Кислотность почвы
Кислотность почвы – это свойство, обусловленное определённой концентрацией водородных ионов в почве. Выражается обычно через рН раствора (жидкой фазы почвы), где рН — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в грамм-эквивалентах на литр. При рН=7 — реакция раствора нейтральная (количество ионов Н+ и ОН- одинаково), при ниже 7 — кислая, выше 7 — щелочная, таким образом, чем ниже рН, тем больше кислотность почвы.
Проверка кислотности почвы
В большинстве случаев реакция почвенного раствора возделываемых земель находится в пределах рН от 4 до 9, но есть еще более крайние показатели, так рН сфагновых торфов приближается к 3, а на солонцовых к 10. Чтобы определить актуальную (активную) кислотность почвы в домашних условиях используют лакмусовую бумажки и приготовленную почвенную вытяжку. Для вытяжки (суспензии 1: 5) можно использовать пробирку или небольшую простерилизованную баночку. В нее помещают 2г почвы и добавляют 10 мл дистиллированной воды. Пробирку необходимо встряхнуть и дать отстоятся осадку. Затем в надосадочную жидкость опустить лакмусовую бумажку и сравнить ее цвет с цветной таблицей.
рН 3,0 – цвет оранжевый
рН 4,0 – цвет желто-оранжевый
рН 5,0 – цвет желтый
рН 6,0 – цвет зеленовато-желтый
рН 7,0 – цвет желто-зеленый
рН 8,0 – цвет зеленый
рН 9,0 – цвет сине-зеленый
рН 10,0 – цвет синий
Растения-индикаторы
Мы знаем, что у всех растений, как садово-огородных культур, так и комнатных растений, потребность в кислотности почвы отличается. Одни из них предпочитают слабо-кислые почвы, другие хорошо растут только на нейтральных или слабо-щелочных. Существует соответствующая терминология: ацидофилы — растения кислых почв, нейтрофилы – растения нейтральных почв, базифилы — растения щелочных почв. Дикорастущие травы могут служить своего рода индикатором кислотности, так, там, где растут ацидофилы (рН= 5,3-6,0): хвощ полевой, щавель малый, мхи, хвощи, лютик едкий, голубика, кислица обыкновенная — почва наверняка кислой реакции. Верески, васильки луговые, лесные папоротники – на слабо-кислых (рН=6-6,7).
Нейтрофилы (рН=6,0 — 7,2): нивяник, цикорий обыкновенный, клевер ползучий, осот, пырей, пастушья сумка, манжетка альпийская, ковыли, бородатые ирисы, гвоздики, колокольчики и др. Базифилы (рН=7,3 – 8,1): мать-и-мачеха обыкновенная, люцерна хмелевидная, тимьян Маршалла, вьюнок полевой, мак-самосейка, осока корневищная, венерин башмачок, осока корневищная и др.
Но полагаться полностью на дикорастущие травы, в определении кислотности нельзя — исследования показывают, что встречаемость разных видов на почвах с той или иной кислотностью различна. Многие растения индифферентны к небольшим колебаниям в кислотности почвы, кроме того существует адаптивность к эдафическим факторам (совокупности физических и химических свойств почв). Поэтому наиболее верный способ определения кислотности — с помощью химических реактивов (лакмусового индикатора).
Из садово-огородных культур особенных любителей кислых почв нет, на слабо-кислых почвах хорошо растет айва, яблоня, малина, ежевика, земляника и жимолость съедобная, клюква, ирга (гонобобель), из огородных культур: томаты и картофель, редис, щавель, кабачок и тыквы, хуже морковь. Из цветочных: ветреницы, дицентры, дельфиниум, примулы разных видов, сибирские и японские ирисы и некоторые лилии (например, азиатские гибриды), многие сорта роз, армерии, дриады, сальданеллы, гортензии, а также большинство хвойных, вереск (эрика), рододендроны.
Большинство же садово-огородных культур предпочитают рН, близкую к нейтральной. Это, в первую очередь, огурцы, капуста, сладкий перец, свекла, чеснок, лук, спаржа, шпинат, репа, редька, дыня, арбуз, алыча. Из плодово-ягодных: красная, черная, белая смородина, вишня, черешня, груша, абрикос, слива, виноград (практически все сорта хорошо плодоносят исключительно на нейтральных почвах), а также яблони (они терпимы к кислотности и хорошо растут и на слабо-кислых и на нейтральных почвах). Причем некоторые овощи, как например, капуста и свекла совершенно не терпят кислых почв, оптимально рН для них в пределах 7-7,5.
Влияние кислотности почвы на растения
Очень важно, чтобы кислотность почвы соответствовала выращиваемой культуре, иначе у растений нарушается питание, происходит не усвоение некоторых элементов. Например, у растений-ацидофилов (гортензий, рододендронов, азалий, вересковых) щелочная реакция почвы провоцирует недостаток в тканях ионов железа, магния и марганца, это затрудняет образование хлорофилла и приводит к проявлению хлороза (мезжилковый хлороз – пожелтение листа между жилками). Поэтому почву для таких растений обязательно подкисляют, используя верховой или переходный торф, в объеме 30-50%, в зависимости от исходной рН. В тоже время, слишком кислая реакция почвы также приводит к недополучению и неусвоению некоторых элементов питания. Так, цепочка разложения азотистых веществ выглядит следующим образом:
гуминовые вещества => аминокислоты, амиды => аммиак => нитриты => нитраты => молекулярный азот
Процесс распада органики до аммиака называется аммонификацией. Аммонийный азот в почве подвергается нитрификации — окислению до нитритов, а затем нитратов (с участием специфических аэробных бактерий). При этом оптимальными условиями для нитрификации являются: хорошая аэрация, умеренное увлажнение, температура 25-32°С и близкая к нейтральной реакция.
Интенсивная нитрификация — один из признаков качественного состояния почвы. На кислых заболоченных почвах в условиях плохой аэрации, процессы нитрификации протекают слабо и останавливаются на стадии образования аммония. Нитрификация из-за неблагоприятных условий для деятельности нитрифицирующих бактерий бывает подавлена и происходит медленно. Таким образом, у растений на кислых почвах при стечении неблагоприятных факторов (сырая дождливая погода, особенно с похолоданием, или залитое комнатное растение) довольно быстро начинают проявляться признаки азотного голодания — хлороз листьев начинается с жилок и прилегающих к ним тканей (при естественном старении листьев вначале желтеют ткани между жилками, а сами жилки еще некоторое время остаются зелеными).
Нарушение разложения органики и преобразования азотных соединений наблюдается также и на почвах с чрезмерной щелочностью, т.к. они являются неблагоприятными для деятельности почвенных микроорганизмов. И, все-таки растениям менее вреден сдвиг значения рН почвы в щелочную сторону, чем в кислую. Это объясняется тем, что клетки корня растения выделяют углекислый газ, а иногда и органические кислоты, которые нейтрализуют избыточную щелочность. В тоже время в чрезмерно кислых почвах происходит переход в раствор солей алюминия и железа, что в свою очередь переводит фосфорную кислоту в неусвояемую для растений и фитотоксичную форму.
Высокая концентрация алюминия и марганца в нейтральных почвах не проявляют токсичности, а на кислых почвах вызывает нарушение усвоения кальция, калия, фосфора, магния и молибдена, что в конечном итоге, приводит к снижению урожайности. На кислых почвах также становятся фитотоксичными и такие элементы как медь, цинк и бор. При повышенной кислотности почвы ухудшаются рост и ветвление корней, проницаемость клеток корня, в результате ухудшается усвоение растениями воды и питательных веществ.
Кислотность почвы и удобрения
Некоторые удобрения раскисляют почву (снижают кислотность), такие как сульфаты калия и аммония, хлористый калий, аммиачная селитра, карбамид или суперфосфат. При внесении например, натриевой и кальциевой селитры, растения в большем количестве потребляют анионы NO3- чем катионы Na+ или Са2+, которые, оставаясь в почве, сдвигают реакцию в сторону подщелачивания. Эти удобрения при систематическом применении снижают почвенную кислотность. А вот мочевина в первые дни после внесения вызывает подщелачивание почвы (образование карбоната аммония (NH4)2СО3 — щелочной соли), а в дальнейшем, при нитрификации последнего, подщелачивание почвы сменяется некоторым подкислением. Этим мочевина и хороша – ее применяют как основное удобрение под все культуры и на различных типах почв. В то время как аммиачная селитра или сульфат аммония сильно подкисляют землю.
Известкование
Известкование – это один из основных и распространенных приемов улучшения кислых почв. Известь вытесняет из плодородного слоя почвы водород и алюминий и заменяет их кальцием и магнием. В зависимости от установленной рН почвы требуется известкование:
Источник
Управление карбамидом в почве
Использование мочевины (карбамида)
Мочевина (карбамид) является наиболее широко используемым твердым азотным удобрением в мире. Мочевина также часто встречается в природе, так как она выделяется с мочой млекопитающих. Высокое содержание азота в мочевине (46 %) делает его эффективным для транспортировки на фермы и для применения на полях. Понимание его реакций необходимо для получения максимальной пользы от этого важного питательного вещества для растений.
Мочевина используется несколькими способами для обеспечения азотного питания растений. Она чаще всего распределяется севом и включается в питание растений до тех пор, пока не будет гидролизована до аммония уреазой, ферментом, вырабатываемым растениями. Как только мочевина превращается в аммоний, она дополнительно включается в глутамат и различные органические соединения внутри растения.
Несмотря на её широкое применение, существуют фундаментальные свойства мочевины, которые требуют тщательного управления для восстановления ее полной питательной ценности.
Мочевина в растениях☘️
Мочевина может быть ценным источником питания растений, пока она еще находится в форме мочевины; однако большая часть поглощения азота из мочевины происходит после того, как она превращается в аммоний и нитрат в почве. Растения способны непосредственно поглощать мочевину, но она не принимает активного участия в питании растений, пока не гидролизируется до аммония с помощью уреазы, фермента, вырабатываемого растениями (рис. 1). Как только мочевина превращается в аммоний, она далее включается в глутамат и различные органические соединения внутри растения.
Мочевина также может синтезироваться в растениях, где она служит важным метаболитом для перемещения и транслокации азота. Перераспределение органических соединений азота в растениях начинается с гидролиза и выделения мочевины. Впоследствии мочевина мобилизуется по всему растению до тех пор, пока она не превратится обратно в различные аминокислоты. Эти сложные процессы были изучены очень подробно, но здесь о них не сообщается.
Как незаряженная молекула, мочевина относительно подвижна и свободно перемещается вместе с водой в почве. Однако, как только мочевина превращается в аммоний, она в значительной степени удерживается на участках обмена катионов в почве и больше не подвергается легкому выщелачиванию. Поэтому степень перемещения мочевины в значительной степени зависит от условий влажности до гидролиза и продолжительности времени до начала гидролиза.
Было проведено исследование, в котором сравнивалось нисходящее движение нитратов, аммония и мочевины в типичных почвах Калифорнии. Было обнаружено, что дальше всего от точки нанесения перемещается нитрат, затем идет мочевина, а затем аммоний. Примечательно, что мочевина во всех почвах была менее подвижна, чем нитрат.
В последующем исследовании потребовалось 5,7 дюйма воды для выщелачивания нитратов на глубину 9 дюймов, но 7,1 дюйма воды требовалось для перемещения мочевины на ту же глубину (глина Салинас). В супесчаной почве Хэнфорда требовалось 5,9 дюйма воды для перемещения нитратов на глубину 9 дюймов и 6,5 дюйма для мочевины. Это показывает, что мочевина очень подвижна в почве, но не настолько подвижна, как нитрат.
После того, как мочевина вступает в контакт с почвой или растениями в присутствии влаги, нередко встречающийся фермент уреаза быстро начинает расщеплять мочевину, образуя бикарбонат аммония в процессе гидролиза. Гидролиз указывает на расщепление химических связей путем добавлением воды.
Это мгновенно создает среду с высоким pH поблизости от мочевины, поскольку высвобождаются гидроксидные ионы (ОН-). Скорость гидролиза будет зависеть от концентрации этих трех компонентов и факторов окружающей среды, влияющих на активность уреазы.
CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 → 2NH3 + 2OH- + CO2
Гидролиз мочевины обычно является быстрым процессом, обычно происходящим в течение нескольких дней после нанесения. Исследование, проведенное на четырех почвах Калифорнии, показало, что внесение 200 фунтов мочевины/акр (36 кг/ га) в качестве удобрений полностью гидролизовалось до аммония в течение двух дней в трех почвах (Салинская глина, суглинок Йоло и глина Сакраменто). В менее забуференных супесчаных суглинках Хэнфорд мочевина была гидролизована в течение трех дней (Broadbent, 1958). Следовательно, мочевина может перемещаться с почвенной водой только в течение дня или двух (или даже в течение нескольких часов), прежде чем она превратится в аммоний.
Пока мочевина подвергается гидролизу до аммония, одновременно происходит образование нитрата (нитрификация). Таким образом, удобрение мочевиной первоначально приводит к одновременному воздействию на корни как мочевины, так и аммония и нитрата.
Никель был добавлен в список основных питательных веществ для растений в 1980-х годах, когда было обнаружено, что этот микроэлемент-металл необходим для синтеза фермента уреазы. В тщательно контролируемых условиях отсутствие никеля приводит к накоплению токсичных концентраций мочевины в тканях растений. С этого времени были предложены другие важные функции никеля для растений.
Факторы, влияющие на скорость гидролиза мочевины
Для протекания гидролиза должен присутствовать фермент уреаза, но это редко является ограничивающим фактором в сельскохозяйственных почвах. Поскольку и почвенные микробы, и растения производят уреазу, активность ферментов максимальна ближе к поверхности почвы. Хотя различия в количестве уреазы можно измерить между почвами, это не является существенным фактором при использовании удобрений.
Скорость гидролиза мочевины обычно увеличивается по мере увеличения рН почвы с 5 до 9, но рН не ограничивает процесс в большинстве сельскохозяйственных почв.
Начальная реакция гидролиза мочевины увеличивает щелочность почвенного раствора до рН >9 за счет образования карбоната аммония. Однако последующее превращение аммония в нитрат является кислотообразующим процессом, компенсирующим начальный и временный скачок рН. Конечным эффектом рН почвы от добавления мочевины является подкисление.
Фермерам рекомендуется не наносить мочевину на поверхность почвы без внесения или орошения ее в почву вскоре после внесения, а также не размещать мочевину в полосе с семенами или рядом с ними. Это связано с временным повышением рН, что делает газообразный аммиак более избыточным и подверженным испарению.
Гидролиз мочевины происходит медленнее при 45°F (+7°С), чем 75°F (+24°С), но даже в более прохладной почве (похожей на зимние условия в Калифорнии) гидролиз обычно завершается в течение недели.
В другом исследовании повышение температуры почвы с 41° F (+7°С) до 113°F (+45°С) привело к устойчивому увеличению активности уреазы, что соответствует «Q10», равному 2 в этом температурном диапазоне (что указывает на удвоение скорости реакции для каждого повышения на 10°C [18 ° F]).
Гидролиз мочевины прекращается, когда почва становится очень сухой. Однако в различных почвенных условиях, где произрастают сельскохозяйственные культуры, влажность не является ограничивающим фактором для гидролиза мочевины. Гидролиз происходит быстро в затопленных почвах, например, там, где выращивается рис. Было также показано, что увеличение солености почвы (EC), которое происходит во время высыхания почвы, снижает скорость как гидролиза мочевины, так и последующей нитрификации.
Внекорневая (листовая) подкормка мочевиной🌿
Внекорневые опрыскивания мочевиной распространены, и были проведены значительные исследования, чтобы продемонстрировать их потенциальную пользу для питания растений. Внекорневая подкормка мочевиной обычно производится в качестве дополнения к поступлению азота в почву в ключевые периоды роста. Для многих культур целенаправленное внекорневое внесение мочевины может иметь значительные преимущества для урожайности и/или качества. Однако экономические аспекты этой практики также нуждаются в тщательном рассмотрении.
Одно исследование внекорневой (листовой) подкормки показало, что 80 % нанесенной мочевины исчезло с поверхности листьев нектарина в течение 48 часов после нанесения, причем большая ее часть была поглощена листьями, и небольшое количество не было учтено.
Распыление мочевины на листву необходимо производить с особым вниманием к требованиям каждой конкретной культуры. Чрезмерное применение мочевины может привести к некрозу кончиков листьев или даже к ожогу всего растения. Эти симптомы повреждения объясняются выделением аммиака после гидролиза мочевины внутри растения, хотя некоторые предполагают, что это может быть связано с внутренним накоплением мочевины.
Еще одной мерой предосторожности, которую необходимо соблюдать при внекорневых опрыскиваниях мочевиной, является возможное загрязнение удобрения биуретом. В процессе производства мочевины чрезмерно высокие температуры могут вызвать соединение двух молекул мочевины, что приведет к образованию биурета. Большинство производителей мочевины (карбамида) тщательно контролируют этот процесс и поддерживают концентрацию биурета ниже 0,3%. Однако некоторые виды растений могут быть особенно чувствительными, и в таких ситуациях рекомендуется использовать мочевину с низким содержанием биурета. Биурет распадается на мочевину и аммоний через несколько недель пребывания в почве.
Хотя мочевина является наиболее широко используемым азотным удобрением в мире, у нее есть недостаток, заключающийся в том, что она подвержена потерям аммиака после внесения. Эти потери зависят от конкретного участка и в тяжелых случаях могут превышать 25% от всего внесенного азота, если удобрение остается на поверхности почвы в течение длительного периода. Были предприняты значительные усилия, чтобы замедлить превращение мочевины в аммиак и уменьшить потери в результате испарения в атмосферу.
Большинство ферментов, включая уреазу, могут быть разрушены специфическими химическими добавками. Тысячи соединений были проверены, чтобы найти химическое вещество, которое специфически ингибирует уреазу, безопасно в обращении, совместимо с удобрениями на основе мочевины и не слишком устойчиво в окружающей среде.
Коммерчески доступные ингибиторы уреазы лучше всего подходят для применения с мочевиной или растворами UAN, которые будут наноситься непосредственно на поверхность почвы или на пастбища. В этих условиях ингибитор задерживает превращение в аммиак и обеспечивает дополнительную гибкость управления, позволяя орошению, осадкам или обработке почвы перемещать мочевину в почву. При попадании под поверхность почвы, мочевина значительно снижает вероятность потери аммиака. Ингибиторы уреазы также показали свою эффективность в снижении токсичности мочевины, помещенной вблизи прорастающих семян.
Мочевина является очень распространенным удобрением для сельскохозяйственных культур. При правильном использовании он может стать отличным источником азотного питания. Однако для сохранения его в корневой зоне требуется знание его поведения и реакций, чтобы его можно было использовать в полной мере.
Источник