1.3. С-х. Угодья как основные источники поступления био­генных веществ в водные экосистемы

Влияние минеральных и органических удобрений и других способов мобилизации плодородия на агрохимические показатели почв

В настоящее время удобрения рассматриваются как неотъемлемая часть системы земледелия, как одно из главных средств, стабилизирующее урожайность в условиях засухи. Объемы применения удобрений непрерывно растут и очень важно применять их эффективно и рационально.

Органические удобрения содержат питательные вещества, главным образом в составе органических соединений, и являются обычно продуктами естественного происхождения (навоз, торф, солома, фекалии и др.). В отдельную группу выделяют бактериальные удобрения, которые содержат культуры микроорганизмов, способствующих при их внесении в почву накоплению в ней усвояемых форм питательных элементов. (Ягодин Б. А., Агрохимия, 2002)

Органические удобрения, особенно навоз, оказывают хорошее и устойчивое действие на всех почвах, особенно на солонцеватых и солонцовых почвах. При систематическом внесении навоза повышается плодородие почвы; кроме того, тяжелые глинистые почвы становятся рыхлыми и водопроницаемыми, а легкие (песчаные) — более связанными, влагоемкими. Большой эффект дает сочетание минеральных удобрений с органическими.

Минеральные удобрения — это промышленные или ископаемые продукты, содержащие элементы, необходимые для питания растений и повышения плодородия почв. Их получают из минеральных веществ путем химической или механической переработки. Это главным образом минеральные соли, однако к ним относятся и некоторые органические вещества, например, мочевина. (Ягодин Б. А., Агрохимия, 2002)

Основу эффективности минеральных удобрений составляют дифференцированные с учетом почвенно-климатических и других факторов и рассчитанные в зависимости от них дозы для их внесения.

Азотные удобрения резко увеличивают рост и развитие растений. При внесении этих удобрений на лугах листья и стебли растений развиваются сильнее, становятся более мощными, благодаря чему значительно повышается урожай. Особенно это относится к злаковым растениям.

Фосфорные удобрения сокращают период вегетации трав, способствуют быстрому развитию корневой системы и более глубокому проникновению ее в почву, делают растения более засухоустойчивыми, что особенно ценно для лиманных лугов.

С повышением плодородия дозы удобрений снижаются, что позволяет перейти на систему удобрений в звеньях севооборотов с широким использованием рядкового фосфорного удобрения.

Калийные удобрения более сильное действие оказывают на низинных болотных и суходольных лугах с временно избыточным увлажнением. Способствуют накоплению углеводов, а, следовательно, и повышению зимостойкости многолетних кормовых трав. Вносят калийные удобрения весной или после укоса, а также осенью.

Микроудобрения следует применять дифференцированно с учетом почвенных условий и биологических особенностей растений.

При внесении микроудобрений в почву уделяется большое внимание тому, чтобы они как можно меньше вымывались и более длительное время оставались в доступной для растений формах. Так, применение сложных гранулированных удобрений уменьшает соприкосновение с почвой входящих в гранулы микроэлементов. При таком способе внесения микроэлементы меньше переходят в неусвояемые формы.

При квалифицированном применении удобрений повышаются плодородие почв, продуктивность земледелия, основные фонды и фондоотдача, производительность труда и его оплата, чистый доход и рентабельность производства.

В настоящее время наблюдается экологический кризис. Это реально существующий процесс, вызванный в природе антропогенной деятельностью. Появляется множество местных проблем; региональные проблемы превращаются в глобальные. Постоянно усиливается загрязнение воздуха, воды, земель, продуктов питания.

В результате антропогенного воздействия, в почве происхо-дит накопление тяжелых металлов, что отрицательно сказывается на сельскохозяйственных культурах, изменяются ее состав, концентрация, реакция и буферность почвенного раствора.

1.3. С.-х. Угодья как основные источники поступления био­генных веществ в водные экосистемы

Минеральные удобрения оказывают сложное воздействие на почву. Они могут вызывать подкисление или подщелачивание среды, улучшать или ухудшать агрохимические и физические свойства почвы, вытеснять обменные ионы в почвенный раствор, способствовать или препятствовать химическому поглощению катионов (биогенных или токсических элементов), способствовать минерализации или синтезу гумуса почвы, усиливать или ослаблять действие других питательных элементов почвы или удобрений, мобилизовать или иммобилизовать питательные и токсические элементы почвы, вызывать антогонизм или синергизм питательных элементов, следовательно, влиять на их поглощение и метаболизм в растениях[8].

В минеральных удобрениях кроме основных элементов содержится много примесей – соли тяжелых металлов, органические соединения и радиоактивные вещества.

Тяжелые металлы – один из самых опасных загрязнителей окружающей среды. К ним относятся Cd, Hg, Pb,As, Ni, Cu, Zn, Cr и др. Такие металлы как Pb, Cd, Hg и некоторые другие, в разной степени, но хорошо адсорбируются пахотным слоем, особенно при высоком содержании гумуса и на тяжелых почвах[1].

Примесей тяжелых металлов, как по набору, так и по концентрации больше содержат фосфорные удобрения, а также удобрения, получаемые с использованием экстракционной ортофосфорной кислоты (аммофос, аммофоска, нитрофоска, двойной суперфосфат).

С минеральными удобрениями в почву могут поступать: As, в двойном суперфосфате его содержится до 320 мг/кг, простом – до 300 мг/кг, в комплексных азотно-фосфорных удобрениях- до 47, азотно-фосфорно-калийных – до 59 мг/кг; с 1 кг простого суперфосфата в почву вносится также 49 мг Pb, двойного – 38 мг, фосфоритной муки – до 20 мг, со сложными удобрениями – 140-150 мг. Двойной суперфосфат содержит 3,5 мг/кг, простой – 2,2 мг/кг Cd, аммиачная селитра – до 60 мг/кг.

Вместе с минеральными удобрениями в почву вносится фтор. Его содержат фосфорные и некоторые комплексные удобрения. С каждой тонной простого суперфосфата в почву попадает 6,2 кг, двойного – 4 кг фтора. В среднем на 10 единиц фосфора в почву вносится 1 единица фтора. Ежегодно в мире с фосфорными удобрениями в почву вносится ~ 3 млн. тонн фтора[19].

С калийными удобрениями в почву попадает хлор (КCl, калийная соль и др.). Большие его концентрации отрицательно влияют на урожай и качество картофеля, льна, гречихи, винограда и др. культур. При высоком содержании хлора угнетается или прекращается активность окислительных ферментов пироксидазы, полифенолоксидазы и цитохромоксидазы.

Высокие дозы азотных удобрений резко снижают продуктивность свободноживущих микроорганизмов. Депрессия длится 2-2,5 месяца после внесения удобрений, затем уровень азотфиксации восстанавливается. В почвах с высоким содержанием гумуса (больше 2,5%) депрессия не наблюдается.

Существенный недостаток многих минеральных удобрений, особенно азотных, их физиологическая кислотность, а также наличие остаточной кислоты вследствие несовершенства технологии производства. Интенсивное применение таких удобрений в севообороте приводит к заметному подкислению почв, созданию неблагоприятных условий для роста растений. При таких условиях ускоряется вымывание из пахотного слоя Ca и Mg, ненасыщенность почв основаниями, в целом снижается плодородие почвы.

Применение минеральных удобрений может не только мобилизировать питательные элементы, но и иммобилизировать, т.е. связывать их, превращая в недоступную для растений форму. Например, одностороннее использование фосфорных удобрений в высоких дозах часто значительно снижает содержание подвижного цинка в почве, вызывая цинковое голодание, что отрицатель сказывается на количестве и качестве урожая[2].

Оптимизация применения удобрений под различные культуры с учетом плодородия почвы существенно снижает поступление токсических элементов в растение.

При техногенном загрязнении почвы различными химическими элементами отмечено снижение ферментативной активности в почве. Уменьшается общее количество бактерий, резко сокращается число актиномицетов и увеличивается количество грибов, падает численность в почве насекомых (жужелиц, чернотелок и др) и дождевых червей. Мутагенная активность загрязненной почвы регистрируется в меристематических клетках корней растений, в 5-10 раз выше, чем в незагрязненной почве.

Таким образом, минеральные удобрения способны загрязнять почву химическими соединениями, оказывать влияние на течение биохимических процессов[13].

Минеральные удобрения

ШШШ Влияние минеральных удобрений на микроорганизмы почвы и ее плодородие. Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, также нуждающихся в минеральных элементах.

При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после внесения в почву удобрений значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.

Ранее считали, что длительное применение минеральных удобрений приводит к катастрофической потере гумуса и ухудшению физических свойств почвы. Однако экспериментальные материалы, полученные в МСХА, этого не подтвердили. Так, на дерново-подзолистой почве был заложен многолетний опыт с разной системой удобрения. На делянки, где применяли минеральные удобрения (NPK), в среднем за год вносили 36,9 кг азота, 43,6 кг Р₂₅ и 50,1 кг К₂0 на 1 га. В почву, удобряемую навозом, его вносили ежегодно по 15,7 т/га. Через 60 лет был проведен микробиологический анализ опытных делянок.

В таблице 14 приведены данные исследования почвы этих делянок, которая все время находилась под паром, чтобы исключить влияние поступающих в нее растительных остатков. Такая почва оказывается бедной сапротрофными микроорганизмами, так как в нее поступает ограниченное количество органических веществ, незначительно развиваются сорняки и цианобактерии.

После применения минеральных удобрений активизируется деятельность бактерий. При наличии минерального азота легче разлагается и используется микроорганизмами гумус. Внесение минеральных удобрений вызывает некоторое снижение численности ак- тиномицетов и увеличение грибного населения, что может быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесения физиологически кислых солей: актиномицеты плохо переносят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в более кислой среде.

Влияние удобрений на микроорганизмы

парующей дерново-подзолистой почвы (средние данные за лето)

рН 1 В исходной почве содержалось 2,2% гумуса.

Как видно из таблицы, минеральные удобрения хотя и активизируют деятельность микроорганизмов, уменьшают потери гумуса. Навоз, как и следовало ожидать, оказывает благоприятное действие на все группы сапротрофного микронаселения почвы.

Таким образом, за 60 лет в паровавшей почве содержание гумуса уменьшилось, но в удобрявшейся почве его потери меньше, чем в неудобренной. Это можно объяснить тем, что минеральные удобрения способствуют развитию в почве автотрофных микроорганизмов (преимущественно водорослей) и, как следствие, некоторому накоплению в парующей почве органических веществ и в конечном счете гумуса. Навоз служит прямым источником образования гумуса, накопление которого в этих условиях вполне понятно.

На делянках с такой же системой удобрения, но занятых сельскохозяйственными культурами, положение еще более благоприятное. Пожнивные и корневые остатки здесь активизируют деятельность микроорганизмов и компенсируют расход гумуса. Так, контрольная почва в севообороте содержала 1,38% гумуса, получавшая NPK — 1,46, а унавоженная — 1,96%.

Следует отметить, что в удобряемых почвах после внесения навоза уменьшается количество фульвокислот и относительно увс- личивается содержание менее подвижных фракций. В общем минеральные удобрения в большей или меньшей степени стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнивных и корневых остатков. Навоз процесс стабилизации еще более усиливает. Если его вносят в больших количествах, то содержание гумуса в почве возрастает.

Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.

Характерным показателем активизации микробной деятельности под влиянием удобрений служит усиление «дыхания» почвы, т. е. выделения ею С0₂. Это результат ускоренного разложения органических соединений почвы, в том числе гумуса.

Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует использованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.

Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, токсичные для микроорганизмов почвы и растений.

Так, неблагоприятное действие минеральных удобрений было отмечено на легких малоплодородных песчаных и супесчаных подзолистых почвах Соликамской сельскохозяйственной опытной станции. В почву здесь ежегодно вносили N_%, Р₉₀, К₁₂₀, навоз (два раза в три года, 25 т/га). Из расчета на полную гидролитическую кислотность была добавлена известь (4,8 т/га). По результатам опыта отмечено, что применение в течение ряда лет NPK существенно снижает численность микроорганизмов в почве. Не страдают лишь микроскопические грибы.

Внесение извести, особенно вместе с навозом, благотворно сказывается на сапротрофной микрофлоре. Изменяя pH почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализует вредное действие физиологически кислых минеральных удобрений.

Влияние минеральных удобрений на урожай связано с зональным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зоны микробиологические мобилизационные процессы протекают замедленно. Поэтому на севере сильнее ощущается дефицит для растений основных элементов питания, и минеральные удобрения даже в малых дозах действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это не противоречит известному положению о лучшем действии минеральных удобрений на фоне высокой окультуренности почвы.

Кратко остановимся на использовании микроудобрений. Некоторые из них, например молибден, входят в ферментную систему азотфиксирующих микроорганизмов. Для симбиотической азотфик- сации необходим также бор, важный для формирования нормальной сосудистой системы растений, а следовательно, и успешного азото- усвоения. Большинство других микроэлементов (Си, Mn. Zn и т. д.) в небольших дозах также усиливают интенсивность микробиологических процессов в почве.

Минеральные удобрения, внесенные в почву, подвергаются различным микробиологическим трансформациям. Рассмотрим трансформацию азотных, фосфорных и калийных удобрений почвенными микроорганизмами.

Трансформация соединений азота. Общий запас азота в почве довольно велик. В пахотном слое дерново-подзолистых почв он достигает 4 т, в черноземах — 6—15 т/га. Основная часть азотного фонда находится в составе гумуса. Небольшое количество азота входит в другие органические соединения почвы (аминокислоты, ами- носахара, нуклеиновые кислоты и т. д.), а также в минеральные соединения, преимущественно соли аммония и азотной кислоты. До 50—60 кг азота на I га заключено в клетках микроорганизмов, населяющих пахотный слой почвы.

Указанных запасов могло бы хватить для получения очень высоких урожаев на многие десятки лет. Однако поскольку основная часть азота почвы входит в состав гумусовых соединений, трудно разлагаемых микроорганизмами, сельскохозяйственные культуры обычно испытывают недостаток данного элемента. Кроме того, допускать уменьшение содержания гумуса в почве нецелесообразно, так как это снижает плодородие почвы.

Потребности сельскохозяйственных культур в азоте приходится удовлетворять минеральными и органическими удобрениями. Минеральные соединения вносят в основном в форме аммонийных и нитратных соединений, а также мочевины.

Некоторое количество аммонийных удобрений, а также аммония, накапливающегося при минерализации органических соединений, закрепляется почвенными минералами (иллитом, монтмориллонитом, вермикулитом и др.). Ион аммония входит в кристаллическую решетку глинистых минералов. Частично аммонийные соединения закрепляются необратимо. Обычно в почвах необменно фиксированного аммонийного азота бывает в два—четыре раза больше, чем обменных и водорастворимых его форм.

Растения и гетеротрофные микроорганизмы могут использовать до половины поглощенного аммонийного азота в процессах биосинтеза. Как образующийся в процессе аммонификации, так и внесенный с удобрениями, этот азот не переходит в почве в стабильные соединения. Под влиянием нитрифицирующих бактерий аммиачный азот окисляется до азотной кислоты. Часть его (4 — 18%) при нитрификации превращается в закись азота (N₂0). В виде газообразного аммиака азот может теряться в значительных количествах лишь в щелочных почвах.

Процесс нитрификации особенно наглядно проявляется в парующей почве, где летом накапливаются нитраты. Под посевами сельскохозяйственных культур соли азотной кислоты практически отсутствуют, так как они потребляются растениями и микроорганизмами ризосферы. Ранней весной и осенью нитратов мало даже в парующих почвах. Это связано с тем, что в холодную погоду соли азотной кислоты довольно энергично потребляются психрофильны- ми микроорганизмами, а жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий при температуре ниже 8—10 °С проявляется очень слабо.

Следовательно, весной, когда в почве содержится мало минерального азота, целесообразно использовать азотные подкормки.

Л. Н. Прянишников показал, что нитраты и аммиак — равноценные источники азотного питания растений. Однако превращение солей аммония в азотную кислоту приводит к ряду нежелательных последствий. Так, нитраты нс поглощаются почвенными коллоидами и могут вымываться из почвы, что особенно сильно проявляется в зонах повышенного количества осадков и на орошаемых почвах. Нитраты и нитриты могут также восстанавливаться бактериями и в виде газообразных продуктов теряться из почвы.

В почве возможна и «косвенная» денитрификация, когда потери азота происходят в результате некоторых химических реакций. Так, в кислой среде HN0₂, реагируя с аминокислотами, образует молекулярный азот. Этот процесс может быть представлен следующей схемой:

В кислой среде идет также саморазложение нитритов с образованием газообразных продуктов:

Возможно восстановление нитритов в почве при взаимодействии с органическими веществами, содержащими фенольные группы (в присутствии Fe + или Мп 2+ ), с образованием NO и N₂0. При разнообразных микробиологических процессах в почве образуются оксимы (соединения с группой =N—ОН). Они реагируют с нитритами, причем образуется N₂0:

Таким образом, при восстановительных процессах, а также в некоторых химических реакциях из нитратов и нитритов могут образоваться N₂, N₂0, NO и N0₂. Некоторые из этих соединений, например N0₂, весьма реактивны. Поэтому газообразные потери азота из почвы происходят преимущественно в форме N₂ и N₂0. В почвенном воздухе всегда присутствует N₂0.

Вследствие отмеченных потерь, а также частичного биологического закрепления азотные удобрения используются сельскохозяйственными растениями не более чем на 40—50%.

Азот, закрепленный в микробных клетках, после их отмирания минерализуется и используется растениями. В общем убыль азота из почвы может быть весьма значительной. Так, в Великобритании на Ротамстедской опытной станции отмечено, что при ежегодном унавоживании (около 36 т/ra) пахотной почвы в результате вымывания и денитрификации в условиях влажного климата теряется в среднем около 60% внесенного с навозом азота.

Денитрификация, вызываемая микроорганизмами, обусловливает ббльшие потери азота, чем вымывание его соединений из почвы. Потери от этого процесса возрастают по мере увеличения в почве содержания нитратов. Повышенная влажность почвы усиливает восстановительные процессы и потери азота.

Свидетельством тому, что денитрификация связана с наличием в почве солей азотной кислоты, служит один из опытов П. М. Смирнова, в котором в пойменную почву вносили аммонийную |(NH₄)₂S0₄] и нитратную |Ca(N0₃)₂] соли. Одну партию почвы сохраняли в аэробных условиях, периодически аэрируя до нормального уровня (19—22% 0₂), другую помешали в анаэробные условия, что достигалось заменой ее газовой фазы на гелий. В аэрируемую почву вносили 27 мг азотных солей на 1 кг почвы, в анаэробно хранящуюся — 40 мг.

Анализ, проведенный через два месяца, показал, что потери азота из почв, удобренных нитратами, были значительно больше, чем в случае аммонийных удобрений (табл. 15).

На состав выделяющихся газов влияет форма азотного удобрения. Так, при внесении в почву (NH₄)₂S0₄ и нитрификации этой соли выделяется больше N0₃ и меньше N₂, чем при восстановлении Ca(N0₃)₂. В анаэробных условиях часть N0₂ редуцируется до 1М₂.

Потери азота (%) при удобрении почв различными азотными удобрениями в зависимости от аэрации

Источник https://studwood.net/2056468/agropromyshlennost/vliyanie_mineralnyh_organicheskih_udobreniy_drugih_sposobov_mobilizatsii_plodorodiya_agrohimicheskie_pokazateli

Источник https://studfile.net/preview/5612275/page:4/

Источник https://studme.org/287652/ekologiya/mineralnye_udobreniya