Навігація


Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
Азотний фонд ґрунтуКалійний фонд ґрунтуЯКІСТЬ ҐРУНТУОкисно-відновний стан ґрунтуВторинне засолювання і заболочування ґрунтівЗабезпечення ґрунтів елементами живленняГігієнічне значення складу і властивостей ґрунтуЗаходи створення глибокого родючого орного шару ґрунтуЗабруднення літосфери та ґрунтівСистема обробітку ґрунту
 
Головна arrow Агропромисловість arrow Агрохімія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Фосфатний фонд ґрунту

Вміст загального фосфору в орному шарі ґрунту коливається від 1,3 у дерново- підзолистих до 5,4 т/га в чорноземі звичайному. Біоакумуляція фосфору в орному шарі (0–30 см) ґрунту відносно вмісту його в материнській породі становить 120–150 %. Основна маса фосфору міститься в ґрунті у формі мінеральних та органічних сполук, недоступних для рослин. У дерново-підзолистих ґрунтах мінеральних сполук фосфору більше, ніж органічних, у чорноземних і торфових – навпаки. Органічні сполуки фосфо-ру представлені переважно нуклеопротеїдами, фітином, фосфоліпідами, фосфопротеїдами та іншими органічними сполуками, що входять до складу організмів тварин, рослин, мікроорганізмів. У гумусі фосфор входить до складу гумінових і сульфокислот. Фосфор органічних сполук доступний для рослин після гідролітичного розкладання їх ферментами групи фосфатаз, що є в організмах тварин і мікроорганізмів. При цьому велике значення має співвідношення С : Рорг. Якщо воно < 200, то фосфорорганічні сполуки представлені нестійкими легкомінералізованими формами.

Органофосфати в ґрунті представлені різними видами сполук. Це можуть бути неспецифічні органофосфати індивідуальної природи, а також специфічні сполуки, які з'явилися в процесі утворення гумусу. Неспецифічні органічні фосфати також поділяють на три класи: фосфоліпіди (< 1 % всього органічного фосфору ґрунту), нуклеїнові кислоти (до 10 %), інозитолфосфати (30–60 %). На їх розподіл значно впливає кислотність ґрунту. Так, кальцій і магнієві солі інозитолфосфорної кислоти переважають у нейтральних ґрунтах, а фітати заліза та алюмінію – у кислих. Слід зазначити, що природні фосфорорганічні сполуки перебувають у процесі постійних фізико-хімічних перетворень у результаті перебігу реакцій гідролізу, сорбції, хелатоутворення, інших окисно-відновних процесів і ферментативного впливу. Внаслідок цього значна частина органічних фосфатів мінералізується і переходить до запасів потенційно доступних для рослин мінеральних форм.

Мінеральні сполуки містяться в ґрунті у вигляді солей кальцію, заліза та алюмінію, тобто склад їх великою мірою визначається складом катіонів у ґрунтовому вбирному комплексі. Наприклад, фосфати кальцію переважають у нейтральних і лужних ґрунтах, а фосфати алюмінію і заліза – у кислих.

Після внесення фосфорних добрив фосфор, що входить до їх складу, внаслідок хімічних, фізико-хімічних та біологічних процесів, які відбуваються в ґрунті, зазвичай перетворюється на сполуки, характерні для певного типу ґрунту. За тривалого застосування добрив зі зміною агрохімічних властивостей ґрунту може дещо змінюватися і склад фосфорних сполук. При цьому вміст загального фосфору в ґрунті збільшується порівняно з іншими елементами живлення та підвищується вміст рухомих фосфатів.

Основна роль у живленні рослин фосфором належить його мінеральним сполукам, які представлені в ґрунті апатитами, фосфоритами, вторинними мінералами їх розкладання і солями фосфорних кислот. Усього відомо 205 фосфоровмісних мінералів, із яких 95 містять залізо, 60 – алюміній, 56 – кальцій, 45 – манган. Мінеральні сполуки фосфору ґрунту постійно взаємодіють між собою (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Перетворення фосфорних сполук у ґрунті

За ступенем участі у фосфорному живленні рослин їх поділяють на три великі групи, які знаходяться в динамічній рівновазі: сполуки фосфору, що містяться у ґрунтовому розчині; сполуки, адсорбовані ґрунтовими колоїдами або осаджені; важкорозчинні фосфати первинних і вторинних мінералів мінерального скелета ґрунту.

Ортофосфати ґрунтового розчину – це однозаміщені водорозчинні фосфати кальцію і магнію, фосфати одновалентних катіонів калію, натрію, амонію та інших елементів, основні й найліпше засвоювані сполуки фосфору для рослин, насамперед на початку їх росту і розвитку. Ступінь рухливості фосфатів у ґрунті ("чинник інтенсивності") оцінюють за здатністю твердої фази ґрунту віддавати в розчин іони фосфору, вміст яких встановлюють за наявністю фосфору в ґрунтовому розчині. Проте виділити ґрунтовий розчин дуже важко, тому використовують водні та сольові витяжки з ґрунту (ступінь рухливості фосфатів ґрунту). Визначають також енергію, потрібну для переходу фосфатів із ґрунту в розчин (фосфатний потенціал).

Лабільні фосфати – це фосфати, які осіли або адсорбовані на поверхні твердих часточок ґрунту, ґрунтового вбирного комплексу, оксидами заліза та алюмінію, а також вторинні фосфати, які утворилися після формування ґрунту. Вважають, що 4–10 % усього ґрунтового фосфору зв'язано адсорбційно. На відміну від первинних мінералів вторинні є активною мобільною складовою ґрунту. До них належать кальційгідрофосфат (СаНР04 • 2Н2O), октакальційфосфат (Са4Н(РO4)3 • 3Н2O), одно- і двозаміщені фосфати заліза. У разі порушення фосфатної рівноваги твердої і рідкої фаз ґрунту ці фосфати можуть переходити в ґрунтовий розчин. Фосфати другої групи характеризують запаси рухомих сполук фосфору – фосфатну "ємність" ґрунту, є резервом для наступного живлення рослин фосфором. Для визначення запасу рухомих фосфатів використовують (залежно від типу і складу ґрунту) кислотні, лужні чи буферні розчинники, іонообмінні смоли, радіоізотопний метод та ін.

Стабільні фосфати – важкорозчинні сполуки, які містяться в ґрунті у складі первинних і вторинних мінералів (оклюдовані гідратами півтораоксидів, карбонатами та ін.).

Тризаміщені фосфати двовалентних катіонів слабко розчинні у воді, тому вони більшістю рослин майже не засвоюються. Проте в процесі вивітрювання вони можуть ставати доступнішими для рослин. Свіжоосаджені тризаміщені фосфати кальцію в аморфному стані дещо краше засвоюються рослинами. В міру їх старіння й переходу в кристалічний стан засвоюваність рослинами фосфору різко знижується, але є група рослин, які поглинають фосфор і в такому стані. До них належать люпин, гречка, гірчиця, дещо меншою мірою – еспарцет, буркун, горох. Це пов'язано з переліченими нижче їх особливостями.

1. Кореневі виділення цих рослин мають підвищену кислотність, наприклад pH розчину навколо кореневої системи люпину становить 4–5, що уможливлює поглинання кислоторозчинних сполук фосфору. Найбільшою мірою це виявляється на нейтральних ґрунтах і може бути поясненням, чому ці культури реагують на фосфорні добрива на чорноземах і буроземах менше, ніж на кисліших типах ґрунтів. 2. Ці рослини мають підвищену здатність до засвоєння з ґрунту кальцію, у зв'язку з чим співвідношення СаО : Р2O5 у фазу цвітіння становить понад 1,3, а в злаків менш як 1,3. Кальцій, який інтенсивно поглинають рослини, сприяє переходу фосфору в розчин і робить його доступним для рослин, але на деякі культури, наприклад льон, могар, ця закономірність не поширюється. 3. Тризаміщені нерозчинні фосфорні солі розчиняються фізіологічно кислими мінеральними добривами, ґрунт має потенційну кислотність.

Після підживлення рослин розчином солей фосфору через листки він перемішується в інші органи доволі повільно і в невеликих кількостях. Тому нормальне фосфорне живлення рослин забезпечується лише через корені. За вегетаційний період рослини засвоюють 20–70 кг Р205/га.

Деякі рослини здатні засвоювати фосфор із нескладних фосфорорганічних сполук, оскільки їхні корені виділяють фермент фосфатазу, яка відщеплює фосфати від органічних сполук. Підвищену фосфатазну активність мають боби, горох, кукурудза та деякі інші культури. Крім того, підвищену фосфатазну активність відмічають у рослин навіть під час їх фосфорного голодування, що пов'язано з пристосувальною здатністю рослинного організму. Проте даних про засвоєння рослинами фосфорорганічних сполук без попереднього відщеплення мінеральних фосфатів ферментами кореневих систем і мікроорганізмів поки що немає.

Внесення фосфорних добрив сприяє накопиченню в ґрунті органічних і мінеральних сполук фосфору. Для встановлення оптимального фосфатного режиму важливо знати ступінь доступності для рослин фосфору ґрунту і решток фосфорних добрив.

Доступність фосфору добрив залежить від хемосорбції, адсорбції, біологічного перетворення та інших процесів. Вони мають складну природу, тому сполуки,

шо зумовлюють закріплення фосфору в ґрунті, залежать від їх типів. Оскільки більшість ґрунтів за відношенням до фосфору добрив виявляє високу вбирну здатність, вважають, шо рослини використовують не фосфат-іони добрив, а різні за розчинністю й доступністю сполуки, що утворюються внаслідок швидкої трансформації фосфорних добрив у ґрунті. Спочатку фосфор фіксується в місцях внесення, залишаючись у розчинній, доступній для рослин формі (25 % внесеної кількості).

Показником доступності фосфору для рослин є фосфатний потенціал (ФП). При цьому стан ґрунтового фосфору визначають за відповідними хімічними потенціалами та їх зменшенням під час поглинання рослинами внаслідок ретроградації, втрат і т. д. Фосфатний потенціал – це сумарна активність іонів кальцію та деяких фосфат-іонів у логарифмічній формулі

де р – знак від'ємного логарифма.

Що менше значення фосфатного потенціалу, то легше фосфор переходить у ґрунтовий розчин і сприятливіші умови для фосфорного живлення рослин.

Для різних ґрунтових відмін характерні певні сполуки фосфору. Тому залежно від їх складу обирають певний метод для визначення запасу рухомих сполук фосфору ("чинник ємності"). Наприклад, у зоні дерново-підзолистих ґрунтів вміст фосфору визначають за методом Кірсанова (у витяжці 0,2 н розчину НС1), у зоні сірих лісових ґрунтів і некарбонатних чорноземів – за методом Чирикова (у витяжці 0,5 н розчину СН3СООН), у зоні карбонатних ґрунтів – за методом Мачигіна (у витяжці 1%-го розчину (NH4)2CO3) тощо.

Перелічені методи ґрунтуються на імітації дії на ґрунт кореневих систем рослин, здатних виділяти в ґрунтовий розчин певні кількості вугільної та органічних кислот, але жоден із реактивів нездатний замінити живі корені рослин. Між ґрунтовим розчином і твердою фазою ґрунту встановлюється динамічна рівновага. У процесі засвоєння фосфат-іонів, корені рослин порушують її і сприяють переходу нових порцій фосфат-іонів із ґрунту в розчин. Французький учений А. Демолон дійшов висновку, що оптимальна для рослин концентрація фосфору в ґрунтовому розчині становить 1,2 мг/л. Проте насправді вона значно нижча (0,05-1 мг/л), що вказує на потребу внесення фосфорних добрив. За концентрації фосфору 0,02–0,03 мг/л більшість польових культур його майже не засвоює. Корені можуть поглинати фосфор, який знаходиться від них на відстані не більш як 2 мм. Тому навіть у період максимального розвитку кореневої системи рослини використовують фосфор лише із чверті об'єму орного шару ґрунту.

Невикористана частина фосфорних добрив зазнає іммобілізації, перетворюється на важкозасвоювані форми внаслідок хімічного поглинання твердою фазою ґрунту, біологічної фіксації мікроорганізмами, накопичення фосфатів у гумусі. Фосфор цієї фракції може бути доступний для рослин лише в процесі біологічного колообігу речовин.

Хімічне осадження, або ретроградація, характерне для певного типу процесу ґрунтоутворення. Спочатку дигідрофосфати перетворюються на гідрофосфати, що знижує їх розчинність і засвоюваність рослинами. Потім у кислих дерново- підзолистих ґрунтах утворюються малорозчинні фосфати алюмінію та заліза. В нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи, сіроземи) основними фіксаторами фосфору є кальцій і магній. Спочатку сполуки фосфору перебувають в аморфній формі і їх фосфор частково доступний для рослин. У міру старіння (кристалізації) фосфати кальцію і магнію стають менш доступними.

Слід зазначити, що фосфор, зв'язаний з алюмінієм, в 1–6 разів доступніший для рослин, ніж фосфати заліза, а фосфати заліза у 8–18 разів доступніші, ніж фосфати кальцію (Л. ML Томпсон, Ф. Р. Троу, 1982). Доступність фосфору цих сполук істотно залежить від кислотності ґрунту (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Доступність фосфору для сільськогосподарських культур із різних сполук залежно від реакції ґрунту (за G. D. Scarseth)

Здатність ґрунту до поглинання фосфору настільки велика, що для повного його насичення потрібно внести від 5 до 10 т/га Р2O5, тоді як валовий його вміст у ґрунті сягає лише 3–6 т/га. Водорозчинні солі фосфорної кислоти, потрапивши у ґрунт (від слабкокислого до слабколужного) з добривами, через деякий час перетворюються внаслідок хімічного зв'язування на двозаміщені фосфати кальцію і магнію (СаНРO4 • 2Н2O, MgHP04) і тривалий час залишаються в такому вигляді доступними для всіх рослин. Потім іони водню двозаміщеної солі поступово замішуються на іони кальцію або магнію з утворенням тризаміщених фосфатів цих металів Са3(РO4)2, Mg(PO4)2 і більш основних фосфатів. Однак і ці солі, доки вони знаходяться в свіжоосадженому аморфному стані, зберігають істотну розчинність у слабких кислотах, й отже, залишаються в частково засвоюваній рослинам формі. Лише в міру "старіння" тризаміщені і більш основні солі фосфорної кислоти стають недоступними для більшості рослин.

Гірші справи в кислих ґрунтах, де з водорозчинних фосфатів кальцію можуть утворюватись фосфати заліза й алюмінію. Лише під час внесення в ґрунт вапна відбувається зворотний перехід фосфатів півтораоксидів у фосфати солі кальцію і магнію.

На стан фосфатів у ґрунті впливають органічні речовини, вологість і температура. Так, гумати натрію підвищують рухливість фосфатів кальцію. В разі зростання вмісту гумусу посилюється дія монофосфату кальцію, тобто ґрунтові колоїдні часточки (в тому числі півтораоксиди із позитивним зарядом) адсорбційно поглинають органічні аніони, що заважає зв'язуванню ними фосфат-іонів і тим самим збільшується їх доступність рослинам. Це пояснюють з тим, що багато органічних кислот (винна, лимонна, малеїнова, молочна, щавлева) в кислому середовищі зв'язують катіони алюмінію і заліза, заважаючи їм переводити фосфат- іони у важкорозчинну й погано доступну для рослин форму.

Слабка порівняно з азотом і калієм доступність для рослин фосфору з добрив і запасів ґрунту зумовлена низкою причин: 1) слабкою дифузією фосфат-іонів у ґрунті (внаслідок інтенсивного хімічного, фізико-хімічного і біологічного зв'язування їх його компонентами); 2) недостатнє охоплення кореневою системою всього об'єму ґрунту (контактує з коренями лише 1/250 об'єму ґрунту); 3) часто низький рівень вологості ґрунту, який заважає й без того слабкій дифузії в ньому фосфатів.

Оцінюючи загалом перетворення фосфору в ґрунті, Д. У. Кук (1970) стверджував, що "фіксація" цього елемента в кінцевому підсумку є сприятливою. Вона захищає його від вимивання. Вбирання фосфатів ґрунтом також не слід розглядати як перехід їх у недоступні для рослин форми загалом, а лише як тимчасовий процес перетворення на залишкові фосфати, що поступово беруть участь у біологічному колообігу і в майбутньому будуть використані рослинами.

Порівняно низький коефіцієнт використання фосфорних добрив у перший рік їх внесення (10–15 %) пов'язаний не лише з переходом фосфатів у недоступні форми, а й з обмеженою доступністю для кореневих систем продуктів їх взаємодії з ґрунтом, тобто корені рослин можуть поглинати фосфати лише з тієї частини ґрунту, з якою вони контактують. З урахуванням післядії коефіцієнт використання фосфору добрив становить 35-40 % і може сягати 100 %, якщо впродовж 4–10 років не вносити фосфорних добрив. Тому в умовах інтенсивного землеробства добрива потрібно вносити систематично, не чекаючи їх післядії. При цьому не лише повертається винесений з урожаєм фосфор, а й створюються запаси його рухомих форм у ґрунті. Нерідко післядію фосфорних добрив можна пояснити не зв'язуванням ґрунтом фосфорної кислоти, а нестачею в живленні рослин азоту і калію, тому застосування азотних і калійних добрив посилює післядію фосфатів.

Проте внаслідок застосування високих норм добрив можуть сформуватися ґрунти із вмістом рухомих фосфатів 200-300 мг/кг, на яких внесення фосфорних добрив неефективне. Внесення фосфору вище за верхню межу оптимальних значень призводить лише до невиробничих витрат.

Отже, для підвищення родючості ґрунту і раціонального застосування фосфорних добрив необхідна оптимізація фосфорного живлення рослин шляхом внесення добрив з урахуванням вмісту рухомих сполук фосфору в ґрунті.

На основі польових і лабораторних дослідів встановлено оптимальні фосфатні рівні для основних типів ґрунтів, мг/кг: для дерново-підзолистих – 100-150 (за методом Кірсанова), для чорноземів – 100–150 (за методом Чирикова), для карбонатних чорноземів і каштанових- 30–35 (за методом Мачигіна) (табл. 5.3).

Таблиця 5.3. Групування ґрунтів за вмістом рухомих сполук калію відносно здатності забезпечувати ним сільськогосподарські культури

Група

Колір на картограмі

Ступінь забезпеченості рослин

За методом

Кирсанова

Чирикова 1

Мачигіна

Олсена

Κ2Ο, мг/кг ґрунту

1

Червоний

Дуже низький

< 25

< 20

< 10

< 10

2

Оранжевий

Низький

25-50

20-50

10-15

3

Жовтий

Середній

50-100

50-100

15-30

10-20

4

Зелений

Підвищений

100-150

100-150

30-45

5

Голубий

Високий

150-250

150-200

45-60

> 20

6

Синій

Дуже високий

> 250

> 200

> 60

-

Щоб підвищити рівень рухомих фосфатів у ґрунті на 10 мг/кг за низького забезпечення ґрунтів фосфором, на супіщаних і піщаних ґрунтах слід вносити Р2O5 на 40–60 кг/га більше, ніж винесено з урожаєм, на легких і середньосуглинкових – на 60-90, на важкосуглинкових – на 90-120 кг/га. Створення оптимального фосфатного рівня і внесення фосфору відповідно до його виносу з урожаєм забезпечує високу продуктивність усіх сільськогосподарських культур.

Для прогнозування ефективності фосфорних добрив застосовують також методи визначення ємності поглинання фосфатів ґрунтами, фосфатної буферної здатності та ін.

Засвоюючи фосфор з ґрунтового розчину, рослини знижують його концентрацію. Проте ґрунти здатні підтримувати концентрацію фосфору в розчині на відносно стабільному рівні залежно від запасів розчинних фосфатів у ґрунті та швидкості розчинення в ньому фосфоровмісних мінералів. Здатність ґрунту підтримувати концентрацію фосфатів на сталому рівні називають фосфатною буферною здатністю ґрунту, а його здатність протистояти зміні фосфатного потенціалу – потенціальною буферною здатністю (ПБЗ) щодо фосфору:

ПБЗР = G/J,

де G – загальний запас рухомих фосфатів ґрунту ("чинник ємності•); У – зрівноважена активність іонів Н2Р04~, або зрівноважений фосфатний потенціал ґрунту ("чинник інтенсивності").

Відношення G/J показує, яка кількість рухомих фосфатів має перейти із загального запасу в ґрунтовий розчин або бути внесена в ґрунт для зміни активності іонів Н2РO4" на одиницю. Цей показник враховує не лише загальний вміст рухомих фосфатів, а й ступінь їх рухливості, тому повніше характеризує фосфатний режим ґрунту, ніж фосфатний потенціал.

Розділити форми ґрунтових фосфатів і встановити їх значення у живленні рослин досить складно, що пов'язано з великим розмаїттям мінеральних сполук фосфору.

Усі фосфати різняться за розчинністю і відношенням до гідролітичного розкладання, більшість з яких – важкорозчинні сполуки. Виділення різних форм фосфатів із ґрунту базується на їх неоднаковій розчинності. Для визначення фосфатів здебільшого використовують методи Гінзбург–Лебедєвої. Чанга-Джексона, Чирикова. Найдосконаліший із них перший, але його застосовують лише для проведення аналізів мінеральних ґрунтів.

За методом Гінзбург-Лебедєвої наважку ґрунту почергово обробляють різними розчинниками, поступово виділяючи фракції з різними ступенями розчинності. Фракції розподіляються в такій послідовності;

• фракція Са–РI – легкорозчинні фосфати, кальцію й оксиду заліза (II):

• фракція Са–РII – різноосновні фосфати кальцію і магнію переважно вторинного походження, наприклад октакальиій фосфат;

• фракція А1–Р (нарисцит. валеліт та ін.);

• фракція Fe-P (стенгіт, дифреніт та ін.);

• фракція Са–РIII – високоосновні важкорозчинні фосфати кальцію, наприклад фосфорит, апатит (природного і вторинного походження).

Дослідження кафедри агрохімії і ґрунтознавства Уманського національного університету садівництва показали, що в чорноземі опідзоленому фосфор за фракціями розподіляється в такому співвідношенні: Са – Р1 – 4.3 %: Са-РII – 40.1; А1-Р – 9,0; Fe-P – 8,9; Са-РIII – 37,5 % загальної кількості мінеральних фосфатів (табл. 5.4).

Таблиця 5.4. Вплив добрив на фракційний склад мінеральних фосфатів чорнозему опідзоленого, мг/кг

Внесено Р2O5 на 1 га площі польової сівозміни, кг

Рюп

Сполуки P2O5 розчинні в 0,5М СНзСООН

Рмм за методом Гінзбург – Лебедєвої по фракціях

Са-Р,

Са–Р|,

А1-Р

Fe-P

Са–РIII

Всього

Переліг

994

65

26

244

55

54

231

609

Без добрив

966

89

33

251

56

52

205

600

1350

1007

135

54

270

65

91

206

676

3600

1590

196

87

432

102

140

343

1095

4050

1763

230

124

469

108

186

343

1230

Тривале вирощування польових культур без застосування добрив незначно впливає на вміст мінеральних фосфатів у шарі ґрунту 0–20 см та на розподіл їх за фракціями, незважаючи на те, що з урожаями культур із ґрунту було вилучено понад 800 кг/га Р2O5. Тривале (30 років) застосування добрив у процесі окультурення ґрунту значно підвищує вміст у ньому всіх фракцій, насамперед доступних для рослин фосфатів кальцію і заліза (Са–РI, Fe-P).

На сучасному етапі землеробства поліпшення фосфатного режиму ґрунту розглядають як важливу енергетичну проблему, від вирішення якої залежить підвищення продуктивності сільськогосподарських культур.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси