Динамика агрохимических показателей почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Азот в почвах

1.2 Фосфор и его соединение в почвах, значение и питание растений

1.3 Роль калия в почвах и питаний растений

1.4 Кислотность почв

2. Цель, условия и методы исследования

2.1 Цель задачи и методы исследования

2.2 Характеристика природно-климатических условий

3. Динамика внесения удобрений в хозяйстве

4. Динамика агрохимических показателей почв

4.1 Динамика кислотности почв

4.2 Динамика содержания подвижного фосфора

4.3 Динамика содержания обменного калия

5. Динамика урожайности сельскохозяйственных культур

6. Экономическая эффективность химизации земледелия

7. Охрана окружающей среды в сельском хозяйстве

7.1 Правовая охрана окружающей среды в современных условиях

7.2 Анализ природоохранной деятельности СПК «Скатинский»

7.3 Экологическая экспертиза внедряемой разработки

8. Безопасность жизнедеятельности на производстве и в чрезвычайных ситуациях

8.1 Анализ состояния охраны труда

8.2 Выполнение требований Законодательства о труде

8.3 Структура службы охраны труда

8.4 Выполнение требований пожарной безопасности

8.5 Состояние производственной санитарии

8.6 Выполнение требований техники безопасности

8.7 Инструкция по технике безопасности при проведении механизированных работ

Выводы

Литература

Введение

Земледелие как отрасль хозяйственной деятельности человека, связанная с выращиванием культурных растений, возникла около 12 - 14 тысячелетий назад, когда человек стал переходить от собирательства и охоты к оседлому образу жизни. С этого периода в процессе физического и производственного приобщения к почве человек всё полнее и глубже осознавал возрастающую зависимость существования человеческого рода от состояния почвы. Выращивание различных сельскохозяйственных растений с целью получения продуктов питания, кормов и сырья для промышленности непрерывно связано с почвой[7].

Почва является природным, рыхлым и динамичным по состоянию телом, сформировавшимся в результате естественно-исторических процессов, протекающих в поверхностных горизонтах слоя земной коры.

Почва обладает важнейшим свойством - плодородием и характеризуется уникальностью свойств живого и неживого природного тела. Входя в состав биосферы земли, почва накапливает биологически важные минеральные элементы, аккумулирует лучистую энергию Солнца в форме органического вещества, преимущественно гумуса, обеспечивает равновесное течение круговорота веществ и энергии в природе, удерживает воду, воздух и тепло. Благодаря этим и ряду других процессов формируется и развивается плодородие почвы, под которым в земледелии понимают «совокупность свойств почвы, обеспечивающих необходимые условия для жизни растений» (ГОСТ 16265 - 89). Таким образом, почва -- это живая система, в которой протекают биологические, химические, биохимические и физико-химические процессы. Все эти процессы, вместе взятые, позволяют ей выполнять главную функцию -- быть средой обитания, обеспечивающей жизнь на поверхности земли.

Вовлекаемая в сельскохозяйственную обработку почва становится для человека основным важнейшим средством производства. В сравнении с такими оборотными средствами сельскохозяйственного производства как постройки, скот, машины, орудия и т.п., которые по мере изнашивания нуждаются в замене, почва не только не утрачивает своего плодородия, но, напротив, при разумном хозяйствовании ее плодородие может быть существенно повышено. Следовательно, плодородие не является неизменным застывшим свойством, определяемым только природными процессами. Напротив, оно динамично и в результате использования в сельскохозяйственном производстве может изменяться в сторону повышения или понижения. Последнее особенно нежелательно и чревато усилением цепи негативных последствий: снижением продуктивности возделываемых растений и адекватным сокращением эффективности вкладываемых в производство труда и капитала, что сопровождается очередным понижением плодородия почвы.

Почва -- это источник человеческих благ, материальная основа существования многих и многих поколений человечества, вот почему важно заботиться о неиссякаемом ее плодородии[15].

В настоящее время возрастает негативное комплексное воздействие на почву: техногенное загрязнение отходами промышленности и транспорта (тяжелые металлы, токсические элементы и соединения, кислотные дожди и т.д.), а также серьезные недоработки и упущения, имеющие место в сельском хозяйстве. Потенциальные возможности почвы в нейтрализации антропогенной нагрузки на нее не беспредельны.

Хорошо гумусированные почвы поглощают тяжелые металлы, переводя их в недоступные для растений формы. Многие токсические элементы переходят в труднодоступные соединения благодаря химическим реакциям и физико-химическому поглощению, а также в результате процессов их иммобилизации.

Благодаря буферности почва противостоит сдвигу реакции среды в кислую или щелочную сторону, что предотвращает нарушения баланса биогенных макро- и микроэлементов, а также мобилизацию токсических веществ. фосфор почва сельскохозяйственный урожайность

Интенсивная обработка почвы с использованием тяжелых орудий и машин ухудшает агрофизические свойства почвы -- плотность, воздухопроницаемость, а это приводит к существенному изменению направленности биологических процессов в почве, а также ее химических и физико-химических свойств.

Высокие дозы минеральных удобрений ухудшают агрохимические свойства почвы, особенно дерново-подзолистого типа: повышается кислотность, снижается сумма и степень насыщенности почв основаниями, возрастает содержание подвижных форм алюминия, марганца, возрастают потери азота удобрений в газообразной форме и вследствие вымывания. Совместное внесение органических и минеральных удобрений существенно снижает негативное действие высоких доз последних. Особенно эффективно систематическое совместное применение удобрений в сочетании с известкованием. Это приводит к значительному улучшению свойств почвы и продуктивности севооборота.

Забота о плодородии почвы -- забота не только о повышении продуктивности земледелия, но, прежде всего, о сохранении оптимальной экологической ситуации на земле.

1. Обзор литературы

Продуктивность растений является функцией многих сопряженных факторов, среди которых метеорологическая обстановка, свойства почв и удобренность всегда играли определяющую роль. В обеспечении устойчивого роста урожайности сельскохозяйственных культур имеет важное значение не только применение органических и минеральных удобрений во всевозрастающем количестве, но и их научное обоснование на основе глубоких знаний агрохимических свойств почв, природы и динамики содержащихся в них элементов минерального питания растений в различных почвенно-климатических зонах.

Познание содержания элементов питания в почвах с учетом их генетических и агропроизводственных особенностей становится первоочередным требованием для научного прогнозирования потенциальной способности почв обеспечивать растения необходимыми элементами питания растений и разработки практических приемов их оптимизации.

1.1 Азот в почвах

Указывая на исключительную роль азота в плодородии почвы И. В. Тюрин [16] писал: «...рассматривая почвообразовательный процесс как в основном биологический процесс развития природного плодородия почвы, мы должны сделать вывод, что существенной чертой этого процесса являются процессы ассимиляции и круговорота азота, а характерным признаком почвенных образований следует считать аккумуляцию азота, главным образом в органической форме гумусовых веществ, ... запасы общего азота в почвах можно считать за условный количественный показатель потенциального плодородия почв. А количества азота, ежегодно используемого растительностью из этих запасов, могут служить такой же условной мерой действительного или, как принято говорить, эффективного плодородия почв».

Азот - один из основных элементов, необходимых для растений. По образному выражению одного из основоположников учения об азотном питании растений Д. Н. Прянишникова [10]«...без азота нет белков, без белков нет протоплазмы, без протоплазмы нет жизни». Он входит в состав всех простых и сложных белков, которые являются главной составной частью цитоплазмы растительных клеток, и в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), играющих исключительно важную роль в обмене веществ в организме. Азот содержится в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, ферментах и во многих других органических веществах растительных клеток. Весь сложный цикл синтеза органических азотистых веществ в растениях начинается с аммиака, и распад их завершается его образованием. Это послужило основанием Д. Н. Пянишникову[10] сказать, что «аммиак есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растения». Поглощение растениями азота и его использование для синтеза белков и других азотистых веществ происходят в течение всей вегетации, но с неодинаковой интенсивностью в разные фазы роста и развития. В начальный период роста растения потребляют сравнительно небольшое количество азота. Однако недостаток его в этот период резко отрицательно сказывается на всем дальнейшем росте растений. Наиболее интенсивно поглощение растениями азота из почвы и его использование для синтеза аминокислот и белков происходят в период максимального роста и образования вегетативных органов - стеблей и листьев.

Условия азотного питания сильно влияют на рост и развитие растений. При недостатке азота рост их резко ухудшается. Особенно сильно сказывается недостаток азота на развитии листьев: они бывают мелкие, имеют светло-зеленую окраску, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Ухудшаются также формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна.

Пои нормальном азотном питании растений повышается синтез белковых веществ, усиливается и дольше сохраняется жизнедеятельность организма, ускоряется рост и несколько замедляется старение листьев. Растения образуют мощные стебли и листья, имеющие интенсивно-зеленую окраску, хорошо растут и кустятся, улучшаются формирование и развитие репродуктивных органов. В результате резко повышаются урожай и содержание белка в урожае. Растительные белки содержат около 16% азота, или ¹/₆ их массы. Качество зерна и другой сельскохозяйственной продукции часто оценивают по показателю «сырой белок», под которым понимается все количество азотистых соединений в растении, подавляющая доля которых в зерне приходится на белок. Однако одностороннее избыточное азотное питание, особенно во второй половине вегетации, задерживает созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов. Повышение белковости улучшает качество урожая, но не всякое увеличение содержания азотистых веществ повышает хозяйственную ценность культуры. Избыточное азотное питание может приводить также к накоплению вредных для людей и животных количеств нитратов в растениях. Избыточное накопление аммиака в высших растениях, особенно при недостатке углеводов, ведет к отравлению растения.

Исследованиями Д. Н. Прянишникова было установлено, что главным источником азота для растений являются его минеральные формы -- аммиак и нитраты. Однако следует отметить, что азот в почве на 96--99% представлен в органической форме, который постепенно путем сложных биохимических процессов становится доступным для растений. М. М. Кононова[7] считает, что азот в перегнойном веществе черноземов входит преимущественно в циклические формы гуминовых кислот, где он прочнее связан и с трудом поддается процессам гидролиза.

Содержание азота в земной коре, по данным А. П. Виноградова, 2,3*10^-2 %, а общие запасы его исчисляются десятками миллиардов тонн. Общее содержание азота в почвах зависит от содержания в них органических веществ: больше всего азота в наиболее богатых гумусом мощных черноземах, а меньше - в бедных гумусом дерново-подзолистых почвах и сероземах. Однако обеспеченность сельскохозяйственных растений азотом зависит не столько от валового содержания его в почве, сколько от содержания усвояемых растениями минеральных соединений. Только малое количество азота (около 1%) содержится в легкоусвояемых растениями минеральных формах (NO₃^- и обменного NH₄⁺). В связи с этим нормальное обеспечение растений азотом зависит от скорости минерализации азотистых органических веществ. Разложение органических азотистых соединений в почве в общем виде может быть представлено схемой (Рис. 1):

Белки, гуминовые вещества		Аминокислоты, амиды		Аммиак		Нитриты		Нитраты

Рисунок 1Схема разложения органических азотистых соединений в почве.

Распад азотистых органических веществ почвы до аммиака называется аммонификацией. Аммонификация происходит во всех почвах при разной реакции среды, в присутствии воздуха и без него, но в анаэробных условиях при сильнокислой и щелочной реакциях она сильно замедляется. На скорость аммонификации влияют также температура почвы, влажность и другие факторы. В анаэробных условиях азотистые вещества разлагаются до аммиака. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов - осуществляется нитрификация.

При хорошем доступе воздуха, влажности почвы 60-70% капиллярной влагоемкости, температуре 25-32^оС и рН 6,2-8,2 нитрификация протекает интенсивно и основная масса аммиачного азота быстро окисляется до нитратов. По данным А. Н. Лебедянцева, при достаточных запасах в почве азотистых органических веществ, благодаря нитрификации, может образоваться в год до 100 мг азотной кислоты на 1 кг почвы (300 кг на 1 га).

Однако процесс нитрификации наряду с положительным значением играет и отрицательную роль, так как нитраты не только накапливаются в почве, но вследствие своей подвижности могут вымываться из нее, а также подвергаться денитрификации с образованием газообразных форм азота (NO, N₂O и N₂), в результате чего азот выделяется из почвы.

В почве одновременно с минерализацией органического азотсодержащего вещества, нитрификацией и денитрификацией происходят и вторичные процессы синтеза, когда минеральные соединения азота вновь переходят в органические, неусвояемые для растений. Эти процессы иммобилизации носят биологический характер. Микроорганизмы строят белок своих тел, используя углеводы и азот. В результате биологического синтеза в почве азот не теряется, как в случае вымывания нитратов или денитрификации; он лишь переходит в недоступные растениям сложные органические вещества. При отмирании и последующем разложении микроорганизмов белковый азот их тел частично снова освобождается в минеральной форме (NH₃), а часть его в процессе гумификации микробного белка включается в состав образующихся в почве гумусовых веществ и на более длительный срок переходит в неусвояемую форму. Процессы мобилизации и иммобилизации азота протекают в почве одновременно, интенсивность их, соотношение между ними в значительной степени определяют азотный режим почвы и условия азотного питания.

При оценке азотного режима почв многие исследователи [3, 17] приводят материалы, указывающие, что для почв лесостепной и степной зоны типичным является положение, когда на долю азота в гумусе перегнойного горизонта приходится 5%.

Доля азота в гумусе с глубиной изменяется. При этом отмечено постепенное увеличение содержания азота в составе гумуса у светло-серых, серых и темно-серых лесных почв. На глубине 70--90 см у этих почв доля его возрастает примерно в 3 раза. У черноземов лесостепи это увеличение составляет 1,5--2 раза, а у лугово-черноземных почв наблюдается тенденция к снижению.

Д. Бремнер [19], П. М. Смирнов [14], А. В. Колоскова и Л. И. Шитова [6] и другие отмечают, что в пахотном слое может содержаться до 8% фиксированного аммония, количество которого с глубиной возрастает до 30%.

Проблема азотного питания растений в целом и достижение положительного баланса азота в земледелии в частности могут быть успешно решены за счет двух основных источников -- азот почвы и азота удобрений.

Еще П. А. Костычев указывал на необходимость не только внесения удобрений, но и мобилизации запасов питательных веществ почвы.

Исследования Н. А. Сапожникова и др. [12] показывают, что в высокоокультуренных, биологически активных почвах значительно возрастает роль почвенного азота в азотном питании растений.

1.2 Фосфор и его соединения в почвах, значение в питании растений

Окисленные соединения фосфора, безусловно, необходимы всем живым организмам. Без фосфорной кислоты не может существовать ни одна живая клетка. Нуклеопротеиды - важнейшее вещество клеточных ядер - содержат в своем составе фосфорную кислоту. Нуклеопротеиды - соединения белков с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Как и белковые вещества, нуклеиновые кислоты - высокополимерные соединения коллоидного характера. Структура их необычайно сложна, хотя они и состоят лишь из четырех основных компонентов - нуклеотидов. В структуре нуклеиновых кислот «записаны» наследственные особенности организма, поскольку по ним воспроизводятся синтез и структура белковых молекул у потомства.

В нуклеиновых кислотах содержание фосфора составляет около 20% (в расчете на Р₂О₅). Нуклеиновые кислоты имеются в каждой растительной клетке, во всех тканях и органах.

Фосфор содержится также в составе ряда других органических веществ растений, таких как фитин, лецитин, сахарофосфаты и другие. Фосфатиды играют очень важную биологическую роль, так как входят в состав фосфолипидных мембран, регулирующих проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.

Фосфорные эфиры сахаров, или сахарофосфаты, - группа фосфорных соединений, постоянно присутствующих во всех тканях растений. Эти соединения играют особенно существенную роль при дыхании, биосинтезе сложных углеводов (сахарозы, крахмала и др.) из более простых, в процессе фотосинтеза, при взаимных превращениях углеводов и т. д.

Таким образом, фосфор входит в состав многих органических биологически важных веществ в растениях, без которых жизнедеятельность организмов невозможна. Однако этим роль фосфора не исчерпывается. Для осуществления синтетических процессов, например биосинтеза белков, жиров, крахмала, сахарозы, необходима затрата значительного количества энергии, которая доставляется так называемыми макроэргическими соединениями.

В настоящее время известно большое число макроэргических соединений, в состав большинства которых входит фосфор. Макроэргические связи образуются при участии фосфорной кислоты.

Несмотря на значительное число макроэргических соединений в живых организмах, основная роль среди них принадлежит аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ). Она является главным акцептором энергии, освобождающейся при расщеплении органических соединений в клетках, и основным переносчиком, поставщиком энергии, необходимой для осуществления синтетических процессов. АТФ как переносчик энергии участвует в биосинтезе белков, жиров, крахмала, сахарозы, аспарагина и глутамина, ряда аминокислот и многих других соединений.

У молодых быстро растущих растений фосфор концентрируется преимущественно в меристематической ткани. Он легко передвигается внутри растения и перемещается из старых тканей в более молодые, то есть реутилизируется. По мере созревания культур большая часть усвоенного растением фосфора сосредоточивается в семенах и плодах.

Внешние симптомы фосфорного голодания растений проявляются в синевато-зеленой окраске листьев, нередко с пурпурным или бронзовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления сахаров). Часто листья мельчают и развиваются более узкими, края их загибаются кверху (картофель). Окраска их темнее, чем у нормально питающихся фосфором. При недостатке фосфора приостанавливается рост культур, задерживается созревание урожая.

Следует отметить, что избыток фосфора ведет к плохому использованию его растением, так как в этом случае много фосфатов находится в минеральной форме, особенно в вегетативных органах. При избытке фосфора растения созревают преждевременно, не успев синтезировать хороший урожай. Фосфора в растениях в 2-3 раза меньше, чем азота. Как и азота, фосфора в растениях содержится гораздо больше в зерне и вообще в товарной продукции, нежели в соломе и другой нетоварной массе, представленной вегетативными органами.

Влияние фосфора на жизнедеятельность растений весьма многообразно. Хорошее фосфорное питание не только значительно повышает урожай сельскохозяйственных культур, но и заметно улучшает его качество. У хлебов увеличивается доля зерна в общей массе, зерно более богато крахмалом, а иногда и белком. В плодах и корнеплодах накапливается больше углеводов. Прядильные культуры имеют более длинное, более прочное и более тонкое волокно.

В противоположность азоту фосфор ускоряет развитие культур, что позволяет в южных районах страны уменьшить опасность попадания зерновых под суховей, а в северных - яровых хлебов под заморозки (ранней осенью). Повышение содержания растворимых углеводов в клеточном соке понижает точку замерзания растений, что приводит к усилению зимостойкости озимых культур и многолетних бобовых трав под влиянием фосфорных удобрений, вносимых с осени. Увеличиваются также прочность соломины и стойкость к полеганию хлебов.

Исследования показали, что растения приспособились к питанию из крайне разведенных растворов. Независимо от природы испытанных растений в опытах минимальная концентрация Р₂О₅, при которой кукуруза, пшеница, горох, горчица и гречиха еще могли питаться этим веществом, составляла от 0,01 до 0,03 мг на 1 л. Растение может удовлетворить свою потребность в фосфоре лишь при наличии весьма большого объема подобного раствора, но этого как раз не бывает в полевых условиях. Оптимальная концентрация Р₂О₅ должна достигать 1,2 мг/л.

В первые периоды роста сельскохозяйственные растения поглощают фосфаты интенсивнее, чем в последующие. Растение создает резерв этого вещества, перераспределяя его затем между органами в зависимости от потребности их в фосфатах для синтеза органических веществ (конституционных и запасных).

Все растения крайне чувствительны к фосфатному голоданию в самом раннем возрасте, когда усваивающая способность их неразвитой еще корневой системы весьма слабая. Недостаток фосфатов задерживает образование органических кислот из углеводов, что тормозит связывание поступающего через корни аммиачного азота. Следовательно, фосфорное голодание приводит к слабому использованию азота и других питательных элементов. Фосфорное голодание растений в ранний период их роста вызывает такую депрессию, что ее невозможно полностью преодолеть даже нормальным последующим питанием. Более того, при голодании в начале своего развития культуры реагируют отрицательно на обильное фосфорное питание в дальнейшем.

Фосфор, как и азот, концентрируется в товарной части урожая, что должно обязательно учитываться в практике применения фосфорных удобрений. Обычно только малая доля товарной продукции используется непосредственно в хозяйстве. Нетоварная же продукция почти целиком остается на его территории и в значительной части идет либо на корм, либо в подстилку животным, поэтому в составе навоза возвращается в почву. Но азот и фосфаты, взятые из почвы товарной массой урожая, реализованной за пределами хозяйства, не возвращаются в почву. Поэтому на любой почве рано или поздно наступает момент, когда без добавления азота и фосфора извне, с удобрениями, урожай не может быть систематически возрастающим.

В питании растений фосфором почва является единственным источником, где фосфаты представлены в форме солей щелочных и щелочно-земельных оснований, полуторных окислов фосфоросодержащих минералов и комплексов фосфорно-органических соединений. В растения фосфор поступает преимущественно в виде ионов фосфорной кислоты. По аммонийному питанию в растениях накапливается фосфора больше, чем по нитратному. Возможно, что здесь проявляется антагонизм между названными анионами.

Содержание валового фосфора в пахотном слое различных почв России, согласно исследованиям Д. М. Хейфец [18], колеблется от 0,11 до 0,16%. Здесь, как и по азоту, отмечается тенденция к снижению количества фосфора от зоны черноземных, почв к северу и югу. По содержанию и запасам валового фосфора в корнеобитаемом слое Зауральские почвы менее обеспечены, чем аналогичные почвы других районов России [18].

Содержание валового фосфора характеризует потенциальное плодородие, а не эффективное. Значительная часть валовых запасов его в черноземах представлена органофосфатами и недоступна растениям. Более слабая по сравнению с азотом и калием доступность растениям фосфора даже из растворимых удобрений и подвижных запасов почвы (от 10 до 15% против 30-40% для азота и 25-35% - для калия) обусловлена рядом причин. Главнейшими из них можно считать следующие: крайне слабую диффузию фосфат-ионов в почве (вследствие энергичного химического, физико-химического и биологического связывания их ее компонентами); недостаточный охват усваивающей корневой системой всего объема почвы; часто низкий уровень влажности почвы, затрудняющий и без того слабую диффузию в ней фосфатов.

Помимо влияния полуторных окислов и реакции среды (как известно, в кислых почвах происходит связывание фосфорной кислоты полуторными оксидами с образованием нерастворимых фосфатов железа и алюминия) на фосфаты в почве оказывают влияние органические вещества, влажность и температура. Установлено, что гуматы натрия увеличивают подвижность в почве фосфатов кальция, однако влияние их не распространяется на фосфаты полуторных окислов. Многие органические кислоты (винная, лимонная, молочная, щавелевая) связывают в кислой среде катионы алюминия и железа, мешая им переводить фосфат-ионы в труднорастворимую форму.

Влияние перегноя многосторонне: он способствует уменьшению химического связывания фосфат-ионов почвенными частицами, будучи адсорбентом, повышает буферность почвы, смягчая вред физиологической кислотности аммиачных и калийных солей; наконец, сам перегной является источником питательных элементов для растений (азота, фосфора, серы и пр.).

Изучая динамику фосфатов почвы при изменении влажности, А. Н. Лебедянцев открыл, что высушивание черноземной почвы приводит к резкому увеличению в ней подвижности фосфорно-кислых солей, что положительно сказывается на плодородии. Разъясняя это явление, В. А. Францесон показал, что при быстром смачивании высушенной почвы происходит энергичное разрушение почвенных агрегатов. Не исключено, что благодаря обнажению при этом новых, внутренних поверхностей переходят в раствор ранее скрытые соединения фосфора. Результатом такой «распаковки» почвенных агрегатов является и повышение подвижности органического вещества почвы.

1.3 Роль калия в почвах и питании растений

Калий в растении находится в ионной форме и не входит в состав органических соединений клеток. Около 20% калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы, до 1% его необменно поглощается митохондриями, а основная часть (примерно 80%) находится в клеточном соке и легко извлекается водой. Поэтому калий вымывается из растений дождями, особенно из старых листьев.

Накапливающийся в хлоропластах и митохондриях калий стабилизирует их структуру и способствует образованию богатых энергией АТФ в процессах фотосинтетического и окислительного фосфорилирования. На свету прочность связи иона калия с коллоидами цитоплазмы клетки усиливается, а в темноте она ослабевает и происходит частичное выделение калия из растений через корни.

Калий влияет на усиление гидратации коллоидов цитоплазмы, повышая степень их дисперсности, что помогает лучше удерживать воду и переносить временные засухи. Под влиянием калия усиливается накопление крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в сахарной свекле и моносахаридов в ряде плодовых и овощных культур. Калий повышает холодоустойчивость и зимостойкость растений (в результате увеличения осмотического давления клеточного сока), устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням.

Калий усиливает синтез высокомолекулярных углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы, а также пектиновых веществ и др.), в результате чего утолщаются клеточные стенки соломины злаковых культур и повышается устойчивость хлебов к полеганию, а у льна и конопли улучшается качество волокна; катализирует работу некоторых ферментов, а также усиливает синтез и накопление ряда витаминов, имеет важное значение для деятельности замыкающих клеток устьиц.

Недостаток калийного питания приводит к нарушению метаболизма растений. Дефицит калия вызывает нарушения в углеводном и белковом обменах в растении, усиливая затраты сахаров на дыхание, ведет к образованию щуплого зерна, снижению всхожести и жизненности семян и в итоге отрицательно влияет на качество урожая. В послеуборочный период снижается сохраняемость урожая.

Внешние признаки калийного голодания растений проявляются в следующем: старые листья преждевременно желтеют начиная с краев; в дальнейшем их края и верхушка приобретают бурую окраску (иногда с красными, ржавыми крапинками), а затем края листьев отмирают и разрушаются, вследствие чего они становятся как бы обожженными и имеют рваный вид. При недостатке калия тормозится множество биохимических процессов, затрагивающих практически все стороны обмена веществ.

В ряде исследований показана тесная корреляция между содержанием калия в клетке и интенсивностью процессов роста. Недостаток калия тормозит деление, рост и растяжение клеток.

При недостатке калия снижается продуктивность фотосинтеза, отмечается факт значительного торможения оттока продуктов фотосинтеза из листьев. Критический период потребления калия растениями приходится на ранние фазы их роста (в первые 15 дней после всходов). Наибольшее количество калия растения потребляют, как правило, в период интенсивного прироста биологической массы.

Калий необходим для процессов включения фосфата в органические соединения, а также для реакции переноса фосфатных групп. При понижении содержания калия в клетке всегда возрастает содержание в ней натрия, магния и кальция. В клетке возрастает содержание свободного аммиака, ионов водорода, минеральных фосфатов.

Наличие калия всегда более высокое в молодых растущих органах растений, а также в меристеме и камбии. Из старых листьев калии передвигается в более молодые, то есть используется в растении повторно. В большей степени реутилизация выражается при недостаточном количестве калия в питательной среде, в результате чего пожелтение нижних листьев проявляется раньше, чем при нормальном калийном питании.

Чем меньше калия содержится в товарной, увозимой из хозяйства части урожая, и больше в нетоварной, остающейся на поля, а также в кормах, используемых в данном хозяйстве, тем в меньшей степени калий исключается из биологического круговорота и тем лучший баланс этого элемента складывается в почвах хозяйства. У зерновых культур калия меньше в товарной части урожая по сравнению с нетоварной, а в корнеклубнеплодах, многолетних травах, силосных и овощных культурах большая доля калия приходится на хозяйственно ценную часть урожая.

Валовое содержание калия в пахотном слое почвы в 5-50 раз больше, чем азота, и в 8-40 раз больше по сравнению с фосфором. В дерново-подзолистых супесчаных почвах валового калия (К₂О) 1-2%, в дерново-подзолистых суглинистых почвах - примерно 2%, в серых лесных почвах, оподзоленных, выщелоченных, обыкновенных черноземах и сероземах - около 2,5%, в южных черноземах и каштановых почвах - около 2%, в красноземах - 0,6-0,9%, в солонцах и солончаках - 1,2-3,0%. Очень мало его в торфяных почвах (0,03-1,0%). Недостаточные запасы валового калия иногда отмечаются и в пойменных почвах (0,3-2,2%).

Калий главным образом находится в минеральной части почвы - в органической части его очень мало. Калий в почве содержится:

В составе кристаллической решетки первичных и вторичных минералов (основное его количество);

В обменном и необменно-поглощенном состоянии в коллоидных частицах (значительная часть);

В составе пожнивно-корневых остатков и микроорганизмов;

В виде минеральных солей почвенного раствора (карбонатов, нитратов, хлоридов и др.), что составляет очень малую долю от валового калия.

Наилучшим источником питания растений являются растворимые соли калия. Хорошо используется растениями калий пожнивно-корневых остатков и микроорганизмов после их отмирания. Непосредственным резервом являются обменные катионы и малорастворимые соли. Ближайшим резервом питания служат гидрослюды, вермикулиты, вторичные хлориты, монтмориллонит, необменные катионы и малорастворимые соли. Потенциальным резервом являются полевые шпаты, слюды, пироксены и первичные хлориты.

Валовой, или общий, калий объединяет в своем составе разные формы калийных соединений, которые можно классифицировать следующим образом:

Водорастворимый калий (легкодоступный для растений);

Обменный калий (хорошо доступный растениям);

Подвижный калий (сумма водорастворимого и обменного калия), извлекаемый из почвы солевой вытяжкой;

Необменный гидролизуемый калий (труднообменный или резервный), дополнительно извлекаемый из почвы кипящим раствором сильной кислоты (0,2 н. или 10% раствор HCl) и служащий ближайшим резервом для питания растений;

Кислотнорастворимый калий, объединяющий все четыре предыдущие формы калия и извлекаемый из почвы кипящим раствором сильной кислоты(0,2 н. или 10% раствор HCl);

Необменный калий (разница между валовым и кислотнорастворимым калием).

Исследованиями установлено, что между этими формами в почве существует подвижное (динамическое) равновесие [8] и если, например, растение поглощает водорастворимый калий, то количество его в растении пополняется за счет обменного, а уменьшение последнего через некоторое время может в значительной степени возобновиться за счет необменного, фиксированного, калия. Таким образом, по мере потребления растениями подвижного калия запасы его будут пополняться за счет труднообменного, а также калия кристаллической решетки минералов. Переменное подсушивание и увлажнение почвы, типичное для полевых условий, несколько ускоряет этот процесс; мобилизирующее воздействие на переход калия в доступные формы оказывают и сами растения.

В агрохимии принято степень обеспеченности почв калием для питания растений выражать содержание подвижной его формы. Наиболее высокое содержание подвижного калия, как правило, отмечается в обыкновенных, южных черноземах, каштановых и бурых почвах. Хорошо обеспечены им типичные, выщелоченные, оподзоленные черноземы, серо-бурые, такыровидные почвы, солончаки и сероземы. В наименьшем количестве калий содержится в песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах, желтоземах, красноземах, пойменных и особенно торфяно-болотных почвах.

Калийные удобрения хорошо растворимы в воде. Однако при внесении их в почву ион калия быстро вступает во взаимодействие с коллоидными частицами почвы по типу физико-химического (обменного) и необменного поглощения.

Катионы калия, обменно-поглощаясь почвой, одновременно вытесняют из слоя компенсирующих ионов ППК эквивалентное количество других катионов (водорода, алюминия, кальция, магния, марганца и др.), что отражается на реакции почвенного раствора и на условиях роста растений. Все калийные удобрения физиологически кислые: из водного их раствора растения значительно интенсивней поглощают катион калия, чем сопутствующий ему анион Cl- или SO₄^2-. В результате обменных реакций в почвенном растворе образуется соляная или серная кислота в зависимости от вида применяемых калийных удобрений. Дополнительное подкисление почвенного раствора происходит за счет соляной кислоты, образующейся в результате гидролиза хлористого алюминия. Поэтому на кислых дерново-подзолистых почвах эффективность калийных удобрений снижается.

Необменное поглощение (фиксация) калия удобрений разными почвами может достигать значительных величин от внесенного количества (до 80%). Фиксированные катионы калия менее доступны растениям, в некоторых случаях фиксация имеет отрицательное значение для питания растений. На легких почвах калия фиксируется обычно меньше, чем на средне- и особенно тяжелосуглинистых почвах.

С уменьшением величины рН размер фиксации калия удобрений почвой снижается, а при известковании - возрастает. При этом если степень насыщенности почвы кальцием (V) в результате известкования не поднимается выше 80%, то подвижность калия от известкования возрастает, если же V выше 80% - то снижается.

На более гумусированных почвах освобождение фиксированного калия затрудняется в результате образования более толстой пленки гумусового вещества на поверхности коллоидов, которая препятствует вытеснению калия из кристаллической решетки минералов.

При длительном систематическом внесении калийных удобрений и положительном его балансе в почве повышается содержание подвижных форм калия, а также и необменных его форм (кислоторастворимых). При этом увеличение содержания обменного калия происходит более интенсивно, чем водорастворимого.

Характер взаимодействия калийных удобрений с почвенным поглощающим комплексом свидетельствует об очень слабой миграции калия по почвенному профилю, за исключением песчаных и супесчаных почв. Как правило, на почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава калий удобрений не выщелачивается ниже слоя 0-40-60 см, то есть практически остается в корнеобитаемой зоне и, обменно-поглощенный почвой, доступен растениям. Из-за очень слабой миграции калия калийные удобрения не следует заделывать в самый верхний слой почвы, так как корневая система уходит в поисках влаги в более глубокие горизонты. К тому же в верхнем слое, подверженном высыханию, будет происходить повышенная фиксация калия.

Наибольшая эффективность калийных удобрений достигается при оптимальном соотношении их с азотными и фосфорными удобрениями.

1.4 Кислотность почв

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. Усвоение растениями питательных веществ, деятельность почвенных микроорганизмов, минерализация органических веществ, разложение почвенных минералов и растворение труднорастворимых соединений, коагуляция и пептизация коллоидов и другие физико-химические процессы в сильной степени зависят от реакции среды. Она оказывает влияние на эффективность вносимых в почву удобрений. Удобрения, в свою очередь, могут изменять реакцию почвенного раствора, подкислять или подщелачивать ее.

Реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов водорода (Н⁺) и гидроксила (ОН-). Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать символом рН, который обозначает отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН 3-3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9-10 (в солонцовых почвах), но чаще всего она не выходит за пределы рН 4-8. Щелочную реакцию раствора имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь - южные черноземы и каштановые почвы (рН 7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН 9 и более).

Близкая к нейтральной (рН 6,5-7) реакция раствора у обыкновенного и мощного черноземов. Выщелоченные черноземы и серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию (рН 5,5-6,5), а дерново-подзолистые и некоторые торфяные почвы - кислую или сильнокислую (рН 4-5 и ниже).

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Многие сельскохозяйственные культуры и полезные микроорганизмы отрицательно относятся к повышенной кислотности. В связи с этим большое значение имеет выяснение природы почвенной кислотности и разработка способов ее устранения.

Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов лучше развиваются при слабокислой или нейтральной реакции; щелочная и излишне кислая реакции оказывают на них отрицательное действие. Различные растения по разному относятся к реакции среды, то есть имеют неодинаковый интервал рН, благоприятный для их роста и развития, и обладают разной чувствительностью к отклонению реакции от оптимального значения [10].

Растения по отношению к реакции среды и по отзывчивости на известкование можно разделить на несколько групп.

1. Наиболее чувствительны к кислотности хлопчатник, люцерна, свекла, конопля, капуста. Они хорошо растут при нейтральной или слабощелочной реакции и очень сильно отзываются на внесение извести даже на слабокислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности ячмень, пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, бобы, клевер. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции и хорошо отзываются на известкование средне- и сильнокислых почв. На известкованных почвах урожайность этих культур значительно повышается, резко уменьшается выпадение озимой пшеницы и клевера при перезимовке.

3. Слабочувствительны к повышенной кислотности озимая рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, томат. Эти культуры могут удовлетворительно расти в широком интервале рН, при кислой и слабощелочной реакции, но наиболее благоприятна для их роста и развития слабокислая реакция. Они положительно реагируют на известкование полными дозами сильно- и среднекислых почв.

4. Лен и картофель нуждаются в известковании только на сильнокислых почвах. Картофель малочувствителен к кислой реакции и хорошо растет на кислых почвах. Для льна характерен узкий интервал оптимальной реакции среды.

При внесении высоких доз извести и доведении реакции среды до нейтральной урожаи картофеля и льна и их качество могут снижаться.

5. Люпин, чай, сераделла лучше растут на кислых почвах и хуже в щелочной и нейтральной среде [13].

Повышенная кислотность почвенного раствора ухудшает рост и ветвление корней, отрицательно действует на физико-химическое состояние плазмы клеток корня, на их проницаемость. Ухудшается использование растениями питательных веществ почвы и удобрений.

Кислая реакция почвы в период роста вызывает сильные нарушения в углеводном и белковом обмене, отрицательно влияет на закладку генеративных органов, что негативно отражается на процессах оплодотворения и налива зерна, вследствие этого резко снижается урожай.

При кислой реакции ослабляется синтез белка, содержание белкового азота в растении снижается, а количество небелковых форм азота возрастает. Подавляется процесс превращения моносахаридов в другие, более сложные органические соединения [9].

Различают следующие виды почвенной кислотности: актуальную (или активную) кислотность и потенциальную (скрытую) кислотность, которая подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность - это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов Н⁺ по сравнению с ионами ОН-.

В почве постоянно образуется СО₂. При растворении углекислого газа в почвенной влаге образуется угольная кислота (Н₂СО₃), которая диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО₃-. В результате повышается концентрация ионов водорода в растворе, он подкисляется. Поэтому чем выше концентрация СО₂ в почвенном воздухе, тем больше его растворяется в почвенной влаге и тем сильнее подкисляется раствор.

Однако образующаяся в почвенном растворе угольная кислота нейтрализуется поглощенными основаниями (Са, Mg, Na), а также карбонатами кальция и магния. Углекислые соли кальция и натрия в растворе подвергаются гидролитическому распаду, и образуются очень слабая угольная кислота и сильные основания.

В растворе повышается концентрация гидроксильных ионов, он подщелачивается. Особенно сильно подщелачивает раствор карбонат натрия, затем бикарбонат натрия и слабее - бикарбонаты кальция и магния. Поэтому в почвах, содержащих в поглощенном состоянии много натрия (солонцы, солончаки), в растворе образуются углекислые соли натрия, и почвенный раствор становится щелочным. Когда в почве находятся карбонаты кальция и магния и среди поглощенных катионов преобладает кальций (сероземы, черноземы), то в почвенном растворе образуется главным образом бикарбонат кальция, который слабее подщелачивает эти почвы, и реакция раствора у них слабощелочная или нейтральная (рН 7-8).

В тех почвах, где в составе поглощенных катионов наряду с кальцием и магнием имеются ионы водорода (выщелоченные черноземы, серые лесные и дерново-подзолистые почвы), реакция почвенного раствора определяется содержанием в нем одновременно угольной кислоты и бикарбоната кальция, а также растворимых органических кислот и их солей. Реакция растворов этих почв зависит от состава поглощенных катионов и колеблется в пределах рН 5-7. Чем меньше поглощающем комплексе катионов кальция и чем больше катионов водорода, тем меньше в почвенном растворе будет бикарбоната кальция и больше свободной угольной кислоты и тем ниже рН.

В кислых и сильнокислых дерново-подзолистых почвах и торфяно-болотных почвах, содержащих в поглощенном состоянии мало кальция и значительное количество ионов водорода и алюминия, почвенный раствор, кроме угольной кислоты, подкисляют растворимые органические кислоты, а также соли алюминия, в результате гидролиза которых образуются кислота и слабое основание. В этом случае происходит подкисление почвенного раствора до рН 4,5 и ниже.

Таким образом, актуальная кислотность - это кислотность почвенного раствора, создаваемая ионами водорода, водорастворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Она определяется измерением рН водной вытяжки из почвы. Актуальная кислотность оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Кроме актуальной кислотности, существует потенциальная (скрытая) кислотность почвы, которая обусловлена наличием ионов водорода и алюминия в поглощенном состоянии. Часть поглощенных почвой ионов водорода может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей. Так, если почву обработать растворами KCl, то катионы калия поглотятся почвой, а из поглощающего комплекса перейдут в раствор ионы водорода. В результате такого вытеснения ионов водорода почвенный раствор подкисляется. Этот вид кислотности почвы называют обменной. Кроме поглощенного водорода, в сильнокислых минеральных почвах находится поглощенный алюминий, также способный переходить в раствор при взаимодействии почвы с нейтральными солями (KCl). В растворе хлористый алюминий подвергается гидролитической диссоциации с образованием слабого основания и сильной кислоты.

Кислота, образующаяся при вытеснении из почвы алюминия во время обработки ее раствором нейтральной соли, и обменно-поглощенный водород, который переходит в солевую вытяжку, составляют обменную кислотность почвы. Следовательно, обменная кислотность - это кислотность, обусловленная обменно-поглощенными ионами водорода и ионами алюминия, которые извлекаются из почвы при обработке ее раствором нейтральной соли.

Соотношение между ионами водорода и ионами алюминия зависит от условий образования почв, состава поглощающего комплекса и других причин. Так, органические коллоиды почвы содержат преимущественно обменно-поглощенный водород, а обменная кислотность минеральной фракции почвы обусловливается и водородом, и переходящим в солевую вытяжку алюминием.

Обменная кислотность характерна для дерново-подзолистых почв и красноземов, а также для почв северной части черноземной зоны. В почвах, имеющих слабокислую реакцию водной вытяжки, обменная кислотность незначительна, а в щелочных вообще отсутствует. Обменная кислотность регулирует реакцию почвенного раствора. При взаимодействии твердой фазы почвы с катионами растворимых солей, образующихся в результате минерализации органических веществ, или с катионами вносимых в почву минеральных удобрений обменно-поглощенные ионы водорода и алюминия переходят в раствор и увеличивают актуальную кислотность, а если почвенный раствор нейтрализуется, то благодаря обменной кислотности он снова подкисляется.

Обменная кислотность приобретает особенно большое значение при внесении в почву больших количеств растворимых минеральных удобрений. Легко переходя в активную форму и подкисляя почвенный раствор, ионы водорода отрицательно влияют на развитие чувствительных к кислотности растений и почвенных микроорганизмов. Особенно токсичен для многих растений переходящий в раствор алюминий. Поэтому при внесении в кислые почвы извести необходимо добиваться нейтрализации не только актуальной, но и обменной кислотности.

Обменную кислотность выражают величиной рН KCl-вытяжки или в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность всегда больше, чем актуальная, а рН солевой вытяжки ниже, чем рН водной вытяжки, если почва обладает обменной кислотностью.

При обработке раствором нейтральной соли не все поглощенные ионы водорода переходят в раствор, то есть в этом случае не выявляется вся потенциальная кислотность. Более полно ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса можно вытеснить, действуя на почву нормальным раствором гидролитически щелочной соли, например уксуснокислого натрия. В водном растворе эта соль гидролитически расщепляется и образует слабодиссоциирующую уксусную кислоту и сильное основание, поэтому раствор становится щелочным. Щелочная реакция раствора этой соли и является главной причиной более полного вытеснения поглощенного водорода из почвы.

При взаимодействии раствора уксуснокислого натрия с почвенным поглощающим комплексом ионы водорода вытесняются в раствор в обмен на катионы натрия и связываются с оставшимися гидроксильными ионами, образуются труднодиссоциирующие молекулы воды.

Чем больше ионов натрия поглотит почва и больше гидроксильных ионов будет связано, тем больше в растворе образуется уксусной кислоты. Количество ее можно определить титрованием раствора щелочи. Этот вид кислотности почвы, выявляемый посредством гидролитически щелочной соли, получил название гидролитической кислотности. Она включает менее подвижную часть поглощенных ионов водорода, труднее обменивающихся на катионы почвенного раствора.

Гидролитическую кислотность выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы.

Гидролитическая кислотность в почвах проявляется в самом начале обеднения их основаниями. При дальнейшей потере оснований появляется также обменная и актуальная кислотность.

...