10.2 Оценка обеспеченности почв фосфором. Потребность сельскохозяйственных культур в фосфорных удобрениях Основные теоретические положения

История «путешествий» фосфора на Земле, или, как говорят ученые-геохимики, его миграция, очень интересна и поучительна. Атомы фосфора, как и всех других элементов, постоянно участвуют в великом природном круговороте веществ. Фосфор – относительно редкий элемент. По данным академика А.Е.Ферсмана, его весовой кларк (процентное содержание элемента в земле) равен всего 0,12%. В таблице распространенности химических элементов в земной коре он стоит на 13-м месте вслед за углеродом и хлором, перед серой. К тому же фосфор – элемент, редко накапливающийся в больших количествах, и потому его относят к числу рассеянных. Глобальный биогеохимический круговорот большинства биогенных макроэлементов предполагает наличие у них газовых форм. И только фосфор, не имея газовых форм, необратимо вымывается в океан. Возврат элемента в геологическом масштабе осуществляется, когда дно моря становится сушей: основные месторождения фосфатов – бывшие донные отложения органического происхождения. В свободном виде в природе по причине своей очень сильной окисляемости он не встречается, но входит в состав многих минералов (их насчитывается до 120) и множества органических веществ. Большинство минералов, содержащих фосфор, являются редкими. Наиболее важные минералы (природные фосфаты) – апатит, вивианит, а также осадочная горная порода фосфорит, состоящая из мелкокристаллического или аморфного фосфата кальция с примесью некоторых других веществ.

Главный же потребитель фосфатов – сельское хозяйство. Со времени химика Ю.Либиха земледельцы, поняв значение фосфора для повышения урожая культурных растений, начали отыскивать природные фосфаты (апатиты, фосфориты), превращать их механическим или чаще всего химическим путем в удобрения и вносить в почву. Важно заметить, что в 100 кг пшеницы находится около 1 кг фосфора (в виде Р₂О₅). Столько же фосфора содержится в 200 кг сена, 300 кг соломы, 1500 кг зеленых кормов. Можно себе представить, какие громадные количества фосфора уносятся с наших полей вместе с урожаем. Часть его, конечно, возвращается в почву, но фосфор, например, содержащийся в продуктовых частях растений, идущих на промышленную переработку, пропадает. Не обладая бесконечными запасами фосфора, почва вследствие этого процесса постепенно истощается, что приводит к сильному снижению урожая и необходимости восполнения потери фосфора. Культурные растения в большинстве случаев очень благоприятно отзываются на внесение в почву фосфорных удобрений в легкоусвояемой форме.

Фосфор является одним из основных элементов питания растений. Его содержание в растениях значительно ниже, чем азота, калия, и кальция. Недостаточное содержание в почве усвояемых фосфатов обусловливает низкие урожаи. В отличие от минеральных форм почвенного азота, которые неустойчивы и легко теряются в результате улетучивания и вымывания почвенные фосфаты весьма устойчивы. Причиной недостатка фосфора для растений является низкая растворимость фосфорных соединений

Недостаток фосфора вызывает последствия, которые аналогичны последствиям недостатка азота. Стебли бывают тонкими, листья мелкими, боковое ветвление ограниченное. Развитие почек весной задерживается, цветение скудное, происходит преждевременное опадение листьев. Так же, как и азот, фосфор реутилизируется в растении. Он оттекает из взрослых листьев в молодые. Основной формой минерального фосфора в почве являются апатиты - природные и вторичнообразованные. Минеральные формы находятся преимущественно в виде соединений ортофосфорной кислоты с ионами кальция, магния, железа и алюминия. Значительная доля ионов фосфора адсорбируется на положительно заряженной части почвенного поглощающего комплекса (базоидами). Адсорбированные ионы фосфора удерживаются прочнее катионов.

В почве одновременно протекают разнонаправленные процессы. Происходят иммобилизация органическим веществом фосфора почвенного раствора и минерализация органических веществ, которая сопровождается поступлением фосфора в почвенный раствор. В почвенный раствор поступает фосфор в результате десорбции его из минеральных соединений, и происходит сорбция (осаждение) фосфатов почвенного раствора минеральной частью почвы. Уровень фосфорного питания растений зависит от растворимости минеральных форм фосфора. Характер реакции почвенного раствора обусловливает преобладание одного из трех ионов фосфора.

Рисунок 21 - Растворимость и возможность химического поглощения фосфора в почвах (Томпсон, Троу, 1982)

В интервале кислых и нейтральных почв преобладает монофосфат – одновалентный ортофосфат – H₂PO₄, в щелочной среде – при pH выше 7,2 доминирует двухвалентный ион HPO₄. Ион PO₄ появляется при pH выше 10. Наиболее легко абсорбируется растениями монофосфат. Количество фосфора в почвенном растворе (H₂PO₄, H₂PO₄), как правило не превышает 1 кг/га пахотного слоя почвы.

Считается, что растения почти весь необходимый для них фосфор извлекают из почвенного раствора. На формирование урожая 1ц/га зерна яровой пшеницы затрачивается около одного килограмма фосфора. Следовательно, содержание фосфатов в почвенном растворе постоянно восполняется. Адсорбированный и другие твердые формы фосфора находятся в равновесном состоянии с фосфором почвенного раствора и между собой. Концентрация почвенного раствора сохраняется. При этом фосфору свойственна более низкая концентрация в почвенном растворе, чем азоту и калию, а также и низкая скорость диффузии. Поскольку основное перемещение фосфора к корням растений осуществляется при диффузии ионов, то в сухой почве, когда расстояние перемещения иона превышает 5-10 мм, поглощение фосфора растением замедляется (Томпсон, Троу,1982).

Лучше всего растениями усваивают воднорастворимые фосфаты. Но воднорастворимых солей фосфорной кислоты в почвах обычно так мало, что по их количеству нельзя судить о степени обеспеченности растений фосфором. В связи с этим определение количества фосфатов, переходящих в водную вытяжку из почвы, не дает правильного ответа на то, сколько фосфора находится в почве в форме, доступной для растений.

Для оценки уровня обеспеченности растений фосфором используются показатели экстракции фосфатов из почвы различными растворителями: кислотными, щелочными разной концентрации, а также растворами солей, которые извлекают из почвы воднорастворимые фосфаты и часть соединений фосфора не растворяющихся в воде. Агрохимической службой Красноярского края используются: на нейтральных почвах (черноземного типа) 0,5н уксуснокислую вытяжку по Чирикову, на почвах элювиального ряда (серые лесные, дерново-подзолистые) – 0,2 н солянокислую вытяжку по Кирсанову, на карбонатных почвах (черноземах южных, обыкновенных, каштановых почвах) в 1% растворе углекислого аммония по Мачигину.

При расчете доз фосфорных удобрений необходимо учитывать обеспеченность почвы доступными для растений формами фосфатов. Полученные результаты оценивают, пользуясь местными градациями к методам определения подвижных фосфатов в почве по Кирсанову, Чирикову, Мачигину (табл. 49).

Таблица 49. Градации обеспеченности почв подвижным фосфором

При высокой доступности почвенного фосфора молодые растения быстро поглощают фосфор. При синтезе четверти органической массы они успевают поглотить до 50% всего нужного им количества фосфора за сезон. Зерновые культуры на 7-10 дней ускоряют наступление технологической спелости. Высокая обеспеченность фосфором начальной фазы роста яровой пшеницы обусловливает существенный прирост урожайности за счет повышения озерненности колоса.

Фосфор противодействует влиянию азота на усиление поражения ячменя мучнистой росой. Поражение грибными гнилями корней значительно выше у растений недостаточно обеспеченных фосфором. Эта тенденция проявляется интенсивнее у растений в стадии проростков. Вместе с тем есть сведения и обратного порядка: восприимчивость к болезни проявляется больше при достаточном обеспечении фосфором, чем тогда, когда в почве складывается дефицит фосфора.

Обсуждение результатов. При выполнении практической работы каждый студент получает индивидуальное задание. На основании полученных результатов:

• оцените обеспеченность почвы под различными культурами севооборота фосфором по местным градациям;

• оформите в рабочей тетради выводы и обоснуйте полученные результаты