Рациональное использование земельных ресурсов Беларуси — Поглотительная способность почвы


Поглотительная способность почвы

 

Плодородие почв, эффективность применения удобрений во многом зависит от способности их поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества.

К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, биологическую, физическую, химическую и физико-химическую.

Механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы как всякого пористого тела задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. С помощью механической поглотительной способности в почве задерживаются и не вымываются из нее илистые  частицы и нерастворимые в воде удобрения (фосфоритная мука и известковые удобрения).

Биологическое поглощение проявляется в результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от вымывания. Биологическое поглощение особенно большое значение имеет в практике применения азотных удобрений. Исследованиями проведенными со стабильным изотопом азота (15N), показали, что в почве в органической форме закрепляется 20 — 40% азота аммонийных и 10 — 20% азота нитратных азотных удобрений. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекает довольно медленными темпами. Следует отметить, что нитратный азот очень подвижен и удерживается от вымывания только с помощью биологической поглотительной способности.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, температуры,  влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества, служащего источником питания и энергетическим материалом для преобладающих в почве гетеротрофных микроорганизмов. Внесение соломы, соломистого навоза, опилок и других органических материалов, богатых клетчаткой, но бедных азотом, вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся интенсивным биологическим закреплением минеральных форм азота, что приводит к ухудшению азотного питания растений и снижению урожая. Поэтому при запашке соломы необходимо на каждую тонну соломы вносить 6 — 8 т жидкого навоза или 10 — 12 кг азота с минеральными удобрениями.

При использовании опилок, что обычно имеет место на приусадебных участках, для предотвращения снижения урожая выращиваемых культур, на 1 ведро воды берут 220 г карбамида и этим раствором перед внесением обрабатывают 3 ведра опилок.

Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Физическое поглощение зависит главным образом от суммарной поверхности твердых частиц. Общая поверхность частиц резко увеличивается с уменьшением их размера. Поэтому чем больше в почве мелкодисперсных частиц, тем больше суммарная поверхность, на которой происходит поглощение.

Физическая поглотительная способность считается положительной, когда молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды, и отрицательной, если сильнее притягиваются  молекулы воды. Положительное физическое поглощение аммиака почвой происходит при  внесении безводного аммиака и аммиачной воды, отрицательное  — нитратов (натриевой и кальциевых селитр и др.), хлоридов (хлористого калия и др.). Это обусловливает их высокую подвижность и передвижение с почвенной влагой. В связи с этим нитратные минеральные удобрения следует вносить незадолго до посева или использовать для подкормки, а содержащие много хлора для культур, чувствительных  к хлору (картофель, лен, гречиха и др.), — с осени, чтобы к посеву произошло хотя бы частичное вымываение  хлора.

Обменная или физико-химическая поглотительная способность — это способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы (от 0,2 до 0,001 мкм), несущих главным образом отрицательный заряд, поглощать различные катионы из раствора.

Совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К.К. Гедройцом почвенным поглощающим комплексом (ППК).

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов ( Са2+, Mg2+, Н+, Al3+, К+, NH4+  и др). Эти катионы могут обмениваться в эквивалентном количестве на другие катионы, находящиеся в растворе. Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (аммиачной селитры, хлористого калия и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии. Реакция обмена катионов протекает  быстро и обратима:

clip_image001 clip_image002(ППК) Са2+ + 2 КСl         (ППК)     К +    + СаСl 2.

                                              clip_image004                              К+

clip_image004[1]Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами.

По возрастающей способности к поглощению катионы располагаются в следующий ряд: Li +< Na+< NH4+< K+< Rb+; двухвалентные     Mg2+ < Ca2+ <Co2+; трехвалентные Al3+ < Fe3+.

Исключение составляет ион водорода, который имеет наименьшую атомную массу, но энергия поглощения у него в 4 раза больше, чем  у двухвалентного катиона кальция, и  в 17 раз больше, чем у натрия. Это объясняется тем, что в водных растворах ион водорода, присоединяя одну молекулы воды, образует ион гидроксония Н3О+, диаметр которого значительно меньше всех других гидратированных ионов. Поэтому он поглощается сильнее одновалентных и даже двухвалентных катиона.

clip_image004[2]Обменное поглощение анионов может наблюдаться на положительно заряженных коллоидных частицах (гидрооксиды железа и алюминия), а также на положительно заряженных участках отрицательно заряженных коллоидов (у минералов каолинитовой группы, коллоидов белковой природы). В обоих случаях поглощение анионов происходит в обмен на ионы ОН, которые при кислой реакции отщепляются от молекул, расположенных на поверхности коллоидной частицы. В почвах, имеющих слабокислую и нейтральную реакцию, обменное поглощение анионов выражено слабо.

Значительно большее значение обменное поглощение анионов имеет для фосфорных удобрений. Анионы фосфорной кислоты ( Н2РО4) в дерново-подзолистых почвах поглощаются обменно преимущественно путем присоединения к положительно заряженным частицам полутораоксидов и к той части почвенных минералов, которая представлена полуторными оксидами ( например, у каолинита) в обмен на ионы ОН  Обменно поглощенные фосфат-ионы могут быть вытеснены в раствор другими анионами минеральных и органических кислот (НСО3, гуминовых кислот и др.) и являются доступными для растений.

Химическая поглотительная способность — связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве  (ионами в  почвенном растворе).

Анионы азотной и соляной кислот (NO3 и Cl)ни с одним из распространенных в почве катионов (K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+) не образуют нерастворимых в воде соединений, поэтому химически не поглощаются. С этим связана высокая подвижность нитратов и хлоридов в почвах. Анионы угольной и серной кислот (СО32- и SО42-) с одновалентными катионами дают растворимые соли, с двухвалентными катионами (Са2+ и Мg2+), которые преобладают в почвах, — труднорастворимые соединения. Поэтому в почвах с большим количеством кальция и магния эти анионы химически поглощаются.

Особую роль химическое поглощение играет в превращении фосфора в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений, содержащих фосфор в виде однозамещенного фосфата кальция Са(Н2РО4)2, аммофоса NН4 Н2РО4 и других, в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора. В кислых дерново-подзолистых почвах, где много полутораоксидов, химическое поглощение фосфора идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах с близкой к нейтральной реакцией, насыщенных основаниями, химическое связывание фосфора происходит с образованием в большей мере за счет более доступных для растений фосфатов кальция.

Многостороннее влияние на питание растений оказывает состояние почвенного поглощающего комплекса, поскольку от его состава и характера зависит содержание питательных элементов в почвах, их подвижность и доступность для растений, поведение вносимых удобрений, что в конечном итоге определяет режим питания растений,  специфику системы применения удобрений на различных почвах.

Большое значение для плодородия почв имеет общее количество способных к обмену катионов, что называют емкостью поглощения катионов. В кислых слабо- и среднеокультуренных почвах емкость поглощения низкая и колеблется от 3 — 5 мг-экв на песчаных почвах до 11 — 12 мг-экв на 100 г почвы на суглинистых почвах. В хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах емкость поглощения катионов достигает 15 — 17 мг-экв на 100 г почвы, а степень насыщенности основаниями — 70 — 80%. Малая степень насыщенности почв основаниями указывает на большое содержание в поглощающем комплексе водорода и алюминия. Оптимальной степенью насыщенности основаниями для дерново-подзолистых суглинистых почв в пахотном горизонте является 79 — 90%, для супесчаных, подстилаемых мореной, — 70 — 85 % и для песчаных и рыхлосупесчаных,  подстилаемых мореной, — 60 — 80 %.

По данным Т.Н. Кулаковской (1990), наблюдается самая тесная связь между урожайностью сельскохозяйственных культур и свойствами почвенного поглощающего комплекса. Отмечается высокая отзывчивость озимой ржи и ячменя на повышение суммы поглощенных оснований и степени насыщенности ими почвы. После известкования кислых почв увеличивается емкость поглощения и степень насыщенности основаниями и на первое место по влиянию на урожай уже становится обеспеченность почвы питательными элементами.

Кислотность почвы./span> отрицательно влияет на рост и развитие многих сельскохозяйственных культур. Повышенная концентрация ионов водорода и алюминия в дерново-подзолистых почвах оказывает как прямое, так и косвенное действие на питание растений.

Прямое действие заключается в нарушении коллоидно-химических свойств протоплазмы растительных клеток, изменении в неблагоприятную сторону концентрации органических кислот в клеточном соке, нарушении белкового обмена и торможении синтеза белка, изменении адсорбции и поглощения растениями ионов.

По силе воздействия на рост и развитие  растений реакция почвы в большинстве случаев выступает как главный фактор, ограничивающий урожай.

На слабокислых и близким к нейтральным почвам доступность фосфора для растений выше, чем на кислых, и дозы фосфорных удобрений могут быть снижены. Повышенная кислотность почвы отрицательно сказывается и на эффективности азотных удобрений. На почвах с меньшей кислотностью снижается потребность в азотных удобрениях и возрастает в калийных. На известкованных почвах возрастает на 15 — 20% оплата урожаем минеральных удобрений и улучшается  качество зерновых, сахарной свеклы и других сельскохозяйственных культур.

Агрофизические свойства почвы оказывают существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений. Уплотнение почвы происходит под влиянием естественных факторов — дождя, особенно при отсутствии растительного покрова и сил гравитации. Однако основной причиной уплотнения является механическое воздействие ходовой системы тракторов, комбайнов, почвообрабатывающих машин, средств для внесения в почву органических и минеральных  удобрений и др.

Оптимальная плотность пахотного слоя суглинистых почв для зерновых культур составляет  1,1 — 1,3 г/см3, для картофеля  — 1,0 — 1,2, а супесчаных — 1,2 — 1,5 г/см3. Фактическая плотность значительно выше. В среднем в республике плотность пахотного слоя  суглинистых почв превышает оптимальную на 0,18 — 0,20 г/см3, а подпахотного — на 0,35 — 0,50 г/см3. В зависимости от погодных условий увеличение плотности пахотного слоя сверх оптимального на 0,15 г/см3  уменьшает урожайность зерновых культур на 3,1 — 5,6, кормовой свеклы — на 85 — 249 ц/га.

Снижение урожайности сельскохозяйственных культур при уплотнении почвы происходит в результате ухудшения ее водно-воздушного режима, усиления процесса эрозии почвы и засоренности посевов, отрицательного влияния на усвоение растениями азота, фосфора, калия и других элементов питания.

Применение тяжелых тракторов увеличивает и без того высокую плотность, ухудшает водно-воздушный режим почвы. Максимальное давление всех колесных тракторов на почву весной выше допустимого. Поэтому весенне-полевые работы рекомендуется  проводить гусеничными тракторами, а мощные тракторы использовать летом и осенью, когда влажность пахотного слоя не превышает 0,7 полевой влагоемкости.

Уменьшить плотность пахотного горизонта и увеличить влагоемкость можно применением повышенных доз органических удобрений и обработкой почв. Основными причинами снижения урожайности при уплотнении почвы является ухудшение условий для формирования мощной корневой системы. Уменьшения плотности пахотного слоя можно добиться глубоким рыхлением (на 35 — 40 см). Глубокое подпахотное рыхление на автоморфных почвах должно проводиться весной, на временно избыточно увлажненных — как весной, так и осенью.

Эффективность удобрений снижается на эродированных почвах. В Беларуси проявляется водная и ветровая эрозия. В северной зоне Беларуси с преобладанием мелкохолмистого рельефа проявляется поверхностная водная эрозия на моренных суглинках в виде плоскостного смыва; в центральной зоне  с более длинными склонами и большими водосборами, сложенными пылеватыми суглинками и супесями, помимо плоскостного смыва имеет место и линейный смыв (овражная эрозия); в южной зоне с выровненным рельефом преобладает ветровая эрозия органогенных (торфяных) и минеральных (в основном песчаных) почв.

Наибольшее развитие водная эрозия имеет место на плодородных дерново-подзолистых почвах, развивающихся  на лессах и лессовидных отложениях.

Между степенью смытости и количеством гумуса в эродированных почвах наблюдается отчетливая зависимость: чем больше смыты почвы, тем меньше в них содержится гумуса. Если среднее содержание гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых почв 2%, то у среднесмытых почв оно уменьшается до 1,3 %, у сильносмытых  — до 0,8 %. Групповой  состав гумуса эродированных почв по сравнению с неэродированными менее благоприятен. В гумусе пахотного слоя эродированных почв, подобно как в подпахотных горизонтах неэродированных, содержание группы гуминовых кислот уменьшается, а фульвокислот возрастает. Отношение Сгк : Сфк пахотного горизонта смытых почв уже, чем  пахотного горизонта нормального (несмытого) профиля. Следовательно, усиление степени смытости приводит не только к дальнейшему уменьшению содержания  запасов гумуса, но и к снижению качества последнего.

В результате водной эрозии с 1 га пашни смывается примерно 180 — 200 кг/га гумуса, что равноценно 4 т подстилочного навоза. При этом смываются вносимые в почву удобрения и другие химические препараты. Кроме того, на слабосмытых почвах по сравнению с неэродированными запасы гумуса и влаги снижаются на 19 и 13 % на среднесмытых — на 39 и 20  и сильносмытых — на 57%. По данным НИГПИПА, урожайность сельскохозяйственных культур на слабосмытых  почвах снижается на 10 — 30 %, среднесмых — на 30 — 50 и сильносмытых  — на 50 — 70%.

Повысить плодородие эродированных почв можно путем применения комплекса противоэрозионных мероприятий, включающих соответствующую  организацию  территории, введение почвозащитных севооборотов, залужение сильноэродированных почв, осуществление лесомелиоративных мероприятий. Однако восстановление утраченного плодородия эродированных почв является трудной задачей и  требует длительного времени.

Для восстановления плодородия эродированных почв большое значение имеет применение органических и минеральных удобрений. В эродированных почвах азот находится в значительно большем дефиците, чем в неэродированных. Поэтому на слабоэродированных почвах дозы азотных удобрений следует увеличить на 20 — 30%, на средне-  и сильноэродированных  — на 30 — 60%. Дозы фосфорных и калийных удобрений устанавливают  в соответствии с содержанием их подвижных форм в почве и на слабосмытых почвах увеличивают на 10 — 30%, среднесмытых — на 30 — 50 и сильносмытых — на 50 — 70%.

Эффективность средств химизации земледелия в значительной степени определяется почвенно-климатическими условиями возделывания сельскохозяйственных культур. Их учет является важнейшим условием разработки экологически обоснованных систем удобрений в севооборотах различной специализации. В последние 15 лет продуктивность пашни в Беларуси составляла 30 — 42 ц/га к.ед., что значительно ниже чем позволяет биоклиматический потенциал и достигнутый уровень плодородия почв. Осуществление комплекса агрохимических мероприятий, рациональное применение удобрений и других средств химизации, высокий уровень агротехники будут способствовать значительному росту урожайности, улучшению его качества, увеличению  товарности хозяйств.

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *