Фосфор в почвах
Фосфор почвы представлен широким спектром минеральных и органических соединений разной степени растворимости и доступности растениям. В зависимости от гранулометрического состава и гумусированности общее (валовое) содержание фосфора (P2O5) составляет 0,03-0,3%, подвижных фосфатов — 30-300 мг/кг почвы.
Первостепенной задачей повышения эффективности фосфорных удобрений является поиск способов уменьшения химического связывания фосфат-ионов. Фосфор в почвах образует слаборастворимые фосфаты и малоподвижен. За вегетационный период пространственная миграция фосфора удобрений на суглинистых и глинистых почвах не превышает 1 см, на супесчаных — 2-3 см, поэтому вымывания фосфора осадками за пределы корнеобитаемого слоя почвы практически не происходит, даже в зоне избыточного увлажнения не превышает 1 кг/га за год. О слабой подвижности фосфатов можно судить по характеру его распределения в почвенном профиле. При систематическом внесении фосфорных удобрений в длительном опыте ДАОС (в течение 75 лет, с 1933 г) повышения фосфатов в иллювиальном горизонте не наблюдалось. Исходя из особенностей трансформации фосфатов в почве, можно сделать заключение, что поверхностное применение фосфорных удобрений в подкормку неэффективно из-за слабой их подвижности.
Благодаря применению фосфорных удобрений и проведению фосфоритования полей в 1964-1990 гг. в РФ почти вдвое уменьшились площади пашни с низким содержанием фосфора. Особенно значительное увеличение содержания подвижных фосфатов наблюдалось в почвах прифермских кормовых севооборотов и полях, расположенных недалеко от сельских населенных пунктов, благодаря систематическому применению навоза, птичьего помета и компостов.
Многочисленные исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом свидетельствуют, что высокий уровень содержания фосфора и калия в почве, создаваемый за счет длительного применения удобрений имеет более важное значение для формирования высоких урожаев, нежели повышенные дозы удобрений, внесенные на бедных почвах непосредственно под культуры.
Следует отметить, что, несмотря на высокие прибавки урожая от фосфорных удобрений на почвах бедных фосфором, урожайность на неокультуренных почвах остается довольно низким.
В странах Западной Европы, где пахотные земли отличаются высокими запасами подвижных фосфатов и обменного калия в почве фосфорные и калийные удобрения вносят обычно в компенсирующих дозах, достаточных для восполнения элементов питания, отчуждаемых с урожаем и поддержания их содержания в почве на оптимальном уровне для формирования требуемой урожайности сельскохозяйственных культур.
Несмотря на важное значение в формировании урожая, содержащихся в почве остаточных фосфатов, наиболее высокие урожаи сельскохозяйственных культур наблюдаются лишь в случае, если растворимые фосфорные удобрения вносятся ежегодно. Это подтверждается высокой эффективностью припосевного внесения фосфорных удобрений.
Оптимальный уровень содержания в почве элементов питания, обеспечивающий бездефицитное питание растений, зависят от планируемой урожайности, биологических особенностей сельскохозяйственных культур севооборота, климатических и агротехнических условий.
В настоящий время, несмотря на то, что в течение длительного времени (20 лет) фосфорные удобрения в России практически не применяют (в среднем 2 кг/га), площади пашни с очень низким и низким содержанием подвижных фосфатов в почвах увеличились по сравнению с 1990 г. незначительно, что, по-видимому, объясняется низким выносом фосфора урожаями и перераспределением запасов фосфора из нижних горизонтов в пахотный слой при ежегодном отмирании корней. В то же время при незначительном снижении содержания подвижных фосфатов в почвах, во многих случаях наблюдается уменьшение доступности их растениям. Такое несоответствие свидетельствует о том, что принятые в агрохимической службе методы не всегда отражают реальную доступность фосфора растениям.
Однако по мере истощения запасов фосфора в корнеобитаемом слое почвы обеспеченность растений фосфором без применения фосфорных удобрений неминуемо будет снижаться, а его дефицит возрастать.
Как известно, кислотность почвы оказывает существенное влияние на доступность растениям фосфатов почвы и эффективность фосфорных удобрений.
На кислых почвах нельзя достигнуть высокой эффективности растворимых фосфорных удобрений без известкования, поскольку при pH ниже 3,8-4,5 образуются нерастворимые фосфаты железа (FePO4), а при pH менее 4,8-5,0 осаждаются фосфаты алюминия. Образование нерастворимых фосфатов кальция характерно для карбонатных почв при pH выше 7,5. Таким образом, как в кислых почвах, так и щелочных почвах подвижность, а, следовательно, и доступность фосфора растениям заметно снижается вследствие образования нерастворимых соединений фосфора.
Известкование повышает доступность фосфатов почвы и удобрений растениям, однако при внесении высоких доз извести, при котором образуются слаборастворимые фосфаты кальция, коэффициент использования фосфора удобрения уменьшаются. Известкование кислых почв несколько отдаляет остроту проблемы фосфорного питания, но полностью ее не решает без применения фосфорных удобрений. Известкование всегда заметно повышает эффективность фосфорсодержащих удобрений.
Приемы рационального применения фосфорных удобрений должны разрабатываться исходя из особенностей взаимодействия различных фосфатов в почве.
Для повышения использования фосфора водорастворимых удобрений важно уменьшить взаимодействие их с почвой путем гранулирования и локального применения. Слаборастворимые фосфорные удобрения следует применять на кислых почвах и для приготовления компостов с навозом.
Источник
Фосфор в почве – свойства и основные функции в выращивании растений
Для современного сельхозпроизводства применение удобрений стало одним из важнейших мероприятий для повышения урожайности почв. Однако, применение комплексных удобрений и стимуляторов роста не всегда дает ожидаемый результат. Во многом определяющим фактором стабильной урожайности культур выступает внесение удобрений имеющих длительный эффект действия. Одним из направлений поддержания плодородия выступает внесение удобрений, поддерживающих фосфор в почве, как основного средства обеспечивающего фитосанитарное состояние растений.
Свойства и основные функции фосфора для растений
Фосфор в жизни растений играет важную многоплановую роль. Как один из главных элементов питания организма растения он потребляется в виде солей ортофосфорной кислоты и солей полифосфорных кислот. После поступления в растение он сразу же включается в реакцию и включается в состав разных соединений. Наиболее важным моментом здесь выступает включение фосфора в состав кислот отвечающих за построение цитоплазмы и ядра клеток.
Он входит в состав веществ участвующих в процессе прорастания семян, обеспечивающих выделение ферментов отвечающих за рост растения. В тканях растений присутствует не только органический фосфор, здесь имеется большое количество неорганических фосфорных соединений, необходимых для создания резерва фосфора для синтеза других соединений обеспечивающих рост и жизнедеятельность клеток.
Фосфор в почве используется как удобрение
Соединения фосфора выполняют исключительно важную роль в обеспечении энергетического обмена внутри организма, в процессах деления и размножения клеток. Без фосфора невозможен углеводородный обмен, процессы фотосинтеза, поглощения углекислого газа и выделения кислорода.
Фосфор в природе
Как известно фосфор чрезвычайно подвижный элемент, который в чистом виде практически нигде не встречается. Дело в том, что он легко вступает в химическую реакцию с другими химическими веществами и образует большое количество органических и неорганических соединений
Фосфорные соединения
Самым важным, из ряда фосфорсодержащих соединений, выступает кальциевая соль фосфорной кислоты. Это соединение добывается в виде минералов. К числу фосфорсодержащих минералов относится и апатит. Фосфор входит в состав белковых веществ животного и растительного происхождения. Самое большое количество его содержится в костях позвоночных живых организмов в виде фосфата кальция.
В чистом виде он был впервые выделен в 17 веке Брандом, известным алхимиком.
Фосфор один из важнейших элементов питания растений. Здесь задействуются анионы солей ортофосфорной кислоты. Вторым по важности соединением, в котором содержится полезный для организмов растений фосфор выступает соли полифосфатных кислот, отвечающих за образование новых органических соединений.
Формы фосфора в почве
По разным оценкам содержание фосфора в почве колеблется от 0,01 до 0,3% общей массы. Процентное содержание минерала зависит от состава пород которые были источником почвы. Чем больше фосфорсодержащих минералов в родительской форме породы, тем больше процент его содержания и в современном состоянии почвы.
Фосфор в почве в больших количествах содержится в грунте богатым гумусом. Из этого нетрудно сделать вывод, что наибольшее количество фосфора содержится в богатых черноземах, а наименьшее в песчаных и подзолистых.
Основными формами фосфора в почве выступают минеральная и органическая формы. В минеральной форме фосфор представлен в форме первичных минералов гидроксилапатита и фторапатита. В виде органических соединений входит в состав гумуса и разлагающихся остатков животных, растений и микроорганизмов.
В первом, неорганическом виде в почве фосфор растениями не усваивается, а вот подвижный фосфор в почве, вступающий в реакцию с другими веществами усваивается очень хорошо. Основным продуктом получающимся из первичного соединения в виде минералов является образование солей ортофосфорной кислоты, они и являются основным источником фосфора для питания растений.
По разным оценкам общий баланс фосфора в почвах может составлять 300 кг на 1 гектаре для слабых и истощенных почв и около 9 тонн для богатых черноземов.
Содержание элемента в различных типах почв
Структура содержания фосфора в разных типах почв зависит от баланса минеральных и органических форм вещества. Для дерново-подзолистых почв, а так же каштановых содержание вещества в виде минеральной составляющей определяется на уровне 70-90% от общего содержимого. Для черноземов и сероземов с высоким содержанием гумуса норма определяется на уровне 55-65% органического фосфора от общего содержания. Среди минеральных форм элемента чаще всего встречаются фторапатит и гидроксилапатит.
В результате химических реакций образующиеся соли фосфорной кислоты обладают различными степенями растворимости в воде. Это свойство напрямую связано с возможностью растений получать элемент с влагой. Наиболее доступными для питания растений являются одновалентные катионы и замещенные соли двухвалентных катионов.
Наиболее насыщенные фосфором почвы, такие как черноземы, каштановые грунты больше всего имеют соединения двухзамещенные и трехзамещенные фосфаты кальция и магния.
Чернозем – одна из наиболее насыщенных фосфором почва
Грунты, насыщенные железом и алюминием, такие как дерново-подзолистые и красноземы имеют в основном содержание фосфатов железа и алюминия. В таких почвах водорастворимые соединения фосфора содержат небольшое количество всего около 1 миллиграмма на 1 килограмм грунта.
В кислой реакции среды в почвах происходит обменное поглощение фосфатов алюминия и железа. И поскольку это обратимая реакция, то вещества становятся доступными для питания растений.
Еще одним путем пополнения фосфора организмов растений и микроорганизмов выступает превращение растворимых солей фосфора в органические фосфорсодержащие соединения. После жизненного цикла бактерий и микробов, большое количество вещества снова становится доступным для потребления растений, оставшаяся же небольшая часть переходит в состав гумуса.
Особенное место в балансе вещества в почве занимает подвижный фосфор. Эти соединения становятся доступными благодаря извлечению их из почвы благодаря слабокислотным или слабощелочным соединениям. Таким образом, эти слабые реакции дают возможность получить растениям фосфор в минимально необходимом виде.
Определение фосфора в почве проводится несколькими методами, среди которых применяется вытяжка подвижного фосфора при помощи хлорной кислоты, при котором выходят растворимые соли фосфорной кислоты.
В современной науке используется методы, разработанные для каждого типа почв. Однако, делать окончательные выводы о содержании фосфора в грунте и после этого делать прогнозы урожайности однозначно нельзя. В прогнозах важную роль играют сами растения, часто выступающие как катализатор химической реакции.
Признаки отклонения от нормы
Большая роль, которая отводится фосфорсодержащим соединениям, в жизни растений обусловлена его воздействием на многие процессы в растениях. Например, фосфор активно влияет на накопление углеводных составляющих в организме растений, обмене азотных веществ, образовании аминокислот. Все это указывает на важность поддержания баланса в обмене веществ в живом организме растения.
Недостаток фосфора в почве
Как уже указывалось вещество играет важную роль в общем обмене веществ в организме растения. Небольшой недостаток фосфора в почве чаще всего сказывается на репродуктивной функции растения. В фазе активного роста недостаток фосфора нарушается синтез белка, и соответственно уменьшается его содержание в растении, особенно в молодых побегах и частях где идет наиболее интенсивный синтез веществ. Вследствие недостатка обмена вещества, замедляется рост растения, и происходит перераспределение веществ между более старыми и молодыми побегами. Так из Старых листьев, активные вещества перемещаются к точкам роста, обескровливая таким образом более старые части. Наиболее наглядно это заметно на листве растений. На начальном этапе они приобретают красноватый или фиолетовый оттенки, могут становиться темно-голубого или темно-зеленого цветов. Происходит замедление созревания плодов, уменьшение их количества, снижение массы.
Недостаток фосфора в почве влияет на рост растений
Недостаток фосфора чаще всего заметен у растений в самом раннем возрасте – недостаточно развитая корневая система в этот период не способна обеспечить фосфором другие органы из-за чего наблюдается задержка в развитии. Отставание в развитии на начальном этапе жизненного цикла растения сказывается на протяжении всего периода, даже если в дальнейшем растение получит необходимое количество полезных веществ для роста.
избыток фосфора в почве
В отличие от недостатка вещества в почве избыток фосфора приводит к не менее пагубным последствиям. Переизбыток активного фосфора приводит к образованию избыточного количества солей из-за чего происходит насыщение грунта солями. Растения в таких условиях утрачивают возможность нормально проводить обмен веществ, к примеру, из химических реакций полностью выпадает железо. Избыток фосфора приводит к перестройке организма растения, оно начинает жить в более жестких условиях, как результат листья становятся мелкими, цветы в основном не способны к опыления, да и сами плоды получаются мелкими. Стебли растений становятся жесткими и ломкими.
Способы оптимизации уровня элемента в почве
Основным действенным способом оптимизации фосфора в почве выступает внесение минеральных и органических удобрений.
Вторым по популярности и действенности видом удобрений выступает класс удобрений слаборастворимых в воде, но хорошо растворимых в кислотах. Примером такого удобрения может быть преципитат, некоторые виды термофосфатов. Несмотря на нерастворимость в воде фосфор в этих удобрениях находится в доступной для растения форме.
Третьим, видом удобрений выступают удобрения, которые плохо растворяются как в воде, так и в кислотах. Эти удобрения имеют специфический долгий срок действия и несмотря на труднодоступность для растений также используются для улучшения качества почв. Костяная мука или фосфоритная мука применяются для комплексного решения проблемы повышения плодородия почв.
Фосфорные удобрения в большинстве своем производятся путем термической обработки природных фосфатов в результате чего получаются соли ортофосфорной кислоты. В большинстве своем фосфорсодержащие удобрения являются концентрированными формами двойного суперфосфата или сложных комплексных удобрений. Аммофос, нитроаммофоска наиболее известные названия этих удобрений.
Другой не менее продуктивный метод повышения содержания фосфора в грунте является внесение органических удобрений
Баланс фосфора в почвах
1) минеральные и органические удобрения – основная;
2) семена растений – 2-3 кг/га·год.
1) вынос урожаями сельскохозяйственных культур – основная;
2) потери в результате водной эрозии – 5-10 кг/га·год;
3) вымывание в грунтовые воды – наблюдается только на лёгких и торфяных почвах, где может достигать 3-5 кг/га·год.
Анализ приходных статей показывает отсутствие каких-либо существенных источников компенсации потерь фосфора из почвы, кроме удобрений. Исключительную роль в обеспечении бездефицитного баланса фосфора играют минеральные удобрения, потому что в составе органических в почву возвращается значительно меньше фосфора, чем отчуждается урожаями.
Источник