Избыточное накопление соединений азота и фосфора в почве к чему приводит

Избыточное накопление соединений азота и фосфора в почве к чему приводит

Соединения азота и фосфора

Азот и фосфор как биогенные элементы постоянно присутствуют в водоемах в виде различных соединений, образующихся при разложении органического вещества. Дополнительно они поступают с бытовыми, индустриальными и сельскохозяйственными стоками, а также в результате смыва минеральных удобрений с обрабатываемых полей. В разных зонах земледелия потери азота достигают 30-70% от количества внесенных удобрений, а в дренажных водах концентрация фосфора и калия увеличивается в 2-3 раза. Интенсификация рыбоводства также влечет за собой органическое загрязнение пруда экскрементами рыб, остатками кормов и удобрениями.

Избыточное накопление азота, фосфора и других биогенных элементов в водоемах приводит к интенсивному развитию фитопланктона (цветению воды), нарушению газового режима, отложению донных осадков. При разложении органических веществ, кроме того, образуются токсические продукты: трупные яды, аммиак, нитриты и нитраты, гидразин, гидроксиламин, сероводород, перекисные соединения, альдегиды и кетоны. Поэтому гибель рыб в таких водоемах, как правило, происходит от комплекса факторов: нарушения газового режима водоемов и отравления названными ядовитыми веществами.

Аммиак и соли аммония (NH₃, NH₄). В водоемах азот находится в нескольких переходных формах: органического (альбуминоидного) азота, аммонийных солей и свободного аммиака, солей азотистой (нитритов) и азотной (нитратов) кислоты. Они образуются в процессе минерализации органического азота и дополнительно поступают со стоками коксохимической, азотнотуковой и пищевой промышленности, коммунально-бытового хозяйства, животноводческих ферм, с удобрениями, применяемыми в сельском и рыбном хозяйстве.

Токсичность. Аммиак относится к группе высокотоксичных для рыб соединений. Его токсичность обусловлена в основном действием недиссоциированных молекул. Аммонийные соли, в силу малой агрессивности ионов аммония, менее токсичны для рыб и их действие также в основном зависит от наличия свободного аммиака. Количество последнего обычно возрастает с повышением рН и температуры воды. Аммиак образуется также в организме рыб как конечный продукт азотистого обмена и выделяется через жабры. Поэтому механизм возникновения отравления рыб аммиаком довольно сложен. Он зависит от концентраций экзогенного и эндогенного аммиака и изменчивости физико-химических свойств воды. При загрязнении водоемов аммиачными сточными водами наступает прямое отравление аммиаком. В период цветения воды, которое сопровождается суточными колебаниями температуры, рН, содержанием кислорода и двуокиси углерода, накоплением продуктов разложения органики, развивается комбинированный токсикоз, так называемый аутотоксикоз. Он обусловлен экзогенным и эндогенным аммиаком, а также дополнительным действием вышеназванных факторов.

Таблица 27. Токсичность солей аммония для разных видов рыб

* ( Концентрация в пересчете на ион NH₄.)

Пороговые концентрации перхлората аммония и азотнокислого аммония при хроническом воздействии соответственно в 10 и 2 раза ниже, чем остролетальные.

Симптомы и патоморфологические изменения. Аммиак является типичным нервным ядом, обладающим также гемолитическим и локальным действием. Картина острого отравления довольно характерна и проявляется однотипно у разных видов рыб. В начальной стадии постепенно повышается возбуждение и обостряется чувствительность рыб к механическим и световым раздражителям. Затем развиваются сильные клоникотонические судороги, проявляющиеся как бы толчкообразными движениями рыб, дрожанием плавников. Рыбы теряют равновесие, опускаются на дно и лежат с широко раскрытым ртом, расставленными плавниками и жаберными крышками.

Трупное окоченение хорошо выражено, поверхность тела и жабры обильно покрыты слизью, видны очаговые кровоизлияния. В высоких концентрациях аммиак вызывает дистрофию, вакуолизацию и некробиоз респираторного эпителия жабр и повышенное кровенаполнение внутренних органов, иногда некробиоз печеночных клеток. При более низких концентрациях сильнее проявляется гемолиз эритроцитов, нарушение функций нервной системы и дегенеративные изменения во внутренних органах.

Диагноз ставят на основании симптомов болезни, патоморфологических изменений и результатов определения аммиака в воде и органах рыб. В воде определяют общий аммонийный азот колориметрическим способом с реактивом Несслера. Количество свободного аммиака рассчитывают, исходя из константы диссоциации аммонийных соединений при фактических значениях рН и температуры воды. Вначале по таблицам находят процентное соотношение ионов аммония и неионизированного аммиака, а затем рассчитывают их концентрацию в воде (мг/л). Нитриты и нитраты определяют официальными методами с реактивом Грисса.

В патологическом материале аммиак обнаруживают качественной пробой с помощью трех индикаторных бумажек, смоченных щелочным раствором ацетата свинца, щелочным раствором сульфата меди и влажной лакмусовой бумажки. Посинение лакмусовой и медной бумажек указывает на присутствие аммиака в гомогенате органов, помещенных в коническую колбу с пробкой. Почернение свинцовой бумажки указывает на наличие сероводорода.

Профилактика заключается в запрещении сброса в рыбохозяйственные водоемы неочищенных сточных вод коммунально-бытового хозяйства, стоков из животноводческих ферм и промышленных предприятий и соблюдении правил применения удобрений и аммиачных ванн в рыбоводстве. Степень загрязнения водоемов органическими веществами контролируется гидрохимическим анализом, особенно определением содержания в воде азота альбуминоидного, солевого аммиака, нитритов, нитратов.

Фосфор и его соединения. В поверхностные воды фосфорные соединения попадают со стоками химических, пищевых предприятий, спичечных фабрик, смываются с полей, обрабатываемых удобрениями и пестицидами, воде фосфор присутствует в виде фосфатов, галогенидов, фосфороорганических соединений и даже в форме элементарного фосфора. Полифосфаты входят в состав многих моющих средств, поступающих в водоемы с бытовыми водами. Повышение уровня фосфатов в воде (5-10 мг/л Р₂О₅) указывает на органическое загрязнение водоемов. Отмечены случаи отравления рыб желтым фосфором.

Диагноз на отравление элементарным фосфором ставят на основании нешних признаков отравления и патоморфологических изменений, а также нализа источников его поступления в водоемы. Кроме того, в воде определяет общее содержание фосфора или растворимых ортофосфатов, используя колориметрические методы.

Токсичность. По степени токсичности для полезных гидробионтов наиболее опасны аммонийно-аммиачные удобрения, при неправильном применении которых зарегистрированы неоднократные случаи гибели рыб. Остальные группы относятся к малотоксичным соединениям (описание их токсического действия см. в соответствующих разделах справочника).

Отрицательное влияние удобрений заключается также в том, что они, поступая в водоемы во все возрастающих количествах, могут привести к перегрузке водоемов азотом и фосфором, эвтрофикации вод. В результате этого в водоемах происходит массовое развитие водорослей, накапливается избыток органического вещества, нарушаются процессы самоочищения воды, чем создаются неблагоприятные условия для роста и развития рыб и других полезных гидробионтов.

Профилактика заключается в строгом соблюдении правил применения удобрений в сельском хозяйстве и в рыбоводстве. В почву и воду вносят только недостающие элементы. Аммиачные удобрения в пруды следует добавлять осторожно, разбрызгивая разбавленный раствор мелкими каплями.

Источник

Соединения азота и фосфора в почвенном слое, их трансформация

(Скурлатов, 2004, Кудымов – перевдная 2006, Тигер –монография Важным фактором антропогенного воздействия на почвенные экосистемы является применение минеральных удобрений. Около ⅔ урожая сельскохозяйственных растений человек использует для своих нужд и в итоге в почву возвращается меньше биогенных элементов, чем было накоплено биомассой растений. В идеале, если исходить из требования сохранности почвенных экосистем при изымании урожая, на поля необходимо вносить эквивалентное количество биогенных элементов. Если при этом исходить из нормы по 9 кг N, Р2O5 и К в год на человека, то при норме применения удобрений 100 кг/га следует вносить на поля планеты ежегодно по 150 млн.т N,Р и К. В действительности не все вводимые в почву удобрения достигают растений, многое теряется, выносится в водные объекты.

Особенно остро стоит проблема применения азотных удобрений. Дело в том, что почвенная экосистема истощается по запасам питательных веществ, если связанные формы азота и органические вещества в виде пищевых продуктов изымаются из круговорота веществ со скоростью, превышающей скорость восстановления гумуса. Истощение почвы приводит к сокращению ее плодородия и снижению устойчивости против эрозии. При недостатке азота тормозится синтез белков, ферментов, хлорофилла, а значит, и углеводородов. Особенно необходим азот для образования новых клеток.

Избыточное содержание азотных удобрений в почве приводит к отрицательному воздействию на растения. Так, при дозе 150 кг/га наблюдалось полегание посевов озимой пшеницы, понижалась урожайность. При дозах порядка 200 кг/га снижается процент прорастания семян.

Избыточный азот в почве накапливается обычно в форме нитрата. Поскольку в этой форме азот почвой не сорбируется, он легко вымывается почвенными водами, причем от 20 до 40% его поступает в грунтовые воды и близлежащее водоемы.

Неконтролируемым источником поступления соединений азота в почвенные экосистемы является промышленность по производству азотных удобрений. Промышленные выбросы достигают 50% продукции. С осадками в почву поступает в год в среднем около 10 кг N/га, тогда как локально вблизи от предприятий это количество может быть гораздо выше. Пересыщение почвы соединениями азота происходит и за счет биологических источников — при многократных посевах сои и других бобовых культур (вместо удобрений).

Повышение содержания нитратов в почве и соответственно в сельскохозяйственных растениях и питьевой воде приводит сразу к нескольким отрицательным последствиям.

При попадании цитратов в организм человека происходит их восстановление до нитрит-ионов, которые переводят гемоглобин в метге-моглобин. Возникает болезнь под названием метгемоглобинемия. Отравление 20% гемоглобина приводит к сердечной недостаточности, а 80% — к смерти.

В кислой среде нитриты реагируют со вторичными аминами, образуя нитрозоамины, многие из которых канцерогенны для органов пищеварения и выделения. Опухолевое действие нитрозоаминов обнаружено в 1956 г. Сейчас ежегодно публикуется около 1500 сообщений по раковым заболеваниям, индуцированным нитрозоаминами. Считается, что не менее 5% злокачественных опухолей возникает из-за повышенного содержания нитратов в пище. Кроме того, азотные удобрения стимулируют образование в продукции сельского хозяйства микотоксинов, которые также могут приводить к раковым заболеваниям. Суточное потребление азота с пищей в виде нитратов не должно превышать в рационе человека 200 мг, а нитритов — 10 мг. В питьевой воде не должно содержаться более 20 мг NO3- в 1 л.

При накоплении нитратов качество сельскохозяйственной продукции резко ухудшается. Теряется устойчивость овощей и фруктов к длительному хранению, снижаются питательная ценность продуктов и их потребительские качества как промышленного сырья. Например, уменьшается содержание сахара в сахарной свекле.

Влияние азотных удобрений на урожайность и качество растительной продукции происходит не только за счет накопления нитратов непосредственно растениями, но и опосредованно — через ночву. Так, при использовании аммиачных форм азотных удобрений происходит потеря гумуса, возрастает его минерализация. Изменяются и микробиологические свойства почвы.

Применение азотных удобрений и их последующая трансформация вызывает повышение содержания N2О в атмосфере. Всего газообразные потере азота за счет процессов денитрификации в среднем составляют 24% от их суммарного внесения на поля.

Помимо азотных удобрений в почву необходимо вносить фосфаты. Несмотря на то что почва содержит значительные запасы фосфора, лишь 10—20% его находится в доступной для растений форме. Желательное соотношение N:Р:К в удобрениях лежит в пределах 1:1:1— 1:2:2,5. При N:Р

Помимо азота и фосфора для жизни растений необходим калий, особенно на начальных стадиях их развития. В период после цветения калий вымывается назад в почву. В силу высокой растворимости солей калия вынос его в сопредельные водоемы велик. В почве калий существует в равновесии между обменной и необменной формами. Калийные удобрения (КNО3, К2SО4, КС1) вносятся, когда запас обменного калия в почве невелик (

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Чтобы радовала урожаем: питаем проблемную почву

Подобно тому, как поддержание баланса в диете является ключом к здоровью вашего организма, поддержание баланса также является ключом к здоровой почве.

Переизбыток питательных веществ может быть столь же плох, как и дефицит питательных веществ.

Обе этих крайности могут нарушить естественные процессы в вашей почве и сделать ее менее подходящей для растений. Но как узнать, страдает ли ваша почва от дефицита питательных веществ или избыточного потребления? И что еще более важно, как вы можете это исправить?

Наиболее распространенные проблемы с почвой на участке и способы решения

Дефицит серы и ее избыточное количество

Растения нуждаются в сере для производства хлорофилла и для развития устойчивости к болезням.

Отсутствие серы приведет к замедлению роста, высокой смертности рассады и пожелтению листьев. В частности, молодые листья начинают показывать красные вены.

Слишком много серы в почве встречается редко. Однако, когда это происходит, ваша почва становится сильно кислой. Кислотная почва — это почва с уровнем рН ниже 7,0. С оптимальным диапазоном рН, который для большинства растений составляет от 5,5 до 7,0, кислой почве будет трудно выращивать растения.

Лучшими удобрениями для поддержания баланса серы в почве являются:

Дефицит азота и избыточное его количество

Подобно дефициту серы, дефицит азота будет отражаться в растениях желтыми или бледно-зелеными листьями.

С другой стороны, избыток азота приведет к чрезмерному росту листвы, которая не имеет цветения и плодоношения. Будут появляться низкорослые корни, и в почве начнут накапливаться минеральные соли.

Азот является жизненно важным компонентом хлорофилла, что, в свою очередь, делает его важным для фотосинтеза.

Чтобы поднять уровень азота в почве, добавьте удобрение, состоящее из:

Вы также можете выращивать горох, фасоль, так как эти растения известны как азотные фиксаторы.

Дефицит фосфора и избыток питания

Почва, которая не имеет необходимого количества фосфора, будет производить растения с плохим ростом листьев, корней и побегов, а сами листья будут темно-зеленого, красного или фиолетового цвета.

Вы также должны следить за задержками созревания растений, включая фрукты и семена.

Чрезмерное количество фосфора вызывает желтушность листьев, коричневую пятнистость и в конечном счете гибель всех листьев.

Рекомендуемыми удобрениями для исправления дефицита фосфора являются те, которые сделаны из:

Дефицит калия и избыточное его потребление

Наиболее заметные симптомы дефицита калия будут отражены в листьях.

Другие признаки дефицита калия включают в себя замедленный рост корней и плохие плоды, а также пониженное количество семян и плохое их качество.

Плохая фильтрация воды, уплотнение почвы, производство токсичных соединений и дефицит кальция являются признаками избыточного потребления калия.

Чтобы вернуть баланс калия в почву на вашем дачном участке, вам нужно использовать удобрения, сделанные из

Как определить, какая почва у вас на участке

Если нет возможности обратиться к специалистам, вы можете самостоятельно определить, какая почва на садовом участке. Для этого руководствуйтесь представленной таблицей. В ней описаны основные виды почв, их характеристики и особенности при выращивании растений.

Бывает трех типов: легкая, средняя и тяжелая. Первые два содержат больше песка, умеренно пропускают влагу. Имеет рыхлую структуру. Цвет бурый или желто-красный.

Источник

Избыточное накопление соединений азота и фосфора в почве к чему приводит

В пахотном слое разных почв количество азота колеблется в широких пределах; в дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных почвах &#150 0,04 &#150 0,08%, суглинистых и глинистых &#150 0,1&#150 0,15%. Серые лесные и черноземные почвы наиболее богаты общим азотом (0,3 &#150 0,5% и более). В каштановых почвах его количество колеблется от 0,1 (в светло-каштановых и бурых) до 0,2—0,25% (в темно-каштановых).

Азот в почвах находится преимущественно в недоступной растениям органической форме, минерального азота в них всего около 1% от общего. Под влиянием биологических процессов органический азот частично переходит в легкоусвояемые растениями минеральные формы. Распад азотных органических веществ почвы до аммиака (аммонификация) осуществляется аэробными и анаэробными микроорганизмами. Аммиак, накапливающийся в анаэробных условиях, поглощается почвенными коллоидами к может усваиваться растениями. В аэробных условиях аммиак под влиянием специфических микроорганизмов переходит в нитриты и затем окисляется до нитратов (нитрификация). Интенсивность минерализации органического вещества в разных почвах неодинакова, нитратный азот хорошо доступен растениям. Некоторое количество минерального азота поступает в почву с осадками. Атмосферный азот усваивается также отдельными микроорганизмами, живущими свободно, и клубеньковыми бактериями бобовых растений. Однако эта величина прихода азота в почву относительно невелика.

В почвах одновременно с минерализацией органических азотсодержащих веществ идет процесс перехода минеральных соединений азота в органические, недоступные растениям формы. Кроме того, содержание минерального азота в почве уменьшается а результате денитрификации, развивающейся в анаэробных условиях. При этом нитратный азот восстанавливается микроорганизмами до свободного газообразного азота, который теряется из почвы. Азот теряется также в результате вымывания нитратов, особенно из легких почв, осадками и дренажными водами.

Исследованиями ВИУА и Почвенным институтом имени В. В. Докучаева установлено, что 35 &#150 55% азота в зависимости от формы вносимого удобрения усваивается сельскохозяйственными культурами на дерново-подзолистых и серых лесных почвах, 25&#150 45% закрепляется в почве и 0,1% теряется при вымывании, что не имеет существенного значения в азотном балансе тяжелосуглинистых почв. С помощью 15N установлено горизонтальное перемещение азота в почве и концентрация его в прикорневой зоне. Прогнозирование действия азотных удобрений на основе агрохимического анализа почв пока еще не дает ощутимых результатов. Соответствия между показателями отдельных методов и фактической прибавки урожаев не наблюдалось. Трудности в определении подвижного азота связаны с тем, что доступность его растениям определяют не только свойства самой почвы, но также погодные условия и агротехника. Обеспеченность растений азотом в значительной степени зависит от сезонной динамики процессов аммонификации и нитрификации, что может обусловить на одной и той же почве резкие различия в снабжении сельскохозяйственных культур этим элементом. Поэтому нет возможности дать характеристику почв по содержанию подвижного азота на основе данных массовых анализов, как по содержанию подвижных соединений фосфора и калия.

Преобладающая часть почвенного азота (95-98%) находится вместе с углеродом в составе органического вещества. Органический азот в почве, обладая достаточной устойчивостью, поддерживает ее плодородие, оставаясь недоступным растениям. В связи с этим немецкий ученый Шульц писал: «Если не говорить о воде, то именно азот является самым могучим двигателем в процессах развития, роста и творчества природы. Его уловить, им овладеть &#150 задача, его сберечь &#150 ключ к экономике, подчинить себе его источник, бьющий с неистощимой энергией &#150 тайна благосостояния».

Органический азот почв составляет основную долю азотного фонда пчв, представлен сложными разнообразными соединениями. Господствующая часть органического азота (82-89% от общего) входит в собственно гумусовые вещества. Остальная часть азота (3-11%) включена в состав неспецифических соединений (аминокислоты, аминосахара, битумы). В этой же группе находится азот негумифицированных органических веществ (ткани отмерших растений и животных, живая и мертвая масса микроорганизмов). В почвах от 200 до 300 кг/га азота включено в неспецифические органические вещества. Этот азот является основным резервным фондом для минерализации и накопления подвижных минеральных форм азота в процессе аммонификации и нитрификации.

В почвах элювиального ряда его содержание колеблется от 1,5 до 6 т/га, в серых лесных возрастает до 10,5 т/га, а в черноземах достигает 13,5-15 т/га. Трудно- и легкогидролизуемый азот образуется в результате неполного разложения органического материала почвы. Эта форма азота частично доступна для растительного организма. Следовательно, непрерывные циклы созидания и разрушения азотистых веществ приводят к накоплению в почве доступных растениям соединений азота. Основу превращений составляют процессы минерализации и иммобилизации.

Рис. Круговорот азота в природе

2. Процессы превращения азота в почве.

Какова судьба аммонийного азота почвы?

Содержание обменного аммония в почвах сильно меняется, несмотря на меньшую динамичность, в сравнении с нитратами. Направленность количественных изменений обменного аммония во времени одинакова независимо от типа почв: весной содержание его максимально, затем снижается летом и вновь возрастает осенью.

Предшественник, возделываемая культура, обработка почвы оказывают слабое влияние на накопление обменного аммония. Существенное влияние на режим обменного аммония оказывают гидротермические условия: при избыточном и недостаточном увлажнении и холодной погоде количество его возрастает.

1. Аммонийный азот легко вовлекается в процессы биологического поглощения, растения могут усваивать до 80% его запасов. Благоприятные условия для этого рН = 6, высокая концентрация ионов K, Ca, Mg.

2. При оптимальных значениях влажности и высокой поглотительной способности весь аммонийный азот по мере появления может удерживаться в почве в обменно-поглощенном состоянии (вовлекается в обменные процессы с почвенным поглощающим комплексом).

3. В определенных условиях возможно необменное поглощение аммонийного азота. При наличии минералов с трехслойным строением кристаллической решетки необменная фиксация может достигать до 5-21%. Присутствие K, Ca уменьшают, а смена условий увлажнения &#150 высушивания почв усиливает необменное поглощение аммонийного азота.

4.Большая часть аммонийного азота почвы окисляется до N-NO₃, N-NO₂, N-NO и N₂. Это явление впервые открыл Луи Пастер в XIX веке и назвал нитрификацией. Она осуществляется группой специфических бактерий, для которых это окисление является источником энергии.

Наблюдения за содержанием нитратов в почвах показывает, что накопление этой формы минерального азота определяется потенциальными запасами почвенного плодородия. С повышением содержания гумуса и общего азота от дерново-подзолистых к серым лесным почвами далее к черноземам возрастает накопление нитратного азота. Наибольшей мобизизационной способностью обладают черноземы выщелоченные. В пахотном слое этих почв накапливается более 30 кг азота на гектар. В дерново-подзолистых почвах, несмотря на высокую относительную мобильность азотсодержащих органических соединений, образуется немного нитратов &#150 около 10 кг/га, поскольку общее количество гумуса и азота в них низкое.

Содержание нитратного азота во всех почвах четко определяется предшествующей культурой севооборота. Наиболее активно процессы нитрификации развиваются в чистом пару, где в течение лета в черноземах, темно-серых лесных и лугово-черноземных почвах накапливается 120-170 кг/га нитратного азота. Такого количества азота при наличии других элементов питания достаточно для получения урожая зерновых культур в 30-40 ц/га. Роль пара как накопителя нитратов снижается на почвах с небольшим содержанием органического вещества &#150 каштановых, светло-серых лесных и дерново-подзолистых почвах. Однако и в этих почвах в паровом поле содержится больше нитратного азота, чем в других полях севооборота.

Значительное накопление нитратного азота &#150 после августовской вспашки пласта многолетних трав, после хорошо обрабатываемых пропашных культур, после рано убираемых многолетних трав. По этим предшественникам на высокогумусных почвах обычно нет необходимости в дополнительном внесении азотных удобрений.

В черноземах активность накопления этой формы азота обычно в 2-4 раза выше, чем в дерново-подзолистых и серых лесных почвах. В дерново-подзолистых почвах количество азота возрастает от весны к июлю &#150 августу и практически остается неизменным до осени. В черноземных почвах в период июня &#150 июля темпы накопления нитратного азота вследствие засушливых условий замедлены: резкий подъем нитратообразования в них наблюдается в увлажненную вторую половину лета (июль-август). Под сельскохозяйственными культурами содержание нитратного азота весьма динамично, поскольку растения используют его в качестве азотной пищи. Количество нитратного азота несколько возрастает после уборки урожая.

Режим нитратного азота в значительной степени определяется способами основной обработки почвы. Сокращение глубины и числа обработок приводит к снижению накопления нитратов.

Основные биохимические этапы миграции и трансформации нитратного азота следующие:

1. Биологическое поглощение. Нитратный азот находится в почвенном растворе в качестве аниона, легко поглощается и усваивается в основном биологическим путем.

2. Денитрификация. В анаэробных условиях бактерии рода Pseudomonas, Denitrifican, Fluorensens, ответственные за процесс денитрификации, восстанавливая нитратный азот до закисных, летучих форм, молекулярного азота на каждом из этапов добывают кислород для дыхания. Этот процесс наиболее интенсивно происходит в условиях парового поля в виду наличия в почве свободных нитратов, анаэробиозиса, щелочной реакции и избытка органического вещества. Активные расы денитрификаторов являются термофильными бактериями, оптимальная температура для них выше 25 0 С.

3. Вымывание &#150 вынос нитратного азота в почвенном растворе из корнеобитаемого слоя почвенного профиля. В случае смыкания инфильтрационных вод с грунтовыми этот азот теряется безвозвратно. При глубоком залегании грунтовых вод в последующем возможен подъем нитратного азота восходящим током влаги и по градиенту концентрации.

3. Некоторые особенности питания растений нитратным и аммиачным азотом.

Эффективность азотного питания обусловливается формами азотных соединений и условиями их применения. В нейтральной среде обычно лучше проявляется действие аммиачного азота, чем нитратного. Калий и натрий способствуют большему поглощению нитратов, кальций и магний обеспечивают лучшее усвоение аммиака растениями. Для синтеза органических веществ растения используют аммиачный азот быстрее, чем азот нитратов. Преимущество аммиачного питания по сравнению с нитратным в том, что аммиачный азот стоит ближе к продуктам синтеза азотсодержащих веществ в растениях. Для синтеза аминокислот требуется восстановленная форма азота. Нитраты, прежде чем стать непосредственными продуктами синтеза аминокислот и белков, должны быть восстановлены внутри растений до аммиачного азота. При наличии достаточного количества углеводов в растениях нитраты восстанавливаются уже в корнях. Процесс ферментативного восстановления нитратов в растениях идет благодаря окислению углеводов. Нитраты восстанавливаются до аммиака с помощью ферментов, которые представляют собой металлофлавопротеиды. Для них необходимы такие элементы, как молибден, медь, железо, марганец, особенно важен молибден.

Аммиачный азот, поступивший в растения или образовавшийся в них в результате восстановления нитратов и нитритов, не накапливается в них. Накопление аммиачного азота может вредить растениям только в молодом возрасте.

В жизни растения большую роль играет процесс образования аминокислот прямым аминированием кетокислот. Аминокислоты способны передавать свои аминные группы кетокислотам; в этом случае протекает реакция переаминирования, т. е. аминогруппа аминокислот переходит в кетокислоту и в результате образуются аминокислоты. Переаминирование особенно важно для синтеза белков а также для процесса дезаминирования аминокислот, когда идет образование кетокислот и аммиака.

Полученные таким образом кетокислоты в растениях участвуют в образовании углеводов, жиров и других веществ. Аммиак принимает участие в образовании аминокислот в результате прямого аминирования кетокислот, которые получаются из углеводов. Кроме того, из аммиака образуются амиды аминодикарбоновых кислот &#150 аспарагин и глютамин. В результате этого процесса происходит обезвреживание аммиака при обильном аммиачном питании и при недостатке в растениях углеводов, а также при его накоплении в процессе дезаминирования аминокислот.

В отдельных растениях (щавель, осока, хвощ и др.), в которых накапливается значительное количество органических кислот, аммиак может обезвреживаться благодаря образованию аммонийных солей. Например, взаимодействие аммиака со щавелевой кислотой дает щавелевокислый аммоний. Кроме того, возможно обезвреживание аммиака при образовании в растительных тканях мочевины.

Наряду с синтезом белков в растениях идут процессы их распада через аминокислоты до аммиака. Таким образом, с одной стороны, аммиак, поглощенный растением или образовавшийся в результате восстановления нитратов, служит первичным исходным материалом для синтеза белков, с другой стороны, &#150 конечным продуктом распада белков.

Процессы азотного обмена веществ происходят в течение всего роста и развития растений. Характер их зависит от вида и возраста растений, условий среды, в частности условий питания, и других факторов. В молодых растениях синтез белков значительно преобладает над их распадом.

В растения азот поступает неравномерно. В ранние фазы развития растения характеризуются высоким содержанием азота.

В этот период они особенно требовательны к условиям минерального питания. Биологические особенности отдельных растений определяет характер поступления в них питательных элементов. Величина усвоения азота растениями зависит от формы удобрений, температуры, влажности почвы, показателя рН и других условий, но, как правило, не превышает 30—50% (по средним показателям полевых опытов с I5 N).

С понижением температуры наблюдается более сильное снижение поглощения растениями азота окисленных форм удобрений по сравнению с восстановленными. При этом в корнях растений накапливаются нитраты вследствие ингибирования процессов их восстановления и передвижения в надземные органы. В условиях пониженной температуры при аммиачном питании процессы синтеза аминокислот протекают более интенсивно, чем при нитратном, когда больше накапливается углеводов.

Величина усвоения растениями азота удобрений при низком содержании подвижных форм фосфора и калия меньше на 10 &#150 15%, чем при внесении фосфорных и калийных удобрений.

Использование азота удобрений растениями зависит от сроков их применения. Так, на дерново-подзолистой почве при внесении азотных удобрений в фазы выхода в трубку и колошения пшеница использует 45 &#150 50% меченого азота, а в фазу молочной спелости &#150 не более 10%.

Поглощенный неорганический азот в определенной последовательности включается в синтез азоторганических соединений &#150 сначала образуются более простые, затем, более сложные соединения (конституционные и запасные белки). При фосфорном голодании скорость включения азота в азотистые фракции заметно снижается, при этом тормозится его поглощение и передвижение в надземные органы.

В условиях недостатка кислорода нитратный азот используется только в процессе синтеза белка. В аэробных условиях преимущество имеет аммиачный азот, что особенно важно при выборе ассортимента азотных удобрений для почв, обеспеченных в различной степени кислородом.

При внесении в почву азотных удобрений растения лучше и больше усваивают азот самой почвы. Это обусловлено мобилизацией азота органического вещества почвы, в результате чего он становится более доступным растениям. На хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах больше поступает в растения азота из самой почвы, чем на слабоокультуренных, что важно при разработке прогноза эффективности доз удобрений для почв различного уровня плодородия.

Наряду с использованием растениями азота удобрений часть его закрепляется в почве в органической форме, а также теряется в виде газообразных соединений. Такие процессы происходят в основном впервые 20 &#150 30 дней, когда азот еще не полностью использован растениями и подвергается интенсивному воздействию гетеротрофных микроорганизмов, а также нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий. Как правило, закрепление азота в органической форме из нитратных удобрений меньше, чем из аммиачных и мочевины. Потери же, наоборот, возрастают при использовании нитратных удобрений. На кислых почвах, в которых накапливаются нитраты, потери внесенного азота могут достигать 55%. Возможны потери азота при фотоокислении органического вещества, а также благодаря биологической денитрификации. В результате процесса окисления &#150 нитрификации аммиака потери азота из почвы наблюдаются даже в нейтральной и слабощелочной среде. Под влиянием негумифицированного органического вещества &#150 клетчатки и других углеводов потери азота удобрений из почвы сокращаются в 2—3 раза. При отношении углерода органического вещества к азоту удобрений, равном 30, потери азота удобрений с избытком компенсируются его фиксацией. Один из путей снижения потерь азота &#150 применение ингибиторов, избирательно действующих на нитрифицирующие микроорганизмы. Потери азота удобрений снижаются в 1,5—2 раза при внесении их вместе с ингибиторами, причем в 2 раза возрастает закрепление азота в органическом веществе почвы.

Полноценное азотное питание при обеспеченности другими элементами, особенно фосфором и калием, способствует улучшению роста и развития растений. В то же время усиленное азотное питание при недостатке фосфатного и калийного очень часто приводит к неравномерности созревания культур, их полеганию, снижению сопротивляемости к грибным болезням и неблагоприятным климатическим условиям. В таких случаях необходимо обеспечить растения фосфором, калием, а также отдельными микроэлементами. Рациональное применение азотных удобрений на фоне фосфорно-калийных и высокой агротехники обеспечивает оптимальное развитие сельскохозяйственных растений и в результате &#150 получение высоких урожаев хорошего качества.

4.Баланс азота.

Пути накопления азота в почве следующие:

а) неисчерпаемым источником азота является атмосфера (среди прочих газов атмосферы на молекулярный азот приходится 78%. Однако молекулярный азот, будучи инертным газом, не может непосредственно усваиваться растениями.

б) фиксация молекулярного азота и пополнение запасов его в почве осуществляется двумя путями: под влиянием грозовых разрядов и с помощью определенных микроорганизмов. Под действие электрических и фотохимических реакций при грозах образуются аммиак и окислы азота, которые поступают в почву с атмосферными осадками. По данным А.В.Петербургского (1979), в осадках всегда больше аммонийного, чем нитратного азота, и общий приход его достигает в среднем около 4кг/га*год.

в) Гораздо большее значение в обогащении почв азотом имеет биологическая фиксация атмосферного азота свободноживущими микроорганизмами, сине-зелеными водорослями и клубеньковыми бактериями. Потенциальные возможности симбиотических и несимбиотических свободноживущих азотфиксаторов неравноценны. Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы способны при благоприятных условиях ассимилировать 10-15 кг/га*год связанного азота. Клубеньковые бактерии поглощают значительно больше азота из атмосферы. По данным Д.Н.Прянишникова (1945), ежегодно на 1 га люцерна накапливает 300(до 500-600), клевер 150-160 (до 250-300), люпин до 150, соя до 100, вика, горох- 50-60 кг азота. Количество фиксированного азота зависит от вида бобового растения Ph почвенного раствора, величины урожая. Наиболее активно азотфиксация осуществляется в фазу цветения бобовых культур.

г) В связи с развитием химизации земледелия существенная роль в обогащении почв азотом принадлежит так называемому «техническому азоту».

Потери азота (статья расходования элемента)

а) Аммонийный и нитратный азот легко вовлекается в процессы биологического поглощения, поэтому значительное их количество выносится с урожаем полевых растений.

б) Газообразные потери аммонийного азота, которые происходят из хорошо аэрируемой почвы при ее периодическом высыхании и увлажнении.

в) вынос аммонийного азота в составе почвенных коллоидов при эрозионных процессах, количество которого определяется массой смытой почвы и содержанием аммония в ней.

г) вымывание аммонийного и нитратного азота происходит в составе почвенного раствора, а также и аммонийного азота в поглощенном состоянии в коллоидах – мигрантах.

д) денитрификация &#150 процесс разрушения нитратного азота и восстановление его до молекулярной формы. При недостатке кислорода, в условиях избытка свежего органического вещества бактерии рода Denitrificator с помощью ферментов нитратредуктазы осуществляют восстановление нитратного азота до молекулярного.

Этот процесс возникает и особенно интенсивно развивается в условиях, когда в почве отсутствует воздух, почва имеет щелочную реакцию и в избытке неразложившееся органическое вещество богатое клетчаткой, глюкозой и другими углеводами. Денитрифицирующие бактерии быстро окисляют органическое вещество, используя для этой цели кислород нитратов. Процесс восстановления нитратов носит эндотермический характер, т.е реакция протекает с затратой энергии.

ж) необменное поглощение аммиачного азота минералами с трехслойным строением кристаллической решетки.

Фосфор почвы. Содержание и формы фосфора. Доступность почвенных фосфатов растениям. Пути накопления и потерь фосфора

5. Содержание и формы фосфора.

История &#171путешествий&#187 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 &#150 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 &#150 элемент, редко накапливающийся в больших количествах, и потому его относят к числу рассеянных.

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) &#150 апатит, вивианит, а также осадочная горная порода фосфорит (состоит из мелкокристаллического или аморфного фосфата кальция с примесью некоторых других веществ).

Несмотря на свою малую распространенность и разбросанность, фосфор, однако, имеет исключительно важное значение в жизни растительных и животных организмов. Он входит в состав большинства растительных и животных белков и протоплазмы. Фосфор &#150 биогенный элемент. Академик Ферсман называл фосфор элементом жизни и мысли.

Источником всех фосфорных соединений в природе следует признать апатит &#150 фосфат кальция, содержащий переменное количество фтора и хлора. В зависимости от преобладания в апатите фтора или хлора образуются минералы фторапатит Са₅F(РO₄)₄ или хлорапатит Са₅Сl(PO₄)₃. Они содержат от 5 до 36% P₂O₅.

Рисунок. Мировое месторождение апатитов в Хибинах

В изверженных породах обычно всегда есть мелкие кристаллики апатита. Главнейшие его запасы находятся в зоне магмы, но он встречается и в тех местах, где изверженные породы образуют контакт с осадочными. Значительные запасы апатитов имеются в Норвегии и Бразилии. Подлинно мировое месторождение апатитов находится у нас, на Кольском полуострове, в Хибинах, где оно было открыто в 1925 г.

Под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, почвенных кислот, а также кислот, выделяемых корнями растений, апатиты постепенно подвергаются выветриванию и вовлекаются в биохимический круговорот, который в отличие от круговорота азота, углерода, кислорода и серы ограничивается лишь био-, гидро- и литосферой и не захватывает атмосферы.

Растениями фосфор поглощается только из растворенных фосфатов в виде анионов фосфорной кислоты. Поэтому питание фосфором растений возможно лишь при наличии в почвенном растворе солей фосфорной кислоты, например Са(Н₂РО₄)₂, СаНРО₄, К₂НРО₄ и др. Скапливается он главным образом в продуктовых частях &#150 семенах, плодах. Наиболее богаты фосфором бобовые растения, а бедны им овощи. Из растений фосфор вместе с пищей попадает в организм животных и человека.

В теле человека имеется свыше 1,5 кг фосфора (1,4 кг в костях, 130 г в мышечных и 12 г в нервных тканях). Ежесуточная потребность взрослого человека в фосфоре от 1 до 1,2 г. Дети больше нуждаются в фосфоре, чем взрослые. По подсчетам ученых, с каждым куском хлеба весом 100 г человек поглощает до 1022 атомов фосфора, т.е. такое астрономическое число, которое не только невозможно представить, но даже и выразить обычными словами. Больше всего его содержится в костях (свыше 5%). Твердость скелету придает кальциевая соль фосфорной кислоты. Очень много фосфора в зубах (в дентине &#150 13%, а в зубной эмали &#150 17%). При недостатке фосфора у животных появляется заболевание костей.

Одновременно с фосфином при этой реакции часто образуется в небольшом количестве жидкий продукт соединения фосфора с водородом &#150 дифосфин Р₂Н₄, пары которого сами собой воспламеняются при обычной температуре и поджигают газообразный фосфин.

Подобного рода процессы происходят и в природе, являясь причиной появления так называемых «блуждающих огней» на кладбищах. Вспышки фосфина днем, конечно, не бывают видны, но ночью они вызывают суеверный страх у многих людей, которые незнакомы с научным объяснением этого явления. Описание «блуждающих огней» дано в «Вечерах на хуторе близ Диканьки» Н.В.Гоголем в рассказе «Заколдованное место». Жидкий дифосфин, выделяясь на болотах вместе с метаном, поджигает последний, и тогда возникает новое «чудо» &#150 блуждающие болотные огни. Роль подобных процессов в природе относительно незначительна. Наоборот, образование различного рода фосфатов происходит в очень больших масштабах.

Существует несколько объяснений, как могли образоваться громадные накопления фосфатов органического происхождения, поскольку причины, вызывающие этот процесс, различны.

Богатый фосфором птичий помет, известный под названием гуано, в условиях сухого климата скапливается иногда в огромных количествах. Так, например, на островах Тихого океана, в Чили и Перу имеются огромные толщи гуано (до 100 м). Гуано &#150 одно из самых эффективных удобрений. Оно содержит до 9% азота и 3% фосфорной кислоты.

Большие скопления помета имеются и в пещерах, где обитают летучие мыши. В процессе различных химических превращений эти вещества постепенно образуют различные минералы (алюмофосфаты, монофосфаты и др.). Образование залежей подобных соединений может произойти и в результате различных геологических катастроф, приводящих к массовой гибели животного мира.

Значительным признанием пользуется так называемая биолитная гипотеза происхождения фосфоритов. Согласно ей их залежи могли образоваться в результате массовой гибели морской фауны при встрече теплого морского течения с холодным: быстрая смена температуры оказывает одинаково гибельное влияние на животных, населяющих воды того и другого течения и не приспособившихся к быстрой смене условий. Гибель животного мира может происходить и при встрече течений с различной степенью содержания солей в их водах, например в дельтах больших рек, впадающих в моря и океаны.

В 1934 г. русский ученый А.В.Казаков опубликовал химическую гипотезу происхождения фосфоритов в морских водах. По этой гипотезе фосфаты, растворенные в морской воде, начинают осаждаться, когда из глубин моря они выносятся на его поверхность. Происходит это вследствие уменьшения кислотности воды (в связи с удалением части углекислоты); растворимость фосфатов в этой среде уменьшается, и тогда избыток их выпадает на дно. Так и образовались мощные залежи фосфоритов, оказывающиеся затем на суше вследствие геологических катастроф или постепенного поднятия морского дна.

Фосфоритовые залежи есть во многих странах. Наиболее известны месторождения в Северной Африке (Египет, Тунис, Алжир, Марокко), в США (Флорида). В России месторождения фосфоритов распространены на Урале, в Поволжье, Московской, Кировской, Смоленской, Брянской, Ленинградской и других областях.

В процесс круговорота фосфора, как и в природный круговорот других элементов (кислорода, азота, серы, калия, кальция, алюминия, железа и др.), энергично вмешивается человек. Фосфор нужен человеку для многих целей: большое количество его поглощает спичечная отрасль промышленности. Лучшие сорта нержавеющей стали получаются благодаря процессу фосфатирования – покрытия тонким слоем фосфатов, стойких против атмосферной коррозии. Аналогичной обработке часто подвергаются изделия из цинка, алюминия и их сплавов. Соединения фосфора идут на изготовление многих лекарственных веществ.

Главный же потребитель фосфатов &#150 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.

Рисунок. Круговорот фосфора в природе

Фосфорное удобрение получается также в качестве побочного продукта при переработке богатого фосфором чугуна в сталь при томасовском процессе. Если «грушу», в которой получается сталь по методу Г.Бессемера, выстлать внутри известковой футеровкой, то известь поглотит фосфор из расплавленного чугуна. В этом и состоит сущность предложенного англичанином С.Дж.Томасом процесса, при котором сразу достигаются две цели: получение доброкачественной стали и ценного удобрения. Последнее достигается путем размалывания поглотившей фосфор известковой футеровки. Получаемый таким путем сухой темно-серый порошок, называемый томасшлаком, содержит от 11 до 24% Р₂О₅ и является высокоэффективным удобрением, особенно на кислых почвах.

Главнейшие процессы, характеризующие круговорот фосфора в природе, изображены на рисунке. Объяснением этого рисунка могут служить следующие слова знаменитого русского геолога и минералога, профессора Я.В.Самойлова, которому принадлежит большая заслуга в деле изучения фосфоритов: &#171Фосфор наших фосфоритовых месторождений &#150 биохимического происхождения. Из апатита &#150 минерала, в котором первоначально заключен почти целиком весь фосфор литосферы, элемент этот переходит в тело растений, из растений &#150 в тело животных, которые являются истинными концентраторами фосфора. Пройдя через ряд животных тел, фосфор, наконец, выпадает из биохимического цикла и вновь возвращается в мир минеральный. При определенных физико-географических условиях в море происходят массовая гибель животных организмов и скопление их тел на дне морском, а скопления эти приводят к образованию фосфоритовых месторождений в осадочных отложениях. Наши фосфориты &#150 биолиты, и если бы можно было шаг за шагом повернуть весь ход испытанных нашими фосфоритами перемещений в обратную сторону, то образцы, заполняющие наши музеи, зашевелились бы. &#187

Таким образом, основные запасы фосфора сосредоточены в горных породах земной коры, в донных осадках морей и океанов, а также в гумусовом горизонте почвы. Главными источниками поступления фосфора в почву являются материнские породы (60% запасов фосфора находится в минеральной части твердой фазы почвы), органические остатки растительного и животного происхождения, органические и минеральные удобрения. В почвах найдено более 200 различных минеральных соединений фосфора. Преобладающими фосфорсодержащими соединениями в земной коре являются разновидности минерала апатита, главным образом, фторапатита.

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 &#150 бывшие донные отложения органического происхождения.

6.Доступность почвенных фосфатов растениям (условия, определяющие их растворимость).

Уровень фосфорного питания растений зависит от растворимости минеральных форм фосфора. Фосфаты кальция становятся нерастворимыми в щелочных условиях, а фосфаты железа и алюминия &#150 в кислых. Таким образом, химическое осаждение фосфатов из растворов и сорбция их на поверхности почвенных частиц определяется характером реакции почвенного раствора, обуславливая преобладание одного из трех ионов фосфора.

Исследованиями установлено, что кроме перечисленных факторов увлажнение-высушивание почвы приводит к «распаковке» глинистых минералов с трехслойным строением кристаллической решетки и высвобождению фосфора. Быстрое смачивание почвы способствует разрушению почвенного агрегата, обнажению внутренних его поверхностей, а, следовательно, и переходу в почвенный раствор ранее скрытых соединений фосфора. Кроме того, степень обеспеченности растений доступными почвенными фосфатами зависит от уровня потребления фосфора возделываемой культурой и связано с ее биологическими особенностями. По данным Д.Н.Прянишникова, некоторые растения (гречиха, горчица, эспарцет, донник, горох) способны усваивать фосфор из трехзамещенных фосфатов. На усвоении фосфатов большое влияние оказывают аммиачное и аммиачно-нитратное удобрения. Поскольку, аммиачные формы азотных удобрений обладают физиологической кислотностью, последняя может оказать растворяющее воздействие на фосфорит.

Исходя из особенностей взаимодействия различных почв с фосфором удобрений, характера превращения фосфора в почвах приемы рационализации фосфатного режима почвы представляются следующими:

7. Баланс фосфора.

В органической форме фосфор входит в состав сложных белков (нуклеопротеидов), нуклеиновых кислот, фосфатидов, фитина, фосфорных эфиров, Сахаров, В-ферментов и других биологически активных веществ. Значительное количество фосфора находится в растениях в минеральной форме и используется в различных реакциях фосфорилирования (превращение углеводов с участием фосфорной кислоты).

Соединения фосфора с аделиновой кислотой (аденизиндифосфаты и аденизинтрифосфаты) занимают ведущее место в энергетическом обмене в клетке. Они богаты макроэргическими связями, в которых аккумулируется энергия, освобождающаяся при дыхании растений и используемая в разнообразных процессах синтеза.

Основным источником фосфатного питания растений в природных условиях служат соли ортофосфорной кислоты. Пирофосфаты и метафосфаты также могут быть использованы сельскохозяйственными культурами.

Соли одновалентных катионов ортофосфорной кислоты хорошо растворимы в воде и легко усваиваются растениями так же, как и соли двухвалентных катионов ортофосфорной кислоты, если они замещают в кислоте один водород (главным источником таких соединений служит суперфосфат, содержащий в своей основе мококальцийфосфат). Соли двухвалентных катионов (например, дикальцийфосфат) нерастворимы в воде. Однако они хорошо растворяются в слабых кислотах, в том числе и органических, которые присутствуют в почве.

Очень слабо используется растениями фосфор средних и особенно основных солей трехвалентных катионов ортофосфорной кислоты. Органические фосфорные соединения при воздействии ферментов микрофлоры переходят в минеральные фосфаты, которые и усваиваются растениями. Растения поглощают фосфаты более интенсивно в первый период роста, чем в последующие. Недостаток фосфорного питания в ранний период роста растений очень сильно сказывается на дальнейшем их развитии. При этом фосфорное голодание в начале развития растения невозможно полностью преодолеть последующим внесением фосфора. Более того, обильное фосфорное питание в дальнейшем отрицательно сказывается на развитии сельскохозяйственных культур.

Исследования с применением радиоизотопов фосфора позволили установить большую скорость передвижения фосфатов из почвы в растения и внутри них. Фосфор, поступающий в растение, очень неравномерно распределяется между его органами и тканями. Растущие клетки получают фосфора больше, чем клетки, деление которых прекратилось. В фазу созревания репродуктивных органов к ним очень энергично передвигаются фосфаты из вегетативных частей. Основная часть фосфора сосредоточивается в товарной части урожая. Отсюда вытекает необходимость заботиться о достаточном обеспечении фосфорным питанием сельскохозяйственных культур. При нормальном питании злаковых культур фосфатной пищей ускоряется их развитие и созревание, повышается сопротивляемость к полеганию, а также улучшается качество продукции.

Калий почвы. Содержание и формы калия. Доступность почвенного калия растениям. Баланс калия в земледелии

8. Содержание калия в почвах

В пахотном слое дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных почв находится 0,6-1,5% валового калия (К₂О), в глинистых- 1,5-2,5%. В серых лесных и черноземных почвах количество валового калия достигает 1—3%, в каштановых и бурых почвах-1-2%.

В почвах различают три формы соединений калия &#150 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.

Агрохимическое обследование почв России показало, что они довольно хорошо обеспечены подвижным калием. Около 67% пахотных почв характеризуется повышенным, высоким и очень высоким его содержанием и лишь 10,8% очень низким и низким. Почвы отдельных природно-экономических районов значительно различаются по количеству подвижного калия. Однако в целом почвы всех районов более обеспечены калием, чем фосфором. Особенно бедны обменным калием легкие подзолистые и торфяные почвы.

В лесной подзолистой зоне преобладают пахотные почвы с низким и средним содержанием обменного калия и только 3% с очень низким. Свыше 30% почв имеет повышенное, высокое и очень высокое его содержание. Наименее обеспечены обменным калием почвы Центрального района Нечерноземной зоны, где почти 32% земель с низким и 5% с очень низким его содержанием.

Наибольшее количество обменного калия находится в пахотных почвах Уральского района, здесь 60% земель имеют повышенное, высокое и очень высокое его содержание. Правда, этот район не полностью входит в зону подзолистых почв.

Закономерности размещения почв с различным содержанием калия еще недостаточно ясны. По-видимому, здесь большую роль играют провинциальные литологические особенности почвообразующих пород. Определенное значение имеют и различия в механическом составе почв. Влияние окультуренности почв на содержание калия сказывается слабее, чем на содержание фосфора. Иногда более окультуренные почвы с повышенным количеством фосфора содержат даже меньше калия, чем менее окультуренные.

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.

Черноземные почвы Центрально-Черноземной зоны лучше обеспечены подвижным калием, чем почвы подзолистой зоны. Особенно много его в черноземах Западно-Сибирского района (56% земель с очень высоким содержанием). Количество обменного калия здесь увеличивается от лесостепи к сухим степям, достигая наибольшей величины в южных черноземах. Почти во всех каштановых почвах, за исключением супесчаных и песчаных разновидностей, отмечено значительное количество подвижного калия. Особенно богаты им почвы Прикаспийской низменности. Достаточно обеспечены подвижным калием почвы Восточной Сибири и Дальнего Востока, где размещено свыше 60% пахотных земель с повышенным, высоким и очень высоким его содержанием.

9. Формы и доступность почвенного калия растениям

По степени доступности растениям почвенный калий классифицируется следующим образом (Панников, Минеев, 1977). Не все формы калия в почвах доступны растениям. Общепринятым считается, что все формы калия находятся в динамическом равновесии. Принято выделять следующие формы: водорастворимый, обменный, фиксированный, калий нерастворимых силикатов, калий органической части почвы.

Валовое содержание калия в почвах выше, чем азота и фосфора. Объясняется это тем, что калий входит в состав большинства минералов, слагающих почвообразующую породу. Однако валовое содержание элемента не характеризует то его количество, которое может быть усвоено растениями. Эта форма элемента определяется как калий, входящий в состав кристаллической решетки почвенных минералов, она практически недоступна растениям до разрушения этих минералов с высвобождением калия в усвояемую растениями форму &#150 30кг/га в год (Пчелкин, 1977). По-видимому, разрушение почвенных минералов усиливается на фоне удобрений и под хорошо развитым растительным покровом. Этому способствует попеременное увлажнение и высыхание почвы.

Рисунок. Формы калия в почве и их трансформация (Krauss, 1998)

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 (1-7мг/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.

Калий органического вещества почвы 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.

Обменный, или поглощенный калий составляет 0,8-1,5%. Представлен катионами калия в почвенном поглощающем комплексе. Вместе с водорастворимым 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.

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.

Таким образом, 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 &#150 фиксации (адсорбции) и мобилизации и (десорбции). Под фиксацией калия понимают переход катионов, находящихся в почвенном растворе или в обменном состоянии в необменную (прочносвязанную) форму. 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.

10. Баланс калия

Баланс калия в агроценозах формируется из приходной и расходной частей. Приходная часть состоит из калия, поступающего из почвообразующих пород и минералов, зольного калия, калия плазмы микроорганизмов и с поступающими минеральными и органическими удобрениями. Расходная часть слагается калием, отчуждаемым из агроценоза с растительной продукцией, потери с поверхностным стоком, за счет инфильтрации и в виде необменной фиксации калия минералами.

Приходные статьи баланса калия

Общее содержание калия в почвах почти целиком определяется количеством и качеством почвенных калийсодержащих минералов и степенью их выветренности. Однако валовое содержание элемента не характеризует количество, которое может быть использовано растениями.

Все калийсодержащие минералы могут служить непосредственными источниками калийного питания растений. Доступность калия слюд и гидрослюд значительно выше. Коэффициент использования калия из слюд (мусковит, биотит, флогопит) составляет 39%, причем они хорошо обеспечивали растения калием при размере фракций от илистой до песчаной (Важенин, Карасева,1959, Петербургский, Кузнецов, 1972). Глинистые минералы (иллит, глауконит) могут быть использованы в качестве калийных удобрений (Грим,1967). По доступности калия растениям из минералов имеется следующий убывающий ряд: биотит-нефелиновая порода > мусковит > полевые шпаты (ортоклаз, микроклин).

Количество высвобождаемого калия зависит не только от общего количества конкретного минерала, но и от содержания в нем калия, зависящего от степени выветренности.

Таким образом, определенные количества разных минералов могут обеспечить одинаковое общее количество калия в субстрате, но условия калийного питания растений при этом будут совершенно различными. Доступность растениям калия определяется, прежде всего, прочностью его связи с минеральной основой почвы. Позиции, занимаемые ионами калия в его почвенных носителях, по возрастанию степени энергии связи можно классифицировать следующим образом:

а) калий, адсорбированный на минеральных и органоминеральных коллоидных частицах ППК. Обменные катионы удерживаются вокруг внешних краев кремнезем-глиноземных элементов структурных слоев глинистых минералов с различной энергией, которая зависит от положения адсорбированного катиона на поверхности минерала, концентрации ионов.

б) калий, необменно-поглощенный межслоевым пространством почвенных минералов с расширяющимся типом решетки (монтмориллонитового типа). Поглощенные катионы, проникающие между силикатными слоями этих минералов, переходят в менее подвижную, по сравнению с обменной, форму при сжимании решетки (Горбунов,1965). Данная реакция, как правило, обратима – при гидратировании коллоидов катионы могут снова переходить в раствор;

в) калий, расположенный в межплоскостном пространстве глинистых минералов с ненабухающей решеткой (гидрослюды). Ионы калия уравновешивают дефицит заряда, вызванный изоморфными замещениями внутри кристаллической решетки, и, поэтому удерживаются электростатическими силами достаточно прочно (Грим,1967);

г) калий, входящий в кристаллическую решетку минералов с листовой решеткой (слюд);

д) калий минералов с каркасным типом кристаллической решетки (полевых шпатов).

Таким образом, максимальной подвижностью обладают ионы почвенного раствора, минимальной – калий, входящий в каркасную кристаллическую решетку полевых шпатов.

Калий, поглощенный органической частью почвы (микробами, органическими остатками и гумифицированным веществом) составляет весьма небольшое количество. В составе золы гуминовой кислоты калий составляет 1,22%. Калий, входящий в состав плазмы микроорганизмов, густо населяющих почву и ризосферу, становится доступным лишь после отмирания микробов.

Калий в почвах малоподвижен – перемещение ионов калия за вегетационный период не превышает 3-7мм. Это делает возможным обогащение почвы калием внесением удобрений в запас, т.е. раз в 3-5 лет.

Расходные статьи баланса калия.

Вынос урожаями представляется основной расходной статьей баланса этого элемента питания. Ежегодно с урожаями технических, пропашных культур выносится более 110 кг/га калия. Считается, что растения предпочтительнее поглощают калий почвы, чем из свежевнесенного удобрения.

Сельскохозяйственные культуры предъявляют неодинаковые требования к уровню калийного питания. Уровень калийного питания определяется динамикой и интенсивностью потребления элемента в течение вегетации. 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.

Д.Н.Прянишников считал, что выносимое с урожаем количество калия должно быть компенсировано удобрениями не менее чем на 70-80%.

Минералогический и органо-минеральный состав почвы определяет такое ее важное свойство как способность фиксировать, или поглощать калий. 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. Причем, фиксация проявляется при пониженной влажности и в условиях переменного избыточного увлажнения и последующего высушивания почвы

При водной и ветровой эрозии из корнеобитаемого слоя почвы теряется до 10% калия (обменного и водорастворимого).

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет

Источник

• ← Избыточное давление что это
• Избыточное ороговение что значит →