Какие вещества содержатся в почве
Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор; и газовой (почвенный воздух) фаз.
Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (в среднем около 1%, иногда до 2—3% и более) и меньшим — кислорода. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образование углекислого газа в почве происходит в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующийся углекислый газ частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту (H2O + СО2 = Н2СО3). Последняя вызывает подкисление раствора, в результате чего усиливается растворение и перевод в усвояемую для растений форму содержащихся в почве нерастворимых минеральных соединений Р, К, Са, Mg и др.
При избыточном увлажнении почвы и плохой аэрации содержание углекислоты в почвенном воздухе повышается, а количество кислорода снижается до 8—12% и менее, что отрицательно сказывается на развитии растений и микроорганизмов.
Почвенный раствор — наиболее подвижная и активная часть почвы. Он является непосредственным источником воды и питательных веществ для растений. Состав и концентрация его изменяются в результате разнообразных биологических, химических и физико-химических процессов. Между жидкой, газообразной и твердой фазами почвы постоянно устанавливается подвижное (динамическое) равновесие. Поступление солей в почвенный раствор зависит от хода процессов выветривания и разрушения минералов, разложения органического вещества в почве, внесения органических и минеральных удобрений.
Концентрация почвенного раствора незасоленных почв невелика и колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов веществ на литр. В засоленных почвах содержание растворенных веществ достигает десятков, а иногда и сотен граммов на литр.
Избыток водорастворимых солей в почве (более 0,2%, или 2 г на 1 кг почвы) вредно действует на растения, а при содержании их 0,3—0,5% растения погибают.
В почвенном растворе содержатся не только минеральные, но и органические вещества, органоминеральные соединения, а также растворенные газы (углекислый газ, кислород, аммиак и др.). В составе почвенного раствора могут находиться различные анионы и катионы. Наиболее важное значение для питания растений имеет присутствие в почвенном растворе ионов К+, Са2+, Mg2+, NH4+, NO3-, SO42- и H2PO4- и постоянное их пополнение. Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах — в виде катионов и гидратов полуторных окислов в коллоидно-растворимой форме.
Огромное значение для питания и роста растений, как уже указывалось ранее, имеет реакция почвенного раствора.
От концентрации и степени диссоциации растворенных веществ зависят осмотическое давление почвенного раствора и поглощение воды корнями растений. Осмотическое давление почвенного раствора в незаселенных почвах значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На засоленных почвах с большим осмотическим давлением поглощение воды культурными растениями затрудняется.
Концентрация солей и осмотическое давление почвенного раствора зависят от влажности почвы и являются весьма динамичными величинами.
Твердая фаза почвы состоит из минеральной и органической частей, которые являются основными источниками питательных веществ для растений.
Около половины твердой фазы приходится на кислород, одна треть — на кремний, свыше 10% — на алюминий и железо и лишь 7% составляют остальные элементы (табл. 1)
| Элемент | % | Элемент | % | Элемент | % |
| Кислород | 49,0 | Барий | 0,05 | Галлий | 10-3 |
| Кремний | 33,0 | Стронций | 0,03 | Олово | 10 -3 |
| Алюминий | 7,1 | Цирконий | 0,03 | Кобальт | 8*10 -4 |
| Железо | 3,7 | Фтор | 0,02 | Торий | 6*10 -4 |
| Углерод | 2,0 | Хром | 0,02 | Мышьяк | 5*10 -4 |
| Кальций | 1,3 | Хлор | 0,01 | Йод | 5*10 -4 |
| Калий | 1,3 | Ванадий | 0,01 | Цезий | 5*10 -4 |
| Натрий | 0,6 | Рубидий | 6*10 -3 | Молибден | 3*10 -4 |
| Магний | 0,6 | Цинк | 5*10 -3 | Уран | 1*10 -4 |
| Водород | (0,50) | Церий | 5*10 -3 | Бериллий | (10 -4) |
| Титан | 0,46 | Никель | 4*10 -3 | Германий | 10 -4 |
| Азот | 0,10 | Литий | 3*10 -3 | Кадмий | 5*10 -5 |
| Фосфор | 0,08 | Медь | 2*10 -3 | Селен | 1*10 -6 |
| Сера | 0,08 | Бор | 1*10 -3 | Ртуть | (10 -6) |
| Марганец | 0,08 | Свинец | 1*10 -3 | Радий | 8*10 -11 |
Азот практически полностью содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород — как в минеральной, так и в органической, а все другие из указанных в ице элементов — в минеральной части почвы.
Минеральная часть составляет 90—99% массы твердой фазы почв и имеет сложный минералогический и химический состав. Она представлена кристаллическими кремнекислородными и алюмокремнекислородными (или силикатными и алюмосиликатными) минералами, аморфными и кристаллическими гидроксидами алюминия, железа и кремния, а также различными нерастворимыми минеральными солями. Наиболее распространен в почве первичный силикатный минерал кварц (SiO2, двуокись кремния). Содержание его во всех почвах превышает 60%, а в легких песчаных достигает 90% и более. Кварц характеризуется большой механической прочностью и устойчивостью к химическому выветриванию, он не участвует в химических реакциях в почве.
Из первичных алюмосиликатных минералов в почве широко распространены калиевые и натрий-калиевые полевые шпаты, в меньшей степени — калийная и железисто-магнезиальные слюды. Постепенно разрушаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений.
Первичные минералы — кварц, шпаты и слюды — обычно присутствуют в почве в виде частиц песка и пыли.
Вторичные, или глинистые, минералы образуются при изменении полевых шпатов и слюд в процессе выветривания и почвообразования. Они находятся в почве главным образом в виде мелкодисперсных илистых и коллоидных частиц и обладают большой суммарной поверхностью и поглотительной способностью. По строению кристаллической решетки, степени дисперсности и другим свойствам глинистые минералы объединяют в три группы: каолинитовую, монтмориллонитовую, гидрослюд. Они состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода, а также содержат небольшое количество железа, кальция, магния, калия и могут быть источником этих элементов для растений.
В твердой фазе почвы всегда присутствуют в сравнительно небольшом количестве труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа и алюминия), а в отдельных почвах может быть значительное количество малорастворимых карбонатов кальция, магния и сульфата кальция.
В почве постоянно протекают процессы превращения труднорастворимых соединений в легкорастворимые и, следовательно, более доступные растениям. Одновременно происходят и обратные процессы.
Различные механические фракции почвы имеют неодинаковый минералогический и химический состав, отличаются по содержанию элементов питания. Более крупные частицы почвы — песчаные и пылеватые — состоят в основном из кварца, поэтому характеризуются высоким содержанием кремния, но меньшим — алюминия, железа, а также кальция, магния, калия, фосфора и других элементов.
В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно первичные и вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше содержится алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, натрия, фосфора и других элементов питания. В связи с этим более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные. Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (глинистые минералы) вместе с органическим веществом обусловливают ее поглотительную способность, которая играет важную роль при взаимодействии удобрений с почвой.
Следовательно, механический состав почвы в значительной степени определяет многие важные ее свойства — содержание элементов питания (Са, Mg, К, Р, Fe, микроэлементов), поглотительную способность, а также физические свойства (влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режим).
Органическое вещество почвы
составляет небольшую часть твердой фазы, но имеет важное значение для ее плодородия и питания растений. Содержание органического вещества в почвах колеблется от 1—3% (в подзолистых почвах и сероземах) до 8—10% и более в мощных черноземах.
Органическое вещество почвы представлено в основном (на 85—90%) гуминовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами) и лишь небольшая часть — негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения.
Общий запас гумуса в пахотном слое почв с относительно невысоким его содержанием — сероземах и дерново-подзолистых — составляет 30—50 т, в черноземах — 100— 200 т, а в метровом слое — соответственно 50—120 и 300— 800 т на 1 га.
В органическом веществе находится основной запас азота, поэтому почвы, содержащие больше органического вещества, отличаются и большим количеством азота. В органическое вещество входят также сера и фосфор. При его минерализации азот, фосфор и сера переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота оказывают растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния; в результате эти элементы переходят в доступную для растений форму.
Гумусовые вещества наряду с мелкодисперсными минеральными частицами почвы участвуют в адсорбционных процессах, определяют поглотительную способность почвы и ее буферность. Органическое вещество служит источником питания и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов. Гумусовые вещества почвы труднее подвергаются минерализации, чем органические соединения растительных остатков и негумифицированных веществ. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений может происходить значительное уменьшение общего количества гумуса и азота в почве. Размеры ежегодной минерализации органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв 0,6—0,7 т, а черноземов — 1,0 т на 1 га, с образованием соответствующего количества (соответственно 30—35 и 50 кг/га) доступного растениям минерального азота. При среднем содержании азота в гумусе около 5% на каждую единицу доступного растениям азота (NO3- + NH4+ ) должно минерализоваться двадцатикратное количество гумуса.
Наиболее интенсивно разлагается гумус в чистых парах, где в почве может накапливаться до 100—120 кг N—NO3 на 1 га. Одновременно с минерализацией органического вещества в почве постоянно происходит за счет разлагающихся растительных остатков новообразование гумуса, и изменение общего его количества определяется соотношением между этими процессами.
Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.
Содержание основных элементов питания в почвах и их доступность растениям. Разные типы почв отличаются по содержанию основных элементов питания (табл. 2). Общий запас азота, фосфора и калия в большинстве почв составляет значительные величины, в десятки и сотни раз превышающие вынос их урожаем одной культуры. Однако основная масса питательных веществ находится в почве в виде соединений, недоступных для непосредственного питания растений. Валовой запас питательных веществ в почве характеризует лишь ее потенциальное плодородие. Для оценки эффективного плодородия почвы, действительной способности ее обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур важное значение имеет содержание питательных веществ в доступных для растений формах.
| Почвы | № | P2O5 | K2O | |||
| % | т на 1 га. | % | т на 1 га. | % | т на 1 га. | |
| Дерново-подзолисгые: песчаная | 0,02-0,05 | 0,6-1,5 | 0,03-0,06 | 0,9-1,8 | 0,5-0,7 | 15-21 |
| Дерново-подзолисгые: суглинистая | 0,05-0,13 | 1,5-4,0 | 0,04-0,12 | 1,2-3,6 | 1,5-2,5 | 45-75 |
| Черноземы | 0,2-0,5 | 6-15 | 0,1-0,3 | 3-9 | 2-2,5 | 60-75 |
| Сероземы | 0,05-0,15 | 1,5-4,5 | 0,08-0,2 | 1,6-6 | 2,5-3 | 75-90 |
Для питания растений доступны только те питательные вещества, которые находятся в почве в форме соединений, растворимых в воде и слабых кислотах, а также в обменно-поглощенном состоянии. Мобилизация питательных веществ, переход труднорастворимых соединений в усвояемую форму постоянно происходят в почве под влиянием биологических, физико-химических и химических процессов.
В разных почвах процессы мобилизации протекают с неодинаковой интенсивностью в зависимости от характера соединений, которыми представлены питательные вещества, климатических условий, уровня агротехники и т. д. Обычно эти процессы протекают медленно, и тех количеств доступных для растений форм питательных веществ, которые образуются в почве за вегетационный период, бывает недостаточно для удовлетворения потребности растений. Поэтому почти на всех почвах внесение удобрений значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.
Содержание усвояемых форм питательных веществ зависит от типа почвы, ее окультуренности и предшествующей удобренности. Оно может быть неодинаковым в разных хозяйствах и на отдельных полях хозяйства. Поэтому для правильного применения удобрений важное значение имеют агрохимические анализы почв для определения подвижных форм азота, фосфора и калия, которые проводятся зональными агрохимическими лабораториями.
В зависимости от типа почв и других условий используются разные методы анализа. Для прогноза эффективности азотных удобрений определяют: а) содержание нитратов или суммы минерального азота (NO3- + NH4+) в слое почвы 0—20 или 0—40 см. весной перед посевом; б) подвижный азот (NO3- , NH4+ ) в 1%-ной K2SO4 вьпяжке по Кёнигу; в) легкогидролизуемый азот в кислотной (0,5 н. H2SO4) вытяжке но Тюрину и Кононовой или в щелочной (1 и. NaOH) вытяжке по Корнфильду; г) нитрификационную способность почвы путем 7-дневного компостирования почвы при 26—28 °С с определением NO3- до и после компостирования.
Методы определения подвижного фосфора и калия отличаются в основном реактивом, применяемым для их извлечения, а также соотношением и временем взаимодействия его с почвой.
Подвижный фосфор в дерновоподзолистых почвах определяют методом Кирсанова (вытяжка 0,2 н. НСl) и Чирикова (0,5 н. СН3СООН), в черноземах — методом Чирикова и Труога (0,002 п. H2 SO4), в карбонатных почвах — методом Мачигина (1 %-ный раствор K2 CO3), в красноземах — методом Аррениуса (1%-ная лимонная кислота) и Ониани (0,1 и. H2SO4).
Подвижный (обменный) калий в дерново-подзолистых почвах определяют методами Кирсанова (0,2 н. НСl) или Масловой (3 и. СН3СООNa), в черноземах — методами Чирикова (0,5 и. СН3СООН) и Бровкиной (0,2 н. HCl), в сероземах и карбонатных черноземах — методами Протасова [0,2 и. (NH4)2 СО3] и Мачигина в модификации ЦИНАО [1%-ная (NH4)2 СО3], в красноземах — методом Ониани (0,1 н. H2 SO4).
Результаты анализов почвы оформляют в виде агрохимических картограмм, на которых различными цветами выделяют площади с разной степенью обеспеченности подвижными формами N, Р и К. По степени обеспеченности почвы подразделяют на шесть классов: очень низкая (I), низкая (II), средняя (III), повышенная (IV), высокая (V) и очень высокая (VI) (табл. 3). Анализы почвы на азот из-за отсутствия надежного и простого метода определения доступных его форм проводятся еще редко. Данные о степени обеспеченности почвы подвижными формами питательных веществ позволяют судить о потребности их в удобрениях, а также корректировать рекомендуемые нормы удобрений под отдельные культуры.
| Класс почвы | P2O5 | |||
| по Кирсанову | по Чирикову | по Мачигану | по Аррениусу | |
| I | <2.5 | <2 | <1 | <8 |
| II | 2.5-5 | 2-5 | 1-1.5 | 8-15 |
| III | 5-10 | 5-10 | 1.5-3 | 15-30 |
| IV | 10-15 | 10-15 | 3-4.5 | 30-45 |
| V | 15-25 | 15-20 | 4.5-6 | 45-60 |
| VI | >25 | >20 | >6 | >60 |
| Класс почвы | K2O | |||
| по Маслову | по Кирсанову | по Чирикову | по Мичигану | |
| I | <5 | <4 | <2 | <10 |
| II | 5-10 | 4-8 | 2-4 | 10-20 |
| III | 10-15 | 8-12 | 5-8 | 20-30 |
| IV | 15-20 | 12-17 | 9-12 | 30-40 |
| V | 20-30 | 17-25 | 13-18 | 40-60 |
| VI | >30 | >25 | >19 | >60 |
Минеральная часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом почвообразующих горных пород и в большинстве почв составляет 80-90 % от их массы. Органические вещества накапливаются в почве в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов. При взаимодействии минеральных и органических веществ в почвах формируется сложный комплекс органо-минеральных соединений.
Элементы питания растений находятся в составе минералов, органических и органо-минеральных соединений твердой фазы, почвенных растворах и газообразной фазе. В составе почв найдены почти все известные химические элементы, которые поглощаются и растениями. Но для питания растений установлена необходимость усвоения следующих элементов: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Mg, Fe, Mn, Сu, Na, Zn, Mo, В, Cl, Si, Co, J. Кроме трех (С, H, О), их относят к минеральным элементам. В составе растений углерод составляет в среднем 45 %, кислород — 42, водород — 6,5, азот — 1,5 % от массы сухого вещества. В сумме они составляют в среднем до 95 % массы сухих растений, на долю остальных приходится 5 %, их называют зольными элементами, потому что при сжигании растений они остаются в золе.
Хотя химический состав почв и определяется составом горных пород литосферы, имеются большие различия в содержании химических элементов (табл. 10). В почве больше углерода в 20 раз, азота в 10 раз по сравнению с литосферой. Эти элементы усваиваются живыми организмами из атмосферы и накапливаются в почве. Химический состав природных почв зависит от изменений продуктов выветривания при отложении и процессу почвообразования в конкретных условиях.
Таблица 10. Содержание (% массы) химических элементов в литосфере и почвах (по А. П. Виноградову)
По содержанию щелочных и щелочноземельных оснований почвообразующие породы делят на засоленные, карбонатные и выщелоченные. В выщелоченных породах содержание окисей кальция, калия, магния, натрия в пределах 1-3 % каждого. Карбонатные породы содержат до 15-20% карбоната кальция (СаСО3). В засоленных породах много сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия.
В зависимости от сочетания факторов почвообразования тип почвы приобретает характерную дифференциацию на горизонты определенным химическим составом. Например, в дерново-подзолистых почвах верхние горизонты обогащены кремнеземном, который трудно поддается разрушению и вымыванию, а окиси алюминия и железа в кислой среде более лабильны и вымываются в нижние горизонты почвенного профиля. Для всех почв характерно накопление органических веществ в верхних горизонтах и накопление в них важных элементов питания микроорганизмов и растений.
Запасы химических элементов питания растений в почвах значительны, они исчисляются для некоторых типов почв десятками и сотнями тонн на 1 га. Но большинство из них находятся в труднодоступной форме. Например, оксиды и гидроксиды железа, гидроксилапатит кальция, трехзамещенный фосфат кальция — Са3(РО4)2. Основная часть калия в почве входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов в малодоступной для растений форме. Химические элементы, входящие в состав органических веществ почвы, становятся доступными для растений после минерализации. Азот и зольные элементы поглощаются растениями из почвенного раствора и твердой фазы почвы в основном в ионной форме (Са2+, К+, NH+4, Fe2+, NO–3, NPО2–4+, H2PО–4 и др.). Элементы питания из почвенного раствора растения усваивают избирательно в процессе физико-химической адсорбции на поверхности корневой системы в зоне всасывания и в результате контактного обмена ионами с твердой фазой почвы.
Необходимое для жизни растений железо находится в почвах в составе первичных и вторичных минералов, в виде окисей и гидроокисей, простых солей, в поглощенном состоянии, в составе органо-минеральных комплексов, и запасы его составляют сотни тонн на 1 га. Однако большая часть этого элемента находится в малодоступных для растений формах: оксиды железа Fе2O3, природные смеси гидроокисей трехвалентного железа Fе2O3 • nН2O и др. На почвах с нейтральной реакцией и щелочных с преобладанием окислительных процессов растения могут испытывать недостаток железа, и в них нарушается образование хлорофилла, листья желтеют и становятся белыми.
В сильнокислой среде (pH < 3) подвижность гидроокисей желсза увеличивается, ионы железа Fe3+ появляются в почвенном детворе. В условиях анаэробиозиса окисное железо превращается в закисное с образованием растворимых соединений — FeCО3, FeS04. Повышенная растворимость соединений железа становится токсичной для растений. Гидроокиси железа образуют с органическими кислотами в почвах подвижные комплексные соединения, которые могут вымываться в нижние горизонты почвенного профиля и в грунтовые воды.
Азот в почвах содержится в основном в органическом веществе. Чем больше в почве органических веществ, особенно гумуса, тем больше азота. В составе гумуса содержание азота от 2,5 до 5 %. Накопление азота в почве происходит в основном при биологическом усвоении его из атмосферы, в которой он составляет 78,08 %. В почвообразующих породах азот содержится в незначительных количествах.
Азот становится доступным для растений после минерализации органических веществ микроорганизмами. Интенсивность минерализации зависит от количества и состава органических веществ, водного режима, аэрации, температуры и реакции среды в почве.
Азот доступен растениям главным образом в минеральной форме: окисленной (NO–3) и восстановленной (NH+4). Нитратный и аммонийный азот легко поглощается растениями.
Аммонийный азот накапливается в почве в результате жизнедеятельности аммонифицирующих микроорганизмов, которые разлагают органические остатки и гумус. Ион NH+4 фиксируется почвенно-поглощающим комплексом, частично находится в почвенном растворе.
Нитратный азот образуется в почве в результате окисления аммонийного азота двумя группами автотрофных бактерий. Бактерии группы Nitrosomonas окисляют аммонийный азот до азотистой кислоты, группа Nitrobakter — азотистую кислоту до азотной. Ион NO–3 находится в основном в почвенном растворе, он мало адсорбируется твердой фазой почвы. В условиях промывного водного режима нитратный азот вымывается из почвенного профиля в грунтовые воды.
Уровень возможной обеспеченности растений почвенным азотом в конкретных условиях определяют различными способами. Иногда такую оценку дают по легкогидролизуемому азоту, который может образоваться при минерализации легкоразлагаемой части органических веществ в почве (аминокислот, амидов) в начале вегетационного периода. Эта часть азота определяется в вытяжках из почвы слабыми кислотами (0,5HH2SO4) по методу И. В. Тюрина и М. М. Кононовой. Для расчета доз азотных удобрений и получения планируемого урожая сельскохозяйственных культур Г. П. Гамзиков (1981) предложил метод определения нитратного и аммонийного азота в пахотном горизонте почвы перед посевом (табл. 11).
Таблица 11. Шкала обеспеченности растений легкоусвояемыми формами азота для почв Западной Сибири (по Г. П. Гамзикову, 1981)
Эта шкала обеспеченности растений нитратным азотом (N—NO3) рекомендована для дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв; аммонийного азота — для серых лесных почв и черноземов; кислотно-гидролизуемого азота — для дерново-подзолистых почв.
Фосфор в почвах содержится в значительно меньшем количестве по сравнению с азотом и калием. Содержание валового фосфора (Р2О5) в почвах невелико — 0,05-0,30 % (от 1 до 5 т/га в пахотном горизонте 0-20 см). Пополнение запасов фосфора в почве биологическим путем не происходит.
Органические соединения фосфора в почвах представлены фитином, нуклеиновыми кислотами, сахаро-фосфатами и др., минеральные — солями кальция, железа, алюминия, магния ортофосфорной кислоты. Фосфор входит в состав осадочных горных пород фосфоритов с содержанием Р2О5 — 5-34 %, минералов: апатита — ЗСа3(РО4)2 • Ca(F, Cl, ОН)2 с примесью Мn, Sr и др. с содержанием Р2О5 — 41-42 %; вивианита — Fe3(РO4)2 • 8Н2O с примесью Са, Mn, Mg.
Фосфор в почвах находится в труднодоступных для растений формах. В почвах с сильно кислой реакцией фосфор находится в ровном в виде фосфатов железа и алюминия. В слабокислых, нейтральных и щелочных почвах преобладают фосфаты кальция. Часть фосфора адсорбируется твердой фазой почвы, частично находится в почвенном растворе в виде фосфат ионов (H2PО–4 H2PО2–4), которые легко поглощаются растениями.
Содержание подвижного фосфора в кг/га в пахотном горзонте почв определяют по формуле
P2O5 = advhпах,
где а — количество подвижного фосфора P2O5 в мг/100г, onpeделенного по методу Кирсанова или Ф. В. Чирикова; dv — плотность пахотного горизонта, г/см3; hпах — мощность пахотного горизонта, см.
Для определения подвижных фосфатов в почве (непосредственно усвояемого фосфора растениями) применяют различные методы извлечения в зависимости от типа почв и их свойств.
Для характеристики обеспеченности растений фосфором расчета норм фосфорных удобрений проведена группировка почв по количеству подвижного фосфора (табл. 12).
Таблица 12. Группировка почв по содержанию подвижных форм фосфора (для зерновых культур)
Для культур повышенного потребления и выноса фосфора из почвы эта группировка несколько иная: для корнеплодов и картофеля третья группа будет считаться как с низким содержанием, а для культур большого выноса фосфора (овощные, чай, виноград) четвертая группа относится к низкому содержанию.
Для улучшения питания растений фосфором целесообразно применение фосфорных удобрений на всех типах почв. Наиболее благоприятная реакция почвенного раствора для поглощения растениям и ионов фосфатов слабокислая (pH = 6,0-6,5).
Калия в почвах значительно больше, чем азота и фосфора, вместе взятых, — 1,5-2,5 % (до 50 т/га в пахотном горизонте). Основная часть калия в почвах входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов в малодоступной для растений форме. Калий некоторых минералов может быть доступным для растений, например, из мусковита — КАl2 [AlSi3O10](OH)2, биотита — K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2.
Калий, содержащийся в поглощенном состоянии и в форме простых солей в почве, легкодоступен для растений. Основным источником для растений является обменный калий. При поглощении обменного калия растениями происходит его пополнение за счет необменного из твердой фазы почвы.
Хотя валового калия (К2О ) в почвах много и растения редко испытывают недостаток в питании легкодоступным калием, все же внесение легкорастворимых солей калия в почву значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.
Для характеристики уровня питания растений калием и расчета доз калийных удобрений разработана группировка почв по содержанию обменного калия (табл. 13).
Таблица 13. Группировка почв по содержанию обменного калия (для зерновых культур)
Указанные в табл. 13 методы извлечения обменного калия применимы для разных почв. Методы Кирсанова и И. Я. Масловой применимы для подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных почв, метод Ф. В. Чирикова — для некарбонатных почв, а метод Б. П. Мачигина — для карбонатных черноземов, каштановых, бурых почв и сероземов.
Для культур повышенного выноса калия третья группа почв относится к низкому содержанию, для культур высокого выноса калия (картофель, корнеплоды, подсолнечник) с низким содержанием считается четвертая группа почв.
Некоторые минеральные элементы усваиваются растениями в очень малых количествах, составляющих тысячные доли процента. Их объединяют в группу микроэлементов: бор (В), марганец (Мn), молибден (Мо), медь (Cu), Цинк (Zn), кобальт (Со) йод (J), хлор (CI), фтор (F) и др.
Хотя эти элементы поглощаются растениями в малых количествах, они играют важную роль в жизни растений, животных и человека, входят в состав ферментов, витаминов, гормонов, без которых не могут совершаться биохимические и физиологические процессы. Установлена зависимость урожайности растений и их качества от содержания микроэлементов в почвах. Недостачточное или избыточное содержание микроэлементов в кормах и продуктах питания вызывает нарушения обмена веществ в организмах животных и человека, развитие различных заболеваний.
Например, йод входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина, который влияет на процессы усвоения питательных веществ, на функции нервной системы. Недостаток йода вызывает заболевание щитовидной железы — зоб у человека и животных. Недостаток меди в кормах приводит к нарушению координации движений у животных, избыток бора вызывает пневмонию у овец.
Специалисты по кормлению сельскохозяйственных животных считают необходимым следующее содержание микроэлементов в сухом веществе кормов: марганца — 50-60 мг/кг; меди — 8-10; цинка — 60-80; кобальта — 0,6-1,0; йода — 0,3-0,8 мг/кг.
Количество микроэлементов в почвах зависит от химического состава почвообразующей породы и влияния почвообразовательного процесса на их перераспределение по профилю почвы. При активном процессе накопления гумуса, например, в черноземах они накапливаются в верхних горизонтах профиля, при развитии элювиальных процессов в подзолистых почвах верхние горизонты обедняются микроэлементами.
Микроэлементы в почвах содержатся в кристаллической решетке минералов в виде примесей, в форме солей и окисей, в составе органических веществ, в ионообменном состоянии и растворимой форме в почвенном растворе. На формы их соединений в почвах большое влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы, реакция среды, концентрация СО2 и содержание органического вещества. Например, в кислой среде увеличивается подвижность меди, цинка, марганца, кобальта, а подвижность молибдена уменьшается.
Количество микроэлементов в почве увеличивается при систематическом внесении минеральных макро- и микроудобрений и органических веществ. Их повышенное содержание возможно около рудных месторождений, в зоне деятельности вулканов, в результате техногенного загрязнения территории.
Для оценки обеспеченности растений микроэлементами проведена группировка почв по содержанию в них подвижных форм микроэлементов (табл. 14).
Таблица 14. Группировка почв по обеспеченности растений микроэлементами (по Важенину)
Группировка почв составлена для трех групп растений. К первой группе культур относятся зерновые хлеба, кукуруза, картофель, зерновые бобовые. Ко второй — корнеплоды, овощи, многолетние травы, подсолнечник, плодовые. К третьей относятся культуры первой и второй групп, возделываемые с применением высоких доз минеральных удобрений и при орошении.
Самыми эффективными приемами регулирования режима питания растений в почвах являются внесение органических, минеральных макро- и микроудобрений, регулирование реакции с помощью известкования кислых и гипсования щелочных почв, применение рациональных приемов обработки почвы. Нужно не только улучшать режим питания растений, но и регулировать факторы, ограничивающие рост и развитие растений. Необходимо формировать определенный комплекс свойств и режим почв, обеспечивающий получение максимально возможного урожая в конкретных условиях. Такой комплекс называют модельплодородия.