шпоры по агрохимии. вопросы по агрохим. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Агрохимия

• Название: Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Агрохимия
• Анкор: шпоры по агрохимии
• Дата: 17.02.2021
• Размер: 141.34 Kb.
• Имя файла: вопросы по агрохим.docx
• Тип: Документы; #177165
• страница: 3 из 10

Виды кислотности почв, ее влияние на корневое питание растений и применение удобрений.

Реакция почвенного раствора (почвы) обусловлена соотношением ионов водорода (Н⁺) и гидроксида (ОН^-), причем концентрацию первых обычно выражают символом pH, являющимся отрицательным логарифмом концентрации этих ионов (Н⁺).

Реакция почвы оказывает большое разностороннее влияние на усвоение питательных элементов, рост, развитие и урожайность растений, деятельность почвенных микроорганизмов, трансформацию разных форм питательных элементов удобрений и почвы, физические, химические, физико-химические и биологические свойства почв. Удобрения, и особенно мелиоранты, позволяют регулировать реакцию почв в желаемом для возделываемых культур направлении.

По реакции (pH) различают почвы: очень сильнокислые — < 4,0 (рН_С01), сильнокислые — 4,1—4,5, среднекислые — 4,6—5,0, слабокислые — 5,1 —6,0, нейтральные — 6,1 —7,4, слабощелочные—7,5—8,5 (рНвод)5 сильнощелочные — 8,6—10,0, резкощелочные — > 10,0.

В кислых почвах различают актуальную (активную) и потенциальную (пассивную) кислотность.

Актуальная кислотность. Обусловлена наличием и концентрацией ионов водорода в почвенном растворе (суспензии) при обработке почвы водой. Разложение органического вещества почвы и органических удобрений приводит к постоянному образованию органических и аминокислот, диоксида углерода и воды. Органические и аминокислоты являются продуктами корневых выделений растений и почвенных микроорганизмов, а при дыхании все живые организмы выделяют С0₂. Диоксид углерода, взаимодействуя с водой, образует угольную кислоту.

Угольная, органические и аминокислоты, да еще гидролитически кислые удобрения (NH₄C1; (NH₄)₂ S0₄) и азотная кислота, образующаяся в процессе нитрификации аммиачного азота удобрений и почвы, являются основными источниками ионов водорода почвенного раствора, обусловливающими актуальную кислотность почв.

Потенциальная кислотность. Обусловлена обменно-поглощенными ППК ионами водорода, алюминия, железа и марганца. В зависимости от способности к обменному вытеснению из ППК этих ионов другими потенциальную кислотность разделяют на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность. Обусловлена наличием в ППК тех ионов водорода, алюминия, железа и марганца, которые могут быть вытеснены в раствор катионами нейтральных солей, в том числе и удобрений (КС1, KN0₃, K,S0₄ и др.)

В слабокислых почвах обменная кислотность незначительная, а в щелочных — вообще отсутствует. Обменная кислотность кислых почв легко переходит в актуальную при взаимодействии твердой фазы почвы с водорастворимыми солями удобрений, мелиорантов и жидкой фазы почвы, что усиливает отрицательное влияние на чувствительные к кислотности растения и микроорганизмы. Особенно токсичны для многих живых организмов подвижные алюминий и марганец, поэтому дозы извести должны нейтрализовать не только актуальную, но и обменную формы кислотности известкуемых почв. Обменная кислотность (рН_С0Л) — важный показатель нуждаемости почв в известковании.

Гидролитическая кислотность. Обусловлена той частью катионов ППК потенциальной кислотности, которые могут быть вытеснены при обработке почвы 1 н. раствором гидролитически щелочной соли (CH₃COONa):

Гидролитическая кислотность (Н_г) определяется как общая кислотность почвы, включающая в себя актуальную, обменную и «собственно» гидролитическую виды ее. Она значительно больше обменной и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы.

В отсутствие актуальной и обменной видов «собственно» гидролитическая кислотность не вредна для растений и микроорганизмов. Это наблюдается во всех черноземах, кроме южных, но знание ее в этих случаях необходимо для определения степени насыщенности почв основаниями (Г) и для обоснования возможностей замены суперфосфатов фосфоритной мукой (фосфоритова-ние).

Для кислых почв (болотные, подзолы, дерново-подзолистые, серые лесные, красноземы, желтоземы) наряду с определением степени насыщенности основаниями и возможностями фосфор-тования величина гидролитической кислотности позволяет определять оптимальную дозу извести для желаемой нейтрализации тех или иных видов кислотности.

14. 
    Соединения азота в почве и их превращение.
    

В пахотном слое (0—25 см) разных почв общее (валовое) содержание азота изменяется от 0,02—0,05 % в дерново-подзолистых почвах до 0,2—0,5 % в черноземах, т. е. даже в пределах одного типа изменяется более чем в 2 раза, а для разных типов — в 10 раз. Так как не менее 95 % общего азота содержится в органическом веществе почвы и только около 1 % в легкоусвояемых для растений минеральных формах (NO3 и NH4), то обеспеченность этим элементом любой почвы определяется содержанием в ней органического вещества (гумуса) и скоростью его минерализации (разложения). Разложение органических азотистых веществ можно представить следующей схемой: гумусовые вещества, белки ^аминокислоты, амиды -> аммиак -> нитриты -> нитраты.

Разложение органических веществ почвы до аммиака, называемое аммонификацией, происходит при помощи разных обширных групп аэробных и анаэробных микроорганизмов. Образующийся аммиак, взаимодействуя с другими продуктами минерализации (угольная, муравьиная, уксусная, азотная и др. кислоты), дает соли. В анаэробных условиях процесс разложения на этом останавливается, а в аэробных — соли аммония окисляются до нитратов (нитрификация). Скорость аммонификации зависит от температуры, влажности, реакции и других условий, а в анаэробных условиях в сильнокислых (торфяники) и сильнощелочных (солонцы) почвах этот процесс резко замедляется.

Нитрификация осуществляется группой аэробных бактерий (Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira и Nitrobakter), для которых этот процесс является источником энергии. Окисление аммиачного азота происходит через ряд промежуточных продуктов (гидроксиламин, азотистая и азотная кислоты), причем в окислении до азотистой кислоты участвуют из указанных ранее первые три группы бактерий, а четвертая далее до азотной кислоты.

Влажность почвы 60—70 % капиллярной влагоемкости, температура 25—32 °С и pH 6,2—8,2 — оптимальные условия для нитрификации, при которых процесс протекает максимально быстро, и при достаточных запасах аммиачных форм почвенного азота за один вегетационный период может образоваться до 300 кг/га азота в виде азотной кислоты.

Интенсивность и объемы процессов аммонификации и, следовательно, нитрификации зависят от общего количества и качества органического вещества и особенно лабильной части его (ЛОВ), водно-воздушного и теплового режимов и реакции среды. Поэтому с помощью мелиорантов, органических и минеральных удобрений, способов обработки почвы, структуры посевных площадей можно в той или иной степени практически воздействовать на эти процессы и одновременно учитывать их для повышения эффективности и экологической безопасности применения удобрений в конкретных условиях.

Нитрификация наряду с положительной играет и отрицательную роль, так как избыток нитратов может загрязнять продукцию, вымываться с осадками и оросительными водами в грунтовые воды вплоть до питьевых, а также подвергаться денитрификации с образованием выделяющихся из почвы газообразных потерь в виде NO, N₂0 и N₂.

Денитрификация — восстановление нитратного азота до указанных газообразных соединений в анаэробных условиях осуществляется обширной группой бактерий — денитрификаторов (deni-trificans, stutzeri, fluorescens, puocyaneum и др.) Продукты биологической денитрификации (N₂0 и N₂) являются одними из основных газообразных потерь азота почвы. Между денитрификацией и нитрификацией существует тесная связь. Интенсивная нитрификация в аэробных микрозонах вызывает обеднение их кислородом, они становятся анаэробными. Кроме этого даже при хорошей структуре и оптимальной влажности почвы внутри отдельных микроагрегатов могут также существовать анаэробные микрозоны, создаются благоприятные условия для денитрификации.

Наряду с биологической денитрификацией в почвах возможно восстановление нитратов и в результате химических реакций (хемодинитрификация) между соединениями, образующимися при аммонификации, нитрификации и денитрификации.

Наряду с минерализацией органического азота в результате изложенных ранее процессов в почвах одновременно происходят и процессы вторичного синтеза — из образовавшихся минеральных форм и внесенных удобрений микроорганизмы строят белки собственных тел. Азот при этом не теряется из почвы, а переходит в недоступные для питания растений формы — иммобилизуется, хотя при отмирании микроорганизмов он вновь минерализуется и может стать доступным растениям. Процессы мобилизации (минерализации) и иммобилизации протекают в почвах одновременно, а интенсивность каждого и соотношение между ними очень динамичны и в значительной степени определяют условия азотного питания растений. Именно поэтому для уточнения доз внесения азотных удобрений под различные культуры и на любых почвах чрезвычайно важна почвенная диагностика азотного питания.

15. 
    Пути накопления азота в почве и его возможные потери.
    

Для получения высоких урожаев со всей площади посевов даже на богатых гумусом и азотом почвах недостаточно того количества минерального азота, которое накапливается в них в результате процессов минерализации, другими словами — мобилизации их природных запасов, даже если они усилены приемами обработки.

Из культурных воздействий, направленных на обогащение почв азотом, важнейшее значение имеет культура бобовых, использующих благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями азот атмосферы. Чем больше урожаи бобовых, тем выше их значение в обогащении почв азотом. Отдельные виды бобовых, культура которых преследует различные хозяйственные цели, по-разному влияют на запасы азота в почвах. Связанный азот, накопленный в бобовых растениях, наиболее полно идет на увеличение почвенного запаса в случае запашки бобового на зеленое удобрение (люпин).

При культуре бобовых трав на сено в почве сохраняется лишь азот корневых и послеукосных остатков, что составляет 1/2 всего азота растений при культуре клевера (75—80 кг/га N в год) и 1/3 азота при культуре люцерны (100 кг/га N в год) Остальная часть азота вместе с сеном удаляется с поля и может быть возвращена в почву лишь в форме навоза от скота, которому скармливается сено. Зерновые бобовые культуры (горох, фасоль, соя, бобы), давая богатое белком зерно (что имеет большую кормовую и пищевую ценность), содержат в надземной массе (главным образом, в зерне) большое количество азота, накопленного за счет деятельности клубеньковых бактерий, но не только не обогащают, а даже несколько обедняют почву азотом (Д. Н. Прянишников, 1945). Азот зерновых бобовых может вернуться в почву лишь с навозом.

  Применение навоза и других органических удобрений (торф, компосты) является наиболее универсальным способом восстановления запасов азота (так же, как и других питательных элементов в почве). Навоз в среднем содержит —0,5% N, следовательно, с 20 т навоза на гектар вносится около 100 кг азота. Но фактическое количество азота, которое попадает в почву с навозом, в большой мере зависит от способов его подготовки, хранения, внесения и заделки в почву.

  Вместе с развитием химической промышленности все большее значение приобретает применение минеральных азотных удобрений. Наиболее распространенными в настоящее время являются азотнокислый аммоний, сульфат аммония и мочевина. Это хорошо растворимые соли, аммоний которых энергично поглощается почвой: большое значение приобретает также жидкий аммиак. 

Потери азота из почвы

  Для поддержания бездефицитного азотного баланса в почвах необходимо детальное знание всех статей этого баланса: прихода и расхода. В последнее десятилетие исследования, проводившиеся с применением изотопа N15, обнаружили значительные потери почвенного азота в атмосферу, ранее не учитывавшиеся.

  При внесении азотных удобрений в почву часть азота улетучивается в виде газов NH3, N02, N2.

  Потери NH3 при внесении аммиачных удобрений, вполне естественные в случае щелочных почв, как оказалось, происходят и из почв с нейтральной и слабокислой реакцией.

  Увеличение влажности и повышение температуры способствуют улетучиванию аммиака. Потери азота в виде N2 и N02 связаны с денитрификацией, в процессе которой происходит биологическое восстановление нитратов (в конечном счете до N2) микробами, использующими нитраты в качестве источника 02. Денитрификация связана с анаэробными условиями, но широкое ее распространение заставляет предполагать, что и в почвах, достаточно аэрируемых, существуют очаги с анаэробными условиями, где нитраты восстанавливаются.  

Потери азота из почвы в атмосферу происходят не только при внесении минеральных удобрений, но и при удобрении навозом, а также (хотя и в меньших размерах) — на неудобренных участках, как показали непосредственные определения выделяющихся газов в поле.

Наибольшие потери азота из почвы в атмосферу наблюдаются на парующих участках; очевидно, с ними связано резкое уменьшение содержания азота в почве длительно парующих участков. На участках, занятых растениями, потери азота значительно меньше. Потери азота при выщелачивании в результате просачивания атмосферных осадков также значительно больше на парующих участках, чем под растениями.

16. 
    Минеральные и органические соединения фосфора в почве и их превращения.
    

Фосфор по среднему содержанию в земной коре среди всех элементов занимает 13-е место (0,12%), причем в верхнем слое почвы его значительно больше, чем в нижележащих и в материнской породе благодаря постоянному извлечению корнями растений из более значительного объема почвы и подпочвы, чем тот, в котором корни и надземные органы растений отмирают. Валовые запасы фосфора в пахотном слое различных почв зависят от гранулометрического и минералогического состава и содержания органического вещества и колеблются от 0,03—0,12 % в дерново-подзолистых почвах до 0,10—0,30 % в черноземах.

Минеральные фосфаты. Как правило, преобладают над органическими во всех почвах. Доля органических фосфатов наиболее высока в пахотном слое серых лесных почв и мощных черноземов (до 35—45 %), но к югу и северу она уменьшается, а минеральных возрастает: в среднеоподзоленных до 69 %, в сильнооподзоленных до 73, в каштановых почвах до 75 и в сероземах до 86 %. Чем больше в почве органического вещества, тем выше доля органических и валовых фосфатов.

Органические фосфаты. Содержатся в гумусе, неразложившихся остатках живых организмов и фитатах. Кальциевые и магниевые соли фитина (фитаты) преобладают в нейтральных, а алюминия и железа — в кислых почвах. Фитаты составляют наибольшую часть (до 50 %) органических фосфатов. Органические фосфаты минерализуются различными микроорганизмами, причем часть фосфора (до 24 кг/га), как и азота, находится в массе их тел, а оставшаяся может быть усвоена растениями и (или) поглощена почвой.

Минеральные фосфорнокислые соли одновалентных катионов любой степени замещения, а также однозамещенные фосфаты кальция и магния растворимы в воде и легко усваиваются всеми культурами. Однако из-за быстрого химического и физико-химического поглощения почвой водорастворимых соединений фосфора в почвах очень мало — редко более 1 мг/кг почвы.

Растения благодаря корневым выделениям способны усваивать и растворимые в слабых кислотах (угольная, уксусная, лимонная, щавелевая и др.) фосфорнокислые соли. В еще больших количествах слабые и более сильные кислоты выделяются микроорганизмами (азотная при нитрификации, серная при окислении серосодержащих белков и аминокислот, фосфорная при минерализации фос-форорганических веществ, угольная и органические при дыхании и брожении).

В почвах под влиянием естественных и антропогенных, химических, биологических, физических, физико-химических и других воздействий одновременно происходят сопряженные процессы перехода форм фосфора из доступных в недоступные растениям и обратно.

Динамика усвояемых фосфатов зависит от почвенно-климатических условий возделываемых культур (и сортов), количества и качества применяемых удобрений и мелиорантов и в целом от уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. Поэтому повторные обследования почв для этих целей проводят через разные промежутки времени: от 1—2 лет в интенсивных (орошаемых, овощных) до 10 и более лет в экстенсивных неудоб-ряемых агроэкосистемах.

17. 
    Соединения калия в почве.
    

Валовое содержание калия в почвах (в среднем 2,14%) почти всегда выше, чем азота и фосфора, вместе взятых, причем с увеличением глинистых частиц в гранулометрическом составе оно может достигать 3,0%. Гораздо меньше калия в супесчаных (до 2,0%), песчаных (до 1,5%) и особенно торфяных (менее 1,0%) почвах, причем в подпахотных слоях дерново-подзолистых и серых лесных почв валовое содержание его выше, чем в пахотных.

Калий почв на 99,9 % представлен минеральными соединениями, поэтому обеспеченность этим элементом растений зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы. Общий (валовой) калий содержится: в составе кристаллических решеток первичных и вторичных минералов (не менее 91 % от общего), в обменно- (0,5—2,0 %) и необменно-поглощенном (до 9,0 %) состояниях, в виде солей (карбонатов, нитратов, хлоридов и др.) почвенного раствора (0,05—0,2 %) и в составе пожнивно-корневых остатков, микроорганизмов (до 0,05 %).

Легче всего растения усваивают водорастворимый калий (почвенного раствора), хорошо — разложившихся остатков живых организмов и обменно-поглощенный. Все эти формы подвижны, доступны для растений. Ближайшим резервом питания являются необменно-поглощенный (фиксированный) калий, гидрослюды, вермикулиты, вторичные хлориты и малорастворимые соли. Потенциальный резерв — полевые шпаты, слюды, пироксены и первичные хлориты.

Между различными формами калия в почвах существует динамичное (подвижное) равновесие и, если, например, растения смогут потребить водорастворимые формы, количества их пополнятся за счет обменно-поглощенных, уменьшение которых через какое-то время может быть возмещено за счет необменной, фиксированной формы. Следует иметь в виду, что при внесении водорастворимых калийных удобрений трансформация их может протекать в противоположном направлении.