шпоры по агрохимии. вопросы по агрохим. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Агрохимия
 Скачать 141.34 Kb.
|
|
Аммонификация - это минерализация азотсодержащих органических веществ, протекающая под воздействием аммонифицирующих микробов, выделяющих протеолитические ферменты. Благодаря аммонификации представителей растительного и животного мира и их продуктов жизнедеятельности (мочевины, испражнений) почва обогащается азотом и другими соединениями. Одновременно с этим аммонифицирующие микробы выполняют огромную санитарную роль, очищая почву и гидросферу от разлагающегося органического субстрата. Нитрификация — следующий за аммонификацией этап превращения азота микроорганизмами. Этот процесс представляет собой окисление аммиака, образующегося при разложении органических азотсодержащих соединений. Денитрификация, протекающая под воздействием микробов, представляет собой восстановление нитратов с образованием в качестве конечного продукта — молекулярного азота, возвращающегося из почвы в атмосферу. Вызывается этот процесс денитрифицирующими бактериями. Углерод, так же как и азот, — важнейший элемент органической жизни. Первоисточником углерода любого органического вещества служит диоксид углерода воздуха, где его содержание составляет 0,03 % от общего объема газов и является постоянной величиной. Это постоянство поддерживается как физико-химическими, так и биологическими процессами. Роль микробов в круговороте углерода. Автотрофные микробы, используя солнечную или химическую энергию, превращают диоксид углерода в органическое вещество. Основной процесс, возвращающий диоксид углерода в атмосферу, — разложение органических соединений под влиянием микроорганизмов. Этот процесс разложения органических безазотистых соединений называется брожением. В природе существует много типов брожений, вызываемых определенными видами микробов. Рассмотрим только имеющие наибольшее значение для круговорота углерода типы брожения Требования растений к условиям питания в различные периоды их роста. Растения в разные периоды роста предъявляют неодинаковые требования к условиям внешней среды, в том числе к условиям питания. Поглощение растениями азота, фосфора, калия и других питательных элементов в течение вегетации происходит неравномерно. В связи с этим различают критический и максимальный периоды питания.В начальный период развития растения потребляют относительно небольшое количество питательных элементов, но весьма чувствительны как к недостатку, так и к избытку их в растворе. Начальный период роста – критический в отношении фосфорного питания. Недостаток фосфора в раннем возрасте настолько сильно угнетает растения, что урожай резко снижается даже при обильном питании фосфором в последующие периоды. Вследствие высокой напряженности синтетических процессов при слаборазвитой еще корневой системе молодые растения особенно требовательны к условиям питания. Следовательно, в прикорневой зоне в этот период питательные элементы должны находиться в легкодоступной форме, но концентрация их не должна быть высокой, а фосфор должен преобладать по сравнению с азотом и калием. Обеспечение достаточного уровня снабжения всеми элементами с начала вегетации имеет важное значение для формирования урожая. Так, у зерновых уже в период развертывания первых трех-четырех листьев начинаются закладка и дифференция репродуктивных органов – колоса или метелки. Недостаток азота в этот период даже при усиленном питании в дальнейшем приводит к уменьшению колосков в метелке или колосе и снижению урожая. Максимальный период потребления растениями питательных элементов обычно совпадает с периодом интенсивного роста стеблей, листьев. В это время растения особенно много потребляют азота. Недостаток азота в этот период приводит к угнетению роста, а в дальнейшем – к снижению урожая и его качества. Ко времени цветения и плодообразования потребность в азоте у большинства растений уменьшается, но возрастает роль фосфора и калия – они участвуют в синтезе и передвижении органических веществ в растении, например, аминокислот – в зерно, сахара – в корни корнеплодов и т.д. В период плодообразования, когда нарастание вегетативной массы заканчивается, потребление всех питательных элементов постепенно снижается, а затем их поступление прекращается. Дальнейшее образование органического вещества и другие процессы жизнедеятельности обеспечиваются, в основном, за счет повторного использования питательных элементов, уже накопленных в растении. Различные сельскохозяйственные культуры отличаются количеством и интенсивностью поглощения питательных элементов в течение вегетационного периода. Все зерновые, лен, ранний картофель, некоторые овощные культуры отличаются коротким периодом интенсивного питания, основное количество питательных элементов потребляют в сжатые сроки. Для кукурузы, сахарной свеклы и некоторых других растений характерно более плавное, растянутое потребление питательных элементов, поглощение их они продолжают почти до конца вегетации. Элементы поглощаются растениями с различной интенсивностью. Так, зерновые в большем количестве потребляют азот и менее интенсивно – калий и фосфор. Свекла в период нарастания листьев больше поглощает азота, а когда в корнях происходит образование сахара – калия. Кукуруза наиболее интенсивно потребляет калий, затем – азот и значительно медленнее – фосфор. Поглощение калия полностью заканчивается к периоду образования метелок, а азота – к периоду формирования зерна. Поступление фосфора более растянуто и продолжается почти до конца вегетации. Состав почвы. Почва — сложная саморегулирующаяся поликомпонентная биокосная единая система, содержащая тесно взаимодействующие между собой твердую, жидкую и газовую фазы. Газовая фаза — почвенный воздух — результат взаимодействия атмосферного воздуха и образующихся в почве газов. Состав его отличается от атмосферного повышенным (на 0,3—1 %, иногда на 2— 3 % и более) содержанием диоксида углерода и несколько меньшим — кислорода. Он весьма динамичен в зависимости от интенсивности обмена с атмосферным воздухом, богатства почвы органическими веществами, колебаний погодных условий (давление, температура, влажность) и характера растительности. Объем почвенного воздуха находится в динамическом антагонистическом равновесии с жидкой фазой (больше воды — меньше воздуха и наоборот). Регулирование водно-воздушного режима конкретных почв соответствующими обработками в сочетании с рациональным применением удобрений и мелиорантов улучшает корневое и воздушное питание растений, повышает их продуктивность и качество получаемой продукции, способствует развитию почвенных микроорганизмов, насекомых и животных. Жидкая фаза — почвенный раствор — образуется из воды, поступающей с осадками, из грунтовых и паводковых вод, при конденсации водяных паров и растворимых в почвенном растворе веществ твердой и газообразной фаз. Это наиболее активная фаза почвы, из которой растения непосредственно усваивают питательные элементы и одновременно через почвенный раствор происходит взаимодействие растений с удобрениями, мелиорантами, твердой и газообразной фазами почвы, а также перенос различных частиц и соединений всех этих компонентов в виде суспензий, взвесей, коллоидных и истинных растворов. Почвенный раствор в зависимости от состава и свойств конкретной почвы содержит катионы (Са2+, Mg2+, Н+, Na+, К+, NHJ и др.), анионы (НСО3, ОН", Cl", NO3, SO^-, Н2РС>4 и др.), водорастворимые органические соединения и растворимые С02, 02, NH3 и др. Иными словами, состав, концентрация, реакция, буферность и осмотическое давление почвенного раствора динамичны и зависят от почвенно-климатических условий и антропогенного воздействия. Твердая фаза почвы состоит из минеральной (90—99,5 %) и органической (10—0,5%) частей, представленных полидисперсными частицами и агрегатами. Минеральная часть — обломки и частицы первичных пород и минералов, вторичные (вновь образованные) минералы, оксиды, соли и другие соединения, образовавшиеся в процессе выветривания и почвообразования. Органическая часть — разной степени разложения, остатки растительных и животных организмов почвы и продукты их разложения и неосинтеза, среди которых всегда преобладает собственно гумус. Средний элементный состав твердой фазы почвы (% массы) по А. П. Виноградову характеризуется следующими данными: Кислород, кремний, алюминий и железо составляют почти 93 % твердой фазы, углерод, калий и кальций — еще 4,6 % и лишь 2,5 % приходится на все оставшиеся элементы, которые в подавляющем большинстве содержатся в минеральной части. Только некоторые элементы (углерод, кислород, водород, фосфор и сера) содержатся в минеральной и органической частях, а азот — почти целиком в органической части Виды поглотительной способности, их роль во взаимодействии почвы с удобрениями. Способность почвы поглощать из окружающей среды ионы, молекулы, частицы, микроорганизмы, другие вещества и удерживать их называется поглотительной способностью. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ Она обусловлена наличием в почве живых организмов — растений, микроорганизмов, насекомых, червей и других, которые избирательно поглощают из почвенного раствора и воздуха питательные элементы, переводят их в различные соединения собственной массы, предотвращают потери их и обогащают почву органическим веществом. Микроорганизмы, потребляя органические вещества в качестве пищи и энергетического материала, переводят питательные элементы в минеральную форму, но одновременно некоторое количество их потребляют сами. В этом смысле они конкурируют с растениями. Некоторая часть питательных элементов удобрений также потребляется микроорганизмами. Биологическое поглощение чрезвычайно важно в азотном питании растений и превращении азотных удобрений в почвах. Азотфиксаторы переводят молекулярный азот атмосферы в усвояемые для растений формы, количество которого можно регулировать с помощью удобрений, мелиорантов, доли и вида бобовых в посевах и способами обработки почвы. Нитрификаторы окисляют аммиачный азот в нитратный, который, если не используется растениями и микроорганизмами, теряется из почвы в результате вымывания и (или) денитрификации, так как другими способами нитраты (и хлориды) почтойне поглощаются. Интенсивность биологического поглощения зависит от температуры, водно-воздушного режима, реакции среды, количества и состава органического вещества в почвах. Ее можно регулировать умелым и комплексным сочетанием видов, доз и способов внесения удобрений и мелиорантов с подбором культур, сроками и способами обработки почв и другими агротехническими приемами. МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ Она обусловлена пористостью почвы, способностью задерживать твердые частицы из воздуха и фильтрующихся вод. Это несорбционный процесс; емкость такого поглощения зависит главным образом от гранулометрического состава, структуры и сложения почвы. Благодаря такому поглощению в верхних горизонтах почв сохраняются наиболее ценные коллоидные и предколлоидные фракции, микроорганизмы, а также тонкоразмолотые нерастворимые в воде удобрения (фосфоритная мука, преципитат, фосфат-шлаки и др.) и мелиоранты (известняковая, доломитовая мука, гипс и др.). ФИЗИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ Это способность почвы поглощать (положительная адсорбция) или отторгать (отрицательная) целые молекулы различных веществ поверхностью дисперсных, преимущественно коллоидных и предколлоидных частиц. Если молекулы вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды, то в пленке на поверхности частиц концентрация этого вещества повысится, а в окружающей среде снизится. Это положительное поглощение (адсорбция) типично в основном для молекул органических веществ (спирты, кислоты, основания, высокомолекулярные соединения), а из минеральных — только для щелочей. Минеральные кислоты и растворимые в воде соли физически поглощаются отрицательно, т. е. отторгаются почвой при ее увлажнении, а при избытке воды вымываются в нижележащие горизонты и грунтовые воды. Физическое поглощение имеет большое значение для рационального применения удобрений, в составе которых содержатся растворимые нитраты и хлориды. Так как хлор в значительных количествах для многих культур токсичен, хлорсодержащие удобрения следует вносить осенью, чтобы благодаря осенне-весенним осадкам произошло вымывание его из пахотного слоя к моменту посева чувствительных к нему культур. Для нитратных удобрений такое вымывание экономически и экологически вредно, поэтому их лучше вносить весной перед посевом или в подкормки. Физическая поглотительная способность почв имеет и экологическое значение: адсорбция молекул паров, газов и пестицидов уменьшает проникновение их в сопредельные среды, включая растения. ХИМИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ Это поглощение — хемосорбция — преимущественно анионов в результате образования труднорастворимых соединений при взаимодействии различных компонентов жидкой, твердой и газовой фаз почвы. Химическое поглощение почвой анионов зависит от их способности образовывать труднорастворимые и нерастворимые соединения с элементами почвы. Анионы угольной (С0з“) и серной кислот с катионами Са2+ и Mg2+, которые преобладают в большинстве почв, образуют труднорастворимые соединения. Анионы фосфорной кислоты (Н2РО4 ,НР04-) с кальцием и магнием образуют двух- СаНР04 и трехзамещенные Са3(Р04)2, а с алюминием и железом — трехзамещенные труднорастворимые фосфаты (FeP04, А1Р04). Свежеосажденные трехзамещенные фосфаты железа, алюминия и кальция благодаря корневым выделениям растений могут усваиваться, но при старении осадков кристаллизуются и становятся менее растворимыми и доступными растениям. Двухзамещенный фосфат кальция (СаНР04) растворяется в слабых кислотах и поэтому благодаря кислым корневым выделениям легко усваивается растениями. От прорастания семян до появления развитых корней растения могут потреблять только водорастворимые однозамещенные фосфаты. Однако именно они очень быстро химически связываются во всех почвах, причем не только растворимыми в воде, но и находящимися в поглощенном состоянии ионами кальция, магния, железа и алюминия. Интенсивное химическое связывание анионов фосфорной кислоты почвами обусловливает необходимость внесения и заделки фосфорных удобрений на определенную глубину вблизи поглощающих участков корней растений, так как мигрировать они не могут. Для снижения химического поглощения почвами доступных растениям форм фосфора удобрений следует уменьшить суммарную поверхность контакта их с почвой путем гранулирования порошковидных форм, а также локализации порошковидных и гранулированных форм при допосевном внесении. Из-за уменьшения поверхности контакта с почвой гранулированный суперфосфат при любых способах внесения на всех почвах обеспечивает большую прибавку урожаев культур, чем порошковидный. Локальное внесение эффективнее, чем заделка при разбросном внесении. Фосфор навоза и компостов усваивается растениями лучше, чем из минеральных удобрений. Наряду с химическим закреплением (ретроградацией) фосфатов в почвах наблюдается и противоположный процесс — мобилизация фосфора: перевод его из недоступных в доступные для растений формы. Это происходит при подкислении почв, которое может наблюдаться при повышении концентрации угольной, азотной и органических кислот, образующихся в результате жизнедеятельности и разложения растений и биоты. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ (ОБМЕННАЯ) ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ Это способность поглощать ионы почвенного раствора, преимущественно катионы, путем эквивалентного обмена на одноименно заряженные ионы диффузного слоя минеральных, органических и органо-минеральных коллоидов твердой фазы почвы, совокупность которых К. К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК). Преимущественное поглощение катионов обусловлено преобладанием в ППК почв отрицательно заряженных коллоидов (аци-доидов), в диффузном слое которых находятся в качестве противоионов катионы, способные к обмену с катионами жидкой фазы почвы. Все обменно-поглощенные ионы в различных почвах могут усваиваться растущими растениями. Обменное поглощение катионов определяет реакцию, буферность, структурное состояние и другие свойства почвы, что особенно важно для питания растений во взаимодействии удобрений с почвой и растениями. В нейтральных и близких к ним по реакции почвах взаимодействие преимущественно водорастворимых форм, а в кислых и щелочных почвах всех удобрений и химических мелиорантов обусловлено прежде всего обменом ионов (преимущественно катионов) между ППК и удобрениями, ППК и мелиорантами. Основную (преобладающую) часть питательных элементов растения потребляют из почвы и удобрений в виде ионов путем различных обменных реакций между растением, почвой, удобрениями и мелиорантами. Физико-химическое поглощение ионов имеет ряд закономерностей. Реакции обмена между поглощенными ППК и ионами почвенного раствора обратимы и протекают в эквивалентных количествах и соотношениях. Обменные реакции заканчиваются установлением некоторого подвижного равновесия. Установление этого равновесия зависит от состава, концентрации и объема раствора, природы обменивающихся анионов и катионов и свойств почвы. Удобрения, мелиоранты, минерализация органического вещества почвы, увлажнение и подсыхание почвы, потребление ионов растениями смещают это равновесие, и тогда одни анионы и катионы переходят из раствора в ППК, а другие в обмен на первые наоборот — из ППК в раствор. Фиксация калийных и аммонийных катионов соответствующих удобрений возрастает с увеличением среди минералов монт-мориллонитовой группы, особенно в коллоидной и предколлоид-ной фракциях гранулометрического состава почвы. Внесение аммиачных и калийных удобрений глубже, в слои почвы с устойчивой влажностью, позволяет заметно снизить необменное поглощение (фиксацию) вносимых катионов и сохранить их в усвояемой для растений форме. Почва как исключительно сложный полифункциональный сорбент поглощает ионы, молекулы и частицы питательных веществ удобрений и мелиорантов нередко одновременно по нескольким типам взаимодействия. Знание этих взаимодействий позволяет профессионально регулировать с помощью имеющихся природно-экономических ресурсов продуктивность культур, плодородие почв и качество получаемой продукции. |