Движение фосфора по почве

Как фосфор влияет на растения и почву

Фосфор в почве — важный макроэлемент, необходимый для питания растений. Он участвует в метаболических процессах, таких как фотосинтез, передача энергии, синтез и расщепление углеводов.

Фосфор содержится в почве в составе органических соединений и минералов. Тем не менее, количество легко доступного фосфора очень мало по сравнению с общим количеством фосфора в почве. Поэтому во многих случаях следует применять фосфорные удобрения, чтобы удовлетворить потребности сельскохозяйственных культур.

РЕАКЦИИ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Фосфор содержится в почвах как в органической форме, так и в неорганической (минеральной) форме, и его растворимость в почве низкая. Существует равновесие между твердым фосфором в почве и фосфором в почвенном растворе. Растения могут поглощать только фосфор, растворенный в почвенном растворе, а поскольку большая часть почвенного фосфора существует в виде стабильных химических соединений, в любой момент времени для растений доступно лишь небольшое количество фосфора.

Когда корни растений удаляют фосфор из почвенного раствора, часть фосфора, адсорбированного на твердой фазе, высвобождается в почвенный раствор для поддержания равновесия. Типы соединений фосфора, которые существуют в почве, в основном определяются ее pH, а также типом и количеством минералов в почве. Минеральные соединения фосфора обычно содержат алюминий, железо, марганец и кальций.

В кислых почвах фосфор имеет тенденцию реагировать с алюминием, железом и марганцем, в то время как в щелочных почвах преобладает фиксация с кальцием. Оптимальный диапазон pH для максимальной доступности фосфора составляет 6.0-7.0. Во многих почвах разложение органических материалов и растительных остатков способствует увеличению количества фосфора в почве.

ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРА РАСТЕНИЯМИ

Растения поглощают фосфор из почвенного раствора в виде ортофосфат-иона: HPO4-2 или H2PO4-. Пропорция, в которой эти две формы абсорбируются, определяется pH почвы, когда при более высоком pH почвы поглощается больше HPO4-2. Подвижность фосфора в почве очень ограничена, поэтому корни растений могут поглощать фосфор только из своего непосредственного окружения.

Поскольку концентрация фосфора в почвенном растворе низкая, растения используют в основном активное поглощение против градиента концентрации (т.е. концентрация фосфора в корнях выше, чем в почвенном растворе). Активное поглощение — это энергоемкий процесс, поэтому условия, которые препятствуют активности корней, такие как низкие температуры, избыток воды и т. Д., Также препятствуют поглощению фосфора.

ФОСФОР ПРИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПОЧВЫ

Симптомы дефицита фосфора включают задержку роста и темно-фиолетовый цвет старых листьев, замедление цветения и развития корневой системы. У большинства растений эти симптомы проявляются, когда концентрация фосфора в листьях ниже 0.2%.

Избыток фосфора в основном препятствует усвоению других элементов, таких как железо, марганец и цинк. Чрезмерное удобрение фосфором является обычным явлением, и многие производители применяют излишне высокие количества фосфорных удобрений, особенно когда используются сложные удобрения NPK или когда поливная вода подкисляется фосфорной кислотой.

ФОСФОР В ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ И БЕСПРИВОДНЫХ СРЕДАХ

Допустимая концентрация фосфора в питательных растворах составляет 30-50 частей на миллион, хотя было обнаружено, что ее можно снизить до 10-20 частей на миллион. В непрерывно текущих питательных растворах концентрация может достигать 1-2 частей на миллион.

В беспочвенных средах, как и в почве, фосфор накапливается с каждым добавлением фосфора, и минералы фосфора и кальция или магния начинают выпадать в осадок. Типы образующихся минералов зависят от pH среды.

ТЕСТИРОВАНИЕ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Уровень содержания фосфора в почве дает меру способности почвы поставлять фосфор в почвенный раствор. Почвенный тест не измеряет общее количество фосфора в почве, потому что доступное количество фосфора намного меньше, чем общее количество. Он также не измеряет фосфор в почвенном растворе, потому что количество фосфора в почвенном растворе обычно очень мало и не отражает надлежащим образом количество фосфора, которое растения потенциально могут поглотить в течение вегетационного периода.

Тест на фосфор почвы на самом деле является показателем, который помогает предсказать потребность культуры в удобрениях. Рекомендации по внесению удобрений определены на основе множества полевых испытаний на многих почвах и культурах. Различные методы тестирования приводят к различным значениям, которые необходимо интерпретировать соответствующим образом. Например, результат 25 ppm фосфора, полученный с помощью метода тестирования «Olsen», может иметь иную интерпретацию, чем такой же результат, полученный с помощью метода тестирования «Bray».

Но на этом путаница не заканчивается — разные лаборатории, использующие один и тот же метод тестирования, могут определять разные интерпретации одних и тех же значений. Правильный отбор пробы почвы очень важен для получения результатов, которые действительно отражают уровень доступного фосфора. Например:

Глубина отбора проб почвы — Поскольку фосфор в почве не подвижен, пробы, взятые с верхнего слоя почвы, обычно показывают более высокое количество фосфора, чем пробы, взятые из недр.
Способы внесения удобрений — Большая часть внесенного в почву фосфора остается в пределах 1-2 дюймов от места нанесения. Следовательно, точное место отбора проб может значительно повлиять на результат.

Источник

Практическое занятие &#8470 8 (часть 2)

Определение в почве подвижных фосфатов по Чирикову и Кирсанову. Оценка обеспеченности почв фосфором. Потребность в фосфорных удобрениях

1. Основные теоретические положения

Фосфор является одним из основных элементов питания растений. Его содержание в растениях значительно ниже, чем азота, калия, и кальция. Недостаточное содержание в почве усвояемых фосфатов обусловливает низкие урожаи. Вместе с тем, на почвах с достаточно высоким содержанием легкорастворимых фосфатов внесение под культуры суперфосфата при посеве обеспечивает существенный прирост урожайности.

В отличие от минеральных форм почвенного азота, которые неустойчивы и легко теряются в результате улетучивания и вымывания почвенные фосфаты весьма устойчивы. Причиной недостатка фосфора для растений является низкая растворимость фосфорных соединений

Недостаток фосфора вызывает последствия, которые аналогичны последствиям недостатка азота. Стебли бывают тонкими, листья мелкими, боковое ветвление ограниченное. Развитие почек весной задерживается, цветение скудное, происходит преждевременное опадение листьев. Так же, как и азот, фосфор реутилизируется в растении. Он оттекает из взрослых листьев в молодые.

2. Формы фосфора в почве, их доступность растениям

Основной формой минерального фосфора в почве являются апатиты — природные и вторичнообразованные. Минеральные формы находятся преимущественно в виде соединений ортофосфорной кислоты с ионами кальция, магния, железа и алюминия. Значительная доля ионов фосфора адсорбируется на положительно заряженной части почвенного поглощающего комплекса (базоидами). Адсорбированные ионы фосфора удерживаются прочнее катионов.

В почве одновременно протекают разнонаправленные процессы. Происходят иммобилизация органическим веществом фосфора почвенного раствора и минерализация органических веществ, которая сопровождается поступлением фосфора в почвенный раствор. В почвенный раствор поступает фосфор в результате десорбции его из минеральных соединений, и происходит сорбция (осаждение) фосфатов почвенного раствора минеральной частью почвы.

Уровень фосфорного питания растений зависит от растворимости минеральных форм фосфора. Характер реакции почвенного раствора обусловливает преобладание одного из трех ионов фосфора. В интервале кислых и нейтральных почв преобладает монофосфат – одновалентный ортофосфат – H₂PO₄, в щелочной среде – при pH выше 7,2 доминирует двухвалентный ион HPO₄. Ион PO₄ появляется при pH выше 10. Наиболее легко абсорбируется растениями монофосфат. Количество фосфора в почвенном растворе (H₂PO₄, H₂PO₄), как правило не превышает 1 кг/га пахотного слоя почвы.

Считается, что растения почти весь необходимый для них фосфор извлекают из почвенного раствора. На формирование урожая 1ц/га зерна яровой пшеницы затрачивается около одного килограмма фосфора. Следовательно, содержание фосфатов в почвенном растворе постоянно восполняется. Адсорбированный и другие твердые формы фосфора находятся в равновесном состоянии с фосфором почвенного раствора и между собой. Концентрация почвенного раствора сохраняется. При этом фосфору свойственна более низкая концентрация в почвенном растворе, чем азоту и калию, а также и низкая скорость диффузии. Поскольку основное перемещение фосфора к корням растений осуществляется при диффузии ионов, то в сухой почве, когда расстояние перемещения иона превышает 5-10мм, поглощение фосфора растением замедляется (Томпсон, Троу,1982).

Лучше всего растениями усваивают воднорастворимые фосфаты. Но воднорастворимых солей фосфорной кислоты в почвах обычно так мало, что по их количеству нельзя судить о степени обеспеченности растений фосфором. В связи с этим определение количества фосфатов, переходящих в водную вытяжку из почвы, не дает правильного ответа на то, сколько фосфора находится в почве в форме, доступной для растений. Для оценки уровня обеспеченности растений фосфором используются показатели экстракции фосфатов из почвы различными растворителями: кислотными, щелочными разной концентрации, а также растворами солей, которые извлекают из почвы воднорастворимые фосфаты и часть соединений фосфора не растворяющихся в воде. Агрохимической службой используются: на нейтральных почвах (черноземного типа) 0,5н уксуснокислую вытяжку по Чирикову, на почвах элювиального ряда (серые лесные, дерново-подзолистые) – 0,2 н солянокислую вытяжку по Кирсанову, на карбонатных почвах (черноземах южных, обыкновенных, каштановых почвах) в 1% растворе углекислого аммония по Мачигину.

При расчете доз фосфорных удобрений необходимо учитывать обеспеченность почвы доступными для растений формами фосфатов. Полученные результаты оценивают, пользуясь местными градациями к методам определения подвижных фосфатов в почве по Кирсанову, Чирикову, Мачигину (таблица 7).

Таблица 1 — Содержание подвижного фосфора в почвах разных почвенно-климатических зон

Класс обеспеченности	Почвенно-климатические зоны	P₂O₅, мг/100 г почвы
		По Кирсанову	По Чирикову	По Мачигину
1	Канская, Красноярская, Минусинская лесостепи с прилегающей южной тайгой и степью	45	>40	>10
1		Ачинско-Боготольская, Чулымо-Енисейская лесостепи и прилегающая южная тайга	35	>30	>10

Примечание: 7-й и 8-й классы только для овощных культур и корнеплодов

При высокой доступности почвенного фосфора молодые растения быстро поглощают фосфор. При синтезе четверти органической массы они успевают поглотить до 50% всего нужного им количества фосфора за сезон. Зерновые культуры на 7-10 дней ускоряют наступление технологической спелости. Высокая обеспеченность фосфором начальной фазы роста яровой пшеницы обусловливает существенный прирост урожайности за счет повышения озерненности колоса.

Фосфор противодействует влиянию азота на усиление поражения ячменя мучнистой росой. Поражение грибными гнилями корней значительно выше у растений недостаточно обеспеченных фосфором. Эта тенденция проявляется интенсивнее у растений в стадии проростков. Вместе с тем есть сведения и обратного порядка: восприимчивость к болезни проявляется больше при достаточном обеспечении фосфором, чем тогда, когда в почве складывается дефицит фосфора.

3. Определение подвижных фосфатов по методу Чирикова

Материалы и оборудование: весы технические, колбы на 250 и 50 мл, воронки, бумажные фильтры, почвенные образцы, реактивы для выделения подвижных фосфатов:0,5 н уксусная вытяжка, 0,2 н солянокислая вытяжка, фотоэлетроколориметр.

Принцип и химизм метода

Почвенные фосфаты, взаимодействуя с молибденовокислым аммонием в сильнокислой среде (в присутствии аскорбиновой кислоты и ли хлористого олова), образуют комплексную соль голубой окраски. Интенсивность окраски ее пропорциональна содержанию подвижных фосфатов.

Ход анализа

Построение графика и расчеты. Для построения калибровочного графика в мерные колбы на 100мл берут возрастающие количества (5,10,15,20,25,30мл) стандартного раствора KHPO₄. Доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Чирикову, встряхивают и через 10минут определяют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре. По полученным результатам строят график, по которому, согласно оптической плотности раствора, находят объем стандартного раствора и рассчитывают содержание подвижных фосфатов по формуле:

а – отсчет по графику, мл;

b – титр стандартного раствора;

V₁ — объем уксусной кислоты, взятый для приготовления вытяжки, мл;

100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы;

V₂ — объем вытяжки, взятый для определения оптической плотности, мл;

С – навеска почвы, г.

4. Определение подвижных фосфатов по методу Кирсанова

Принцип и химизм метода определения подвижных фосфатов по методу Кирсанова основан на извлечении соединений фосфора из почвы раствором соляной кислоты молярной концентрации, равной 0,2 моль/дм 3 , при отношении почвы к раствору 1:5 с последующим определением фосфора в виде синего фосфорно-молибденового комплекса на фотоэлектроколориметре.

Ход анализа.

Навеску почвы 5г переносят в коническую колбу емкостью 100мл, заливают 25мл 0,2н соляной кислотой, взбалтывают 1минуту и отстаивают 15 минут, после чего вытяжку фильтруют. 1-2 мл прозрачного фильтрата переносят в мерную колбу на 50 мл и доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Кирсанову. Содержимое колбы взбалтывают и через 10 минут определяют оптическую плотность окрашенного раствора на фотоэлектроколориметре.

Построение графика и расчеты. Для построения калибровочного графика в мерные колбы на 100мл берут возрастающие количества (5,10,15,20,25,30мл) стандартного раствора KHPO₄. Доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Кирсанову, встряхивают и через 10 минут определяют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре. По полученным результатам строят график, по которому, согласно оптической плотности раствора, находят объем стандартного раствора и рассчитывают содержание подвижных фосфатов по формуле: