Глава 3. Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобрений

СВОЙСТВА ПОЧВЫ В СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ И ПИТАНИЕМ РАСТЕНИЙ

Интерес к почве — ее составу, свойствам и признакам — возник с момента, когда человек начал заниматься земледелием. Обрабатывая землю разного качества, человек научился отличать лучшие земли от худших по различным признакам. Примером такого «народного» почвоведения являются познания земледельцев, которые умеют отличать различные почвы, выбирать лучшие для освоения, руководствуясь и геоморфологическими признаками, и окраской, и мощностью гумусового горизонта, и характером подзолистого горизонта, и, больше всего, составом естественной растительности.

Известным русским ученым — основателем науки почвоведения -В.В.Докучаевым было сформулировано важнейшее положение, которое гласит, что «почвы нельзя относить ни к одной из установленных уже категорий естественноисторических образований. Почвы являются совершенно особыми, совершенно самостоятельными естественноисторическими телами».

Самостоятельность почвы как естественноисторического тела определяется особым способом ее образования, которая подчеркнута также В.В.Докучаевым в данном им первом научном определении почвы. «Я предложил бы разуметь под почвой исключительно только те «дневные» или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований. Где этого условия нет, там нет и естественных почв, а есть или искусственная смесь, или горная порода».

Основным свойством почвы является плодородие — способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла для нормальной деятельности и создания урожая. Именно это качество почвы, отличающее ее от горной породы, подчеркивал В.Р.Вильямс, определяя почву, как «поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений».

Общий запас питательных веществ в почве и содержание их в доступных для растений формах, интенсивность процессов перехода питательных веществ из неусвояемого состояния в усвояемое и обратно, определяют условия питания растений и потребность их в удобрении. Знание состава почвы, ее свойств и происходящих в ней физико-химических, химических и биологических процессов очень важно для понимания особенностей превращения и действия в них удобрений и наиболее эффективного их применения в различных почвенно-климатических зонах республики

Почва состоит из трех фаз — жидкой, газообразной, твердой.

Почвенный раствор — наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой растения непосредственно усваивают питательные вещества. В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества, происходят важные химические процессы. В зависимости от типа почвы и других условий в почвенном растворе могут присутствовать анионы НСО;, NO;, Н₂РО;, Ct, SO₄ 2 и катионы К + , Са 2+ , Mg 2+ , NH;, а также соли железа, алюминия, различные водорастворимые органические вещества (сахара, аминокислоты и др.). Кроме того, в почвенном воздухе содержатся растворенные газы: кислород, углекислый газ, аммиак и др. Поступление солей в него происходит в результате выветривания и разрушения минералов, разложения органического вещества микроорганизмами, внесения минеральных и органических удобрений. Для питания растений особенно важно присутствие в почвенном растворе ионов калия, кальция, магния, аммония, нитратов, сульфатов, фосфатов и постоянное их пополнение. Наиболее благоприятная концентрация их в почвенном растворе для растений, как уже отмечалось, 1 г/л (0,1%), в почве концентрация солей ниже — 0,5 г/л (0,05%), избыток их более 2% вреден для растений.

На состав и концентрацию почвенного раствора оказывают влияние: удобренность почвы, влажность, интенсивность деятельности микроорганизмов, минерализация органического вещества, вымывание в нижележащие горизонты почвы, усвоение ионной растениями и др.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (0,3-1 и до 3%, в воздухе — 0,03%) и меньшим кислорода. В почве при разложении органического вещества, дыхании корней постоянно потребляется кислород и выделяется углекислый газ.

Содержание углекислого газа в почвенном воздухе зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образующаяся в почве углекислота частично выделяется в атмосферу, а частично растворяется в почвенной влаге. Повышение количество СО₂ в призменном слое воздуха создает лучшие условия для ассимиляции углекислоты растениями и способствует повышению урожаев. В результате растворения углекислого газа в почвенной влаге образуется угольная кислота, которая при диссоциации высвобождает ионы Н + и НСО₃ и происходит подкисление почвенного раствора. Обогащение углекислотой почвенного раствора усиливает растворяющее действие его на минеральные соединения почвы (фосфаты и карбонаты кальция и др.), способствует их переводу в усвояемые для растений формы.

В то же время высокое содержание углекислоты и недостаток кислорода в воздухе (при избыточной влажности и плохой аэрации) отрицательно влияет на развитие растений — ухудшается дыхание и рост корней, уменьшается усвоение питательных веществ растениями. В таких условиях в почве начинают преобладать анаэробные восстановительные процессы.

На состав почвенного воздуха сильное влияние оказывают характер растительности, атмосферное давление, колебания температуры почвы и ДР-

Твердая фаза почвы содержит основной запас питательных веществ и состоит из минеральной (90-99% от массы) и органической (1-10%) частей.

Минеральная часть почвы в свою очередь на 90% состоит из трех элементов — кислород, кремний и алюминий. Углерод, водород, кислород, фосфор, сера содержатся в почве, как в минеральной, так и в органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий -только в минеральной.

Минеральная частьпочъы состоит из почвенных минералов — первичных и вторичных. Первичные минералы — кварц, полевые шпаты, слюда, роговые обманки и пироксены — входят в материнские почвообразующие породы и содержатся в виде частиц песка (0,05-1 мм) и пыли (0,001-0,05 мм). При разрушении минералов под влиянием химических процессов (гидратация, гидролиз, окисление) и жизнедеятельности различных организмов образуются гидраты полуторных окислов, гидраты кремнезема, различные соли и вторичные минералы — каолинит Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O, монтмориллонит Al₂O₃-4SiO₂ nH₂O, гидрослюды и др. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц.

По химическому составу минералы подразделяются на кремнекислородные соединения, или силикаты (кварц) и алюмокремнекислородные соединения, или алюмосиликаты (полевой шпат, мусковит, биотит).

Вторичные алюмосиликатные минералы делятся на три группы: монтмориллонитовая, каолинитовая и гидрослюдистая. Монтмориллонит обладает высокой дисперсностью, содержит до 80% частиц размером 0,001 мм, в том числе 60% коллоидных частиц (менее 0,25 микрона), обладает высокой набухаемостью, вязкостью. Каолинит содержит до 25% илистых частиц, из них 5-10% коллоидных. Гидрослюды образуются из полевых шпатов и слюд (иллит, хлорит, вермикулит) и по физическим свойствам занимают среднее положение между монтмориллонитом и каолинитом. В минеральной части почвы содержится также небольшое количество фосфатов кальция, магния, железа, алюминия и карбонаты.

Органическая часть почвы представляет собой сложный комплекс, включающий:

• 1. негумифицированные органические вещества растительного или животного происхождения — отмершие, но еще неразложившиеся или полуразложившиеся остатки растений и живых организмов (растительный опад, корни, черви, насекомые и тд.). Эти остатки являются важным источником питательных веществ для растений и легко разлагаются в почве.
• 2. органические вещества специфической природы, гумусовые вещества, на их долю приходится 85-90% общего количества содержащегося в почве органического вещества.

Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, объединенных общностью происхождения, некоторых свойств и чертами строения: 1) специфическая окраска, варьирующая от темнобурой, почти черной, до красновато-бурой и оранжевой для различных групп и фракций гумусовых веществ; 2) кислотный характер, обусловленный карбоксильными группами; 3) содержание углерода от 36 до 62 %, азота от 2,5 до 5% в различных группах и фракциях; 4) наличие во всех группах циклических фрагментов, содержащих 3-6% гетероциклического азота; 5) наличие негидролизуемого азота в количестве 25-35% от общего; 6) большое разнообразие веществ по молекулярным массам, лежащим в пределах от 700-800 до сотен тысяч.

Гумусовые вещества по растворимости и экстрагируемости делят на большие группы: гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК) и гумины; иногда выделяют особую группу гиматомелановых кислот.

Гуминовые кислоты представляют собой гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азот содержащих органических кислот, включающих ароматические циклы и алифатические цепи. Они извлекаются из почвы щелочами с образованием темноокрашенных растворов — гуматов натрия, калия и аммония. Молекулярная масса гуминовых кислот измеряется десятками тысяч атомных единиц массы. Гуминовые кислоты в зависимости от типа почвы включают от 30 до 43% углерода, от 32 до 42% — водорода, от 17,5 до 22% кислорода, от 2,4 до 3% азота. Гуминовые кислоты содержат также фосфор, серу и другие элементы.

Основными структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические ядра, в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные -СООН, = С=О, гидроксильные и фенольные — ОН, метоксильные — О -СН₃, хинонные С=О. боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.

Фульвокислоты — гумусовые вещества желтой или красноватой окраски, которые остаются в растворе после подкисления щелочной вытяжки из почвы и выпадения в осадок гуминовых кислот. Как и гуминовые кислоты они входят в гетерогенную полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот. Фульвокислоты содержат от 27 до 30% углерода, от 34 до 42% водорода, от 25 до 30% кислорода, от 1,4 до 2,5% азота.

В структуре фульвокислот также установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть в их молекулах выражена менее ярко и в основном преобладают боковые цепи, т.е. алифатические. Углеводные и аминокислотные компоненты. По составу фульвокислоты различных типов почв менее разнообразны и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты.

Гиматомелановые кислоты — группа гумусовых веществ с промежуточными свойствами между гуминовыми и фульвокислотами, растворимыми в этаноле. Отличаются от гуминовых кислот растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами

Часть гумусовых веществ настолько прочно связана с минеральной частью почвы, что не извлекается при обработке почвы кислотами и щелочами. Эти «нерастворимые» составляющие гумуса называются гуминами. В тяжелых глинистых почвах нерастворимые образования составляют более 50% гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, нежели негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя и медленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7-0,8 т/га гумуса, пропашными культурами — 1,0-1,2 т/га.

Органическое вещество — важный источник элементов питания для растений. В нем содержится почти весь запас азота почвы (до 90%), значительная часть фосфора (30-40%) и серы (до 90%), небольшое количество калия, кальция, магния и других питательных веществ. В результате разложения органического вещества микроорганизмами эти элементы переходят в легкоусвояемые минеральные соединения.

Сохранение и накопление запасов гумуса обеспечивает систематическое внесение органических удобрений, запашка сидератов, возделывание бобовых культур, многолетних трав и др.

Разные типы почв различаются по составу минеральной части, по количеству и составу органического вещества. В связи с этим содержание гумуса и основных элементов питания растений в различных почвах также неодинаково (таблица 10).

Таблица 10 — Валовой запас основных питательных веществ в основных типах почв Республики Казахстан

Глава 3. Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобрений

Почва – не просто среда размещения корней растений и резервуар элементов питания. В ней постоянно протекают физико-химические и биологические процессы превращения (мобилизации) питательных элементов.

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) частей. В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической частей (1–10 %). Минеральная часть почвы в свою очередь на 90 % состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Углерод, водород, кислород, фосфор и сера содержатся в почве как в минеральной, так и органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий – только в минеральной части почвы.

По происхождению минералы делятся на первичные и вторичные. Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды – входят в материнские почвообразующиеся породы и присутствуют в виде частиц песка (0,05 до 1 мм), пыли (0,001 до 0,05 мм) и меньше в виде илистых (меньше 0,001 мм) и коллоидных (меньше 0,25 микрона) частиц. При разрушении минералов под влиянием химических процессов и жизнедеятельности различных организмов образуются гидраты полуторных оксидов, гидраты кремнезема, различные соли и вторичные минералы – каолинит А1₂О₃∙2SiO₂∙2H₂О, монтмориллонит А1₂О₃∙4SiО₂∙nH₂O, гидрослюды и др. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц.

По химическому составу минералы подразделяются ни кремнекислородные соединения, или силикаты (кварц), и алюмокремнекислородные соединения, или алюмосиликаты (полевой шпат, мусковит, биотит).

Органические вещества твердой части почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Негумифицированные (подвижные) органические вещества – это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений (корни) и микробов (животных). На площади 1 га в почву ежегодно поступает 5–10 т растительных остатков и 0,7–2,4 т продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания (азот, фосфор, сера и др.) переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества не полностью минерализуются. Одновременно в почве идет синтез новых очень сложных органических веществ, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.

Гумифицированные (перегнойные) органические вещества – это высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. Гумус представляет собой аккумулятор солнечной энергии на планете.

Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов.

Гуминовые кислоты представляют собой гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, включающих ароматические циклы и алифатические цепи. Они извлекаются из почвы щелочами и некоторыми другими растворителями с образованием темноокрашенных растворов – гуматов натрия, калия и аммония. Молекулярная масса гуминовых кислот измеряется десятками тысяч атомных единиц массы. Гуминовые кислоты в зависимости от типа почвы включают от 30 до 43% углерода, от 32 до 42 – водорода, от 17,5 до 22 – кислорода, от 2,4 до 3% азота. Гуминовые кислоты содержат также фосфор, серу и другие элементы.

Химическими и физико-химическими методами (рентген дерфрактометрия, электронная микроскопия, спектрофотометрия и др.) установлено, что основными структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические «ядра», в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные – СООН, гидроксильные и фенольные ОН, метоксильные – О–СН₃, карбоксильные =С=О, хинонные С=О. Боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.

Гиматомелановые кислоты – группа гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами, растворимыми в этаноле. Ранее они включались в группу гуминовых кислот. Отличаются от последних растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами.

Фульвокислоты – гумусовые вещества желтой или красноватой окраски, которые остаются в растворе после подкисления щелочной вытяжки из почвы и выпадения в осадок гуминовых кислот. Как и гуминовые кислоты, они входят в гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот. Фульвокислоты содержат: от 27 до 30 % углерода, от 34 до 42 – водорода, от 25 до 30 – кислорода и от 1,4 до 2,5 % азота.

В структуре фульво-, как и гуминовых кислот, установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть в их молекулах выражена менее ярко и в основном преобладают боковые цепи, т.е. алифатические, углеводные и аминокислотные компоненты. По составу фульвокислоты различных типов почв менее разнообразны и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты.

Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами содержат меньше углерода и азота, но больше кислорода. Обладают относительно больше выраженной кислотностью и склонностью к комплексо- и хелатообразованию.

Часть гумусовых веществ настолько прочно связана с минеральной частью почвы, что не извлекается при обработке почвы щелочами и кислотами. Эти «нерастворимые» составляющие гумуса называются гуминами. В тяжелых глинистых почвах нерастворимые образования составляют более 50 % гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя и медленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, пропашными – 1,0–1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота, фосфора, серы. В гумусе содержится около 5 % азота, от 1,5 до 2,4 % фосфора. В дерново-подзолистых почвах на органические соединения приходится 40% фосфора и 90 % серы от общего содержания этих элементов в почве. На степень разложения гумуса влияет гранулометрический состав почвы, содержание гумуса в ней и т.д. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений обеспечивает сохранение и накопление запасов гумуса в почве.

Гумус является не только источником элементов питания для растений, но и оказывает прямое влияние на водно-физические свойства почвы. С увеличением его содержания в почве уменьшается плотность почвы, увеличивается порозность и влагоемкость. Органическая часть обладает мощной влагоудерживающей способностью, может в 7 – 10 раз больше поглотить воды, чем минеральная. На каждый процент гумуса в почве влагоемкость ее повышается на 8 – 10 весовых процентов. Это особенно важно для легких супесчаных и песчаных почв.

Для тяжелых глинистых и суглинистых почв положительная роль гумуса определяется его влиянием на рыхлость, аэрацию, устранение избыточной влажности, т. е. установление более благоприятных условий для роста и развития растений.

Специфическая роль гумуса в структурировании определяется, главным образом, гидрофильными компонентами, входящими в его состав.

Установлена и аккумулятивная роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ. Эта функция гумуса особо четко проявляется при применении минеральных удобрений и особенно азотных. Гумусовые вещества оказывают защитное действие на ионы фосфора, калия и других элементов питания. Они, обволакивая поверхность минералов гумусовыми пленками, препятствуют необратимой сорбции фосфатов. Была замечена способность гумусовых веществ предотвращать фиксацию глинистыми минералами калия за счет образования типа хелатов.

Способность гумуса аккумулировать вносимые в почву в процессе техногенеза минеральные и органические токсичные вещества определяет его важную роль в агроценозах. Гумусовые вещества способны образовывать с тяжелыми металлами трудно- и нерастворимые высокомолекулярные комплексные соединения, что смягчает или полностью снимает воздействие токсикантов на микробные сообщества почв, снижает накопление токсичных веществ в растениеводческой продукции.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, – это наиболее подвижная, изменчивая и активная часть почвы, из которой растения поглощают ионы. В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества, совершаются важные химические процессы. В зависимости от типа почвы и других условий в почвенном растворе могут присутствовать анионы HCO₃ — , NO₃ — , H₂PO₄ — , Cl — , SO₄ 2- , и катионы К + , Са 2+ , Mg 2+ , NH₄ + , а также соли железа, алюминия и различные водорастворимые органические вещества (сахара, аминокислоты).

Наиболее благоприятная концентрация их в почвенном растворе для растений – 1 г в 1 л (0,1 %), в почве обычно концентрация солей ниже: 0,5 г/л (0,05 %). Избыток солей в почве (больше 0,2 %) вреден для растений. Осмотическое давление почвенного раствора значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На состав и концентрацию почвенного раствора воздействуют: удобренность почвы, влажность, интенсивность деятельности микроорганизмов, минерализация органического вещества, вымывания в нижележащие слои, усвоение ионов растениями и т.д.

Газообразная часть почвы, или почвенный воздух, отличается от атмосферного воздуха большим содержанием углекислого газа – от 0,1 до 3 % против 0,03 % в атмосфере и пониженным содержанием кислорода. В почве при разложении органического вещества, дыхании корней постоянно потребляется кислород и выделяется углекислый газ. На состав почвенного воздуха сильное влияние оказывают характер растительности, атмосферное давление, колебания температуры и т.д.

Как правильно вносить минеральные удобрения: это должен знать каждый огородник

Главное преимущество – это относительная простота использования и расчет необходимого объема, что исключает риск передозировки, как и образования дефицита питательных веществ в почве.

Как вносить азотные удобрения

Все азотсодержащие добавки вносят весной. Осенью они снижают устойчивость растений к холодам. К этой группе относятся:

Фото: © Белновости

• аммиачная селитра (вносится при обработке почвы весной, можно смешивать с суперфосфатом и калийной солью);
• сульфат аммония (повышает кислотность почвы, нельзя смешивать с золой и гашеной известью);
• мочевина (вносят при обработке почвы весной и во время подкормки, можно смешивать с нейтрализованным суперфосфатом);
• натриевая и кальциевая селитра (вносятся весной, подщелачивают почву).

Фосфорные удобрения

Способствуют появлению завязи, росту плодов, необходимы для зимовки. Вносятся весной и осенью. Это может быть:

• простой и двойной суперфосфат;
• фосфоритная мука (вносится в кислую почву, а для лучшего усвоения смешивается с навозом или кислыми удобрениями).

Калийные удобрения

Помогают растениям противостоять заболеваниям и неблагоприятным погодным условиям. На его нехватку почти не реагируют только зерновые культуры. Различают хлористые удобрения (вносят только осенью, чтобы за зиму улетучился хлор) и сернокислые (в минимальных дозах вносятся весной, летом и осенью).

При появлении первых всходов и формирования корневой системы не используются. Чаще всего применяется:

• сульфат калия (растворяется в воде, применяется как основная подкормка);
• хлористый калий (подкисляет почву, вносится после извести);
• сульфат калия и магния (калимагнезия) – хорошо усваивается и используется весной;
• калийная соль (содержит много хлора, губительна для помидоров и картофеля, вносится только осенью).

Важно! Передозировка минеральных веществ считается более опасной, чем их нехватка.

Источник https://bstudy.net/882934/agro/svoystva_pochvy_svyazi_primeneniem_udobreniy_pitaniem_rasteniy

Источник https://studfile.net/preview/5611090/

Источник https://www.belnovosti.by/sad-i-ogorod/kak-pravilno-vnosit-mineralnye-udobreniya-eto-dolzhen-znat-kazhdyy-ogorodnik