степень его подвижности в легких почвах выше, чем в тяжелых. Источником накопления обменного калия по мере его использования служит необменный калий. В легких дерново-подзолистых почвах значительно меньше необменного калия по сравнению с тяжелыми. Наибольшим его количеством обладают пойменные почвы. Калийное состояние почв связано со способностью катионов переходить из одной формы в другую. Эти превращения заключаются в возможности ионов калия занимать различные по прочности связи с почвой позиции, и относится к двум противоположно направленным, обратимым процессам – фиксации (адсорбции) и мобилизации и (десорбции). Под фиксацией калия понимают переход катионов, находящихся в почвенном растворе или в обменном состоянии в необменную (прочносвязанную) форму (рис. 22).  Рисунок 22 - Формы калия в почве и их трансформация (Krauss, 1998) Поэтому, фиксацию калия можно рассматривать как процесс, ответственный за его накопление и сохранение. Десорбционная способность контролирует механизм удаления-потребления почвенного калия. Представляет процесс перехода катионов из обменно-поглощенного или необменного состояния в почвенный раствор. Характер калийного режима в почвах определяется особенностями почвенного поглощающего комплекса почв и их гидротермическим режимом – чередованием периодов увлажнения-иссушения и промерзания-оттаивания. Основным источником удовлетворения потребности растений в калийном питании является обменный калий. На водно-растворимый калий приходится в среднем 10-20 % от обменного калия. Водно-растворимый калий наиболее подвижен и доступен растениям. Представлен легкорастворимыми его солями, находящимися в почвенном растворе. Его количество в зависимости от внешних условий постоянно меняется и составляет 1/5- 1/10 часть от обменного калия (1-7 мг/кг почвы). Эта форма калия пополняется за счет гидролиза калийсодержащих минералов, разрушения их корневыми выделениями и продуктами жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, но главным образом за счет вытеснения обменного калия. Растения могут усваивать до 50-70% водно-растворимого и обменного калия. Обменный, или поглощенный калий составляет 0,8-1,5%. Представлен катионами калия в почвенном поглощающем комплексе. Вместе с водо-растворимым калием это основной источник калийного питания растений. Но растения могут усваивать только какую-то часть всего запаса обменного калия, наиболее подвижную. Она вытесняется в почвенный раствор другими катионами, находящимися на поверхности корневых волосков растений. Резервом постоянного возобновления доступных для растений форм калия являются необменные формы. Фиксация калия в необменном состоянии характерна для почв, богатых глинистыми минералами со сложной, трехслойной кристаллической решеткой. Этот калий внедряется в межпакетное пространство кристаллической решетки. Фиксация калия, при которой он вовлекается внутрь кристаллической решетки, усиливается при попеременном увлажнении и высыхании почвы, значительном содержании органического вещества почвы и щелочной реакции почвенного раствора. Фиксация калия возрастает при высушивании почвы. Иногда фиксированный калий удерживается так прочно, что становится недоступным для растений. По данным С.М. Горбачевой (1977), в Красноярском крае необменная фиксация калия приводит к потере на черноземных, лугово-черноземных и серых лесных почвах до 60%, на серых лесных почвах – 25% элемента. К резерву относится также калий органического вещества. Эта форма представляет собой ту часть, которая входит непосредственно в состав гумуса, внесенных органических удобрений, растительных остатков, а также микробных тел. Этот калий становится доступным растениям лишь после отмирания микробных тел и минерализации источников органического вещества. Количество его невелико – около 70 в дерново-подзолистых и серых лесных почвах и чуть более 300 кг/га в черноземах. Всего в потенциальном резерве сосредоточено 50-80 % от общего запаса калия. Он представлен в механических элементах крупнее 0,001 мм. В их состав входят полевые шпаты и слюды. Таким образом, наиболее доступен растениям калий илистой фракции, в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии. Именно в этой фракции высокое содержание слюдистых минералов. Вынос этого элемента с урожаем в интенсивных агроценозах может составлять 110 – 120 кг/га за счет почвенных запасов и 300 кг/га – при внесении калийных удобрений. Вынос калия капустой достигает 500 кг/га, томатом - 220, морковью и картофелем - 300, ячменем - 400, пшеницей - 200 кг/га. Д.Н. Прянишников считал, что выносимое с урожаем количество калия должно быть компенсировано удобрениями не менее чем на 70-80%. Удельный вынос калия в целом увеличивается с повышением уровня калийного питания, но в значительной степени зависит от биологических особенностей выращиваемых культур. У культур с высоким потреблением калия его вынос возрастает по мере повышения доз удобрений. Растения с относительно низкой потребностью в калии склонны накапливать этот элемент в биомассе без соответствующего повышения продуктивности. В общем выносе калия на долю основной продукции приходится (в %): капуста и томат - 70, морковь - 75, картофель - 80, пшеница и ячмень – 15. Определение обменно-поглощенного калия проводится в тех же вытяжках, что и фосфор: по методу Чирикова и по методу Кирсанова. Методы основаны на вытеснении калия из почвенного поглощающего комплекса, каким – либо катионом, например Н+. в карбонатных почвах определение обменного калия проводится в 1% углеаммиачной вытяжке по Мачигину. Таблица 50. Обеспеченность почвы обменным калием оценивается по местным градациям
Требовательность культур к калийному питанию в различные периоды их роста и развития неодинаковая. Уровень калийного питания определяется динамикой и интенсивностью потребления элемента в течение вегетации. Интенсивное потребление калия пшеницей приходится на периоды кущения-трубкования и колошения-цветения. Примерно за 30 дней яровая пшеница усваивает из почвы все количество калия, которое необходимо на весь жизненный цикл. Наивысшая концентрация калия отмечается в фазу кущения 3,5-4%, относительный минимум приходится на период созревания. По этим показателям сельскохозяйственные растения подразделяются на 2 группы: а) высокотребовательные к уровню калийного питания и отзывчивые на высокие дозы калийных удобрений – картофель, сахарная свекла, ячмень, подсолнечник, гречиха, просо, капуста, морковь, огурец, баклажаны, петрушка, сельдерей. б) культуры с нормальной потребностью в калии, положительно отзывающиеся на последействие калийных удобрений, внесенных в высоких дозах под предшественник. Контрольные вопросы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||