Предмет агрономической химии. Связь агрохимии с другими науками.

 

 

Агрономическая химия - это наука о взаимодействии растений, почв и удобрений в процессе питания с/х культур, о круговороте веществ в земледелии, и использовании удобрений для повышения урожая и повышения плодородия почвы.

 

Взаимосвязь объектов изучаемых в агрохимии (растений, почв, удобрений) Прянишников  выразил в виде схемы – треугольник Прянишникова.   означает взаимное влияние рассматриваемых объектов.

 

Позднее Журбицкий добавил 4 объект, т.к. взаимодействие 3 других объектов происходит в особенных климатических условиях.

 

Удобрение – это минеральные и/или органические вещества, предназначенные для улучшения питания растений в целях повышения качества и урожайности с/х культур. Действующее вещество (Д.В.) удобрений – это элемент питания содержащийся в удобрениях.

 

1)    у азотных – N

 

2)    у фосфорных – P2O5

 

3)    у калийных – К2О

 

Балласт - сопутствующее вещество.

 

Главная задача: управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва-растение.

 

 

Все разделы для понимания химических процессов рассматриваются для всех 3х объектов.

 

      - растения (ботаника, физиология, биохимия)

 

      - почва (почвоведение, микробиология (т.к. м/о содержащиеся в почве превращают питательные вещества в доступные для растения)

 

      -  удобрения, рациональное, агрономически правильное применение (растениеводство, плодоводство и д.р.

 

      - экономика, необходимость экономической оценки применения (экономика, организация с/х производства)

 

                                                    КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

 При рассмотрении кругов.в-в в земледелии необходимо отметить следующие потоки минер.в-в. Элем.пит. при возделывании с.х. культур переходят из почвы в урожай.

 

Товарная часть урож.(зерно…) продается. Питательные в-ва содержащ. В нем безвозвратно теряются.

 

Не товарная продукция растенев.(корма,солома…) использ. В с.х.предприятиях,чаще всего в животноводстве.

 

Таким образом не товарная часть прод.разделяется на 2 потока. Часть используется животн. для построения собственного тела и физиологических процессов. следовательно в составе прод. жив. удаляется за пределы с.х. предприятий. Другая часть на навоз и возвращается в почву.

 

Рассматриваемая схема, позволяет сделать вывод  о том, что при внесении только органич. удобрений круговорот в-в в земледелии разомкнутый, если не использовать минер. уд., то содержание элементов пит. В почве будет уменьшаться, следовательно истощение почв(в итоге).

 

      Балансы элемента питания - это итоговое количественное выражение их итого за определенный промежуток времени в пределах конкретного объекта (поле,севооборот…).

 

Определенный баланс по разнице между приходными и расходными статьями.

 

Расходные - вынос эл.пит. с урожаем с.х.культур; вымывания инфильтрационными водами;потери в результате водной и ветровой эрозией…

 

Приходные – поступление в составе орг. и мин. удобрений; поставка с атмосферными осадками…

 

Баланс эл. пит. может быть отрицательным – когда расход превышает приход, нулевым – когда =.

 

                                            Связь агрохимии с другими науками

 

Название науки показывает связь с химией, все разделы  которой аналитич.,орг…необходимо знать для понимания хим.процессов для изучения всех 3 объектов(раст.,почву,удобр.)

 

Раст.показывают связь с ботаникой физиолог.раст., биохимией раст.

 

Почва – с почвовед, микробиологией

 

Удобр. - Растенев.плодов.овощев.общ землед.мелиорацией.общ экологии

 

Климат – агромет

 

 

 

 Методы агрономической химии.

 

1) Биологические

 

2) Лабораторные

 

3) Математические

  

Биологические:

 

- полевой

 

- вегетационный

 

- лизиметрический

 

 Полевой метод заключается в определении в естественной обстановке. В агрохимии изучают дозы, виды, формы, сроки внесения под ту или иную культуру. При проведении полевых опытов определяется урожайность и качество с/х продукции. Рекомендации выдаются производству.

  Вегетационный метод – постановка вегетационных методов в искусственно созданных контролируемых условиях (вегетационный домики). Растения выращиваются в вегетационных сосудах. Данный метод предназначен для  проведения теоретических исследований, т.к. позволяет изучать более тонкие различия на внесение удобрений.

 

 Лизиметрический метод – метод проведения исследований с помощью сосудов лизиметров, вкопанных в землю, позволяющих количественно и качественно оценить состав проходящего через слой почвы раствора. Лизиметрический метод позволяет получать важные для практики применения сведения о подвижности в почве питательных веществ, а также возможности потерь элементов в результате вымывания за пределы почвы.

 

 Лабораторные включают: лабораторные методы изучения растений, сопровождая полевые, лизиметр или вегетационные опыты, они помогают установить влияние на показатели качества, изучить процессы происходящие в почве и выяснить положительное или отрицательное влияние удобрений.

 

 Математические методы используют для проверки точности опытов и установлении достоверности полученных результатов. Выявления кариляционных связей  с какими либо показателями, моделир.разлож.процессов происх. в почве раст., эконом. и  энерг. оценка применения удобрений.

 

 

 

Применение удобрений как фактор интенсификации земледелия. Значение удобрений в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур.

 

Химизация земледелия – это внедрение удобрений в с/х (Прянишников)

 

Химизация земледелия – это широкое применение минеральных и органических удобрений, химических средств защиты, ретардантов (стимуляторы роста), структурообразователей, использование которых направлено на повышение урожайности и повышение качества продукции. Практика мирового земледелия свидетельствует, что мин. удобрения – это решающий фактор продуктивности. Данные НИИ показывают, что на 50% рост урожая при интенсификации земледелия определяется применением удобрений. Другие 50% приходятся на другие приемы (защита растений, агротехника, мелиорация, селекция). Таким образом, удобрения превосходят по эффективности другие используемые в с/х химические средства.  Следовательно, агрохимия – научная основа химизации земледелия.  Анализ проведенный Прянишниковым, показывает что в Западной Европе в условиях средневекового 3х полья (к 18 веку) урожайность пшеницы была 0,7-0,8 т/га. Введение в севооборот клевера привело к увеличению урожайности в 2 раза: до 1,6-1,7 т/га (к 19 веку). Благодаря применению минеральных удобрений в 1 половине 20 века урожайность достигла 2,5-3 т/га.

 

 

 

 Современное состояние пахотных почв России. Пути выхода из сложившейся ситуации.

 

При незначительном применении удобрений, урожай формируется за счет питательных веществ почвы. Расчеты показывают, что в настоящее время на пахотных землях нашей страны складывается отрицательный баланс элементов питания. В 1998 году – 82%,  т.е. внесением удобрений возмещалось только 18%, следовательно, уровень плодородия заметно снизился. По данным агрохимического обследования почв наблюдается отрицательная динамика подвижных Р и К. Даже в конце 80х (когда в больших объемах проводилось фосфоритование) 26% пашни в России было с низким содержанием фосфора.   За последние 10 лет произошло резкое снижение фосфатного уровня почв (в 2000 на 40%). Аналогично и по калию. Сокращение объемов применения органических удобрений является основной причиной резкой дегумификации. С 90х по 2000 площадь пашни с низким содержанием гумуса возросла на 14 млн. га и составила 65 млн. га – 50%.

 

В годы интенсивной химизации когда известкование применялось на огромных площадях, наблюдалось постепенное снижение количества кислых почв, после 1990 темпы уменьшались, в итоге к концу 20 века кислых почв стало больше и их количество вышло на уровень 1970. Таким образом, ведение с/х экстенсивным методом сопровождается деградацией почв нашей страны. При сохранении существующего уровня химизации следует ожидать дальнейшего усугубления проблемы. 

 

 

 

Агрохимическая служба РФ.

 

Рост производства минеральных удобрений и других средств химизации после ВОВ и необходимость их эффективного использования привели в 1964 к созданию государственной агрохимической службы.

 

Основа службы 206 зональных агрохимических лабораторий (в т.ч. 110 на территории РФ), в последствии переименованы в проектно изыскательские станции химизации и центры агрохимической службы. Административное руководство осуществляло управление хозяйствами министерства сельского хозяйства. Научно-методическое руководство агрохимической службой: Центральная контрольная агрохимическая лаборатория (ЦКАЛ) при Всесоюзном НИИ удобрений и агропочвоведения  имени Д.Н. Прянишникова (ВИУА).

 

Задачи, первоначально поставленные перед агрохимической службой:

 

1) Агрохимическое обследование сельскохозяйственных земель

 

2) Составление агрохимических картограмм и выдача рекомендаций по применению минеральных и органических удобрений, проведению известкования или гипсования

 

3) Постановка опытов с удобрениями

 

4) Анализ растений и кормов

 

В целях улучшения руководства агрохимическими службами в 1969 на базе ЦКАЛ ВИУА был создан центральный научно-исследовательский институт агрохимического обслуживания ЦИНАО. В 1970 первый тур агрохимического обследования пашни на содержание гумуса, Р, К, степень кислотности, засоленности. Это позволило определить потребность с/х в удобрениях и химических мелиорантах, разработать технологию применения для каждого предприятия. Практика химизации земледелия в 60-70е показало, что применение удобрений по рекомендации агрохимической службы повышает их эффективность на 20-30% по сравнению с использованием рекомендаций общего характера.

 

В 1979 была создана единая специальная агрохимическая служба, в состав которой вошли не только научные, но и производственные объединения.

 

 

Новые направления деятельности  агрохимической службы:

 

1) Поставка удобрений и агрохимикатов, хранение на крупных складах

 

2) Продажа удобрений и агрохимикатов сельскохозяйственным предприятиям, транспортировка

 

3) Проведение химической мелиорации в сельскохозяйственных предприятиях, внесение удобрений

 

Административное руководство перешло к всесоюзному объединению Союзсельхозхимия при Минсельхозе СССР.

 

В России создана Россельхозхимия, где кроме 110 агрохимических станций было: 75 областных и 1700 районных объединений сельхозхимия. Таким образом, агрохимическая служба стала осуществлять всю работу с удобрениями. Благодаря активной работе ЦИНАО агрохимическая служба развивалась: обновлялось оборудование, внедрялось ЭВМ, разрабатывались новые методы анализов с/х объектов. С появление ЭВМ агрохимстанции стали оформлять паспорта полей. Современные приборы и методики анализа позволяли расширить набор определяемых показателей. Началось определение N и микроэлементов. С конца 80х агрохимические станции проводят агроэкологические обследования с/х угодий на содержание тяжелых металлов, остатков пестицидов. С развитием агрохимслужбы появились новые направления деятельности – одна из задач которой контроль за безопасностью ядохимикатов.

 

Новые направления деятельности  агрохимической службы:

 

1) Оформление паспортов полей

 

2) Агроэкологическое обследование сельскохозяйственных угодий на содержание тяжёлых металлов, мышьяка и фтора, радионуклидов, остаточных количеств пестицидов

 

3) Контроль за качеством и безопасностью агрохимикатов

 

4) Комплексное агрохимическое окультуривание почв (КАХОП)  (с 1981)

 

5) Локальный агроэкологический мониторинг земель сельскохозяйственного назначения на реперных участках (с начала 90х)

 

Проведение реформ в 90х годах привело к разрушению хорошо отлаженной структуры агрохимслужбы. Агрохимстанции сохранили все направления деятельности, однако без денег вынуждены зарабатывать, активно занимаясь сертификацией с/х объектов. Производственные подразделения при отсутствии спроса прекратили существование либо акционировались и адаптировались к работе в новых экономических условиях. В 2003 году произошло слияние ЦИНАО и ВИУА с образованием ВНИИА Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова.

 

 

 

Питание растений. Типы и виды питания растений.

 

Питание – это поступление минеральных веществ из окружающей среды в растение, где они используются для синтеза сложных органических соединений. Все задачи, по мнению Тимирязева, сводятся к определению и строгому выполнению условий питания растений.

 

Типы и виды питания:

 

1) Автотрофный – самостоятельное поглощение неорганических веществ и первичный синтез необходимых органических веществ.

 

2) Симбиотрофный – высшее растение тесно сожительствует с другими организмами (симбионтами)

 

наблюдается взаимное использование продуктов для питания.

 

    - микотрофный (растение + грибы)

 

    - бактериотрофный (растение + бактерии) особое значение Rhizobium + растение

 

 

Растения питаются через листья (воздушное питание) и через корни (корневое питание).

 

Воздушное питание = фотосинтез = ассимиляция СО2. Корневое – усвоение корнями воды и минеральных солей, а также незначительного количества органических веществ (Витамины, аминокислоты и др.) Эти виды питания тесно связаны, нарушение одного вызывает снижение интенсивности другого.

 

 

 

Химический состав растений. Органические соединения сухого вещества растений, их роль в формировании качества продукции сельскохозяйственных культур.

 

Ткани растений состоят из воды и сухого вещества. Вегетативные органы с/х культур содержат 70-95% воды. Соотношение воды и сухого вещества неодинаково. Например: плоды томата, огурца 92-96% воды, картофель и свекла 75-80%, зерно злаков 12-15%.

 

Вода играет важную роль в жизни растения, во многом определяет уровень продуктивности с/х культур. Вода, составляя значительную массу растения, выполняет структурообразующую роль, является универсальным растворителем, активно участвующим в биохимических реакциях, регулирует тепловой баланс. Состав и количество сухого вещества определяет урожайность и качество продукции. Сухое вещество на 95% состоит из органического вещества и на 5% из минеральных солей. Органическое вещество образовано четырьмя элементами органогенами: С (45%), H (6,5), O (42%), N (1,5%).

 

Усваиваются органогены  (кроме N) в процессе воздушного питания, следовательно, недостатка в них растение не испытывают. Ценность продукции зависит от содержания различных органических соединений. Зерновые и зернобобовые выращиваются ради белка и крахмала. Главный компонент сухого вещества картофеля – крахмал, сахарной свеклы – сахароза, масличных – масла, прядильных – клетчатка. Качество продукции овощных и плодово-ягодных   культур определяется содержанием органических кислот.

 

Содержание органических веществ в составе сухого вещества во многом зависит от условий минерального питания растений, грамотно применяя удобрения можно создать условия питания соответствующие накоплению в продукции необходимых органических соединений. Например: усиление азотного питания повышает содержание белка в зерне и кормах. Фосфорно-калийные удобрения способствуют накоплению крахмала (картофель), сахара (свекла), жиров (масличные). Не сбалансированное питание приводит к ухудшению качества продукции, избыточное применение азота снижает количество крахмала в картофеле, сахара в свекле, ослабляет устойчивость растений к вредителям.

 

 

 Химический состав растений. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы, необходимость их для растений. Роль зольных элементов в формировании качества продукции сельскохозяйственных культур.

 

 

Классификация химических элементов по содержанию в растениях:

 

1) Макроэлементы (10-10-2 % на сухое вещество)

 

2) Микроэлементы (10-3-10-5 %)

 

3) Ультрамикроэлементы (10-6-10-8 %)

 

Перечень макроэлементов:

 

Углерод (С), кислород (О), водород (Н), азот (N), фосфор (Р), калий (К), кальций (Са), магний (Mg),  сера (S), железо (Fe), натрий (Na), хлор (Cl).

 

Перечень микроэлементов:

 

Марганец (Mn), цинк (Zn), молибден (Мо), медь (Cu), бор (В), ванадий (V), кобальт (Со), йод (I).

 

При их недостатке растения не могут нормально развиваться. Чаще содержание этих элементов выражается в мг/кг сухого вещества.

 

В отношении элементов проявляющих металлические свойства при содержании их в растениях и окружающей среде в значительных количествах используют термин – тяжелые металлы.  Поэтому неправильное применение микроэлементов может привести к загрязнению окружающей среды.

 

Физиологическая функция ультрамикроэлементов до сих пор не выяснена из-за слабой изученности вопроса. К ним относятся Ag, Au, Ra, Ac и т.д. 

 

 

При сжигании растений можно выделить зольные элементы, на долю которых приходится около 5% сухого вещества: P, K, Ca, Mg и т.д. Таким образом азот и зольные элементы применяемые в качестве удобрений составляют всего 6,5% сухого вещества. Всего в растениях найдено около 80 элементов, вполне вероятно, что найдется и больше. Не все 80 нужны растению.

 

Условия, при которых химический элемент считается необходимым для растений:

 

1) Его отсутствие не позволяет растению завершить свой жизненный цикл

 

2) Недостаток элемента вызывает специфические нарушения жизнедеятельности растения

 

3) Элемент непосредственно участвует в процессах превращения веществ и энергии

 

 

Выделяются условно необходимые в отношении которых имеются данные о положительном действии, но их роль окончательно не доказана.

 

Перечень необходимых растениям химических элементов:

 

Углерод (С), кислород (О), водород (Н), азот (N), калий (К), кальций (Са), фосфор (Р), магний (Mg), сера (S), железо (Fe), натрий (Na), хлор (Cl), марганец (Mn), цинк (Zn), молибден (Мо), медь (Cu), бор (В), ванадий (V), кобальт (Со), йод (I).

 

Перечень условно необходимых растениям химических элементов:

 

Кремний (Si), алюминий (Al), хром (Cr), стронций (Sr), титан (Ti), никель (Ni), свинец (Pb), литий (Li), фтор (F), кадмий (Cd), селен (Se), серебро (Ag).

 

 

Содержание зольных элементов в растениях, также как количество органических веществ определяет качество продукции. Сбалансированность минерального питания имеет большое значение для животных.

 

Пример:  один из показателей качества кормов является отношение К/Са+Мg которое должно быть около 2,2. Нарушение этого соотношения вызывает болезнь скота.  Качество продуктов питания и кормов зависит также и от содержания микроэлементов. Если содержание необходимых минеральных веществ в продукции низкое, то добиться его повышения можно применением удобрений либо в ведение в кормовые рационы минеральных солей.

 

Пример: почвы Пермского края бедны йодом, соответственно с/х продукция содержит недостаточно йода. Использование йодных удобрений не распространено, поэтому нужно обогащать йодом продукты питания (хлеб, соль) или применять медицинские препараты, содержащие данный элемент. Причиной снижения качества продукции может служить и избыток минеральных веществ (нитраты, тяжелые металлы) который может быть следствием неправильного применения удобрений.

 

 

 

 Вынос элементов питания с урожаем (биологический, хозяйственный, остаточный).

 

Вынос элементов питания с урожаем – это потребность в них с/х культур для накопления единицы урожая или получения определенной урожайности с единицы площади. Выражается  кг/т или кг/га.

 

            Части биологического (общего выноса) показывают общее количество элементов питания необходимых растению для формирования биомассы (включая подземные и надземные органы)

 

- Хозяйственная часть

 

- Остаточная часть

 

 

Хозяйственный вынос – это вынос питательных веществ с основной и побочной продукцией (зерно и солома). В зависимости от биологических особенностей растения хоз. вынос может составлять 20-85% биологического. 

 

Остаточный вынос – это часть, сосредоточенная в пожнивных и корневых остатках, опавших листьях, побочная продукция если она оставляется в поле.  При определении остаточного выноса учитываются и элементы питания, выделяемые корнями в почву в течение вегетации.

 

 

            В практической деятельности, как правило, пользуются хоз. выносом, т.е. при расчете доз удобрений преследуется цель компенсировать потери питательных веществ отчуждаемых с территории хозяйственной продукцией.

 

Величина хозяйственного выноса определяется биологическими особенностями, уровнем урожайности и ее структурой. Биологические особенности определяют химический состав сухого вещества и соотношение элементов питания.

 

Пример: зерновые выносят N:P2O5:K2O=2,5-3:1:1,8-2,6

 

            пропашные выносят N:P2O5:K2O=2,5-4,5:1:3,5-6

 

Химический состав растений зависит и от условий минерального питания. Недостаток какого-либо элемента в почве вызывает снижение его в растении, повышение – наоборот.

 

Технические и кормовые культуры накапливают больше сухого вещества, чем зерновые, поэтому характеризуются более высоким выносом элементов питания.

 

Вынос одной и той же культуры увеличивается с ростом ее урожайности. Основная и побочная продукция растения различается по содержанию элементов питания. 

 

Пример: в зерне хлебных злаков содержится в 4 раза больше N и P и в 3 раза меньше К чем в соломе.

 

Поэтому изменение структуры урожайности в зависимости от структуры урожая отразится на размере выноса.

 

Влияние на структуру урожайности могут оказывать: почвенно-климатические условия. Так сахарная свекла при возделывании на Пд формирует больше ботвы, чем на черноземах, как следствие вынос элементов питания 1 т корней с соответствующей ботвой увеличится в 2-2,5 раза.

 

 

Формула для расчета выноса: Э, кг/га , где

 

У0 – урожайность основной продукции т/га

 

Э0 – содержание элемента питания в основной продукции

 

Уп – урожайность побочной продукции т/га

 

Эп – содержание элемента питания в побочной продукции

 

1000 – перевод т в кг

 

100 – пересчет в %

 

т.к. урожайность побочной продукции учитывается редко, обычно выражают вынос в расчете на единицу основной продукции с расчетом на побочную.  

 

Э, кг/т, где В – хозяйственный вынос элемента питания кг/га

 

 

 

 Поступление питательных веществ в растения. Строение корневой системы. Поступление иона в свободное пространство корня.

 

Растения поглощают питательные вещества почвы с помощью корневой системы. Корни растений сильно разветвлены, проникают в почву на глубину 1,5-2 м, у некоторых растений 5-10 м. В ширину распространяется на 30-65см.

 

Каждый корень можно разделить на 3 основные зоны:

 

1)    Роста и растяжения1,5 мм

 

2)    Всасывания 1-2 см

 

3)    Боковых корней

 

 

Зона роста и растяжения. При делении клеток апикальной меристемы расположенной в этой зоне происходит рост корня.

 

Зона всасывания (корневых волосков) – зона активного поглощения, наружные клетки которой образуют выросты – корневые волоски. Диаметром 5-72 мкм, длиной 80-1500 мкм.

 

Зона боковых корней (проводящая) – покрыта пробковой тканью.

 

 

Наличие большого количества корневых волосков 200-500 шт/мм2 в соответствующей зоне определяет исключительно тесный контакт корневой системы с почвой. 

 

Корневой волосок существует не долго, от 1 до нескольких суток, после их отмирания интенсивность поглощения питательных веществ на данном участке корня резко снижается. По мере нарастания корня происходит перемещение зоны активного поглощения  в почве, и растение получает возможность получать новое количество элементов питания. Наблюдается хемотропизм,  т.е. корень растет в сторону большей концентрации питательных веществ.

 

 

В поступлении питательных веществ можно выделить этапы:

 

1) поступление иона в кажущееся свободное пространство корня

 

2) преодоление мембранного барьера

 

3) транспорт иона по тканям растения

 

 

Поступление иона в кажущееся свободное пространство корня

 

Питательные вещества могут вступать в контакт с поверхностью корня по 3-м механизмам:

 

1.   корневой перехват (к соприкосновению с питательным веществом приводит рост корней)

 

2. массовый поток (растения поглощают воду, вызывая движение к корню почвенного раствора содержащего питательные вещества)

 

3. диффузия (потребляя элементы питания растения, уменьшают их концентрацию у поверхности корней, это дает возможность перемещения питательных веществ по градиенту концентрации)

 

            Вклад каждого из этих механизмов зависит от интенсивности поглощения веществ корнем и от обеспеченности элементом почвы. Катионы и анионы элементов питания поступая к поверхности корня обменно адсорбируются в «кажущемся свободном» пространстве – апопласте, образованном клеточными стенками и межклетником и составляющее 5-10% растительных тканей. Благодаря апопласту корни растения также как и почвенные коллоиды облают емкостью поглощения.

 

 

            В процессе дыхания корневой системы выделяется СО2,  который взаимодействуя с Н2О образует Н2СО3 частично диссациирующего на Н+ и НСО3- . Эти ионы адсорбируются  в апопласте и составляют постоянно возобновляемый обменный фонд клеток корня. При контакте корня с почвенным раствором и коллоидными частицами происходит обмен Н+ на катион NH4+,K+ и др.,  НСО3- меняется на NO3-,Cl- и др.

 

Поглощение элементов питания свободным пространством корня может осуществляться не только обменно на Н+ и НСО3- но и на ионы органических и минеральных соединений выделяемых корнем.

 

            Ионы элементов питания, адсорбированные в апопласте удерживаются силами электростатического притяжения и могут вытесняться другими ионами в окружающий раствор.

 

            Таким образом, поглощение питательных веществ свободным пространством – это предварительный этап поступления их в клетку.

 

 

 

 Поступление питательных веществ в растения. Строение плазмолеммы. Преодоление мембранного барьера. Транспорт иона по тканям растения.

 

 

Основной компонент мембран – белки и фосфолипиды.

 

            Фосфолипиды имеют уникальную способность хорошо взаимодействовать как с гидрофильными так и с гидрофобными соединениями.

 

            Мембрана построена из 3-х слоев. Внутренний образован 2мя слоями фосфолипидов которые смыкаются гидрофобными концами благодаря силам Ван-дер-Ваальса и находятся в полужидком состоянии. Фосфолипидный слой с 2х сторон покрыт белками кроме того в толще мембраны находятся крупные глобулы белковой природы плавающие в липидном слое, а иногда пронизывающие всю мембрану насквозь.

 

Белки взаимодействуют с полимерными головками липидов, образуя водородные связи. Таким образом структура плазмолеммы с оной стороны относительно стабильна, с ругой поддерживается слабыми связями. Поэтому мембрана может очень динамично изменять конфигурацию – увеличиваться или уменьшаться в размерах. Проницаемость плазмолеммы для молекул воды объясняется наличием пор представленных участками с гидрофильными свойствами.

 

 

Существует 2 механизма перемещения веществ через плазмолемму:

 

1. пассивный транспорт

    

2. активный транспорт

    

 

При пассивном энергия клетки не расходуется, вещества перемещаются по градиенту концентрации (диффузия и осмос) или электрического потенциала (электрофорез). Т.к. элементы питания поступают в клетку в виде ионов, направление их движения определяется совместным действием указанных выше градиентов, составляющих электрохимический градиент.

 

Проникновение ионов в клетку при пассивном транспорте происходит через гидрофильные поры.

 

Активный транспорт – это перемещение питательных веществ против электрохимического градиента требующее больших затрат метаболической энергии, т.е. активный транспорт работает в том случае когда электрохимический градиент не работает на клетку.

 

Теория переносчиков объясняет механизм активного транспорта действием специфических белков (переносчиков), образующих комплекс с соответствующим ионом и осуществляющим перенос его через мембрану.  Например, белковые глобулы диаметром, превышающим толщину плазмолеммы могут обеспечивать транспорт ионов, вращаясь вокруг своей оси. Челночный механизм переноса предполагает движение переносчика растворенного в фосфолипидном слое от наружной стороны к внутренней и обратно. При эстафетном механизме ион передается от одной молекулы белка к другой. Предполагается, что образование в плазмолемме гидрофильных пор также проходит с участием белков переносчиков, молекулы которых формируют стенки каналов и обеспечивают избирательность транспорта ионов.

 

В результате работы переносчиков ионы интенсивно накапливаются или выкачиваются клеткой, поэтому механизмы активного транспорта называют ионными насосами (помпами).

 

Особое значение имеет протонная помпа – белковый комплекс осуществляющий выброс ионов Н+ из клетки за счет энергии АТФ. Таким образом на мембране генерируется электрохимический градиент создающий условия для работы других переносчиков. Градиент обеспечивает движение ионов элементов питания – антипорт.  

 

Концентрационный градиент протонов вызывает их обратное поступление, при этом переносчик обеспечивает возврат Н+ и параллельно может переносить анионы (симпорт) или молекулы органических веществ (котранспорт).

 

Поступление питательных веществ в клетку может происходить путем пиноцитоза. Участок мембраны на котором адсорбируются капли жидкости втягивается внутрь и образуется пиноцетарный пузырек, разрушающийся лизосомами. Содержащиеся в нем вещества попадают в цитоплазму. Процесс пиноцетоза протекает только при участии АТФ.

 

 

 

Влияние условий внешней среды на поступление питательных веществ в растения (концентрация почвенного раствора, соотношение макро- и микроэлементов в питательной среде, влажность и аэрация почвы).

 

1. Концентрация почвенного раствора.

    

Корни растения могут использовать элементы питания из сильно разбавленных растворов, однако при очень низких концентрациях растения могут страдать от недостатка питательных веществ.

 

Повышение концентрации до определенного предела (2-3 г/л) вызывает пропорциональный рост интенсивности поглощения элементов питания, при избыточно высоких концентрациях растения угнетаются, т.к. осмотическое давление раствора затрудняет поступление воды.

 

Оптимальная концентрация почвенного раствора при которой наиболее активно поглощаются питательные вещества изменяется в зависимости от вида растения и возраста.

 

Так хуже всего переносят повышенные концентрации: лен, люпин, морковь и огурец. Особенно чувствительны молодые растения.

 

 

1. Соотношение макро и микроэлементов.

    

Раствор в котором необходимые растению элементы питания находятся в оптимальной для данной фазы развития концентрации и соотношении называется физиологически уравновешенным. Одновременное присутствие в растворе нескольких видов катионов и анионов благодаря антагонизму создает более или менее благоприятные условия для развития растения. В то время как односолевой (неуравновешенный) раствор той же концентрации оказывает резко отрицательное воздействие.

 

            Антагонизм это взаимное торможение одноименно заряженных ионов при поступлении их в растение. Пример: Са и К, Са и Мg, К и NH4, Са и Н.

 

Антагонизм анионов менее выражен. Отрицательную роль антагонизм может играть в неуравновешенных растворах, т.е. при резком преобладании того или иного иона.

 

Например известкование почв вызывает резкое повышение концентрации Са в итоге может снизится поступление К и Мg.

 

            Обратный антагонизму процесс – синергизм. Это когда ионы ускоряют поступление друг друга в растение.  Синергизм чаще всего рассматривается как взаимоотношение противоположно заряженных ионов. Например поступление ионов NO3 стимулирует поступление Са. Вместе с тем взаимодействия между ионами имеет более сложную природу. Одни и те же ионы могут действовать как положительно так и отрицательно на поглощение других ионов. Направленность действия зависит от содержания в среде того или иного элемента питания.

 

Например: повышение концентрации элемента находящегося в минимуме до оптимального уровня активизирует процессы  обмена веществ в растении, как следствие стимулирует поступление других элементов (синергизм).

 

При дальнейшем повышении концентрации того же элемента в растворе нарушается соотношение элементов питания. Синергические отношения  могут перейти в антогонистические т.к. избыток элемента будет затруднять поступление др. элементов в растение. 

 

 

 

1. Влажность почвы

    

Элементы питания наиболее интенсивно поступают в растение при оптимальной влажности около 60% полной влагоемкости и обеспечивающий стабильное физиологическое состояние, хорошее развитие корней и быстрый транспорт ионов к поверхности корней. Угнетение растений при недостатке влажности затрудняет усвоение элементов питания. Высокая влажность ухудшает воздушный режим. 

 

 

1. Аэрация почвы

    

Кислород воздуха необходим для дыхания корней в процессе которого освобождается энергия используемая растениями  для активизации транспорта питательных веществ. Поэтому потребление элементов питания нарушается при ухудшении аэрации в увлажненных и уплотненных, бесструктурных почвах.

 

 

 

 Влияние условий внешней среды на поступление питательных веществ в растения (тепловой режим, свет, реакция среды, деятельность почвенных микроорганизмов).

 

1. Тепловой режим

    

Поступление питательных веществ в растение может происходить только в определенном интервале температур. Например: оптимальная температура для потребления P и N 23-250. температура ниже 10 отрицательно влияет на поступление всех элементов т.к. замедляются процессы жизнедеятельности. Слишком высокая температура 40-50 вызывает иноктивацию белков переносчиков и скорость потребления питательных веществ резко снижается.

 

 

1. Свет

    

Поглощение элементов питания на свету происходит более интенсивно, чем в темноте. В процессе фотосинтеза образуются органические вещества служащие энергетическим материалом для дыхания корней и участвуют в метаболический реакциях с поступившими в растение ионами. При затемнении растения интенсивность поступления питательных веществ падает, а через некоторое время прекращается.

 

 

1. Реакция среды

    

Каждое растение имеет определенный интервал рН благоприятный для его роста и развития. Для большинства культур оптимальна слабокислая реакция 6,5.  Реакция среды несоответствующая оптимальной вызывает нарушение нормальных процессов жизнедеятельности, в т.ч. может привести к снижению интенсивности поглощения питательных веществ. Повышение концентрации ионов Н в кислом растворе уменьшает поглощение других катионов (антагонизм), и усиливает потребление анионов (синергизм).

 

 

1. Деятельность почвенных м.о.

    

Жизнедеятельность растений осуществляется в тесной взаимосвязи с огромным количеством микроорганизмов.

 

В окультуренных Пд 1-2 млрд. на1 г почвы

 

В черноземах 2,5-3 млрд. на1 г почвы

 

Общая масса м.о. в пахотном слое почвы 3-8 т/га

 

 

Особенно активно развиваются м.о. в той части почвы, которая непосредственно соприкасается с корнем растений (ризосфера). Ризосферные м.о. используют для питания корневые выделения, попутно не позволяя им накапливаться в токсичных для растения концентрациях.

 

Микрофлора может играть как положительную  так и отрицательную роль. Полезные м.о. способствуют переводу трудно растворимых элементов почв и удобрений в доступные для растения формы, осуществляет фиксацию атмосферного азота, выделяют биологически активные вещества: витамины, стимуляторы роста и другие оказывающие положительное влияние на растение вещества. М.о. могут вызывать и негативные для растения процессы: биологическую иммобилизацию, газообразные потери азота при денитрификации. Некоторые микробы выделяют токсичные соединения. Многие грибы и бактерии – возбудители болезней.

 

Жизнедеятельность м.о. во многом зависит от условий окружающей среды имеющих значение и для растений. Полезные м.о. в большинстве случаев аэробы и предпочитают слабокислую или нейтральную реакцию среды. Важно применять удобрения и технологии, способствующие развитию полезных и подавлению вредных м.о.

 

 

 

 Избирательная способность растений. Физиологическая реакция удобрений.

 

Избирательная способность проявляется в том, что растения потребляют значительно больше химических элементов, чем им необходимо.

 

Усиленное потребление важных для растения элементов определяется направленной работой механизмов активного транспорта, а также быстрым включением элементов в обмен веществ. В результате концентрация ряда элементов в тканях растений может в десятки раз превышать их концентрацию в окружающем растворе. Неравномерное поглощение растением катионов и анионов какой либо соли служит причиной   проявления ее физиологической реакции, т.к. катионы или анионы остаются в почвенном растворе вызывают его подкисление или подщелачивание. Таким образом минеральные удобрения при внесении их в почву могут оказывать влияние  на реакцию среды даже если представляют собой гидролитически нейтральные соли. Если растение потребляет больше катионов, то удобрение является физиологически кислым. Например: при внесении К2SО4, в почвенном растворе после обменной реакции с растением образуется H2SO4. Удобрение называется физиологически щелочным, если из его состава потребляется больше аниона, например NaNO3. Большинство применяемых в с/х удобрений являются физиологически кислыми, применение их желательно по фону известкования.

 

 

 

 

 Периодичность питания растений. Сроки и способы внесения удобрений.

 

Потребление элементов питания в течение вегетации неравномерно.

 

Периоды, выделяемые в связи с периодичностью питания растений:

 

1) Критический период питания

 

2) Период максимального потребления питательных веществ

 

Во время критического периода потребляется  не большое  количество веществ, но они крайне необходимы и их недостаток или отсутствие сильно ограничивает развитие растения и в итоге приводит к резкому снижению урожайности. Критический период обычно совпадает с начальными фазами развития растения. Пример: критический период по отношению к Р который наблюдается у всех культур сразу после всходов. Недостаток его в этот период нельзя исправить поздними внесениями.

 

 

Период максимального потребления характеризуется наиболее интенсивным поглощением питательных веществ. Он, как правило, совпадает с периодами быстрого роста и накопления массы растениями. Пример: яровые зерновые потребляют максимальное количество элементов в фазы выхода в трубку и колошения. Лен в фазу цветения.

 

 

Неравномерность потребления необходимо учитывать при применении удобрений. Для создания оптимальных условий минерального питания растений на протяжении всего вегетационного периода используют следующие  сроки и способы внесения.

 

1. Основное (предпосевное, допосевное)

 

Внесение удобрений до посева культур в высоких дозах, рассчитанных на питание растений в течение всей вегетации, особенно в период максимального потребления. До посева применяются все органические и большая часть минеральных удобрений. Удобрения вносят под зяблевую вспашку или предпосевную культивацию в зону распространения основной массы корней.

 

2. Припосевное (рядковое, припосадочное)

 

Внесение удобрений одновременно с посевом (посадкой) в невысоких дозах в рядки вместе с семенами или комбинированными сеялками на некотором удалении (на2,5 см ниже или в сторону). Припосевное удобрение предназначено для усиления питания молодых растений, корневая система которых слабая и не может использовать элементы из почвы и допосевные удобрения. Чаще вносят фосфорные удобрения для предупреждения голодания растений фосфором.

 

3. Послепосевное (подкормка)

 

Внесение удобрений во время вегетации. Подкормки позволяют усилить питание растений в определенные периоды, прежде всего в периоды максимального потребления веществ. Подкормки имеют вспомогательное значение и целесообразны, если оптимальные условия питания растений не удается создать внесением основного удобрения.

 

Различают подкормки:

 

- корневые

 

- не корневые

 

При проведении корневых подкормок на культурах сплошного сева (зерновые, травы) удобрения разбрасываются по поверхности поля, на пропашных вносятся на глубину междурядной обработки. Таким образом, растение поглощает элементы питания корнями.

 

Не корневые подкормки – опрыскивание посевов слабыми растворами удобрений, при этом питательные вещества поступают через листья. Не корневые применяются в защищенном грунте и в интенсивных технологиях. Наиболее распространены некорневые подкормки мочевиной и микроудобрениями. Грамотное сочетание сроков и способов обеспечивает наиболее рациональное применение удобрений.

 

 

 

 Визуальный метод растительной диагностики минерального питания растений.

 

Растительная диагностика наряду с почвенной входит в состав комплексной диагностики питания растений. Главные задачи растительной диагностики:

 

1. постоянный мониторинг

    

2. корректировка питания растений в процессе вегетации

    

Растительная диагностика бывает:

 

- визуальная

 

- химическая

 

 

Визуальная - основана на изменении морфологических признаков при недостатке или избытке элемента питания.  Например:  недостаток магния проявляется на нижних листьях в виде характерного межжилкового хлороза. Жилки остаются зелеными, а ткань между ними изменяет цвет.

 

Кроме того визуальная диагностика предусматривает проведение биометрических измерений (высота, масса) и фенологических наблюдений (соответствие развития сроку вегетации). Используя визуальный метод сложно получить точные результаты по причинам:

 

1. Признаки недостатка и избытка часто похожи

    

2. Резкий недостаток или избыток, вызывающий яркий признак встречается редко, а небольшие отклонения могут внешне не проявляться.

    

3. наблюдающиеся признаки могут быть следствием влияния окружающей среды или повреждение болезнями и вредителями.

    

Поэтому визуальная диагностика должна выполняться очень опытным специалистом. Визуальный метод несовершенен и в том, что отклонения условий питания обнаруживаются с некоторым опозданием. Появление внешних признаков свидетельствует о нарушениях обмена веществ последствия, которых невозможно полностью ликвидировать последующим применением удобрений.

 

Большое значение при этом имеет репрезентативность растительных образцов при проведении анализа. Образец должен состоять из 70-100 растений отобранных по диагонали обследуемого участка, следует избегать загрязнения растений почвой.

 

 

 

 Химический метод растительной диагностики минерального питания растений.

 

Химическая диагностика подразделяется на:

 

- листовой метод

 

- тканевый метод

 

Листовая диагностика это определение общего содержания элементов питания в листьях или в целом растении. Метод основан на том что в каждую фазу вегетации интенсивному развитию растения и формированию в последствие высокого урожая соответствует оптимальная концентрация элементов питания в сухом веществе установленная экспериментально. Например оптимальное содержание азота в озимой пшенице в фазу кущения составляет 4-5,9%, выхода в трубку 3,8-5,0%, колошения-цветения 3,0-3,6%.

 

Содержание элементов питания ниже нормы – недостаток, выше – избыток. В зависимости от фазы развития производится анализ целого растения или отдельных органов подверженных наибольшим  изменениям химического состава, которые называются  индикаторными. Так при листовой диагностике питания озимых зерновых в фазу кущения используют всю надземную часть. Выхода в трубку 3,4 лист снизу, колошения 2,3 лист сверху.

 

Определение общего содержания элементов питания проводится в Агрохимических лабораториях, после предварительного высушивания. Поэтому листовая диагностика не дает результатов немедленно.

 

Тканевая диагностика – определение содержания неорганических форм элементов питания в растении. Анализы могут проводится в лабораториях, но более распространено экспресс определение основных элементов питания в полевых условиях с помощью переносных лабораторий Церлинг и Магницкого. При использовании экспресс методов используются свежие образцы. Изменение условий минерального питания прежде всего отражается на концентрации неорганических веществ в органах растений богатых сосудисто-проводящей системой (стебли, черешки, главные жилки листьев).

 

Вид и расположение индикаторных органов определяется биологическими особенностями культуры и фазами ее развития. Так при диагностике азотного питания озимых зерновых для анализа в фазу кущения отбирается участок над узлом кущения. Выхода в трубку – в первом междоузлии. Колошения – во 2,3 междоузлии. В состав переносных лабораторий входят специальные реактивы, которые при взаимодействии с минеральными соединениями образуют соответствующие продукты. Так реакция дифиниламина с нитратами приводит к синему окрашиванию. Аналитические реакции совершаются на срезах растений или на соке. Полученную окраску сравнивают со стандартной шкалой и делают вывод об обеспеченности растений тем или иным элементом питания. Таким образом, тканевая диагностика позволяет в кратчайшие сроки оценить условия минерального питания на конкретном поле и при необходимости провести подкормку. Установленное химической диагностикой низкое или высокое содержание питательных веществ может быть результатом нарушения физических процессов вызванных недостатком или избытком, какого либо элемента питания, условиями внешней среды, болезнями. Поэтому интерпретация сведений полученных при химической диагностике должна проводиться с учетом фенологических, биометрических, фитопатологических данных.

 

 

 

Почва как объект изучения агрохимии. Фазовый состав почвы.

 

Почва как объект изучения агрохимии.

 

Почва в соответствии с треугольником Прянишникова находится в тесной взаимосвязи с растениями и удобрениями. Свойства почв во многом определяют условия развития растений и эффективностью удобрений. В свою очередь растения в процессе жизни и удобрения, поступившие в почву вызывают изменение ее свойств. Поэтому знание состава и свойств почв лежит в основе грамотного применения удобрений направленного на получение максимальной продуктивности с/х культур.

 

Фазовый состав почвы.

 

Почва – сложная саморегулирующаяся поликомпонентная биокосная система, содержащая тесно взаимодействующие между собой твердую, жидкую, газообразную и живую фазу.

 

 

Живая фаза.

 

Представлена населяющими почву организмами, среди которых наиболее интересны м.о.

 

 

Газообразная фаза почвы.

 

Не смотря на постоянный газообмен, почвенный воздух существенно отличается от надпочвенного по составу. Процессы дыхания корней растений, м.о. и т.д. обуславливают значительное повышение в газообразной фазе СО2 (до 0,3-1%) и меньше О2. Умеренное содержание СО2 в рыхлых структурных почвах оказывает положительное влияние на жизнь растения. В результате газообмена обогащается приземный слой воздуха, как следствие стимулируется фотосинтез. СО2+Н2ОàН2СО3 способствует переводу питательных веществ в доступное для растения состояние. Избыток СО2 в переувлажненных и переуплотненных почвах сопровождается  недостатком О2, снижается интенсивность дыхания корней и усвоения элементов питания, подавляется развитие аэробов. Газообразная фаза почвы – антагонист жидкой фазы. Чем больше воды тем меньше О2 и наоборот. При оптимальной влажности воздух занимает большие поры, а вода капилляры.

 

 

Жидкая фаза почвы.

 

Это самая динамичная и активная часть почвы посредством которой почва взаимодействует с внесенными удобрениями, твердой и газообразной фазой. Вода составляет 20% от массы почвы. Почвенный раствор формируется из воды попадающей с осадками, грунтовыми водами и т.д. и из растворенных в ней веществ твердой и газообразной фазы. Состав почвенного раствора постоянно меняется т.к. с одной стороны в него поступают химические соединения, образующиеся при выветривании минералов, разложении органических веществ, внесенных удобрений с другой стороны питательные вещества потребляются растениями и м.о. В зависимости от свойств конкретной почвы, внесения удобрений, почвенный раствор содержит различные катионы и анионы, наиболее важные NH4, K, Ca, Mg, NO3, H2PO4. Водорастворимые органические соединения, растворенные газы CO2, O2, NH3, и т.д. Важнейшим свойством почвенного раствора является определение условий развития растений является его концентрация и рН.

 

 

Твёрдая фаза почвы.

 

В основном состоит из 4 элементов:

 

О-49%, Si-33%, Al-7,1% Fe-3,7%. Содержание остальных, в т.ч. необходимых растениям в сумме чуть больше 7% тем не менее в этой фазе содержится основное количество питательных веществ. Следует отметить, что почва по сравнению с земной корой содержит в 20 раз больше углерода и в 10 раз больше азота. Твердая фаза включает в себя минеральную и органическую части, большинство элементов содержится только в минеральной части; ряд С, О, Р, S находится и в той и в другой, а N практически полностью входит в состав органической части.

 

 

 

 Минеральная часть твёрдой фазы почвы.

 

Это продукт трансформации почвообразующих пород поэтому наследует их геохимические особенности, составляет в среднем 88-99,5% твердой фазы почвы, представлена различными по размерам частицами первичных и вторичных минералов. Первичными называются минералы, которые при превращении земной коры в почву практически не изменились, они встречаются в почве частицами размером более 0,001 мм. Наиболее распространен кварц, обычно его в почвах 40-60%, а в песчаных более 90%. Также в значительных количествах представлены полевые шпаты и слюды. Альбит NaAlSi3O8, Биотит K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2. Первичные минералы формируют скелет почвы, достаточно инертны и могут участвовать в питании растений только после трансформации во вторичные. Вторичные минералы представлены частицами менее 0,001 мм, образуются из первичных в процессе выветривания материнской породы. Среди вторичных различают минералы глин, оксидов и гидроксидов, минералы простых солей.  

 

Глинистые минералы делятся на 3 группы:

 

1) Монтмориллонитовая

 

(Монтмориллонит Al2Si4O10(OH)2·nH2O, Бейделит Al3Si3O9(OH)3·nH2O)

 

2) Каолинитовая (Колинит Al2Si2O5(OH)4, Галлуазит Al2Si2O5(OH)4·2H2O)

 

3) Гидрослюды (Гидробиотит (K,H3O)(Mg,Fe)3[(Al,Si)4O10](OH)2·nH2O, Гидромусковит (K,H3O)·Al2[(Al,Si)4O10](OH)2·nH2O)

 

Минералы групп монтмориллонита и гидрослюд высокодисперсны, как следствие характеризуются большой суммарной поверхностью и высокой поглотительной способностью. Например емкость поглощения гидромусковита 40-70 м-экв на 100 г почвы. Не высокой дисперсностью и низкой поглотительной способностью (1-30 м-экв) обладают минералы каолинитовой группы. К вторичным минералам относятся гидроксиды кремния, алюминия и железа (SiO2·nH2O; Al2O3·nH2O; Fe2O3·nH2O) и простые соли большей частью малорастворимые и не растворимые. К числу малорастворимых относятся карбонаты кальция и магния (CaCO3, MgCO3) и гипс (CaSO42·H2O), встречающиеся  в твердой фазе ряда почв в значительных количествах. Нерастворимые: фосфаты кальция и магния (Са3(РО4)2; Mg3(PO4)2), железа и алюминия (FePO4; AlPO4) – присутствуют во всех типах почв. От соотношения первичных и вторичных минералов зависит ГС почвы. Кварц и полевые шпаты формируют фракции песка и пыли. Глинистые минералы – илистую и коллоидную фракцию.  Поэтому в песках и супесях преобладают первичные минералы, в глинистых и суглинистых соотношение первичных и вторичных меняется. Различные гранулометрические фракции имеют разный химический состав. Песок имеет максимальное содержание кремния. С уменьшением содержания кремния, возрастает содержание O, K, Mg, Fe, Al, P. Таким образом выраженная поглотительная способность и высокое содержание питательных веществ позволяют сделать заключение что илистая и коллоидная фракции минеральной части почвы представляют наибольшую ценность для питания растений. В связи с этим тяжелые почвы более плодородны чем легкие.

 

 

 

 Органическая часть твёрдой фазы почвы.

 

Органическое вещество несмотря на относительно невысокое содержание в почве (0,5-12%) во многом определяет уровень плодородия. Органическое вещество это результат деятельности живых организмов, включает не разложившиеся остатки растений животных и микроорганизмов и гумус. Гумус состоит из неспецифических соединений: лигнин, целлюлоза, белки, аминокислоты, сахара. И специфических гумусовых веществ. Не разложившиеся органические остатки и соединения не специфической части гумуса составляют 10-20% от органической части почвы. Рассматриваемые группы легко подвергаются минерализации и таким образом являются источником элементов питания. Кроме того, 10-30% этих веществ гумифицируется с образованием гумусовых веществ. Специфическая часть гумуса 80-90% от содержания органического вещества. Выделяются 3 главные группы гумусовых веществ: гумусовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Все они высокомолекулярные соединения циклического строения, содержат азот и имеют кислотную природу. Гуминовые кислоты – это нерастворимые в воде вещества темно-коричневого или черного цвета. Химический состав: С – 46-62%, О – 29-40%, Н – 2,8-6%, N – 2-6%. Гуминовые кислоты хорошо растворяются в слабых растворах щелочей образуя гуматы одновалентных катионов. Гуматы 2х и 3х валентных катионов в воде не растворяются. В составе гуминовых кислот содержится 15-80% азота почвы.

 

Фульвокислоты – окрашенные в желтый или бурый цвет, имеют меньшую молекулярную массу, чем гуминовые кислоты и более простое строение. Фульвокислоты содержат больше кислорода, но меньше углерода и азота чем гуминовые кислоты. С – 36-50%, O – 44-50%, H – 3-5%, N – 2-4,5%. Фульвокислоты хорошо растворимы в воде, легко передвигаются по профилю почвы, способны разрушать минералы, причем соли фульвокислот с щелочными и щелочно-земельными металлами растворимы в воде, а фульваты 3х валентных катионов растворяются при кислой рН, поэтому фульвокислоты играют существенную роль в подзолообразовании. В фульвокислотах содержится 20-40% почвенного азота, в большей степени подверженного минерализации, чем азот гуминовых кислот.

 

Гумин – самая энертная часть гумуса. Представляет сложный комплекс гуминовых и фульвокислот прочно связанных с минеральной частью почвы и между собой. Поэтому гумин не переходит в растворы кислот и щелочей, очень устойчив к микробиологическому разложению. Азот гумина - 20-30% азота почвы.

 

Гуминовые и фульвокислоты характеризуются наличием ряда функциональных групп карбоксильной (–СООН), спиртовой (-ОН), метоксильные (–О–СН3) и др. В связи с этим специфические гумусовые вещества обладают высокой поглотительной способностью в отношении катионов.

 

 

 

 Поглотительная способность почвы, понятие и виды. Биологическая, механическая и физическая поглотительная способность почвы.

 

По Гидройцу: «под поглотительной следует понимать способностью почвы задерживать соединения или части их находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально-распыленные частички минерального вещества, живые м.о. и грубые суспензии». В зависимости от механизма поглощения выделяется 5 видов ПСП.

 

 

Биологическая ПСП

 

Это избирательное поглощение растением и м.о. питательных веществ из почвенного раствора и воздуха. Поглощение микробами может иметь и положительное и отрицательное значение. Усвоение азота из атмосферы  азотфиксаторами - важная приходная статья баланса азота в земледелии.  Биологическое поглощение другими м.о. в определенных условиях бывает полезно т.к. предотвращает потери элементов питания от вымывания, улетучивания и т.д.  Однако в ряде случаев м.о. могут потреблять большое количество питательных веществ – тогда наблюдается ухудшение условий минерального питания (биологическая иммобилизация). Интенсивность биологического поглощения можно регулировать технологическими приемами, изменяющими условия жизнедеятельности почвенных м.о. Водно-воздушный режим зависит от сроков обработки и культур. рН регулируют путем известкования. Количество питательных веществ зависит от видов, доз, сроков и способов внесения органических и минеральных удобрений.

 

Механическая ПСП

 

Это свойство почвы задерживать в своей толще крупные частицы (больше чем система пор). Благодаря этому виду поглощения в верхних горизонтах сохраняются коллоидные частицы, тонко размолотые не растворимые в воде удобрения. Интенсивность механического поглощения зависит от пористости, размера пор, дисперсности вещества и т.д. Поэтому глинистые и суглинистые почвы характеризуются высокой механической ПСП, чем песчаные и супесчаные.

 

Физическая ПСП

 

Изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы, объясняется тем, что связная вода, непосредственно соприкасающаяся с частичками отличается от свободной.  В частности растворимость минеральных и органических веществ может различаться. Ряд органических веществ: спирты, кислоты и др. лучше растворяются в пленке связной воды, следовательно их концентрация у поверхности почвенной частицы повышается, наблюдается положительная адсорбция. Минеральные кислоты и водорастворимые соли, поглощаются отрицательно, их концентрация выше в объеме свободной воды. Наибольшее практическое значение имеет отрицательное поглощение вносимых нитратов и хлоридов.

 

 

 

 Химическая поглотительная способность почвы.

 

Химическая ПСП (хемосорбция)

 

Это образование труднорастворимых соединений при взаимодействии различных компонентов жидкой, твердой и газообразной фаз почвы (чаще поглощаются анионы кислот образующие труднорастворимые соли). Особое значение имеет: ретроградация фосфора, выражающаяся в хемосорбции водорастворимых фосфорсодержащих соединений и протекающая в почвах при любой реакции среды. В нейтральных, насыщенных Са и Мg почвах образуются малорастворимые фосфаты Са и Мg.

 

Ca(H2PO4)2+Ca(HCO3)2à2H2CO3+2CaHPO4 (осадок)

 

Ca(H2PO4)2+2Ca(HCO3)2à4H2CO3+Ca3(PO4)2 (осадок)

 

 В кислых почвах характеризующихся повышенным содержанием подвижных форм Al и Fe образуются фосфаты.

 

Ca(H2PO4)2+2Al à Сa+4H+2AlPO4(осадок)

 

Ca(H2PO4)2+2Fe à Сa+4H+2FePO4(осадок)

 

В следствии ретроградации значительная часть фосфора закрепляется в почве и становится не доступной для растений, для уменьшения химического поглощения фосфора следует ограничить контакт удобрения с почвой, т.е. гранулировать.

 

 

 

 Физико-химическая поглотительная способность почвы. Необменное поглощение катионов.

 

Физико-химическая ПСП (обменная)

 

Это способность коллоидных частиц поглощать ионы почвенного раствора в обмен на другие ионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

 

ППК – совокупность минеральных, органических и органоминеральных коллоидов. Минеральные коллоиды – глинистые минералы. Органические – гумусовые вещества. Органоминеральные – образуются при взаимодействии двух первых групп.

 

В ППК преобладают отрицательно заряженные коллоиды (ацедоиды), поэтому в большей степени выражено поглощение положительных ионов. Однако Al(OH)3 и Fe(OH)3 имеет положительный заряд (базоиды).   В почве находятся и амфотерные коллоиды – амфоликоиды. Al(OH)3=H3AlO3.

 

Все обменно поглощенные ионы хорошо доступны для растений. Пример: реакция физико-химического поглощения:

 

        Са                             2К

 

ППК Са  + 6KCl à ППК 2К + 2СaCl2+MgCl2

 

        Mg                            2К

 

Закономерности:

 

1) Реакции протекают в эквивалентных соотношениях и обратимы, при этом образуется подвижное равновесие между почвой и раствором. Изменение состава раствора при внесении удобрений, увлажнении и высыхании почвы, потребления и выделения веществ живыми организмами нарушает это равновесие и  вызывает новые обменные реакции.

 

2) Количество катионов вытесненных из почвы при постоянной концентрации возрастает с увеличением V, а при постоянном V с повышением его концентрации.

 

3) Реакция обмена катионов протекает с большой скоростью, равновесие устанавливается в течение нескольких минут.

 

4) Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем больше его энергия поглощения, т.е. чем сильнее поглощение, тем труднее вытесняется из ППК. Исключением является катион Н, энергия поглощения выше Са в 4 раза, а Nа в 17 раз.

 

 

В рамках физико-химической ПСП отмечается необменное поглощение катионов в межпакетных пространствах трехслойных глинистых минералов. Поглощаться таким образом могут многие катионы, но в наибольшей степени необменно сорбируются К и NH4.

 

Механизм: кристаллическая решетка трехслойных минералов при увлажнении расширяется, катионы проникают в межпакетное пространство, после подсыхания расстояние уменьшается и катионы оказываются закрытыми в гексогональных пустотах. Необменно поглощенный NH4 и К не участвуют в питании растений, поэтому вносить удобрения нужно в более глубокие слои почвы характеризующиеся постоянным режимом влажности. Попеременное увлажнение и высушивание усиливает необменное поглощение.

 

 

 

Ёмкость катионного обмена почв и состав поглощённых катионов.

 

Общее количество катионов которое почва способна удерживать в обменном состоянии называется емкостью поглощения или Еко, выражается в м-экв/100 г почвы. Еко – относительно стабильная величина для каждой конкретной почвы, зависящая от содержания в твердой фазе мелкодисперсных частиц. Еко закономерно возрастает с увеличением содержания в почве гумуса и утяжелением ГС. Соотношение глинистых минералов каолинитовой и монтмориллонитовой группы, поглотительная способность которых резко отличается. Например монтмориллонит обладает высокой емкостью поглощения 60-150 м-экв/100г, каолинит – небольшой 3-15 м-экв/100г.Относительно высокой емкостью поглощения характеризуются гумусовые вещества 300-350 м-экв/100г, поэтому не смотря на относительно не высокий вес органического вещества в твердой фазе 0,5-12% с увеличением содержания гумуса Еко резко возрастает.  Еко зависит и от реакции почвы. С увеличение рН повышается отрицательный заряд  амфолитоидов и следовательно поглотительная способность по отношению к катионам. Еко имеет большое значение для питания растений и применения удобрений. Чем выше значение Еко тем больше катионов, в т.ч. элементов питания, может удерживаться в почве. Емкость поглощения следуют учитывать и при выборе доз, сроков и способов внесения удобрений. Внесение высоких доз водно-растворимых удобрений на легких почвах приводит к их вымыванию. Тяжелые почвы характеризуются высокой Еко, поэтому удобрения из них практически не вымываются и хорошо сохраняются в течение длительного времени.

 

 

 

 Реакция почвы (кислотность, щёлочность). Принципы методов определения обменной (рНKCl) и гидролитической кислотности почв.

 

 

Реакция почвы – это обусловленная состоянием поглощенных катионов способность почвы подкислять или подщелачивать взаимодействующие с ней растворы солей или воду. Кислотность почв подразделяется на актуальную и потенциальную. Актуальная (активная) кислотность обуславливает повышение концентрации катионов Н в почвенном растворе и определяется водной вытяжкой из почвы (рНн2о). Потенциальная (пассивная) кислотность обусловлена наличием катионов H, Al, Fe в ППК, т.е. в твердой фазе почвы.

 

 

Обменная   кислотность   почв.   Принцип   потенциометрического метода определения обменной кислотности (рНКСL) почв.

 

В зависимости от способа определения потенциальной кислотности различают обменную и гидролитическую формы потенциальной кислотности. Обменная кислотность создается Н, Al, Fe (более подвижными) способными вытесняться в раствор при действии на почву гидролитически нейтральных солей (в т.ч. удобрений NaNO3, K2SO4 и др.)

 

Общепринятый метод – обработка почвы 1н. раствором, KCl (рН=5,5-5,8).

 

Реакции:

 

 

      Al                          3К

 

ППК)Н + nKCl = ППК)К + (n – 7)KCl + HCl + AlCl3 + FeCl3

 

      Fe                          3К

 

 

AlCl3 + 3Н2О = Al(OH)3 + 3HCl

 

 

FeCl3 + 3Н2О = Fe(OH)3 + 3HCl

 

 

Чаще всего обменная кислотность выражается как рНkcl, или м-экв/100 г почвы. При определении обменной кислотности учитываются катионы Н находящиеся в почвенном растворе, т.е. в величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность. Между ППК и почвенным раствором существует динамическое равновесие, поэтому при внесении в почву удобрений. Обменная кислотность может переходить в актуальную, ухудшая условия развития растений. Обменная кислотность характерна для подзолистых, дерново-подзолистых, красноземов, а также почв северной части черноземной зоны (серые лесные, выщелоченные черноземы). По величине рНkcl определяется степень кислотности почв и нуждаемость их в известковании, очередность известкования и дозы извести.

 

 

Группировка почв по степени кислотности солевой вытяжки

 

 

 

 

Гидролитическая кислотность почв.

 

Гидролитическая кислотность обусловлена Н, Al, Fe (более прочно связанными с ППК) не вытесняющимися раствором нейтральной соли. Определяется обработкой почвы раствором гидролитически щелочной соли: 1н. CH3COONa.

 

Реакции:

 

       Al                                      3Na

 

ППК)Н + nCH3COONa = ППК)Na + (n – 7)CH3COONa + 7CH3COOH + Al(ОН)3 + Fe(ОН)3

 

       Fe                                      3Na

 

Гидролитическая кислотность выражается в м-экв/100 г почвы. Включает в себя: актуальную, обменную, и собственно гидролитическую. Собственно гидролитическая характеризуется слабой подвижностью и в отсутствии актуальной и обменной форм (например в черноземах) не оказывает вредного влияния на растения.

 

 

Щёлочность почв.

 

В щелочных почвах (ю. черноземах, каштановых, солонцах)

 

Выделяют:

 

1) Актуальная

 

2) Потенциальная

 

Актуальная обусловлена наличием в растворе гидролитически щелочных солей. Определяется при обработке почвы водой и выражается в рНн2о или м-экв/100 г почвы. Потенциальная связана с нахождением ионов Na в ППК. По величине щелочности определяют нуждаемость почв в гипсовании, а по доле Na в ППК рассчитывают дозы гипса. Реакция почвы оказывает большое влияние на агрохимические, агрофизические свойства почв, превращение питательных веществ, жизнь м.о. Приемы химической мелиорации направлены на создание слабокислой или нейтральной реакции среды, благоприятной для большинства растений.

 

 

1. Определение обменной кислотности (рНkcl) потенциометрически

 

Значение анализа: обменная кислотность - наиболее вредная для растений форма почвенной кислотности, обусловленная более подвижными ионами, водорода и алюминия почвенного поглощающего комплекса (ППК), способными вытесняться в раствор при действии на почву гидролитически нейтральной соли. По величине обменной кислотности, используя группировку, представленную ниже, можно определить степень кислотности почвы и нуждаемость её в известковании. Показатель pHkcl используется при определении доз извести.

 

Принцип метода: катионы водорода и алюминия вытесняются из почвенного поглощающего комплекса с помощью гидролитически нейтральной соли 1 н. раствора хлорида калия (КCl), рН которого составляет 5,5-5,8 при соотношении почвы к раствору 1: 2,5. При этом происходят следующие реакции:

 

 

Значение рН полученной вытяжки определяется потенциометрически с помощью селективного по отношению к катионам водорода стеклянного электрода.

 

 

2. Определение гидролитической кислотности (Нг) по Каппену

 

Значение анализа: гидролитическая кислотность - максимальная форма почвенной кислотности, характеризующая весь поглощённый водород. Гидролитическая кислотность обусловлена ионами водорода, более прочно связанными с коллоидами почвы и не вытесняющимися из почвенного поглощающего комплекса (ППК) раствором нейтральной соли. Она определяется при обработке почвы раствором гидролитически щелочной соли. При сопоставлении значений гидролитической кислотности и суммы поглощённых оснований можно сделать предположение о степени кислотности почв. Гидролитическая кислотность используется при расчёте ёмкости катионного обмена, степени насыщенности почв основаниями, определении доз извести и возможности применения фосфоритной муки в чистом виде.

 

Принцип метода: катионы водорода вытесняются из почвенного поглощающего комплекса с помощью гидролитически щелочной соли - 1 н. раствора ацетата натрия (СН3СООН), рН которого составляет 8,0-8,2 - при соотношении почвы к раствору 1: 2,5. При этом происходит следующая реакция:

 

 

По количеству 0,1 н. раствора гидроксида натрия (NaOH), пошедшего на титрование образовавшейся уксусной кислоты (СНзСООН), рассчитывается гидролитическая кислотность.

 

 

 

Сумма поглощённых оснований и степень насыщенности ими почв. Принцип метода определения суммы поглощённых оснований в почвах.

 

Общее содержание в ППК катионов кроме H,Al,Fe выражается м-экв/100 г почвы, обозначается S.

 

 

Формула для расчета суммы поглощенных оснований:

 

, где

 

а – объем фильтрата взятого для титрования

 

к1 – поправка к титру HCl

 

b – количество NaOH пошедшее на титрование

 

к2 – поправка к титру NaOH

 

0,1 – нормальность растворов

 

100 – пересчет на100 г почвы

 

Н – навеска почвы соответствующая взятому объему фильтрата

 

 

Степень насыщенности почв основаниями показывает сколько % общей емкости поглощения занимают основания. V  является важным агрохимическим показателем позволяющим определить степень нуждаемости почв в известковании. Чем выше V тем ниже кислотность и нуждаемость в известковании.

 

 

Формула для расчета степени насыщенности почв основаниями:

 

       

 

Определение суммы поглощённых оснований (S) по Каппену-Гильковицу

 

Значение анализа: сумма поглощённых оснований показывает общее содержание катионов оснований (Са +, Mg2+, К+, Na+, NH4 и т.д.) в почвенном поглощающем комплексе (ППК). При сопоставлении значений суммы поглощённых оснований и гидролитической кислотности можно сделать предположение о степени кислотности почв. Этот показатель необходим для расчёта ёмкости катионного обмена и степени насыщенности почв основаниями.

 

Принцип метода: катионы оснований вытесняются из почвенного поглощающего комплекса с помощью 0,1 н. раствора соляной кислоты (HCI) при соотношении почвы к раствору 1: 5. При этом происходит следующая реакция:

 

 

В результате обменной реакции нейтрализуется количество кислоты, эквивалентное количеству поглощённых оснований. Остаток кислоты учитывается титрованием 0,1 н. раствором гидроксида натрия (NaOH). Сумма поглощённых оснований рассчитывается по разности между исходным и оставшимся количеством кислоты.

 

 

 

Буферность почвы.

 

Это способность почвы противостоять изменению рН почвенного раствора в кислую или щелочную сторону. Буферность определяется величиной ЕКО, т.е. напрямую связана с содержанием коллоидных частиц в твердой фазе. Чем тяжелее почва и больше гумуса, тем выше буферность. Большое значение имеет состав поглощенных катионов. Буферность против подкисления обусловлена наличием в ППК Са, Мg и др, возрастает с увеличением объема. При подкислении почвенного раствора в результате применения физиологически кислых удобрений, разложение органических веществ почвы и удобрений, образование HNO3, при нитрификации происходит обмен катионов водорода на катионы ППК.

 

 

ППК) Са + 2HNO3 à ППК)2Н  + Са(NO3)2

 

 

Образуется нейтральная соль, и реакция почвенного раствора не меняется.

 

Буферность против подщелачивания снижается с ростом насыщенности основаниями, зависит от гидролитической кислотности Нг.

 

Если в почвенном растворе при использовании физиологически щелочных удобрений появилась щелочь или гидролитически щелочная соль то

 

ППК) Н + NaOH à ППК) Na +H2O

 

Таким образом, реакция раствора остается неизменной.

 

 

Буферными свойствами наряду с твердой фазой почвы имеет и почвенные раствор состав, которого определяет ППК. Буферность раствора связана с наличием слабых органических и минеральных кислот CH3COOH и H2CO3 и их солей.

 

Механизм нейтрализации:

 

а) СН3СООН + NaOH à CH3COONa + H2O

 

б) (CH3COO)2Ca + 2HNO3 à 2CH3COOH + Ca(NO3)2

 

 

Вместо сильных оснований и кислот в растворе образуются:

 

а) соль и вода

 

б) соль и слабая кислота

 

как следствие рН раствора почти не меняется.

 

 

Необходимо отметить, что почва не может бесконечно противостоять действию подщелачивающих или подкисляющих факторов. Чем ниже ЕКО, тем быстрее меняется рН почвенного раствора. Например, систематическое использование кислых удобрений на легких почвах приводит к резкому повышению кислотности. В то время как на тяжелых почвах с развитым ППК, быстрого подкисления не наблюдается. Таким образом, различия в буферности почв необходимо учитывать при выборе форм удобрения и его доз. С другой стороны легкие почвы больше подвержены влиянию мелиорации. Так для получения равного эффекта от известкования на гумусированных почвах приходится применять более высокие дозы известковых материалов, чем на малоплодородных легких.

 

 

 

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистых и серых лесных почв.

 

Для рационального использования удобрений необходимо иметь четкое представление об уровне плодородия преобладающих в стране типов почв.

 

 

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистых почв.

 

Дерново-подзолистые почвы (Пд)

 

Пд нечерноземной зоны имеют рН=4-4,5; Нг=3-6; низкое ЕКО=5-15 и V=30-70%

 

Поэтому как правило нуждаются в известковании. Содержание гумуса и основных элементов питания изменяется в зависимости от ГС и степени окультуривания. Низким потенциальным плодородием обладают песчаные и супесчаные почвы, в которых содержится 0,5-1% гумуса. Общее содержание N=0,03-0,08%; P=0,03-0,06%; K=0,5-1%. Более плодородными являются суглинистые и глинистые почвы, отличающиеся высоким содержанием гумуса 2-4% N=0,1-0,2%; P=0,7-1,2%; K=1,5-2,5%.

 

Рассматривая актуальное плодородие, необходимо отметить, что данные почвы отличаются низким содержанием подвижных N и P, а песчаные и супесчаные бедны К. Соответственно в первом минимуме N, во втором Р. На легких почвах первоочередным может стать К. С повышением окультуренности (известкования, внесение органических и мин. удобрений) агрохимические свойства Пд значительно улучшаются. Так рН сильноокультуренных 5,1-6,0; Г=2,5-3,5; Р=150-200 мг/кг; К=200-300 мг/кг. Дерново-подзолистые почвы распространены в зоне достаточного увлажнения, поэтому квалифицированное применение удобрений с учетом потенциального плодородия улучшают их свойства.

 

 

Агрохимическая характеристика серых лесных почв.

 

Серые лесные почвы (Л)  лесостепная зона

 

В зависимости от мощности гумусового горизонта, содержания гумуса и степени оподзоленности подразделяются на 3 типа:

 

1) Светло-серые лесные Л1

 

2) Серые лесные Л2

 

3) Темно-серые лесные Л3

 

 

Л1 близки по свойствам к Пд; Л3 – к черноземам. Л1 относительно кислые, рН=4,8-5,4; V=70-80%; ЕКО=14-20, поэтому Л1 часто нуждаются в известковании.

 

Л2 и Л3 имеют близкую к нейтральной рН=5,2-6,0; высокую ЕКО=15-45; и V=80-90%

 

На ряду с увеличением содержания гумуса от  1,6-3,4 до 3,5-7; При переходе Л1àЛ2àЛ3 возрастает обеспеченность их подвижными формами элементов питания. Р= 60à120; K=100à150. В первом минимуме на Л1 и Л2 – азот, на Л3 – фосфор. На гумусированных Л3 возможно наоборот.

 

При использовании калийных удобрений следует учитывать биологическую особенность культуры и содержание К в почве. Актуальное плодородие Л может сильно варьировать в зависимости от степени интенсификации земледелия, тем не менее, подвижные формы элементов питания, содержащиеся в небольших количествах. Следовательно, для получения высоких урожаев необходимо систематическое применять органические и минеральные удобрения.

 

 

 

Агрохимическая характеристика чернозёмов и каштановых почв.

 

Черноземы

 

Обладают самым высоким естественным плодородием. Содержание гумуса в Апах 4-12%. N=0,2-0,5%; P=0,1-0,3%; K=2,5-3%. Распространены в лесостепной и степной зоне. При движении с Севера на Юг последовательно залегают: оподзоленныеàвыщелоченныеàтипичныеàобыкновенныеàюжные. Наиболее плодородны типичные черноземы. Максимальная мощность гумусового горизонта 100-180 см, Г=8-12%, N=0,4-0,5%; P=0,2-0,3%; K=2,5-3%. При переходе на Север и на Юг эти показатели снижаются. Типичные черноземы характеризуются нейтральной реакцией среды рН=6,5-7,0; высокое ЕКО=50-60; V=90-98%. Северные подтипы относительно кислые рН=5,5-6,5; Нг=5-7. При длительном с/х использовании возникает необходимость известкования. Обыкновенные и южные черноземы отличаются слабощелочной реакцией рН=7-8, сильносолонцеватые виды нуждаются в гипсовании. Высокое потенциальное плодородие часто не гарантирует обеспеченность растений подвижными формами N и Р, поэтому применение N и Р и минеральных и органических удобрений повышает урожайность культур особенно в благоприятных условиях лесостепи. Богатство черноземов калием в большинстве случаев определяет хорошую обеспеченность им растений. Эффективность применения К удобрений проявляется на старопахотных почвах. 

 

Каштановые почвы зона сухих степей

 

1.  Темно-каштановые

 

2.  Каштановые

 

3.  Светло-каштановые

 

Каштановые почвы менее плодородны по сравнению с черноземами. Мощность гумусового горизонта 25-45 см, ЕКО=12-35, Г=2-5%; N=0,1-0,3%; Р=0,1-0,2%; рН=7-8. Выделяются виды со значительной солонцеватостью и требующие гипсования. Каштановые почвы, как правило, богаты калием, но плохо обеспечены N и Р. Использование удобрений имеет смысл только при орошении. В багарных условиях (без орошения) рекомендуется лишь припосевное удобрение в дозе 10-15 кг/га Р2О5

 

 

 

Агрохимическое обследование почв. Методика проведения и использование материалов для почвенной диагностики питания растений и сертификации почв земельных участков.

 

Агрохимическое обследование почв.

 

Крупномасштабное агрохимическое обследование почв осуществляется имеющимися в каждой области центрами агрохимической службы. Периодичность обследования зависит от интенсивности использования удобрений и мелиорантов. Так на сортоучастках, в экспериментальных хозяйствах НИИ, на мелиорированных угодьях агрохимическое обследование проводят каждые 3 года. В хозяйствах, где насыщенность NPK составляет более 180 кг/га – через 4 года. С невысоким уровнем применения удобрений – через 5-7 лет. При проведении агрохимического обследования, какого либо предприятия, с/х угодья разбиваются на участки. Элементарный участок это площадь, которую можно характеризовать одним смешанным образцом. Например, в уральском регионе S=8га. В отобранных с участков почв образцах определяют показатели позволяющие оценить уровень почвенного плодородия (рН, Г, К, Р, микроэлементы) и экологическую безопасность земельных угодий (содержание тяж Ме, остатки пестицидов, радионуклиды). Результаты обследования  выдаются в виде агрохимических картограмм с пояснительной запиской и паспортов полей со схемой паспортизированных участков.  Агрохимическая картограмма – это карта хозяйства с нанесенными контурами, определяющими характеристику почв в отношении агрохимических показателей. Основой для составления картограмм служат стандартные группировки, установленные классы (группы почв по степени кислотности, содержанию гумуса, подвижных форм элементов питания и т.д.) Каждому классу соответствует определенный цвет, в который раскрашивают выделенные контуры. Масштаб агрохимических картограмм равен масштабу почвенных карт: в нечерноземной зоне 1:10000 ; в степной зоне 1:25000.

 

Пояснительная записка содержит анализ изменения агрохимических показателей за период между 2мя последними исследованиями, а также рекомендации по мелиоративным  мероприятиям и по применению удобрений.

 

 Паспорт поля оформляется в электронном виде, содержит данные о природно-хозяйственном и почвенно-агрохимическом состоянии участка. Паспорт поля содержит три части: адресную, почвенно-агрохимическую, оперативную. В адресной части указывается: область, район предприятия, тип угодья и севооборота, номер поля и его площадь. В почвенно-агрохимической: тип и ГС почвы, рН, Г, содержание подвижных форм элементов питания. Оперативная часть содержит информацию о применении удобрений и мелиорантов, возделываемых на данном участке культурах и их урожайности. Электронные версии паспортов полей расширяют возможность статистической обработки результатов агрохимического обследования. Например с использованием ЭВМ можно выделить данные о содержании элементов питания в конкретном виде почв или обобщить результаты по нескольким предприятиям.

 

Группировка почв по содержанию подвижного фосфора, определяемого различными методами

 

 

Группировка почв по содержанию обменного калия, определяемого различными методами

 

Почвенная диагностика питания растений.  Сертификация  почв земельных участков.

 

Материалы агрохимического обследования служат основой для осуществления почвенной диагностики питания растений и сертификации почв земельных участков. Почвенная диагностика заключается в прогнозировании обеспеченности растений элементом питания с использованием стандартных группировок разработанных на основе результатов многочисленных полевых опытов.  Например низкая обеспеченность Р2О5 установленная при агрохимическом анализе позволяет предположить что возделываемая культура будет испытывать недостаток Р, как следствие можно выбрать соответствующие дозы, сроки и способы применения удобрений.  Более сложная для исполнения почвенная диагностика питания растений N. Агрохимические картограммы показывающие обеспеченность растений азотом не составляют, т.к. содержание минеральных форм азота очень быстро меняется в результате использования растениями и деятельности м.о. Рекомендуемые способы оценки питания является определение запасов азота в пахотном слое почвы или в слоях 0-60, 0-100 см, до посева c/х культур. В дальнейшем производится корректировка доз удобрений с использованием экспериментально обоснованных рекомендаций. Возможно также определение минерального азота во время вегетации. Следует отметить, что почвенная диагностика позволяет сделать только предварительное заключение об условиях минерального питания. Более полную информацию можно получить при использовании комплексной диагностики, в рамках которой почвенная диагностика дополняется методами растительной диагностики. Добровольная сертификация почв земельных участков производится путем сопоставления показателей экологической безопасности со стандартными требованиями. При положительных результатах землепользователю дают сертификат соответствия дающий право сертифицировать полученную продукцию по сокращенной схеме с уменьшением затрат  в 2-3 раза. 

 

 

 

 Отношение сельскохозяйственных культур и почвенных микроорганизмов к кислотности почвы и известкованию.

 

Причины отрицательного действия кислотности на растения.

 

Повышенная кислотность почвы определяет неблагоприятные условия роста и развития растений. Высокая концентрация катионов Н в почвенном растворе вызывает усиленное поступление их в клетки корня, следовательно приводит к подкислению клеточного сока, ухудшающее физико-химическое состояние цитоплазмы. Значительные изменения отрицательно влияют на биохимические процессы происходящие в растении. Ослабляется синтез белков с соответствующим повышением небелковых форм азота. Подавляется процесс превращения моносахаров в высокомолекулярные углеводы. Нарушение обмена веществ затрудняет рост и ветвление корней, уменьшает проницаемость мембран в результате ухудшается использование растением питательных веществ почвы и удобрений. Отношение культур к реакции почвы зависит от их биологических особенностей.

 

 

Группировка сельскохозяйственных культур по чувствительности к кислотности и нуждаемости в известковании.

 

По чувствительности к кислотности и отзывчивости на известкование растения подразделятся на 5 групп:

 

1. Наиболее чувствительные – не переносят кислой рН, требуют нейтральной или слабощелочной реакции (6,5-7,5). Хорошо отзываются на известкование даже слабокислых почв.  Люцерна, клевер, сахарная, кормовая и столовая свёкла и др.

 

2. Чувствительные - предпочитают реакцию почвы близкую к нейтральной (6-7). Хорошо отзываются на известкование. Озимая и яровая пшеница, ячмень, горох, бобы, вика, соя, фасоль, кукуруза и др.

 

3. Устойчивые к повышенной кислотности - хорошо растут в широком интервале рН 5,0-7,5, однако оптимальна слабокислая реакция 5,0-6,0. Положительно реагируют на известкование сильно-  и среднекислых почв. Озимая рожь, овёс, просо, гречиха и др.

 

4. Устойчивые к повышенной кислотности и отрицательно реагирующие на избыток кальция. Предпочитают слабокислую реакцию среды 5,0-6,0 и могут реагировать на известкование снижением урожайности и качества продукции. Отрицательное действие определяется не столько изменением реакции почвы сколько уменьшением количества В, Mg, К. Тем не менее при выращивании льна и картофеля целесообразно известковать сильнокислые и очень сильнокислые почвы. Лён, картофель

 

5. Малочувствительные – хорошо растут на кислых почвах 4,5-5,0. Необходимо известковать только очень сильнокислые почвы. Люпин, сераделла и др.

 

 

 

Таким образом подавляющее большинство культур предпочитают слабокислую рН, особо чувствительны молодые растения. Повышенная кислотность на ряду с прямым негативным действием на рост и развитие, ухудшает агрофизические и агрохимические свойства почв.

 

 

Группировки сельскохозяйственных культур по чувствительности к содержанию подвижных алюминия и марганца.

 

Содержание в ППК кислых почв Al, Mn негативно влияет на растения. Al токсичен для растений при концентрации 2 мг/100г почвы и более. Проявляется нарушением обмена веществ и угнетением роста на ранних стадиях.

 

 

По чувствительности к Al выделяют 4 группы:

 

 

По чувствительности к содержанию Mn – 3 группы:

 

 

Следует отметить что некоторые растения по разному относятся к кислой реакции среды и к содержанию подвижных форм Al, Mn. Например кукуруза плохо растет на кислых почвах но устойчива к Al, а лен предпочитает слабокислую реакцию среды  и очень чувствителен к повышенным содержаниям Al, Mn.

 

 

Отношение микроорганизмов к кислотности почвы и известкованию.

 

Почвенные м.о. также как растения различаются по отношению к кислотности почвы. Для развития полезных бактерий (азотфиксаторов, нитрификаторов и др.) благоприятна нейтральная рН. В кислых почвах численность этих м.о. снижается, соответственно ухудшаются условия минерального питания. В тоже время высокая рН способствует развитию плесневых грибов. Многие из которых возбудители болезней.

 

 

 

 Значение кальция и магния для растений.

 

Значение кальция для растений.

 

Соединения Са с пектиновым веществом участвуют в формировании клеточной стенки и склеивают между собой отдельные клетки. Катионы Са играют важную роль в стабилизации структуры мембран, оказывает влияние на поступление других ионов в клетку. Са на ряду с другими катионами принимает участие в создании необходимого ионного равновесия определяющего оптимальное физико-химическое состояние протоплазмы. Са активизирует ряд ферментных систем клетки, играет важную роль в передвижении углеводов. Оказывает влияние на превращение азот содержащих веществ. Среднее содержание Са в растении – 0,2% сухого вещества. Больше Са содержится в вегетативных органах, концентрация его в старых листьях выше чем в молодых. Вынос Са определяется биологическими особенностями культуры. Зерновые при урожайности 2-3 т/га – 20-40 кг/га СаО; картофель 20-30 т/га – 60-120 кг/га; капуста 50-70 т/га – 300-500 кг/га. Следует отметить что потребность растений в Са и отношение  его к кислотности почвы не всегда совпадает. Пример: пшеница выносит мало Са но чувствительна к кислой рН: картофель потребляет много Са, при этом хорошо растет на кислых почвах.

 

Недостаток Са приводит к появлению хлороза в виде светло-желтых пятен. При сильном голодании листья отмирают, прекращается образование боковых корней, разрушаются пектиновые вещества, вызывает ослизнение клеточных стенок и загнивание тканей. 

 

 

Значение магния для растений.

 

Mg необходим для фотосинтеза, т.к. входит в состав хлорофилла и стабилизирует структуру хлоропластов. Выполняет структурообразовательную роль. Входит в состав мембран клеток, участвует в создании необходимого равновесия в цитоплазме, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность. Mg активизирует деятельность большого числа ферментов (ок. 300), катализирующих различные биохимические реакции. Играет важную роль в обмене N и Р. Катионы Mg активизируют формирование полирибосом и синтез белка. Mg участвует в передвижении Р в растении, входит в состав хинина, который накапливается в семенах и служит источником Р при прорастании. Mg участвует в процессах обмена углеводов, жиров, эфирных масел, витаминов. Ускоряет отток подвижных углеводов в репродуктивные органы и синтез крахмала. Регулирует направленность ОВ процессов, способствует накоплению восстановленных соединений жиров, эфирных масел. Соединения Mg в растительных тканях составляют 0,2% сухого вещества. Накапливаются в основном в наиболее жизнедеятельных органах растений: листьях, генеративных органах. Культурные растения выносят от 10 до100 кг Mg с га. Зерновые при урожайности 2-3 т/га – 10-15кг. Клевер 4-5 т/га – 30-35кг. Картофель 20-30 т/га – 30-70кг. Mg поступает в растение в виде катиона, является реутелизируемым элементов, поэтому признаки недостатка проявляется на нижних листьях. Наиболее характерен межжилковый хлороз. При сильном голодании листья отмирают.

 

 

 

 Взаимодействие извести с почвой. Влияние извести на свойства почвы.

 

Понятие «известкование». Взаимодействие извести с почвой.

 

Известкование – это внесение в почву известковых удобрений содержащих Са и Mg в виде карбонатов, гидроксидов, силикатов для нейтрализации кислотности. По данным агрохимической службы в настоящее время в РФ характеризуются кислой рН и нуждаются в известковании более 43 млн. га пахотных угодий (34% от площади пашни). При существующих темпах известкования количество кислых почв будет только возрастать.

 

Известняковая мука (СаСО3) практически не растворяется в воде, однако непосредственно взаимодействует с органическими и минеральными  коллоидами почвенного раствора, устраняя актуальную кислотность почвы.

 

СаСО3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + Н2О + СО2↑

 

СаСО3 + 2R-COOH → (R-COO)2Ca + Н2О + СО2↑

 

Наибольшее значение имеет взаимодействие извести с угольной кислотой, в результате которой известковая мука постепенно растворяется с образованием гидролитически щелочной соли – бикарбонат Са.

 

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2

 

Бикарбонат гидролизуется с образованием гидроксида Са.

 

Са(НСО3)2 + Н2О = Са(ОН)2 + Н2О + СО2↑

 

В результате диссоциации бикарбоната и гидроксида почвенные раствор обогащается катионами Са.

 

Са(НСО3)2 ↔ Са + 2НСО3

 

Са(ОН)2 ↔ Са + 2ОН

 

 Катион Са вытесняет катионы Н и Al, обуславливающих повышенную кислотность, из поглощенного состояния.

 

       Al                                    Са

 

ППК)Н + 2Са+ 4ОН = ППК)Са + Al(OH)3↓ + Н2О

 

 

Влияние извести на свойства почвы.

 

При внесении извести устраняется активная и обменные кислотности, значительно снижается гидролитическая. Соединения Al, Fe, Mn выпадают в осадок. Внедрение катиона Са и Mg в ППК приводит к повышению S, V, Еко и буферности почвы. Известкование улучшает питание растений в отношении ряда элементов. Прежде всего повышает содержание  в почве Са, и при использовании магний содержащих мелиорантов и Mg, что особенно важно на легких почвах, на которых растения часто испытывают недостаток этих элементов.

 

Нейтральная реакция среды благоприятна для развития м.о., участвующих в превращениях азота, поэтому известкование улучшает азотное питание растений. После известкования активизируются м.о. минерализующие фосфаты. Кроме того устранение Al и Fe устраняет возможность поглощения Р в виде соответствующих фосфатов. Образуются более доступные растениям фосфаты Са. В итоге повышается содержание доступного фосфора. Известкование повышает подвижность микроэлементов. Доступность Мо возрастает, одновременно большинство микроэлементов при повышении рН переходят в менее подвижные формы. Поэтому нужно вносить соответствующие микроудобрения. С другой стороны проведение известкования на техногенно-загрязненных почвах обеспечивает уменьшение подвижности тяжелых металлов, радионуклидов. Са вызывает коагуляцию органических и минеральных коллоидов, предотвращает их разрушение и вымывание из почвенного профиля. В результате улучшаются физические свойства почвы (структура и ее водопрочность, пористость, водопроницаемость), облегчается ее обработка. Нейтрализация реакции среды подавляет грибную микрофлору, вызывающую болезни растений.

 

 

 

 Определение необходимости и очерёдности известкования почв. Основное и поддерживающее известкование.

 

Визуальный способ определения нуждаемости почв в известковании.

 

Предполагает ориентировочную оценку почвенной кислотности  по ряду признаков, характерных для почвы и преобладающей на ней растительности. Сильнокислые почвы имеют белесый оттенок, хорошо развиваются????  На необходимость известкования указывают плохой рост и развитие культурных растений чувствительных к повышенной кислотности (озимая пшеница, клевер, люцерна). Не смотря на высокий уровень агротехники, внесение рекомендуемых доз удобрений. Наиболее ярко отрицательное действие кислотности просматривается сильное изреживанием бобовых трав  и озимых культур после перезимовки. Также нуждаются в известковании почвы, на которых в больших количествах произрастают устойчивые к кислотности сорняки (щавель, пикульник).

 

 

Определение необходимости известкования почв на основании их агрохимических свойств

 

Более точно нуждаемость почв в известковании можно установить на основе агрохимических свойств. Наиболее целесообразно использовать рНксl т.к. значение данного показателя для каждого участка можно легко установить с помощью имеющихся в каждом хозяйстве агрохимических картограмм. В соответствии со стандартной группировкой в полевых с/о при рН 4-5 и ниже отмечается сильная нуждаемость почв в известковании.  В кормовых и овощных с/о часто приходится известковать с показателями рН 5,6-6,0. Для определения необходимости в известковании используют также V. Например почва тяжелого ГС с V меньше 50 сильно нуждается в известковании. 51-70 средняя нуждаемость, 70-80 слабая, и более 80 – не нуждается.

 

 

Определение очерёдности известкования почв.

 

На ряду с агрохимическими показателями учитывают и очередность возделываемых культур. В полевых с/о  в первую очередь известкуют поля с рН меньше 4,5, во вторую 4,6-5 в третью 5,1-5,5. В севооборотах с большим удельным весом льна и картофеля среднекислые почвы известкуют в третью очередь, а слабокислые вообще не известкуют.

 

 

Основное и поддерживающее известкование.

 

Основное – это известкование при котором известковые материалы вносятся в значительных количествах, обеспечивающих достижение заданной или оптимальной кислотности. Оптимальный уровень рН для полевых с/о 5-5,5. Достижение заданной реакции планируется в тех случаях если почва очень кислая и получить оптимальную рН не получается при единовременном внесении извести.  Повторное известкование  в невысоких дозах используется для поддержания достигнутого заданного уровня рН компенсирующего потери Са и  Mg. Необходимость повторного известкования устанавливают на основании агрохимического анализа почв. Поддерживающее известкование не всегда проводится после основного, некоторые почвы от природы имеют не высокую кислотность. В таком случае известкованием поддерживается естественный уровень реакции среды.

 

 

 

 Определение доз извести.

 

Табличный метод определения доз извести. Метод расчёта доз извести «на сдвиг рНксl».

 

При определении доз извести в качестве исходных данных могут быть использованы значения рНксl или Нг. Кроме того обычно учитывается  ГСП и содержание гумуса, т.к. эти свойства определяют буферность почв. Наиболее распространены 3 способа расчета доз извести.

 

Первый – табличный. Дозы СаСО3 рекомендуемые для определенных почвенно-климатических условий представлены в виде таблиц различных НИИ на основании экспериментальных данных. Как правило таблицы предназначены для конкретного региона, а рекомендуемые дозы выбираются в зависимости от рН, ГСП, Г.

 

Второй – на сдвиг рН. Дозы СаСО3 устанавливаются исходя из экспериментально установленных нормативов расхода извести для сдвига  рН на 0,1. Большое значение имеет выбор норматива соответствующего конкретным почвенно-климатическим условиям.

 

Первые 2 метода больше распространены в производстве, по следующим причинам:

 

- используются имеющиеся агрохимические картограммы с указанной рНксl

 

При проведении известкования основной задачей является устранение наиболее вредной для растений обменной кислотности.

 

- дозы извести рассчитанные по Нг значительно больше.  Экономически менее выгодны. Расчеты по Нг используют в исследовательских работах.

 

 

Определение доз извести по гидролитической кислотности. Определение дозы конкретного известкового материала.

 

Третий – по Нг. Доза СаСО3 определяется по таблицам, по значениям Нг и ГСП.

 

Полученные в результате расчетов дозы теоретически должны устранять почвенную кислотность, однако фактически этого не происходит из-за неполного взаимодействия извести с почвой.

 

При определении доз извести следует учитывать также биологические особенности составляющих севооборот культур. Если значительные площади заняты льном, картофелем, люпином т.е. культурами которые отрицательно реагируют на известкование, рекомендуется снижать расчетные дозы извести для легких почв на 1/2-1/3, для тяжелых на 1/4.

 

Формула расчета доз извести:

 

  где

 

Нг – гидролитическая кислотность

 

10 – пересчет в кг

 

50 – количество мг СаСO3 необходимого для нейтрализации 1 м-экв Н

 

1000∙1000∙1000 – пересчет мг в тонны

 

3000000 или 2500000 это масса  пахотного слоя в кг для тяжелых или легких почв

 

 

 

 

 

Формула для пересчета доз извести на соответствующее удобрение:

 

, где

 

Днг – доза СаСО3 рассчитанная по кислотности

 

100∙100∙100 – пересчет в проценты

 

НС – нейтрализующая способность СаСО3 в % (в задачах использовать 88%)

 

В – влажность известкового материала в % (в задачах использовать 1,5%)

 

Г – содержание частиц более1 мм в % (в задачах использовать 6%)

 

Экспериментально установлено что масса пахотного слоя для тяжелых почв3000000 кг для легких2500000 кг.

 

 

 

 Известковые удобрения. Классификация. Промышленные удобрения (твёрдые известковые породы).

 

Классификация известковых удобрений. Твёрдые известковые породы.

 

группы известковых удобрений:

 

1. Промышленные – получают размолом твердых известковых пород.

 

2. Местные – мягкие, рыхлые известковые породы

 

3. Отходы промышленности богатые известью

 

 

Промышленные известковые удобрения

 

Твердые известковые породы: известняки, доломиты, мел – это осадочные породы преимущественно морского  происхождения. Содержат кальцит СаСО3 и магнезит MgСО3, а также примеси: песок, глина и т.д.

 

 В зависимости от соотношения кальцита и магнезита различают:

 

 

С повышением содержания магнезита возрастает твердость известковых пород и уменьшается их растворимость. Мел почти не содержит магния (до 1,3%), поэтому является наиболее мягким материалом этой группы.

 

 

По содержанию примесей твердые породы делят на:

 

 

 

Использовать для известкования  породы с высоким содержанием примесей целесообразно только при отсутствии более чистых пород.

 

 

Известняковая мука. Состав. Получение. Свойства. Принцип метода определения общей нейтрализующей способности извести.

 

Из твердых пород получают удобрения:

 

1) Известняковая мука – основное известковое удобрение, нейтрализующая способность в расчете на СаСО3 85-90%. Получают размолом известняков, представляет собой тонко размолотый порошок имеющий в зависимости от примесей (органика, Fe, Mn) белую, сероватую, желтоватую, коричневую окраску. На ряду с СаСО3 известняковая мука содержит MgCO3, если его содержание 2-20% то такое удобрение – долометизированная известняковая мука. Важными технологическими свойствами ее являются: ГС и влажность. От тонины помола зависит скорость взаимодействия с почвой. Оптимальной является размер 0,2-0,3 мм. Частицы крупнее1 мм плохо растворяются, и в первый год после внесения практически не участвуют в нейтрализации кислотности. При повышенной влажности приходится увеличивать дозы, кроме того ухудшаются сыпучесть и рассеиваемость. В соответствии с ГОСТ 14050-78 производится известняковая мука 2х сортов и 2х классов. Причем для каждого из них в пылевидной и слабопылящей формах.

 

Сорта выделяются по нейтрализующей способности и ГС, мука 1 сорта по сравнению со 2, содержит больше действующего вещества (не менее 88 и 85% СаСО3 соответственно) и характеризуется более тонким помолом. Классы отличаются по ГС. 2 класс более тонко размолот. Пылевидная мука содержит меньше крупных фракций и влаги чем слабопылящая.  Таким образом при использовании известняковой муки учитывают 3 показателя качества: НС, ГС, В

 

 

 

Принцип метода определения общей нейтрализующей способности: известковые удобрения обрабатывают 1н.  НСl. В результате часть кислоты нейтрализуется, а остаток учитывается титрованием 1н. раствором NaOH. Нейтрализующая способность извести рассчитывается по разности между исходным и оставшимся количеством кислоты.

 

 

Доломитовая мука. Молотый мел. Жжёная и гашёная известь. Состав. Получение. Свойства.

 

2) Доломитовая мука СаСО3 и MgCO3. Нейтрализующая способность 108% СаСО3. Получают размолом доломитов, хуже растворяется и медленнее взаимодействует с почвой чем известняковая мука, но является более ценной из-за содержания MgCO3 при известковании легких почв.

 

 

3) Молотый мел – нейтрализующая способность 80-100% СаСО3, действует быстрее известняковой муки.

 

 

4) Жжёная (негашёная, комовая) известь – известь СаО, нейтрализующая способность 178% СаСО3. Получают при обжиге известняков СаСО3 → СаО + СО2↑

 

 

5) Гашёная известь (пушонка) – нейтрализующая способность 130% СаСО3, образуется при взаимодействии жженой извести с водой СаО + Н2О → Са(ОН)2 .

 

Жженая и гашеная известь в первые годы действует сильнее известняковой муки, однако продолжительность действия меньше, из-за быстрого вымывания Са.

 

 

 

Известковые удобрения. Классификация. Местные удобрения (мягкие известковые породы). Отходы промышленности, богатые известью.

 

Известковый туф (ключевая известь). Гажа (озёрная известь). Состав. Получение. Свойства.

 

Рыхлые известковые удобрения являются вторичными пресноводными отложениями, как правило не требуют размола, действуют быстрее чем молотый известняк. Рыхлые породы залегают на территории с/х  предприятий позволяют значительно снизить затраты на известкование.

 

1) Известковый туф (ключевая известь) – нейтрализующая способность 70-98% СаСО3. Рыхлая пористая легкорассыпчатая масса, серого, темного, бурого, ржавого цвета. Месторождения обычно в притерассных поймах. В местах выхода ключей, вода которых содержит много СаСО3. При выходе на поверхность в воде усиливается содержание СО2, растворимость карбонатов падает и они выпадают в осадок. Он должен быть влажностью до 30 %, иногда необходимо просеивать для удаления крупных и твердых частиц.

 

 

2) Гажа (озёрная известь) – нейтрализующая способность 60-100% СаСО3 имеет мелкозернистое сложение, легко рассыпается и измельчается. Преимущественно на частицы менее0,25 мм. Залегает в местах высохших озер, в воде которых было много Са. Допустимая влажность 30%.

 

 

Мергель. Торфотуф. Природная доломитовая мука. Состав. Получение. Свойства.

 

3) Мергель – в зависимости от содержания глины обладает нейтрализующей способностью 25-75% СаСО3. Мергель рекомендуют применять на легких почвах. Допустимая влажность 12%.

 

 

4) Торфотуф – низинный торф с высоким содержанием СаСО3. Нейтрализующая способность 10-50% СаСО3. Наиболее пригоден для известкования малогумусных почв.

 

 

5) Природная доломитовая мука – нейтрализующая способность 80-108% СаСО3. Встречается в местах залегания доломитов образуется в результате процессов выветривания доломитов. Требует просеивания. Действует медленнее чем гажа, торфотуф. Допустимая влажность 12%.

 

 

Сланцевая зола. Дефекат. Состав. Получение. Свойства.

 

Отходы промышленности богатые известью

 

Отходы некоторых производств содержат значительное количество Са и Mg в форме карбонатов, силиткатов, оксидов и гидроксидов. Применение отходов позволяет снизить расходы на известкование.

 

 

1) Сланцевая зола – нейтрализующая способность 60-70% СаСО3. На ряду с Са содержит 2-4% Mg, Р, К, S и др.  Сланцевую золу получают при сжигании горючих сланцев. Большая часть Са и Mg находится в форме силикатов, уступающих по растворимости карбонатам, следовательно действует медленнее. При использовании для известкования зола должна иметь влажность 2%  и частиц менее 1мм 97%. Если требование в отношении ГС не выполняются, то приходится размалывать золу перед внесением.

 

 

2) Дефекат (дефекационная грязь) – отход свекловично-сахарного производства. После просушки до влажности 20-30%, нейтрализующая способность 40-60% СаСО3, кроме того 10-15% органики, 0,2-0,7% азота, 0,2-0,9 фосфора, 0,3-1 калия + микроэлементы.

 

 

Шлаки   металлургической   промышленности.   Обожжённый   магнезит.   Состав. Получение. Свойства.

 

3) Шлаки металлургической промышленности

 

     А) доменные и мартеновские – нейтрализующая способность 80-95%, содержат 30-50% Са и 2-15% Mg. Большей частью в форме силикатов уступающих карбонатам по растворимости.

 

     Б) электросталеплавильные и ферросплавные – нейтрализующая способность 120-140% СаСО3. Содержат 40-68% Са и 6-20% Mg, преимущественно в форме оксидов. По действию почти не уступают известняковой муке.

 

 

4) Обожжённый магнезит – нейтрализующая способность 195-200% СаСО3, содержание Mg до 80%. Действует быстрее и сильнее молотого известняка.

 

 

Также могут применяться и отходы других производств: доломитовая пыль, цементная пыль, отзол, газовая известь и др. Следует подчеркнуть что при использовании отходов промышленности необходимо контролировать содержание тяжелых металлов, радионуклидов и пр.

 

 

 

Место внесения извести в севообороте. Сроки и способы внесения известковых удобрений.

 

Сроки и способы внесения известковых удобрений.

 

При известковании задача состоит в равномерном распределении и тщательном перемешивании извести с почвой с верхними 15-20 см почвы. Если разбросать известь по поверхности, то результат тоже будет, но скажется не ранее, чем через год.

 

Весьма эффективно для снижения кислотности внесение извести с навозом, но смешивать их нельзя. Вначале разбрасывают известь, затем навоз и после этого перепахивают.

 

Известь (молотый известняк, доломит, мел) не обжигает листья растений и ее можно разбрасывать. Известь лучше вносить в чистом пару под зяблевую вспашку.

 

 

 

Эффективность известкования. Влияние извести на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур, эффективность органических и минеральных удобрений.

 

Эффективность известкования.

 

Известкование оказывает существенное влияние на урожайность и качество с/х культур. Эффективность известкования во многом определяется биологическими особенностями  культур. Рассчитано что внесение извести обеспечит прибавку: зерновых 0,2-0,6; столовой свеклы и капусты 3-8; картофеля 0,5-2, сена клевера 0,6-0,3;

 

Следует отметить что величина прибавок возрастает от слабокислых к среднекислым почвам, а на почвах с одинаковой кислотностью  -  с повышением доз извести. Действие извести продолжается достаточно долго.  Длительность зависит от дозы извести. При внесении доз рассчитанных по Нг положительное действие наблюдается в течение 15 лет. По обобщенным данным ВИУА 1т СаСО3 за ротацию 6-8 польных с/о обеспечивает получение 0,6-0,8 т/га дополнительной продукции, а за 2 ротации 1,2-1,5 т/га.  Известкование влияет на качество с/х продукции особенно при внесении магний содержащих удобрений (увеличивается содержание сахара в корнеплодах, каротина в травах и т.д.). Известь улучшает состав травостоя лугов и пастбищ. На известкованных полях больше бобовых меньше разнотравия. В растениях содержание Са приводит к увеличению кормовой ценности сена. Эффективность известкования резко повышается при совместном использовании минеральных и органических удобрений. Большинство минеральных удобрений физиологически кислые и при внесении вызывают подкисление, следовательно  их эффективность падает. Если удобрения вносить по фону известкования то наблюдается наибольший положительный эффект. В известкованных почвах создаются благоприятные условия для м.о. разлагающих органические вещества, как следствие совместное применение извести и органических удобрений более эффективно по сравнению с раздельным.

 

 

 

 Гипсование. Почвы, нуждающиеся в гипсовании. Взаимодействие гипса с почвой. Влияние гипса на свойства солонцов и солонцеватых почв.

 

Понятие «гипсование». Характеристика агрофизических и агрохимических свойств солонцовых почв.

 

Гипсование – это внесение в почву гипссодердащих материалов для внесения в ППК Са и устранения щелочности твердой и жидкой фазы. Гипсование это химическая мелиорация солонцов и солонцовых почв, распространенных в степной и лесостепной зоне. В РФ нуждаются в гипсовании 12,4 млн га пашни. Солонцы залегают пятнами  (от нескольких метров до 100м в поперечнике)  Солонцы характеризуются повышенным содержанием Na и Mg с одновременным снижением доли Са. При таком соотношении поглощенных катионов происходит пептизация органических и минеральных коллоидов с вымыванием их на глубину, в результате образуется солонцовый горизонт. Солонцовым почвам свойственна щелочная реакция среды, Na вытесняется угольной кислотой или ее солями из ППК в почвенный раствор с образованием щелочных карбонатов или гидрокарбонатов Na.

 

ППК)Na + Н2СО3 → ППК)Н + NaHCO3

 

 

ППК)Na + NaHCO3 → ППК)Н + Na2CO3

 

 

Последние и определяют повышенную щелочность (рН 9-10) почвенного раствора, неблагоприятную для большинства культур и полезных м.о.. Кроме того проявляется  отрицательное действие щелочной реакции проявляется в снижении доступности P, Fe, Mn, B. Солонцы обладают плохими агрофизическими свойствами. Во влажных условиях набухают, становятся вязкими, практически водонепроницаемыми. При высыхании твердеет и превращается в твердую массу. Обработка сильно затруднена, солонцовый горизонт препятствует проникновению вглубь корневой системы растений.

 

 

Классификация солонцов и солонцеватых почв.

 

По глубине залегания солонцового горизонта выделяют:

 

1) мелкие (корковые) солонцы – не более7 см от поверхности почвы

 

2) среднестолбчатые – 7-15 см

 

3) глубокостолбчатые – более15 см

  

По насыщенности Са:

 

1) насыщенные кальцием – содержание обменного кальция более 70 % ЕКО

 

2) не насыщенные кальцием – содержание обменного кальция менее 70 % ЕКО

 

            2.1) многонатриевые (типичные)

 

            2.2) малонатриевые – содержание             обменного натрия не превышает 10 %  ЕКО, в то же время значительную долю в ППК занимает магний

 

 

Нуждаются в гипсовании и солонцовые почвы. Существует следующая группировка почв по солонцеватости и нуждаемости в гипсовании:

 

1) несолонцеватые – содержат менее 5 % натрия от ЕКО, не нуждаются в гипсовании

 

2) слабосолонцеватые – содержат 5-10 % натрия от ЕКО, нуждаемость слабая

 

3) солонцеватые – содержат 10-20 % натрия от ЕКО, нуждаемость средняя

 

4) солонцы – содержат более 20 % натрия от ЕКО, нуждаемость сильная

 

 

Взаимодействие гипса с почвой. Влияние гипса на свойства почвы.

 

Взаимодействие гипса с почвой

 

При внесении гипса происходят следующие реакции:

 

Na2CO3 + CaSO4 → CaCO3 + Na2SO4

 

      

 

        Na+

 

ППК)Na + CaSO4 → ППК)Са + Na2SO4

 

 

Таким образом из почвенного раствора удаляется сода, а поглощенный ППК Na, заменяется на Са. Продукты реакции в небольших количествах безвредны, однако при гипсовании почв содержащих более 20% Na в ППК, Na2SO4 образуется в избытке и его следует вымывать за пределы корнеобитаемого слоя путем орошения и снегозадержания. В результате удаления соды устраняется щелочность, насыщение  ППК Са вызывает коагуляцию коллоидов, следовательно улучшаются агрофизические и физико-механические свойства почв. Гипсование устраняет неблагоприятные факторы характерные для солонцов и повышает уровень плодородия.

 

 

 

 Определение доз гипса. Мелиоративные материалы, используемые для гипсования.

 

Определение доз гипса для насыщенных кальцием солонцов.

 

Существует два метода:

 

- табличный

 

- расчетный

 

 

Табличный – использование рекомендуемых доз, выполненных виде таблицы региональными НИИ. Дозы гипса варьируют от 1 до 10 т/га.

 

 

 

При расчетах доз гипса за основу берется содержание в почве поглощенных Na и Mg. Коренное изменение свойств почвы достигается при снижении доли Na до 10%, а Mg до 30% в ППК.

 

Доза гипса для солонцов насыщенных кальцием определяется по формуле:

 

 

0,086 – количество гипса, необходимое для вытеснения 1 мэкв натрия из ППК, г (1 мэкв CaSO4∙2H2O);

 

Na – содержание обменного натрия, мэкв на100 г почвы;

 

0,1ЕКО – содержание обменного натрия (10 % от ёмкости поглощения), безопасное для растений, мэкв на100 г почвы;

 

100 – пересчёт содержания обменного натрия в мэкв на1 г почвы;

 

10^8 –1 га, выраженный в см2;

 

Н – мощность мелиорируемого слоя, см;

 

d – плотность мелиорируемого слоя, г/см3;

 

10^6 – пересчёт дозы гипса из г/га в т/га.

 

 

В сокращенном виде:

 

 

 

Определение доз гипса для ненасыщенных кальцием солонцов.

 

Формула для расчета ненасыщенных кальцием многонатриевых солонцов:

 

 

Mg – содержание обменного магния, мэкв на100 г почвы

 

0,3ЕКО – допустимое содержание магния (30 % от ёмкости поглощения), мэкв на100 г почвы.

 

 

Для малонатриевых солонцов дозы гипса определяют по содержанию обменного натрия.

 

Формула для расчета дозы для малонатриевых солонцов:

 

 

При орошении различные дозы гипса могут быть снижены на 25-30%.

 

 

Мелиоративные материалы, используемые для гипсования.

 

1) Гипс сыромолотый (CaSO4∙2H2O)

 

Содержит 71-72% CaSO4. Получают размолом природных залежей. Тонкоразмолонтый порошок серого, белого цвета, слабо растворяется в воде. Скорость взаимодействия гипса с почвой зависит от тонины помола. Все частицы должны проходить через 1мм сито и 70% через0,25 мм сито. Рекомендуемая влажность не более 8%. При повышенной влажности сыромолотый гипс слеживается.

 

2) Фосфогипс (CaSO4∙2H2O)

 

Содержит 70-74% CaSO4, кроме того 2-3% Р2О5. Отход производства двойного суперфосфата. Серый, белый тонкоразмолотый порошок слеживающийся при хранении.

 

3) Глиногипс

 

Содержит 60-90% CaSO4. Добывают из природных залежей в виде рыхлой не требующей размола породы.

 

 

 

Место внесения гипса в севообороте. Сроки и способы внесения гипса. Влияние гипсования на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур. Другие способы мелиорации солонцовых почв.

 

Место внесения гипса в севооборотах, сроки и способы внесения.

 

Гипсованию подвергаются только солонцы и солонцеватые почвы. В условиях богарного земледелия гипсование целесообразно проводить в лесостепной и степной зоне при годовом количестве осадков 400-450мм,  сухостепной зоне с количеством осадков 200-300 мм. Химическая мелиорация возможна только на орошаемых участках. Лучшее место внесения гипса в полевой с/о – чистый пар, а в его отсутствии гипсование проводят под пропашные, яровые зерновые и однолетние травы. В кормовых с/о гипс вносят под многолетние травы. Скорость взаимодействия гипса с почвой зависит от степени перемешивания его с солонцовым горизонтом, поэтому на корковых солонцах внесение мелиорантов осуществляется после вспашки  под культивацию. На глубокостолбчатых  с мощностью горизонта А  менее10 см гипс заделывают плугами с предплужником, При мощности горизонта А 7-10 см дозу гипса делят на 2 части. Первую вносят под вспашку, вторую под культивацию. Соотношение частей определяется количеством выворачиваемого солонцового горизонта, чем больше выворачивается, тем больше доза под культивацию. Высокие дозы гипса вносят поэтапно в течение 2-3 лет.

 

 

Эффективность гипсования.

 

Гипс взаимодействует с почвой медленно, поэтому положительное действие длится 8-10 лет, а полный эффект достигается через 4-5 лет. Эффективность гипсования зависит от влагообеспеченности. В богарных условиях гипсование повышает урожайность зерновых в черноземной зоне на 0,3-0,6 т/га, а в более сухой степной зоне на 0,2-0,3 т/га. При орошении эффективность гипсования выше. На неорошаемых землях для увеличения эффективности необходимо увеличивать запасы влаги посредство полезащитного лесоразведения, снегозадержания, и лиманного орошения. Повышенной эффективности также способствует сочетание этого приема с внесением органических удобрений, в т.ч. с возделыванием сидератов, а также применением минеральных удобрений, прежде всего физиологически кислых форм.

 

Другие способы мелиорации солонцовых почв. Внесение известковых удобрений. кислование. Самогипсование (самомелиорация).

 

1) Внесение известковых удобрений

 

Са поступающий в составе известняковой муки вытесняет Na из ППК, как следствие улучшаются агрофизические и физико-механические свойства.

 

2) Кислование

 

Заключается во внесении в солонцовые почвы технических кислот H2SO4, HNO3, H3PO4. При этом Na в ППК замещается водородом, устраняется щелочная реакция почвенного раствора, улучшается обеспеченность почв N и Р.

 

3) Самогипсование (самомелиорация)

 

Выполняется путем мелиоративной обработки солонцов с целью использования для химической мелиорации карбонатов или гипса залегающих под солонцовым горизонтом. На глубоких и средних солонцах при залегании карбонатов или гипса на глубине 40-60 см применяют вспашку трёхъярусным плугом ПТН-40, в результате которой гумусовый горизонт остается на месте, а солонцовый и карбонатный (гипсоносный) горизонт меняются местами. На мелких солонцах с залеганием Са содержащих пород до 40 см проводят плантажную вспашку плугом ППН-50. Мелиоративный эффект достигается за счет перемешивания гумусового, солонцового, карбонатного горизонтов. 

 

 

Другие способы мелиорации солонцовых почв. Землевание. Фитомелиорация.

 

4) Землевание

 

Перемещение бульдозером на пятна солонцов незасоленной почвы (черноземной или каштановой) с прилегающих участков, в результате на поверхности пятен формируется плодородный слой 15-20 см.

 

5) Фитомелиорация

 

Заключается в возделывании культур – освоителей солонцов, устойчивых к засухе и засолению. В богарных условиях рекомендуется высевать житники гребневидный и пустынный, волоснец сибирский, донник желтый и т.д. В условиях орошения лучшая культура-освоитель – люцерна. Важная задача при проведении фитомелиорации – подбор оптимальных для конкретных условий чередования с/х культур и чередование их в с/о. Фитомелиорация осуществляется в комплексе с другими видами мелиорации солонцов.

 

 

Три последних способа предназначены в основном для слабосолонцеватых почв, однако могут быть использованы и на солонцах в комплексе с внесением гипссодержащих материалов.

 

 

 

 Значение серы для растений. Удобрение гипсом бобовых трав.

 

Значение серы для растений.

 

Большая часть серы в растениях находится в восстановленной форме, в составе сульфгидрильной группы (–SH) и дисульфидной связи (–S–S–). Все белки содержат серосодержащие соли, при этом (–SH) и (–S–S–) выполняют важные функции: стабилизация трехмерной структуры белков, образование связей с коферментами. Сера играет важную роль в ОВП, входит в состав ферментов, витаминов (тиамин, биотин), чесночных и горчичных масел, участвует в углеводном и белковом обмене, синтезе жиров, в процессе дыхания, способствует фиксации азота бобовыми.

 

Содержание серы (SO2) в растениях примерно 1,1-2% сухого вещества. Большим выносом серы характеризуются бобовые культуры (20-30 кг/га) и крестоцветные культуры (50-80 кг/га), низким выносом зерновые хлеба (7-15 кг/га).

 

Сера поступает в растение в виде аниона SO4, кроме того может поглощаться листьями в виде SO2. Признаки недостатка серы напоминают азотное голодание. Замедляется рост, образуются мелкие бледные листья, на стеблях листья и черешки  столонов становятся деревянистыми.

 

 

Удобрение гипсом бобовых трав.

 

Клевер и люцерна потребляют значительно больше Са и S чем другие полевые культуры. Биологические особенности этих трав определяют целесообразность применения гипса в нечерноземеной зоне. Положительное действие на урожайность клевера и других культур в условиях кислых дерновоподзолистых почв обуславливается не только улучшением питания Са и S, но и тем что при повышенной концентрации Са в почвенном растворе растения легче переносят кислую реакцию среды. Внесение 0,3-0,5 т/га гипса в нечерноземной зоне позволяет получать дополнительно 0,7-1,6 т/га сена клевера.

 

 

 

 Классификация минеральных удобрений. Физико-механические свойства минеральных удобрений.

 

Классификация минеральных удобрений по физическому состоянию.

 

1. твердые удобрения (подавляющее большинство)

 

- порошки

 

- кристаллы

 

- гранулы

 

Например: мочевина, суперфосфат и т.д.

 

2. жидкие удобрения

 

Пример: сжиженный аммиак, водные растворы и суспензии

 

 

Классификация минеральных удобрений по количеству основных элементов питания.

 

1. простые (односторонние) – содержат один основной элемент питания

 

Пример: хлорид аммония, фосфоритная мука и т.д.

 

2. комплексные (многосторонние) – содержат 2 или 3 основных элемента питания

 

Пример: калийная селитра, нитроаммофоска.

 

 

Классификация минеральных удобрений по входящим в их состав элементам питания.

 

1. макроудобрения – содержат макроэлементы (хлорид аммония)

 

2. микроудобрения – содержат микроэлементы (борная кислота)

 

 Понятие «вид минеральных удобрений».

 

 

По преобладающему элементу питания простые минеральные удобрения подразделяются на виды: азотные, фосфорные, калийные

 

 

Понятие «форма минеральных удобрений».

 

Виды подразделяются на формы. Пример: вид азотные включает формы: натриевая селитра, сульфат аммония и т.д.)

 

 

Влажность минеральных удобрений.

 

Влажность – содержание влаги в % от общей массы удобрения. При повышенной влажности ухудшаются все основные физико-механические свойства, затрудняется применение удобрений. Для каждого удобрения ГОСТом определяется необходимый уровень влажности. Пример: влажность мочевины – не более 0,3%, порошковидного суперфосфата – не более 12%.

 

 

Предельная влагоёмкость минеральных удобрений.

 

Предельная влагоемкость – максимальная влажность при которой удобрения удовлетворительно рассеваются туковыми сеялками.

 

 

Гранулометрический состав минеральных удобрений.

 

Гранулометрический состав – процентное содержание отдельных фракций, во многом определяет слеживаемость и рассеиваемость удобрений.

 

 

Прочность гранул минеральных удобрений.

 

Прочность гранул – определяет сохранность гранулометрического состава удобрений при транспортировке, хранении и внесении.

 

 

Гигроскопичность минеральных удобрений.

 

Гигроскопичность – способность удобрений поглощать влагу из воздуха. Гигроскопичны только воднорастворимые удобрения. При повышенной гигроскопичности повышается влажность, ухудшается рассеиваемость, разрушаются гранулы, удобрения слеживаются. Гигроскопичность оценивается по 10ти бальной шкале. Самые гигроскопичные: кальциевая селитра и кристаллическая аммонийная селитра (более 9 баллов). Хранить и перевозить их следует только во влагонепроницаемых мешках.

 

 

Слёживаемость минеральных удобрений.

 

Слеживаемость – свойство дисперсных частиц удобрений к образованию агрегатов (?) различной величины и плотности. Как правило удобрения слеживаются при повышенной влажности, поэтому склонностью к слеживанию отличаются гигроскопичные удобрения. Кроме того слеживаемость увеличивается с уменьшением размера частиц и прочности гранул. Слежавшиеся удобрения перед внесением необходимо измельчить (АИР-20), что сопряжено с большими финансовыми затратами. Слеживаемость оценивается по 7ми бальной шкале. Сильно слеживается порошковидный суперфосфат (7), мелкокристаллический хлорид калия (6).

 

 

Рассеваемость (сыпучесть) минеральных удобрений.

 

Рассеиваемость (сыпучесть) – это подвижность частиц удобрения при внесении их туковыми  сеялками. Оценивается по 12ти бальной шкале, чем лучше рассеиваемость, тем выше балл. Определяет способность удобрений к равномерному распределению по поверхности почвы. Наиболее равномерно высеваются удобрения выравненные по ГС.

 

 

Плотность минеральных удобрений.

 

Плотность удобрений – это масса единицы объема (т/м3). Учитывается при определении потребности в складских помещениях.

 

 

Угол естественного откоса минеральных удобрений.

 

Угол естественного откоса – угол между горизонтальной поверхностью и уровнем плоскости насыпи. Необходимо его учитывать для организации хранения удобрений.

 

 

Сертификация минеральных удобрений.

 

Рассмотренные показатели качества служат основой для сертификации удобрений, которая выполняется Агрохимической службой в соответствии с  направлением ее деятельности. Осуществляет контроль за качеством и безопасностью удобрений и агрохимикатов поставляемых сельскому хозяйству. Проведение анализов выполняется в соответствие с показателями безопасности удобрений (тяж Ме, радионуклиды и т.д.)  Требования устанавливаются ГОСТом и ТУ.     

 

 

 Физиологическая роль азота, его содержание в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур. Источники азотного питания растений.

 

Физиологическая роль азота.

 

Азот важнейший элемент питания имеющий исключительное значение. Прянишников отмечал, что главным условием определяющим величину урожая в разные эпохи была степень обеспеченности с/х растений азотом. Проблема азота в земледелии и в настоящее время остается основной, несмотря на то что он составляет 78% атмосферного воздуха и над каждым гектаром земной поверхности содержится 70 тыс тонн азота. Как правило именно азот находится в минимуме и лимитирует урожайность с/х культур.

 

Физиологическая роль азота.

 

Азот входит в состав многих органических соединений, важнейшими из которых являются аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеазы, хлорофилл, кроме того азот содержат фосфатиды, витамины, АТФ, алкалоиды и др.

 

 

Содержание азота в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур.

 

Содержание азота в растении в среднем составляет 1,5 % от массы сухого вещества и как правило варьирует от 0,5 до 5%, в зависимости от  вида, возраста, органа, условий минерального питания и т.д.

 

Пример: в семенах бобовых содержится значительно больше N (4-5%), чем в зерне злаковых (2-3%). Высокое содержание азота отмечается в вегетативной массе молодых растений. (Зерновые в фазу кущения 5-6% N), в дальнейшем интенсивное развитие растения вызывает снижение содержания азота, следовательно ростового разбавления т.к. темпы накопления органических веществ опережают темпы поступления азота. Причем молодые органы содержат  больше азота, чем старые, а листья больше чем стебли. В более поздние фазы развития азотсодержащие соединения перемещаются из вегетативных органов в продуктивные. Поэтому перед уборкой в соломе содержится значительно меньше азота чем в зерне (0,45-0,65%). Содержание азота прямо пропорционально связано с содержанием минерального азота. Чем лучше обеспечена почва азотам, тем выше содержание азота в растении.

 

Вынос азота в среднем составляет 50-150 кг с га и зависит от уровня урожайности и содержания азота в растении, чем больше урожайность и содержание азота в растении тем выше вынос. Бобовые при одинаковой величине урожайности будут выносить больше азота т.к. характеризуются более высоким содержанием азота в единице продукции. Пример: озимая рожь выносит 25 кг/га, горох – 66 кг/га.

 

 

Источники азотного питания растений.

 

Основной источник азота – минеральные соединения, прежде всего соли NH3 и НNO3. Обе формы равноценны для растения. Однако нитраты лучше поступают в растение при рН=5, а аммоний при рН=7, что объясняется явлением антагонизма. Некоторое количество азота в растение может поступать в виде солей азотистой кислоты – нитритов, кроме того растения способны усваивать водорастворимые азотсодержащие органические вещества (аминокислоты, амиды, витамины и др.) тем не менее природных условиях NO2 и органические соединения практически не участвуют в питании.

 

Бобовые культуры кроме того обладают способностью ассимилировать азот атмосферы с помощью клубеньковых бактерий. Фиксация азота заключается в восстановлении N2 до NH3, под действием фермента нитрогеназа активируемого Fe и Mo.

 

Фиксация наиболее активно протекает при:

 

- нейтральной реакции среды

 

- хорошей аэрации

 

- opt температуре

 

- наличии специфической расы бактерий

 

- недостатке минеральных форм азота

 

- обеспеченности P, K, Ca, Fe, Mo, Co.

 

В неблагоприятных условиях для азотфиксации бобовые культуры переходят к питанию минеральным азотом почвы.

 

 

 

 Превращения азота в растениях. Динамика потребления азота в течение вегетации. Признаки недостатка и избытка азота для растений.

 

Процесс восстановлений (редукции) нитратов.

 

Аммонийный азот после его поступления в растение может непосредственно участвовать в биосинтезе аминокислот. Нитратный должен восстановиться до NH4.

 

Восстановление (редукция) нитратов идет в 2 этапа: начинается в корнях и заканчивается в надземной части. Начало идет под действием фермента нитратредуктаза происходит превращение нитратов в нитриты. Затем нитриты превращаются в аммиак с помощью фермента нитритредуктаза. В состав обоих ферментов входит Fe, а нитратредуктазы еще и Мо. Для нормального протекания данного процесса растение должно быть обеспечено Cu, Mg, Mn. Следует отметить что нитраты в растениях могут накапливаться в значительных количествах и подвергаться редукции по мере необходимости. Повышенная же концентрация аммиака приводит к отравлению растения.

 

 

Процессы прямого аминирования и образования амидов.

 

Биосинтез аминокислот из NH3 поступившего в растение из почвы или образовавшегося в результате восстановления нитратов и атмосферного азота, происходит в результате восстановительного (прямого) аминирования, с помощью ферментов NH3 взаимодействует с тремя кетокислотами ЩУК, ПВК, α-кетоглутаровая с образованием соответствующих аминокислот.

 

 

 

 

При аминировании ЩУК образуется аспарагиновая кислота:

 

 

 

COOH                                          COOH

 

CH2                                              CH2

 

C=O       + NH3 + 2НАДФ∙Н à CH-NH2      +H2O + 2НАДФ

 

COOH                                           СООН

 

 

Подобным образом α-кетоглутаровая превращается в глутаминовую:

 

 

COOH                                          COOH

 

CH2                                              CH2

 

CH2                                              CH2

 

C=O       + NH3 + 2НАДФ∙Н à CH-NH2      +H2O + 2НАДФ

 

COOH                                           СООН

 

 

ПВК в аланин:

 

 

CH3                                             CH3

 

C=O    + NH3 + 2НАДФ∙H  à  CH-NH2    + H2O + 2НАДФ

 

CH3                                             COOH

 

 

Аспарагиновая и глютаминовые кислоты способны под действием специфических ферментов присоединять еще по 1 молекуле аммиака, образуя амиды: аспарагин и глютамин.

 

 

COOH                            CO-NH2

 

CH2                                CH2

 

CH-NH2      + NH3 à   CH-NH2   +H2O

 

COOH                            COOH

 

Аспарагиновая             Аспарагин

 

кислота

 

 

COOH                            CO-NH2

 

CH2                                CH2

 

CH2                                CH2

 

CH-NH2      + NH3 à   CH-NH2   +H2O

 

COOH                            COOH

 

Глютаминовая              Глютамин

 

кислота

 

 

Включение аммиака в состав амидов приводит к его обезвреживанию, он находится в запасной форме, но по мере необходимости вновь используется для синтеза аминокислот. О большом значении аспарагина и глютамина в обмене веществ говорит также присутствие их в составе растительных белков.

 

 

Процессы переаминирования и дезаминирования.

 

Синтез всех остальных аминокислот растения выполняют путем переаминирования – перенос аминогруппы одной аминокислоты (донатор) на кетокилоту (акцептор). Наиболее легко подвергаются переаминированию аспарагиновая и глютаминовая кислоты. 

 

COOH              CH3              COOH          CH3

 

CH2                 C=O              CH2              CH-NH2

 

CH-NH2   +     COOH     à  C=O       +     COOH 

 

COOH                                    COOH

 

Аспараги-        ПВК            ЩУК               Аланин

 

новая кислота

 

 

В результате подобных реакций образуется 90 аминокислот 20 из которых в дальнейшем участвуют в синтезе белков. На ряду с образованием в растениях идет и расход их под действием протолитических ферментов до аминокислот с последующим дезаминированием, отщеплением аммиака который вновь участвует в образовании аминокислот и амидов. 

 

Таким образом синтез органических соединений азота в растениях  начинается с аммиака а распад их кончается его образованием. Поэтому Прянишников назвал NH3 альфой и омегой в обмене азотистых веществ в растении.

 

 

Динамика потребления азота в течение вегетации.

 

Динамика потребления азота в течение вегетации зависит от биологических особенностей культур. Критический период по отношению к азоту у большинства растений наблюдается в начальный период.  Периоды максимального потребления азота разными культурами не совпадают. Например: яровая пшеница почти весь необходимый ей азот поглощает уже к фазе колошения. Лен только к фазе цветения, хлопчатник к фазе цветения поглощает только 18% от потребности. Таким образом период максимального потребления азота у пшеницы наблюдается в фазу выхода в трубку и колошения. У льна в фазу цветения. У хлопчатника в период формирования коробочек.

 

 

Признаки недостатка и избытка азота для растений.

 

При недостатке снижается интенсивность кущения, уменьшается размер листьев, снижается рост растения. В тоже время ускоряется репродуктивное развитие, что приводит к существенному снижению урожайности. Азот реутилизируется поэтому признаки недостатка проявляются на нижних листьях, они желтеют, краснеют в зависимости от вида. При сильном голодании отмирают. Избыток азота приводит к интенсивному росту вегетативной массы, формируются широкие сочные листья темно-зеленого цвета. Затягивается фаза вегетации, удлиняется вегетационный период, замедляется образование репродуктивных органов, и созревание растения.

 

 

 

 Содержание и формы азота в почвах.

 

Общее содержание азота в почве от 0,03 до 3,5%. Практически весь азот в почвах находится в виде органических соединений (гумусовые вещества содержат ок 5% N), поэтому типы почв содержащие больше гумуса, содержат больше азота (0,25-0,5%), чем слабогумусированные (0,03-0,2%). Больше всего азота в органогенных почвах. Верховые торфа (0,7-1,5%), низинные (2,3-3,5%). Содержание гумуса в рамках одного типа почв изменяется в зависимости от их ГС и степени окультуренности. Например: с утяжелением ГС дерново-подзолистых почв как правило увеличивается содержание гумуса, следовательно и общее содержание азота возрастает от 0,03 до 0,1% - в песчаных, до 0,1-0,2% - в суглинистых и глинистых. Регулярное удобрение навозом приводит к увеличению содержания гумуса, чем в их неокультуренных аналогах. Общий запас азота в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,9 в легких дерново-подзолистых почвах до 15 тонн в черноземах. 

 

Формы азота в почве

 

Азот в почвах содержится в органической и минеральной формах, преобладает органический азот, который составляет 97-99% общего содержания. Он не доступен для питания растений. Органический азот находится в составе гумуса, некоторая часть в м.о. негумусированных остатках живых организмов.

 

По степени потенциального участия в питании растений органический азот подразделяется на 3 группы:

 

1)    негидролизуемый

 

2)    трудногидролизуемый

 

3)    легкогидролизуемый

 

Легкогидролизуемый представлен низкомолекулярными соединениями аминокислотами и амидами, азот которых становится доступным после минерализации. Однако в почвах легкогидролизуемый азот составляет 5-10% от общего содержания, преобладает негидролизуемая фракция 70-85%. Содержание минерального азота может достигать 3%, но чаще всего не более 1%. Он образуется в результате микробиологического разложения (минерализации органического) вещества до аммонийной NH4 и нитратной NO3 форм.

 

 

 

 Агрохимические показатели, характеризующие обеспеченность почв азотом. Принципы методов определения содержания нитратного, аммонийного и легкогидролизуемого азота в почвах, нитрификационной способности почв.

 

1. Содержание гумуса позволяет создать представление только об общем содержании азота в почве и потенциальном ее плодородии в отношении данного элемента, тем не менее с повышением содержания гумуса обычно пропорционально улучшается азотный режим почв.

 

2. Содержание минеральных форм: NH4 и NO3 и их суммы определенное до посева позволяет прогнозировать обеспеченность растений в течении вегетационного периода, причем более достоверный показатель – содержание NO3 (?).

 

3. Содержание легкогидролизуемых форм азота и их нитрификационная способность также могут характеризовать азотный режим почв. 

 

Ни один из этих показателей не является достаточно надежным, что бы получить широкое распространение в практике земледелия.

 

 

Определение содержания аммонийного азота (N-NH4) в почве по Аринушкиной

 

 

Принцип метода: катионы аммония вытесняются из почвенного по­глощающего комплекса с помощью 2 % раствора хлорида калия (КCl) при со­отношении почвы к раствору 1:10. При этом происходит следующая реакция:

 

 

При взаимодействии образовавшегося хлорида аммония с реактивом Несслера (щелочным раствором K2HgJ4) раствор окрашивается в жёлтый цвет, так как образуется окрашенное соответствующим образом комплексное соеди­нение - йодистый меркураммоний (NH2Hg2OJ):

 

 

Интенсивность окраски пропорциональна концентрации аммонийного азота в растворе. Оптическая плотность раствора, характеризующая интенсив­ность окраски, определяется на фотоэлектроколориметре. При сравнении опти­ческой плотности исследуемого и образцовых растворов определяется концен­трация аммонийного азота в вытяжке.

 

Мешающее влияние катионов Са и Mg устраняется прибавлением сег-нетовой соли.

 

Для получения более точных результатов содержание аммонийного азота определяют в день взятия образца при естественной влажности почвы.

 

 

Определение нитрифицирующей способности почв по Кравкову

 

 

Принцип метода: нитрифицирующая способность почвы определяется по разно­сти между содержанием нитратного азота в почве до и после компостирования, то есть вы­держивания йочвы в хорошо вентилируемом термостате при свободном доступе воздуха, температуре 25-28 °С и влажности 60 % ПВ.

 

Определение содержания легкогидролизуемого азота в почве по Тюрину-Кононовой

 

 

Принцип метода: лепсогидролизуемый азот извлекается из почвы 0,5 н. раствором серной кислоты (H2SO4). При этом в вытяжку переходит азот низкомолекулярных орга­нических соединений, гидролизующихся под действием серной кислоты, а также аммонийная и нитратная формы азота.

 

Нитратный азот восстанавливается до аммиака нагреванием полученной вытяжки до кипения с добавлением смеси металлических железа и цинка (соотношение Fe:Zn = 1:9) В результате следующих реакций:

 

 

Азот аминокислот, амидов и других органических соединений, содержащихся в рас­творе, переходит в форму аммиака под действием концентрированной H2SO4 и 10 % раствора бихромата калия (К2Сr2О7) при кипячении, в процессе которого происходит их разложениe c выделением кислорода:

 

 

Выделяющийся кислород окисляет углерод и водород органических соединений до углекислого газа и воды соответственно, а сернистый газ (SO2) переводит азот аминогрупп

 

(NH2) в аммиак.

 

Аммиак, образующийся при восстановлении нитратов и разложении органических со- единений, связывается серной кислотой в форме сульфата аммония:

 

 

При взаимодействии последнего с 40 % раствором гидроксида калия (КОН) происхо­дит выделение аммиака:

 

                                                                               *

 

 

который отгоняется на аппарате Кьельдаля и поглощается определенным количеством 0,02 и. раствора H2S04:

 

 

В результате представленной реакции часть кислоты нейтрализуется. Остаток кисло­ты учитывается титрованием 0,02 н. раствором гидроксида натрия (NaOH). По разности между исходным и оставшимся количеством кислоты рассчитывается содержание легкогидролизуемого азота.

 

 

 

Превращения азота в почвах. Основные процессы, значение их в связи с питанием растений и применением удобрений, регулирование агротехническими приёмами.

 

Процесс аммонификации.

 

Аммонийный азот образуется в результате процесса аммонификации, т.е. распада азот содержащих органических соединений до NH3.

 

 

Схема аммонификации

 

Гумус, белки àаминокислоты, амиды àNH3

 

 

В аммонификации участвуют разные группы аэробных и анаэробных микроорганизмов – бактерии, грибы, актиномицеты. Поэтому аммонификация протекает в присутствии кислорода и без него, и при различной реакции среды. Резко снижается аммонификация только в анаэробных условиях сильнокислых или сильнощелочных почв.

 

 

Скорость аммонификации зависит также от температуры и влажности почвы. Образующийся NH3 реагирует с органическими и минеральными кислотами почвенного раствора.

 

NH3+CH3COOH=CH3COONH4

 

NH3+H2CO3=NH4HCO3

 

При диссоциации солей NH4 поглощается ППК, и достаточно прочно закрепляется.

 

        Ca                                Са

 

ППК)H + NH4HCO3 =ППК)H + Mg(HCO3)2

 

        Mg                                NH4

 

т.е. аммонийный азот прочно закрепляется в ППК, но остается доступным для растений.

 

 

Процесс нитрификации.

 

Нитратный азот образуется в результате процесса нитрификации. Окисляется NH3 до нитратов под действием специфических аэробных бактерий – нитрификаторов.

 

Выделятся 2 стадии процесса:

 

1) окисление аммиака до азотистой кислоты бактериями Nitrosamonas, Nitrosocystis и др.

 

2NH3+3O2=2HNO2+2H2O

 

 

2) окисление азотистой кислоты до азотной бактериями рода Nitrobacter

 

2HNO2+O2=HNO3

 

Образующаяся азотная кислота нейтрализуется катионами Са, Mg и др. находящимися в почвенном растворе или ППК.

 

2HNO3+Ca(HCO3)2=Ca(NO3)2+2H2CO3

 

 

        Ca                            2H

 

ППК)H + nHNO3=ППК)H + Ca(NO3)2

 

        Mg                           Mg

 

 

Все соли азотной кислоты хорошо растворимы в воде, кроме того нитраты отрицательно физически поглощаются почвой. Нитратный азот всегда находится в почвенном растворе обладая высокой подвижностью. При возделывании культур нитраты сразу  поглощаются растениями. Накопление нитратов в значительных размерах до 300 кг/га за лето происходит только в чистом пару. Оптимальные условия для нитрификации: хорошая аэрация, влажность 60-70%, t=25-32, близкая к нейтральной рН, такие условия являются оптимальными и для растений. Таким образом интенсивное накопление нитратов свидетельствует о повышенном накоплении его в почве.

 

Продуктами аммонификации и нитрификации являются формы минерального азота, поэтому значение имеет регулирование темпов этих процессов. Количество органического вещества участвующего в аммонификации можно повысить внесением органических удобрений. Реакцию среды можно оптимизировать известкованием. Водно-воздушные свойства и температурный режим обработкой и структурой посевных площадей. На окультуренных хорошо удобренных почвах эти процессы протекают с большой скоростью и во многом удовлетворяют потребность с/х растений в азоте. Нитрификация может играть и отрицательную роль т.к. нитраты очень подвижны и в значительной степени вымываются.

 

 

Процессы биологической и косвенной денитрификации.

 

Денитрификация – это восстановление нитратного азота до газообразных соединений (N2O, NO, NO2) с участием анаэробных бактерий денитрификаторов Bact. Denitrificans.

 

HNO3àHNO2à(HNO)2àN2OàN2

 

Наиболее интенсивно протекает денитрификация в анаэробных условиях переувлажненных или переуплотненных почв при щелочной реакции среды рН=6,5-7,5 и избытке органического вещества богатого углеводами.

 

Вместе с тем идет и при оптимальных рН, влажности и аэрации, т.к. внутри почвенных микроагрегатов всегда существуют анаэробные микрозоны.  Образующиеся газы основные из которых N2 и N2O улетучиваются из почвы обуславливая тем самым потерю азота. Поэтому необходимо стремиться к снижению интенсивности денитрификации использую агротехнические направленные на поддержание в почве оптимального водно-воздушного режима.

 

На ряду с биологической выделяется и косвенная хемоденитрификация – это образование газообразных форм азота в результате протекающих в почве химических реакций. Существенные потери происходят при разложении HNO2 в кислой среде рН<5, с выделением окиси азота.

 

 

3HNO2à HNO3 +H2O + 2NO

 

 

Процессы иммобилизации минерального азота и необменного поглощения (фиксации) аммония.

 

На ряду с минерализацией азотсодержащих органических соединений, в почвах идет и противоположный процесс потребление N для построения плазмы м.о. – биологическое поглощение (иммобилизация). В значительных размерах иммобилизация  протекает при поступлении в почву органического вещества с широким отношением углерода к азоту С:N=,>20:1 т.к. начинается бурное развитие разлагающих их м.о. Среднее отношение углерода к азоту в плазме м.о. 10:1 поэтому для ее формирования нехватает азота имеющегося в составе органических веществ, как следствие поглощают минеральный азот ухудшая условия питания с/х культур. Таким образом при использовании органических удобрений с широким отношением С:N (солома или соломистый навоз) нужно принимать меры для улучшения азотного питания растений и прежде всего вносить азотсодержащие удобрения. В месте с тем иммобилизация это временное явление, после отмирания м.о. их плазма подвергается гумификации и аммонификации. Соответственно поглощенный ими азот закрепляется в виде гумуса или превращается в аммиак и снова становится доступным для растений. Снижение содержания минерального азота может также происходить в результате необменного поглощения (фиксации) катиона NH4 глинистыми минералами с 3х слойной кристаллической решеткой – вермикулит и др.  Содержание фиксированного NH4 в пахотном слое колеблется от 130 до 350 кг/га и он практически не участвует в питании растений.

 

 

 

 Баланс азота в почвах.

 

Приходные статьи:

 

1. Внесение органических и минеральных удобрений – это основная статья поступления.

 

2. Биологическая фиксация. Наибольшее значение имеет симбиотическая азотфиксация, которая выполняется клубеньковыми бактериями рода ризобиум в симбиозе с бобовыми. Клевер при хорошей урожайности может накапливать до 150-160 кг/га, люпин 160-170 кг/га, люцерна 250-300 кг/га, зернобобовые (горох, вика) до 70-80 кг/га.

 

Добиться высокой интенсивности биологической азотфиксации, можно только при создании оптимальных условий. После уборки бобовых 1/3 азота поступает в почву в составе пожнивно-корневых остатков и служит источником азота для последующих культур. Не симбиотическая азотфиксация свободноживущими м.о. например азотобактером (аэроб) и клостридиум пастерианум (анаэроб) обеспечивает 5-15 кг/га. Способностью к азотфиксации обладают и другие микробы, особенно обитающие в ризосфере. Фиксация азота м.о. ризосферы - ???????. Может достигать значительных размеров, так в затопляемых почвах под растениями риса – фиксация 60-80 кг/га.

 

3. Поступление азота с атмосферными осадками

 

Содержание азота в воздухе в форме оксидов и NH3 может быть связана с действием промышленных предприятий, процессом денитрификации, улетучивания газообразного азота при нарушении правил транспортировки, хранения и применения удобрений. Образование при грозовых разрядах N2+O2à2NO. Растворяясь в атмосферных осадках указанные соединения попадают в почву, таким образом поступает лишь 2-10 кг/га.

 

4. Поступление азота с семенами, в зависимости от культуры 4-15 кг/га.

 

 

Расходные статьи:

 

1. Вынос урожаем с/х культур – основная статья расхода.

 

2. Газообразные потери азота -15% от внесенной дозы, хотя в ряде случаев 30% и более. Улетучивание азота из почвы прежде всего связано с процессом денитрификации в результате которого теряется 15-30 кг/га азота в год. К значительным потерям может привести не правильное использование удобрений содержащих свободный аммиак.

 

3. Вымывание нитратного азота с инфильтрационными водами играет существенную роль в условиях промывного водного режима и при орошении, в большей степени выражено на легких почвах, до 20-30 кг/га азота в год. На тяжелых почвах особенно при выращивании культур сплошного сева, вымывание нитратного азота незначительное, не превышает 3-5 кг/га в год.

 

4. Водная и ветровая эрозия приводит к потерям азота вместе с перемещением почвенных частиц. Водная эрозия может приводить к потерям 15 кг/га в год.

 

Сопоставление приходных и расходных статей показывает что без применения азотных удобрений обеспечить бездефицитный баланс азота в почвах не возможно. Особое значение имеют минеральные удобрения, позволяющие вводить новое количество азота в круговорот веществ в земледелии.

 

 

 

 Источники получения, классификация и ассортимент азотных удобрений.

 

Источники  получения азотных удобрений.

 

Основным сырьем служит атмосферный воздух. Выделенный из него азот, при высокой температуре (400-500) и давлении, в присутствие катализаторов (Fe, K2O, Al2O3) взаимодействует с водородом, полученным как правило из природного газа, образуется NH3. который используется для производства других азотных удобрений. N2 + 3H2 ® 2NH3 Необходимую для производства нитратных удобрений азотную кислоту получают в результате окисления аммиака кислородом воздуха, сначала в присутствие Pt, получается NO2. NO2 поглощаясь водой образует азотную и азотистую кислоты:

 

4NH3 + 5О2 ® 4NO + 6Н2О

 

2NO + O2 ® 2NO2

 

2NO2 + Н2О ® HNO3 + HNO2

 

2HNO2 ® Н2О + NO + NO2

 

NO и NO2 возвращаются на более ранние этапы производства. Таким образом из азота воздуха получают NН3 и HNO3 являющиеся исходным продуктом для производства азотных удобрений. В незначительных количествах для производства удобрений используют NH3 отходящих газов коксовых печей.

 

 

Классификация азотных удобрений

 

В зависимости от того в какой форме содержится азот в удобрениях выделяют  группы (первые 5 основные из них)

 

1) Нитратные

 

2) Аммонийные

 

3) Аммонийно-нитратные

 

4) Аммиачные

 

5) Амидные

 

6) Аммиакаты

 

7) Водные растворы мочевины и аммонийной селитры (КАС)

 

8) Медленнодействующие

 

 

Ассортимент азотных удобрений

 

В настоящее время среди азотных удобрений поставляемых с/х преобладают самые концентрированные твердые формы: аммонийная селитра и мочевина. В конце 80х годов указанные удобрения производились в больших количествах. Другие твердые удобрения использовались мало. Также широко применялись жидкие удобрения и безводный аммиак, кроме того значительная доля фиксированного азота применялась в составе комплексных удобрений.

 

 

 

 Нитратные удобрения. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Натриевая селитра. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Содержат азот в форме NO3 т.е. соли азотной кислоты, выпускается в небольших количествах (менее 1 % общего производства азотных удобрений) Из-за низкого содержания действующего вещества как следствие высокие затраты на транспортировку, хранение и внесение.

 

Натриевая селитра (NaNO3) (нитрат натрия, азотно-кислый натрий, чилийская селитра) [Nc] Содержание 15-16,5 % азота. Натриевую селитру под названием чилийская начали применять с середины 19 века. Она была первым минеральным азотным удобрением. Добывалась из природных месторождений, самое крупное находилось в Чили, однако к началу 20 века залежи были истощены. В настоящее время получают как побочный продукт при производстве азотной кислоты из аммиака, в результате взаимодействия отходящих (хвостовых) нитратных газов, оксидов азота с содой образуется смесь нитрата и нитрита натрия.

 

Получение натриевой селитры (Nс)

 

Na2CO3 + NO + NO2 ® 2NaNO2 + CO2

 

Na2CO3 + 2NO2 ® NaNO3 + NaNO2 + CO2

 

Нитрит переводят в нитрат подкисляя смесь слабой HNO3

 

3NaNO2 + 2HNO3 ® 3NaNO3 + 2NO + Н2О

 

Выделяющийся NO используют повторно.

 

Кристаллическая соль белого или сероватого цвета, внешне напоминает поваренную соль. Хорошо растворяется в воде, обладает слабой гигроскопичностью и слеживаемостью, хорошо горит, необходимо беречь от огня.

 

Взаимодействие нитратных удобрений с почвой

 

В почве селитры растворяются, катионы поглощаются ППК, а нитрат ионы остаются в почвенном растворе сохраняя высокую подвижность.

 

      Са                                Са

 

ППК)Н + NaNO3 ® ППК)Na + HNO3

 

      Mg                               Mg

 

 

Так как NO3 сохраняет высокую подвижность, он может вымываться. Натриевые и кальциевые селитры являются физически щелочными  т.к.  растения в большей степени поглощают азот входящий в состав аниона, а катионы Na и Са остаются в почве и подщелачивают ее.

 

Селитры можно применять на всех почвах, но целесообразнее на кислых. NaNO3 не рекомендуется использовать на засоленных почвах и солонцах. Обе селитры пригодны для всех культур. Основное внесение нитратных удобрений можно производить только весной, применение осенью недопустимо, потому что вызывает существенные потери азота при инфильтрации весенних талых вод. NaNO3 можно использовать при посеве и в подкорке.

 

 

Кальциевая селитра. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Кальциевая селитра Ca(NO3)2 (норвежская селитра, азотнокислый кальций) [Nскц]

 

Содержит 13-17% азота, это первое синтетическое азотное удобрение, Выпускать начали в 1905 году в Норвегии, но способ производства очень энергоемкий т.к. основан на взаимодействии азота и кислорода воздуха с образованием оксида азота в пламени вольтовой дуги при температуре 3000 С.

 

Получение оксида азота (II) в пламени вольтовой дуги

 

N2 + O2 ® 2NO

 

В современных условиях кальциевую селитру получают путем нейтрализации HNO3 известью.

 

2HNO3 + СаCO3 ® Са(NO3)2 + CO2↑ + H2O

 

Кристаллическая соль белого цвета, хорошо растворимая в воде, очень гигроскопична при хранении на открытом воздухе, отсыревает, расплывается и слеживается, поэтому перевозить и хранить ее следует во влагонепроницаемых мешках. Для уменьшения гигроскопичности в состав вводят гидрофобные добавки: гипс, парафинистый мазут, выпускают в гранулированной форме.

 

Взаимодействие нитратных удобрений с почвой

 

В почве селитры растворяются, катионы поглощаются ППК, а нитрат ионы остаются в почвенном растворе сохраняя высокую подвижность.

 

 

       Са                                    Са

 

ППК)Н + Са(NO3)2 ® ППК)Н + Mg(NO3)2

 

       Mg                                   Са

 

 

Так как NO3 сохраняет высокую подвижность, он может вымываться. Натриевые и кальциевые селитры являются физически щелочными  т.к.  растения в большей степени поглощают азот входящий в состав аниона, а катионы Na и Са остаются в почве и подщелачивают ее.

 

Селитры можно применять на всех почвах, но целесообразнее на кислых. Обе селитры пригодны для всех культур. Основное внесение нитратных удобрений можно производить только весной, применение осенью недопустимо, потому что вызывает существенные потери азота при инфильтрации весенних талых вод. Применение СаNO3 затруднено из-за сильной гигроскопичности.

 

 

 

 Аммонийные удобрения. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Сульфат аммония. Сульфат аммония-натрия. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Аммонийные удобрения

 

Содержат азот в виде катиона аммония (NH4).

 

Производство значительно проще. Чем нитратных т.к. не требуется окислять NH3 в азотную кислоту, соответственно аммонийные удобрения по сравнению с нитратными более распространены и составляют 5% общего производства азотных удобрений в России. В мире на долю   (NH4)2SO4 приходится около 25%.

 

 

Сульфат аммония ((NH4)2SO4) (сернокислый аммоний) [Na]

 

Содержание азота 20-21%. Получение основано на взаимодействие синтетического аммиака или отходящих газов коксовых печей с серной кислотой.

 

Получение сульфата аммония

 

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

 

Как следствие 2 вида синтетический и коксохимический. Синтетический – кристаллическая соль белого цвета или желтоватого цвета. Коксохимический - окрашен органическими примесями в серый , зеленоватый, или красноватый цвета. Оба вида хорошо растворяются в воде – слабо гигроскопичны, практически не слеживаются.

 

 

Сульфат аммония-натрия ((NH4)2SO4∙Na2SO4)

 

Содержит 16-17% азота. Это отход производства ?????. Кристаллическая соль белого или желтоватого цвета.

 

После растворения удобрения в почве NH4 поглощается  ППК, тем самым азот предохраняется от вымывания.

 

Взаимодействие аммонийных удобрений с почвой

 

       Са                                    2NH4

 

ППК)Н + (NH4)2SO4 → ППК)Н + CaSO4

 

       Mg                                      Mg

 

Сульфат и хлорид аммония – физически кислые удобрения т.к. растения в большей степени поглощают NH4. Таким образом систематическое применение этих удобрений вызывает подкисление. Далее NН4 нитрифицируется до азотной кислоты, также подкисляющей почву. На много быстрее этот процесс протекает на слабо буферных легких почвах, поэтому аммонийные удобрения не рекомендуется использовать на кислых почвах, особенно легкого ГС. В первую очередь следует применять на известкованных почвах. Аммонийные удобрения, кроме хлорида аммония, можно вносить под все культуры. Сульфат аммония – натрия целесообразно применять под сахарную свеклу и кормовые корнеплоды. . Аммонийные удобрения чаще используют для основного внесения, как осенью под зяблевую вспашку так и весной под культивацию. Аммонийные удобрения не вносят при посеве. Сульфат аммония можно использовать для подкормки. 

 

Хлорид аммония. Карбонат и бикарбонат аммония. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

 

Хлорид аммония (NH4Cl) (хлористый аммоний)

 

Содержит 24-25% азота. Является побочным продуктом при производстве соды.

 

NH3 + CO2 + H2O + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl

 

Мелко-кристаллическая белая соль, хорошо растворимая, мало гигроскопична, не слеживается. Недостаток – большое содержание Cl-67%.

 

 

Карбонат аммония (NH4)2CO3 и бикарбонат аммония NH4HCO3

 

Содержат 21-24% азота и 17% соответственно. При хранении на открытом воздухе разлагается с выделением аммиака, поэтому в случае поверхностного внесения необходимо немедленное заделывание.

 

После растворения удобрения в почве NH4 поглощается  ППК, тем самым азот предохраняется от вымывания.

 

Взаимодействие аммонийных удобрений с почвой

 

       Са                               Са

 

ППК)Н + NH4Cl → ППК)NH4 + HCl

 

       Mg                              Mg

 

Сульфат и хлорид аммония – физически кислые удобрения т.к. растения в большей степени поглощают NH4. Следует отметить что в кислых почвах такие реакции могут приводить к существенному подкислению почвенного раствора. Далее NН4 нитрифицируется до азотной кислоты, также подкисляющей почву. Аммонийные удобрения, кроме хлорида аммония, можно вносить под все культуры. Хлорид аммония не рекомендуется вносить на культурах чувствительных к хлору – картофель, лен, гречиха. Аммонийные удобрения чаще используют для основного внесения, как осенью под зяблевую вспашку так и весной под культивацию. Хлорид аммония вносят осенью чтобы хлор вымылся талыми водами, но необходимо помнить что осеннее внесение может привести к вымыванию азота перешедшего в нитратную форму в результате нитрификации. Аммонийные удобрения не вносят при посеве.

 

 

 

 Аммонийно-нитратные удобрения. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Аммонийно-нитратные удобрения

 

Содержит азот в аммонийной и нитратной форме. Главный представитель аммонийная селитра NH4NO3.

 

Аммонийная селитра (NH4NO3) (нитрат аммония, аммиачная селитра) [Naa]

 

Содержит 32-35%. Получают нейтрализацией азотной кислоты аммиаком.

 

NH3 + HNO3 → NH4NO3

 

Хорошо растворима вводе, бывает в кристаллической и гранулированной форме. Белого цвета, сильно гигроскопична, на открытом воздухе слеживается. Гранулированная форма – гранулы  размером 1-4 мм или чешуйки, менее гигроскопична чем кристаллическая форма, но слеживается при неправильном хранении. В гранулированную селитру для уменьшения гигроскопичности добавляют кондиционирующие вещества (фосфоритная мука, гипс, мел) которые могут окрашивать гранулы в желтоватый, красноватый цвет. Аммонийная селитра огнеопасна т.к. при нагревании до 200-270 С разлагается с выделением тепла и кислорода. При определенных условиях может взрываться. В связи с рассмотренными свойствами ее надо хранить во влагонепроницаемых мешках и в специальных (не деревянных) складах.

 

Взаимодействие селитры с почвой происходит также как и аммонийных удобрений:

 

       Са                                  Са

 

ППК)Н + NH4NO3 → ППК)NH4 + HNO3

 

       Mg                                 Mg

 

Таким образом в ППК закрепляется только аммонийный азот, другая часть – нитратный азот остается в подвижном состоянии. В почвенных условиях катион аммония чаще всего потребляется растением быстрее чем нитрат-ион, поэтому обычно аммонийную селитру относят к физиологически кислым удобрениям, хотя ее физиологическая кислотность значительно  ниже сульфата аммония. Аммонийная селитра пригодна для всех почв и всех культур. Как основное удобрение под культивацию. На тяжелых почвах можно вносить осенью под вспашку. Гранулированную форму можно применять после посева и для подкормки.

 

К данной группе относится известково-аммонийная селитра (известково-аммиачная селитра) NH4NO3∙CaCO3. Содержание азота 26-28%. Получают сплавлением NH4NO3 с СаСО3. Выпускают в гранулированной форме, это удобрение менее гигроскопично, не взрывоопасно, но в нашей стране не производится из-за плохой транспортабельности. Широко используется в западной Европе.

 

 

 

 Аммиачные удобрения. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Аммиачные удобрения

 

Содержат азот в виде катиона аммиака, преобладают в ассортименте жидких азотных удобрений. Производить их в 1,5-2 раза дешевле чем твердые т.к. отсутствуют затраты на строительство сооружения на производство азотной кислоты, кристаллизации, упаривания, гранулирования, сушки и др. преимущество жидких удобрений – возможность полной механизации, что позволяет снизить затраты труда, по сравнению с твердыми. В тоже время на урожайность жидкие и твердые удобрения оказывают   ?? действие. С другой стороны применение жидких удобрений возможно при наличии развитой инфраструктуры и может лимитироваться недостатком специального оборудования необходимого для их хранения, транспортировки и внесения. Во второй половине 20 века применение удобрений росло быстрыми темпами, сейчас эти удобрения в РФ практически не используются. В наибольшей степени используются в США.

 

 

Аммиак безводный NH3 (жидкий аммиак)  [Nба]

 

Содержит 82,3% N и является самым концентрированным азотным удобрением, Получают сжижением газообразного аммиака под давлением. Бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом. Плотность=0,61 т/м3; температура замерзания=-78 С; температура кипения=34 С. При хранении на открытом воздухе быстро испаряется, а при хранении в герметичных сосудах под давлением разделяется на 2 фаза: жидкую и газообразную. Обладает высокой упругостью насыщенных паров 8,5 атм при 20 С. Поэтому хранить и транспортировать безводный аммиак следует в специальных толстостенных стальных цистернах выдерживающих давление 20-30 атм.

 

Взаимодействие аммиака с водой и кислотами почвенного раствора

 

NH3 + Н2О → NH4OH

 

NH3 + Н2СО3 → NH4НСО3

 

Таким образом закрепление аммиака в почве зависит от ее влажности и количества мелкодисперсных частиц определенного ГС и гумуса. Первые дни после внесения почва подщелачивается, а затем по мере нитрификации аммиака в азотную кислоту – подкисляется. Аммиачные удобрения можно применять на всех почвах. Под все культуры. С осторожностью использовать на щелочных карбонатных почвах, где возможны потери аммиака в результате улетучивания. Можно вносить эти удобрения как основное и осенью и весной, а также в подкормке на пропашных. Не следует применять осенью на легких почвах характеризующихся низкой поглотительной способностью. Для внесения используют специальные машины обеспечивающие глубину заделки не менее 10-12 см на тяжелых почвах, и 14-18 на легких. Недопустимо поверхностное внесение и мелкая заделка аммиачных удобрений. Подкормки пропашных культур выполняют при междурядных обработках. Удобрение необходимо заделывать в середину междурядий или на расстоянии не менее15 см от растения во избежание ожогов. Аммиак сильнодействующее отравляющее вещество. Смесь аммиака с воздухом взрывоопасна, следовательно к работе допускается только специально обученный персонал, от которого следует требовать строгого соблюдения техники безопасности.

 

 

Аммиак водный (аммиачная вода). Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Аммиак водный (NH3 + NH4ОН + Н2О) (аммиачная вода) [Nва]

 

Основной недостаток – низкое содержание азота – 20,5 в 1 сорте и 16,4% во 2 сорте.

 

Это водный раствор синтетического или коксохимического аммиака, большая часть азота которого представляет свободный аммиак и некоторое количество находится в форме гидроксида аммония.

 

Прозрачная или желтоватая жидкость с запахом аммиака. Плотность значительно выше = 0,9 т/м3, температура замерзания 56 и 33 С соответственно 1 и 2 сорта. Не высокая упругость паров аммиака, поэтому можно перевозить в обычных цистернах из углеродистой стали. Аммиак этих удобрений при внесении в почву адсорбируется ППК, а также взаимодействует с водой и кислотами почвенного раствора, а также превращается в катион аммония который тоже адсорбируется ППК.

 

Взаимодействие аммиака с водой и кислотами почвенного раствора

 

NH3 + Н2О → NH4OH

 

NH3 + Н2СО3 → NH4НСО3

 

Таким образом закрепление аммиака в почве зависит от ее влажности и количества мелкодисперсных частиц определенного ГС и гумуса. Первые дни после внесения почва подщелачивается, а затем по мере нитрификации аммиака в азотную кислоту – подкисляется. Аммиачные удобрения можно применять на всех почвах, под все культуры. С осторожностью использовать на щелочных карбонатных почвах, где возможны потери аммиака в результате улетучивания. Можно вносить эти удобрения как основное и осенью и весной, а также в подкормке на пропашных. Не следует применять осенью на легких почвах характеризующихся низкой поглотительной способностью. Для внесения используют специальные машины обеспечивающие глубину заделки не менее 10-12 см на тяжелых почвах, и 14-18 на легких. Недопустимо поверхностное внесение и мелкая заделка аммиачных удобрений. Подкормки пропашных культур выполняют при междурядных обработках. Удобрение необходимо заделывать в середину междурядий или на расстоянии не менее15 см от растения во избежание ожогов. Аммиачная вода менее опасна при использовании чем жидкий аммиак, но т.к. содержит мало азота, она малотранспортабельная и применение целесообразно в местах получения.

 

 

 

 Амидные удобрения. Состав. Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Мочевина ((СО(NH2)2) (карбамид) [Nм]

 

Содержит 46,46,5% азота. Является органическим соединением. Это самое концентрированное твердое азотное удобрение. Получают при взаимодействии аммиака и углекислого газа при высоком давлении и температуре 150-220 С.

 

2NH3 + СО2 → СО(NH2)2 + Н2О

 

Хорошо растворяется в воде, выпускается в виде белых кристаллов или в виде гранул диаметром 3-4 мм. Кристаллическая форма гигроскопична и может слеживаться. Поверхность гранул покрывается слоем гидрофобных добавок, поэтому гранулированная мочевина меньше слеживается, однако в процессе гранулирования при высокой температуре в удобрении образуется токсично вещество – биурет.

 

Образование биурета

 

2СО(NH2)2 → (СОNH2)2HN + NH3

 

Содержание биурета регламентируется и не должно быть более 1%. В почве под влиянием уробактерий выделяющих фермент уреазу мочевина за 2-3 дня аммонифицируется до углекислого аммония (карбонат аммония)

 

СО(NH2)2 + Н2О → (NH4)2СО3

 

Карбонат аммония не стойкое соединение и разлагается с выделением аммиака, который улетучивается.

 

(NH4)2СО3 → NH4HСО3 + NH3↑

 

Углекислый аммоний гидролитически щелочная соль, следовательно наблюдается временное подщелачивание, затем азотная кислота подкисляет среду. Однако в результате усвоения азота растениями не остается ни щелочных ни кислотных остатков. Мочевина может быть использована на всех почвах, под все культуры. В качестве основного удобрения и осенью и весной, а также для корневых и некорневых подкормок. При поверхностном внесении ее необходимо немедленно заделывать в почву. Карбамид лучшее азотное удобрении для некорневых подкормок т.к. дыже в повышенных концентрациях (>5%) не обжигает листья и может усваиваться растениями непосредственно в органической форме.

 

 

В историческом аспекте определенное значение имеет цианамид кальция (СаСN2) [Nц]

 

Содержит 20-21% азота. Был одним из первых синтетических азотных удобрений. Производство основано на свойствах азота реагировать с карбидом кальция при температуре 700-800 С.

 

N2 + CaC2 → CaCN2 + C

 

Порошок темного или черного цвета нерастворимый в воде. В почве трансформируется с образованием ядовитых веществ, поэтому рекомендуется заблаговременное внесение.

 

 

 

 Аммиакаты. Карбамид-аммиачная селитра. Медленнодействующие азотные удобрения. Состав.  Получение. Свойства. Взаимодействие с почвой. Применение.

 

Аммиакаты – это растворы аммонийной селитры, мочевины или их смеси в аммиачной воде. В зависимости от компонентов содержит 30-50% азота. (значительно больше чем в аммиачной воде).

 

Светло-желтые жидкости существенно различающиеся по физическим свойствам. Так упругость паров аммиака при t=32 составляет 0,2-3,6 Атм, повышается с увеличением содержания азота. Температура начала кристаллизации от +14 до -70. При их хранении, транспортировке и применении действуют те же требования что и для безводного аммиака.

 

 

Карбамид-аммиачная селитра (КАС)

 

Это совместные водные растворы мочевины и аммонийной селитры. Высокое содержание азота 28-32% обусловлено эффектом взаимного растворения. КАС получают из не упаренных компонентов карбамида и аммиачной селитры, сокращая тем самым ряд технологических процессов по производству твердых удобрений. Растворы КАС прозрачные или желтоватые жидкости  с плотностью 1,3 т/м3. рН нейтральная или слабощелочная. Температура кристаллизации в зависимости от соотношения компонентов от -2 до -18. КАС обладает теми же положительными качествами что и жидкие удобрения, вместе с тем преимущество КАС отсутствие свободного аммиака, поэтому их можно перевозить в обычных цистернах, хранить в открытых резервуарах, вносить поверхностно, использовать туже технику что и для аммиачной воды. Можно применять под все культуры на всех типах почв как основное так и подкормочное.

 

 

Медленнодействующие азотные удобрения

 

Характеризуются постепенным высвобождением азота.

 

Бывают:

 

- слаборастворимые в воде

 

- капсулированные

 

Слаборастворимые в воде получают конденсацией мочевины с альдегидами. Например: при применении формальдегида получают мочевиноформальдегидное удобрение с содержанием азота 38-40%, при использовании кротонового альдегида – кротонилидендимочевина (КДМ) содержание азота 32%. В связи с постепенным высвобождением азота из состава этих удобрений потерь практически не происходит (не вымываются, не улетучиваются, не переходят в труднодоступное состояние, не накапливается избыток нитратов). Эти удобрения перспективны для районов с избыточным увлажнением и орошением. Преимущество: возможность использования полной дозы удобрения  до посева с/х культур и внесение увеличенных доз рассчитанных на 2-3 года. Существенный недостаток – несоответствие скорости высвобождения азота динамике потребления его растением в течение вегетации. Установлено что слаборастворимые удобрения не превосходят традиционные формы по влиянию на урожайность и качество. А во многих случаях урожай может быть и ниже.

 

Капсулированные удобрения – это удобрения гранулы которых покрыты пленками гидрофобных материалов (парафин, сера, формальдегидная смола и др.) Таким образом азот этих удобрений переходит в доступное состояние по мере разрушения пленок. Капсулированные удобрения менее гигроскопичны, не слеживаются при хранении. Преимущества и недостатки этих удобрений такие же как и у слаборастворимых. Основной недостаток ограничивающий их применение – это их высокая стоимость.

 

 

 

Ингибиторы нитрификации. Коэффициенты использования азота из минеральных удобрений.

 

Ингибиторы нитрификации

 

При нахождении азота в почве в нитратной форме, наблюдается его газообразные потери и вымывание в грунтовые воды. В связи с этим перспективным путем снижения потерь азота является применение ингибиторов нитрификации. Органические соединения классов: хлорперидины, перемедины и др. Они подавляют жизнедеятельность нитрификатороов и способствуют сохранению азота в менее подвижной аммонийной форме. Наиболее известные препараты:

 

N-Serve (2-хлор-6-трихлорметилпиридин)

 

АМ (2-амино-4-хлор-6-метилпиримидин)

 

Внесение их с аммонийными удобрениями или мочевиной в невысоких дозах (0,5-2 кг/га) или введение в состав удобрений тормозит нитрификацию в течение 1,5-2 месяцев, при этом снижаются потери азота в 1,5-2 раза. Соответственно повышается урожайность, уменьшается накопление нитратов. Наиболее перспективно совместное использование азотных удобрений и ингибиторов в условиях орошения и районах повышенной увлажненности.

 

 

Растения используют далеко не весь азот удобрений, т.к. часть теряется или переходит в недоступные формы. Коэффициент использования азота из удобрений (КИУ) – это процентное отношение использованного растениями азота к общему количеству внесенному с удобрениями. Коэффициенты использованя элемента питания из удобрений могут определятся 2мя методами:

 

1) Разностный

 

2) Изотопный (меченых атомов)

 

Разностный – сопоставление выноса азота (или другого элемента) в контрольном и удобренном вариантах.

 

Расчёт коэффициентов использования элементов питания из удобрений разностным методом (на примере азота):

 

 

 

ВN – вынос азота в варианте с внесением азотных удобрений, кг/га;

 

В0 – вынос азота в контрольном варианте (варианте без удобрений), кг/га;

 

ДN – доза азотных удобрений, кг/га;

 

100 – пересчёт в %.

 

При этом условно принимается что использование азота растениями не зависит от применения удобрений. В среднем коэффициент рассчитанный по разности варьирует от 50 до 80%.

 

Метод меченных атомов предполагает введение в систему почва растение удобрений обогащенных в строго определенном соотношении редким изотопом азота (N15) и дальнейшем учете по специальной методике размеров поступления его в растение.

 

 

Виз – вынос редкого изотопа азота (15N), мг/м2 или мг/сосуд;

 

Диз – доза редкого изотопа азота (15N), мг/м2 или мг/сосуд;

 

100 – пересчёт в %.

 

Метод основан на предположении что растение потребляет разные изотопы в тех же пропорциях которые заданы в удобрении. С помощью N15 установлено что растение поглощает только 30-50% азота.

 

Более высокий коэффициент в 1 случае объясняется усиленной мобилизацией почвенного азота под влиянием удобрений,  в результате чего повышается использование его растением. Данное заключение подтверждается тем что коэффициент рассчитанный по разности может превышать 100%, показывая наличие других источников азота. Тем не менее разностный метод более приемлем для применения в практике т.к.отражает в обобщенном виде процессы протекающие в почве после внесения азотных удобрений.

 

 

 

Дозы, сроки и способы внесения азотных удобрений.

 

Дозы

 

Дозы как правило определяются с помощью таблиц средних рекомендуемых доз, разработанных НИИ на основе многочисленных полевых опытов проведенных в конкретных почвенно-климатических условиях. Такие таблицы предназначены для использования в соответствующем регионе. Дозы азота устанавливаются в зависимости от выращиваемой культуры и планируемой урожайности, степени насыщенности почв основаниями, типа почвы, содержания в почвах минеральных форм азота и т.д. Чем выше планируемая урожайность, тем больше азота необходимо вносить для ее получения. Высокое содержание минерального минеральных форм позволяет применять значительно более низкие дозы данного элемента. Дозы также могут рассчитываться балансовыми методами в которых за основу принимается вынос азота планируемой урожайностью культур. Полученные дозы могут корректироваться с учетом предшественников, действия органических удобрений. Например: выращивание какой-либо культуры после бобовых рекомендуется уменьшать дозы на 1/3-1/2. Внесение органических удобрений позволяет использовать пониженные дозы. Определение доз азота для проведения подкормок осуществляется как правило на основании результатов растительной диагностики. В нечерноземной зоне для основного внесения под озимые и яровые зерновые рекомендуется применение 45-90 кг/га азота. Под пропашные и овощные 60-120 кг/га азота. Под бобовые и зернобобовые 30-45 кг/га (стартовые). Дозы азота для припосевного внесения и подкормок в зависимости от культуры составляют 10-30 и 20-60 кг/га.

 

 

Сроки и способы

 

Основное внесение производят весной под предпосевную культивацию т.к. при осеннем использовании могут наблюдаться значительные потери азота. Осенью можно применять только аммонийные и амидные, однако нужно учитывать возможность их нитрификации, совершенно недопустимо вносить на легких почвах осенью, а также на торфянистых почвах и почвах подверженных эрозии. Для припосевного удобрения азотом в сочетании с фосфором используют комплексные удобрения. Широко рекомендуется применять весенние подкормки озимых зерновых. ???? (нехватает) 

 

 

 

Эффективность азотных удобрений. Экологические аспекты применения азотных удобрений.

 

Эффективность азотных удобрений.

 

Азотные удобрения эффективны на всей территории РФ. При использовании полного минерального удобрения (NPK) 50% прибавки рожая обеспечивает N, на Р и К приходится по 20-30%. При рациональном использовании 1 кг азотных удобрений позволяет получать дополнительно 8-15 кг зерна, 50-70 кг картофеля, 30-40 кг сахарной свеклы, 70-100 кг зеленой массы кукурузы, 20-30 кг сена луговых трав. Эффективность зависит от ряда факторов, среди которых следует рассматривать географический аспект. Так в европейской части эффективность снижается при движении с С на Ю и с З на В, по мере ухудшения условий увлажнения, кроме того при движении с С на Ю возрастает уровень почвенного плодородия и снижается потребность растений в азоте. Таким образом наиболее эффективны азотные удобрения на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах не черноземной зоны. Плодородные степные почвы (черноземы и каштановые) сформировавшиеся в засушливых условиях менее отзывчивы на внесение азотных удобрений, однако при улучшении влагообеспеченности данных почв с помощью агротехнических мер или орошения эффективность существенно повышается. Эффективность зависит от ГС почвы. Например: в зоне дерново-подзолистых почв максимальное действие наблюдается на более бедных песчаных и супесчаных почвах. Не маловажное значение имеет уровень агротехники. Азотные удобрения наиболее эффективны удобрения при качественной обработке, выращивании эффективных сортов, оптимальной реакции среды, хорошей обеспеченности другими элементами питания и т.д. Эффективность азотных удобрений во многом определяется правильностью выбора форм, доз, способа внесения. С повышением доз азотных удобрений урожайность культур увеличивается однако использование слишком высоких доз не только не обеспечивает рост урожайности но и приводит к ухудшению качества продукции. Эффективность форм азотных удобрений зависит от почвенных условий, биологических особенностей культур. Физиологически кислые удобрения не целесообразно применять на кислых почвах. Na содержащие более эффективны на Na любивых культурах сахарной свекле, кормовых корнеплодах.  Сера-содержащие перспективны для крестоцветных и бобовых. NH4Cl может снижать урожайность хлорофобных культур. Мочевина в связи с частичной потерей менее эффективна при весенней подкормке озимых, в тоже время лучшее удобрение для некорневых подкормок. Важно применять удобрения в оптимальные сроки, и использовать оптимальные способы внесения. Сроки нужно приближать к периодам интенсивного потребления. Например: при выращивании культур с длинным вегетационным периодом применение высоких доз до посева может быть менее эффективно чем сочетание основного удобрения с подкормками, т.к. предпосевное внесение создает условия для потерь элемента из-за трансформации в недоступные формы. Азотные удобрения улучшают и качество продукции. Повышается содержание белка в зерне и кормах, клейковины в зерне, следовательно повышается качество хлеба. С другой стороны возможно и ухудшение качества в результате внесения избыточно высоких доз. Это приводит к снижению содержания крахмала в зерне, накоплению нитратов в овощах. Следует отметить что нитраты содержаться и в не удобренных растениях. При грамотном использовании азотных удобрений содержание нитратов повышается но находится в пределах ПДК. При внесении высоких доз азота снижается устойчивость к болезням и вредителям, что также может служить причиной ухудшения качества продукции многих культур.

 

Экологические аспекты применения азотных удобрений.

 

 

Систематическое применение кислых удобрений повышает кислотность почв снижая тем самым уровень плодородия. Загрязнение окружающей среды происходит если азот удобрений теряется из системы «почва-растение». Неправильное хранение, нарушение правил транспортировки, использования неоправданного высоких доз, внесение осенью – приводит к вымыванию нитратного азота в грунтовые воды и дальнейшему перемещению в водоемы. При неграмотном применении эрозионноопасных участков происходит смыв азота в водные источники. Повышенная концентрация азота в воде вызывает эвтрофикацию водоемов (цветение). Усиленное развитие фитопланктона, водорослей, прибрежных зарослей, нарушение экологического баланса приводит к снижению концентрации кислорода в воде, развитию анаэробных процессов, накоплению Н2S и NH3 в результате наблюдается гибель рыбы, вода становится не пригодной для питья. Эвтрофированные водоемы утрачивают хозяйственное и биогеоценотическое значение. Нарушение технологии внесения мочевины и жидких азотных удобрений. Вызывает загрязнение атмосферного воздуха аммиаком. Особую опасность представляет повышенная концентрация в воздухе оксидов азота образующихся при денитрификации т.к. N2O обладает способностью разрушать озоновый слой. В тоже время газообразные потери азота в результате денитрификации всегда имеют место. Поэтому при использовании азотных удобрений необходимо добиваться максимального снижения интенсивности денитрификации путем выбора оптимальных доз, сроков и способов, а также использования соответствующих агротехнических приемов. Таким образом неблагоприятное влияние азотных удобрений на окружающую среду в большинстве случаев связано с нарушением технологии хранения транспортировки и внесения. В ближайшем будущем человечество не сможет отказаться от азотных удобрений, поэтому необходимо стремиться к улучшению свойств азотных удобрений. Совершенствовать технологию их внесения, а также разрабатывать менее опасные с экологической точки зрения формы.

 

 

 

 

Группировки и таблицы

 

Нуждаемость почв в известковании в зависимости от степени насыщенности почв основаниями

 

 

 

Группировка почв по степени кислотности солевой вытяжки

 

№ группы	Рекомендуемый цвет окраски	Почвы по степени кислотности	рНKCl
1	Красный	Очень сильнокислые	< 4,0
2	Розовый	Сильнокислые	4,1-4,5
3	Оранжевый	Среднекислые	4,6-5,0
4	Желтый	Слабокислые	5,1-5,5
5	Светло-зеленый	Близкие к нейтральным	5,6-6,0
6	Зеленый	Нейтральные	> 6,0

 

 

Группировка почв по содержанию подвижного фосфора, определяемого различными методами

 

 

 

Группировка почв по содержанию обменного калия, определяемого различными методами

 

№ группы	Рекомендуемый цвет окраски	Содержание подвижного калия	Метод
			Кирсанова	Чирикова	Мачигина
			К2О, мг/кг почвы
1	Желтый	Очень низкое	< 40	< 20	< 100
2	Светло-оранжевый	Низкое	41-80	21-40	101-200
3	Оранжевый	Среднее	81-120	41-80	201-300
4	Светло-коричневый	Повышенное	121-170	81-120	301-400
5	Коричневый	Высокое	171-250	121-180	401-600
6	Темно-коричневый	Очень высокое	> 250	> 180	> 600

Отношение различных растений к реакции почвы

 

Растения	Благоприятный интервал рН	Растения	Благоприятный интервал рН
Люцерна	7,8-8,0	Подсолнечник	6,0-6,8
Свёкла столовая, сахарная	7,0-7,5	Хлопчатник	6,5-7,3
Конопля	7,1-7,4	Просо, овес	5,5-7,5
Капуста	6,5-7,4	Рожь	5,0-7,7
Огурцы, лук	6,4-7,5	Гречиха	4,7-7,5
Ячмень	6,8-7,5	Редис	5,0-7,3
Пшеница озимая	6,3-7,6	Морковь	5,6-7,0
Пшеница яровая	6,0-7,5	Помидоры	5,0-8,0
Кукуруза, кормовые бобы	6,0-7,0	Лен	5,5-6,5
Соя	6,5-7,5	Картофель	5,0-5,5
Горох, клевер	6,0-7,0	Чайный куст	4,5-6,0
Фасоль	6,4-7,1	Люпин	4,6-6,0
Салат	6,0-7,0	Брюква	4,8-5,5

 

Группировка растений по чувствительности к кислотности и отзывчивости на известкование

 

Группа	Культуры
1. Наиболее чувствительные	Люцерна, клевер, сахарная, кормовая и столовая свёкла и др.
2. Чувствительные	Озимая и яровая пшеница, ячмень, горох, бобы, вика, соя, фасоль, кукуруза и др.
3. Устойчивые к повышенной кислотности	Озимая рожь, овёс, просо, гречиха и др.
4. Устойчивые к повышенной кислотности и отрицательно реагирующие на избыток кальция	Лён, картофель
5. Малочувствительные	Люпин, сераделла и др.

 

Группировка культур по чувствительности к содержанию подвижного алюминия

 

Группа	Культуры
1. Наиболее чувствительные	Озимые зерновые (пшеница и рожь), клевер, люцерна, сахарная и столовая свёкла
2. Чувствительные	Яровая пшеница, ячмень, гречиха, горох, фасоль, лён
3. Устойчивые	Просо, картофель, кукуруза, люпин
4. Высокоустойчивые	Овёс, тимофеевка

 

 

Группировка культур по чувствительности к содержанию подвижного марганца

 

Группа	Культуры
1. Очень чувствительные	Озимые зерновые (пшеница и рожь), люцерна, лён, сахарная, кормовая и столовая свёкла
2. Чувствительные	Яровая пшеница, ячмень, горох, вика, клевер, картофель, кукуруза, рапс, турнепс, брюква, морковь, белокочанная, цветная и кормовая капуста, огурец, томат, лук
3. Относительно устойчивые	Овёс, тимофеевка, овсяница

 

 

Группировка почв по степени кислотности солевой вытяжки

 

№ группы	рНKCl	Почвы по степени кислотности	Нуждаемость в известковании
1	< 4,0	Очень сильнокислые	Сильная
2	4,1-4,5	Сильнокислые
3	4,6-5,0	Среднекислые	Средняя
4	5,1-5,5	Слабокислые	Слабая
5	5,6-6,0	Близкие к нейтральным	Отсутствует
6	> 6,0	Нейтральные

 

Нуждаемость почв в известковании в зависимости от степени насыщенности почв основаниями

 

V, %		Степень кислотности	Нуждаемость в известковании
легкого ГС	тяжелого ГС
< 40	< 50	сильнокислые	сильная
40-60	50-70	среднекислые	средняя
60-70	70-80	слабокислые	слабая
> 70	> 80	близкие к нейтральным	не нуждаются

 

Группировка почв по обеспеченности азотом (мг/кг почвы)

 

Обеспеченность	Гидролизуемый по Тюрину и Кононовой						Нитрифицирующая способность
	рН < 5,0			рН 5,0-6,0			зер-но-вые	про-паш-ные	овощ-ные	Дозы удобрений
	зерно-вые	про-паш-ные	овощные	зерно-вые	про-паш-ные	овощ-ные
Очень низкая	<40	<50	<70	<30	<40	<60	<5	<8	<15	Увеличить на 1/2
Низкая	40-50	50-70	70-100	30-40	40-60	60-80	5-8	8-15	15-30	Полная
Средняя	50-70	70-100	100-140	40-60	60-80	80-120	8-15	15-30	30-60	Уменьшить на 1/3
Высокая	>70	>100	>140	>60	>80	>120	>15	>30	>60	Уменьшить на 1/2

 

 

 

Полезные формулы

 

 

Формула для расчет дозы извести по Нг

 

; т/га,  где

 

Нг – гидролитическая кислотность

 

10 – пересчет в кг

 

50 – количество мг СаСO3 необходимого для нейтрализации 1 м-экв Н

 

1000∙1000∙1000 – пересчет мг в тонны

 

3000000 или 2500000 это масса  пахотного слоя в кг для тяжелых или легких почв

 

 

Формула для пересчета дозы на конкретный известковый материал

 

; т/га, где

 

Днг – доза СаСО3 рассчитанная по Нг или рН

 

100∙100∙100 – пересчет в проценты

 

НС – нейтрализующая способность СаСО3 в % (в задачах использовать 88%)

 

В – влажность известкового материала в % (в задачах использовать 1,5%)

 

Г – содержание частиц более1 мм в % (в задачах использовать 6%)

 

 

Формула для расчета степени насыщенности почв основаниями

 

м-экв/100 г, где

 

S – сумма поглощенных оснований м-экв/100 г

 

ЕКО – емкость катионного обмена м-экв/100 г

 

Нг – гидролитическая кислотность м-экв/100 г

 

 

Формула для расчета дозы гипса

 

; т/га, где

 

0,086 – количество гипса, необходимое для вытеснения 1 мэкв натрия из ППК, г (1 мэкв CaSO4∙2H2O);

 

Na – содержание обменного натрия, мэкв на100 г почвы;

 

0,1ЕКО – содержание обменного натрия (10 % от ёмкости поглощения), безопасное для растений, мэкв на100 г почвы;

 

100 – пересчёт содержания обменного натрия в мэкв на1 г почвы;

 

10^8 –1 га, выраженный в см2;

 

Н – мощность мелиорируемого слоя, см;

 

d – плотность мелиорируемого слоя, г/см3;

 

10^6 – пересчёт дозы гипса из г/га в т/га.

 

 

Формула расчета запасов азота в пахотном слое

 

; кг/га, где

 

N – содержание азота в мг/кг почвы (Nмин, N-NH4, N-NO3)

 

Мапах – масса пахотного слоя в кг 3000000 или2500000 кг для тяжелых или легких почв

 

1000∙1000 – пересчет мг в кг

 

 

Формула для расчета выноса элемента в кг/га  и в кг/т основной продукции с учетом побочной

 

 

, где

 

Уо – урожайность основной продукции, т/га;

 

Эо – содержание элемента питания в основной продукции, %;

 

Уп – урожайность побочной продукции, т/га;

 

Эп – содержание элемента питания в побочной продукции, %;

 

1000 – перевод т в кг;

 

100 – пересчёт в %.

 

 

Формула для расчёта коэффициента использования элементов питания из удобрений разностным методом (на примере азота)

 

ВN – вынос азота в варианте с внесением азотных удобрений, кг/га;

 

В0 – вынос азота в контрольном варианте (варианте без удобрений), кг/га;

 

ДN – доза азотных удобрений, кг/га;

 

100 – пересчёт в %.

 

 

Расчёт коэффициента использования элементов питания из удобрений изотопным методом (на примере азота)

 

 

Виз – вынос редкого изотопа азота (15N), мг/м2 или мг/сосуд;

 

Диз – доза редкого изотопа азота (15N), мг/м2 или мг/сосуд;

 

100 – пересчёт в %.

 

 

Примеры решения задач

 

Пример 1: Рассчитать дозу извести для дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы рНксl=4,6.

 

Пример 2: Рассчитать дозу извести для дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нг=1,4

 

Пример 3: Удобрения являются природным материалом и отличаются НС, В, Г поэтому необходимо проводить пересчет на конкретный известковый материал.

 

Пример 4: Рассчитать дозу гипса для солонца. Содержание поглощенного Na=10 мг-экв/100г,

 

ЕКО=40 мг-экв/100г, Н=20см, d=1,2 г/см3.

 

Пример 5: Рассчитать запас аммонийного азота в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в кг/га если его содержание составляет 30 мг/кг.

 

Пример 6: Определить вынос К2О овсом в кг/га и кг/т основной продукции с учетом побочной. Урожайность зерна 2 т/га, соломы 3 т/га, содержание К2О в зерне 0,6, в соломе 1,8.

 

Пример 7: Определить очередность известкования двух полей если у первого поля Нг=3 мг-экв/100г, S=15 мг-экв/100г, у второго Нг=5 мг-экв/100г, S=16 мг-экв/100г.