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
действие на растения проявляется при значениях ниже
3,5. Среди пахотных угодий практически таких почв нет.
Нередки случаи, когда рН клеточного сока растений
бывает ниже показателя почвы, где это растение произрастает.
Кислотные свойства почвы, состояние почвеннопоглощающего комплекса, его насыщенность катионами и ненасыщенность представляются весьма динамичными как в течение вегетационного периода, так и
в процессе сельскохозяйственного использования угодий из-за многочисленности факторов, действующих
на почву (схема 3).
Схема 3. Факторы, изменяющие реакцию среды
Этому в значительной степени способствует перманентная декальцинация корнеобитаемой толщи почвенного профиля. Так, в опытах НИИСХ СВ [Юлушев,
1985] в составе лизиметрических вод вынос кальция (и
магния) характеризовался следующими величинами
(табл. 1.26).
Таблица 1.26. Влияние растительности, удобрений и
извести на концентрацию и вынос оснований в составе
лизиметрических вод (среднегодовые значения за 6 лет)
Ýëå-
менты
2+
Ñà
42,30 55,20 65,20 74,50
Ìg2+ 15,50 24,10 22,80 25,80
2+
Ñà
Ìg2+
Áåç
растений
158,0 158,0 130,0 149,0
58,0 69,0 46,0 56,0
Áåç
NPKCa
Концентрация, мг/литр
Вынос, кг/га
NPK NPK + Ca
61
Глава I
Приведенные в таблице данные показывают величину ежегодного выноса кальция (и магния) на
уровне 325–395 кг СаСО3 с гектара в год, причем
независимо от количества инфильтрационных вод
(табл. 1.4), от наличия и развитости растительности,
применения удобрений и извести. Многие исследователи кардинальную санацию кислых почв считают
невозможной из-за перманентной декальцинации
корнеобитаемого слоя, постепенного уменьшения
способности почвы нейтрализовать кислоты и высоких цен на энергию и удобрения [Bonneau M. et al,
1987; Falkengren-Grerup Ursula et al, 1987]. Вероятно,
это не так. Основным приемом регулирования реакции среды следует считать постепенное окультуривание пахотных угодий путем повышения содержания органического вещества, количества способных
к обменным поглощениям коллоидных частичек, при
котором возможно уменьшение вымывания оснований. Как правило, окультуривание почв сопровождается оптимизацией показателей всех ее свойств, в
том числе реакции среды, определяющих плодородие.
В целом, судьба кальция (и магния) в почвах, основного регулировщика реакции среды, может быть
охарактеризована схемой 4.
62
Схема 4. Судьба кальция в почвах
Локальные особенности почвенно-климатических условий
В то же время реакция среды, будучи генетическим
свойством почвы, отражением, результатом совокупного действия факторов почвообразовательного процесса
в конкретных условиях, является весьма устойчивой.
Обычно, через определенное время даже после известкования показатели кислотности восстанавливаются до
уровне исходных величин. Для почв с рН
ниже 4,5.
сол.
характерно значительное содержание обменного алюминия. Однако при высокой емкости поглощения, степени насыщенности основаниями даже при указанных
значениях рН подвижного алюминия в почвах обнаруживается мало. Segalen Р. [1973] указывает, что в почвах богатых многослойными минералами типа монтмориллонит, даже при низких значениях рН
концен-
сол.
трация подвижного алюминия не представляет
опасности для культурных растений. Такое положение
объясняется видимо образованием полимерных гидроксилкомплексов и гидроксида алюминия, с их осаждением на отрицательно заряженных кристаллах слоистых минералов.
Способность гуминовых и фульвокислот образовать с элементами-токсикантами устойчивые хелаты
также является одним из факторов снижения концентрации подвижных форм полуторных окислов в кислых почвах. Количество подвижного алюминия, повидимому, определяется и водно-воздушными свойствами почвы, например, возрастание концентрации
подвижных форм алюминия в анаэробных условиях.
По Н.А. Сапожникову и М.Ф. Корнилову [1971], в сильнокислых бескарбонатных почвах кислотность может
быть обусловлена также соединениями Mn, Fe, Zn.
Robinson I.N. [1980] показал, что в присутствии подвижного алюминия отрицательное влияние марганца на
рост и развитие растений нечувствительно, и он становится токсином лишь при значениях рН ниже 3, хотя
на почвах, где порода насыщена этим элементом, Foy C.D.
[1983] отмечает его токсичность уже при рН ниже 5,5.
Алюминий является составной частью почти всех минералов почвы, однако содержание подвижного алю-
63
миния, вероятно, определяется количеством его
аморфных форм. В настоящее время общепризнанным является представление о двойственной природе почвенной кислотности, обусловленное как
наличием Н-ионов, так и присутствием подвижного
алюминия и его аналогов по токсичности [Аскинази, Карпинский, Ремезов, 1955; Ярусов, 1941; Foy C.D.,
1983]. При этом указывается, что в зависимости от
почвенных условий относительная роль этих ионов
в определении степени кислотности среды различная: например, доля Н-ионов выше в верхнем гумусовом слое, чем в подгумусных горизонтах профиля
дерново-подзолистых почв. Влияние Н
+
и АI3+ на
кислотность почвы обусловлено реакцией самой
почвы: при реакции жидкой фазы почвы ниже изоэлектрической точки первоисточником кислотности
выступает алюминий, а если выше — оба элемента,
с преимуществом Н-иона. Отрицательное действие
токсичных концентраций подвижного алюминия на
почвенную микрофлору и культурные растения
многообразно и значительно. Н.С. Авдонин [1957]
обратил внимание на особую чувствительность культурных растений к повышенной концентрации этого элемента в ранние фазы их роста и развития, при
перезимовке озимых культур: в растениях наблюдалось ослабление синтеза сахарозы, белковых соединений, уменьшалось содержание фосфатидов, нуклеопротеидов, хлорофилла. Активность дыхательного фермента пероксидазы росла, а каталазы
(разлагающей продукт деятельности пероксидазы
) снижалась на фоне высокого содержания
Н
2О2
алюминия. Поглощение и концентрации этого элемента в корнях подтвердило представление о корневой системе, как о биологическом фильтре растительного организма — при избытке алюминия в
первую очередь замедлялось развитие корневой
системы с последующей их полной гибелью. Есть
указания об отрицательном влиянии алюминия на
фосфатную обеспеченность бобовых культур, поэтому на почвах с высоким содержанием алюминия
рекомендуется внесение повышенных доз суперфос-
64
Глава I
Локальные особенности почвенно-климатических условий
фата на красноземах, [Потапов, 1934] или фосфоритной муки на дерново-подзолистых почвах [Пейве, 1938]. Избыток алюминия, по-видимому, не только подавляет поглощение фосфора, но и ограничивает поступление Са, К, Mn, Fe, Na в растения.
В работах лаборатории Д.Н. Прянишникова было
установлено, что вредное действие алюминия на
рост и развитие растений проявляется уже при
концентрации 1 мг/литр. Отдельные виды растений
и сорта весьма сильно различаются по отношению
к алюминию. Устойчивость отдельных экологических групп растений и сортов, по-видимому, связана
с повышенной способностью продуцировать органические кислоты [Johnes L.H., 1961, Clarkson D.T.,
1961], с которыми алюминий может образовать комплексоны [Andrew C.S. et al., 1973]. Эта устойчивость
может быть повышена при улучшении азотного
питания.
Возможно, это связано с синтезом белков, повышающих сопротивляемость растений к алюминию.
Считается, что при низкой катионно-обменной способности корней происходит более энергичное поглощение одновалентных катионов, что может ограничить доступ алюминия в растения.
Указывается на экологическую и экономическую целесообразность и возможность селекции сельскохозяйственных культур, устойчивых к повышенному содержанию этого элемента в почвах. Академик Н.С. Авдонин [1971] по устойчивости к алюминию
рекомендовал следующую группировку сельскохозяйственных культур (от устойчивых к самым чувствительным):
1) тимофеевка луговая, овес;
2) кукуруза, чумиза, просо, люпин;
3) горох, фасоль, гречиха, ячмень, яровая пшеница,
лен;
4) клевер луговой, люцерна, озимые пшеница и рожь,
свекла.
Различия между видами, сортами растений по от-
ношению к кислой реакции почвенного раствора, повидимому, меньше, чем по отношению к алюминию,
65
Глава I
марганцу. Критические пределы содержания алюминия в почве по Н.С. Авдонину [1971] для культур, чувствительных к этому элементу 3...4 мг/100 г, а Т.П. Фроловская [1963] отмечает гибель клевера, люцерны при
его содержании 7...8 мг/100 г почвы. Установлено, что
токсичность обменного алюминия выше на почвах
легкого гранулометрического состава, она ослабляется с повышением содержания гумуса, фосфора. При
повышении содержания подвижного алюминия на
1 мг/100 г почвы может быть снижение урожаев, %:
ячменя на 4,7; льна на 4,4; клевера лугового на 5,0;
свеклы на 5,8 и капусты белокочанной на 11. В опытах
НИИСХ СВ развитие озимой ржи при одинаковом
значении рН среды (5,4) в зависимости от наличия
алюминия характеризовалось следующими данными
(табл. 1.27).
1.27. Влияние алюминия на рост и развитие озимой ржи
(Кедрова, Савельев, 1996)
Варианты Перезимо-
âàëî
растений, %
Áåç Al 75 5,6 382 4,2
+ Al 57 2,7 170 1,7
Продуктивных стеблей
(øò.) íà
растении ì
2
Урожай-
Как известно, при оценке экологической ситуации
выделяют зоны экологической нормы, экологического
риска (территории с заметным снижением продуктивности, но еще возможно восстановление экологической стабильности), экологического кризиса (где восстановление стабильности связано с большими затратами) и экологического бедствия или катастрофы (зоны,
требующие коренного улучшения). Учитывая огромное
деструктивное влияние подвижного алюминия на почву, почвенную биоту, на культурные растения, наконец, на животных и человека (алюминиевая болезнь,
склероз при накоплении алюминия в мозге), рекомендуется включить этот показатель в число индикаторов
определения зон экологического состояния почвенного покрова, пользуясь следующими параметрами содержания этого элемента (табл. 1.28).
66
ность,
ò/ãà
Локальные особенности почвенно-климатических условий
1.28. Оценка экологического состояния почв
по содержанию подвижного алюминия, мг/100 г почвы
Экологические зоны Показатели
нормы риска кризиса бедстви
À
< 1 1 — 4 4 — 8 > 8
ïàõ.
Подгумусные гор. Òî æå > 8 > 8 > 8
бедствия
Естественно, санация почв зон экологического
кризиса и бедствия должна проводиться при поддержке федеральных властей (наподобие зоны Чернобыля),
здесь нужна дифференциация налоговых, арендных
плат и другие меры поддержки земледельца.
На северо-востоке Нечерноземья содержание обменного алюминия в пахотном слое в большинстве невысокое. Его больше (в А
) в случае формирования
пах.
почв на бескарбонатных породах (табл. 1.13). По-видимому, обогащение поверхностных горизонтов почвенного профиля кремнеземом, обеднение полуторными окислами при более глубоком гидролизе минералов с образованием в иллювиальных горизонтах их вторичных
форм привело к исчезновению подвижного алюминия в
частности из гумусовых горизонтов.
Виды почвенной кислотности. Различают активную и потенциальную кислотность. Первая обусловлена наличием Н-ионов в почвенном растворе и определяется в водной вытяжке из почвы.
Потенциальная кислотность подразделяется на
обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность определяется вытеснением
Н-ионов в раствор нейтральной солью (1 n KCl), выражается символом рН — отрицательный десятичный
логарифм концентрации Н-ионов в г/л. Она может
рассматриваться, как модель взаимодействия удобрения
с почвой, при котором проявляется скрытая кислотность.
Гидролитическая кислотность (выражается в мэкв/
100 г почвы) показывает почти полную потенциальную
кислотность почвы. При определении обменной кислотности часть ионов водорода не вытесняются в раствор в силу более прочного поглощения и установления динамического равновесия между количеством
поглощенных Н-ионов и их концентрацией в растворе.
Величина гидролитической кислотности определяется
67
Глава I
функциональными группами гумусовых веществ (карбоксильные, фенольные, спиртовые гидроксилы, метоксильных групп), аминокислотами, простыми органическими кислотами. Все эти вещества и функциональные
группы участвуют в обменных реакциях, в том числе
+
могут замещать Н
. Гидролитическая кислотность
возрастала в связи с количеством отдельных фракции
гуминовых и фульвокислот (коэффициент множественной корреляции r = 0,76). Роль алюминия в формировании этой кислотности, по-видимому, невелика — до
4% [Небольцин, Небольцина, Яковлева, 1998]. Есть
указания, что при содержании более 80 мг/100 г усвояемого фосфора 1,0–2,0 мэкв/100 гидролитической
кислотности должно быть отнесено на фосфатные буферные системы, обусловленное присутствием кислых
одно- и двухзамещенных фосфатов.
Влияние кислотности и подвижного алюминия на
растения и условия их минерального питания. В кис-
лой среде в растениях нарушаются процессы обмена
с накоплением промежуточных соединений (нитратов,
нитритов, простых углеводов, органических кислот и т. д.)
вместо завершенных (белков, жиров, крахмала и др.).
Растения теряют морозо- и жаростойкость, устойчивость к засухе, к болезням и вредителям, задерживается прохождение отдельных фаз роста и развития. Схематично воздействие реакции среды на условия минерального питания и роста растений может быть
представлено следующим образом (схема 5).
68
Схема 5. Действие реакции среды на некоторые
свойства почвы
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Косвенное влияние повышенной кислотности и
подвижного алюминия на растения и условия их минерального питания весьма многогранно:
n подавляется микробиологическая активность в по-
чвах, растения испытывают недостаток азота, уг-
лекислого газа, серы, фосфора и многих других
элементов питания из-за ослабленного процесса
минерализации;
n подвижные алюминий, железо могут связывать ус-
вояемые соединения фосфора, образуя нераство-
римые соли типа AlPO
(каждый мг алюминия на
4
100 г почвы может связывать фосфор, содержащий-
ся в 40 кг суперфосфата);
n в кислой среде многие элементы теряют подвиж-
ность (например, молибден), а другие, в том числе
тяжелые металлы (свинец, цинк, кадмий) могут ак-
тивизироваться;
n ухудшаются физико-механические свойства почвы
из-за разрушения структуры с нарушением благо-
приятного водно-воздушного режима.
Классификация почв по степени кислотности.
Современная классификация почв по реакции почвенного раствора не отвечает уровню развития науки и
требованиям практики. Поэтому предлагаются различные подходы:
n считать сильнокислыми почвы, насыщенные под-
вижным алюминием (что соответствует рН ниже
5,0);
n предлагается классификация почв с учетом грану-
лометрического состава в следующем виде (табл.
1.29).
Таблица 1.29. Классификация почв по кислотности
на основе гранулометрического состава
Сильно- Средне- Условно- Почвы
кислые
Песчаные 4,5 5,2 5,7
Супесчаные 5,0 5,6 6,5
Суглинистые 5,0 5,9 6,6
Глинистые 5,0 6,0 6,6
69
Глава I
n А.Н. Небольсин и др. [1998] считают необходимым
при классификации почв по степени кислотности
учитывать содержания гумуса. Такой подход для
ВКЗП, где содержание гумуса монотонное и находится на довольно низком уровне, практического
значения не имеет;
n Н.А. Кирпичников [1989] рекомендует учитывать
наличие связи между количеством усвояемого
фосфора и реакции среды, их взаимодействие и
взаимовлияние (в кислой почве растения сильнее
страдают от недостатка фосфора).
Имеются и другие подходы, но все они не учитывают кислотные свойства генетических горизонтов
почвенного профиля, а для ВКЗП, как было показано
выше, этот момент имеет решающее значение.
Отношение отдельных растений к кислотности
почв. Культурные растения генетически приспособле-
ны к определенным условиям произрастания. По отношению к реакции среды они могут быть сгруппированы следующим образом (табл. 1.30).
Таблица 1.30. Группировка культур по отношению
к реакции среды
Ацидофильные Нейтрофильные Базоидные
Картофель Пшеница Свекла
Рожь Îâåñ Ячмень
Гречиха Просо Люцерна
Люпин Горох Эс парцет
Лен Кукуруза Фа соль
Злаковые травы Клевер Тыква
Табак Подсолнечник Салат
Щавель Топинамбур Морковь
Редька Брюква Петрушка
Томаты Лук, чеснок
Огурцы Крыжовник
Капуста Земляника
Косточковые
Эта группировка условная, к тому же установлена
лишь с учетом кислотных характеристик пахотного
слоя. Между тем степень карбонатности и свойства
70
генетических горизонтов почвенного профиля кислой
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]