Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Почвенно-агрохимические основы адаптивно-ландшафтной организации систем земледелия ВКЗП. Учебное пособие
.pdf
Локальные особенности почвенно-климатических условий
не говорить о воде, то именно азот является самым
могущественным двигателем в процессах развития,
роста и творчества природы. Его уловить, им овладеть — вот в чем задача, его сберечь — вот в чем ключ
к экономике; подчинить себе его источник, бьющий с
неистощимой энергией, — вот в чем тайна благосостояния». Это высказывание любил повторять Д.Н. Прянишников, который в свое время в лаборатории Шульца проходил практику.
Трансформация азота сопровождается появлением доступных растениям подвижных форм азота, которые так же способны улетучиваться (NH
NO
), подвергаться водной миграции (анионы NO2,
2
, N2O, N2, NO,
3
NO3, обменно-поглощенные в коллоидах-мигрантах
ионы).
Д.Н. Прянишников [1963] указывал, что при интенсивном использовании бобовых культур, повышение
урожаев до 20–25 ц зерна с 1 га возможно при дефиците N и K, соответственно, в 14 и 20 кг/га в год.
Предполагалось, что этот дефицит покрывается за счет
фиксации атмосферного азота и гидролиза калийсодержащих почвенных минералов. Впоследствии, учитывая
низкий потенциал биологической фиксации азота изза континентальности (суточной, сезонной, годичной)
климата, кислого характера реакции почвенной среды
и значительных газообразных потерь азота, вымывания нитратов была обоснована необходимость бездефицитного баланса азота для нашей земледельческой
зоны [Прокошев, Корляков, 1971].
Приход азота в почву в составе удобрений. С органическими удобрениями в почву вносятся амидный,
аммонийный, аминный и, в незначительном количестве,
нитратный и нитритный азот. Трансформация органического вещества удобрений происходит аналогично
приведенным выше схемам. В составе минеральных
удобрений встречается аммонийный, нитратный и
амидный азот. Последний растениям непосредственно
не доступен, они могут его использовать после перевода в аммонийную форму под воздействием фермента
уреазы во влажной среде. Гидролиз амидного азота с
образованием карбоната или бикарбоната и гидрокси-
111
Глава I
да аммония происходит по следующей схеме (урефикация):
(NH
CO + 2H2O = (NH4)2CO
2)2
3
(NH4)2CO3 + 2H2O = NH4HCO3 + NH4OH.
На открытом воздухе углекислый аммоний и гидрат аммония легко разлагаются с образованием аммиака, поэтому мочевину надо вносить с немедленной
заделкой в почву.
(NH
4)2CO3
= NH4HCO3 + NH3.
В процессе грануляции мочевины в ней образуется токсичное для растений и животных вещество — биурет.
2CO(NH
= (CONH2)2HN (биурет) +NH3.
2)2
В почвах биурет полностью разлагается в течение
первых 10–15 дней после внесения. Хотя его содержание в коммерческой мочевине не превышает одного
процента, ее следует вносить в почву на одну-две недели раньше других азотных удобрений, чтобы к началу
потребления молодыми растениями азота исчез биурет
и завершился гидролиз амидного азота.
В достаточно увлажненных легких почвах мочевина эффективнее аммиачной селитры ввиду отсутствия
вымывания нитратного азота. В отличие от других азотных удобрений даже 15% раствор мочевины не обжигает листья, может поглощаться клетками листьев целыми молекулами и поэтому представляется наиболее
ценным удобрением для внекорневой подкормки сельскохозяйственных культур.
Основные способы сохранения в почве азота. В общем виде азотный фонд почвы условно может быть
представлен следующими формами (табл. 1.54).
Таблица 1.54. Формы азота в пару
и в севообороте [Лыков, 1982]
Формы азота Пар бессменный В севообороте
%
N – NO3
N – NH4 4,6 3,8
легкогидролизуемый 16,4 12,0
трудн огидролизуемый 21,7 19,3
негидролизуемый 59,0 66,1
112
780 1100 Общий азот: мг/кг
100 100
в % от общего
0,5 0,4
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Постоянный, хорошо развитый травостой способен
свести к нулю непроизводительные потери почвенного азота, как следствие, обеспечить по меньшей мере
равновесие между минерализацией и синтезом органического вещества. При поддержании почвы по типу
чистого пара в ней происходит только подзолообразовательный процесс (дерновый отсутствует) с усиленной фильтрацией почвенной влаги вместе со всеми
растворенными веществами, в том числе гумусовыми.
Ежегодный вынос элементов питания с гектара чистого пара достигает следующих величин: N — NO
(в переводе на азот 40 кг), СаСО
— 500 кг, МgСО3 — 10 кг,
3
до 120 кг
3
меди — 27 г, марганца — 287 г, цинка — 19 г. Единственный, положительный момент этого процесса —
возможность выноса растворимых, абсорбированных
коллоидными частичками тяжелых металлов, загрязняющих и радиоактивных элементов из корнеобитаемого
слоя почвенного профиля. В рассматриваемой зоне
чистый пар следует считать разрушающим почву мероприятием: усиливается, и не сопровождается синтезом, минерализация специфического органического
вещества — гумуса. Здесь происходит обеднение почвы элементами питания растений, коллоидными частичками, которые определяют поглотительные, буферные возможности почвы. Чистый пар противоречит
признанной всем миром общей теории почвообразовательного процесса, согласно которой растительность
является ведущим фактором формирования почв. Значение чистого пара как влагонакопителя в зоне достаточного, а минимум на 25% пашни избыточного увлажнения не имеет практического смысла. Ссылки на
возможность борьбы с сорной растительностью на чистых парах при наличии других средств (без разрушения почвы, главная из которых — высокая культура
земледелия) также не выдерживают критики.
Баланс азота. Особенности баланса азота в земледелии обусловлены тем, что:
n азот в процессах синтеза и распада органического
вещества участвует в различных формах (окислен-
-
ные NО
+
NН
);
2
,NО
3
-
, NО-, восстановленные NН
2
+
4
,
113
n значительна и важна роль атмосферного азота, не-
исчерпаемого источника этого элемента.
В условиях лизиметрического опыта баланс азота
(в сумме по урожаю шести культур) выглядел следующим образом (табл. 1.55).
Таким образом, баланс азота без учета биологического во всех вариантах опыта складывается отрицательный.
При учете биологического азота на фоне NРК и известковых удобрений он положительный, что лишний раз
доказывает значение бобовых культур для земледелия.
1
Более
/3 азота удобрения не обнаруживается в урожае
и в инфильтрационных водах. Это, по-видимому, газообразные потери и азот, который закрепляется в почве.
Таблица 1.55. Баланс азота в лизиметрическом опыте
[Юлушев, 1989]
Внесено N
N
биолог
N в урожае: всего, мг/сосуд 1713 4159 4704 4448
â ò.÷. èç N
% - 62,3 66,3 59,7
N в водах: всего, мг/сосуд 37 88 67 71
â ò.÷. èç N
% - 1,5 0,9 1,0
Баланс N: общий, мг/сосуд -359 838 723 945
без N
Неучтенные потери N
% - 36,2 32,8 39,3
Показатели
, мг/сосуд - 3400 3400 3400
удобр
, ìã/ñîñ óä 1395 1685 2094 2064
, мг/сосуд - 2117 2255 2029
удобр
, мг/сосуд - 51 30 34
удобр
, мг/сосуд -1750 -847 -1371 -1119
биолог
, мг/сосуд - 1232 1115 1337
удобр
Áåç
NÐÊ è Ñà NÐÊ
NÐÊ
ÊÊÑ ÈÌ
Оценка обеспеченности почв минеральным азотом.
Существует несколько способов оценки обеспеченности растений минеральным азотом, наиболее распространенные из которых следующие.
1. Определение нитрификационной способности по-
чвы. Определяют содержание N–NO
, затем почву ком-
3
постируют при комнатной температуре и влажности 60%
от ППВ в течение 6–10 суток. Снова определяют содержание N–NO
и по разности судят о способности почвы
3
снабжать растение минеральным азотом (см. табл.1.41).
2. Определение легкогидролизуемого азота почвы.
Навеска почвы обрабатывается 0,5% раствором H
при соотношении почва : раствор как 1 : 5. В вытяжке
определяют содержание общего азота (переводом всего азота в аммонийную форму). При этом учитываются
114
N–NO
, обменно-поглощенный N–NH4 и азот легко-
3
Глава I
2SO4
Локальные особенности почвенно-климатических условий
гидролизуемых органических соединений. Этот способ
более полно характеризует потенциальную способность почвы обеспечивать азотное питание растений.
Тем не менее простых и надежных способов определения содержания доступных растениям форм азота
в почвах по существу нет ввиду того, что:
n неизвестно, в какой толще почвенного профиля
надо определить этот азот. Установлено, что в со-
здании урожая участвуют запасы элементов пита-
ния и влаги не только пахотного слоя;
n минеральный азот, как видно из приведенных выше
данных, очень подвижный;
n его содержание динамичное и меняется даже в те-
чение суток;
n аналитическая обработка образцов почв довольно
продолжительная, а экспресс методы определения
отдельных форм азота не обеспечивают полноты
картины.
В почвах невозможно создавать запас минерального азота, единственный способ его накопления — в
составе органического вещества. Чем больше содержание гумуса, тем выше потенциальное плодородие почв.
Но для проявления эффективного плодородия необходим минеральный азот в период вегетации растений.
В целом сложный характер превращений, миграции и накопления азота в почвах может характеризоваться схемой 10.
Схема 10. Судьба азота в почвах
Газообразные потери Вынос урожаями,
NH
15-20 %
Необменная фиксация N-NH
Вымывание N-NO
эрозионный снос 5-35 % 5-15 %
, N2O, N2, NO, NO
3
.
N-NH
4
20-200 êã/ãà
40-70 %
2
Азот почвы и удобрений
Обменное поглощение N- NH
4
è Поглощение микрофлорой
3
Гумус – 1-3 % (30-90 ò/ãà),
азота в гумусе 2-6 т/ãà (95-99 %)
N-NO3,
20-120 êã/ãà
4
115
Глава I
1.3.10. Фосфор в почвах
Причиной низкой продуктивности пашни на северо-востоке Нечерноземной зоны РСФСР является
также слабая обеспеченность пахотного слоя почв подвижным фосфором. Такие почвы занимают не менее
60...70% площади пашни. Почвы с оптимальным содержанием подвижного фосфора (120...150 мг/кг почвы),
как правило, расположены вокруг животноводческих
комплексов, на местах бывших деревень и сел, что связано с систематическим применением органических
удобрений. Благодаря более интенсивному использованию минеральных фосфорных удобрений отмечается общая тенденция улучшения фосфатного режима в почвах. Так, изменения структуры пахотных земель Кировской области по степени обеспеченности
фосфором по турам агрохимических обследований характеризуются следующими данными (табл. 1.56).
1.56. Структура пахотных земель Кировской области
по степени обеспеченности фосфором по турам
агрохимических обследований (% от площади пашни)
Тур
обследования
1965–1971 26,7 52,0 15,6 3,3 1,8 0,6
1972–1979 23,1 30,8 30,2 7,8 5,3 2,8
1980–1986 10,8 25,5 35,4 12,0 11,2 5,4
1986–1991 7,2 20,0 34,8 16,5 13,5 8,0
1991–1996 5,5 17,0 31,7 17,3 16,3 12,2
1996–2003 3,1 14,7 34,3 19,4 18,3 10,2
Градации: очень низкое — < 25; повышенное — 101–150;
низкое — 26–50; высокое — 151–250; среднее — 51–100;
очень высокое — > 250.
Содержание усвояемых растениями
< 25 26–
соединений фосфора, мг/кг
51–
50
101–
100
150
151–
250
Однако в силу различных причин прирост площадей пашни с оптимальным содержанием усвояемого
фосфора на северо-востоке менее выражен, чем в
субъектах центра, северо-запада РФ. Поэтому проблема фосфора для Вятско-Камской земледельческой зоны
имеет особую остроту.
116
> 250
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Считается, что примерно 60% запасов фосфора
находится в минеральной части твердой фазы почвы,
количество органического фосфора определяется содержанием гумуса. Во всех биологических объектах
основная форма соединений фосфора — ортофосфорная кислота и ее соли, доступность растениям которых
определяется степенью замещенности водородных
ионов:
Са(Н
2РО4)2
— однозамещенный фосфат кальция,
растворим в воде;
СаНРО
— двузамещенный фосфат кальция, ра-
4
створим в слабокислой среде;
(РО4)2— трехзамещенный фосфат кальция, сла-
Са
3
борастворим в кислой среде.
Доступность растениям фосфатов почвы (и удоб-
рений) согласно имеющимся на сегодня представлениям определяется химическим их осаждением из
растворов и сорбцией на поверхности почвенных частиц. Предполагается, что при растворении монокальцийфосфата почвенный раствор обогащается фосфором и кальцием, а из почвенных частиц — подвижными формами алюминия, железа и кальция, из которых.
при низких значениях рН в первую очередь образуются фосфаты алюминия, железа с последующим их
превращением в менее растворимые, например, варисцит, стренгит.
Са(Н
2РО4)2
+ 2Al(OH)3 à 2AlPO4 + Ca(OH)2 + 4H2O.
Растворимость фосфатов полуторных окислов воз-
растает по мере повышения рН раствора, и, наоборот,
в кислой среде (со временем) они могут приобретать
кристаллическое строение со значительной потерей
растворимости. При рН 5 фосфор преимущественно
связывается с кальцием, растворимость фосфатов кальция возрастает по мере подкисления среды.
Сорбционное поглощение фосфатов связано с аци-
доидными и базоидными свойствами почвенных амфолитоидов и происходит благодаря обмену фосфат-ионов
на ОН
-
, Сl-, SO
2-
, ионы гумусовых и кремневой кис-
4
лот. В дальнейшем адсорбированные фосфаты благодаря внутри диффузным процессам могут превращаться в трудно растворимые соединения.
117
Глава I
Таким образом, и химическое осаждение фосфатов из растворов и сорбция их на поверхности почвенных частиц определяется уровнем рН количеством
обменного алюминия (железа, марганца), состоянием
почвенно-поглощающего комплекса, а концентрация
фосфора в почвенном растворе еще относительным
содержанием кальций-фосфатов и фосфатов полуторных окислов. При реальных значениях рН, наличии
полуторных окислов и оснований, трехзамещенный
фосфат, как правило, способен к образованию нерастворимых солей. Это явление известно как химическое поглощение фосфора и определяет эффективность
фосфорных удобрений. К сожалению, при любых условиях имеются почвенные условия, позволяющие
химическое поглощение фосфора. Осаждение фосфатов железа происходит при рН ниже 3,5; фосфатов
алюминия — ниже 5, а кальций фосфатов — при рН
выше 7,5 [Томпсон, Троу, 1982]. Возможность осаждения и растворения этих соединений при различных
значениях реакции среды может быть представлена в
виде следующей схемы.
Схема 11. Растворимость и возможность химического
поглощения фосфора в почвах
Таким образом, как в кислых, как правило содержащих подвижный алюминий (а также железо, марганец), так и в карбонатных или известкованных почвах
имеются предпосылки для снижения усвояемости
фосфора почвы растениями из-за возможного химического поглощения.
Возможные пути трансформации, поглощения фосфора почвы могут быть изображены следующим обра-
118
зом (схема 12).
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Схема 12. Судьба фосфора в почвах
Вынос урожаями, 5-20 % (Q из удобрения и почвы)
Поглощение микрофлорой Химическое п оглощение
AlPO
Эрозионный снос
Ð
2Î5
1,1-1,8 ò/ãà
Фосфор удобрений и почвы
орган.
Р2О5 минер.
1,1- 2,0 ò/ãà
, FePO4, Ña3(PO4)2
4
Ð2Î5 â 0,2 í ÍÑl,
90- 900 êã/ãà
Из приведенной схемы видно, что основная проблема эффективного использования запасов фосфора
заключается в поиске способов уменьшения химического поглощения и потерь от эрозионного сноса. Фосфор в почвах слабо подвижен, за вегетационный сезон
пространственная миграция составляет не более 3–7 мм.
Следовательно, применение фосфорных удобрений в
подкормку (поверхностное распределение удобрений
по вегетирующим растениям в полевых севооборотах)
следует признать несостоятельным. Не отмечена его
водная миграция — в дренажных водах вынос фосфора не превышает 2–3 кг/га за сезон. Неподвижность
фосфора в почвах при устранении условий его химического поглощения делает возможным и целесообразным внесение в запас фосфорных удобрений, в частности фосфоритной муки.
Как известно, в кислых почвах существенна взаимосвязь и взаимозависимость эффективности известковых и фосфорных удобрений, которая определяется
одними и теми же почвенными факторами. Этим объясняется противоречивость многочисленных исследований по изучению эффективности фосфорных удобрений, результаты которых можно сгруппировать следующим образом.
1. Отмечается снижение эффективности фосфорных
удобрений по мере увеличения содержания усвояемого фосфора в почве.
2. Показано отсутствие положительного действия
фосфорных удобрений даже при низких значениях его содержания в почвах.
119
3. Утверждается, что для проявления положительного действия фосфорных удобрений необходимо определенное минимальное их количество,
причем этот порог зависит не только от биологии
культуры. Вероятно, нужно какое-то количество
удобрения для, например, нейтрализации подвижного алюминия, чем и определяется минимальный порог эффективности фосфорного удобрения.
4. Установлено возрастание усвояемой фосфорной
кислоты в почвах после известкования и положительное действие фосфорных удобрений на кислых почвах по фону извести.
5. В то же время отмечается снижение действия
фосфорных удобрений по мере повышения доз
извести, при котором затрудняется усвоение и
передвижение фосфора в растениях, уменьшается коэффициент использования фосфора удобрения.
Очевидно, противоречивость результатов этих
исследований связана с характером и свойствами
всех генетических горизонтов почвенного профиля,
которые в большинстве игнорируются. Известна зависимость состава почвенного раствора от характера материнской породы, влияние свойств этой породы на продуктивность сельскохозяйственных культур
и эффективность удобрений [Fernandes Marcos M.L.,
Macias F., 1987; Jons R. J., Tinsley, J, 1980]. Доказано
участие элементов питания подгумусных горизонтов
в формировании урожая, возможность нормального
режима питания растений при контакте части корневой системы с локализованным источником элемента питания [Сабинин, 1955; Burns I.G. 1980].
В вегетационных опытах [Юлушев, 1989], при ис-
пользовании почвы с контрольного варианта стационарного опыта НИИСХ СВ (содержание подвижного фосфора в А
растениях пшеницы было найдено фосфора больше
при выращивании на образце из слоя 20–40 см (табл.
1.57).
120
42 мг, в подпахотном 38 мг/кг) в
пах.
Глава I
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]