Агрохимия и плодородие земель

Агрохимия и плодородие почвы 

 

Методы  агрохимических исследований - вегетационный метод, полевые опыты.

Плодородие  почвы – это ее способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Высокое плодородие почвы обеспечивает оптимальное питание растений, формирование высокого урожая и полноценной по качеству продукции для питания человека и кормов для животных.

 

В почве выделяются 3 фазы: твердая, жидкая (почвенный раствор) и газообразная (почвенный воздух).

Почвенный воздух. Характеризуется  повышенным содержанием СО2. Постоянный газообмен между почвой и атмосферой приводит к обогащению надземного слоя воздуха углекислотой и улучшает воздушное питание растений. Избыточное содержание СО2 в почвенном воздухе приводит к подкислению почвенного раствора, что в свою очередь приводит к усилению растворения минеральных соединений почвы (фосфаты, карбонаты и др.), то есть возрастает доступность питательных соединений.

Избыток СО2 приводит к ухудшению дыхания  роста корневой системы, а следовательно и растения в целом.

Почвенный раствор. Вода с растворенными в ней веществами (солями, кислотами, основаниями), газами и содержащимися в ней микроорганизмами называется почвенным раствором. Это самая динамичная и активная часть почвы. Содержание в нем катионов и анионов определяется, в первую очередь, типом почвы.

Для питания  растений особенно важно содержание и соотношение  в растворе Ca, Mg, K, NH4,NO3, SO4, H2PO4 ионов.

Концентрация солей в почвенном растворе зависит от типа почвы. Обычно она составляет сотые доли процента (около 0,05%). При концентрации солей в почвенном растворе более 0,2% , они оказывают вредное влияние на растение. На засоленных почвах концентрация солей может достигать нескольких процентов.

Изучение свойств  и состава почвенных растворов, а также физиологических особенностей растений позволило разработать  метод гидропоники. Этот метод широко используется в практике мирового сельского хозяйства.

Твердая фаза почвы состоит из минеральной части (90-99% массы твердой фазы) и органической.

Органическое  вещество почвы – это совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений. Содержание гумуса в почве – важный показатель ее потенциального плодородия, активности в ней всех биологических процессов. На долю гумуса приходится 85-90% от общего количества органического вещества почвы.

• Количество гумуса в пахотных почвах зависит от типа почвы, природно-климатических условий, специализации севооборота, характера и интенсивности земледелия.
• При рациональном применении органических и минеральных удобрений в севооборотах с многолетними бобово-злаковыми травами содержание гумуса в почве возрастает, а качество его улучшается.
• Если удобрения не применяются, содержание гумуса снижается, что подтвердили исследования во всех зонах нашей страны.

 

Роль  гумуса в питании растений и баланс гумуса

1.  Гумус –  источник элементов питания для  растений. В нем содержится  98-99% азота, 30-40% фосфора, 90% серы от общего содержания их в почве.

2. Гумусовые  кислоты совместно с неспецифическими  органическими и минеральными  кислотами разрушают почвенные  силикаты и алюмосиликаты, растворяют  карбонаты кальция и магния, фосфаты,  делая их доступными для растений.

3. Гумусовые  кислоты в высокодисперсном состоянии  могут выступать в микроколичествах  как стимуляторы роста растений.

4. Органические  вещества почвы – источник  пищи микроорганизмов. При отмирании  микроорганизмов происходит высвобождение  доступных для растений форм питательных элементов.

5. Органическое  вещество почвы участвует в  адсорбционных процессах в почве,  повышая ее поглотительную способность  и буферность, улучшает физические  свойства почв (влагоемкость, водо- и воздухопроницаемость, тепловой  режим.

 

 

 

 

 

Причины потерь гумуса пахотными почвами

1. Уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного агроценоза агроценозом.

2. Усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв.

3. Деградация гумуса из-за применения физиологически кислых удобрений и активации микрофлоры из-за вносимых удобрений.

4. Усиление минерализации из-за осушительных мероприятий и орошения.

5. Водная и ветровая эрозия почв.

Определение расходов гумуса пахотного горизонта почвы сводится к определению азота, израсходованного культурой. Если принять среднее содержание азота в гумусе за 5%, то при выносе 100 кг этого элемента с урожаем растений почва потеряет 2000 кг/га гумуса.

 

Баланс гумуса

Для определения баланса гумуса необходимо также знать коэффициент гумификации. Коэффициент гумификации представляет собой долю углерода органических остатков, включающегося в состав гумусных веществ почвы. Коэффициент гумификации для корневых и пожнивных остатков зерновых и многолетних трав приравнивается к коэффициенту гумификации подстилочного навоза, а для пропашных он в 2 раза меньше. Для навоза коэффициент гумификации составляет 20-25% при содержании сухого вещества 25-50%.

 

Ожидаемый запас  гумуса в почве за звено севооборота рассчитывается по формуле:

St = (So + KrAt)(1-Km),

где St – запасы гумуса через t лет (т/га), So – исходные запасы гумуса (т/га), Kr – коэффициент гумификации пожнивных остатков в долях единицы, A – количество поступающих в почву свежих органических веществ,т/га, t – время (годы), Km –коэффициент минерализации гумуса.

 

Свойства, определяющие плодородие.

Эффективное плодородие - 45-60 ц зерновых с 1 га или 65-75 кормовых единиц

1. Состояние ППК и кислотность, рНсол.=6,0-6,5, сумма поглощенных оснований – 7-12 ммоль, степень насыщенности основаниями -80-90%, подвижный Аl - отсутствует
2. Гумус в пахотном горизонте: содержание 2,5-3%, запас – 75-85 т/га, валовой N – 3-4 т/га, соотношение Сгк:Сфк =1,1-1,2.
3. Водно-воздушный режим: Плотность -1,1-1,2 г/см³, порозность 50-55%, воздухоемкость 25-30%, запас продуктивной влаги к началу вегетации в слое 0-50 см -150-180 см.
4. Характеристика пахотного горизонта: Мощность 25-30 см, хорошо выраженная мелко-комковатая структура, содержание водопрочных агрегатов размером 0,25 мм -70-80%, подзолистый горизонт отсутствует.
5. Содержание доступного азота -3-4 мг/100 г или 100-120 кг/га, из них за вегетацию растения потребляют 50-60%
6. Содержание подвижного Р 25-30 мг/100 г или 600-700 кг/га, из них на вегетацию растение потребляет 7-9% (50-60 кг/га).
7. Содержание обменного К 20-22 мг/100 г или 500-550 кг/га, из них 40-50% потребляется растениями на вегетацию.
8. Микроэлементы, мг/кг:

МЕДЬ -3-4,

КОБАЛЬТ – 0,8-1,2,

МОЛИБДЕН – 0,2-0,4,

БОР – 0,2-0,6

ЦИНК – 5-7

 

 

Факторы, поддерживающие плодородие

 

1. Известкование

2. Восполнение  органического в-ва

3. Сохранение oптимального баланса NPK

 

 

 

 

 

 

Питание растений

 

ТИПЫ ПИТАНИЯ  РАСТЕНИЙ

Питание растений – один из важнейших факторов их жизни. В процессе питания происходит обмен веществ между растениями и окружающей средой.

Неорганические вещества почвы, атмосферы и воды поступают  в растение, где используются в  синтезе сложных органических соединений, а ряд веществ выводится из растительного организма в окружающую среду.

Вся жизнь на Земле обусловлена созидательной работой высших и низших растений. Зеленые растения земного шара ежегодно образуют в пересчете на глюкозу до  
400 млрд т свежих органических веществ, в том числе 115 млрд т на суше. При этом связывается до 170 млрд т СО₂ и разлагается при фотолизе в растениях 130 млрд т воды с выделением 115 млрд т свободного кислорода. Для синтеза органических веществ на земле растения используют до 2 млрд т азота и 6 млрд т зольных элементов.

Существует автотрофный и симбиотрофный (микотрофный и бактериотрофный) типы питания растений.

У большинства растений преобладает автотрофный тип питания (греч. «троф» – «пища»), т.е. самостоятельное обеспечение азотом и неорганическими элементами  почвы и углекислым газом, из которых синтезируются органические вещества самого растения. Кроме зеленых фотосинтезирующих растений к автотрофным организмам относятся некоторые бактерии, осуществляющие углеродное питание путем фотосинтеза или хемосинтеза.

Симбиотрофное питание предполагает участие в минеральном питании растений бактерий (бактериотрофное питание) или грибов (микотрофное питание).

При симбиотрофном типе питания  наблюдается взаимное использование  продуктов обмена веществ для  питания. Границы симбиоза не всегда определены, поэтому часто трудно определить пользу, приносимую одним организмом другому.

При симбиозе высшего растения с грибами микориза гриба обеспечивает высшее растение водой и растворенными  в ней минеральными солями и другими  веществами, грибы же используют углеводы и ряд органических соединений, синтезируемых высшим растением. Биологическое значение микоризы заключается также и в увеличении поглощающей поверхности корней высшего растения за счет развития мицелия гриба. В последние годы открыты микоризные грибы, улучшающие питание высших растений фосфором, особенно на почвах с низким содержанием доступных форм этого элемента.

Наиболее наглядным примером бактериотрофного типа питания растений является симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями. При создании условий, обеспечивающих эффективный симбиоз, величина биологической фиксации азота достигает несколько сотен килограммов на 1 га в год.

Ежегодно  в почву в  результате симбиотической фиксации поступает  до  40×10⁶ т азота.

 

Фотосинтез

Через листья осуществляется углеродное питание растений (фотосинтез), т.е. происходит ассимиляция зелеными листьями углекислого газа из атмосферы с помощью солнечной энергии. Поэтому фотосинтез называют еще воздушным питанием растений.

6СО₂ + 6Н₂О + 674 ккал ®С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Солнечная энергия, поглощаемая в процессе фотосинтеза, расходуется на разложение воды на кислород и водород. Освободившийся кислород частично используется на дыхание растений, а большая часть его выделяется в атмосферу. Что касается водорода, то он дает, по-видимому, начало еще не изученным веществам, которые активно присоединяют углекислый газ без предварительного разложения его на углерод и кислород.

Образовавшиеся в процессе фотосинтеза простые сахара представляют исходный материал для синтеза сложных  углеводов: сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁, крахмала (C₆H₁₀O₅)n, клетчатки (C₆H₁₀O₅)n, а также белков, жиров, органических кислот и др. Прямыми продуктами фотосинтеза могут быть не только углеводы, но и некоторые органические вещества, в частности белки. Образование углеводов и белков происходит в хлоропластах.

Направленность  действия фотосинтетического аппарата зависит от видовых особенностей растения, возраста  листьев и  всего растения, интенсивности и  качества света (красный свет – углеводы, синий – белки), уровня азотного питания и др.

Существуют  два пути синтеза белка: не зависящий  от света (связано со сложными процессами вторичного превращения углеводов) и фотосинтетический (протекает  только на свету в хлоропластах и  не связан с превращением углеводов).

Поглощение  света хлорофиллом а – наиболее активно при длине волны 400-500 нм и 650-700 нм (синяя и красно-оранжева я части спектра).

Образование органических веществ в процессе фотосинтеза  происходит с поглощением большого количества солнечной энергии. Однако лишь небольшая ее часть (2–4%), попадающая на поверхность вегетирующих растений, используется ими на синтез органических веществ. Остальная часть солнечной энергии используется на транспирацию, а также, отражаясь, бесследно теряется в атмосфере. За период вегетации растение испаряет воды в 300–500 раз больше, чем вес его сухого урожая.

Растение испаряет воду для охлаждения. Процесс испарения  связан с большой затратой тепла. На испарение листьями расходуется  не менее 25, а в южных районах  до 70–95% энергии солнечных лучей, попадающих на растение. Это приблизи-тельно в 10–45 раз больше, чем запасается в урожае растений.

 

Транспирация  и ф/с

 

 

 

 

 

Образование АТФ при фотофосфорелировании

 

 

 

 

 

 

 

Макроэргические фосфатные связи и макроэргические  соединения можно разделить на две  основные группы:

1. глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и некоторые другие соединения (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется от 0,8 до 3,0 ккал на 1 М);
2. аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), 1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпиро-виноградная кислота и некоторые другие вещества (у соединений этой группы величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи колеблется в пределах от 6 до 16 ккал на 1 М).