|
|
ОглавлениеГлава 1. История развития агрохимии Глава 4. Химическая мелиорация почв Глава 5. Азотное питание и трансформация азота в почве Глава 6. Фосфорное питание растений Глава 7. Калийное питание растений Глава 8. Комплексные удобрения Глава 10. Органические удобрения Глава 11. Удобрение сельскохозяйственных культур Глава 12. Удобрение зернобобовых культур Глава 13. Физиологические основы питания и удобрения гречихи и картофеля Глава 14. Особенности питания и удобрения сахарной свеклы Глава 15. Особенности питания и удобрения масличных культур Глава 16. Питание и удобрение овощных культур Глава 18. Удобрение многолетних трав Глава 19. Удобрение плодовых и ягодных культур Глава 20. Приемы, способы и сроки внесения удобрений Глава 21. Особенности удобрения овощных культур в защищенном грунте Глава 22. Биологическое земледелие Глава 23. Определение потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях Глава 24. Агрохимия радиоактивных изотопов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 3. Почва3.1. Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобренийРастения, как известно, не нуждаются в почве. Для нормального роста и развития им необходимы лишь элементы питания (катионы и анионы). В теплицах при выращивании растений на минеральном субстрате (перлите, керамзите, стекловате др.) или гидропонике их урожайность в 8–12 раз выше, нежели в поле. Однако затраты в тепличных хозяйствах во много раз больше, чем в полевых условиях. Поэтому с точки зрения агрохимика необходимо тщательно беречь почву, как дешевый природный субстрат, от деградации и потерь элементов питания, повышать ее плодородие. В настоящее время практически во всех почвах России в процессе текущей минерализации высвобождается в 2–3 раза меньше питательных веществ, чем требуется для формирования урожаев, соответствующих биоклиматическому потенциалу зоны. Растения потребляют необходимые им элементы питания в ионной форме в виде катионов и анионов. Первичные, вторичные минералы и гумус почвы нужны, лишь как источники высвобождающихся элементов питания, но при внесении удобрений необходимость в них исчезает, т. е. растения совершенно не нуждаются в почве для питания. Рациональное использование почвенного потенциала возможно лишь на базе глубоких теоретических знаний сложных процессов взаимодействия растений, почвы и удобрений в агроценозах. Почва — самостоятельное естественно-историческое органно-минеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений необходимые условия. Плодородие почвы — совокупность свойств почвы, обеспечивающих необходимые условия для жизни растений: создает для них благоприятный водный, воздушный, тепловой режимы и прежде всего удовлетворяет потребность растений в элементах питания в течение всего периода вегетации. Без внесения удобрений питание растений зависит только от плодородия почвы. В агрономическом аспекте плодородие почвы определяется ее способностью производства растениеводческой продукции в условиях присущего ей климата и измеряется продуктивностью (урожайностью) сельскохозяйственных культур. Наиболее важным показателем плодородия почвы является уровень содержания в ней необходимых растениям элементов питания, которые могут быть использованы растениями для формирования урожая. Различают потенциальное (скрытое) и эффективное (реальное) плодородие почвы. Потенциальное плодородие почвы определяется валовым (общим) содержанием (запасом) в почве элементов питания (макро- и микроэлементов), зависящим от минералогического состава почвообразующих пород, содержания гумуса, а также от климатических условий — водного и теплового режимов. Общее содержание элементов питания в почве во много раз превышает годовую потребность культур, но не может служить надежным показателем обеспеченности ими растений, так как лишь незначительная часть общего количества элементов питания переходит в растворимые (доступные) формы и может быть использована растениями. Эффективное плодородие почвы обусловливается содержанием в ней доступных растениям элементов питания и рядом других факторов, оказывающих непосредственное влияние на состояние, рост и развитие растений. Эффективное плодородие почвы реализуется на базе потенциального плодородия и поддается регулированию с помощью агротехнических приемов. Совокупность показателей свойств почвы, характеризующих эф-фективное плодородие почвы, можно условно разделить на следующие. Агрохимические — содержание гумуса, реакция почвенной среды, емкость поглощения, состав поглощенных оснований, содержание доступных растениям подвижных форм макро- и микроэлементов в почве. Агрофизические — плотность почвы, скважность, гранулометрический и агрегатный состав, влагоемкость, мощность пахотного слоя и др. Биологические свойства почвы характеризуются видовым составом, численностью и активностью почвенной фауны и микроорганизмов, фитосанитарным состоянием почвы. Традиционно принято считать, что почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Макро- и микроэлементы находятся в основном в твердой фазе почвы (более 99%). В почвенном растворе (жидкой фазе) содержится незначительная их часть, однако потребление растениями содержащихся в почве элементов питания в значительной мере определяется количеством этих элементов в почвенном растворе и характером их взаимодействия с твердой фазой почвы. Почва состоит из первичных и вторичных минералов. Первичные минералы, содержащиеся в почве, унаследованы от земной коры в неизмененном и слабо измененном виде. Вторичные минералы являются продуктом физического, химического и биологического выветривания горных пород и минералов верхних слоев земной коры и их трансформации в процессе почвообразования. Потенциальное и эффективное плодородие почвы в значительной мере обусловливается ее минералогическим составом. 3.2. Минералогический состав почвыМинералогический состав почвы хорошо отражает ее химический состав — содержание в ней макро- и микроэлементов, но он не дает четкого представления об эффективном плодородии — количестве питательных веществ, которые могут быть использованы растениями, однако позволяет оценить потенциальное плодородие почв, которое в значительной степени предопределяет эффективное плодородие почвы, реализуемое на базе потенциального. Поэтому важно знать зависимость эффективного плодородия почв от ее минералогического состава. Труднее выветриваются упорядоченные слоистые силикаты, с меньшим разнообразием входящих в их состав ионов, легче — неупорядоченные. Практически для всех минералов характерно усиление прочности энергии связи с увеличением содержания SiO2. Минералы, содержащие Fe2+, например биотит, быстрее разрушаются, чем мусковит, так как при выветривании происходит окисление Fe2+ в Fe3+ и расшатывание решетки. Прочность минералов, как правило, значительно выше, чем горных пород. Алюминий, имея несколько больший размер, чем кремний, может координировать вокруг себя четыре иона кислорода, входя в состав тетраэдров, или шесть ионов кислорода или гидроксидных групп. С шестью окружающими его ионами кислорода или гидроксидов алюминий образует элементарную ячейку в виде октаэдра, конфигурацию которого можно представить как две четырехугольные пирамиды, расположенные основанием друг к другу. Замещаться могут лишь катионы, близкие по размеру и с одинаковой координационной валентностью. Ион Аl3+, например, незначительно превосходит по размеру ион Si4+, поэтому только он способен замещать кремний в тетраэдрах. В сетке октаэдров может происходить аналогичное замещение Аl3+ на ионы Mg2+, Fe2+ или другие близкие по размеру катионы (Zn2+, Li+, Cr3+). Избыток отрицательных зарядов, образующихся при замещении в тетраэдрах четырехвалентного кремния Si4+ на трехвалентный алюминий Аl3+ или при замещении в октаэдрах алюминия на двухвалентный металл (Mg2+, Fe2+), уравновешивается ионами К+, Na+, Li+, Mg2+, Fe2+, Ca2+, размер которых позволяет им встраиваться в кристаллическую решетку, не разрушая ее, а также располагаться на поверхности пакетов обменными катионами, составляя часть ЕКО. 3.3. Первичные минералыК первичным минералам относятся магматические минералы и породы: кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, слюды и др. Кварц. Из всех известных минералов кварц (SiO2) имеет самую прочную каркасную трехмерную структуру, состоящую из кремнекислородных тетраэдров. Он является основной составной частью песка и крупной пыли в большинстве почв. Преобладание кварца среди почвенных минералов связано с большой его устойчивостью к выветриванию, обусловленной высокой энергией связи — Si-O (380 кДж/Моль), которая значительно превосходит энергию связи других минеральных соединений. Например, энергия связи Si-Si составляет 180 кДж/Моль. Полевые шпаты. Наиболее распространенные алюмосиликатные минералы. Они составляют примерно 30–50% первичных почвообразующих пород. Полевые шпаты имеют трехмерное каркасное строение. Несмотря на большое разнообразие полевых шпатов, все они образованы кремнекислородными (примерно 3/4) и алюмокислородными (1/4) тетраэдрами, связанными общими атомами кислорода. Во всех минералах этого класса количество отрицательных зарядов кислорода в тетраэдрах преобладает над положительными. Отрицательные не скомпенсированные заряды кислорода в тетраэдрах, образующиеся при замещении Si4+ на Al3+, сбалансированы преимущественно К+, Na+ или Са2+. Катионы магния (Mg2+) в полевых шпатах не присутствуют, так как он имеет значительно меньший размер иона (0,78 А°), нежели К+, Na+ и Са2+, что не позволяет ему образовывать устойчивые структуры минералов. Среди минералов, входящих в состав полевых шпатов, наиболее распространены калиевые (КAlSi3O8 — микроклин и ортоклаз, orthos — прямой, klasis — преломление), натриевые (NaAlSi3O8 — альбит, от лат. albus — белый), калиевонатриевые (К, NaAlSi3O8 — нефелин (от греч. nefele — небесный) и кальциевые полевые шпаты (CaAl2Si2О8 — анортит; косопреломляющий, от греч. an — не, без и orthos — прямой). Содержание калия в ортоклазе и микроклине — около 14% или 16,8% К2О. Кальциево-натриевые полевые шпаты, состоящие из альбита и анортита, образуют широкий изоморфный ряд пород, в котором группа атомов (Si, Na) постепенно замещается группой (А1, Са), и называются плагиоклазами от греч. plagios — косой, наклонный и klasis — преломление (олигоклаз, андезит, лабрадор, битовнит, и др.). Плагиоклазы различаются в основном по соотношению в них альбита и анортита. Они встречаются в большинстве вулканических и метаморфических пород. Осадочные породы и почвы содержат унаследованные плагиоклазы. Слюды — трехслойные алюмосиликаты (2:1), у которых слои кремнекислородных тетраэдров расположены с каждой стороны слоя алюмокислородных октаэдров, образуя, таким образом, трехслойный пакет. Кислород вершин тетраэдров кремния внутри пакета является общим для прилегающих тетраэдров или октаэдров, а избыток отрицательных зарядов обычно уравновешивается ионами К+, Na+, Mg2+, Са2+ и Fe2+, которые объемно размещаются в кристаллической решетке. Связь между отдельными (соседними) пакетами слюд обуславливается в основном довольно слабыми вандерваальсовыми силами. Поэтому слюды легко расслаиваются и легко подвержены физическому и химическому выветриванию. Наиболее распространенными представителями слюд являются мусковит — KAl2[AlSi3O10](ОН, F)2 (от Verre de Moscovie — московское стекло) листовая алюмокалиевая белая слюда; биотит — K(Fe2+, Mg2+)3 [Al Si3O10](OH)2 (в честь Ж. Био) железомагнезиальная черная слюда и флогопит — K(Mg)3[Al Si3O10](OH)2 (от греч. fhlogopos — огнеподобный) магнезиальная слюда. Содержание калия в указанных выше слюдах составляет соответственно 9,8, 8,7 и 9,4%. Биотит и флогопит, имея более напряженную кристаллическую решетку вследствие изоморфного замещения в октаэдрах Al3+ на Fe2+, Mg2+, легче, чем мусковит, выветривается, поэтому реже встречается в почвах. Основными продуктами выветривания слюд являются монтмориллонит, кремневая кислота и полуторные оксиды железа и алюминия. 2KAl2 [AlSi3O10](ОН)2 + 10Н2О + 2СО2 → Al2 Si4O10(ОН)2 + 4Al(ОН)3 + + НСО3 + 2Н4SiО4 монтмориллонит. 3.4. Вторичные минералыВторичные глинистые минералы образуются из первичных (полевых шпатов, слюд и др.) в результате выветривания, протекающего в неперемешиваемой среде — почвообразующих породах, что ограничивает приток «строительного материала» — кремневой кислоты и алюминия для роста кристаллов, поэтому по условиям образования они в принципе не могут быть крупнокристаллическими. В отличие от первичных минералов, присутствующих в почве в виде песчаных частиц и крупной пыли, значительная часть вторичных минералов почвы представлена тонкодисперсными кристаллическими и аморфными минералами. Диаметр частиц вторичных минералов обычно менее 0,002 мм. Они образуют в основном глинистую, илистую, предколлоидную и коллоидную фракции почвы, что определяет величину их удельной поверхности и химическую и адсорбционную активность поверхности. С точки зрения питания растений и применения удобрений структура и химический состав поверхности почвенных минералов имеет важное значение, так как доступность многих элементов питания растениям зависит от характера их химической адсорбции и скорости десорбции. Глинистые минералы по своему строению и свойствам подразделяются на три группы: каолиниты, монтмориллониты (смектиты) и гидрослюды (иллиты). Кристаллическая решетка глинистых минералов состоит из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксидных октаэдров. Каолинит (Al2Si2O5(OH)4) глинистый минерал типа 1:1 (от кит. kаоling — высокая гора: kао — высокий, повышенный; ling — гора, холм), алюмосиликат, кристаллическая решетка которого образована пакетами состоящими из двух слоев, один слой (сетка) из кремекислородных тетраэдров, другой — из алюмогидроксидных октаэдров, связанных между собой общим кислородом (рис. 3.1). |
||||||||||||||||||||||
