Сера и серные удобрения

Сера является одним из важнейших элементов питания растений, без которого невозможна жизнь. Как и азот - это составная часть белка. Потребность в ней примерно такая же, как и в фосфоре. Сельскохозяйственные культуры содержат неодинаковое количество серы и, соответственно, имеют в ней различную потребность, обусловлено биологическими особенностями растений, фазой их развития, а также содержанием серы в почве и атмосфере. Так, с и т сена люцерны выносится 3,60 кг серы, зерна овса - 2,35, зеленой массы кукурузы - 1,85, корнеплодов свеклы сахарной - 2,40, зерна гороха - 2,25, сена клевера - 2,15 , капусты белокочанной - 11,20 кг. Больше серы усваивают растения из семейства капустных (капуста, брюква, рапс), лилейных (лук, чеснок), маревых (свекла), Зонтичных (укроп), Сложноцветных (подсолнечник), бобовых (люцерна, клевер, горох, соя), Пасленовых ( картофель, помидор). Потребность в сере зерновых культур невелика. Обычно в растениях больше серы содержится в семенные и листьях и меньше - в стеблях и корнях.

При необходимости в питании серой растения делятся на три группы.

Самые: рапс, горчица, капуста, репа, лук, чеснок. Со средним урожаем они выносят 40-80 кг / га серы. Наиболее опасна нехватка серы в почве для рапса.

Середньовибагливи: бобовые (горох, соя, люцерна, клевер и др.), Кукуруза, свекла. Эти культуры усваивают 20-40 кг / га серы.

Менее прихотливы: зерновые, травы, картофель. Они усваивают 10-25 кг / га серы.

Растения усваивают серу из почвы в виде ионов SO42- корневой системой. Ее часть может поступать и через листья в форме окисленного серы. Около половины серы, попадает в атмосферу, имеет антропогенное происхождение. Основное количество этого элемента в атмосфере находится в форме сернистого газа (SO3), который вдвое тяжелее воздуха и не переносится на большие расстояния. В связи с этим он концентрируется в районах размещения промышленных предприятий где его концентрация в 2-3 раза выше, чем в сельской местности.

Оптимальное содержание SO3 в атмосфере для большинства растений составляет 0,20 мг / м3 воздуха. Критической для клевера является концентрация S03 в воздухе 0,20-0,25 мг / м3, для зерновых, зернобобовых культур и земляники - 0,25-0,3, свеклы, рапса и капусты - 0,3-0,4 мг / м3 воздуха. Считают, что растения способны на 1/3 удовлетворять свои потребности в сере из атмосферы.

В растениях сера превращается, она входит в состав аминокислот (цистеина, цистина, метионина), белков, витаминов, ферментов и др. Эфирное масло чеснока содержит дисульфидные группы. Сера является компонентом полисульфидов лука, имеющих слезоточивый действие. Соединения серы - роданиды содержатся в эфирных (горчичных) маслах многих представителей семейства капустных. Горчичное масло защищает эти растения от насекомых. Некоторая часть серы в растениях находится в виде соединений серной кислоты, но такие соединения серы, как сероводород, сульфиды, серная кислота для растений токсичны. Сера играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, активизации ферментов, синтезе белков, участвует в синтезе хлорофилла. Окисленная форма серы - исходный продукт для синтеза белков, она является конечным продуктом их разложения. Сера участвует в ассимиляции нитратов растениями, тормозит их накопление в клубнях картофеля и других культурах. Для оптимального роста растений содержание серы в их сухом веществе должно составлять 0,10-0,65%.

При недостатке серы в питании растений задерживается синтез белков, накапливается азот в небелковой форме или в форме нитратов. По внешним признакам серное голодание растений вроде азотного, поскольку роль азота и серы в метаболизме растений подобная, но выражена более четко. Это иногда приводит к ложному завышению норм азотных удобрений, снижает урожай и его качество. При недостатке серы растения прекращают рост и развитие, листья становятся светло-желтыми и даже белыми с красным оттенком, уменьшается их устойчивость к болезням, засухе и низким температурам. Реутилизацию серы, то есть ее перемещения из старых листьев в молодые, незначительна. Поэтому при дефиците серы от хлороза первыми страдают молодые листья, а азота - старые, хотя оба элемента используются для построения белков. Особенно четко недостаток серы оказывается у растений семейства капустных. В бобовых культур снижаются жизнедеятельность клубеньковых бактерий и синтез хлорофилла.

Применение различных серных удобрений способствует приросту урожая, ц / га: пшеницы, озимой - 2-4, ржи озимой - 1,5-3, ячменя ярового - 2-3, сена клевера - 15 клубней картофеля - 30. Кроме того, по достаточного количества серы, как уже отмечалось, улучшается качество продукции, в частности содержание белка в зерновых культур повышается на 1-2%.

В природе сера встречается как в виде свободного элемента, так и органических соединений. Значительные ее запасы есть в Японии, Италии, США.

Общее содержание серы в различных почвах колеблется от 20 мг до 35 г на 1 кг почвы. В почве различают такие формы серы: валовая (общая), минеральная, резервная, подвижная легкодоступна.

Резервная сера - это разница между содержанием валовой и минеральной серы, составляет 80-90% валового содержания. В почве она представлена органическими формами. Ее накопления связано с жизнедеятельностью растений и почвенной биоты. В составе гумуса сера и азот находятся в соотношении (8-12): И. Доступность органической серы для растений зависит от скорости ее превращения в серную форму. Минерализация серосодержащих соединений происходит одновременно с аммонификации. Этот процесс называют сульфофикациао . Почвы с низким содержанием органических веществ больше нуждаются сульфатных удобрений, чем высокогумусных.

Круговорот серы в почве происходит с участием различных групп микроорганизмов - аэробных, анаэробов, хемо- и фототрофов, настоящих бактерий и архебактерий. Трансформация органических и минеральных соединений серы в почве обусловлена процессами минерализации, иммобилизации, окисления и восстановления (рис. 5.8).

Органические соединения серы минерализуются микроорганизмами с образованием H2S. В анаэробных условиях сероводород является основным конечным продуктом превращения

Рис. 5.8. Биогеохимический цикл серы в почве (Ф. Я. Шипунов, 1980):

I - минерализация органических соединений серы живыми организмами в H2S; II - десульфофикация

серы, который предоставляет почвы неприятного запаха, а при отсутствии условий для дальнейшего преобразования этого газа он может накапливаться в количествах, ядовитых для растений. Если анаэробные условия меняются на аэробные, то H2S окисляется, и в почвах может появиться элементарная сера, которая при наличии кислорода дальше окисляется микроорганизмами до SO42- - основного источника серы для питания растений.

На минеральную форму серы в почве приходится 10-20% ее валового содержания. Она представлена сульфатами и сульфидами кальция, магния и одновалентных катионов. Подвижная легкодоступна для растений сера находится в форме сульфатов одновалентных катионов. Концентрация S-SO42- в верхнем горизонте почв колеблется от 0,5 до 20 мг / л почвенного раствора. Для нормального роста и развития растений нужна концентрация> 3-5 мг S-S042- / л. Сульфидные соединения серы случаются только в глубоких слоях почвы, куда не поступает кислород. Запасы минеральной серы в почвах разные. Они составляют от 100 (в малогумусных подзолистых песчаных почвах и желтозёмах) до 500 кг / га (в торфяниках и черноземах). Сульфатная сера в почве достаточно мобильная (хотя и не настолько, как нитраты), поэтому может поступать в растения с грунтовой водой, а также перемещаться вниз по почвенному профилю и загрязнять грунтовые и природные воды. В зависимости от почвенно-климатических условий, растительного покрова, норм и форм внесенных удобрений потери серы вследствие вымывания достигают 15-80 кг / га, или почти 50% ее поступления с минеральными удобрениями и атмосферными осадками.

К низкообеспеченных серой принадлежит большинство серых лесных, подзолистых и дерново-подзолистых почв. Маленькие серные ресурсы имеют почвы легкого гранулометрического состава. Наряду с этим низкий содержимое доступной для растений серы отмечено в некоторых типах черноземов.

Основным источником поступления серы в почву являются органические и минеральные удобрения. Так, из 1 т органических удобрений (навоз, компосты) в почву вносится 0,5 кг серы, из 1 т сульфата аммония - 240, сульфата калия - 180, суперфосфата - 130 кг. Незначительное количество серы поступает в почву с семенами и посадочным материалом. Важным источником обогащения почвы этим элементом является сера атмосферы, куда она попадает преимущественно в виде газообразных выбросов с промышленных предприятий, образующихся при сгорании топлива, переплавку серных руд и т. Около 50% серы попадает в атмосферу в биологического превращения ее соединений в почве и воде, в которых ведущую роль играют микроорганизмы. Основная часть серы из атмосферы абсорбируется почвой в виде S02 и незначительное ее количество (5-15 кг / га, в промышленных районах - 25-45 кг / (га • год)) попадает с атмосферными осадками. Основная часть атмосферной серы поступает со снегом в зимний период и в значительном количестве выносится из почвы талыми и промывочными водами.

В орошаемом земледелии определенное количество серы содержится в поливных водах, но обычно ее попадает в почву не более 5-10 кг / га.

Вопрос внесения серных удобрений приобретает актуальность, поскольку все чаще в разных регионах оказывается отрицательный, а то и резко дефицитный баланс в почве серы. Основными причинами этого является постоянное уменьшение поступления серы в почву и увеличение выноса ее с урожаями сельскохозяйственных культур, особенно при выращивании в севообороте требовательных к серы культур (подсолнечник, свекла сахарная, рапс, капуста, лук, зернобобовые и др.). Поступления серы с удобрениями уменьшается вследствие большего применения концентрированных удобрений. Так, при производстве азотных удобрений снижается доля сульфата аммония, производства фосфорных - суперфосфата гранулированного. Почти не используется сульфат калия. Кроме того, применяют пестициды, в состав которых входит сера. Вследствие перевода функционирования промышленных предприятий с богатого серой каменного угля в жидкое топливо, газ, электроэнергию, очистки газообразных выбросов уменьшается поступление серы в атмосферу. Поэтому дефицит серы случается чаще и значительно серьезнее в случае высоких норм внесения азотных и фосфорных удобрений, в частности на песчаных и суглинистых почвах и на почвах с низким содержанием органических веществ, а также при условии выпадения дождей и при выращивании культур с высокой потребностью в сере. Для поддержания уравновешенного баланса серы в почве нужно ежегодно вносить серные удобрения.

Источниками поступления серы могут быть различные ее соединения и даже элементарная сера (табл. 5.10).

Таблица 5.10. Содержание серы в удобрениях ,%

Интенсификация сельскохозяйственного производства требует почти повсеместного применения серных удобрений, за исключением разве что районов с большим количеством промышленных предприятий. Серные удобрения следует вносить под основную обработку почвы или перед посевом сельскохозяйственных культур, а на лугах и пастбищах - поверхностно. Для большинства культур норма внесения серы на почвах легкого гранулометрического состава составляет 50-60 кг / га, среднего и тяжело- суглинистого - 60-90 кг / га. Под культуры, чувствительные к содержанию серы, норму ее увеличивают на 10-15%. Прежде всего серные удобрения вносят под капустные (капуста, рапс), бобовые (соя, горох, вика), корнеплоды, картофель, кукурузу. В случае, когда вероятный дефицит серы, внести небольшое ее количество (10-15 кг / га S) дешевле, чем провести анализ почвы.

На почвах с низким содержанием доступной серы при внесении минеральных удобрений на 1 часть серы должно приходиться 5-7 частей азота. На почвах, бедных фосфором и серу, соотношение между ними в удобрении должно составлять 3: 1.

При применении серных удобрений следует учитывать содержание серы в растениях и соотношение N: S в протеине, по которому можно определить обеспеченность этим элементом. Критическое содержание серы в зерне пшеницы составляет 0,17%, клубнях картофеля - 0,11, листьях клевера 0,11-0,32% на сухое вещество. Критическое отношение N: S в зерне пшеницы - 14,8, клевера - 15,0-18,5.

Для определения потребности растений в серных удобрениях можно группировать почвы по содержанию подвижной сульфатной серы (табл. 5.11).

Таблица 5.11. Группировка почв по содержанию подвижных соединений серы

В зависимости от почвенно-климатических условий серные удобрения вносят под зяблевий обработку почвы или под предпосевную культивацию. При острой нехватке серы удобрения вносят в строки или проводят внекорневые подкормки 0,5-2% -ным водным раствором сульфатов.