Почв по содержанию питательных веществ

Почв по содержанию питательных веществ

Содержание питательных веществ в почвах

Запасы питательных веществ в почвах во много раз превышают потребность в них растений. Однако большая часть их представлена недоступными для растений соединениями. Валовое содержание питательных веществ в пахотном слое различных почв неодинаково.

Валовое содержание азота (N) колеблется от 0,07 до 0,5%. Почвенный азот находится в основном в недоступной для растений органической форме. На долю минерального азота приходится только 1-2% его общего количества. Под влиянием микробиологических процессов (аммонификация, нитрификация) органические формы азота переводятся в доступные для растений минеральные формы.

Оптимальные условия нитрификации — это хорошая аэрация и увлажнение почвы при температуре 20-35° С и рН 5-8,5. При благоприятных условиях под влиянием нитрификации может накапливаться до 100 кг и более N на 1 га. Интенсивность нитрификации также зависит от соотношения углерода и азота (C:N) в органическом веществе почвы. Если отношение этих элементов менее 10, минерализация происходит энергично, а если больше 10, например при запашке соломы, микроорганизмы, размножаясь, будут усиленно потреблять минеральный азот из почвы, что уменьшит его содержание.

Некоторое обогащение почвы азотом происходит вследствие фиксации его клубеньковыми бактериями на корнях бобовых, а также свободноживущими в почве бактериями (азотобактер) и синезелеными водорослями. Бобовые культуры накапливают в год в надземной массе и корнях 100-300 кг азота на 1 га, из которых около 2 /₃ фиксируется клубеньковыми бактериями из воздуха, 1 /₃ поглощается растением из почвы. Свободноживущие бактерии фиксируют в год 5-50 кг азота на 1 га. Около 5-10 кг азота в год на 1 га поступает в почву с осадками.

Валовое содержание фосфора (Р₂О₅) во многих почвах составляет 0,03-0,25%. Около половины его находится в минеральной форме, а половина — в форме органических соединений. В слабоокультуренных торфяных почвах на фосфор в органической форме приходится до 70%. Некоторое количество его содержится в поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Значительная часть минеральных форм фосфора в кислых подзолистых почвах и красноземах находится в труднодоступных для растений фосфатах железа и алюминия. В нейтральных почвах, например в черноземах, минеральный фосфор представлен более доступными для растений фосфатами кальция и магния.

На долю калия (К₂0) в почве приходится 0,6-3% массы почвы. Больше калия содержится в глинистых и суглинистых почвах, а в почвах легкого механического состава (песчаных и супесчаных) его значительно меньше. В дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах валовое содержание калия составляет 0,5-1,5%, суглинистых и глинистых — 1,5-2,5%, в серых лесных и черноземных почвах — 1-3%, в каштановых и бурых почвах — 1-2%. Меньше всего калия в торфяных почвах — 0,03-0,15%. Около 0,5-1% валового содержания калия находится в поглощенном почвенными коллоидами (обменном) состоянии. Обменный калий доступен для растений. Количество обменного калия в пахотном слое составляет, кг/га: в подзолистых почвах — 150-300, черноземах — 400-900, сероземах — 600-1500.

В отличие от азота и фосфора калий не образует в растениях прочные органические комплексы. Поэтому количество его в органическом веществе почвы незначительно.

Содержание магния (MgO) составляет 0,4-4% и более от массы почвы и зависит от состава материнской породы. В почвах, образовавшихся на суглинках и глинах, больше магния, чем в почвах, возникших на песках.

Около 90-95% магния в почве входит в состав различных минералов, главным образом силикатов и алюмосиликатов, которые трудно растворяются в воде, поэтому содержащийся в них магний не может быть непосредственно использован растениями. Около 5-10% магния находится в поглощенном (обменном) состоянии. Обменный магний, как и обменный калий, играет важнейшую роль в питании растений, пополняя количество магния в почвенном растворе по мере потребления его растениями. Незначительная часть магния в почве встречается в форме органических веществ, после разложения которых он становится доступным для растений. Около 1 /₃:- 2 /₃ магния в органических остатках может извлекаться непосредственно водой и усваиваться растениями.

Наиболее богаты магнием черноземы, каштановые почвы и сероземы. Меньше магния в песчаных, супесчаных и некоторых торфяных почвах. Таких почв в СССР около 14 млн. га, на них необходимо применять магниевые удобрения. Однако на большей части почв содержание магния вполне достаточно для обеспечения высоких урожаев.

Кальция (СаО) в почвах около 0,2-2% и более от их массы. Он представлен силикатами, карбонатами, гипсом, фосфатами и другими соединениями. Часть кальция находится в поглощенном состоянии. Наиболее богаты обменным кальцием черноземы (около 40 мэкв). Наименьшее количество его встречается в подзолистых почвах (5-8 мэкв), что связано с их кислотностью. Известкованием не только смещается реакция почвы, но и улучшается питание растений кальцием.

Содержание серы (SO3) колеблется от 0,1 до 0,5% массы почвы. Сера в почве представлена органическими соединениями (80-90%), где она находится в восстановленной форме, и минеральными соединениями с кальцием, железом, калием, натрием (10-20), являющимися источником питания растений. Процесс окисления серы, входящей в состав гумуса и органических остатков, происходит под влиянием аэробных бактерий (сульфофикация).

В большинстве почв количество серы достаточно для растений, однако в малогумусных подзолистых песчаных почвах ее немного, поэтому сульфатные формы удобрений здесь более эффективны, чем хлоридные. Серу в почву вносят также с органическими удобрениями, с простым суперфосфатом. Некоторая часть серы в промышленных районах поступает в почву из атмосферы в виде сернистого газа, образующегося при сжигании топлива, выплавке металла из сернистых руд и т. д.

Валовое содержание железа (Fе₂O₃) в почвах колеблется от 1 до 11%. В легких по механическому составу почвах его меньше, чем в тяжелых. Наибольшее количество железа наблюдается в красноземах Западной Грузии.

Железо в почве находится в форме ферроалюмосиликатов, окиси и закиси железа и их гидратов. Недостаток железа для растений чаще всего проявляется на карбонатных или сильноизвесткованных почвах, где оно находится в труднодоступном состоянии.

Бора в почвах сравнительно мало — всего тысячные доли процента массы почвы (2-120 мг/кг). Меньше всего бора содержится в дерново-подзолистых почвах и красноземах, больше — в сероземах и засоленных почвах. Бор в почве находится в виде силикатов и других солей (75-90%) и в органической форме (10-25%). На долю водорастворимых, доступных для растений соединений бора приходится 10-25% общего количества его в почве.

Молибдена содержится 0,2-7,5 мг/кг почвы, в том числе усвояемого растениями — 0,02-0,97 мг, причем в сильнокислых почвах его меньше, а в щелочных — больше.

Валовое содержание меди в почвах составляет 0,001-0,08% (1,5-100 мг/кг почвы и более). Количество усвояемой меди колеблется от 0,05 до 14 мг/кг почвы. Наиболее бедны медью песчаные и особенно торфяные почвы (2-3 мг/кг сухого торфа). При этом медь в торфяных почвах находится в малодоступных для растений медьорганических соединениях. Больше всего меди в красноземах и желтоземах.

Валовое содержание марганца в почвах колеблется от 100 до 4000 мг/кг почвы, а подвижного марганца — от 1 до 150 мг. В тяжелых почвах марганца больше, чем в легких. Кислые почвы богаче подвижным марганцем, при этом чем выше кислотность почвы, тем больше его переходит в обменную форму.

В кислых почвах марганец представлен подвижной двухвалентной формой, в нейтральных и слабощелочных — в малодоступных для растений трех- и четырехвалентной формах, поэтому растения на этих почвах нуждаются в марганцевых удобрениях.

Количество цинка составляет 25-100 мг/кг почвы, в том числе усвояемого 0,03-20 мг. Этого элемента больше в подзолистых почвах, меньше в сероземах, каштановых, бурых и нейтральных черноземных почвах.

В таблице 16 приводятся сведения о содержании в почвах сельскохозяйственных угодий СССР подвижного фосфора (Р₂О₅). обменного калия (К₂О) и реакции почвенной среды (рН KCl-вытяжки) по данным агрохимического обследования почв по состоянию на 1 января 1982 г.

Как видно из приведенных данных, в целом по стране более 40% площадей пахотных почв (87,9 млн. га) имеют низкое и очень низкое содержание подвижного фосфора, более 11% (24 млн. га) — низкое и очень низкое содержание обменного калия. Площадь пахотных почв в СССР, подлежащих известкованию (рН до 5,5), равна 24,6% (53,2 млн. га).

16. Группировка почв сельскохозяйственных угодий СССР по содержанию подвижного фосфора, обменного калия и степени кислотности на 1 января 1982 г. (в числителе — % к обследованной площади, в знаменателе — тыс. га)

Продолжение

Площади почв с низким и очень низким содержанием фосфора на сенокосах составили 52% от обследованной площади; с низким и очень низким содержанием обменного калия — 35% почв, подлежащих известкованию — 41,8%; соответствующие площади на пастбищах равны 44,7; 25,5 и 31,1%; под многолетними насаждениями — 43,6; 17,6 и 16,3%.

Агрохимическая характеристика почв конкретных полей (участков) выдается колхозам и совхозам станциями химизации в виде агрохимических паспортов или агрохимических карт на основании результатов агрохимического обследования почв, периодичность которого составляет 3 (при орошении) — 5 лет (в богарных условиях).

Методы анализов при агрохимическом обследовании почв в нашей стране стандартизированы: подвижный фосфор и обменный калий в почвах Нечерноземной зоны определяют методом Кирсанова (в 0,2 н. солянокислой вытяжке), в Прибалтийских республиках — по методу Эгнера-Рима (в аммонийно-лактатной вытяжке), в почвах Черноземной зоны в некарбонатных черноземах — по методу Чирикова (в 0,5 н. уксуснокислой вытяжке), в карбонатных черноземах, сероземах, каштановых и бурых почвах — по методу Мачигина (в 1%-ной углеаммонийной вытяжке). Кислотность почвы (рН) определяют в 1 н. КС1-вытяжке.

Во многих пахотных почвах недостает микроэлементов. В одиннадцатой пятилетке предусматривается завершение работ агрохимической службы по обследованию пахотных почв страны на содержание в них подвижных форм микроэлементов, магния, серы.

Источник

Состав почвы

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор; и газовой (почвенный воздух) фаз.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (в среднем около 1%, иногда до 2—3% и более) и меньшим — кислорода. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образование углекислого газа в почве происходит в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующийся углекислый газ частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту (H₂O + СО₂ = Н₂СО₃). Последняя вызывает подкисление раствора, в результате чего усиливается растворение и перевод в усвояемую для растений форму содержащихся в почве нерастворимых минеральных соединений Р, К, Са, Mg и др.

При избыточном увлажнении почвы и плохой аэрации содержание углекислоты в почвенном воздухе повышается, а количество кислорода снижается до 8—12% и менее, что отрицательно сказывается на развитии растений и микроорганизмов.

Почвенный раствор — наиболее подвижная и активная часть почвы. Он является непосредственным источником воды и питательных веществ для растений. Состав и концентрация его изменяются в результате разнообразных биологических, химических и физико-химических процессов. Между жидкой, газообразной и твердой фазами почвы постоянно устанавливается подвижное (динамическое) равновесие. Поступление солей в почвенный раствор зависит от хода процессов выветривания и разрушения минералов, разложения органического вещества в почве, внесения органических и минеральных удобрений.

Концентрация почвенного раствора незасоленных почв невелика и колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов веществ на литр. В засоленных почвах содержание растворенных веществ достигает десятков, а иногда и сотен граммов на литр.

Избыток водорастворимых солей в почве (более 0,2%, или 2 г на 1 кг почвы) вредно действует на растения, а при содержании их 0,3—0,5% растения погибают.

В почвенном растворе содержатся не только минеральные, но и органические вещества, органоминеральные соединения, а также растворенные газы (углекислый газ, кислород, аммиак и др.). В составе почвенного раствора могут находиться различные анионы и катионы. Наиболее важное значение для питания растений имеет присутствие в почвенном растворе ионов К + , Са 2+ , Mg 2+ , NH₄ + , NO₃ — , SO₄ 2- и H₂PO₄ — и постоянное их пополнение. Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах — в виде катионов и гидратов полуторных окислов в коллоидно-растворимой форме.

Огромное значение для питания и роста растений, как уже указывалось ранее, имеет реакция почвенного раствора.

От концентрации и степени диссоциации растворенных веществ зависят осмотическое давление почвенного раствора и поглощение воды корнями растений. Осмотическое давление почвенного раствора в незаселенных почвах значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На засоленных почвах с большим осмотическим давлением поглощение воды культурными растениями затрудняется.

Концентрация солей и осмотическое давление почвенного раствора зависят от влажности почвы и являются весьма динамичными величинами.

Твердая фаза почвы состоит из минеральной и органической частей, которые являются основными источниками питательных веществ для растений.

Около половины твердой фазы приходится на кислород, одна треть — на кремний, свыше 10% — на алюминий и железо и лишь 7% составляют остальные элементы (табл. 1)

Азот практически полностью содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород — как в минеральной, так и в органической, а все другие из указанных в ице элементов — в минеральной части почвы.

Минеральная часть составляет 90—99% массы твердой фазы почв и имеет сложный минералогический и химический состав. Она представлена кристаллическими кремнекислородными и алюмокремнекислородными (или силикатными и алюмосиликатными) минералами, аморфными и кристаллическими гидроксидами алюминия, железа и кремния, а также различными нерастворимыми минеральными солями. Наиболее распространен в почве первичный силикатный минерал кварц (SiO₂, двуокись кремния). Содержание его во всех почвах превышает 60%, а в легких песчаных достигает 90% и более. Кварц характеризуется большой механической прочностью и устойчивостью к химическому выветриванию, он не участвует в химических реакциях в почве.

Из первичных алюмосиликатных минералов в почве широко распространены калиевые и натрий-калиевые полевые шпаты, в меньшей степени — калийная и железисто-магнезиальные слюды. Постепенно разрушаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений.

Первичные минералы — кварц, шпаты и слюды — обычно присутствуют в почве в виде частиц песка и пыли.

Вторичные, или глинистые, минералы образуются при изменении полевых шпатов и слюд в процессе выветривания и почвообразования. Они находятся в почве главным образом в виде мелкодисперсных илистых и коллоидных частиц и обладают большой суммарной поверхностью и поглотительной способностью. По строению кристаллической решетки, степени дисперсности и другим свойствам глинистые минералы объединяют в три группы: каолинитовую, монтмориллонитовую, гидрослюд. Они состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода, а также содержат небольшое количество железа, кальция, магния, калия и могут быть источником этих элементов для растений.

В твердой фазе почвы всегда присутствуют в сравнительно небольшом количестве труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа и алюминия), а в отдельных почвах может быть значительное количество малорастворимых карбонатов кальция, магния и сульфата кальция.

В почве постоянно протекают процессы превращения труднорастворимых соединений в легкорастворимые и, следовательно, более доступные растениям. Одновременно происходят и обратные процессы.

Различные механические фракции почвы имеют неодинаковый минералогический и химический состав, отличаются по содержанию элементов питания. Более крупные частицы почвы — песчаные и пылеватые — состоят в основном из кварца, поэтому характеризуются высоким содержанием кремния, но меньшим — алюминия, железа, а также кальция, магния, калия, фосфора и других элементов.

В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно первичные и вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше содержится алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, натрия, фосфора и других элементов питания. В связи с этим более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные. Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (глинистые минералы) вместе с органическим веществом обусловливают ее поглотительную способность, которая играет важную роль при взаимодействии удобрений с почвой.

Следовательно, механический состав почвы в значительной степени определяет многие важные ее свойства — содержание элементов питания (Са, Mg, К, Р, Fe, микроэлементов), поглотительную способность, а также физические свойства (влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режим).

Органическое вещество почвы
составляет небольшую часть твердой фазы, но имеет важное значение для ее плодородия и питания растений. Содержание органического вещества в почвах колеблется от 1—3% (в подзолистых почвах и сероземах) до 8—10% и более в мощных черноземах.

Органическое вещество почвы представлено в основном (на 85—90%) гуминовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами) и лишь небольшая часть — негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения.

Общий запас гумуса в пахотном слое почв с относительно невысоким его содержанием — сероземах и дерново-подзолистых — составляет 30—50 т, в черноземах — 100— 200 т, а в метровом слое — соответственно 50—120 и 300— 800 т на 1 га.

В органическом веществе находится основной запас азота, поэтому почвы, содержащие больше органического вещества, отличаются и большим количеством азота. В органическое вещество входят также сера и фосфор. При его минерализации азот, фосфор и сера переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота оказывают растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния; в результате эти элементы переходят в доступную для растений форму.

Гумусовые вещества наряду с мелкодисперсными минеральными частицами почвы участвуют в адсорбционных процессах, определяют поглотительную способность почвы и ее буферность. Органическое вещество служит источником питания и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов. Гумусовые вещества почвы труднее подвергаются минерализации, чем органические соединения растительных остатков и негумифицированных веществ. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений может происходить значительное уменьшение общего количества гумуса и азота в почве. Размеры ежегодной минерализации органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв 0,6—0,7 т, а черноземов — 1,0 т на 1 га, с образованием соответствующего количества (соответственно 30—35 и 50 кг/га) доступного растениям минерального азота. При среднем содержании азота в гумусе около 5% на каждую единицу доступного растениям азота (NO₃ — + NH₄ + ) должно минерализоваться двадцатикратное количество гумуса.

Наиболее интенсивно разлагается гумус в чистых парах, где в почве может накапливаться до 100—120 кг N—NO₃ на 1 га. Одновременно с минерализацией органического вещества в почве постоянно происходит за счет разлагающихся растительных остатков новообразование гумуса, и изменение общего его количества определяется соотношением между этими процессами.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.

Содержание основных элементов питания в почвах и их доступность растениям. Разные типы почв отличаются по содержанию основных элементов питания (табл. 2). Общий запас азота, фосфора и калия в большинстве почв составляет значительные величины, в десятки и сотни раз превышающие вынос их урожаем одной культуры. Однако основная масса питательных веществ находится в почве в виде соединений, недоступных для непосредственного питания растений. Валовой запас питательных веществ в почве характеризует лишь ее потенциальное плодородие. Для оценки эффективного плодородия почвы, действительной способности ее обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур важное значение имеет содержание питательных веществ в доступных для растений формах.

Для питания растений доступны только те питательные вещества, которые находятся в почве в форме соединений, растворимых в воде и слабых кислотах, а также в обменно-поглощенном состоянии. Мобилизация питательных веществ, переход труднорастворимых соединений в усвояемую форму постоянно происходят в почве под влиянием биологических, физико-химических и химических процессов.

В разных почвах процессы мобилизации протекают с неодинаковой интенсивностью в зависимости от характера соединений, которыми представлены питательные вещества, климатических условий, уровня агротехники и т. д. Обычно эти процессы протекают медленно, и тех количеств доступных для растений форм питательных веществ, которые образуются в почве за вегетационный период, бывает недостаточно для удовлетворения потребности растений. Поэтому почти на всех почвах внесение удобрений значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Содержание усвояемых форм питательных веществ зависит от типа почвы, ее окультуренности и предшествующей удобренности. Оно может быть неодинаковым в разных хозяйствах и на отдельных полях хозяйства. Поэтому для правильного применения удобрений важное значение имеют агрохимические анализы почв для определения подвижных форм азота, фосфора и калия, которые проводятся зональными агрохимическими лабораториями.

В зависимости от типа почв и других условий используются разные методы анализа. Для прогноза эффективности азотных удобрений определяют: а) содержание нитратов или суммы минерального азота (NO₃ — + NH₄ + ) в слое почвы 0—20 или 0—40 см. весной перед посевом; б) подвижный азот (NO₃ — , NH₄ + ) в 1%-ной K_{2 — до и после компостирования.}

Методы определения подвижного фосфора и калия отличаются в основном реактивом, применяемым для их извлечения, а также соотношением и временем взаимодействия его с почвой.

Источник