Рациональное использование земельных ресурсов Беларуси

В настоящее время  рациональное использование земельных ресурсов становится одним из первостепенных  условий  выхода из экономического кризиса.

Период с 1970 по 1990 г. с полным основанием можно отнести к  техногенной интенсификации сельскохозяйственного  производства Беларуси. Система удобрений в эти  годы была  построена  с учетом расширенного воспроизводства  плодородия почв. Рост производства  и применения удобрений, химических средств защиты растений, мелиорация земель, техническое  переоснащение и увеличение энерговооруженности  обеспечили значительное повышение  производительности почв. Однако отдача  в сельском хозяйстве была далеко не адекватна материально-техническим вложениям.

    Основной особенностью и принципиальной сущностью нынешнего этапа сельскохозяйственного  производства является необходимость наращивания сельскохозяйственного производства в условиях сокращения потребления энергоресурсов. Необходимо более широкое использование биологического азота за счет расширения посевов бобовых культур, применения бактериальных удобрений для усиления симбиотической азотфиксации бобовых культур, а для зерновых и других небобовых культур – бактериальных удобрений на основе ассоциативных азотфиксаторов. Учитывая экономическую ситуацию и мировой опыт, развитие  отрасли земледелия и растениеводства в республике должно базироваться на стратегии адаптивной интенсификации, характеризующейся биологизацией и экологизацией интенсификационных процессов.

Анализ мониторинговых агрохимических исследований  показал, что в последнее время наметилась тенденция к снижению плодородия почв в ряде районов республики. В  связи с этим обеспечение  воспроизводства плодородия почв – одна из  приоритетных стратегических задач АПК Республики Беларусь.

Энергосбережение при повышении плодородия почв  предусмотрено концепцией регулирования баланса  питательных элементов в земледелии. Предполагается расширенный  возврат органического вещества, макро- и микроэлементов только на тех полях, где  содержание соответствующих веществ ниже  оптимального уровня и вероятна  высокая окупаемость затрат прибавкой  урожая с минимальным риском загрязнения окружающей среды. На всей  остальной площади сельскохозяйственных угодий предусматривается бездефицитный  баланс гумуса и питательных элементов. Применение 10 т органических удобрений на 1 га пашни и минеральных  удобрений на уровне около 200 кг д. в. на гектар сельскохозяйственных угодий является одним из условий  продовольственной безопасности в Беларуси и производства конкурентоспособной продукции на внешнем рынке.

Чтобы получать высокую отдачу от применения  удобрений, необходимо организовать  их рациональное использование на основе внедрения в хозяйствах энергосберегающих, экологически сбалансированных систем удобрения сельскохозяйственных культур, формирование  ризосферной среды, в том числе для ассоциативной и симбиотической азотфиксации. Очень важно перейти от шаблонного применения удобрений к управлению питанием растений, широко  используя  методы почвенно-растительной диагностики.

Агроклиматические условия Беларуси

Тепловые ресурсы и влагообеспеченность Беларуси вполне достаточны для возделывания почти всех культур умеренного пояса. Однако отдельные регионы республики значительно различаются по климатическим, погодным условиям. Умеренно континентальный климат республики с мягкой и влажной зимой и относительно прохладным солнечным летом можно характеризовать как благоприятный для возделывания большинства сельскохозяйственных культур средней полосы.

Одним из определяющих условий роста и развития растений является сумма положительных температур (среднесуточная температура воздуха выше 10^оС) за период активной вегетации растений. Этот показатель в республике колеблется от 2000 до 2600⁰. Вегетация большинства сельскохозяйственных культур, когда среднесуточная температура воздуха поднимается выше 5⁰, наступает в южных районах республики во второй декаде апреля и продолжается до третьей декады октября, в северной зоне – с третьей декады апреля до середины октября. Продолжительность вегетационного периода длится в северных районах 180 — 190, центральных –185 — 200, южных – 185 — 210 дней (табл.1.1).

Т а б л и ц а 1.1. Среднесуточная температура воздуха по областям Беларуси  с апреля по октябрь, ⁰С

Весна в Беларуси отличается неустойчивой погодой. Часто на поверхности почвы, особенно в пониженных местах, наблюдаются заморозки, а в отдельные дни, особенно в южных районах, температура воздуха поднимается до  20 ⁰ Си выше.

Период активной вегетации растений, когда стоит теплая погода с температурой воздуха выше 10⁰, в северной зоне республики продолжается в среднем 140 дней, в южной – 160 дней. Такая температура воздуха устанавливается в южных районах в конце апреля, а на остальной части территории республики – в первой декаде мая и продолжается до второй или третьей декады сентября.

Отдельные посевы сельскохозяйственных культур повреждаются заморозками, которые обычно наблюдаются в ночное время, прекращаются они на юге в конце апреля, в центральной зоне – в первой и на севере – во  второй декаде мая. Однако в отдельные годы ночные заморозки наблюдаются и в более позднее время, иногда даже в начале июня.

Наиболее теплая часть лета, когда дневная температура воздуха переходит через + 15⁰, начинается обычно в конце мая – начале июня и продолжается до конца августа- начала сентября и составляет в среднем около 70 дней на севере и 110 дней на юге республики.

Переход от лета к осени постепенный с частым возвратом теплой погоды. Осень наступает во второй декаде сентября на северо-востоке и в первых числах октября на юго-западе, когда среднесуточная температура воздуха становится ниже 10⁰. Конец осени соответствует установлению среднесуточной температуры 0⁰ в северо-восточной части в среднем 10 – 13 ноября, а на  юго-западе – в конце ноября.

Температура оказывает существенное влияние на рост и развитие растений. Повышенная температура после всходов зерновых культур может оказать вредное влияние  на растения, так как в этот период они не имеют достаточно развитой корневой системы и не могут в полной мере использовать имеющиеся в почве питательные элементы. Поэтому повышенные температуры могут вызвать временное голодание растений и нарушение их дальнейшего развития. Отрицательное влияние на зерновые культуры оказывает повышенная температура и в период кущения. После прохождения фазы кущения оптимальная температура для зерновых культур составляет + 15 … 20^о, а для цветения и созревания + 17 …  20^о С.

Теплолюбивые растения (кукуруза, томаты, огурцы) очень чувствительны к пониженным температурам. Большинство из них прекращает рост при температуре ниже + 10 … 12 ^оС, а огурцы – при + 14 … 15 ^о  С. Для лучшего формирования зеленой массы кукурузы необходима теплая погода с температурой + 18 … 20 ^оС, а в период формирования початков –  +22 … 26^о. В то же время у картофеля при повышении среднесуточной температуры до +22 … 25^о С процесс клубнеобразования идет вяло. Оптимальная температура для роста льна + 14…   18 ^о С.

Урожайность сельскохозяйственных культур зависит не только от теплового режима, но и влагообеспеченности. Влажность почвы характеризуется не только количеством выпавших осадков, но и испарением влаги. Водный режим почвы принято характеризовать гидротермическим коэффициентом по Г.Т. Селянинову (частное от деления суммы осадков за определенный период времени на соответствующую этому периоду сумму температур, уменьшенную в 10 раз). Для нормального роста и развития большинства сельскохозяйственных культур гидротермический коэффициент должен находиться в пределах 1,3 -1,6. По этому показателю  погодные условия республики вполне благоприятны для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур (табл. 1.2).

Т а б л и ц а 1. 2. Характеристика условий увлажнения вегетационного периода   ( средняя температура выше 10  ^о  С)  

Осадки на протяжении вегетационного периода распределяются неравномерно. Наименьшее их количество выпадает в апреле (35 … 45 мм), но в это время имеется достаточное количество продуктивной влаги в почве, накопившееся за счет осенних осадков и таяния снега, и растения почти никогда не ощущают недостатка влаги.

Осадков в мае выпадает несколько больше, и по территории республики они распределяются примерно в равном количестве (50 … 60 мм), что вполне достаточно для нормального роста выращиваемых в республике сельскохозяйственных культур. Однако осадки в течение месяца распределяются неравномерно, и часто в конце мая их недостаточно. В июне осадков выпадает на 20 — 25 мм больше, чем в мае (60 — 75 мм), но  в начале июня часто осадков выпадает недостаточно и ощущается недостаток влаги, особенно в южных районах республики, где распространены легкие по гранулометрическому составу почвы.

Наибольшее количество осадков выпадает в июле — 80 — 90 мм. Дожди часто сопровождаются сильными ветрами, что приводит к полеганию зерновых культур, льна, особенно на плодородных почвах и при внесении повышенных доз азотных удобрений.

Обеспеченность влагой оказывает существенное влияние и на эффективность минеральных удобрений. При достаточной обеспеченности растений влагой проявляется высокая эффективность азотных и калийных удобрений. У картофеля недостаточная влагообеспеченность в июне — июле приводит к недобору урожая на 20 — 90 ц/га. При недостатке влаги в июне — первый декаде июля урожайность зерновых культур снижается в пределах 3 — 10 ц/га.

Для озимых зерновых культур очень важна обеспеченность влагой в период всходы — формирование растений. При увеличении запасов продуктивной влаги в слое почв 0 — 20 см в сентябре от 20 до 60 мм урожаи растут, повышается эффективность удобрений.

Оптимальные запасы продуктивной влаги в пахотном слое 0 — 20 см для суглинистых почв составляют 35 — 40 мм, супесчаных – 30 — 35 мм и песчаных – 20 — 25 мм, а для слоя 100 см — 170 — 180 мм, 150 — 160 мм и 80 — 120 мм соответственно.

В период набухания и прорастания семян, а также формирования всходов для зерновых культур большое значение имеют запасы влаги в слое 0 — 20 см. Оптимальными считаются запасы влаги в этот период в слое 0 — 20 см 25 — 30 мм, хорошими  – 20 — 25 мм, удовлетворительными – 15 — 20 мм и плохими — менее 10 мм.

В период развития зерновых культур от выхода в трубку до цветения решающее значение приобретают запасы влаги метрового слоя почвы. По величине продуктивной влаги в метровом слое почвы они оцениваются следующим образом: хорошие — 120 мм и более, удовлетворительные 80 — 110, неудовлетворительные — менее 80 мм. В период от цветения до восковой спелости потребность в воде несколько уменьшается. Условия влагообеспеченности в этот период оценивают следующим образом: оптимальные запасы влаги в метровом слое почвы соответствуют 80 – 100 мм, удовлетворительные 40 – 80 мм, неудовлетворительные – менее 40 мм.

Картофель особенно требователен в влаге в период усиленного роста ботвы и клубнеобразования. Оптимальными в этот период являются запасы влаги, равные 50 — 80 мм в 50 — сантиметровом слое.

Совместное влияние тепла и влагообеспеченности на биологическую продуктивность растений отражает комплексный биоклиматический показатель продуктивности (БКП). В Беларуси на каждый квадратный сантиметр поверхности земли годовые суммы солнечной радиации увеличивается с 86 ккал на севере до 97 ккал на юге. Растения усваивают солнечную энергию с длиной волны от 0,38 до 0,71 мкм, и ее принято считать фотосинтетически активной радиацией (ФАР). В целом за год ФАР изменяется от 46 ккал /см² на севере  до 52 ккал/см² на юге республики. Наибольшее значение ФАР бывает в июне, в среднем за месяц оно  составляет 7,9 ккал/ см².  Коэффициент  использова

ния солнечной энергии колеблется от 0,5 до 5 % и зависит от уровня интенсификации земледелия.

Для каждой области Беларуси Д.И. Шашко разработаны относительные величины БКП (табл.1.3). Средний уровень продуктивности на первой ступени почвенного плодородия примерно соответствует естественному уровню плодородия почв. Применение умеренных доз средств химизации обеспечивает получение второго уровня продуктивности на второй ступени почвенного плодородия. Получение более высокого урожая сельскохозяйственных культур требует дальнейшего повышения продуктивности земледелия, уровня плодородия почв, их окультуренности.

Таким образом, наибольший биоклиматический потенциал в Беларуси имеют Брестская и Гомельская области, наименьший  — Витебская.

 ПОЧВЕННО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ БЕЛАРУСИ

 Свойства почвы, влияющие на питание растений

Большое влияние на питание растений оказывает тип почвы, ее гранулометрический состав. Почвы республики весьма различны по гранулометрическому составу, строению почвенного профиля, степени увлажнения, с которыми связаны агрохимические и агрофизические свойства почвы. Гранулометрический состав почвы определяется соотношением содержащихся в ней частиц различного размера, выражаемого в процентах. Обособленные частицы пород, минералов, органических соединений называют гранулометрическими элементами почвы. Близкие по размеру частицы называют фракциями. Частицы диаметром крупнее 3 мм — камни, от 3 до 1 мм — гравий, от 1 до 0,05 мм — песок: а) крупный — 1 — 0,5 мм; б) средний — 0,5 — 0,25 мм; в) мелкий — 0,25 — 0,05 мм; от 0,05 до 0,001 мм — пыль: а) крупная — 0,05 — 0,01 мм; б) средняя — 0,01 — 0,005 мм; в) мелкая — 0,005 — 0,001 мм; от 0,001 до 0,0001 мм – ил: а) грубый — 0,001 — 0,005 мм; б) тонкий — 0,005 — 0,0001 мм; в) коллоидный — меньше 0,0001 мм.

Сумма всех частиц крупнее 0,01 мм составляет группу физического песка, мельче 0,01 мм — физической глины. Частицы крупнее 1 мм — скелет почвы, а все частицы мельче 1 мм называют мелкоземом.

В зависимости от количества содержащихся в почве (породе) физической глины или физического песка дерново-подзолистые почвы разделяют на 10 групп (табл.2.1).

Плодородие  минеральных и особенно дерново-подзолистых почв Беларуси в значительной степени определяется гранулометрическим составом и характером строения почвообразующих пород.

Т а б л и ц а 2.1. Классификация гранулометрического состава почвообразующих пород, % (по Н.А. Качинскому)

Наиболее плодородными являются суглинистые и особенно пылевато-суглинистые почвы, характеризующиеся сравнительно устойчивым водным режимом и большими запасами питательных элементов. Эти почвы среди дерново-подзолистых обеспечивают получение наиболее высоких урожаев зерновых, картофеля и других сельскохозяйственных  культур.

На супесчаных почвах, характеризующихся большей по сравнению с суглинистыми динамичностью водного режима, урожай заметно снижается. Самые низкие урожаи получены на песчаных почвах, для которых характерна высокая водопроницаемость, очень малая влагоемкость и емкость поглощения.

Плодородие легких по гранулометрическому составу дерново-подзолистых почв сильно возрастает при подстилании супесей и песков на небольшой глубине моренным суглинком или другими плотными породами, способствующими накоплению продуктивной влаги в верхней части почвенного профиля. По величине урожаев такие почвы мало уступают суглинистым.

Проведенные в республике исследования показали, что наиболее плодородными являются легкосуглинистые  почвы на мощных суглинках. По мере утяжеления гранулометрического состава, от легких суглинков к тяжелым, а также его облегчения, к супесям и пескам, продуктивность культур заметно снижается. Однако для различных культур это снижение идет  по — разному.

При переходе от почв легкосуглинистых к тяжелосуглинистым и глинистым урожайность клубней картофеля снижается на 40 — 50%, зерновых культур – на 20 — 25%,  многолетних злаковых трав – только на 5 — 10%.

Следует учитывать при подборе полей для возделывания тех или иных сельскохозяйственных культур, что глинистые и тяжелосуглинистые почвы мало водопроницаемы, очень влагоемки, быстро заплывают, медленно прогреваются. Органические вещества в таких почвах разлагаются медленно.

Супесчаные и песчаные почвы имеют непрочную структуру или вовсе бесструктурны, обладают высокой водопроницаемостью и малой влагоемкостью.

Водно-воздушный режим почв зависит не только от гранулометрического состава пахотного горизонта, но и в значительной мере от строения всей толщи почвообразующих пород. Так, дерново-подзолистые супесчаные почвы, подстилаемые с глубины 0,5 м моренным суглинком, имеют лучшие водно-физические свойства, чем те же почвы, подстилаемые песком.

В связи со слабоудерживающей способностью супесчаных почв, подстилаемых песками и особенно песчаных, окупаемость минеральных удобрений на них ниже, чем на супесчаных и песчаных, подстилаемых моренным суглинном, где более благоприятный водный режим (табл.2.2).

Т а б л и ц а 2.2. Окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожая зерновых культур на различных почвах ( Т.Н. Кулаковская, 1990)

У озимой ржи и ячменя наибольшая окупаемость 1 кг NPK зерном отмечена на торфяно-болотных почвах, а у озимой пшеницы  на – дерново-подзолистых суглинистых.

В целом по республике пашня на суглинках и глинах составляет 25,7 %, супесях – 48,5 % , песчаных – 20,1 и торфяных почвах –  5,3 %. Больше всего суглинистой и глинистой пашни в Витебской (54,2 %), Могилевской (38,9%) и Минской (32,9%) областях, меньше всего в Брестской (2,7%) и Гомельской областях (2,8%). В Гродненской области на суглинки и глины приходится 6,5% пахотных земель.

В Гомельской, Брестской и Гродненской областях в составе пашни преобладают супесчаные и песчаные почвы. Так, в хозяйствах Гомельской области на песчаные почвы приходится 47,5% и супесчаные 39,6%, а в Брестской – 45,4 и 39,3 % соответственно. В Гродненской области супесчаные почвы на пашне составляют 78,2%, из них 55,3 % подстилается суглинками и глинами с глубины до 1 м. На антропогенно — нарушенные почвы в Беларуси приходится 0,4%. Больше всего таких почв в Брестской  области – 1,8 %.

Очень важным фактором, определяющим качественное состояние пахотных почв и их производительную способность, является степень увлажнения. В Беларуси удельный вес в разной степени переувлажненных почв составляет 42%. Больше таких почв в Брестской  (55,5%), Витебской (54,8 %), Гомельской (43%) областях и меньше в Минской (36,5%), Могилевской (36,3%) и Гродненской (26,9%).

Среди переувлажненных почв временно избыточно увлажненные        (слабоглееватые) занимают 25,7 %, глееватые – 3,5 и глеевые – 3,2 %. В Витебской, Гомельской и Брестской областях глееватые и глеевые почвы на пашне составляют от 17,5 до 31%.

Почвы, отличающиеся непродолжительным периодом переувлажнения (временно избыточно увлажненные), могут использоваться для всех полевых культур. Вместе с тем размещение озимых зерновых культур и картофеля на глинистых и суглинистых временно избыточно увлажненных почвах нежелательно, так как эффективность их возделывания на 15 — 30% ниже, чем на автоморфных. Продуктивность же многолетних трав на этих почвах даже на 10 — 15% выше, чем на незаболоченных почвах. Глееватые почвы, особенно суглинистые и глинистые, не могут использоваться без регулирования водного режима. Результаты исследований показывают, что на глееватых суглинистых  почвах урожайность яровых зерновых и льна снижается на 40 — 45%, озимых зерновых – на 55 — 60, картофеля – на 60 — 65%. Меньше других культур на таких почвах снижают урожайность многолетние травы      (на 10 — 15%).

Одним из резервов повышения продуктивности пахотных угодий является улучшение их культуртехнического состояния. Почвы многих хозяйств республики в значительной степени завалунены. Такие земли в Беларуси составляют 26,4 %.

Наибольшая степень завалуненности характерна для северной, центральной и северо-западной части, сложенных моренными отложениями. В меньшей степени валуны встречаются в районах, где моренные суглинки перекрыты маломощными флювиогляциальными супесями и песками. Из-за завалуненности на пахотных землях в республике урожайность зерновых снижается  на 1,9 ц/га.

На продуктивность пахотных земель отрицательно сказывается  и мелкоконтурность. В среднем при размере контура пашни республики 12,2 га в Бешенковичском, Гродненском, Полоцком, Россонском, Ушачском, Шумилинском районах Витебской области он не превышает 3 — 5 га. Значительное число районов в северной и южной части республики имеет средний размер контура пашни. Проведенными исследованиями установлено, что мелкая контурность пашни, сдерживая производительное использование техники, влияя на качество и сроки обработки почв, способствует снижению продуктивности каждого гектара.

Мелкая контурность пашни республики в основном обусловлена различием рельефа, степенью увлажнения и пестротой почв. Во многих случаях она вызвана наличием лишних дорог, старых канав, хуторских меж. Основным путем укрупнения полей является проведение выборочной мелиорации и ускоренное окультуривание полей.

Состав почвы

Почва, по образному выражению В.В. Докучаева, является жилищем и кормилицей растений и занимает особое место среди факторов, влияющих на них. Отличительной особенностью современного земледелия является резкое возрастание роли плодородия интенсивно используемой почвы, что позволяет получать от нее большую отдачу. Плодородная почва способствует более эффективному использованию повышенных доз удобрений, новых методов обработки почв и других приемов агротехники, а также лучше противостоит отрицательным внешним воздействиям – эрозии, уплотнению, загрязнению  тяжелыми металлами, остатками пестицидов и др.

Плодородие почвы – сложное ее свойство, характеризующееся в конечном счете масштабом обмена веществ и энергии с культурными растениями, подпочвой, атмосферой, поверхностными и почвенными водами, почвенными микроорганизмами и животными. Влияние почвы на питание растений определяется запасами в ней элементов питания и влаги, поглотительной способностью, реакцией почвенной среды и содержанием органического вещества, состоянием физических свойств, биологической активностью и фитосанитарным состоянием. Действия других факторов внешней среды, таких как удобрения, сорта, агротехнические приемы, средства защиты растений, также тесно связаны со свойствами  почвы.

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) фаз.

В почве постоянно происходит потребление кислорода и выделение СО₂. В связи с этим почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием диоксида углерода   и меньшим — кислорода. В атмосферном воздухе содержится 0,03 % диоксида углерода, а в почвенном  – до 0,3 — 1%, а иногда  2 — 3% и более.

Образование СО₂ происходит благодаря разложению органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. В результате диффузии СО₂ из почвы происходит обогащение им надпочвенного воздуха, непосредственно омывающего листья растений. Повышенное содержание СО₂ в приземном слое воздуха создает лучшие условия для ассимиляции диоксида углерода растениями и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Увеличению содержания СО₂ в приземном слое воздуха способствует внесение органических удобрений.

При растворении  диоксида углерода в почвенной влаге образуется угольная кислота (Н₂ СО₃) , которая диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО₃^—.

Обогащение почвенного раствора углекислым газом усиливает его растворяющее действие на минеральные соединения почвы            (фосфаты и карбонаты кальция и др.), способствует переводу их в усвояемые формы. В то же время при плохой аэрации и высоком содержании углекислого газа, недостатке кислорода, что наблюдается при избыточной влажности, в почве начинают преобладать восстановительные процессы, ухудшается  дыхание и рост корней, уменьшается усвоение корнями питательных элементов. Хорошая аэрация создает в почве благоприятные условия для развития почвенных микроорганизмов, питания и роста растений.

Почвенный раствор — наиболее активная и подвижная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой происходит поглощение  питательных элементов растениями. В зависимости от типа почвы, реакции и других условий в почвенном растворе содержатся катионы Н⁺, К⁺, NН₄⁺ , Са²⁺, Mg²⁺ и др. и анионы NO₃^—, H₂РO₄^—, SO₄^2-,Cl^—, OH^—, HCO₃^— и др. Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах — в виде катионов и гидратов полутораоксидов в коллоиднорастворимой форме. Особенно важным является наличие в почвенном растворе ионов NН₄⁺, Н₂РО₄^—, NО₃^—, К⁺, Са²⁺, Мg²⁺, SO₄^2-. В почвенном растворе из органических соединений могут быть органические кислоты, сахара, аминокислоты, спирты, ферменты и др. Органоминеральные соединения представлены комплексными соединениями гумусовых кислот, полифенолов, других органических соединений с поливалентными катионами. Водарастворимые органические соединения почвенного раствора являются продуктами жизнедеятельности растений и микроорганизмов.

Большое значение имеют концентрация и степень диссоциации растворенных веществ, от которых зависит осмотическое давление почвенного раствора и поглощение корнями воды и питательных элементов. Обычно в незасоленных почвах содержание водорастворимых солей составляет 0,05 %. Наиболее благоприятная их концентрация 0,1%. Избыток солей (более 0,2%) вредно действует на растения.

Состав и концентрация почвенного раствора заметно изменяются под влиянием различных факторов. Поступление солей в него происходит в результате выветривания и разрушения минералов, разложения органических веществ в почве, внесения минеральных и органических удобрений. Уменьшение концентрации почвенного раствора происходит при вымывании растворимых соединений в нижележащие горизонты, разбавлении за счет выпадающих осадков, усвоении питательных элементов сельскохозяйственными культурами. Состав и концентрация солей в растворе зависят также от взаимодействия его с твердой фазой почвы, от обменных реакций между раствором  и почвенными коллоидами.

Твердая фаза почвы состоит  из минеральной  и органической частей, которые содержат основной запас питательных элементов для растений. На минеральную часть приходится 90 — 99 % твердой фазы почвы,  на органическую – 1 — 10%. Почти половина твердой фазы почвы (49%) приходится на кислород, одна треть – на кремний, более 10 % – на алюминий и железо и только 7% – на остальные  элементы.

Азот практически полностью (95 — 97%) содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород – как в минеральной, так и в органической, калий – только в минеральной части почвы.

По происхождению минералы подразделяются на первичные и вторичные. Первичные минералы – кварц, полевые шпаты, слюды — входят в материнские почвообразующие породы и присутствуют в виде частиц песка, пыли и меньше в виде илистых и коллоидных частиц. Постепенно разлагаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений. При разрушении первичных минералов под влиянием химических процессов и жизнедеятельности различных организмов образуются гидраты полуторных оксидов, гидраты кремнезема, различные соли и вторичные минералы – каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. Вторичные минералы находятся в почве преимущественно в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц. Они состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода, а также содержат небольшое количество железа, кальция, магния, калия и могут быть источником этих элементов для растений.

В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно первичные и вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше железа, алюминия, кальция, магния, калия, фосфора и других элементов питания. В связи с этим более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче питательными элементами, они имеют большую поглотительную способность, влагоемкость, чем песчаные и супесчаные.

В почве постоянно протекают процессы превращения труднорастворимых соединений в легкорастворимые, более доступные для растений. Одновременно происходят и обратные  процессы.

Органическое вещество почвы хотя и составляет небольшую часть твердой фазы, является наиболее важным показателем плодородия почв и играет большую роль в питании растений. Органическое вещество почвы – это совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений. Органические вещества твердой фазы почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Гумус – часть органического вещества почвы, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением соединений, входящих в состав животных организмов и их остатков. В процессе гумификации происходит новообразование сложных продуктов — собственно гумусовых соединений. На их долю приходится 80 — 90% всей органической части почвы, и, по существу, они являются формой  аккумуляции солнечной энергии на земле. Гумус концентрирует энергию солнца, перераспределяет ее и обеспечивает энергией последовательную цепь организмов, выполняющих значительную механическую работу, а также биохимические и химические  реакции, составляющие сущность почвообразования.

Негумифицированные органические вещества —  это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений и микроорганизмов. На площади 1 га в почву ежегодно поступает 5 — 10 т растительных остатков и 0,7 — 2,4 т продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания (азот, фосфор, сера и др.) переходят в доступные для растений формы.

Одновременно в почве идут процессы гумификации растительных и животных остатков и образуются специфические гумусовые вещества. Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов. Гуминовые кислоты –  группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и не растворимых в кислотах. Они представляют собой гетерогенную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, включающих ароматические циклы и алифатические цепи.

Гуминовые кислоты содержат в зависимости от типа почвы 30 — 43% углерода, 32 – 42% водорода, 17,5 — 22 % кислорода, 2,4 — 3% азота, а также фосфор, серу и другие элементы питания.

Фульвокислоты — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах. Фульвокислоты — гумусовые вещества желтой или красноватой  окраски. В структуре фульво-,  как и гуминовых кислот, установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть их в молекуле выражена менее ярко, в основном преобладают боковые цепи, т.е. алифатические, углеводные и аминокислотные компоненты. По составу фульвокислоты различных типов почв менее разнообразны. Они обладают высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами, чем другие группы гумусовых веществ. Фульвокислоты содержат 27 — 30% углерода, 34 — 42% водорода, 25 — 30% кислорода и 1,4 — 2,5 % азота.

Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами содержат меньше  углерода и азота,  но больше кислорода. Обладают относительно более выраженными кислотностью и склонностью к комплексо- и хелатообразованию.

Гуматомелановые кислоты — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле, с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Ранее  включалась в группу гуминовых кислот. Отличается от последних растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами.

Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы, не растворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях. Эта неэкстрагируемая часть гумуса представлена двумя типами соединений: гумусовыми веществами, наиболее прочно связанными с глинистыми минералами; частично разложившимися растительными остатками, утратившими анатомическое строение и обогащенными наиболее устойчивыми компонентами, прежде всего лигнином. В тяжелых глинистых почвах гумины составляют более 50% гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя и медленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7 — 0,8 т/га гумуса, пропашными — 1,0 — 1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота, фосфора, серы. В гумусе содержится около 5 % азота, 1,5 — 2,5% фосфора. В дерново-подзолистых почвах на органические соединения в зависимости от гранулометрического состава приходится 30 — 40% фосфора и 90 % серы от общего содержания этих элементов в почвах.

Гумус является не только источником питательных элементов для растений, но и оказывает прямое влияние на  водно-физические свойства почвы. С увеличением содержания в почве углерода уменьшается плотность почвы, увеличивается порозность и влагоемкость. Органическая часть почвы обладает мощной водоудерживающей способностью, может связать в 7 — 10 раз больше воды,  чем минеральная. На каждый процент гумуса в почве влагоемкость ее повышается на 8 — 10 весовых процентов. Это особенно важно для легких супесчаных и песчаных почв.

Для тяжелых глинистых и суглинистых почв положительная роль гумуса определяется его влиянием на рыхлость, аэрацию, устранение избыточной влажности, т.е. установление более благоприятных условий для роста и развития растений.

Специфическая роль гумуса в оструктуривании определяется, главным образом, подвижными, гидрофильными компонентами, входящими в его состав.

Систематическое  применение органических, минеральных удобрений в сочетании с известкованием почвы оказывает существенное влияние на улучшение водно-физических свойств почв. По данным Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии, на дерново-подзолистой слабоокультуренной  суглинистой почве экспериментальной базы “Куросовщина”, отличающейся малой фильтрационной способностью, известкование, внесение органических, минеральных удобрений и посев клевера повышало коэффициент фильтрации с 0,7 до 63 м ³ в сутки.

Исследованиями НИГПИПА установлено, что неблагоприятный водный режим песчаных почв существенно улучшался при применении высоких доз органических удобрений от (60 до 220 т/га за ротацию 7-польного севооборота) при сочетании их с зелеными удобрениями, полным минеральным удобрением и известкованием. Применение органических удобрений способствовало улучшению физических свойств почвы, увеличивало полевую влагоемкость  и запас продуктивной влаги.

Установлена и акцепторная роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ. Эта функция гумуса  особо четко проявляется при применении минеральных удобрений и особенно азотных. Временно закрепленные элементы питания, вследствие более интенсивного развития микроорганизмов, постепенно переходят в доступную для растений форму равномерно на протяжении вегетации, обеспечивая сельскохозяйственные культуры необходимыми для питания соединениями. Закрепление избыточного в начале вегетации растений  азота удобрений предохраняет его от вымывания, сохраняет в сфере развития корневой системы, обеспечивая растения азотом по мере минерализации в основные периоды роста и развития.

Гумусовые вещества оказывают защитное действие на ионы фосфора, калия и других питательных элементов. Они, обволакивая поверхность минералов гумусовыми пленками, препятствуют необратимой сорбции фосфатов в почве. Была замечена способность гумусовых веществ предотвращать фиксацию глинистыми минералами калия за счет образования соединений типа хелатов.

Способность гумуса акцептировать вносимые в почву в процессе техногенеза органические и минеральные токсичные вещества определяет его важную экологическую роль в агроценозах. В частности, гумусовые вещества обладают высокими величинами емкости катионного обмена и удельной поверхностью, играют важную роль в сорбции гербицидов. Велика роль гумуса в снижении токсичного действия тяжелых металлов. Гумусовые вещества способны образовать с тяжелыми металлами трудно- и нерастворимые высокомолекулярные комплексные соединения, что смягчает или полностью снижает воздействие токсикантов на микробные сообщества почв, снижает накопление токсичных веществ в растениеводческой продукции.

Причина низкого содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах — условия их формирования, главным образом в связи с меньшим притоком ФАР и соответственно меньшим образованием свежего органического вещества, а также более интенсивными темпами его разложения. Поэтому необходимо создавать бездифицитный, а в ряде случаев и положительный баланс гумуса.

Отличительная особенность органического вещества дерново-подзолистых почв Беларуси – высокое содержание углерода  нерастворимого остатка (30 — 40% валового содержания и более), что обусловлено использованием длительное время в качестве компонента органических удобрений больших количеств торфа, в состав которого входят специфические вещества (битум 4 — 5%, лигнин 17 — 18 %), слабо поддающиеся микробиологическому воздействию и не участвующие в почвообразовании и питании растений. Относительная скорость минерализации органического вещества торфа приблизительно в 4,5 раза ниже, чем навоза. Компост по скорости минерализации занимает промежуточное положение между навозом и торфом. Быстрая минерализация навоза обусловлена более высоким содержанием в нем водорастворимых веществ и меньшим содержанием трудноразлагающихся  компонентов — целлюлозы, трудногидролизуемых белков, воскосмол, лигнина.

Содержание гумуса в почве оказывает существенное влияние на эффективность удобрений. По данным Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии, за счет минерализации органических веществ почвы растения могут усвоить 20 — 25 кг азота на каждый процент гумуса в почве.

На почвах с невысоким содержанием гумуса возрастает потребность в азотных удобрениях, а фосфорные и калийные удобрения без внесения азота не проявляют высокой эффективности. На почвах с высоким содержанием гумуса снижается потребность в азотных удобрениях и повышается эффективность фосфорных и калийных, так как растения лучше обеспечиваются азотом за счет запасов почвы. По данным Т.Н. Кулаковской (1990 г.), обобщение 62 опытов с ячменем на дерново-подзолистых супесчаных почвах показало, что прибавка урожая от применения 180 кг NPK составила 0,6 т/га зерна на почве с содержанием гумуса 1 — 1,3 % и 1,4 т/га при увеличении гумуса до 1,9 — 2,2 %, т.е. более чем в два раза.

Более высокая эффективность минеральных удобрений на хорошо гумусированных окультуренных почвах — свидетельство возрастающего значения плодородия почвы в интенсивном земледелии.

В связи с таким большим значением гумуса в плодородии почвы большой интерес представляют исследования по темпам гумусонакопления в почвах. Обобщение данных многолетних стационарных опытов с различными системами удобрения на дерново-подзолистых почвах показало, что наибольшие изменения в содержании гумуса происходят в первые 7 — 10 лет, затем этот показатель мало изменяется в связи с установлением равновесного состояния процессов минерализации — гумификации. При использовании почвы без удобрений содержание гумуса стабилизируется на уровне в среднем на 20% ниже исходного, при использовании минеральной системы удобрений — на 15%. При длительном применении навоза  содержание гумуса сохраняется на исходном уровне, а при сочетании органических удобрений с минеральными наблюдается его повышение  до 20 % выше исходного.

Характер содержания гумуса в почвах зависит от доз органических удобрений и климатических условий. На легких дерново-подзолистых почвах Соликамской опытной станции применение 7 т/га навоза в год в севообороте с многолетними травами слабо влияло на уровень гумусированости. Внесение 20 т/га навоза ежегодно в одном из длительных опытов в Германии в зернопропашном севообороте даже за 8 лет повысило содержание гумуса на 65%. Повышение доз органических удобрений до экстремально высоких (60 т/га в год) в длительном опыте в Скерневицах (Польша) увеличивало содержание гумуса более чем в 3 раза ( с 0,79 до 3,09 %).

При определении оптимума главное установить нижнюю границу  содержания гумуса, при которой недостаток в почве органического вещества является тормозам в формировании высоких урожаев, что же касается верхнего предела, то для дерново-подзолистых почв его содержание будет определяться прежде всего экономическими причинами.

Высокое содержание гумуса в почве обходится дорого, и если почва содержит 3% гумуса, то для поддержания этого высокого уровня потребуется в два раза больше вносить органических удобрений, чем при содержании 2%, поскольку в первом случае значительно интенсивнее протекают микробиологические процессы. По данным Т.Н. Кулаковской, оптимальные параметры гумуса для дерново-подзолистых суглинистых почв 2,5 — 3%, супесчаных — 2 — 2,5 и песчаных — 1,8 — 2,0 %.

Многолетние травы наряду с органическими удобрениями являются одним из источников гумусонакопления.

При соотношении многолетних и пропашных 1,5  для поддержания бездефицитного баланса гумуса на связных почвах необходимо вносить 10 — 12 т/га, на легких 12 – 18 т/га подстилочного навоза, а в среднем на пашне в Беларуси – 12,3 т/га.

    В 1998 г. в Беларуси на 1 га пашни было внесено 8,2 т/га органических удобрений. Для снижения потребности в органических удобрениях Белорусский НИИ почвоведения и агрохимии рекомендует в структуре посевных площадей на пашне в республике иметь отношение многолетних к пропашным, равным 3, что существенно позволит снизить потребность в органических удобрениях. Как показали исследования, для поддержания бездефицитного баланса гумуса на дерново-подзолистых почвах в плодосменных севооборотах при содержании многолетних  трав в структуре посевных площадей от 19 до 30% требуется от 14 до 7 т/га навоза соответственно.

Большое значение имеет не только общее содержание гумуса, но и его состав. В природе существует много примеров, когда высокое содержание  гумуса еще не является показателем высокого плодородия. В то же время известны своим плодородием малогумусные почвы тропиков. Все это говорит о том,  что плодородные почвы должны не только обладать определенным запасом гумуса, но важно еще, чтобы этот гумус был активным, мобильным, чтобы он не оставался мертвым запасом, а деятельно участвовал в биологических, химических и физических процессах почвы и обеспечивал растения элементами питания.

Исследования, проведенные в ВИУА, показали, что длительное применение органических и минеральных удобрений практически не изменяло группового состава гумуса. В то же время при длительном применении удобрений наблюдалось количественное изменение содержания  гумуса, физико-химических свойств почвы, интенсивности деятельности почвенной микрофлоры. Более сильное действие длительное применение удобрений оказывает на содержание подвижных и водорастворимых фракций. Результаты длительных опытов  показали, что в вариантах с удобрениями увеличивается в дерново-подзолистых почвах содержание водорастворимых гумусовых веществ. Причем большее накопление водорастворимого гумуса отмечено при применении навоза и навоза совместно с NPK, чем одних NPK — удобрений.

В связи с накоплением водорастворимых форм органического вещества в почвах при длительном применении удобрений предполагают, что в его составе значительное место занимают свежеобразованные гумусовые соединения, находящиеся на ранних стадиях гумуфикации, более “молодые” в химическом отношении.

 В процессе гумификации органическое вещество растительных остатков проходит ряд последовательных стадий, которые в зависимости от условий почвообразования протекают с различной для каждой стадии скоростью:

Растительные остатки ® Гидрофильная стадия разложения ® 

® Гидрофобная стадия разложения ® Ионно-молекулярная стадия разложения (минерализация).

 Первая стадия гумуфикации характеризуется гидрофильностью, возникающей как за счет продуктов разложения растительных остатков, так и за счет разложения самих микроорганизмов, их разлагающих. Внесение навоза даже в высоких дозах ежегодно — 60 т/га (Скерневицы, Польша) не увеличивает гидрофильность органического вещества почвы в отличие от минеральных удобрений. Это указывает на то, что навоз характеризуется скорее гидрофобными, чем гидрофильными свойствами. Это, по-видимому, связано с тем, что большое место в составе органического вещества навоза занимают уже полностью сформировавшиеся гумусовые вещества.

Одним из свойств гидрофильных коллоидов является клейкость, и поэтому можно полагать, что гидрофильный гумус обладает способностью оструктуривать почву. Обогащение органического вещества почв гидрофильными коллоидами является косвенным показателем его активности и играет важную роль в оптимизации водно-физических и трансформационных свойств почвы. А это играет заметную роль в повышении эффективного плодородия почв.

Навоз и другие органические удобрения оказывают как прямое действие за счет привнесения готовых гумусовых соединений, так и косвенное — за счет увеличения биомассы растительных остатков,  изменения физико-химических свойств почв и активизации деятельности почвенной микрофлоры. Прямое действие навоза на количество гумуса и его качество значительно сильнее, чем косвенное, и интенсивность его определяется главным образом дозой внесения. Влияние же минеральных удобрений проявляется через повышение биомассы растительных остатков возделываемых сельскохозяйственных культур, изменение кислотно — основных свойств почв, влияние на активизацию почвенной  микрофлоры.

Для поднятия уровня плодородия почв для конкретного участка, поля, севооборота и хозяйства в целом, оптимизации составляющих его параметров необходимо разработать приемы направленного регулирования гумусного состояния почв.

Таким образом, с интенсификацией земледелия возрастает роль гумуса как одного из важнейших факторов повышения культуры земледелия, обеспечения экологической устойчивости агроценозов, основы плодородия и высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

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:

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

                                                                            К⁺

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.

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 (СО₃^2- и SО₄^2-) 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.

Агрохимическая характеристика почв Беларуси и пути повышения их плодородия

Сельскохозяйственные угодья в Республике Беларусь занимают 9,3 млн. га, в том числе 6,3 млн. га пашни, 1,3 – сенокосов и 1,7 млн. га пастбищ. Качественное состояние земель во многом определяется почвенным покровом, характеризующимся чрезвычайным разнообразием, обусловленным типовыми различиями, гранулометрическим составом почвообразующих и подстилающих пород, степенью увлажнения.

В структуре пахотных земель преобладают дерново-подзолистые (51,7%) и дерново-подзолистые заболоченные (36,5%) почвы. Дерновые и дерново-карбонатные почвы занимают 5,5%, торфяно-болотные – 5,3%, пойменные дерновые – 0,5% пашни. Другие  типы почв на пахотных угодьях республики занимают менее 0,5% — антропогенно преобразованные – 0,4%,  дерновые и дерново-карбонатные – 0,1%.

Уровень плодородия дерново-подзолистых почв обусловливается гранулометрическим составом, водным режимом и агрохимическими свойствами. Глинистые и суглинистые почвы на пашне занимают 25,7%, супесчаные – 48,5, песчаные – 20,1, торфяные – 5,3%. Супесчаные почвы характеризуются менее устойчивым водным режимом в сравнении с суглинистыми, но при близком подстилании моренным суглинком по своим свойствам приближаются к суглинистым почвам. Песчаные почвы отличаются очень небольшой влагоемкостью и, как правило, они более бедны элементами питания.

По данным крупномасштабного агрохимического обследования, пахотные почвы республики характеризуются слабокислой реакцией (рН в КС1 5,98). Кислые почвы с рН в КС1 менее 5,0 занимают 6,1%. Средневзвешенное содержание подвижного фосфора составляет 188, калия – 175, магния – 188 мг/кг, гумуса – 227%, меди – 2,09, бора – 0,68, цинка – 3,98 мг/кг почвы (табл. 2.3). Почвы, слабо обеспеченные подвижным фосфором (с содержанием менее 150 мг/кг) занимают на пашне 41,2%, слабо обеспеченные калием (с содержанием менее 140 мг/кг) – 40,8% от площади пашни. Пахотные почвы достаточно хорошо обеспечены магнием и гумусом. Количество бедных магнием почв (менее 60 мг/кг) на пашне составляет только 2,6%, а слабо обеспеченных гумусом (менее 1,50%) – 11,0%.

По содержанию меди (35,4%) и  цинка (50,4%) пашня относится к первой группе обеспеченности, или к бедным почвам. По содержанию бора пахотные почвы являются хорошо обеспеченными.

Наибольшее влияние на эффективность удобрений оказывает комплекс определяемых в республике агрохимических свойств почвы: степень кислотности (рН в кс1), содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия. Для количественной оценки агрохимических показателей плодородия почвы используется индекс окультуренности, который по отдельным хозяйствам и полям может изменяться от 0,2 до 1,0.

По данным полевых опытов, проведенных в НИГПИПА, повышение индекса окультуренности почв с 0,3 до 0,9 сопровождается увеличением урожая зерновых культур с 21 — 24 до 37 — 41 ц/га, картофеля — с 214 до 307 ц/га, продуктивность пашни в кормовых единицах повышается соответственно с 32,8 до 53,7 ц/га. Одновременно по мере повышения индекса окультуренности почв снижаются затраты минеральных удобрений на формирование урожая.

Агрохимические свойства почв улучшенных сенокосов и пастбищ несколько отличаются от пахотных угодий. Средневзвешенное содержание фосфора и калия в них значительно ниже, чем в пахотных почвах и составляет соответственно 116 и 113 мг/кг. 73,6% почв сенокосов

Т а б л и ц а 2.3. Агрохимическая характеристика почв Республики Беларусь

(1998 г.) .  Степень кислотности, рН в КС1

и пастбищ относится к слабо обеспеченным фосфором и 70,7% — калием. По другим показателям – содержанию магния, гумуса, микроэлементов – почвы лугопастбищных угодий обеспечены несколько лучше, чем пахотные земли.

В системе мероприятий, способствующих повышению плодородия почв и производительной способности, наиболее важными являются применение органических и минеральных удобрений,  известкование кислых почв.

Минимальная потребность в органических удобрениях определяется количеством, необходимым для восполнения потерь органического вещества почвы в результате минерализации при возделывании сельскохозяйственных культур.  Скорость минерализации гумуса в почвах зависит от структуры севооборотов, уровня получаемых урожаев, способов обработки почвы, количества применяемых минеральных удобрений.

Для получения продуктивности 40 — 60 ц/га к. ед. с гектара пашни, 20 — 30 ц/га к. ед. с гектара лугопастбищных угодий и поддержания бездефицитного баланса гумуса в целом по республике необходимо обеспечить заготовку и внесение органических удобрений на уровне 50 млн. т, или 9 — 10 т/га на 1 га пашни. Возможный выход органических удобрений с учетом имеющегося поголовья скота в 2000 г. составляет 47,6 млн. т, к 2005 г. он может достигнуть 52,8 млн. т. Основными компонентами для утилизации экскрементов животных и приготовления высококачественных органических удобрений являются торф и солома. Оптимальным соотношением между экскрементами и торфом следует считать 1:0,3. При этом соотношении обеспечивается наиболее рациональное расходование торфа и полная утилизация экскрементов. Если в 1990 г. в хозяйствах республики использовалось 10 млн. т торфа, то в 1998 — 1999 гг. – только около 2000 тыс. тонн, что недостаточно для приготовления высококачественных органических удобрений. Потребность в торфе в целом по республике определена на 2001 — 2005 гг. в пределах 2,8 — 3,6 млн. тонн.

Важным источником пополнения органических удобрений и повышения их качества является солома. При урожайности озимой ржи 28 — 30 ц/га можно ежегодно использовать 2,0 — 2,5 млн. тонн соломы на подстилку скоту или приготовления компостов. При использовании соломы для приготовления компостов (5 — 10% от веса экскрементов)  создаются высокие температуры в буртах (более 40 ⁰С), губительно действующие на семена сорняков и патогенную микрофлору.

С целью более рационального использования соломы необходимо в каждом хозяйстве иметь план расхода, предусматривающий использование ее на корм животным, укрытие буртов, подстилку скоту и другие хозяйственные цели.

В структуре  органических удобрений около 15% составляет жидкий навоз. В зонах крупных животноводческих комплексов за счет жидкого навоза можно обеспечивать потребность в азоте от 50% (яровые зерновые) до 75% (картофель, кукуруза, сахарная и кормовая свекла).

Доступной энергосберегающей технологией является раздельное внесение соломы и жидкого навоза. При уборке зерновых солома измельчается, затем вносится жидкий навоз. По своему влиянию на урожай солома, внесенная раздельно с жидким навозом, равноценна соломистому навозу.

Для животноводческих ферм при бесподстилочном содержании скота необходимо организовать систему контроля за расходом воды при смыве экскрементов, которые рекомендуется разбавлять в 3-4 раза. На практике их разбавляют более чем в 5 — 10 раз, что многократно увеличивает затраты на их транспортировку и внесение.

Для увеличения объемов производства органических удобрений может быть использован лигнин – отход Речицкого и Бобруйского гидролизных заводов – в количестве 200 — 240 тыс. тонн ежегодно. Для этого Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии разработана технология приготовления лигнино-навозных компостов, которые по качеству не уступают соломистому навозу.

Необходимо более полно и рационально использовать имеющиеся постоянно возобновляемые источники органического вещества – корневые и пожнивные остатки посевов многолетних трав, пожнивных и поукосных культур. В структуре пашни пожнивные и поукосные культуры должны занимать не менее 8 — 10%. По данным научных исследований, один гектар промежуточных культур позволяет увеличить выход органического вещества на 4 -5 т.

Внесение органических удобрений следует планировать под культуры с наиболее высокой окупаемостью – картофель, кукурузу, корнеплоды, озимые зерновые, при перезалужении сенокосов и пастбищ. Лучшим сроком внесения органических удобрений  является летне-осенний период. Это позволяет провести весенне-полевые работы в лучшие агротехнические сроки, избежать переуплотнения почв. В оптимальном варианте необходимо 50-60% от всего объема заготавливаемых органических удобрений вносить в летне-осенний период.

Система применения минеральных удобрений должна основываться на принципах полного или частичного возмещения выноса фосфора и калия с урожаем на почвах, хорошо обеспеченных этими элементами (200 мг/кг и более), и повышенного возмещения выноса (120 — 150%) на почвах с пониженным содержанием фосфора и калия (менее 200 мг/кг). Азотные удобрения должны применяться в расчетных дозах на планируемый урожай.

Основной задачей в области использования  минеральных удобрений должно быть повышение эффективности их использования. В этом отношении наиболее важными факторами, способствующими повышению окупаемости удобрений, являются оптимизация их ассортимента, качество внесения, использование биологического азота, комплексное применение с микроэлементами и средствами химической защиты.

В структуре производимых в Республике Беларусь минеральных удобрений в перспективе необходимо существенно увеличить долю комплексных удобрений (с 9% в 1999 г. до 40% и в 2005 г.).

Внесение твердых форм минеральных удобрений с высокой степенью равномерности обеспечивается машинами РШУ-12 и СУ-12, жидких форм азотных удобрений – опрыскивателями ОПШ-15 и ОП-2000. Неэффективным является использование на внесении азотных удобрений центробежных машин 1 РМГ-4, МВУ-0,5 и других, так как прибавка урожая зерна от неравномерности распределения их по полю снижается на 2,5 — 5,0 ц/га.  Существенное  снижение непроизводительных потерь азота обеспечивают новые формы азотных удобрений (карбамид и сульфат аммония) с защитными покрытиями и добавками ростактивирующих веществ. Опытно-промышленное производство этих удобрений освоено на Гродненском ПО «Азот».

С целью повышения использования биологического азота в земледелии целесообразно шире применять бактериальные удобрения, а также увеличить долю бобовых компонентов в составе травостоев сенокосов и пастбищ.

В результате интенсивного известкования за предшествующий период количество сильно- и среднекислых почв с рН _{в КСL} менее 5,0 на пашне сократилось с 66,8% (1970 г.) до 6,1% (2000 г.), что явилось важным позитивным изменением в плодородии почв республики.

Главной задачей в настоящее время является поддержка достигнутого состояния почвенной кислотности. Для этого требуется ежегодное известкование на площади 517 тыс. га при потребности в доломитовой муке 2500 тыс. тонн. 

Оптимальные параметры агрохимических свойств почв Беларуси

Агрохимические свойства почвы в значительной мере определяют состояние их окультуренности. В качестве показателей окультуренности почв используются величина кислотности (рН), содержание фосфора, калия, гумуса, серы и микроэлементов – бора, меди и цинка. Эти показатели контролируются Агрохимической службой республики с периодичностью один раз в 4 года.

Т а б  л и ц а  2.4. Оптимальные параметры  агрохимических свойств почв        Беларуси

Применение минеральных и органических удобрений под сельскохозяйственные культуры в дозах, рассчитанных на положительный баланс элементов питания, а также известкование кислых почв позволяют улучшать состояние агрохимических свойств. Однако с повышением запасов в почвах подвижных форм фосфора и калия эффективность удобрений, или окупаемость их прибавкой урожая, снижается. Это имеет существенное значение при агрохимическом окультуривании почв, так как применение минеральных и органических удобрений должно быть рентабельным.

На основании обобщения результатов полевых опытов с удобрениями в республике разработаны оптимальные параметры основных агрохимических свойств почв (табл. 2.4, И. М. Богдевич, 1995). Для пахотных дерново-подзолистых почв оптимальное содержание гумуса составляет от 1,8-2,2% (песчаные) до  2,5-3,0% (суглинистые), подвижного фосфора – соответственно от 160-200 до 260-300, калия – от 140-200 до 220-250, серы – от 10-15 до 12-20 мг/кг. Оптимальные параметры показателя кислотности почв (рН в КС1) изменяются в интевале от 5,6-5,8 (песчаные почвы) до 6,4-6,7 (суглинистые).

Оптимальный диапазон содержания микроэлементов составляет:  бора  0,4 — 0,7, меди – 1,5-3,0, цинка – 2,0-5,0, молибдена – 0,1-0,2 мг/кг почвы.

Оптимальные параметры агрохимических свойств почв представляют в настоящее время теоретическую основу для экономически обоснованного регулирования плодородия почв.

В сельскохозяйственной практике при разработке системы применения удобрения в севооборотах должны  предусматриваться: расширенный возврат органического вещества и макроэлементов (N, Р₂О₅, К₂О) на полях, где их содержание ниже оптимального уровня; компенсация выноса питательных веществ на почвах с оптимальными агрохимическими показателями и ограничения применения удобрений на почвах с избыточным содержанием элементов питания. Согласно принятым в Республике Беларусь градациям, избыточным для пахотных дерново-подзолистых почв считается содержание фосфора и калия более 400, меди – более 5,0, цинка – более 10,0, бора – более 1,0 мг/кг.

Следует отметить, что в нашей стране экологические ограничения на применение удобрений не имеют законодательной силы и носят рекомендательный характер.

Повышение запасов элементов питания в почвах посредством внесения удобрений необходимо проводить постоянно, избегая больших разовых доз, окупаемость прибавкой урожая которых в этом случае может быть в 2-3 раза ниже, чем дифференцированных доз, рассчитанных на планируемый уровень урожайности сельскохозяйственных культур. При этом следует учитывать биологические особенности возделываемых культур и нормативы окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая. В связи с этим разработанные оптимальные параметры основных агрохимических показателей (рН, содержание подвижных форм фосфора и калия)  дифференцированы для наиболее распространенных в республике севооборотов (табл. 2.5).

Учет биологических особенностей культур имеет большое значение при известковании кислых почв. Максимальная продуктивность культур-кальциефобов (лен, картофель, люпин и др.) обеспечивается в интервале кислотности по рНв КС1 5,6 — 6,0, культур-кальциефилов (сахарная свекла, озимая пшеница, клевер) – при рНв КС16,6 — 6,8. В севооборотах с преобладанием культур, требовательных к условиям минерального питания (сахарная и кормовая свекла, кукуруза и др.), для получения высоких урожаев требуются большие запасы фосфора и калия в почвах, чем в севооборотах с преобладанием зерновых культур и трав.

Роль микроэлементов в почве определяется их влиянием на сбалансированность минерального питания в целом и формирование качественной продукции.

Т а б л и ц а 2.5. Оптимальные параметры агрохимических свойств почв

для различных севооборотов

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Растения строят свой организм из определенных химических элементов, находящихся в окружающей среде. Ткани растений состоят из воды и сухого вещества, соотношение которых у различных растений колеблется в широких пределах. Большинство сельскохозяйственных культур содержит в вегетативных органах 85 — 95% воды и 5 — 15 % сухих веществ. В созревших семенах на сухое вещество уже приходится 85 — 88 %, воду – 12 — 15 %.

В зерне зерновых и зернобобовых культур воды содержится 12 — 15%, семенах масличных культур — 7 — 10, клубнях картофеля, корнеплодах сахарной свеклы — 75 — 80, корнеплодах столовой свеклы  и моркови — 85 — 90%, в зеленой массе злаковых, бобовых трав — 75 — 85, в плодах томатов и огурцов — 92 — 96%.

В составе сухого вещества растений 90 — 95% приходится на органические соединения и 5 — 10 % на минеральные соли. Органические вещества представлены в растениях белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами и другими соединениями (табл. 3.1). Качество растениеводческой продукции определяется содержанием органических и минеральных соединений.

Т а б л и ц а 3.1.   Средний химический состав урожая сельскохозяйственных культур, % ( по Б. П. Плешкову)

Вид и характер использования продукции определяют ценность отдельных органических соединений в ее составе. В зерновых культурах основные вещества, определяющие их качество, — белки и крахмал. Более  высоким содержанием белка у зерновых культур отличается пшеница, а крахмала – пивоваренный ячмень. Накопление  белка  в зерне  ячменя, используемого  для  пивоваренного  производства, должно быть  регламентировано  (11 — 11,5 %), поскольку его повышенное содержание  ухудшает качество сырья. Качество клубней картофеля оценивается по содержанию крахмала, сахарной свеклы — сахара. Лен возделывают для получения волокна, состоящего из клетчатки, масличные культуры  (рапс, подсолнечник и др.) — масла. Качество продукции зависит  также от содержания витаминов, алкалоидов, органических кислот и пектиновых веществ, эфирных и горчичных масел.

Накопление отдельных групп органических соединений может изменяться в зависимости от условий выращивания сельскохозяйственных культур, видовых и сортовых особенностей растений, применения удобрений. Создавая соответствующие условия питания с помощью удобрений, можно повысить урожайность и улучшить качество наиболее ценной части урожая. Усиление  азотного питания позволяет увеличить содержание белка в растениях, а повышение фосфорно-калийного питания обеспечивает большее накопление углеводов — крахмала  в клубнях картофеля, сахара – в  корнеплодах сахарной свеклы.

В растениях обнаружено более 70 элементов. В среднем сухое вещество растений содержит 45% углерода, 42 % кислорода, 6,5 % водорода, на азот  и зольные элементы приходится 6,5%.

При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно  многочисленные зольные элементы, на которые приходится в среднем около 5% массы сухого вещества.

Азот и такие зольные элементы, как фосфор, калий, сера, кальций, магний, натрий, хлор и железо содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.

Содержание других необходимых для растений элементов — бора, меди, цинка, марганца, молибдена, ванадия и кобальта в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента, и они относятся к микроэлементам.

В настоящее время 20 элементов (N, P, K, C,H, Ca, Mg, O, S, Mo, Zn, Cu, B, Mn, Co, Cl, J, Na, V, Fe) относятся к необходимым, так как растения без них не могут полностью закончить цикл развития.  Они не могут быть заменены другими элементами.

К условно необходимым относятся 12 элементов (Li, Ag, Sr, Cd, Al, Si, Ti, Pb, Cz, Se, F, Ni). В ряде опытов получены данные, что эти элементы оказывали положительное влияние на рост и развитие растений.

Потребление растениями элементов минерального питания является сложным физиологическим процессом, зависящим от биологических особенностей самого растения и условий окружающей среды. Различные направления в синтезе органических соединений в известной мере обусловливают избирательную способность растений. Из одной и той же почвы разные культуры потребляют не только неодинаковые количества химических элементов, но и в различном их соотношении между собой ( табл. 3.2).

Т а б л и ц а 3.2. Содержание питательных элементов в сельскохозяйственных культурах,  % на сухое вещество

Семена богаты азотом, а корнеплоды и клубни содержат больше калия. В зерне зерновых культур по сравнению с соломой больше содержится фосфора и магния. В соломе же больше накапливается калия и кальция. На накопление элементов минерального питания в растениях влияют концентрация питательных элементов в почве, их подвижность в связи с обеспеченностью влагой, степень кислотности, от которой зависит  как растворимость отдельных элементов, так и процесс поглощения растительной клеткой катионов и анионов, наличие в почве воздуха.

Вынос питательных элементов из почвы возрастает с увеличением урожайности. В то же время при большем уровне урожайности затраты питательных элементов на формирование единицы продукции обычно снижаются.

Т а б л и ц а 3.3. Вынос питательных элементов с 1 ц основной продукции и соответствующим количеством побочной (минеральные почвы), кг