Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Агрохимия

Фосфатный фонд почвы

Содержание общего фосфора в пахотном слое почвы колеблется от 1,3 в дерново подзолистых до 5,4 т / га в черноземе обычном. Биоаккумуляция фосфора в пахотном слое (0-30 см) почвы относительно содержания его в материнской породе составляет 120-150%. Основная масса фосфора содержится в почве в форме минеральных и органических соединений, недоступных для растений. В дерново-подзолистых почвах минеральных соединений фосфора больше, чем органических, в черноземных и торфяных - наоборот. Органические соединения фосфо-ру представлены преимущественно нуклеопротеидами, фитином, фосфолипидами, фосфопротеидамы и другими органическими соединениями, входящими в состав организмов животных, растений, микроорганизмов. В гумусе фосфор входит в состав гуминовых и сульфокислот. Фосфор органических соединений доступен для растений после гидролитического разложения их ферментами группы фосфатазы, что есть в организмах животных и микроорганизмов. При этом большое значение имеет соотношение С: Рорг. Если оно <200, то фосфорорганические соединения представлены неустойчивыми легкоминерализованимы формами.

Органофосфаты в почве представлены различными видами соединений. Это могут быть неспецифические органофосфаты индивидуальной природы, а также специфические соединения, которые появились в процессе образования гумуса. Неспецифические органические фосфаты также разделяют на три класса: фосфолипиды (<1% всего органического фосфора почвы), нуклеиновые кислоты (до 10%), инозитолфосфаты (30-60%). На их распределение значительно влияет кислотность почвы. Так, кальций и магниевые соли инозитолфосфорнои кислоты во нейтральных почвах, а фитаты железа и алюминия - в кислых. Следует отметить, что природные фосфорорганические соединения находятся в процессе постоянных физико-химических превращений в результате протекания реакций гидролиза, сорбции, хелатоутворення, других окислительно-восстановительных процессов и ферментативного воздействия. В результате значительная часть органических фосфатов минерализируется и переходит к запасам потенциально доступных для растений минеральных форм.

Минеральные соединения содержатся в почве в виде солей кальция, железа и алюминия, то есть состав их во многом определяется составом катионов в почвенном впитывающим комплексом. Например, фосфаты кальция во нейтральных и щелочных почвах, а фосфаты алюминия и железа - в кислых.

После внесения фосфорных удобрений фосфор, входящий в их состав, в результате химических, физико-химических и биологических процессов, которые происходят в почве, обычно превращается в соединения, характерные для определенного типа почвы. При длительном применении удобрений с изменением агрохимических свойств почвы может несколько меняться и состав фосфорных соединений. При этом содержание общего фосфора в почве увеличивается по сравнению с другими элементами питания и повышается содержание подвижных фосфатов.

Основная роль в питании растений фосфором принадлежит его минеральным соединениям, которые представлены в почве Апатиты, фосфоритами, вторичными минералами их разложения и солями фосфорных кислот. Всего известно 205 фосфорсодержащих минералов, из которых 95 содержат железо, 60 - алюминий, 56 - кальций, 45 - марганца. Минеральные соединения фосфора почвы постоянно взаимодействуют между собой (рис. 5.4).

Преобразование фосфорных соединений в почве

Рис. 5.4. Преобразование фосфорных соединений в почве

По степени участия в фосфорном питании растений их разделяют на три большие группы, которые находятся в динамическом равновесии: соединения фосфора, содержащиеся в почвенном растворе; соединения, адсорбированные почвенными коллоидами или осажденные; труднорастворимые фосфаты первичных и вторичных минералов минерального скелета грунта.

Ортофосфаты почвенного раствора - это однозамещенные водорастворимые фосфаты кальция и магния, фосфаты одновалентных катионов калия, натрия, аммония и других элементов, основные и лучше усваиваемые соединения фосфора для растений, прежде всего в начале их роста и развития. Степень подвижности фосфатов в почве ( "фактор интенсивности") оценивают по способности твердой фазы почвы отдавать в раствор ионы фосфора, содержание которых устанавливают по наличию фосфора в почвенном растворе. Однако выделить почвенный раствор очень трудно, поэтому используют водные и солевые вытяжки из почвы (степень подвижности фосфатов почвы). Определяют также энергию, необходимую для перехода фосфатов из почвы в раствор (фосфатный потенциал).

Лабильные фосфаты - это фосфаты, осевших или адсорбированные на поверхности твердых частиц почвы, почвенного поглотительного комплекса, оксидами железа и алюминия, а также вторичные фосфаты, образовавшиеся после формирования почвы. Считают, что 4-10% всего почвенного фосфора связано адсорбционно. В отличие от первичных минералов вторичные является активной мобильной составляющей почвы. К ним относятся кальцийгидрофосфат (СаНР04 • 2Н2O), октакальцийфосфат (Са4Н (РO4) 3 • 3Н2O), одно- и двузамещенный фосфаты железа. В случае нарушения фосфатного равновесия твердой и жидкой фаз почвы эти фосфаты могут переходить в почвенный раствор. Фосфаты второй группы характеризуют запасы подвижных соединений фосфора - фосфорную "емкость" почвы, является резервом для последующего питания растений фосфором. Для определения запаса подвижных фосфатов используют (в зависимости от типа и состава почвы) кислотные, щелочные или буферные растворители, ионообменные смолы, радиоизотопный метод и др.

Стабильные фосфаты - труднорастворимые соединения, которые содержатся в почве в составе первичных и вторичных минералов (окклюдированного гидратами пивтораоксидив, карбонатами и др.).

Трёхзамещённые фосфаты двухвалентных катионов слабо растворимые в воде, поэтому они большинством растений почти не усваиваются. Однако в процессе выветривания они могут становиться доступными для растений. Свежеосажденного трёхзамещённые фосфаты кальция в аморфном состоянии несколько краше усваиваются растениями. По мере их старения и перехода в кристаллическое состояние усвояемость растениями фосфора резко снижается, но есть группа растений, которые поглощают фосфор и в таком состоянии. К ним относятся люпин, гречиха, горчица, в несколько меньшей степени - эспарцет, донник, горох. Это связано с перечисленными ниже их особенностями.

1. Корневые выделения этих растений имеют повышенную кислотность, например pH раствора вокруг корневой системы люпина составляет 4-5, что позволяет поглощения кислоторастворимых соединений фосфора. В наибольшей степени это проявляется на нейтральных почвах и может быть объяснением, почему эти культуры реагируют на фосфорные удобрения на черноземах и буроземах меньше, чем на кислых типах почв. 2. Эти растения обладают повышенной способностью к усвоению из почвы кальция, в связи с чем соотношение СаО: Р2O5 в фазу цветения составляет более 1,3, а у злаков менее 1,3. Кальций, который интенсивно поглощают растения, способствует переходу фосфора в раствор и делает его доступным для растений, но на некоторые культуры, например лен, могар, эта закономерность не распространяется. 3. трёхзамещённые нерастворимые фосфорные соли растворяются физиологически кислыми минеральными удобрениями, почва имеет потенциальную кислотность.

После подкормки растений раствором солей фосфора через листья он перемешивается в другие органы довольно медленно и в небольших количествах. Поэтому нормальное фосфорное питание растений обеспечивается только через корни. За вегетационный период растения усваивают 20-70 кг Р205 / га.

Некоторые растения способны усваивать фосфор из несложных фосфорорганических соединений, поскольку их корни выделяют фермент фосфатазу, которая отщепляет фосфаты от органических соединений. Повышенную фосфатазну активностью обладают бобы, горох, кукуруза и некоторые другие культуры. Кроме того, повышенное фосфатазну активность отмечают у растений даже при их фосфорного голодания, что связано с приспособительной способностью растительного организма. Однако данных об усвоении растениями фосфорорганических соединений без предварительного отщепления минеральных фосфатов ферментами корневых систем и микроорганизмов пока нет.

Внесение фосфорных удобрений способствует накоплению в почве органических и минеральных соединений фосфора. Для установления оптимального фосфатного режима важно знать степень доступности для растений фосфора почвы и остатков фосфорных удобрений.

Доступность фосфора удобрений зависит от хемосорбции, адсорбции, биологического преобразования и других процессов. Они имеют сложную природу, поэтому соединения,

шо обусловливают закрепление фосфора в почве, зависят от их типов. Поскольку большинство почв по отношению к фосфору удобрений проявляет высокую впитывающие способности, считают, шо растения используют не фосфат-ионы удобрений, а различные по растворимости и доступностью соединения, образующиеся в результате быстрой трансформации фосфорных удобрений в почве. Сначала фосфор фиксируется в местах внесения, оставаясь в растворимой, доступной для растений форме (25% внесенной количества).

Показателем доступности фосфора для растений является фосфатный потенциал (ФП). При этом состояние почвенного фосфора определяют по соответствующим химическими потенциалами и их уменьшением при поглощении растениями вследствие ретроградации, потерь и т. Д. Фосфатный потенциал - это суммарная активность ионов кальция и некоторых фосфат-ионов в логарифмической формуле

где р - знак отрицательного логарифма.

Чем меньше значение фосфатного потенциала, тем легче фосфор переходит в почвенный раствор и благоприятные условия для фосфорного питания растений.

Для различных грунтовых отличий характерны определенные соединения фосфора. Поэтому в зависимости от их состава избирают определенный метод для определения запаса подвижных соединений фосфора ( "фактор емкости»). Например, в зоне дерново-подзолистых почв содержание фосфора определяют по методу Кирсанова (в вытяжке 0,2 н раствора НС1), в зоне серых лесных почв и некарбонатных черноземов - по методу Чирикова (в вытяжке 0,5 н раствора СН3СООН), в зоне карбонатных почв - по методу Мачигина (в вытяжке 1% -го раствора (NH4) 2CO3) и др.

Перечисленные методы основаны на имитации воздействия на почву корневых систем растений, способных выделять в почвенный раствор определенные количества угольной и органических кислот, но ни один из реактивов способен заменить живые корни растений. Между грунтовым раствором и твердой фазой почвы устанавливается динамическое равновесие. В процессе усвоения фосфат-ионов, корни растений нарушают ее и способствуют переходу новых порций фосфат-ионов из почвы в раствор. Французский ученый А. Демолон пришел к выводу, что оптимальная для растений концентрация фосфора в почвенном растворе составляет 1,2 мг / л. Однако в действительности она значительно ниже (0,05-1 мг / л), что указывает на необходимость внесения фосфорных удобрений. По концентрации фосфора 0,02-0,03 мг / л большинство полевых культур его почти не усваивает. Корни могут поглощать фосфор, который находится от них на расстоянии не более 2 мм. Поэтому даже в период максимального развития корневой системы растения используют фосфор только с четверти объема пахотного слоя почвы.

Неиспользованная часть фосфорных удобрений испытывает иммобилизации, превращается в трудноусвояемые формы вследствие химического поглощения твердой фазой почвы, биологической фиксации микроорганизмами, накопления фосфатов в гумусе. Фосфор этой фракции может быть доступен для растений только в процессе биологического круговорота веществ.

Химическое осаждение , или ретроградация , характерное для определенного типа процесса почвообразования. Сначала фосфат превращаются в фосфат, что снижает их растворимость и усвояемость растениями. Затем в кислых дерново подзолистых почвах образуются малорастворимые фосфаты алюминия и железа. В нейтральных и карбонатных почвах (черноземы, серозёмы) основными фиксаторами фосфора являются кальций и магний. Сначала соединения фосфора находятся в аморфной форме и их фосфор частично доступен для растений. По мере старения (кристаллизации) фосфаты кальция и магния становятся менее доступными.

Следует отметить, что фосфор, связанный с алюминием, в 1-6 раз доступнее для растений, чем фосфаты железа, а фосфаты железа в 8-18 раз доступнее, чем фосфаты кальция (Л. ML Томпсон, Ф. Г. Троу, 1982). Доступность фосфора этих соединений существенно зависит от кислотности почвы (рис. 5.5).

Доступность фосфора для сельскохозяйственных культур из разных соединений в зависимости от реакции почвы (по GD Scarseth)

Рис. 5.5. Доступность фосфора для сельскохозяйственных культур из разных соединений в зависимости от реакции почвы (по GD Scarseth)

Способность почвы к поглощению фосфора настолько велика, что для полного его насыщения нужно внести от 5 до 10 т / га Р2O5, тогда как валовая его содержание в почве достигает лишь 3-6 т / га. Водорастворимые соли фосфорной кислоты, попав в почву (от слабокислые до слабощелочной) с удобрениями, через некоторое время превращаются в результате химического связывания на двузамещенный фосфаты кальция и магния (СаНРO4 • 2Н2O, MgHP04) и длительное время остаются в таком виде доступными для всех растений . Затем ионы водорода двузамещенный соли постепенно замешиваются на ионы кальция или магния с образованием трёхзамещённые фосфатов этих металлов Са3 (РO4) 2, Mg (PO4) 2 и более основных фосфатов. Однако и эти соли, пока они находятся в свежеосажденного аморфном состоянии, сохраняют существенную растворимость в слабых кислотах, и следовательно, остаются в частично усваиваемой растениям форме. Лишь по мере "старения" трёхзамещённые и более основные соли фосфорной кислоты становятся недоступными для большинства растений.

Хуже дела в кислых почвах, где водорастворимых фосфатов кальция могут образовываться фосфаты железа и алюминия. Только при внесении в почву извести происходит обратный переход фосфатов пивтораоксидив в фосфаты соли кальция и магния.

На состояние фосфатов в почве влияют органические вещества, влажность и температура. Так, гуматы натрия повышают подвижность фосфатов кальция. В случае роста содержания гумуса усиливается действие монофосфата кальция, то есть грунтовые коллоидные частицы (в том числе пивтораоксиды с положительным зарядом) адсорбционно поглощают органические анионы, мешает связыванию ними фосфат-ионов и тем самым увеличивается их доступность растениям. Это объясняют с тем, что много органических кислот (винная, лимонная, малеиновая, молочная, щавелевая) в кислой среде связывают катионы алюминия и железа, мешая им переводить фосфат- ионы в труднорастворимые плохо доступную для растений форму.

Слабая по сравнению с азотом и калием доступность для растений фосфора из удобрений и запасов почвы обусловлена рядом причин: 1) слабой диффузией фосфат-ионов в почве (в результате интенсивного химического, физико-химического и биологического связывания их его компонентами) 2) недостаточный охват корневой системой всего объема грунта (контактирует с корнями только 1/250 объема почвы) 3) часто низкий уровень влажности почвы, который мешает и без того слабой диффузии в нем фосфатов.

Оценивая в целом преобразования фосфора в почве, Д. В. Кук (1970) утверждал, что "фиксация" этого элемента в конечном итоге является благоприятной. Она защищает его от вымывания. Уборка фосфатов почвой также не следует рассматривать как переход их в недоступные для растений формы в целом, а лишь как временный процесс превращения в остаточные фосфаты, постепенно участвуют в биологическом круговороте и в будущем будут использованы растениями.

Сравнительно низкий коэффициент использования фосфорных удобрений в первый год их внесения (10-15%) связан не только с переходом фосфатов в недоступные формы, но и с ограниченной доступностью для корневых систем продуктов их взаимодействия с почвой, то есть корни растений могут поглощать фосфаты только с той части земли, с которой они контактируют. С учетом последействия коэффициент использования фосфора удобрений составляет 35-40% и может достигать 100%, если в течение 4-10 лет не вносить фосфорных удобрений. Поэтому в условиях интенсивного земледелия удобрения нужно вносить систематически, не дожидаясь их последействия. При этом не только возвращается вынесен с урожаем фосфор, но и создаются запасы его подвижных форм в почве. Нередко последействие фосфорных удобрений можно объяснить не связыванием почвой фосфорной кислоты, а недостатком в питании растений азота и калия, поэтому применение азотных и калийных удобрений усиливает последействие фосфатов.

Однако в результате применения высоких норм удобрений могут сформироваться почвы с содержанием подвижных фосфатов 200-300 мг / кг, на которых внесение фосфорных удобрений эффективно. Внесение фосфора выше верхней границы оптимальных значений приводит лишь к непроизводственных расходов.

Следовательно, для повышения плодородия почвы и рационального применения фосфорных удобрений необходима оптимизация фосфорного питания растений путем внесения удобрений с учетом содержания подвижных соединений фосфора в почве.

На основе полевых и лабораторных опытов установлены оптимальные фосфатные уровне для основных типов почв, мг / кг: для дерново-подзолистых - 100-150 (по методу Кирсанова), для черноземов - 100-150 (по методу Чирикова), для карбонатных черноземов и каштановых - 30-35 (по методу Мачигина) (табл. 5.3).

Таблица 5.3. Группировка почв по содержанию подвижных соединений калия относительно способности обеспечивать им сельскохозяйственные культуры

группа

Цвет на картограмме

Степень обеспеченности растений

по методу

Кирсанова

Чирикова 1

Мачигина

Олсена

Κ 2Ο, мг / кг

1

красный

низкий

<25

<20

<10

<10

2

оранжевый

низкий

25-50

20-50

10-15

3

желтый

средний

50-100

50-100

15-30

10-20

4

зеленый

повышенный

100-150

100-150

30-45

5

голубой

высокий

150-250

150-200

45-60

> 20

6

синий

очень высокий

> 250

> 200

> 60

-

Чтобы повысить уровень подвижных фосфатов в почве на 10 мг / кг при низком обеспечения почв фосфором, на супесчаных и песчаных почвах следует вносить Р2O5 на 40-60 кг / га больше, чем принято с урожаем, на легких и середньосуглинкових - на 60-90, на тяжелосуглинистых - на 90-120 кг / га. Создание оптимального фосфатного уровня и внесения фосфора в соответствии с его выноса с урожаем обеспечивает высокую производительность всех сельскохозяйственных культур.

Для прогнозирования эффективности фосфорных удобрений применяют также методы определения емкости поглощения фосфатов почвами, фосфатной буферной способности и др.

Усваивая фосфор из почвенного раствора, растения снижают его концентрацию. Однако почвы способны поддерживать концентрацию фосфора в растворе на относительно стабильном уровне в зависимости от запасов растворимых фосфатов в почве и скорости растворения в нем фосфорсодержащих минералов. Способность почвы поддерживать концентрацию фосфатов на постоянном уровне называют фосфатной буферной способностью почвы , а его способность противостоять изменению фосфатного потенциала - потенциальной буферной способностью (ПБВ) по фосфора:

ПБЗР = G / J,

где G - общий запас подвижных фосфатов почвы ( "фактор емкости •) В - уравновешена активность ионов Н2Р04 ~ или уравновешенный фосфатный потенциал почвы (" фактор интенсивности ").

Отношение G / J показывает, какое количество подвижных фосфатов должно перейти из общего запаса в почвенный раствор или быть внесена в почву для изменения активности ионов Н2РO4 "на единицу. Этот показатель учитывает не только общее содержание подвижных фосфатов, но и степень их подвижности, поэтому полнее характеризует фосфатный режим почвы, чем фосфатный потенциал.

Разделить формы грунтовых фосфатов и установить их значение в питании растений достаточно сложно, что связано с большим разнообразием минеральных соединений фосфора.

Все фосфаты отличаются по растворимости и отношением к гидролитического разложения, большинство из которых - труднорастворимые соединения. Выделение различных форм фосфатов из почвы базируется на их неодинаковой растворимости. Для определения фосфатов в основном используют методы Гинзбург-Лебедевой. Чанга-Джексона, Чирикова. Самый из них первый, но его применяют только для проведения анализов минеральных почв.

По методу Гинзбург-Лебедевой навеску почвы поочередно обрабатывают различными растворителями, постепенно выделяя фракции с разными степенями растворимости. Фракции распределяются в такой последовательности;

• фракция Са-РИ - легкорастворимые фосфаты, кальция и оксида железа (II):

• фракция Са-Р II - ризноосновни фосфаты кальция и магния преимущественно вторичного происхождения, например октакальиий фосфат;

• фракция А1-Р (нарисцит. Валелит и др.);

• фракция Fe-P (стенгит, дифренит и др.);

• фракция Са-РIII - высокоосновные труднорастворимые фосфаты кальция, например фосфориты, апатит (природного и вторичного происхождения).

Исследования кафедры агрохимии и почвоведения Уманского национального университета садоводства показали, что в черноземе оподзоленном фосфор по фракциям распределяется в следующем соотношении: Са - Р1 - 4.3 %: Са-Р II - 40.1; А1-Р - 9,0; Fe-P - 8,9; Са-РIII - 37,5 % общего количества минеральных фосфатов (табл. 5.4).

Таблица 5.4. Влияние удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов чернозема оподзоленные, мг / кг

Внесены Р2 O5 на 1 га площади полевого севооборота, кг

Рюп

Соединения P2O5 растворимые в 0,5М СНзСООН

Р мм методом Гинзбург - Лебедевой по фракциям

Са-Р,

Са-Р |,

А1-Р

Fe-P

Са-Р III

всего

перелог

994

65

26

244

55

54

231

609

без удобрений

966

89

33

251

56

52

205

600

1350

1007

135

54

270

65

91

206

676

3600

1590

196

87

432

102

140

343

1095

4050

1763

230

124

469

108

186

343

1230

Длительное выращивание полевых культур без применения удобрений незначительно влияет на содержание минеральных фосфатов в слое почвы 0-20 см и на распределение их по фракциям, несмотря на то, что с урожаями культур из почвы было изъято более 800 кг / га Р2O5. Длительное (30 лет) применение удобрений в процессе окультуривания почвы значительно повышает содержание в нем всех фракций, прежде всего доступных для растений фосфатов кальция и железа (Са-РИ, Fe-P).

На современном этапе земледелия улучшения фосфатного режима почвы рассматривают как важную энергетическую проблему, от решения которой зависит повышение производительности сельскохозяйственных культур.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее