Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобрений

Обновлено: 05.10.2024

Презентация на тему: " ЛЕКЦИЯ 4 и 5. СВОЙСТВА ПОЧВЫ В СВЯЗИ С ПИТАНИЕМ РАСТЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ. Плодородие почвы, ее виды. Пути повышения эффективного плодородия. Составные." — Транскрипт:

1 ЛЕКЦИЯ 4 и 5. СВОЙСТВА ПОЧВЫ В СВЯЗИ С ПИТАНИЕМ РАСТЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ. Плодородие почвы, ее виды. Пути повышения эффективного плодородия. Составные части почвы и их роль в питании растений. Поглотительная способность почвы, ее роль в питании растений и поглощении удобрений. Агрохимическая характеристика основных типов почв

2 Плодородие почвы – это ее способность одновременно обеспечивать растения водой, пищей и воздухом, а также создавать для них наиболее благоприятные (оптимальные) физические, физико-химические, химические, биологические и другие условия роста и развития

3 Состав почвы. Почва состоит из твердой фазы, жидкой фазы или почвенного раствора, и газовой фазы, или почвенного воздуха, которые находятся между собой в тесном взаимодействии. Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием СО2 и несколько меньшим - кислорода. В почвенном воздухе содержится СО2 до 0,3 – 1 % (иногда 2 – 3 % и более). При растворении СО2 в почвенной влаге образуется угольная кислота, которая диссоциирует на ионы. СО2 + Н2О = Н2СО3 Н+ + НСО3 ¯

4 Почвенный раствор – наиболее подвижная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой растения непосредственно усиливают питательные вещества (соли). В зависимости от типа почвы и других условий в почвенном растворе содержатся анионы: (НСО3¯; СI¯; NO3¯; SO42-; H2PO4¯; OH¯ и другие) катионы (H+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+ и другие), водорастворимые органические вещества газы (О2, СО2, NН3 и другие).

5 Твердая фаза почвы – содержит основной запас питательных веществ для растений. она состоит из минеральной части, на которую в большинстве почв приходится 90 – 99 % массы твердой фазы, и органической части, которая играет очень важную роль в ее плодородии. Почти половина твердой фазы приходится на кислород (49 %) 33 % на кремний, более 10 % на Аl и Fe и только 7 % - на остальные элементы – содержащиеся только в минеральной части. С, Н, О, Р и S – как в минеральной части, так и в органической. N – почти целиком в органической части..

6 По происхождению первичные минералы подразделяют на первичные и вторичные. Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки и пироксены – содержатся в виде песка (0,05 – 1 мм) и пыли (0,01 – 0,05 мм). По химическому составу минералы подразделяют на кремнекислородные соединения или силикаты (кварц SiO2) и алюмокремниевые соединения (алюмосиликаты), к ним относятся полевые шпаты – калиевые (оргоклазы КАlSi3O8) и натриево-кальциевые СаАlSi3O8.

7 Вторичные минералы объединяют в следующие группы: монтмориллонитовая группа – монмориллонит Аl2Si4O10(ОН)2 · nН2О. каолинитовая группа – каолинит Аl2Si2O5(ОН)4. Гидрослюды – гидромусковит (илиит) КАl2[SiАl4О10]ОН2 · nН2О В почве также содержатся различные соли: карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты, Са, Мg, K и Na. Во всех почвах содержатся малорастворимые слои фосфорной кислоты (фосфаты Са, Мg, Fe, Аl).

8 Органическое вещество почвы. подразделяется на две группы: Негумифицированные органические вещества растительного или животного происхождения; К ним относятся – преимущественно отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся растительные остатки (растительный опад, корни), а также остатки животных, обитающих в почве микроорганизмов. Являются важнейшими источниками питательных веществ, они сравнительно легко разлагаются в почве – N, P, S и другие переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества специфической природы – гумусовые или перегной. Источник для образования гумусовых веществ – высокомолекулярных азотсодержащих соединений. Гумусовые вещества подразделяют на следующие группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.

9 Способность почвы поглощать ионы и молекулы различных веществ из раствора и удерживать их называется ее поглотительной способностью. К.К. Гедройц различал пять видов поглотительной способности: биологическую, механическую, физическую, химическую, физико-химическую и тесно увязывал с разработкой теоретических и практических вопросов применения удобрений и питания растений.

10 Химическая поглотительная способность – связана с образованием нерастворимых или труднорастворимых соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве. Анионы азотной и соляной кислот (NO3¯) и (CI¯) ни с одним из распространенных в почве катионов (K+, Ca2+, Mg2+, AI3+, Fe3+, NH4+) не образуют не растворимых в воде соединений. Анионы Н2СО3 и Н2SО4 с одновалентными катионами дают растворимые соли, а с двухвалентными катионами (Ca2+, Mg2+) – труднорастворимые соединения в воде. В почвах с нейтральной или слабо щелочной реакцией, содержащих обменно-поглощенный кальций или бикарбонат кальция в почвенно растворе происходит химическое связывание. Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 2СаНРО4 + 2Н2СО3 2СаНРО4 + Са(НСО3)2 Са3(РО4)2 + 2Н2СО3 Н (почва) Са + Са(Н2РО4)2 (почва) Н + 2СаНРО4

11 Физико-химическое, или обменное поглощение катионов – это способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы, как минеральных так и органических, несущих отрицательный заряд поглощать различные катионы из раствора. К (почва) Са + 2КСI (почва) К+ 2СаСI2 играет существенную роль в почвенных процессах, определяет ее структуру, реакцию, буферность, имеет особо важное значение при взаимодействии с удобрениями: NH4 (почва) Са + (NH4)2SO4 (почва) + 2СаSO4 NH4 Nа (почва) Са + 2NаNО3 (почва) + 2Са(NО3)2 Nа

Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобрений

Рост и развитие растений находятся в тесной зависимости от физических химических и биологических свойств почвы. Общий запас питательных веществ в ней и содержание их в доступных для растений формах, интенсивность процессов перехода питательных веществ из неусвояемого состояния в усвояемое и обратно в значительной степени определяют условия питания растений и потребность их в удобрении.[ . ]

Растения используют для питания усвояемые питательные вещества из почвы, а также из внесенных в нее удобрений. При высоком содержании усвояемых питательных веществ в почве потребность в удобрениях снижается, при низком содержании, наоборот, резко возрастает. В зависимости от состава и свойств почвы общий запас и количество усвояемых питательных веществ в разных почвах неодинаковы, поэтому отзывчивость на удобрения и эффективность их на разных почвах могут быть также различными. В процессе питания наблюдаются тесная взаимосвязь и взаимодействие между растениями, почвой и удобрениями.[ . ]

Внесенные в почву удобрения подвергаются разнообразным химическим, физико-химическим и биологическим превращениям, которые оказывают влияние на растворимость содержащихся в удобрениях питательных веществ, на способность их к передвижению в почве и доступность для растений. Характер и интенсивность процессов превращения удобрений в почве зависят от физических, химических и биологических свойств почвы. В разных почвах эти процессы проходят по-разному. Вместе с тем удобрения сами оказывают сильное действие на почву: обогащают ее питательными веществами, изменяют реакцию почвенного раствора, интенсивность и характер микробиологических процессов и другие свойства почвы, определяющие ее плодородие. Поэтому знание состава почвы, ее свойств и происходящих в ней физико-химических, химических и биологических процессов очень важно для понимания характера превращения удобрений в почве, особенностей действия их на разных почвах, а следовательно, для правильного и наиболее эффективного применения удобрений в соответствии с требованиями возделываемых растений и почвенными условиями.[ . ]

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:

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

Почва – не просто среда размещения корней растений и резервуар элементов питания. В ней постоянно протекают физико-химические и биологические процессы превращения (мобилизации) питательных элементов.

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) частей. В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической частей (1–10 %). Минеральная часть почвы в свою очередь на 90 % состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Углерод, водород, кислород, фосфор и сера содержатся в почве как в минеральной, так и органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий – только в минеральной части почвы.

По происхождению минералы делятся на первичные и вторичные. Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды – входят в материнские почвообразующиеся породы и присутствуют в виде частиц песка (0,05 до 1 мм), пыли (0,001 до 0,05 мм) и меньше в виде илистых (меньше 0,001 мм) и коллоидных (меньше 0,25 микрона) частиц. При разрушении минералов под влиянием химических процессов и жизнедеятельности различных организмов образуются гидраты полуторных оксидов, гидраты кремнезема, различные соли и вторичные минералы – каолинит А1₂О₃∙2SiO₂∙2H₂О, монтмориллонит А1₂О₃∙4SiО₂∙nH₂O, гидрослюды и др. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц.

По химическому составу минералы подразделяются ни кремнекислородные соединения, или силикаты (кварц), и алюмокремнекислородные соединения, или алюмосиликаты (полевой шпат, мусковит, биотит).

Вторичные алюмосиликатные минералы делятся на три группы: монтмориллонитовая, каолинитовая и гидрослюдистая. Монтмориллонит обладает высокой дисперсностью, содержит до 80 % частиц размером 0,001 мм, в том числе 60 % коллоидных частиц ( - , NO₃ - , H₂PO₄ - , Cl - , SO₄ 2- , и катионы К + , Са 2+ , Mg 2+ , NH₄ + , а также соли железа, алюминия и различные водорастворимые органические вещества (сахара, аминокислоты).

Наиболее благоприятная концентрация их в почвенном растворе для растений – 1 г в 1 л (0,1 %), в почве обычно концентрация солей ниже: 0,5 г/л (0,05 %). Избыток солей в почве (больше 0,2 %) вреден для растений. Осмотическое давление почвенного раствора значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На состав и концентрацию почвенного раствора воздействуют: удобренность почвы, влажность, интенсивность деятельности микроорганизмов, минерализация органического вещества, вымывания в нижележащие слои, усвоение ионов растениями и т.д.

Газообразная часть почвы, или почвенный воздух, отличается от атмосферного воздуха большим содержанием углекислого газа – от 0,1 до 3 % против 0,03 % в атмосфере и пониженным содержанием кислорода. В почве при разложении органического вещества, дыхании корней постоянно потребляется кислород и выделяется углекислый газ. На состав почвенного воздуха сильное влияние оказывают характер растительности, атмосферное давление, колебания температуры и т.д.

Читайте также: