UniversityAgro.ru » Агрохимия » Агрохимические показатели плодородия почв

Агрохимические показатели плодородия почв

Питательный режим почв

Поступление питательных веществ происходит из почвенного раствора, который находится в постоянном равновесии с твердой фазой почвы. Скорость протекания этого процесса очень высокая и зависит от концентрации веществ. Вследствие чего, состав почвенного раствора высокодинамичен.

На содержание доступных форм питательных элементов влияет их валовый запас в почве. Почвенная микрофлора, особенно обитающая в прикорневой зоне (ризосфере) оказывает существенное влияние на перевод валовых запасов в доступные формы.

Состав почвы

Основная статья: Состав почвы

Состав почвы во многом определяет агрохимические свойства почвы. Состав принято делить на три фазы:

Содержание в почве и доступность азота

Источники поступления азота и его трансформация в почве

Естественными источниками поступления азота являются: деятельность азотфиксирующих свободноживущих и клубеньковых бактерий и поступление с атмосферными осадками.

Процесс азотфиксации осуществляется свободноживущими в почве анаэробными бактериями Clostridium pasterianum, аэробными Azotobacter croococcum и клубеньковыми, живущими в симбиозе на корневой системе бобовых растений, Rhizobium. На их жизнедеятельность и эффективность азотфиксации влияют обеспеченность углеводами, фосфором, кальцием и другими элементами, реакция почвенной среды, температура, влага. Накапливают 5-15 кг азота на 1 га в течение года. Способностью азотфиксации обладают также некоторые водоросли и грибы, находящиеся в симбиозе с растениями.

Бактерии группы Azotobacter хорошо развиваются на аэрируемых окультуренных, хорошо прогретых, нейтральных почвах, содержащих фосфор и кальций. При благоприятных условиях накапливает до 30 кг азота на 1 га.

Штаммы и расы бактерий группы Rhizobium характерны для каждого вида бобовых растений. Эффективность азотфиксации зависит от вида растения, агротехники, почвы и ряда других условий. При оптимальных условиях эти бактерии могут накапливать в симбиозе с: люцерной — 250-300 (до 500) кг азота на 1 га, люпином — 160-170 (до 400), клевером — 150-160 (до 250), соей — 100, викой, горохом, фасолью — 70-80 кг азота на 1 га. На их активность положительно влияет внесение органических и фосфорных удобрений и известкование почвы.

Введение в севооборот бобовых культур способствует увеличению запасов азота в почве.

С атмосферными осадками ежегодно в виде аммиака и нитратов, образующихся под действием грозовых разрядов, поступает 2-11 кг азота на 1 га.

Естественные источники азота представляют практический интерес, но их количество значительно меньше выносимого с урожаем количества азота. Поэтому для воспроизводства почвенных запасов азота требуется внесение органических и минеральных удобрений.

Важную роль в обеспечении растений азотом играют запасы гумуса, в которых содержится около 5% азота. На долю минеральных форм азота приходится около 1-3%. По данным И.В. Тюрина, запасы гумуса в метровом слое почвы на 1 га, составляют: сероземы — 50 т, светло-каштановые — 100, темно-каштановые и южные черноземы — 200-250, обыкновенные черноземы — 400-500, мощные черноземы — 800, выщелоченные черноземы — 500-600, серые лесостепные — 150-300, дерново-подзолистые — 80-120 т. На пахотный слой приходится наибольшая доля гумуса, который обогащен микрофлорой и из которой поступает основная часть минерализованного азота для питания растений.

Аммонификация — микробиологический процесс трансформации азота органического вещества в аммонийные соединения. Аммонийные соли окисляются в результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий (Nitrosomonas и Nitrobacter) в нитраты и нитриты. Для нормальной жизнедеятельности этих групп бактерий требуется обеспечение оптимальных условий: температуры 25-32 °С, достаточного количества кислорода и воды, кислотности почвы, близкой к нейтральной. Это достигается путем рыхления почвы, применения органических удобрений и известкования кислых почв. Проведение этих приемов позволяет активизировать процессы трансформации азота из органического вещества и сократить его потери. Нарушение этих требований приводит к противоположному эффекту — переходу азотных соединений в газообразные аммиак и азот, то есть активизирует процессы денитрификации.

Другим приемом регулирования баланса азота в почве является применение бактериальных препаратов (ризоторфин).

Потери азота

Содержание азота в минеральной форме очень динамично и зависит от активности микрофлоры почвы, влажности, фазы развития растений.

Потери азота складываются из:

  • иммобилизации, то есть поглощение азота микрофлорой почвы;
  • выщелачивания — вымывание азота, преимущественно нитратных форм в грунтовые воды;
  • улетучивание в виде аммиака в атмосферу;
  • фиксация аммонийных форм почвой или необменной поглощение.

Процесс иммобилизации протекает особенно интенсивно при внесении органических удобрений с широким соотношением углерода и азота — 20-25:1. Плазма микробов содержит значительно большее количество азота (10:1), вследствие чего потребление азота микрофлорой происходит за счет органического вещества и минеральных запасов почвы. Что ухудшает азотное питание культурных растений.

В целях компенсации влияния иммобилизации азота микроорганизмами, при запашке соломы или других растительных остатков богатых целлюлозой перед посевом последующих культур добавляют дополнительно около 1 % минерального азота.

Иммобилизация азота может иметь положительное значение на легких почвах с достаточным увлажнением, благодаря закреплению подвижных форм азота в условиях сильной их вымываемости. В дальнейшем, при разложение остатков микроорганизмов, часть закрепленного азота связывается гумусовыми соединениями, другая часть переходит в минеральные формы.

Вымывание подвижных форм азота, преимущественно нитратов, особенно актуально на легких по гранулометрическому составу почвах с низким уровнем органического вещества в условиях достаточного, избыточного увлажнения и орошения. Культуры сплошного посева снижают этот эффект благодаря интенсивному поглощению азота, тогда как в паровых полях эффект вымывания усиливается.

Потери азота в виде газообразных веществ происходят вследствие денитрификации, то есть восстановления нитратного азота до аммиака и газообразного азота в результате деятельности денитрифицирующих микроорганизмов. Деятельность денитрификатор активизируется анаэробными условиями, когда микробы вынуждены использовать для дыхания кислород, находящийся в нитратной форме, восстанавливая азот до свободной формы. Процесс денитрификации стимулируется создание анаэробных условий, щелочной реакцией среды, избыточным содержанием органического вещества с высоким содержанием глюкозы и клетчатки, высокой влажностью почвы.

Другим путем потери азота в виде газообразных форм (диоксида и монооксида азота) является разложение азотистой кислоты при кислотности почвы 6 и ниже.

Суммарные потери азота могут достигать 50%. При разложении 1 т гумуса образуется 50 кг/га азота, однако часть его теряется в атмосферу в виде газообразного аммиака, улетучивающегося в атмосферу. Особенно это актуально при несоблюдении технологии хранения и применения навоза, навозной жижи и других органических удобрений, при этом потери достигают 30-40%.

Существенную часть азота потребляют сорные растения, причем это количество может превосходить потребление культурными.

Фиксация азота почвой

Часть азота может поглощаться некоторыми минералами из группы гидрослюд. В увлажненном состоянии кристаллическая решетка этих минералов обменно поглощает аммонийный азот, но при подсыхании связывает его, делая малодоступным для растений и микрофлоры.

По данным А.В. Петербургского и В.Н. Кудеярова, в пахотном слое содержится от 130 до 350 кг/га фиксированного азота в зависимости от типа и разновидности почвы. Верхний слой содержит 2-7% фиксированного аммония от общего количества, в подпочве его доля повышается до 30-35%. Объясняется это снижением содержания гумуса в глубоких слоях, а следовательно, и азота в органическом веществе.

На способность почв необменно связывать аммоний влияет вид глинистых минералов, температуры среды, содержание гумуса, реакции почвенного раствора, микробиологическая активность, влажность. Фиксация аммония возрастает с увеличением температуры, рН (максимально на солонцах), содержания гумуса (химическое связывание). На связывание азота влияет содержание глинистых минералов с трехслойной кристаллической решеткой, прежде всего вермикулита.

Фиксированный аммоний может вытесняться обратно в почву при определенных условиях, например, введении в кристаллическую решетку катионов кальция, магния, натрия, становясь доступным для растений.

Содержание в почве и доступность фосфора

Cодержание фосфора (Р2О5) в почвах составляет от 0,01% для бедных песчаных почв до 0,20% для мощных высокогумусных. В верхних слоя почвы сосредоточено большее количество Р2О5, что связано с его накоплением в зоне отмирания основной массы корней. С глубиной почвы количество Р2О5 уменьшается. Фосфор присутствует в органической и минеральной формах.

Органические фосфаты входят в состав гумуса, при разложении которого он становится доступным растениям.

Некоторые растения усваивают простые фосфорорганические соединения, благодаря их разложению ферментом фосфатазой, выделяющемуся корневой системой. К таким растениям относятся горох, бобы, кукуруза и другие культуры.

Минеральные формы представлены солями кальция, преобладающие в нейтральных и щелочных почвах, фосфатами оксидов железа и алюминия — в кислых. Кальциевые фосфаты более растворимы, а следовательно, более доступны растениям, чем соли алюминия и железа.

Основным источником фосфор для питания растений являются соли ортофосфорной (Н3РО4) и метафосфорной (НРО3) кислот. Фосфаты одновалентных металлов, в силу их наибольшей растворимости, наиболее доступны. Однозамещенные (дигидроортофосфаты) кальция и магния менее растворимы, но также хорошо доступными для поглощения. Метафосфаты малорастворимы в воде.

Двухзамещенные соли кальция и магния (гидроортофосфаты) малорастворимы в воде, но хорошо растворимы в растворах слабых кислот, что делает их также доступными для растений, за счет создания корневой системой в ризосфере слабокислой реакции.

Ортофосфаты двух- и трехвалентных металлов нерастворимы в воде, поэтому для большинства растений недоступны. Наиболее приспособленными к усваиванию труднодоступных форм фосфора относятся люпин, гречиха, горчица, люцерна и клевер. В меньшей степени это свойство проявляют горох, донник, эспарцет, конопля, рожь и кукуруза (Э. Рюбензам и К.Рауэ, 1960).

В отличие от азота, из-за слабой подвижности, отсутствуют естественные пути потерь фосфора, равно, как и естественные источники пополнения.

Оптимальным уровнем обеспеченности фосфором в подвижных формах для большинства культур принято считать: для серых лесных и дерново-подзолистых почв (по Кирсанову) — 150-250 мг/кг почвы, для черноземов (по Мачигину) — 45-60 мг/га.

Регулирование содержания фосфора в почве осуществляют главным образом внесением органических и фосфорных удобрений. Для увеличения содержания фосфора в почве на 1 мг требуется в зависимости от гранулометрического состава и типа почвы от 40 до 120 кг P2O5/га.

Содержание в почве и доступность калия

Валовое содержание калия часто превышает содержание азота и фосфора, и определяется гранулометрическим составом. Особенно богаты калием глинистые и суглинистые почвы, где содержание достигает 2-3%. Песчаные, супесчаные и торфяные почвы бедны калием — до 0,1%.

Однако, валовое содержания калия в виду особенностей обменных реакций, не означает достаточного обеспечения им растений, так как только около 1% его валового содержания доступно для растений. Поэтому характеристикой обеспеченности калием является его количество в подвижных формах.

По доступности для растений все соединения калия в почве разделяют на пять групп:

  1. Калий, входящий в состав почвенных минералов алюмосиликатов. Труднодоступная форма калия. Однако некоторое минералы (мусковит, биотит и нефелин) способны трансформировать в доступные форму некоторую часть калия под действием углекислого газа и некоторых органических кислот, выделяющихся корнями растений. Скорость переход калия из необменных в обменные формы зависит от типа почв. Для дерново-подзолистых почв она составляет 15-30 кг/га в год, для выщелоченных черноземов — около 60 кг/га.
  2. Поглощенный, или адсорбционно-связанный почвенными коллоидами, калий является основным источником питания растений. Содержание в почве может быть от 50 до 300 мг на 1 кг почвы. В процессе вегетации растения используют только часть обменного калия, что определяется свойствами почвы, биологическими особенностями растений, погодными условиями и т.д.
  3. Водорастворимые формы калия — наиболее доступная форма. Составляют 10-20% (около 1% по данным Э. Рюбензама и К. Рауэ) обменного калия. По данным МСХА в неудобренной дерново-подзолистой почве в течение весенне-летнего периода содержание водорастворимых форм калия составляло 1,5-5 мг/кг почвы. Он образуется в результате химического и биологического воздействия на минералы. Частично переходит в водорастворимую форму из обменного состояния в результате вытеснения из почвенного поглощающего комплекса, а также от удобрений.
  4. Биогенно связанный калий, то есть входящий в состав биомассы почвенных бактерий, растительных остатков и биоты. Его доля может достигать, например, в дерново-подзолистых почвах 40 кг К2О на 1 га. В доступную форму переходит только после отмирания и минерализации остатков.
  5. Калий, фиксированный почвой. Калий может закрепляться в минеральной части почвы в необменном состоянии. Процесс протекает наиболее активно в условиях переменного смачивания и подсыхания почвы и преобладает в почвах тяжелого гранулометрического состава, содержащих глинистые минералы монтмориллонит и гидрослюды, которым характерна внутрикристаллическая адсорбция катионов, в отличие от каолинита.

Закрепление калия в необменную форму интенсифицируется в щелочной среде, преобладает в солонцах. Черноземы фиксируют калий в большей степени, чем дерново-подзолистые почвы.

Почвы обладают определенным пределом фиксации калия из удобрений: для дерново-подзолистых он редко превышает 200 кг/га, для черноземов может достигать 300-700 кг К2О на 1 га. Использование калийных удобрений позволяет достичь полного насыщения емкости фиксации калия.

Оптимальным содержанием обменного калия в почве, при котором наблюдается максимальная урожайность культур, составляет для дерново-подзолистых и серых лесных почв — 170-225 кг/га.

В основных подтипах черноземов оптимальным содержанием подвижного калия в зависимости от почвы, культуры и метода определения составляет по Чирикову от 130 до 200 мг/кг, по Мачигину — до 400 мг/кг.

Содержание микроэлементов

Вынос микроэлементов с урожаем с 1 га почвы составляет от долей грамма (молибден) до нескольких сотен граммов (марганец, цинк).

Как правило, почвы имеют определенный запас микроэлементов, который может восполняться внесением органических удобрений, микроудобрений, а также примесью с минеральными удобрениями, в которых их они находятся в подвижной форме. Подвижность микроэлементов в навозе уступает минеральным удобрениям и составляет не более 25%.

Для получения стабильных высоких урожаев потребность растений в микроэлементах должна удовлетворяться в полной мере.

Реакция почвенной среды

Основная статья: Кислотность почв

Для большинства возделываемых культур и микроорганизмов, обитающих в почве, оптимальной является слабокислая или нейтральная реакция почвы. Отдельные культуры могут проявлять особые требования к интервалу рН. Например, люцерна, сахарная свекла и хлопчатник не переносят кислых почв, другие напротив, предпочитают слабокислую реакцию: люпин, картофель, гречиха, лен.

Косвенно реакция почвенной среды влияет на плодородие вследствие увеличения подвижности гумусовых соединений и вымыванию их за пределы пахотного слоя и вредного воздействия ионов водорода H+ на минеральную часть, что приводит к обеднению почвы коллоидными частицами.

Закисление почвы вызывает недостаток обменных кальция и магния, что резко ухудшает физические и физико-химические свойства почвы (структуру, емкость поглощения, буферность). Кислая среда повышает концентрацию токсичных для растений алюминия и марганца и уменьшает подвижность некоторых элементов, например, молибдена, создавая нарушения в питательном режиме почв.

Таблица. Оптимальная и допустимая реакция почвенного раствора для основных сельскохозяйственных культур (по Шишкову и Минееву, 1987)1

Культура
Оптимальный рН
Допустимый рН
Культура
Оптимальный рН
Допустимый рН
Люпин
4-5
4-6
Клевер
6-6,5
3-8
Картофель
5
4-7
Горох
6-7
5-8
Овес
5-6
4-8
Кукуруза
6-7
5-8
Рожь
5-6
4-7
Пшеница
6-7
5-8
Лен
5-6
5-7
Сахарная свекла
7
6-8
Гречиха
5-6
5-7
Люцерна
7-8
6-8,5

Повышенная кислотность угнетающе действует на почвенную биоту, прежде всего нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии, дождевых червей, клещей, ногохвосток. В целом, биологическая активность кислых почв существенно ниже, чем нейтральных.

К основным факторам закисления почв является вынос с урожаем и вымывание кальция и магния. Вынос с урожаем кальция и магния может достигать от десятков до сотен килограммов с 1 га. Набольшим выносом характеризуются капуста, люцерна, клевер, отличающиеся высокой чувствительностью к кислотности почвы.

На потерю кальция и магния от вымывания оказывает промывной водный режим почвы, зависящий от обилия атмосферных осадков. Например, на кислых почвах вымывание может составить 200-300 кг/га, на карбонатных — существенно больше. Легкие по гранулометрическому составу почвы при промывном водном режиме теряют значительно больше кальция и магния.

Главным агротехническим приемом регулирования кислотности почв является — известкование — внесение карбоната кальция CaCO3. Помимо нормализации кислотности, известь вытесняет ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса, нейтрализует органические кислоты. Что приводит к устранению обменной и значительному снижению гидролитической кислотности, повышает степень насыщенности основаниями и увеличению емкости поглощения пахотного слоя.

Для щелочных солонцовых почв применяют гипсованием — внесением сульфата кальция CaSO4 (гипса). Гипсование устраняет щелочную реакцию, улучшает физико-химические, биологические свойства почвы, аэрацию, облегчает почвообработку, усиливает микробиологическую активность и, в целом, повышает плодородия. Эффективность гипсования зависит от глубины вспашки, снегозадержания, применения удобрений, орошения. Действие гипс сохраняется в течение 8-10 лет.

Степень насыщенности основаниями и буферность почвы

Степень насыщенности почвы основаниями — сумма поглощенных оснований, выраженная в процентах от емкости катионного обмена (T). Является показателем нуждаемости почв в известковании. Чем он ниже, тем выше необходимость внесения извести.

Буферность почвы — способность противостоять изменению реакции среды. Буферность характеризуется величиной емкости катионного поглощения (T), составом поглощенных катионов и катионо-анионным составом почвенного раствора. Показатель используется для расчета оптимальных доз, форм, сроков и способов внесения удобрений и мелиорантов под сельскохозяйственные культуры. Чем выше значение ЕКО, тем выше буферность почвы.

Поглотительная способность

Поглотительная способность — способность почвы поглощать и удерживать твердые, жидкие и газообразные вещества.

Поглотительная способность почвы удерживать от вымывания питательные вещества в достпуной для растений формах. Почвы с высокой поглотительной способностью накапливают влагу в необходимых количествах и удерживать ее от просачивания в глубь по профилю почвы, смывания по поверхности и испарения в атмосферу, обеспечивая благоприятный водный и воздушный режимы. Большое содержание гумуса и оструктуренность почвы обеспечивает высокую влагоемкость.

Влияние удобрений на свойства почв

Агрохимические средства оказывают комплексное действие на плодородие и свойства почвы:

  • подкисляют или подщелачивают почвенный раствор;
  • изменяют агрохимические свойства;
  • влияют на биологическую и ферментативную активность почвы;
  • усиливают или ослабляют физико-химическое и химическое поглощение;
  • влияют на мобилизацию или иммобилизацию токсических элементов и радионуклидов;
  • усиливают минерализацию или синтеза гумуса;
  • влияют на интенсивность фиксации азота из атмосферы;
  • усиливают или ослабляют действие других питательных веществ почвы и удобрений;
  • влияют на подвижность биогенных макро- и микроэлементов почвы;
  • вызывают антагонизм или синергизм ионов при поглощении растениями.

Агрохимическая характеристика почв России

Воспроизводство агрохимических показателей плодородия почв

Основным приемом воспроизводства агрохимических показателей плодородия почв является внесение минеральных и органических удобрений.

На бедных по химическому составу почвах необходимо расширенное воспроизводство плодородия, то есть внесение азота, фосфора, калия должно превышать их вынос с урожаем. При достижении оптимальных уровней воспроизводство может быть простым, то есть направленным на поддержание оптимальных уровней. Создание бездефицитного баланса питательных веществ особенно актуально на дерново-подзолистых почвах, характеризующихся низким потенциалом плодородия.

В условиях интенсивного земледелия, применение удобрений незаменимо. Эффективность их использования определяется рядом факторов: дозами внесения, коэффициентом использования культурными растениями, агротехническими приемами, формами удобрений и др.

[INSERT_ELEMENTOR id="4128"]

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Ссылки

  1. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.