1. Основные закономерности трансформации фосфора при внесении фосфорных удобрений в различные почвы.

Почвы - В почве с нейтральной реакцией основные запасы минеральных фосфатов представлены тонко измельченным апатитом. Кислые содержат преимущественно фосфаты Fe и Al, доступность которых растениям ниже, чем фосфор апатитов. Но при известковании кислых почв часть фосфатов полуторных окислов превращается в фосфаты кальция, что и сказывается положительно на фосфорном питании растений. Органические соединения фосфора в почве содержатся в гумусе от (0,8-2,5%) фосфора к его массе в зависимости от типа почвы и фитатах.

Главным источником фосфора в почве служат почвообразующие породы. Некоторая часть попадает с атмосферными осадками. Значительное количество фосфора вносится в почвы с органическими и минеральными удобрениями. Соединения фосфора в почвах подвергаются различным превращениям: минерализация органических соединений фосфора, изменение подвижности фосфорных соединений, иммобилизация фосфора и фиксация фосфатов.

При рН от 2 до 8 в почве преобладают частицы Н₂РО₄^-. Часть этих фосфатов представлена в почвенном растворе частицами СаНРО₄⁰, СаН₂РО₄⁺, FeН₂РО₄²⁺ и других.

В почвенный раствор фосфат-ионы поступают или в результате минерализации органических фосфатов или за счет удобрений. Если их концентрация повышается, то часть фосфатов фиксируется твердыми фазами почвы. Фиксация осуществляется также атомами Al, Fe, Ca. В кислых серых лесных почвах, где высока концентрация Al, Fe могут преобладать штренгит FePO_4∙ 2H₂O и варисцит Al PO_4∙ 2H₂O . В кислых почвах фосфаты активно сорбируются монтмориллонитом с образованием труднорастворимых соединений типа AlPO_{4 ∙} nH₂O.

Фосфорные удобрения

удобрение	получение	применение	Содержание д.в.
Водорасторимые
Суперфосфат простой	Разложение аппатитового концентрата или фосфоритной муки 57% серной кислотой		CaHPO4 Ca(H2PO4) 19%
Суперфосфат двойной	Обогащение аппатитов фосфорной кислотой	На карбонатных почвах	Ca(H2PO4) 45-49%
Обогащенный суперфосфат	Разложение аппатитов смесью серной и фосфорной кислот		23,5-24,5%
Суперфос	Обогащение фосфоритной муки		38-40%
Растворимые в кислотах
Преципитат	Осаждение фосфорной кислоты известковым молоком или суспензией мела	На любых почвах, а также на кормовые цели 44%	2CaHPO4∙2H2O 25-35%
Обесфторенный фосфат	Обработка смеси аппатита или фосфорита с песком при 1550ºС		30-32% 20-22%
томасшлак	Связывание фосфора свежеобожженной известью	Только как основное удобрение на кислых почвах	8-20%
Мартеновский фосфат шлак	Связывание фосфора известковыми материалами	На кислых почвах	8-12%
Растворимые в сильных кислотах
фосмука	Тонко размолотый фосфорит	Основное удобрение на кислых д\п, с\л, торфяных почвах	Са3(РО4) 2 28-30%

Группы по растворимости:

1. Растворимые соединения (фосфаты в почвенном растворе 0,05-10 мг фосфора на литр)

2. Обменно адсорбированные фосфаты – коллоиды полуторных окислов металла, двухслойные пакеты минералов каолинитной группы. Ионы H₂PO₄ могут поглощаться глинистыми минералами в обмен на ОН группы (адсорб анион).

3. Нерастворимые органические фосфаты.

а) фосфаты кальция и магния, минимальная величина растворимости pН

6.5-10

б) фосфаты алюминия и железа (AlPO₄*2H₂O). Минимальная величина

растворимости pН=2.2-3.7.

Слабокислая реакция почвы pН около 6, благоприятна для питания растений фосфором.

Почва начинает разлагать фосфорит при потенциальной кислотности не ниже 2,5 мг-экв на 100 г почвы. Чем эта величина выше, тем сильнее действие ФМ, если содержание подвижных фосфатов в почве недостаточно для питания культур.

С уменьшением степени насыщенности основаниями и ёмкости поглощения эффективность фосфоритной муки весьма велика.

Количественную зависимость между свойствами почв и их способностью делать фосфоритную муку доступной растениям выявил проф. Голубев Б. А. График Голубева: Hr=3. 3+0,1T-сама линия графика. Если наша точка при известной T находится ниже линии, то применять лучше суперфосфат, если выше – ФМ.

В опытах Прянишникова было установлено, что более эффективны аморфные апатиты, легче подвергающиеся разложению, чем кристаллические. Важна тонина помола (0,18-0,2 мм). Чем она меньше, тем больше удельная поверхность → более тесный контакт с почвенными коллоидами, несущими Н⁺ → кислоты почвенного раствора быстрее взаимодействуют с ФМ → переводят её фосфаты в растворимые формы.

Физиолог. кислые удобрения усиливают разложение ФМ в почве. Физиолог. щелочные – несколько ослабляют этот процесс.

Известкование почв перед внесением фосфорита нежелательно, поскольку известь нейтрализует кислотность почвенного раствора и наиболее подвижную часть потенциальной кислотности (обменную) твердой фазы почвы. Однако после внесения фосфоритной муки, когда реакция ее с почвой уже частично произойдет, известкование кислых почв умеренной дозой не противопоказано.

Разрыв между внесением фосфоритной муки и известкового материала должен составлять 2-3 года. Поэтому на сильнокислых почвах кислотность, угнетая растения, лишает их условий для усвоения фосфатов, перешедших в растворимые соединения при взаимодействии фосфоритной муки с почвой.

Хорошо разлагает фосфорит кислый торф.

При широком соотношении верхового торфа и фосфорита (100 : 1) фосфаты последнего полностью переходят в водорастворимые соединения. Достаточно, если он превратится в двузамещенный фосфат кальция, поэтому торфофосфоритные компосты можно готовить при отношении торфа к фосфориту 95 : 5, 90 : 10.

Группы культур по усвояемости труднодоступных фосфатов:

1. люпин, гречиха, эспарцет, горчица – очень хорошо

2. горох, эспарцет, донник, конопля – хорошо

3. ячмень, яр.пшеница, лен, просо, томат, репа – плохо.

Преимущества ФМ:

• Длительное действие

• Нет необходимости повторять фосфоритование кислых и слабокислых почв чаще одного раза за ротацию даже самого длинного севооборота.

Но вносить суперфосфат при посеве необходимо под все культуры.

Содержание P₂O₅ в ФМ:

в высшем сорте 25,

в первом – 22 и

втором 19 %

Влаги независимо от сорта – не более 3 %, тонина размола – остаток на сите с ячейками 0,18 мм – не свыше 20 %.

Трансформация –

Внутрипочвенная трансформация фосфора удобрений зависит от минералогического и гранулометрического состава почвы, рН, водного режима и других факторов

Причины трансформация фосфора в почве:

-химическое поглощение фосфора катионами кальция, магния, оксидами и гидроксидами железа, алюминия, марганца и титана;

-обменное поглощение фосфора на поверхности твердой фазы почвы;

-биологическое поглощение фосфора корневой системой растений и почвенной микрофлорой.

Обменное поглощение фосфора (адсорбция) фосфат-ионов наблюдается на поверхности коллоидных гидратов полуторных оксидов и минералов коалинитовой и монтмориллонитовой групп, гидрослюд, коллоидах белковой природы. Оно сильнее выражено в условиях кислой среды. Обменно-поглощенные анионы фосфорной кислоты могут вытесняться в раствор другими анионами минеральных и органических кислот (НСО₃^-, муравьиной, яблочной, щавелевой, лимонной, гуминовыми,..). Эти анионы поступают в раствор в результате дыхания растений, их корневых выделений, разложения микроорганизмами растительных остатков и органических удобрений. Обменно-поглощенные фосфаты доступны растениям.

Часть фосфат-ионов почвенного раствора химически связывается почвой. Тип химического поглощения значительно обусловлен ее кислотностью.

При внесении суперфосфата в кислые почвы в присутствии соединений железа и алюминия образуются практически нерастворимые фосфаты:

Ca(H₂PO₄) + 2Al(OH)₃→2AlPO₄+Ca(OH)₂+4H₂O

Ca(H₂PO₄) + 2Fe(OH)₃→2FePO₄+Ca(OH)₂+4H₂O

В нейтральных и щелочных карбонатных почвах, содержащийся в них гидрокарбонат кальция связывает фосфат ионы в нерастворимые фосфаты.

Ca(H₂PO₄) + Ca(HCO₃)₂→2CaHPO₄+2H₂O+2CO₂

Ca(H₂PO₄) + 2Ca(HCO₃)₂→CaHPO₄+4H₂O+4CO₂

CaHPO₄∙2H₂O→ Ca₃(PO₄)₂ → Ca₄H(PO₄)₃ ∙3 H₂O

Эффективность действия суперфосфата зависит от направленности трансформации фосфатов в почве.

При внесении суперфосфата в почву дигидрофосфат кальция растворяется и частично гидролизуется с образованием гидрофосфата кальция и фосфорной кислоты: Сa(H₂PO₄) →2CaHPO₄∙2H₂O+H₃PO₄

На кислых д-п почвах в качестве основного эффективна фосфоритная мука, припосевного - растворимая форма (простой, двойной суперфосфат), а также комплексные удобрения.

На чернозёмах в качестве основного удобрения можно применять фосфоритную муку, но только в том случае, если она есть в хозяйстве, поскольку эффект проявится только через несколько лет. Поэтому лучше всего использовать простой, двойной суперфосфат и термофосфаты, преципитат.

На южных почвах в качестве основного - термофосфаты (преципитат), при посеве - растворимые формы.

С глинистыми разновидностями почв фосфаты образуют менее растворимые формы, чем с легкими суглинками. При оптимальном увлажнении диффузия фосфорнокислых солей может быть более заметной в глинистых почвах, чем в песчаных.

При внесении суперфосфата в кислые почвы происходит переход фосфора в труднодоступную форму (взаимодействуют Н₂(РО₄) ₂- с Al(OH)₂+).

В качестве основного удобрения преципитат на большинстве почв так же эффективен, как суперфосфат. На кислых почвах он может даже превосходить суперфосфат по действию на урожай, потому что суперфосфат на кислых почвах подвержен ретроградации и превращается в фосфаты полуторных окислов в большей степени, чем преципитат.

В дальнейшем при повышении рН >5 в почвенном растворе будут преобладать и участвовать в образовании различных фосфатов ионы: H2PO4- и HPO42-.

Содержащаяся в суперфосфате фосфорная кислота в кислых почвах способствует химическому закреплению вносимого фосфора в форме труднорастворимых фосфатов алюминия и железа. Поэтому известкование будет способствовать повышению эффективности суперфосфата. Систематическое применение суперфосфата не вызывает заметного подкисления почвы, так как фосфорная кислота быстро взаимодействует с гидроксидами железа и алюминия.

Fe, Al (OH)3+ H3PO4= Fe, Al PO4+3H2O

В карбонатных и хорошо насыщенные кальцием известкованные почвы при взаимодействии H2PO4 с Са2+ образуют многоосновные фосфаты кальция:

-гидрофосфат СаНРО4 ∙2 H2O

-ортокальцийфосфат Са4Н(РО4)3 ∙3H2O

-тетракальцийфосфат Са4Р2О9, (Са3(РО4)2СаО).

В щелочных почвах фосфорная кислота суперфосфата благодаря локальному подкислению повышает растворимость почвенных фосфатов кальция. Аморфные, свежеосажденные фосфаты хорошо доступны растениям, но со временем они окристализовываются или кристализуются.

Вследствие иммобилизации фосфора, превращения его в трудно-растворимые фосфаты алюминия, железа, кальция и включения в состав органических веществ, использование его сельскохозяйственными растениями в год внесения составляет 15-20%.

В последействии часть фосфора снова становится доступной для растений. С учетом последействия коэффициент использования фосфора составляет 40-50%. Благодаря динамическому равновесию между лабильными фосфатами твердой фазы почвы и фосфат-ионами почвенного раствора растениям становится доступным 0,5-1% валового запаса фосфора в почве. При содержании в пахотном слое почвы 0,1-0,2% Р2О5 ежегодная иммобилизация составляет 10-25кг/га.

Внесение фосфорных удобрений в подкормку без глубокой заделки не эффективно, так как фосфор не перемещается в почве (1-3 см/год), кроме песчаных почв. Для корней растений поверхностно внесенный фосфор недоступен. В зависимости от морфологических особенностей корневой системы растений, свойств почвы и условий ее увлажнения оптимальный размер гранул удобрения составляет 1-5 мм.