Чем обусловлена физиологическая реакция удобрений

Обновлено: 07.07.2024

Детально изучить взаимодействие почв, растений и удобрений возможно в длительных стационарных опытах с систематическим применением удобрений. В таких опытах создаются условия стандартизации, позволяющие изучить действие климатических и агрометеорологических условий на культуры, почвы и факторы, регулирующие почвенное плодородие.

Основные направления исследований в длительных стационарных опытах:

  1. сравнительная оценка доз, видов и форм минеральных удобрений;
  2. оценка эффективности минеральной, органической и органоминеральной систем удобрений в севооборотах различных типов;
  3. установление оптимального распределения удобрений по культурам севооборота;
  4. достижение максимальной эффективности при сочетании систем удобрения с химической мелиорацией, определение их влияния на свойства почвы и продуктивность севооборотов;
  5. возможность периодического внесения фосфорных и калийных удобрений;
  6. оптимизация плодородия и свойств почвы;
  7. регулирование биологического круговорота и баланса биогенных элементов в агроценозе;
  8. воздействие агрохимических средств на экологию.

В агрохимии используют следующие методы исследования свойств почвы в длительных стационарных опытах.

Агрохимические средства оказывают комплексное действие на плодородие и свойства почвы:

  • подкисляют или подщелачивают почвенный раствор;
  • изменяют агрохимические свойства;
  • влияют на биологическую и ферментативную активность почвы;
  • усиливают или ослабляют физико-химическое и химическое поглощение;
  • влияют на мобилизацию или иммобилизацию токсических элементов и радионуклидов;
  • усиливают минерализацию или синтеза гумуса;
  • влияют на интенсивность фиксации азота из атмосферы;
  • усиливают или ослабляют действие других питательных веществ почвы и удобрений;
  • влияют на подвижность биогенных макро- и микроэлементов почвы;
  • вызывают антагонизм или синергизм ионов при поглощении растениями.

Таблица. Методы исследования плодородия почвы (по ОСТ 10152-88 и Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, 2003, с изменениями)

Физико-химические свойства почв оказывают влияние на питательный режим почв, их биологическую активность, обусловливают трансформацию внесенных в почву удобрений, в условиях промывного водного режима определяют возможность передвижения соединений в более глубокие слои почвы.

Систематическое внесение органических и минеральных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв. Внесение навоза на протяжении многих лет обычно увеличивает содержание органического вещества и емкость поглощения почв, уменьшает обменную и гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности основаниями.

Таблица. Влияние систематического применения удобрений на агрохимические и агрофизические свойства почвы (мощный малогумусный чернозем, слой почвы 0-30 см) 1 Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.

Показатели свойств почвы Перед закладкой опыта (среднее по фону, 1972) В конце второй ротации (1987)
Варианты
Без основного удобрения Навоз, 5 т + N49P56K53 Навоз, 10 т + N88P98K96 Навоз, 15 т + N128P141K139
pH 6,2 5,7 5,5 5,3 5,2
H, ммоль/100 г почвы 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0
S, ммоль/100 г почвы 25,7 24,0 23,6 23,4 23,0
V, % 91,2 89,5 88,2 87,1 85,6
P2O5, мг/кг почвы 127,4 121,2 141,6 157,2 164,0
K2O, мг/кг почвы 70,3 66,4 80,6 87,8 93,6
Гумус, т/га 134,2 123,1 134,0 142,1 146,8
Азот, т/га 11,4 10,7 11,4 11,9 12,1
Объемная масса, г/м 3 1,25 1,26 1,22 1,20 1,18
Общая влагоемкость, % 49,2 48,9 50,4 51,1 52,2
Капиллярная влагоемкость, % 36,7 36,9 38,7 39,6 40,3
Водопроницаемость в полевых условиях, мм/(ч·см 2 ) 6,1 6,8 8,7 10,1 11,4
Общая порозность, % 48,7 49,6 51,0 51,6 52,5

Совместное внесение навоза и минеральных удобрений на протяжении 15 лет повысило содержание гумуса на 12,6 т/га, азота — на 0,7 т/га, снизило плотность почвы на 0,08 г/см 3 , общая и капиллярная влагоемкость увеличилась более чем на 3%, водопроницаемость — на 4,3 мм/(ч·см 2 ), общая порозность — на 3%.

При длительном применения минеральных удобрений свойства почв могут ухудшаться. Это связано с подкислением реакции почвенного раствора в результате вытеснения из поглощающего комплекса ионов водорода и алюминия, а также физиологической кислотностью некоторых удобрений. Правильное применение удобрений, то есть на фоне навоза и известкования, внесении добавок для нейтрализации физиологической кислотности удобрений, позволяет сохранять кислотность почвы на приемлемом уровне, а в ряде случаев снижая её. На нейтральных и близких к нейтральным черноземных почвах небольшое подкисление в результате внесения удобрений можно считать положительным, так как это повышает подвижность и доступность многих соединений.

В условиях промывного водного режима дерново-подзолистых и серых лесных почв изменения свойств под влиянием удобрений происходят в пахотном и в более глубоких слоях. Это связано с повышенным количеством осадков и подкислением почвы при высоких дозах минеральных удобрений, образованием подвижных органических соединений при внесении навоза и пептизацией почвенных коллоидов под действием одновалентных катионов, входящих в состав удобрений, и вымыванием их за пределы пахотного слоя. Миграции питательных веществ в нижележащие слои вследствие пептизации коллоидов способствует внесение удобрений в пару и под пропашные культуры, а также частые обработки почвы. Процесс усиливается при легком гранулометрический составе почвы и повышении доз удобрений.

Систематическое внесение удобрений ведет к увеличению количества пожнивно-корневых остатков, разложение которых обусловливает новообразование органических коллоидов в пахотном слое и одновременно с пептизацией крупных почвенных частиц приводит к увеличению содержания илистой фракции. В малобуферных почвах легкого гранулометрического состава вымывания коллоидов может преобладать над новообразованием.

Изменения физико-химических свойств на черноземных почвах сосредоточены преимущественно в пахотном и подпахотном слоях, что связано с ограниченным количеством осадков в степной зоне и неглубоким промачиванием почвы. Длительное применение удобрений на этих почвах приводит к накоплению илистой фракции и величины емкости поглощения. При этом кислотность на фоне навоза снижается, а при использовании минеральных удобрений возрастает, что объясняется физиологической кислотностью удобрений и необменным поглощением одновалентных катионов при отсутствии вымывания водорода и кислотного остатка. Повышение кислотности черноземов способствует увеличению подвижности некоторых питательных веществ и повышению их доступности растениям.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений на сероземах не оказывает значимого влияния на реакцию почвенного раствора из-за их карбонатности и буферности. Некоторое увеличение илистой фракции и емкости поглощения этих почв в верхних слоях происходит благодаря образованию коллоидов из органических растительных остатков. Пахотный слой сероземов сохраняет коллоиды, в связи с большим количеством кальция, который поглощается коллоидами, препятствует их диспергированию и вымыванию. Передвижение питательных веществ удобрений вглубь по профилю в сероземах, а также потери с грунтовыми и сбросными водами при орошении, обусловлены промывным водным режимом и растворимостью некоторых соединений.

Длительное применение органических и минеральных удобрений увеличивает содержание углерода и азота в бедных гумусом дерново-подзолистых и серозёмных почвах, при этом слабо влияя на богатые гумусом черноземы.

Таблица. Действие длительного применения удобрений на содержание органического углерода и общего азота (Шевцова Л.К., 1993, 1998)

Варианты длительного опыта C N C N C/N
% к воздушно-сухой почве % к контролю
Легкий суглинок, Белорусский НИИПА
Контроль 1,70 0,128 100 100 13,2
Навоз 2,01 0,153 118 120 13,1
NPK 1,78 0,143 104 112 12,4
Навоз + NPK 2,22 - 131 - -
Тяжелый суглинок, опыт с ДАОС с чистым паром
Контроль 0,71 0,107 100 100 6,6
Навоз 1,00 0,124 141 116 8,1
NPK 0,79 0,110 111 103 7,2
1/2 Навоз + 1/2 NPK 0,89 0,122 125 114 7,3
Слабовыщелочный чернозем, легкий суглинок, Мироновский НИИ селекции и семеноводства озимой пшеницы
Контроль 2,33 0,225 100 100 10,4
Навоз 2,43 0,232 104 103 10,4
NPK 2,32 0,224 97 100 10,4
1/2 Навоз + 1/2 NPK 2,34 0,226 101 100 10,4
Среднемощный чернозем, средний суглинок, Алтайский НИИЗиС
Контроль 3,47 0,305 100 100 11,4
Навоз 3,65 0,308 105 101 11,9
NPK 3,64 0,300 105 98 12,1
Навоз + NPK 3,65 0,309 105 101 11,8

В вариантах с внесением навоза отмечается повышение содержания органического вещества в верхних горизонтах, а более слабое влияние минеральных удобрений проявляется и в подпахотном слое почвы. Навоз и минеральные удобрения не влияют на групповой состав органического вещества различных типов почв. Состав гумуса длительно удобрявшихся почв сохраняет свойства, сформировавшиеся в региональных условиях почвообразования. При длительном применении удобрений почвы обогащаются подвижным органическим веществом, находящимся в ранних (гидрофильных) стадиях гумификации, более биохимически активных органических соединений, а также обогащает почву подвижным и доступным азотом. Наиболее сильное воздействие удобрений на этот показатель отмечено на дерново-подзолистых почвах, слабое — на чернозёмных, очень слабое — на сероземах.

Влияние минеральных азотных и калийных удобрений на плодородие почв связано с катионным обменом. Систематическое внесение этих удобрений приводит к фиксации содержащихся в удобрениях одновалентных катионов калия и аммония коллоидами почвы, что связано с вхождением катионов внутрь кристаллических решеток минералов. На этот процесс влияют тип глинистого минерала, гранулометрический состав, содержание органического вещества, реакция почвенного раствора, концентрация катионов калия и аммония в почвенном растворе, состав и концентрация других катионов, степень насыщенности поглощающего комплекса этими катионами и гидротермические условия, при которых происходит фиксация.

Необменное поглощение катионов уменьшает доступность их растениям и коэффициент использования азотных и калийных удобрений.

Применение аммонийных форм азотных удобрений сопровождается фиксацией (необменным поглощением) азота в виде NH4 + глинистыми минералами, что уменьшает его доступность растениям. Фиксация азота в пахотном и более глубоких слоях может достигать существенных размеров и должна учитываться в общем балансе азота. Длительное использование азотных удобрений приводит к увеличению количества фиксированного аммония. Фиксация аммония на почвах легкого гранулометрического состава меньше, чем более тяжелых, так как фиксация связана с илистой фракцией и составляющими ее глинистыми минералами. Фиксация аммония происходит в пахотном и в более глубоких слоях почвы, особенно на легких по гранулометрическому составу почвах. Вероятно, необменно-поглощенный аммоний вымывается в нижние слои с коллоидами, содержание которых вниз по профилю почвы возрастает.

В естественных биоценозах поглощенные из почвы вещества частично возвращаются с опавшими листьями, ветками, хвоей. В сельском хозяйстве убранные с урожаем поглощенные вещества не возвращаются в почву, поэтому для предотвращения истощения почвы необходимо ежегодное внесение удобрений. При этом необходим комплексный подход и использование системы удобрений, а также предотвращение загрязнения окружающей среды химическими соединениями.

Диагностика потребности растений в минеральных удобрениях.

Существуют три основных способа диагностики минеральной недостаточности у растений:

1. По внешнему виду растений, то есть по внешним признакам.

2. По результатам анализа сока листьев (листовая диагностика).

3. По анализу почвы на наличие в ней минеральных веществ.

Внешние признаки недостаточности отдельных элементов у растений (1) (Рис.1):


1.Недостаток азота вызывает пожелтение листьев, иногда с появлением оранжевых и красных оттенков. Вырастают короткие, тонкие побеги, цветение слабое, листья рано опадают.

2.При недостатке калия на листьях появляется характерный краевой запал, то есть лист опоясывает каемка отмершей ткани. Лист морщинистый, на нем появляются бронзовые оттенки.

3.Фосфорная недостаточность проявляется в задержке цветения и созревании плодов. Окраска листьев тусклая, часто на них появляются фиолетовые и бронзовые цвета.

4.Острая недостаточность кальция ведет к отмиранию меристем кончиков корней и верхушечных почек. Участки отмершей ткани наблюдаются на листьях, окраска которых отличается пятнистостью.

5.Симптомы недостаточности магния и серы менее отчетливы – отмечается посветление и пожелтение листьев.

6.Недостаточность меди вызывает суховершинность, листья принимают уродливую форму чаши или купола, буреют, рано опадают.

7.Недостаток цинка приводит к мелколистности и розеточности, плоды достигают малых размеров.

8.Недостаток бора приводит к кустистости культур, искривлению верхних листьев, опадению цветков, плохо завязываются плоды.

9. При недостатке молибдена отмечается слабое цветение, листовая пластинка редуцируется, рост растения замедлен, возникает хлороз.

Приведенные примеры диагностики минеральной недостаточности – уже далеко зашедший процесс голодания растительного организма, у однолетних культур его поздно исправлять.

Более надежные результаты дает анализ сока (2) на ранних стадиях развития растений – сок из листьев растений анализируется на содержание минеральных веществ и результаты сравниваются с известными стандартными показателями.

Анализ почвы (3), сделанный до посадки растений, на содержание подвижных форм важнейших элементов позволяет своевременно провести их внесение в почву в оптимальных количествах.

Читайте также: