Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология почв. Учение об экологических функциях почв. Учебник
.pdf
Гл. 4. Химические и биохимические функции
61
ния. В опытах отмечено заметное уменьшение поглощения растениями фосфора, кальция, магния, меди, цинка, марганца, кобальта,
молибдена, бора в случае увеличения содержания гидроокисей
железа и алюминия в субстрате. Причем такое уменьшение происходило как при нейтральной и щелочной реакциях субстрата
(рН 7,0—8,4), так и при среднекислой (рН 4,8—6,2).
Оценивая общее значение факторов, которые могут ограничить
поступление питательных веществ в растения, необходимо подчеркнуть, что их действие заключается не только в ослаблении потока элементов в системе почва—растительные организмы. Положительная роль в формировании урожая органического вещества
и тонкодисперсного материала почвы общеизвестна, однако и в
отношении этих компонентов необходимо учитывать все возможные формы их воздействия на доступность растениям элементов
питания.
Кроме того, приходится обращать постоянное внимание на то,
что на одно и то же воздействие разные компоненты почв и растения могут реагировать неодинаково. Так, еще Д.А. Сабинин (1923)
отмечал, что подкисление среды, окружающей корни, приводит
к увеличению поглощения в основном анионов и снижению доступности катионов, а подщелачивание может стимулировать поступление катионов и ограничивать поток анионов.
Важным фактором оптимального питания растений оказывается также благоприятное соотношение доступных элементов в почве.
Многочисленными исследованиями установлена тесная взаимосвязь между концентрациями элементов в почве и их количествами, поступающими в растения. Яркий пример взаимодействия
элементов при их поступлении в растения — снижение содержания молибдена в кормовых культурах, накапливающегося нередко
в токсических для животных дозах, путем применения медных
удобрений (Gammon, Fiskel, Mourkindes, 1955).
Таблица 16
Взаимодействие макро- и микроэлементов (Ринькис, 1972)
Растение
Кукуруза, фасоль, бобы, горох — K⇆N
Морковь Cu→NCu→N
—
—K→PВ→N
''
Элементы и характер их взаимодействия
антагонизм синергизм
62
Ч. II. Биогеоценотические функции почв
Окончание табл. 16
Растение
Морковь — Mo→N
—
——Mo→P
''
Пшеница Zn→P—
—
——Cu→K
''
Ячмень Ca→PCa→P
—
—Cu→P—
''
—
—Cu→K—
''
—
——Ca→Cu
''
—
—Ca→Zn —
''
—
——Cu→Fe
''
—
—Cu→Zn —
''
Горох — Zn→P
—
——P→Mo
''
—
—P→B—
''
—
—Cu→Fe —
''
—
—Mo→Fe Mo→Fe
''
Томаты — Zn→P
—
—Ca→K—
''
—
—Mg→K—
''
—
——Mo→K
''
—
—Mn→
''
—
—M
''
—
—Mо⇆Mn —
''
Яблоня — Zn→Ca
—
—Ca→
''
—
——Zn→Mg
''
—
——Zn→Fe
''
Элементы и характер их взаимодействия
антагонизм синергизм
Fe —
о⇆Fe —
Mn —
Гл. 4. Химические и биохимические функции
63
Взаимодействие элементов в процессе минерального питания,
обусловленное как физико-химическими, так и биологическими
явлениями, может идти по типу антагонизма или синергизма. Антагонизм имеет место, когда увеличение концентрации одного
элемента тормозит поступление другого. Если же увеличение концентрации одного элемента способствует накоплению другого в растении — такое явление называется синергизмом. В табл. 16 даны
примеры антагонизма и синергизма между различными парами
элементов. Стрелка между взаимодействующими элементами указывает направление действия. Например, А→Б при антагонизме
означает, что увеличение содержания первого элемента в среде
снижает концентрацию втоpoгo в растениях.
Между парами элементов в случае как антагонизма, так и синергизма могут существовать не только односторонние, но и двусторонние влияния. Поэтому можно предполагать, что они возникают практически между любой парой элементов и определяются
в основном их концентрацией.
При претворении в жизнь программы оптимизации почвенного
питания растений большое значение имеет решение многих практических вопросов, связанных как со стратегией развития сельского
хозяйства, так и с соблюдением многих конкретных агротехнических рекомендаций. Нередко возникают дискуссии о целесообразности дальнейшего увеличения производства агрохимикатов с целью
увеличения урожайности культур и борьбы с вредителями. При
этом справедливо указывается на сложное действие соединений,
вносимых человеком на поля (рис. 8, 9), многие из которых дают
не только положительный, но и отрицательный эффект.
Рис. 8. Общая зависимость между отдельными питательными вещест-
вами, или факторами, и интенсивностью роста растений (Рассел, 1955)
64
Рис. 9. Изменение продуцируемой массы в зависимости
от концентрации элементов в растениях (Ринькис, 1972)
Ч. II. Биогеоценотические функции почв
Рис. 10. Динамика роста урожаев пшеницы в Западной Европе
за 200 лет (Минеев, 2003)
Гл. 4. Химические и биохимические функции
65
Несмотря на сложности, возникающие при использовании агрохимикатов, они еще на долгие годы остаются решающим фактором повышения биологической продуктивности угодий в большинстве стран (рис. 10). Это, в частности, показано в монографии
«Агрохимикаты в окружающей среде» (Хайниш, Паукке, Нагель,
Ханзен, 1979), где отмечается, что 50—60% сельскохозяйственной
продукции в развитых странах получают в результате применения
минеральных удобрений. Прибавки урожая от химической защиты растений составляют 20—60% при затратах, равных 1—5% общих издержек производства.
В настоящее время увеличение и совершенствование применения удобрений — один из решающих факторов усиления функции
почвенного питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. При этом необходимо разрабатывать
мероприятия, устраняющие или снижающие до допустимых пределов побочные нежелательные эффекты, возникающие при использовании некоторых агрохимикатов (Авдонин, 1969, 1979; Кук,
1970; Лебедева, 1976, 1984; Хайниш и др., 1979; Минеев, 1984, 2003;
и др.). В связи с усиливающейся химизацией сельского хозяйства
это становится серьезной проблемой, от успешного решения которой зависит не только дальнейшее повышение урожая, но и улучшение его качества. Подсчитано, что повышение содержания белков
пшеницы только на 1% на полях стран СНГ позволит обеспечить
белковой пищей 16 млн человек в течение года.
Проблема усиления полноценного почвенного питания растений
с помощью удобрений связана с оптимизацией форм удобрений,
способов и сроков их внесения.
Преимущества тех или иных видов удобрений до сих пор дискуссионны. Так, долгое время спорили, какие удобрения лучше —
органические или минеральные. Несмотря на возрастающее производство промышленных агрохимикатов, значение органических
удобрений, и прежде всего навоза, в настоящее время не снижается.
Д.Н. Прянишников (1965) считал, что с ростом производства и применения минеральных удобрений роль навоза как одного из главных удобрений ни в коей мере не снижается. Особая роль навоза
в общей системе удобрений состоит в том, что его применение составляет главное средство обратного вовлечения в круговорот тех
питательных веществ, которые были взяты растением из почвы
и вносились раньше в почву с удобрениями.
Полагают, что из всего количества веществ, выносимых с урожаем, в навоз может переходить (через корма и подстилку) до 50%
азота, 60% оксида калия и 40% оксида фосфора. Кроме того, навоз
66
Ч. II. Биогеоценотические функции почв
содержит и различные микроэлементы. В результате из всех органических удобрений навоз оказывается наиболее полноценным
их видом.
А.В. Петербургский приводит данные (табл. 17), свидетельствующие о близком эффекте навоза и минеральных удобрений. Небольшое преимущество минеральных удобрений, наблюдавшееся
в поставленных опытах, не снижает ценность навоза, поскольку он
представляет собой бесплатный отход, накапливающийся в каждом
хозяйстве.
Таблица 17
Действие навоза и минеральных удобрений при выравненных дозах
питательных веществ (N, P
и К2О) (Петербургский, 1979)
2O5
Почва Культура
Серозем хлопчатник
Выщелоченный
чернозем
Оподзоленный
суглинок
Оподзоленная
супесь
Мощный чернозем
Выщелоченный
чернозем
Слабовыщелоченный чернозем
Оподзоленный
суглинок
Окультуренная
суглинистая почва
(при орошении)
сахарная
свекла
то же Долгопрудная Московская 12
картофель Институт кар-
то же Кузнецкая Пензенская 8
озимая пшеница
то же Сумская Сумская 10
озимая рожь Долгопрудная Московская 25
озимая пшеница
Опытная
станция
Ак-Кавакская Ташкент-
Мироновская Киевская 34
тофельного
хозяйства
Мироновская Киевская 35
Ротамстедская
(Англия)
Область
ская
Московская 18
—75
Длитель-
ность
опыта, год
30
Гармоничное сочетание минеральных и органических удобрений определяется не только целесообразностью использования
всех удобных способов устранения дефицита элементов питания
Гл. 4. Химические и биохимические функции
67
растений, но и необходимостью поддерживать на нужном уровне
окультуренность почв, которая существенно повышается при систематическом применении органических удобрений. Особенно
важно это для почв с низким естественным плодородием, по отношению к которым применение всего комплекса рациональной
системы удобрений является обязательным условием их эффективного использования.
Исследованиями Н.С. Авдонина (1969, 1979), Л.А. Лебедевой
(1984, 1995) и других показано, что широкому применению минеральных удобрений на слабоокультуренных дерново-подзолистых
почвах должно предшествовать устранение их неблагоприятных
свойств. Одностороннее же длительное применение минеральных
удобрений на слабоокультуренных кислых дерново-подзолистых
почвах может не дать нужного эффекта, а привести к частичному
ухудшению их структуры. Эти удобрения — мощный фактор повышения урожайности, но для их эффективного систематического
использования необходимо окультуривать дерново-подзолистые
почвы, применяя для этой цели комплекс мероприятий — опережающее известкование, широкое использование различных органических удобрений, посев сидератов и т.д.
Существенным моментом в эффективном усилении почвенной
функции источника элементов питания оказывается соблюдение
оптимальных сроков и способов внесения удобрений и их дозировка
с учетом изменчивости почв в пространстве и времени.
Эти факторы заметно влияют на общие результаты в получении
урожая и на действенность системы агротехнических мероприятий
в целом (табл. 18, 19). Так, многое зависит от способов приготовления удобрений. Показано, что прибавка урожая на дерново-подзолистых почвах от гранулированного суперфосфата может быть
в два раза выше, чем от порошковидного (Авдонин, 1969), а эффективность навоза на соломенной резке оказывается на 20—30%
выше навоза, приготовленного на соломенной подстилке.
Большое влияние на урожай оказывает и способ внесения удобрений. Н.С. Авдонин, проводивший опыты в лесной зоне с внесением суперфосфата под озимые и яровые в рядки и вразброс, показал бо´льшую эффективность рядкового приема. При внесении
в рядки удобрения располагаются локально, поэтому благодаря
меньшему контакту с почвой фосфор поглощается ею слабее и,
следовательно, полнее используется растениями. Кроме того, удобрения находятся в непосредственной близости от растений, что
облегчает их использование в ранний период роста при небольшой
корневой системе, которая не позволяет еще извлекать элементы
68
Ч. II. Биогеоценотические функции почв
питания из большого объема почвы. Использование фосфора при
внесении суперфосфата в рядки в три раза выше, чем при внесении его вразброс.
Таблица 18
Распределение питательных веществ в почве в момент полного
капиллярного насыщения, мг/100 г абсолютно сухой почвы
(по данным А.С. Коржуева, А.Б. Пановой)
Действующее
вещество
удобрения
NO
3
NH
4
O 70,0 70,0 110,0 160,0 260,0 330,0 260,0
K
2
P
2O5
Использование питательных веществ минеральных удобрений
Культуры
Озимая пшеница 43 14 33
Яровая пшеница 39 8 28
Озимая рожь 35 13 41
Ячмень 44 13 35
Овес 46 17 67
Картофель 41 13 48
Местонахождение удобрений от поверхности, см
13—12 12—10 10—8 8—6 6—4 4—2 2—0
3,0 20,8 141,2 458,3 882,7 1278,8 1769,9
17,6 18,8 22,4 26,9 344,1 354,8 366,8
36,4 52,7 84,5 57,3 0,55 0,16 0,12
Таблица 19
(Авдонин, 1982)
Коэффициент использования удобрений, %
NP
2O5
K2O
Сахарная свекла 48 14 71
Кукуруза 27 15 48
Однако вопрос о способах внесения различных удобрений не
решается однозначно, так как имеется немало фактов повреждений — “ожогов” растений определенным видом удобрений, вызванных их высокой концентрацией, очень близким размещением
к семенам или молодым растениям (Кук, 1970). В опытах Уоррена
Гл. 4. Химические и биохимические функции
69
и Джонстона (1961) поверхностное внесение больших доз хлористого калия (375 кг/га) подавляло развитие, в то время как глубокая заделка в почву была безопасной для данной культуры. Наиболее негативное действие удобрений может быть в условиях
сухого климата, когда изначальное содержание солей в почве значительно.
В системе рациональной оптимизации почвенного питания
растений необходим постоянный учет неоднородности свойств
почв и погодных условий во времени и пространстве. Эта неоднородность заставляет конкретизировать систему удобрений не
только для различных районов, но и для разных полей одного хозяйства с учетом их истории, вносить коррективы на сезонную и
межгодичную изменчивость климата, учитывать изменчивость
биологических, физических и других свойств одной и той же почвы в процессе ее эксплуатации, менять сроки, дозы и способы
внесения удобрения в зависимости от условий года и неоднородности почвенного покрова, своевременно устранять причины,
препятствующие полноценному использованию питательных веществ (уничтожение сорняков и вредителей, регуляция водного
режима и физического состояния). При этом важными оказываются практически все виды мероприятий, создающих благоприятные условия для усвоения питательных веществ и образования
высококачественного урожая.
Дж. Кук, например, подчеркивает, что если своевременно не
устранены болезни растений, то отзывчивость их на удобрения
сильно снижается. Так, в опытах с пшеницей, пораженной грибковым заболеванием и нематодами, было показано, что в случае
уничтожения паразитов высокие урожаи достигаются при значительно меньших дозах удобрений. Он также обращает внимание
на то, что при решении вопросов оптимизации минерального питания растений улучшению физических свойств почв должно уделяться не меньше внимания, чем контролированию химических
параметров обрабатываемых земель.
В заключение характеристики важнейшей почвенной функции
источника элементов питания необходимо подчеркнуть, что эта
функция исключительно динамична и ее успешная реализация в
естественных экосистемах и особенно агроценозах зависит от
многих факторов. Поэтому в ходе решения практических задач
оптимизации почвенного питания растений особое значение приобретает принцип дифференцированного и комплексного подхода при осуществлении мероприятий по повышению и улучшению
качества биологической продуктивности угодий.
70
Ч. II. Биогеоценотические функции почв
Функция депо элементов питания, энергии и влаги
Сущность этой функции состоит в том, что почва имеет резерв
названных компонентов, который используется организмами при
израсходовании наиболее легкодоступных запасов. Почвенное депо
образуют соединения, законсервированные в аморфных, кристаллических формах и коагулированных гумусовых кислотах, подвижные соединения и влага, находящиеся в глубоких горизонтах, и др.
Наличие депо обеспечивает существование организмов несмотря на периодически возникающие перерывы в поступлении в почву
влаги, растительного опада, удобрений. Это залог устойчивости
почвенного плодородия и поддержания необходимых условий существования живых организмов. В случае когда почвенное депо
невелико, в снабжении организмов часто наступают перебои. На
таких почвах могут существовать в основном виды, приспособленные к резким колебаниям гидротермического и пищевого режимов. Примером почв со слаборазвитым депо являются таежные
почвы, сформировавшиеся на однородных кварцевых песках, на
которых произрастает неприхотливая сосна обыкновенная.
В случае хорошо выраженного депо можно выращивать достаточно высокие урожаи, не внося полные дозы удобрений. Так, в
Англии на почвах Ротамстедской опытной станции культивировалась пшеница, под которую в течение 100 лет не вносились ни органические, ни минеральные удобрения. Урожай составил примерно 25% от урожаев развитых европейских стран (Кук, 1970).
Относительный урожай корнеплодов в аналогичных опытах был
значительно ниже и достигал всего 10% нормального урожая.
Приведенный пример показывает, что, несмотря на значительные возможности функции депо, получение высоких урожаев
только за счет почвенных пищевых резервов невозможно.
Однако как в естественных экосистемах, так и агроценозах почвенное депо продолжает играть важную роль буфера, помогающего
устранять перебои в снабжении элементами питания и влагой при
исчерпании наиболее доступных запасов. Дж. Кук отмечает, что
если в почве нет достаточного пищевого запаса, то культуры полностью зависят от насыщенности поглощающего комплекса элементами питания, который для получения стабильных урожаев
должен регулярно пополняться внесением удобрений, поскольку
некоторые обменные катионы, например калий, могут быть почти полностью удалены с одним большим урожаем.
Различия почв по запасам элементов питания очень велики,
почвы России и сопредельных стран по валовому содержанию
азота различаются в 12 раз, калия — в 11, фосфора — в 176, каль-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]