Фосфор и калий в почве и в растениях. Химические аспекты почвенного плодородия

Химические характеристики наиболее изучены и широко применяются для оценки плодородия почв. Показателем доступности химических элементов растениям и их способности мигрировать в почвенном профиле служит подвижность элементов и их соединений в почвах.

Подвижность химических элементов - это их способность переходить из твердой фазы почвы в жидкую.

Химические аспекты почвенного плодородия включают оценку запасов элементов питания, описание баланса элементов питания в естественных и культурных ландшафтах, характеристику химических механизмов их доступности растениям и рекомендации по регулированию питательного режима почв. Исходя из потребностей древесных пород в минеральных элементах одним из важных показателей плодородия почвы служат содержание в ней азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа, марганца и др.

Азот

Этот элемент поступает в почву с атмосферными осадками, вымывающими из воздуха NH 3 и NO 3 — , а также путем азотфиксации (связывания молекулярного азота воздуха) свободноживущими микроорганизмами и клубеньковыми бактериями в почвах.

Источником азота служат остатки животных и растений. Все более возрастает доля техногенного азота, поступающего в виде удобрений и в форме отходов.

Преобладающая часть азота в почве представлена органическими соединениями. В гумусовых горизонтах почв на органические соединения приходится 93-99 % всего азота. Главным источником и резервом этого элемента служат гумусовые кислоты. Роль гуминовых кислот и фульвокислот в различных почвах неодинакова. В дерново-подзолистых почвах в составе фульвокислот содержится почти вдвое больше азота, чем в гуминовых. В чернозёмах общие запасы азота несравненно выше, чем в других почвах.

Биохимическая трансформация гумуса, в результате которой образуются доступные растениям соединения азота, называется мобилизацией азота . В органической части почв главные соединения азота представлены четырьмя группами.

Соотношение различных соединений азота в почвах довольно устойчиво. Во всех почвах преобладает негидролизуемый азот, на долю которого приходится от 30 % в дерново-подзолистой почве до 40-45 % в чернозёмах. Доля азота аминосахаров не высока. Аммонийный и аминный азот находятся в почвах примерно в равных соотношениях.

Минеральные соединения азота в почвах кроме аммония представлены нитратами и нитритами. В доступных растениям минеральных соединениях находится около 1-3% общего количества азота в почве. В лесных почвах содержание минеральных форм азота сильно колеблется в течение вегетационного периода. Поэтому режим азотного питания деревьев в почвах является важной характеристикой актуального почвенного плодородия.

На баланс и доступность азота растениям в почвах влияют следующие процессы:

• фиксация атмосферного азота свободноживущими клубеньковыми бактериями;
• превращение азотсодержащих соединений органических остатков в гумусовые кислоты;
• аммонификация органических азотсодержащих соединений;
• процессы нитрификации;
• денитрификация и потери азота в атмосферу;
• фиксация иона NH 4 + глинистыми минералами;
• вымывание различных соединений азота с внутрипочвенным стоком.

Совокупность этих превращений, составляющих круговорот азота, показана на рисунке ниже.

Аммонификация - это процесс разложения содержащих азот органических веществ. Он протекает с участием аммонифицирующих микроорганизмов и приводит к образованию NH 3 и NH 4 + . Ион аммония почвенного раствора может быть потерян в результате вымывания или необменного поглощения почвенно-поглощающим комплексом. Необменное поглощение NH 4 + связано с присутствием в почве трехслойных глинистых минералов.

Наибольшей способностью к поглощению катионов NH 4 + обладает вермикулит. Монтмориллонит во влажном состоянии не связывает прочно ион NH 4 + . Каолиниты относятся к группе не-фиксирующих катионы минералов.

Аммонификация является первой стадией минерализации азотсодержащих органических соединений. Следующая стадия - нитрификация . При нитрификации аммиак окисляется до нитритов и нитратов. Нитрификация протекает в почве при окислительных условиях, когда ОВП близки к 400-500 мВ. Если аэрация почв затруднена, а ОВП падает ниже 350 мВ, нитрификация замедляется. При развитии восстановительных условий она прекращается и начинают преобладать процессы денитрификации, ведущие к газообразным потерям азота. До 15% вносимых азотных удобрений подвергается денитрификации.

Денитрификация осуществляется либо биологическим путем - бактериями-денитрификаторами, либо в результате химических реакций. Полная цепочка превращений при денитрификации включает кислородные соединения азота всех степеней окисления:

NO 3 — → NO 2 — → NO → N 2 O → N 2

Биологическая денитрификация наиболее интенсивно развивается в плохо дренированных почвах при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной, достаточной обеспеченности почв органическим веществом и температурах около +25 °С. Денитрификация в корнеобитаемом слое снижает обеспеченность растения азотом. Газообразные потери азота за счет денитрификации только пахотными почвами России оцениваются ежегодно более чем в 1,5 млн т.

Эффективное плодородие почвы оценивается по соотношению в ней подвижных химических элементов: азота, фосфора, калия, кальция, серы, железа и марганца.

Все превращения азота в природе осуществляются прокариотами (бактериями). Азот, единственный из биофильных элементов, исходно отсутствует в материнских горных породах и появляется только в результате деятельности бактерий-диазотрофов. Только почвы из-за уникальности своих свойств могут накапливать азот в составе гумуса и поэтому являются единственным природным резервуаром и источником доступных для растений форм этого элемента.

Фосфор

В природе в виде минералов встречаются практически только производные ортофосфорной кислоты - ортофосфаты . Около 95 % всех природных фосфатов - это фосфаты кальция.

В почву фосфор поступает с растительными и животными остатками, а также удобрениями. Значительная часть его содержится в почвообразующей породе. Некоторая часть фосфора поступает с атмосферными осадками, космической и атмосферной пылью и техногенным путем, например, в результате применения инсектицидов и фунгицидов. Валовое содержание фосфора в почвах составляет 0,03-0,20 %, или 1-6 т/га.

В почве фосфор находится в форме минеральных и органических соединений. Минеральные соединения фосфора содержатся в почве в виде ортофосфатов кальция, магния, железа и алюминия; в поглощенном состоянии - в форме фосфат-иона; в составе минералов апатита, фосфорита и вивианита. В почвах с кислой реакцией преобладают фосфаты железа и алюминия. Значительная доля фосфатов в кислых почвах (при pH 5,5-6,5) связана с силикатами. Фосфаты кальция преобладают только в слабощелочных и щелочных (pH > 7,5) почвах степей и полупустынь.

Преобладающая часть неорганических фосфатов в большинстве почв представлена минералами апатитовой группы. В почвах фосфаты присутствуют в разных формах как в одном почвенном профиле, так и в профилях разных почв.

В слабокислых и кислых почвах (pH < 6,5) фосфаты связываются гидроксидами или ионами Fe и Аl и осаждаются. Как в сильнокислой, так и в щелочной средах доля усвояемых фосфатов понижена. Фосфор в составе органических соединений становится доступным после их минерализации с участием ферментов (фосфотаз, фосфолипаз и др.).

Мобилизация фосфора из минеральных соединений происходит в основном под действием кислот, продуцируемых микроорганизмами. Для усвоения фосфат-ионов растениями наиболее благоприятна слабокислая реакция среды (pH 6,0-6,5).

Для характеристики уровня обеспеченности почв подвижными формами фосфора при разных реакциях среды и содержаниях карбонатов используют различные вытяжки. Вытяжки - это химические растворы, которые используются для выделения из почвы тех или иных химических элементов.

Группировка почв по обеспеченности подвижными фосфатами зерновых культур (по содержанию P 2 O 5 в 100 г почвы, мг)

Важным резервом обеспечения растений фосфором являются его органические соединения. На их долю в почвах приходится от 10-20 до 70-80% всех запасов фосфора.

Соотношение органических и минеральных фосфатов в гумусных горизонтах различных почв (по содержанию P 2 O 3 в 100 г почвы, мг) (по К.Е. Гинзбург, 1975)

Соединения фосфора в почвах подвергаются различным превращениям. Наибольшее значение для генезиса и плодородия почв имеют минерализация органических соединений фосфора, изменение подвижности фосфорных соединений, иммобилизация фосфора, фиксация фосфатов.

Минерализацией фосфора называют превращение микроорганизмами его органических соединений в минеральные. Изменение подвижности фосфорсодержащих веществ (иногда употребляют термин «мобилизация») - это превращение труднорастворимых соединений в более легкорастворимые и переход их в почвенный раствор.

Калий

Он входит в состав кристаллической решетки как первичных (полевые шпаты, слюды), так и вторичных (вермикулит, глауконит) минералов в труднодоступной для растений форме.

Источником доступных форм калия в почвах является обменный калий, всегда присутствующий в почвенно-поглощающем комплексе в небольшом количестве. Он составляет 0,5-2,5% валового. Другие важные источники калия в почве - относительно слабоустойчивые к выветриванию первичные минералы, главным образом слюды.

Для характеристики обеспеченности почв обменным калием разработана их группировка по его содержанию, которая используется при расчетах норм калийных удобрений.

Методы определения обменного калия дифференцированы по зонам в связи с разной реакцией среды и наличием карбонатов.

Оптимизация калийного питания достигается внесением органических и минеральных удобрений, химическими мелиорациями, мероприятиями, направленными на увеличение емкости катионного обмена.

Кальций

В кислых почвах возникают проблемы с обеспечением потребностей древостоя в доступном кальции.

Особенно это касается подзолистых почв на кислых почвообразующих породах. Преобладающие в составе гумуса таких почв фульвокислоты не закрепляют кальций, высвобождающийся в процессе минерализаций растительного опада и кислотного гидролиза. При промывном типе водного режима кальций является мигрантом и легко выносится за пределы корнеобитаемой зоны. Только часть его может перехватываться корнями растений и вовлекается в биологический круговорот веществ. Еще небольшая часть его закрепляется в почвенно-поглощающем комплексе и находится в обменном состоянии. Обменный кальций - важный источник питания растений. В карбонатных почвах древесные породы полностью обеспечены кальцием.

Сера

Этот элемент необходим для роста и развития растений, он входит в состав растительных белков.

В почвах сера представлена органическими и неорганическими соединениями. Их соотношение зависит от типа почвы.

В верхних горизонтах содержание серы колеблется от 0,01 до 0,40%. Наименьшие содержание и запасы серы характерны для малогумусных песчаных почв, наибольшие - для торфяных. В верхних гумусовых горизонтах на долю органических соединений серы приходится 70-80 % всех ее запасов. Доля минеральных соединений серы нарастает с глубиной по мере повышения минерализации почвенно-грунтовых вод и содержания в почве гипса.

Сульфаты магния и натрия, которые являются главными компонентами засоленных почв, отрицательно влияют на плодородие. В анаэробных условиях образование сероводорода ведет к снижению продуктивности почв.

Железо и марганец

Эти элементы также необходимы растениям в доступной форме. Они входят в состав ферментов и участвуют в образовании хлорофилла. Растениям доступен марганец водорастворимых солей и обменный марганец. Потенциально доступны соединения марганца, которые легко восстанавливаются и переходят в подвижные формы. Недостаток доступных железа и марганца влечет за собой так называемый хлороз - болезнь растений. Среднее содержание марганца в почвах колеблется от 0,01 до 0,20 %. К этим значениям близки содержания в почве фосфора, серы и титана.

Самое низкое содержание железа в почве составляет около 0,5 % и свойственно торфяным и песчаным почвам. В серых почвах лесостепи железа содержится около 3-4%., в буроземах - до 6%. Содержание и распределение железа и марганца в профиле почв отражают направление и особенности почвообразующих процессов.

Микроэлементы

Необходимые для жизнедеятельности растений и животных химические элементы, содержание которых в организме измеряется величинами порядка n·10 -2 - n·10 -5 %, называются микроэлементами .

Они являются инициаторами и активаторами биохимических процессов, участвуют в регуляции активности ферментов. К микроэлементам обычно относят B, F, Ti, Сr, Co, Ni, Сn, Zn, Se, Rb, Mo, Ag, Cd и др. Доля доступных для растений микроэлементов не превышает 10-25 % от их общего количества в почвах.

Недостаток или избыток микроэлементов в почве может вызвать не только снижение урожая, но и ряд заболеваний растений, животных и человека.

Потребности растений в минеральном питании

Для оценки пищевого режима почв как фактора плодородия необходимо учитывать потребности древесных пород в элементах питания. По потреблению элементов питания древесные породы располагаются в следующем порядке: ясень > вяз > клен остролистый > дуб > осина > липа > береза > ель и сосна.

Расположение древесных пород по степени потребления элементов питания не всегда совпадает с расположением по этому параметру насаждений соответствующих пород (Н. П. Ремезов и П. С.Погребняк, 1965). Наименьшее количество элементов питания берет из почвы сосновый лес. Далее в порядке возрастания потребления следуют ельники, дубняк, липняк, осинник, березняк. Смешанные хвойно-широколиственные леса берут из почвы больше элементов питания, чем чистые хвойные. С повышением продуктивности древостоя возрастает потребление элементов питания.

Хвойные породы (сосна, ель) и береза в наибольшем количестве берут из почвы азот, затем кальций. У широколиственных пород и осины на первом месте стоит потребность в кальции, а на втором - в азоте, у некоторых на третьем месте по потреблению находится калий. Особенно много калия потребляет береза. Дуб и сосна выделяются наиболее высоким потреблением кремния. Близко к ним по потребности в этом элементе находится ель. Следующее место в порядке уменьшения потребления химических элементов лиственными породами занимают фосфор, сера и магний. В небольших количествах древесные породы потребляют алюминий, в малых дозах - железо и в минимальных - натрий. В лесных почвах чаще всего наблюдается недостаток доступного азота, кальция, калия, фосфора, серы и реже магния.

Потребление элементов питания у многих древесных пород зависит от возраста. У сосны, ели и дуба наибольшее потребление происходит в возрасте 21-40 лет, у березы - 1-10 лет, у липы и осины равномерное потребление во времени. От степени обеспеченности элементами питания в период наибольшей потребности зависят продуктивность деревьев и их устойчивость к неблагоприятным условиям.

В течение вегетационного периода древесные породы предъявляют разные требования к почве по обеспечению их элементами питания. Эти требования максимальны в период создания листовой массы и наибольшего прироста побегов и ствола.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Поправки на обеспеченность почвы элементами питания

Очень важное значение при корректировке рекомендуемых норм удобрений под сельскохозяйственные культуры имеет уровень эффективного плодородия. то есть содержание в почве подвижного фосфора, обменного калия, гумуса и других агрохимических показателей. Данные по этим показателям отражаются в агрохимических картограммах полей, которые через каждые 5 – 6 лет обновляются в результате полевых обследований, проводимых проектно-изыскательскими станциями химизации сельского хозяйства.Группировка почв по обеспеченности подвижными формами фосфора и обменного калия приведена в таблице 15.

Таблица15

Шкала по содержанию в почве подвижных форм фосфора и обменного калия

Таблица 16

Корректировка доз удобрений на элементы питания.

в) Условия влагообеспеченности в предшествующем году

и урожай предшественников

Очень давно было установлено, что высушивание на солнце почвы усиливает процессы выветривания почвенных минералов. В результате этого явления труднодоступные соединения элементов питания переходят в усвояемую растениями минеральную форму, тем самым, способствуя повышению эффективного плодородия почвы.В практике земледелия давно замечено, что если после засушливого года следует благоприятный по увлажнению год то, как правило, даже без применения удобрений получают хороший урожай сельскохозяйственных культур, а если два раза подряд повторяются влажные годы, то во второй год урожайность сельскохозяйственных культур без применения удобрений бывает существенно ниже, чем в первый. Из этого следует, что дозы удобрений вносимых под сельскохозяйственные культуры необходимо корректировать в зависимости от условий влагообеспеченности предшествовавшего вегетационного приода.При основном внесении удобрений после влажного вегетационного периода рекомендованная доза удобрений под последующие культуры должна быть увеличена на 15 – 25%, а после засушливого предшествующего периода – снижена на 20 –30%. Более точно доза удобрений будет скорректирована, если будет учтена величина урожая предшественника. При средней урожайности предшественника рекомендованная доза удобрений под последующую культуру не изменяется, при высокой урожайности используется коэффициент больше единицы, а при низкой – меньше единицы.

Сочетание применения навоза и минеральных удобрений

Смешанные удобрения - тукосмеси

Таблица 17

Совместимость гранулированных удобрений* в тукосмесях

Способы и сроки внесения удобрений

Фосфор является важным макроэлементом, необходимым для питания растений. Он участвует в обменных процессах, таких как фотосинтез, передача энергии и расщепление углеводов.

Фосфор в почве содержится в органических соединениях и минералах. Однако количество легкодоступного фосфора очень невелико по сравнению с общим количеством фосфора, имеющегося в почве.

Таким образом, во всех случаях применение фосфорных удобрений должно быть нацелено на обеспечения потребности выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Фосфорные реакции, проистекающие в почве.

Фосфор в почве содержится как в органическом виде, так и в неорганической (минеральной) форме, и он обладает низкой растворимостью в почве. Существует баланс между твердой фазой фосфора, находящегося в почве и фосфора, содержащегося в почвенном растворе.

Растения могут поглощать фосфор только, растворенный в почвенном растворе, и так как большинство фосфора в почве находится в твердом химическом соединении, лишь небольшое количество фосфора доступно растениям в какой-либо момент времени.

Когда корни растений поглощают фосфор из почвенного раствора, некоторое количество фосфора, адсорбированного в твердое состояние, поступает в почвенный раствор, чтобы поддержать баланс.

Типы фосфорсодержащих соединений, которые находятся в почве, в основном, определяются по уровню рН почвы, а также по типу и количеству минералов, содержащихся в почве. Минеральные соединения фосфора обычно содержат алюминий, железо, марганец и кальций.

В кислых почвах фосфор имеет тенденцию вступать в реакцию с алюминием, железом и марганцем, а в щелочных почвах доминирующим образом связывается с кальцием. Оптимальный диапазон рН для обеспечения максимальной доступности фосфора является 6.0-7.0.

Во многих видах почв разложение органических соединений и пожнивных остатков способствует доступности фосфора, содержащегося в почве.

Поглощение фосфора растениями.

Растения поглощают фосфор из почвенного раствора в качестве иона(аниона) ортофосфорной кислоты в виде HPO4-2, либо H2PO4-. Пропорции, в которых поглощаются эти две формы, определяется по уровню рН почвы, если уровень рН почвы более высокий, то поглощается больше HPO4-2.

Подвижность фосфора в почве очень ограниченна, и поэтому корни растений могут поглощать это минерал находящийся только в ближайшем окружении.

Так как концентрация фосфора в почвенном растворе низкая для растений, чаще всего характерно активное его поглощение, в зависимости от градиента концентрации (т.е. концентрация фосфора в корнях выше, чем в почвенном растворе).

Активное поглощение является энергоемким процессом, поэтому условия препятствующие функционированию корневой системы, такие как низкие температуры, избыток воды и т.п., также препятствуют процессу поглощения фосфора.

Фосфорная недостаточность

К симптомам недостаточности фосфора относятся задержка роста и образования темно-фиолетового цвета старых листьев, задержка цветения и слабая развития корневой системы. У большинства растений такие симптомы появляются, если концентрация фосфора в листьях составляет менее 0,2%.

Повышенное содержание фосфора

Повышенное содержание фосфора, в основном, препятствует поглощению других элементов, таких как железо, марганец и цинк. Часто встречается перенасыщенность фосфора, и многие сельхозпроизводители применяют неоправданно большое количество фосфорных удобрений, особенно когда используется нитроаммофоска, или когда воду для орошения подкисляют метафосфорной кислотой.

Фосфор в питательных растворах и беспочвенной среде

Допустимая концентрация фосфора в питательных растворах составляет 30-50 ppm, если даже было установлено, что она может быть снижена до 10-20 ppm. В питательных растворах, которые поступают непрерывно, концентрация может составлять всего 1-2 ppm.

В беспочвенной среде, как и в почве, фосфор накапливается при каждом его добавлении, и минералы фосфора и кальций или магний начинают выпадать в осадок. Образовавшиеся типы минералов зависят от уровня рН среды.

Исследование фосфора, содержащегося в почве

Контрольный уровень фосфора, содержащегося в почве, позволяет определить возможности почвы по снабжению фосфором почвенного раствора. Исследование состава почвы не установит общего количества фосфора содержащегося в почве, так как доступное количество фосфора намного меньше общего количества.

Она также не установит количества фосфора в почвенном растворе, потому что уровень фосфора в почвенном растворе как правило невелик и не представляет должным образом тот количества фосфора, которое растения смогут потенциально поглотить в течение периода роста.

Исследование почвы на предмет содержания фосфора является показателем, который помогает установить необходимые удобрения для культуры. Рекомендации для внесения удобрений подготавливаются на основе многих полевых испытаний большого количества почв и культур.

Различные методы тестирования предоставляют различные величины, которые должны интерпретироваться соответствующим образом. Например, 25 ppm фосфора, полученные при применении метода испытания «Олсена», можно трактовать отлично от того же результата, полученного при применении метода испытания «Брейя».

Но путаница на этом не заканчивается - разные лаборатории, которые используют тот же метод тестирования, могут установить различные толкование тех же значений.

Правильный сбор образцов почвы очень важен для достижения результатов, которые станут показателем действительного уровня доступного фосфора.

Например:

Глубина взятия почвенных проб – Так как фосфор в почве немобилен, образцы, взятые из верхнего слоя, как правило, показывают более высокое количество, чем образцы, которые собираются из глубины почвы.

Методы внесения удобрений – Большее количество фосфора, вносимого в почву, остается в пределах 1 или 2 дюймов от точки внесения. Таким образом, точное местоположение, из которого берутся образцы, может значительно повлиять на результат.

Калий в почве и растениях

Недоступный калий

Фиксированный калий или медленно доступный калий

Обменный калий или легкодоступный калий

Основой классификации является доступность калия для поглощения. Доступность калия может изменяться в зависимости от типа почвы и экологических условий.

Недоступный калий - содержится в кристаллической структуре полевого шпата, глинистых минералов и слюды, которые являются составной частью почвы. Растения не могут использовать калий в таких нерастворимых формах. Однако с течением времени эти минералы в конечном счете разлагаются и небольшое количество калия попадает в почвенный раствор.

Фиксированный калий - калий, который в течение периода роста медленно становится доступным для растений. Глинистые минералы могут связывать калий. Во время увлажнения и просушивания почвы калий оказывается между минеральными слоями (глинистые минералы имеют слоистую структуру). При увлажнении почвы некоторые из находящихся между слоями ионов калия высвобождаются в почвенный раствор. Медленно доступный калий обычно не измеряют при проведении регулярного отбора проб почвы.

Обменный калий - легкодоступный калий, легко поглощаемый растениями. Такой тип калия содержится на поверхности глинистых частиц и органических веществ, находящихся в почве. Он находится в балансе с почвенным раствором и легко высвобождается, когда растения поглощают калий из почвенного раствора. Количество обменного калия замеряется в большинстве испытаний почвы.

Факторы, влияющие на поглощение калия растениями

Некоторые факторы могут оказывать влияние на способность растения к поглощению калия из почвы:

Уровень кислорода - кислород необходим для поддержания функций корней, в том числе для поглощения калия.

Влага – чем выше уровень влажности в почве, тем легче растениям поглощать калий.

Обработка почвы - исследования показали, что регулярно обрабатываемая почва позволяет лучше поглощать калий.

Температура почвы - 7-27°С является идеальным диапазоном температуры почвы для функционирования корневой системы и большинства физиологических процессов, происходящих в растениях. Чем ниже температура, тем медленнее осуществляется поглощение.

Калий в растениях

Калий является важным питательным элементом для растений и он необходим в больших количествах для правильного роста и репродукции растений. Калий занимает второе место после азота в системе питательных элементов, необходимых растениям, и обычно относится к «питательным элементам, влияющим на качество питательных элементов». Он влияет на форму растений, размер, цвет, вкус и другие показатели здоровых продуктов.

Растения поглощают калий в ионной форме, K+.

Функции калия в растениях

Калий обладает большим количеством различных функций:

В процессе фотосинтеза - калий регулирует открытие и закрытие устьиц и следовательно, регулирует поглощение CO2. Он вызывает активацию ферментов и необходим для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является важным источником энергии для многих химических процессов, происходящих в растениях.

Калий играет важную роль в регуляции водного баланса в растениях (осмотическое давление). Оба процесса, впитывание воды через корни растений и ее выделение через устьица, зависят от калия. Известно также, что калий повышает засухоустойчивость.

Калий также необходим для синтеза белка и крахмала в растениях. Калий необходим почти на каждом этапе синтеза белка. Калий также активирует работу фермента в процессе синтеза крахмала.

Активация ферментов - Калий играет важную роль в активизации многих ферментов в растениях, связанных ростом.

Недостаточность калия в растениях

Недостаточность калия может вызвать в растениях некоторые нарушения, как правило, связанные с ростом.

Хлороз - выгорание листьев растений с пожелтением краев листа. Этот признак - один из первых симптомов недостаточности калия. Симптомы появляются на средних и нижних листьях.

Медленный или замедленный рост – так как калий является важным катализатором роста растений, растения, имеющие недостаточность калия, будут расти медленнее.

Низкая устойчивость к изменениям температуры и к засухе – недостаточное поглощение калия приведет к снижению циркуляции воды в растении. Это сделает растение более восприимчивым к засухе и к изменениям температуры.

Дефолиация – если не регулировать дефицит калия в растениях это приводит к опаданию листьев раньше положенного срока. Этот процесс может возникнуть еще быстрее, если растение подвергается влиянию засухи или высоких температур. Листья желтеют, затем принимают коричневый цвет и, в конечном итоге, опадают один за другим.

Другие симптомы недостаточности калия:

Слабые и нездоровые корни;

Неравномерное созревание плодов.

Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растительных организмах. Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяемая при окислении ранее синтезированных органических соединений в процессе дыхания, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей у макроэнергичеких соединений, важнейшим из которых является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Накопленная в АТФ энергия используется для всех жизненных процессов роста и развития растения, поглощения питательных веществ из почвы, синтеза органических соединений, их транспорта.

При недостатке фосфора нарушается обмен энергии и веществ в растениях. Особенно резко дефицит фосфора сказывается у всех растений на образовании репродуктивных органов, тормозит развитие и задерживает созревание, вызывает снижение урожая и ухудшение качества продукции.

В почву фосфор поступает с растительными и животными остатками, удобрениями; значительная часть его привносится почвообразующей породой. Некоторая часть фосфора поступает с атмосферными осадками, с космической и атмосферной пылью и техногенным путем.

Фосфор относительно устойчив в почве и не теряется так легко как N в результате улетучивания и вымывания. Высокая устойчивость (низкая растворимость) фосфора в почвах является непосредственной причиной недостатка почвенного фосфора для растений. Если бы растворимость фосфора можно было повысить, то небольшие количества фосфора в почве быстро приобрели бы первостепенное значение.

Фосфор является «дефицитным» элементом, так как в мире запасы фосфатного сырья (апатитов и фосфоритов) для производства удобрений невелики. Общие запасы фосфора (валовой) в почвах невысокие и составляют 0,05-0,25 % (от 1 до 5 т/га в пахотном слое 0-20 см). Большая часть (примерно 90 %) его находится в неусвояемой или трудноусвояемой для растений форме, а фосфор удобрений сильнее, чем азот и калий, закрепляется почвами в неподвижные формы. Естественных путей возобновления запасов фосфора в отличие от азота в почвах нет.

Общее количество фосфора в почвах с увеличением плодородия возрастает (табл. 19). Содержание валового фосфора в почвах различного типа изменяется менее существенно, чем азота.

Таблица 19

Валовой запас фосфора в пахотном слое почв

по В.М. Клечковскому и А.В. Петербургскому (Муха В.Д., 2003)

В почве фосфор находится в форме органических и минеральных соединений. На долю органических соединений фосфора в почвах приходится от 10-20 до 70-80 % всех запасов фосфора (табл. 20). Поэтому органическое вещество почвы – резерв подвижного фосфора.

Таблица 20

Соотношение органических и минеральных фосфатов

в гумусных горизонтах различных почв,

мг Р 2 О 5 /100 г почвы (Гинзбург К.Е., 1980)

Органические соединения представлены нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, фосфатидами, сахарофосфатами и др. значительная часть фосфора входит в состав гумусовых веществ. Так, в гуминовых кислотах содержится до 50-80 % всего органического фосфора почвы. Растительные остатки также богаты этим элементом. Фосфор органических соединений переходит в доступную форму после минерализации их микрофлорой.

Минеральные соединения фосфора содержатся в почвах в виде солей кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. Ортофосфаты щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Однозамещенный ортофосфат кальция Са(Н 2 РО 4) 2 Н 2 О так же хорошо растворим в воде, а двузамещенный ортофосфат кальция СаНРО 4 2Н 2 О растворяется значительно хуже. Трехзамещенные фосфаты двух- и трехвалентных катионов очень плохо растворяются в воде. Фосфор может находиться в почве в составе минералов апатита, фосфорита, вивианита, а также в поглощенном состоянии в виде фосфат-аниона.

Кислые почвы содержат химически активные формы железа и алюминия, которые поглощают фосфат-ион и удерживают его в труднодоступном состоянии. В нейтральных или слабощелочных почвах преобладают фосфаты кальция – это почвы степей, полупустынь, пустынь.

Минеральные фосфаты – основной источник фосфора для растений. Фосфор органических соединений усваивается после их минерализации. Наиболее благоприятная реакция среды для усвоения растениями фосфат-ионов – слабокислая (рН – 5,0-5,5).

Содержание органического фосфора в почвах связано с содержанием в них органического вещества, величиной рН, гидротермическим режимом и системой обработки почв. Поэтому вопросы содержания различных форм почвенных фосфатов в дерново-подзолистых почвах Пермского края позволяют правильно оценить фосфатный режим почв и наметить пути оптимального применения фосфорных удобрений.

Таблица 21

в слое 0-50 см в дерново-мелкоподзолистых среднесуглинистых почвах Предуралья (Дьяков В.П., 1987)

В почвах происходит медленная и постепенная потеря фосфором растворимости, что возможно в результате следующих процессов:

Проникновения фосфат-ионов в межплоскостные пространства глинистых минералов;

Образования железистых конкреций и поглощения ими фосфат-ионов, а также включения фосфат-ионов в минералы типа гетита или гиббсита в процессе кристаллизации соответствующих гидроксидов;

Фиксации фосфатов в карбонатной среде, когда рН поднимается выше 8, и фосфаты переходят в менее растворимое и более окристаллизованное состояние.

Доступность фосфора растениям у почв разных типов неодинакова. Сравнительно легко переходит в раствор фосфор, удерживаемый глинистыми минералами глиногумусового комплекса. В кислых почвах доступность фосфора растениям резко падает вследствие связывания его свободным алюминием и включения в железистые конкреции. При высоком содержании карбонатов доступность фосфора растениям также низкая.

Фосфор в твердой фазе почв по доступности растениям подразделяется на пять групп (по Ф.В. Чирикову):

Наиболее доступны растениям, легко переходят в раствор (фосфаты NH 4 + , одно- и двузамещенные фосфаты Са и Mg, Mg 3 (PO 4) 2 .

Ближайший резерв фосфора для питания растений - Са 3 (PO 4) 2 , часть фосфора фосфорита и апатита, часть AlPO 4 и часть органических фосфатов.

Труднодоступные фосфаты железа и алюминия, фосфорита, апатита, фитина.

Фосфаты органического вещества почвы, непосредственно растениям недоступны.

Фосфаты невыветрившихся минералов, непосредственно растениям недоступны.

Количество форм соединений фосфора в почвах зависит от типа почв, содержания гумуса, минералогического и гранулометрического составов, изменяется по генетическим горизонтам (табл. 22).

Фосфор содержится в твердой фазе почв в адсорбированном состоянии, а в почвенном растворе (0,1-0,3 мг/л) в виде фосфат-ионов (Н 2 РО 4 - , НРО 4 2-).

Для извлечения фосфата из твердой фазы почв применяются различные химические методы. По количеству подвижного фосфора проведена агрономическая группировка почв, которую используют для характеристики почвенных условий питания растений фосфором, составления картограмм и расчетов доз фосфорных удобрений (прил. 2). За вегетационный период растения используют 5-10 % фосфора от содержания подвижных фосфатов в почвах, то есть непосредственно усвояемый фосфор. Его количество зависит от особенностей химического состава органической и минеральной частей почв, их кислотности, гранулометрического состава.

Таблица 22

Валовой и подвижный фосфор в дерново-подзолистых почвах

Краснокамского района Пермского края (Дьяков В.П., 1989)

Вынос фосфора в грунтовые и дренажные воды незначителен, в связи с его способностью закрепляться в почве и слабой подвижностью.

Почвы, хорошо обеспеченные фосфорной кислотой, отличаются хорошим структурным состоянием, высокой биологической активностью, так как фосфорная кислота оказывает положительное действие на жизнь бактерий в почве.

Способы регулирования фосфорного режима:

внесение минеральных фосфорных удобрений;

внесение органических удобрений;

для повышения усвояемости почвенных фосфатов на кислых почвах необходимо проводить известкование, которое способствует растворению фиксированного фосфора и повышает его доступность растениям;

возделывание растений с глубокой корневой системой и высокой растворяющей способностью труднодоступных фосфатов. Особенно хорошей растворяющей способностью обладают люпин, горчица, гречиха, люцерна, клевер и другие бобовые, в меньшей степени рожь и кукуруза могут растворять труднодоступные соединения фосфора с помощью своих относительно мощных корневых систем и благодаря этому мобилизовать их в круговорот фосфора;

тщательное перемешивание фосфорных удобрений с почвой.

Бюллетень Московского клуба гладиолусоводов № 14, 2006 г.

ЗНАЧЕНИЕ КАЛИЯ И ФОСФОРА ДЛЯ РАСТЕНИЙ

И.В.Подосинкина

Калий в растениях

Калий (К ) требуется растениям постоянно и в больших количествах.Они поглощают из почвы калия больше, чем какого-либо другого элемента, за исключением азота и кальция.

Корни поглощают калий из почвы, куда он поступает из следующих органического вещества почвы (гумус, перегной, компост, зелёные удобрения, материалы мульчирования), а также из минералов почвы и минеральных удобрений.

Живые клетки умеренно прочно удерживают калий. Но он не встраивается в структуры каких-либо частей растения.Попадая в клетки, он увеличивает связывание воды коллоидами протоплазмы и обеспечивает эффективное протекание всех основных метаболических процессов в растениях. Он циркулирует в соке растений, выполняя свои функции. Его называют «кровь растения». Пока растение живо, оно удерживает калий от выноса с водой или выщелачивания. Но, если растение срезано или погибло по каким-нибудь причинам, калий быстро теряется из-за вытекания или легко вымывается.

Физиологические функции калия в растениях

1. Образование сахара и крахмала и их перемещение между различными частями растения. Калий – великий регулятор углеводного обмена в растениях!

2. Синтез белков.

3. Нормальное деление клеток, их рост.

4. Нейтрализация органических кислот.

Калий увеличивает размер и улучшает форму, вкус и цвет фруктов, овощей, ягод. У некоторых культур он повышает сопротивляемость к заболеваниям. Калий увеличивает прочность стеблей растений, предотвращая полегание.

Калий в значительной степени уравновешивает отрицательные воздействия неблагоприятных погодных условий : он повышает засухоустойчивость и холодостойкость (морозостойкость)растений, а также их устойчивость к плохим физическим условиям почвы – излишней уплотнённости и слабой аэрации.

Растения наиболее чувствительны к снабжению калием на ранних стадиях роста, на стадиях цветения и плодоношения.

Основная проблема, связанная с дефицитом калия и его усвоением, заключается в связывании (переходе в недоступные формы). Из-за связывания наилучшие результаты от применения калийных удобрений достигаются при применении многократного внесения калия за период вегетации.

Калий в почве

Калий, находящийся в почве, можно подразделить на три группы по степени его доступности для растений:

1. Недоступный (нерастворимый, даже в сильных кислотах).

2. Легко доступный для усвоения растениями (растворённый в почвенном растворе калий).

3. Постепенно становящийсядоступным для усвоения растениями (обменный калий).

Почти все запасы почвенного калия относятсяк первой группе. Но особенно велико значение второй и третьей групп для снабжения калием растений. Их роль является решающей в калийном питании растений. Обменный калий составляет лишь ничтожную часть общих его запасов в минеральной почве (менее 1% от общего его количества).Растворимый в воде калий, перемещающийся в почвенном растворе, который непосредственно всасывается корнями растений, составляет лишь 5-10% от количества обменного калия.

Между растворимой и обменной формами калия существует подвижное равновесие, т.е. между ними поддерживается постоянное соотношение. Время перехода связанного калия в доступный и его количество зависят от многих факторов: от вида культуры, типа минералов почвы, доступности влаги, уровней обменных катионов калия (К ),кальция (Са ) и водорода (Н) . Связанный калий не утрачивается навсегда. Он пополняет резервы тех форм калия, которые помогают уменьшить потери вследствие вымывания и избыточного потребления доступного калия, растворимого и обменного.

Со временем некоторая часть недоступного калия переходит в доступные формы для растений. Этот процесс занимает дни, месяцы, годы. Наиболее благоприятный режим освобождения калия наблюдается в плодородных почвах. Более медленно протекает это на трудных и бедных почвах.

Факторы, влияющие на снабжение калием

Частое внесение калия небольшими дозами является более экономичным и даёт наилучшие результаты, чем однократное или двукратное внесение его в больших количествах.

Следует избегать избыточного внесения калийных удобрений, поскольку это сдвигает равновесие между различными формами калия в почве и способствует его переходу в недоступные (связанные формы). Торфяники и другие, так называемые органогенные почвы , не имеют запасов резервного калия, достаточных для поддержания обменного калия на среднем или высоком уровне и, следовательно, являются плохими поставщиками природного калия. Получение высоких урожаев на таких типах почв возможно только при условии, что потери калия из-за выноса с культурами и вследствие вымывания постоянно возмещаются внесением калийных удобрений. Вымывание калия из почв более интенсивно во влажных регионах, где почвы работают в промывном режиме. При этом происходит также замещение калия на ионы водорода Н .

Фактором, который в существенной мере влияет на снабжение растений калием, является уровень снабжения другими элементами питания. И, наоборот, уровень калия влияет на снабжение растений другими элементами. Так, на карбонатных или переизвесткованных почвах с очень высоким содержанием обменного кальция и низким содержанием обменного калия, кальций способен снизить уровень непосредственного потребления калия растениями. В норме, однако, кальций не мешает усвоению растениями обменного калия. Чаще наблюдается обратная ситуация – возрастание уровня обменного калия может снизить поглощение кальция или магния и привести к излишнему потреблению калия. Калий и кальций- элементы антагонисты . Избыток одного блокирует усвоение другого, находящегося в недостатке.

Основные калийные удобрения

Калийные удобрения производят из природных солей – карналлита, сильвинита, полигалита , шенита , нефелина и т.д. Они характеризуются различным содержанием калия. Наиболее распространённым сырьём для получения сернокислого калия (К 2 S О 4 ) является полигалит , каинит, глазерит , а для получения хлористого калия (KCl ) - сильвинит.

Калийные удобрения подразделяют на две большие группы: сырыекалийные соли и концентрированные калийные удобрения.Недостаток первых – высокий процент балласта. Из сырых калийных удобрений наиболее распространены сильвинит и каинит.

Сильвинит – (KCl + NaCl ).Содержит до 18%К 2 Ои 35-40 % Na 2 О.Гигроскопичен , слёживается при хранении.

Каинит- (KCl х MgS О 4 х 3 Н 2 О).Содержит 10-12 % К 2 О, 6-7 % MgO , Са и Na .Добывается на Украине.

Калимагнезия – сульфат калия-магния (шенит ) – К 2 S О 4 х MgS О 4 . Содержит 28% К 2 О и 9 % MgO .

Калимаг - К 2 S О 4 х 2 MgS О 4 .Содержит до 19%К 2 О.Химический состав этого удобрения примерно такой: К 2 S О 4 - 39 %, MgS О 4 – 55 %, NaCl –1 %, остальное – нерастворимый осадок.

Фосфор в растениях

Фосфор – один из абсолютно жизненно необходимых элементов питания растений, относящийся кмакроэлементам. Необходим для роста всех частей растений. Все живые ткани содержат фосфор.

Фосфор входит в состав хромосом, находящихсяв ядрах растительных клеток. Входит в состав фосфопротеинов , нуклеиновых кислот, фосфолипидов , фосфорных эфиров сахаров, нуклеотидов, принимающих участие в энергетическом обмене, витаминов и многих других соединений. Соединения фосфора контролируют процесс деления клеток и их рост.

Особо важную роль играет фосфор в энергетике клетки, поскольку именно в форме высокоэнергетических эфирных связей фосфора или пирофосфатных связей запасается энергия в живой клетке. Для этого элемента характерна особенность к образованию связей с высоким энергетическим потенциалом.

Многие фосфорсодержащие витамины и их производные являются коферментами и принимают непосредственное участие в каталитическом акте, ускоряющем течение важнейших процессов обмена (фотосинтез, дыхание). Фосфор усиливает накопление сахара во фруктах и овощах, крахмала в клубняхкартофеля. Фосфор способствует прорастанию семени и хорошему росту рассады. Он стимулирует формирование корня и рост растений на ранних стадиях, ускоряет процессы созревания и способствует общему здоровому развитию растений.

Превращения фосфора в почве

В почве фосфор присутствует в виде первичных и вторичных минералов, а также как составная часть органического вещества. Небольшое количество фосфора адсорбируется на частицах глины, и совершенно ничтожное его количество содержится в почвенном растворе.Основная проблема, связанная с фосфором, - это его быстрая и практически полная фиксация в минеральных почвах,т.е. перевод вносимых растворимых форм в нерастворимые . В литературе этот процесс также именуется «зафосфачиванием почвы». В силу этого возникают трудности фосфорного питания растений. Связывание фосфора усиливается в щелочных и особенно кислых почвах. В нейтральных почвах процесс фосфорного питания растений оптимизируется.Итак, рН почвы и фосфорное питание растений неразрывно связаны друг с другом. Свести до минимума связывание фосфорав почве помогают следующие приёмы агротехники: известкование кислых почв, использование органического вещества (компостов, перегноя и т.д.), применение минеральных удобрений с хорошо растворимым фосфором, использование ЭМ-технологии , сидерации, - всё это на фоне оптимальной влажности почвы.

Признаки фосфорной недостаточности растений. Основным симптомом фосфорного дефицита является красно-фиолетовая окраска листьев, а иногда и плодов. Отставание в росте. Слабые и тонкие растения. Корни массивные и плохо ветвятся. Задерживается созревание культуры. Отсутствие семян и плодов или их плохое качество. Первые симптомы нехватки фосфора проявляются на старых (нижних) листьях. В острых случаях недостаточности наблюдается закручивание и побурение листьев.

Основные фосфорные минеральныеудобрения и способы их внесения . Фосфорные удобрения применяются для предпосадочной заправки почв на грядках, посадочных ям, для некорневой подкормки растений в процессе вегетации и устранения дефицитов фосфорного питания. Большинство известных фосфорных удобрений являются солями ортофосфорной, пирофосфорной и метафосфорной кислот. Они имеют разную растворимость. Хорошей растворимостью обладают калийные и аммонийные соли. Они легко и быстро усваиваются растениями в виде растворов при некорневых и корневых подкормках и особенно незаменимы при устранении фосфорных дефицитов или для их предотвращения. Это дигидрофосфат калия (монокалийфосфат ) – КН 2 РО (0-52-34), аммофос - NH 4 Н 2 РО (12-50-0), диаммофос – (NH 4 ) 2 НРО (19-49-0), полифосфат аммония - (NH ) 2 Н 2 Р 2 О 7 (15-65-0), карбоаммофос (25-30-0), полифосфат мочевины (31-31-0) и др. Эти простые удобрения могут входить как составляющая часть в комплексные удобрения, содержащие все необходимые для растений макро- и микроэлементы. Таковыми, например, являются Кемира Универсал и Кемира Комби , кристалоны , акварины , растворины и др. Грамотно подбирая и, особенно, дозируя удобрения растворимые и пролонгированного действия, а также проводя заправку почв и систему гибких жидких подкормок, можно организовать фосфорное питание выращиваемых растений, добиваясь их оптимального развития и продуктивности, при этом не отравляя почву и почвенную биоту .