Погода в Санкт-Петербурге | Pogoda78.ru
Элементы питания почв
Содержание калия в почве
Калий содержится в почвах главным образом в алюмосиликатах. В пахотном слое дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных почв находится 0,6—1,5% валового калия, в глинистых — 1,5—2,5%. В серых лесных и черноземных почвах количество валового калия достигает 1—3%, в каштановых и бурых почвах — 1—2%.
В почвах различают три формы соединений калия — водорастворимый, обменный и необменный, входящий в состав силикатов.
Растения могут усваивать не только водорастворимый и обменный калий, но частично и необменный (на тяжелых почвах в большей степени, чем на легких). Запасы подвижного калия пополняются в результате выветривания минералов. С другой стороны, обменный калий в почве может переходить в необменные формы.
Подвижный калий. Агрохимическое обследование почв нашей страны показало, что они довольно хорошо обеспечены подвижным калием. Около 67% пахотных почв характеризуется повышенным, высоким и очень высоким его содержанием и лишь 10,8% очень низким и низким. Почвы отдельных природно-экономических районов значительно различаются по количеству подвижного калия. Однако в целом почвы всех районов более обеспечены калием, чем фосфором. Особенно бедны обменным калием легкие подзолистые и торфяные почвы.
В лесной подзолистой зоне преобладают пахотные почвы с низким и средним содержанием обменного калия и только 3% — с очень низким. Свыше 30% почв имеет повышенное, высокое и очень высокое его содержание.
Наименее обеспечены обменным калием почвы Центрального района Нечерноземной зоны, где почти 32% земель с низким и 5% — с очень низким его содержанием.
Наибольшее количество обменного калия находится в пахотных почвах Уральского района, здесь 60% земель имеют повышенное, высокое и очень высокое его содержание. Правда, этот район не полностью входит в зону подзолистых почв.
Закономерности размещения почв с различным содержанием калия еще недостаточно ясны. По-видимому, здесь большую роль играют провинциальные литологические особенности почвообразующих пород. Определенное значение имеют и различия в механическом составе почв. Влияние окультуренности почв на содержание калия сказывается слабее, чем на содержание фосфора. Иногда более окультуренные почвы с повышенным количеством фосфора содержат даже меньше калия, чем менее окультуренные.
Для правильного суждения об обеспеченности почв подвижным калием и его доступности растениям необходимо знать не только его содержание, но и степень подвижности. При одном и том же количестве обменного калия степень его подвижности в легких почвах выше, чем в тяжелых.
Источником накопления обменного калия по мере его использования служит необменный калий. В легких дерново-подзолистых почвах значительно меньше необменного калия по сравнению с тяжелыми. Наибольшим его количеством обладают пойменные почвы.
Черноземные почвы Центрально-Черноземной зоны лучше обеспечены подвижным калием, чем почвы подзолистой зоны. Особенно много его в черноземах Западно-Сибирского района (56% земель с очень высоким содержанием). Количество обменного калия здесь увеличивается от лесостепи к сухим степям, достигая наибольшей величины в южных черноземах.
Почти во всех каштановых почвах, за исключением супесчаных и песчаных разновидностей, отмечено значительное количество подвижного калия. Особенно богаты им почвы Прикаспийской низменности.
Достаточно обеспечены подвижным калием почвы Восточной Сибири и Дальнего Востока, где размещено свыше 60% пахотных земель с повышенным, высоким и очень высоким его содержанием.
50.Содержание и формы калия в почве и его доступность растениям.
В разных почвах количество калия колеблется от 0, 5 до 3% и зависит от их гранулометрического состава. В глинистой фракции почвы калия содержится больше всего, и поэтому тяжелые суглинистые и глинистые почвы богаче калием, чем песчаные и супесчаные.
Соединения калия по степени подвижности и доступности для растений можно разделить на следующие группы:
1. Калий, входящий в состав прочных алюмосиликатных минералов, главным образом полевых шпатов (ортоклаза) и слюд (мусковита, биотита).
Калий полевых шпатов для растений малодоступен. Но под влиянием воды, изменений температуры среды и деятельности почвенных микроорганизмов происходит постепенное разложение этих минералов с образованием растворимых солей калия.
2. Калий обменный, поглощенный почвенными коллоидами, составляет 1, 5% общего содержания этого элемента в почве. Ему принадлежит основная роль в питании растений. Хорошая доступность для растений обменного калия обусловлена его способностью при обмене с другими катионами легко переходить в раствор, из которого он усваивается растениями. При усвоении растениями калия из раствора новые порции его переходят из поглощенного состояния в почвенный раствор. По мере использования обменного калия этот процесс замедляется, а остающийся калий все прочнее удерживается в поглощенном состоянии.
Содержание обменного калия может служить показателем степени обеспеченности почвы усваиваемым калием. Типичные черноземы и сероземы богаче обменным калием, чем дерново-подзолистые почвы, особенно песчаные и супесчаные.
3. Водорастворимый калий представлен разными солями, растворенными в почвенной влаге (фосфаты, нитраты, сульфаты, хлориды, карбонаты калия), которые непосредственно усваиваются растениями. Содержание его в почве незначительно, так как из раствора калий сразу переходит в поглощенное состояние и потребляется растениями.
Водорастворимый калий в некоторых почвах может поглощаться в необменной форме, в результате снижается его доступность для растений. Необменная фиксация калия сильно выражена в черноземах и сероземах, особенно при их попеременном увлажнении и высушивании.
51. Калийные агроруды (сильвинит, карналлит, каинит, шенит, лангбейнит, полигалит) их состав,св-ва, применение.
Сильвинит – KCl*NaCl. Сод-ит 12-15% К2О и 35-40% Na2O. Вып-ся в грубом размоле(р-р кристаллов 1-5 мм и более). Представляет смесь кр.кристаллов белого, розового,бурого и синего цветов. Обл-ет незначительной гигроскопичностью, но при хранении во вл.помещении отсыревает, а при подсушивании слеживается. Отношение Na:K = 2,5:1. Это полезно для свеклы, кормовых и столовых корнеплодов,нек.др.овощ.культур. Целесообразно применять только в кач-веосн.уд-ния и вносить с осени под зяблевую вспашку. При этом значительная часть хлора вымывается в нижние слои почвы, а калий поглощается почвой.
Карналлит - (КCl*MgCl2*6H2O с примесью NaCl). Это измельченная руда, содержит 12—13 % К2O, очень гигроскопичен, сильно слеживается; в качестве удобрения (ввиду малотранспортабельности) в настоящее время практически не применяется. Является сырьем для производства магния. Отход его — электролит (КCl) — ценное удобрение.
Каинит –KCl*MgSO4*3H2O с примесью NaCl. Это крупные кристаллы розовато-бурого цвет, влажность не более 5%. Сод-ниеK2O – 10%, не слеживается, перевозится навалом.получается путем размола каинитовой или каинито-лангбейнитовой породы. Применяется каинит в качестве основного удобрения. Внесение каинита под корнеплоды, капусту, сахарную свеклу, клевер и другие культуры дает хорошие результаты, особенно на легких почвах
Калимагнезия (шенит) –K2SO4*MgSO4*6H2O. Ценное КУ, получ.при переработке K2SO4. Практически не содержит в своем составе хлора, но дополнительно имеет 2 необх.пит.эл-та – магний и серу. Хорошо растворяется в воде. Сод-ние калия 24-28%.
52-54.Классификация калийных удобрений, их состав, св-ва.
В ассортименте выпускаемых калийных удобрений преобладают высококонцентрированные формы – хлористый калий и 40%-ная калийная соль. Сульфат калия производится в ограниченных количествах. Также выпускаются магнийсодержащие калийные удобрения – калимагнезия и хлоркалий-электролит. Часть калия будет входить в состав комплексных удобрений. В сельском хозяйстве в качестве калийных удобрений используют сырые калийные соли, цементную пыль.
Сырые калийные соли получают путем размола природных калийных солей. Для них характерно низкое содержание калия и большое количество примесей, что, в свою очередь, увеличивает расходы на транспортировку и внесение этих удобрений.
Из сырых калийных солей наиболее распространены сильвинит и каинит. Они содержат большое количество хлора, что также ограничивает их применение.
Промышленные калийные удобрения
Из промышленных калийных удобрений можно выделить следующие: хлористый калий, сульфат калия, калимагнезия, хлоркалий-электролит.
Хлористый калий. Содержит от 54 до 62,5 % калия. Мелкокристаллический порошок белого или розового цвета, при хранении сильно слеживается, поэтому применяется грануляция продукта, улучшающая физические свойства удобрения. Хлористый калий — основное калийное удобрение, применяемое под все культуры и на любых почвах. Получают путем разделения кальция хлора и натрия, что основано на различной их растворимости с повышением температуры. Этот метод называется методом перекристаллизации. Грануляция продукта улучшает физические свойства удобрения. Содержит он в 5 раз меньше хлора, чем сильвинит. Применяется под все культуры и на любых почвах.
40%-я калийная соль. Получают механическим смешиванием хлористого калия с тонкоразмолотым сильвинитом или каинитом. По составу и свойствам занимает промежуточное положение между КСl и сильвинитом. Для культур, чувствительных к хлору (картофель), калийная соль малопригодна. Вносится она в качестве основного удобрения с глубокой заделкой под плуг, лучше осенью под зябь. По своим свойствам и составу занимает промежуточное положение между хлористым калием и сильвинитом. Калийная соль наиболее эффективна для сахарной свеклы и кормовых корнеплодов. Для культур, которые чувствительны к избытку хлора, она менее пригодна, чем хлористый калий. Используют калийную соль в качестве основного удобрения с глубокой запашкой под плуг, лучше с осени под зябь.
Сульфат калия представляет собой кристаллическую соль сероватого цвета, которая растворима в воде. Он обладает хорошими физическими свойствами, негигроскопичен, не слеживается. Применять сульфат калия можно на любых почвах и под все культуры, но особенно его рекомендуется использовать под культуры, которые особенно чувствительны к хлору. К таким культурам относятся виноград, цитрусовые, лен, табак, картофель.
Калимагнезию получают в небольших количествах из природных сульфатных калийных солей путем их перекристаллизации. Калимагнезия является хорошим удобрением для культур, которые чувствительны к хлору и потребляют вместе с калием много магния. К таким культурам относятся лен, картофель, клевер.
Калийные удобрения хорошо растворимы в воде, при внесении в почву они быстро растворяются и вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом.
На почвах тяжелого и среднего гранулометрического состава калийные удобрения нужно вносить с осени под зяблевую обработку. Размещаются они во влажном слое почвы, где развивается основная масса деятельных корней, и поэтому калий лучше усваивается растениями. На легких почвах, где возможно вымывание калия, удобрения целесообразно вносить весной под культиватор.
Калийные удобрения являются физиологически кислыми солями, но кислотность у них меньше, и проявляется она в более заметных размерах только при длительном применении этих удобрений под культуры, которые потребляют много калия. В резкой форме подкисление наблюдается при систематическом внесении больших доз калийных удобрений. Чтобы предотвратить отрицательное воздействие калийных удобрений необходимо проводить известкование почвы и вносить содержащие кальций азотные и фосфорные удобрения.
Роль калия в минеральном питании растений
Калий представлен в природе тремя изотопами, из которых К39 составляет 93,31% , К40 - 0,01% , К41 - 6,68%. В свободном состоянии он не встречается в связи с большой химической активностью. Калий является сильным восстановителем. Он легко отдает свой внешний электрон и переходит при этом в одновалентный катион.
В почве находится в форме водно-растворимых солей, обменного и необменного калия, силикатов и алюмосиликатов. До 98% калия, находящегося в почве, недоступно растениям. Наиболее доступный и важный для растения - обменный калий. Растения поглощают калий из почвы.
Внутри растительной клетки калий распределен неравномерно.
Его не обнаружили в ядре и хлоропластах. Особенно много калия у молодых растений, т.е. в период, когда у растений идет интенсивное деление клеток и синтезируются органические вещества. Максимум калия у большинства растений отмечен к моменту цветения; особенно это характерно для злаков.
Физиологическая роль калия еще не достаточно ясна. Однако имеющийся экспериментальный материал позволяет сделать некоторые заключения о роли калия в растительных организмах. Важное значение имеет более или менее устойчивое соотношение концентраций ионов калия, натрия и кальция в организме. Калий, легко проникая внутрь клетки, увеличивает проницаемость клеточных мембран для различных веществ, чем оказывает значительное влияние на обмен веществ в самых разнообразных направлениях.
Процесс усвоения калия растениями из водных растворов зависит от состава анионов и катионов, входящих в питательную смесь в последнее время получены доказательства того, что анионы по степени своего влияния на интенсивность поглощения калия располагаются в следующий ряд:
HCO3 > CI > H2PO4 > NO3 > SO4
Катионы вступают в антагонистические взаимоотношения с калием, что сказывается определенным образом на процессе его поглощения. По степени проявления антагонизма катионы составляют следующий ряд:
Ca2+ > NH4+ > Na+ > Mg2+
Изучение взаимоотношений калия с другими ионами продолжается в связи с наличием многих противоречий по этому вопросу.
Процесс усвоения калия зависит от рН среды. Наиболее благоприятными являются слабо кислая или нейтральная реакция. При сдвиге рН в сильно кислую или щелочную сторону поглощение калия сильно тормозится ( Удовенко, Иванов, Ложкина, Урбанович, 1964 ).
В естественных условиях растения используют водно-растворимый калий, содержание которого в почвенном растворе пополняется за счет резервов почвенного поглощающего комплекса. Такой процесс идет на протяжении всей жизни растения ( Чириков, 1951 ).
Взаимосвязь растения с источниками калия в почве можно выразить схемой, приведены ниже.
калий почвы воднорастворимый
калий почвенного поглощающего комплекса,
выделенный в раствор
- ( Сa2+ , Mg2+ , Na+ , H+ )
- б) значение калия в жизни растения
При недостатке калия в питательной среде у растений наблюдаются признаки калийного голодания. Наблюдается краевой запал листьев. У некоторых растений развивается хлороз, а у картофеля на листьях появляется бронзовый оттенок. Признаки голодания раньше проявляются у старых листьев, а потом и у более молодых. По-видимому, молодые листья могут некоторое время использовать запасы калия, накопленные в старых листьях, что свидетельствует о возможности повторного использования этого элемента. Семена, образовавшиеся у растений в условиях калийного голодания, нередко теряют всхожесть. Сильно снижается также устойчивость растений к различным заболеваниям и неблагоприятным климатическим условиям ( Баранов и Кореньков, 1956 г ).
в) физиологическая роль калия в растениях
Физиологическая роль калия в растениях изучена недостаточно и многие аспекты влияния калия на процессы, протекающие в растительном организме, остаются неясными. Можно и сейчас считать в основном правильной оценку положения, данную М. А. Егоровым еще в 1923 г.: “Не только исчерпывающего, но и сколько-нибудь полного выяснения значения калия в жизни растения мы до сих пор не имеем”. Накопленный к настоящему времени материал по этому вопросу позволяет сформулировать современные представления о
физиологической роли калия в виде следующих положений.
1. Большое влияние оказывает калий на углеводный обмен растений. Наличие калия положительно сказывается уже на процессе образования углеводов при фотосинтезе, а также на процессах преобразования и передвижения углеводов в растении, что можно объяснить влиянием калия на активность ферментов амилазы и инвертазы, деятельность которых в условиях калийной недостаточности сильно тормозится.
2. Калий оказывает глубокое влияние на протоплазму клетки. При его наличии увеличивается гидратация коллоидов протоплазмы, в связи с чем снижается ее вязкость, а водоудерживающие силы возрастают, о чем можно судить по значительному увеличению количества связанной воды.
3. Обеспеченность растений калием положительно влияет на синтез растениями витаминов (в частности, тиамина), что, по-видимому, тоже связано с благоприятным ходом синтеза углеводов.
4. Большой интерес для практики представляет отмеченное многими исследователями положительное влияние калия на структуру урожая, так как эти показатели являются решающими в создании урожая.
5. При наличии калия повышается устойчивость растений к низким температурам, засухоустойчивость, а также устойчивость против различных заболеваний. Установлено в условиях эксперимента, что при недостатке калия снижается тургорное давление растений, особенно в сухую жаркую погоду, а транспирация сильно возрастает. Эти явления в естественных условиях, когда калий постоянно находится в некотором количестве в почве, выражены не очень сильно (Рогалев, 1958) .
6. Бесспорно, влияние калия на процесс дыхания, однако данные, по этому вопросу противоречивы. Имеются наблюдения, согласно которым при калийной недостаточности у растений усиливается процесс дыхания, а при увеличении содержания калия интенсивность дыхания снижается (Туркова, 1950). В противоположность этому имеются данные о снижении интенсивности дыхания в разных органов фасоли и кукурузы при отсутствии калия в питательной среде (Удовенко к Урбанович, 1964). Более вероятной представляется вторая точка зрения. Она обосновывается данными о том, что недостаток калия приводит к подавлению синтеза сахарозы и вызывает торможение, некоторых звеньев окислительных процессов (гликолиза и цикла Кребса) прежде всего в связи с нарушением процессов метаболизации фосфата и образования фосфатных макроэргов ( Выскребенцева, 1963 ). Схема участия калия в реакциях гликолиза и цикла Кребса предложенная И. Выскребенцевой, имеет следующий вид.
На том основании, что калий участвует в реакциях, привходящих к образованию ацетил-КоА, а значит – непосредственно связан с циклом Кребса, дано объяснение уменьшению количеств яблочной, а-кетоглутаровой и янтарной кислот в растениях при недостатке калия и дальше, логично тем отклонениям, которые имеются в этих же условиях в азотистом обмене, в частности в процессах образования аминокислот.
Нарушение дыхания непосредственно связано с нарушениями фосфорного обмена. При недостатке калия в растениях уменьшается содержание фосфора в нуклеотидах и увеличиваются стабильные, трудно гидролизуемые и бедные энергией соединения фосфора. По-видимому, в этих условиях затрудняется процесс ресинтеза макроэргических фосфорных соединений, а главное – нарушается процесс крайне важного для энергетического обмена растений окислителъного фосфорилирования. Есть указание на связь калия с процессами окислительного фосфорилирования в митохондриях. При недостатке калия снижается коэффициент фосфорилированмй (Р/О), что дает основание предполагать, что в этих условиях нарушается содержание сопряженность окисления и фосфорилирования. Механизм подобного влияния калия пока не ясен ( Выскребенцева, 1963). В отсутствии калия в растении замедляются
процессы этерификации поглощенного фосфора, в связи с чем снижается содержание макроэргических нуклеотидов и тем самым ограничивается синтез других фосфорорганических соединений.
7. Калий в числе многих других катионов активирует ряд ферментов. Уже указывалось на активацию амилазы и инвертазы. В последние годы получены данные об активации фосфотрансацетилазы, ацетил-КоА-синтетазы ( совместно с Mg++ , NH+4 или Rb+), пируватфосфокиназы, аденозинтрифосфатазы, кетогексокиназы и, возможно, других.
8. Калий тесно связан с белковым и аминокислотным обменом. При инфильтрации калия в листьях яблони наблюдалось усиление синтеза белка (Сисакян и Рубин, 1939). Такая же закономерность отмечена и в опытах с другими растениями. При недостатке калия значительно замедляется синтез белка, а аммиачный азот не включается в метаболизм, что приводит к снижению синтеза аминокислот. В этих условиях интенсивность обновления белка также снижается. Накопление аммиака в растениях при недостатке калия так велико, что обнаруживается токсический эффект, а в некоторых случаях и гибель растений от аммиачного отравления. Глубина действия на растения недостатка калия зависит от источника азота. Особенно отрицательное действие вызывается недостатком калия в том случае, когда азот растение получает только в аммиачной форме (NН4)2SO4 (Турчин, 1964).
Чувствительность различных растений к калийным удобрениям неодинакова. Особенно отзывчивы овощи, картофель, сахарная, столовая и кормовая свекла, гречиха, табак, махорка, бобовые, зерновые, чай, хлопчатник.
Разностороннее влияние калия на растение, на его продуктивность и в конечном счете на урожай, а также недостаточная изученность роли этого катиона в процессах жизнедеятельности организмов делают неотложной задачу всестороннего изучения роли калия в жизни растений и связей его с другими необходимыми элементами минерального питания.
Расчеты действия удобрений на содержание кальция в почве
В процессе роста растения используют углекислоту воздуха, солнечное тепло и почвенную влагу для построения углеводов. Углеводы служат источником энергии или превращаются в крахмал, жиры и белки, которые являются составной частью растения. В ходе этого процесса в воздух выделяется кислород. При построении белков к углеводам присоединяются азот, фосфор и сера. В состав клеточных стенок растения входит кальций. Зеленое вещество листьев содержит магний, фосфор, азот и другие элементы. Калий и натрий встречаются во всех органах растения, но роль их еще не вполне выяснена.
Кроме перечисленных выше, в состав растения входят небольшие количества других встречающихся в почве элементов; наиболее важными из них являются: железо, алюминий, медь, цинк, бор, кремний, сера и марганец. Растения берут из почвы простые элементы и используют их для построения сложных растительных веществ.
Когда в почву вносят растительные вещества или органические удобрения, они подвергаются разложению. Разложение растений - процесс, обратный росту растения. Вообще в процессе разложения органического вещества образуются те же самые конечные продукты, как и при его горении. При разложении происходит присоединение кислорода, выделение тепла, образование углекислоты - и все элементы, взятые растением из почвы, снова возвращаются в нее. В почву возвращаются азот, фосфор, калий, сера, железо, алюминий, кремний, кальций, магний, марганец, цинк, бор, медь и прочие элементы. Азот является самым важным элементом, возвращающимся в почву при разложении органического вещества, так как он стоит дорого и в почве ощущается его недостаток. При разложении растительного вещества азот выделяется в форме аммиака.
Аммиачный азот поглощается иловатыми частицами и в таком виде с трудом вымывается из почвы. Растения способны усваивать аммиачный азот без предварительного превращения его в другие формы. Злаковые травы и всходы растений, особенно хлопчатника и кукурузы, предпочитают аммиачный азот. В плодородной почве азот недолго остается в аммиачной форме и быстро превращается в нитраты. Вначале аммиак переходит в почвенный раствор и, присоединив воду, превращается в гидроокись аммония; последний реагирует с углекислотой и дает углекислый аммоний, выделив при этом часть поглощенной ранее воды. В почве имеются бактерии, использующие углекислый аммоний как источник энергии; процесс этот происходит с поглощением кислорода и выделением воды и приводит к образованию нитритного азота; затем другие бактерии используют нитритный азот для получения энергии, что также происходит с присоединением кислорода, и в результате образуется нитратный азот.
В плодородных почвах процессы разложения протекают значительно быстрее, чем в неплодородных, и поэтому в плодородных почвах аммиачный азот значительно быстрее переходит в нитратную форму. Весной большая часть аммиачного азота превращается в нитраты в течение 30-60 дней. Многие малоплодородные почвы имеют низкое содержание кальция и фосфора, вследствие чего разложение внесенного в такие почвы зеленого удобрения протекает настолько медленно, что удобренная им культура не может использовать его с максимальной полнотой.
Нитратный азот может вступать в реакцию с основаниями, поглощенными иловатыми частицами, и дает с ними азотнокислые соли кальция, магния, натрия, калия и др. Место кальция, магния или калия, извлеченных из иловатых частиц нитратным азотом, занимает водород, что приводит к подкислению глины. Нитраты остаются в почвенном растворе до тех пор, пока они не будут использованы растениями или вымыты из почвы дренажными водами. Вместе с нитратами из почвы вымываются также и связанные с ними калий, натрий и кальций.
Вследствие вымывания нитратного азота в районах влажного климата для получения хороших урожаев приходится запахивать в почву бобовые растения или вносить минеральные азотные удобрения.
Потери оснований, вымываемых из почвы вместе с нитратным азотом, приводят к низкому содержанию кальция и других оснований во влажных почвах, удобренных сидератами или минеральным азотом. В почвах с высоким содержанием кальция вместе с килограммом вымытого азота вымывается из почвы 3,57 кг кальция. Нитратный азот уносит из почвы не только кальций; потери кальция приводятся лишь как иллюстрация создающихся в почве условий. Потери магния в виде азотнокислого магния значительны, но так как почвы обычно содержат гораздо больше кальция, чем магния, то кальция с нитратным азотом вымывается больше, чем магния. При запашке зеленого удобрения или внесении минеральных удобрений в почвы с высоким содержанием кальция и магния потери калия в виде азотнокислого калия бывают относительно невелики, но на почвах с низким содержанием кальция и магния потери калия резко возрастают.
Азот мочевины может быть использован растениями только после превращения его в аммиачную форму. Почвенные бактерии переводят азот мочевины в аммиачную форму, используя выделяющуюся при этом энергию для своей жизнедеятельности. Аммиак поглощается иловатыми частицами. Аммиачный азот может усваиваться растениями как таковой или может превратиться в нитратный, который вступает в реакцию с поглощенными основаниями и образует азотнокислые соли натрия, кальция, магния, калия и кислую глину.
Цианамид, присоединив воду, превращается в мочевину, которая затем проходит все этапы превращения, описанные выше.
Сульфат аммония реагирует с кальцием, поглощенным иловатыми частицами, что приводит к поглощению аммиака и образованию сульфата кальция. Небольшое количество аммиака переходит в почвенный раствор, в результате чего образуются кислые почвенные коллоиды и водный раствор аммиака (гидроокись аммония), превращающийся затем в углекислый аммоний, из которого растения могут получить аммиачный азот. В плодородной почве углекислый аммоний обычно быстро превращается в нитраты; последние вступают в реакцию с поглощенным кальцием и образуют азотнокислый кальций и подкисляют почвенные коллоиды.
Влияние калийных удобрений и микроудобрений на качество картофеля
Калий положительно влияет на урожай и качество картофеля. Он необходим для образования клубней и лучшего передвижения крахмала из листьев в растущие клубни. В ботве картофеля калия содержится больше, чем в клубнях. Этот калий придает растению устойчивость к заморозкам.
Обычно надземная часть (стебель и лист) погибает при осенних заморозках -1. -30C. Во многих картофелеводческих районах после первого заморозка довольно продолжительное время стоит теплая погода. Поэтому предотвращение полной или частичной гибели ботвы картофеля от первых заморозков путем внесения калийных удобрений имеет большое значение в повышении урожайности и улучшении качества клубней. При добавлении к азотно-фосфорному фону калийного удобрения гибель ботвы составила только 12%. Устойчивость картофельной ботвы к заморозкам повышается по мере увеличения доз калийного удобрения.
При недостатке в почве калия листья картофеля приобретают темно-зеленую окраску, скручиваются, засыхают и преждевременно опадают. Один из характерных признаков калийного голодания растений - появление на листьях бронзовых пятен, что часто наблюдается у картофеля, выращиваемого на песчаных и особенно на торфяных и пойменных землях, бедных подвижным калием. Известкование таких почв еще в большей мере усиливает калийное голодание растений, так как кальций известкового удобрения является антагонистом калия и уменьшает его поступление в растение. Поэтому применение калийных удобрений для предотвращения признаков бронзовости листьев картофеля имеет решающее значение.
Калий положительно влияет на относительную устойчивость картофеля к ряду болезней, среди которых одной из наиболее распространенных является кольцевая гниль. При массовом повреждении растений она резко снижает урожаи и качество клубней. Развитие бактерий кольцевой гнили происходит более интенсивно в среде, богатой глюкозой. Калий, в противоположность азоту и фосфору, ограничивает скорость накопления глюкозы в листьях, стеблях и клубнях картофеля. Поэтому удобрение почвы этим элементом повышает устойчивость клубней против кольцевой гнили.
Калийные удобрения предотвращают также заболеваемость картофеля грибной болезнью - макроспориумом, которая выражается в появлении на листьях сухих буроватых пятен. При сильном развитии болезни пятна охватывают все доли листа, в результате чего листья преждевременно засыхают, что приводит к снижению урожайности и ухудшению качества клубней.
Калий помогает и в борьбе с фитофторозом картофеля, особенно эффективно это происходит при совместном внесении под картофель медных, борных, молибденовых и кобальтовых удобрений.
Действие калийных удобрений на крахмалистость клубней зависит от доз и форм применяемых удобрений. Хлорсодержащие калийные удобрения снижают крахмалистость клубней. Отмечено снижение крахмалистости клубней при внесении 40%-ной калийной соли как на фоне NP, так и совместно с 3 кг/м2 навоза. Крахмалистость клубней при внесении возрастающих доз хлорсодержащих калийных удобрений (до 12 г К2О на 1 м2) снижалась как на навозном, так и на безнавозном фоне примерно одинаково (с 12,9% до 11,9%).
На торфянистых почвах, слабо обеспеченных подвижным фосфором и хорошо обеспеченных обменным калием, эти удобрения не ухудшали вкусовых качеств картофеля. Они несколько снижали содержание витамина С, но не уменьшали крахмалистость клубней. Даже высокие дозы калийных удобрений (12-14 г/м2) на почвах, хорошо обеспеченных обменным калием, не снижали крахмалистости клубней, но способствовали значительному росту урожайности.
Эффективность калийных удобрений зависит от соотношения применяемых удобрений. При оптимально подобранном отношении азота к фосфору и калию крахмалистость клубней возрастает.
На дерново-подзолистых супесчаных почвах со средним содержанием подвижного фосфора и обменного калия хлористый калий уменьшал развариваемость и мучнистость картофеля и ухудшал его вкус по сравнению с шенитом и сернокислым калием. Лучшим вкусом обладали клубни, удобренные сернокислым калием, шенитом и цементной пылью. Содержание витамина С в клубнях картофеля, удобренного хлористым калием, составляло 18,4 мг%, а сернокислым калием - 20,9 мг%. Хлористый калий также оказался наименее выгодным удобрением по сравнению с сернокислым калием и поташем. Так, на азотно-фосфорном фоне содержание крахмала в клубнях картофеля было 16,7%, при внесении сернокислого калия - 17,9%, при внесении поташа - 17,9%, а при использовании хлористого калия - только 16,5%. Лучшие результаты получены при внесении калимагнезии: содержание крахмала в клубнях увеличилось до 16,5% и сбор крахмала - до 256 г/м2.
Таким образом, низкопроцентные хлорсодержащие формы калийных удобрений (каинит, сильвинит, карналит и др.) обычно ухудшают качество картофеля, снижая содержание в нем крахмала и ухудшая вкус клубней. Концентрированные формы хлорсодержащих калийных удобрений (хлористый калий и 40%-ная калийная соль) незначительно влияют на содержание крахмала в клубнях, а бесхлорные удобрения (шенит, поташ, калимагнезия, сульфат калия) существенно повышают качество урожая. Хлopcoдержащие формы калийных удобрений снижают крахмалистость клубней в связи с тем, что хлор повышает содержание воды в клубнях, усиливает ростовые процессы и задерживает развитие и созревание растений.
Наиболее хорошие результаты в повышении крахмалистости клубней получают при внесении магнийсодержащих калийных удобрений, особенно при возделывании картофеля на кислых песчаных почвах.
Влияние различных микроэлементов на качество картофеля
Итак, подведем итоги: органические и минеральные удобрения при внесении их в оптимальных дозах и правильном соотношении элементов питания увеличивают питательную ценность картофеля и не влияют отрицательно на содержание крахмала и вкусовые качества клубней.
Микроэлементы: бор, марганец, молибден, медь и другие в комплексе с высокой агротехникой повышают урожай и улучшают качество картофеля. Положительная роль макроэлементов в улучшении качества урожая связана с тем, что они важны в обмене веществ, изменяют скорость окислительно-восстановительных реакций в клетке, оказывают заметное влияние на дыхание и фотосинтез.
Способность бора повышать активность инвертазы (фермент, расщепляющий сахарозу на глюкозу и фруктозу) в листьях картофеля приводит к ускоренному накоплению углеводов в клубнях. Картофель не может нормально развиваться без бора, он подвержен при этом сильному заболеванию в виде мозаики со свёртыванием листьев. Внекорневая подкормка бором увеличивает содержание растворимых сахаров в листьях и крахмала в клубнях.
При недостатке марганца листья картофеля желтеют. Марганец способствует более экономному расходованию питательных веществ, играет большую роль в дыхании растений и в процессах фотосинтеза, что приводит к более интенсивному накоплению крахмала в клубнях.
Медь оказывает сильное влияние на рост и развитие картофеля. Некорневая подкормка медью уменьшает заболеваемость картофеля ризоктонией и фитофторозом. Она увеличивает содержание хлорофилла в листьях, крахмала, витаминов и минеральных веществ.
Кобальт, цинк и марганец повышали урожай клубней и увеличивали содержание крахмала с 17,2% до 18,5%, марганец повышал количество крахмала до 17,8%.
Бор и молибден в виде раствора борной кислоты (0,05%) и молибдена аммония (0,01%), которыми смачивали семенные клубни накануне посадки из расчета 3 л на 10 кг, а также в виде некорневых подкормок раствором борной кислоты 0,01% и молибдата аммония 0,01% (7 мл на м2) урожай и содержание крахмала повысили на 20%. Предпосевная обработка семян бором повысила содержание крахмала с 14 до 15,7%. Применение бора в виде некорневой подкормки позволило получить клубни, в которых было крахмала 19,2%. Аналогичное влияние на содержание крахмала оказывал и молибден.
Наибольшее влияние на урожай и качество клубней картофеля оказало замачивание семян в 0,1%-ном растворе сернокислого кобальта.
Таким образом, микроудобрения увеличивают урожай картофеля, повышают содержание в клубнях сухого вещества, крахмала, аскорбиновой кислоты и белка.
Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожай и качество картофеля более сильное, чем применение одних азотных, фосфорных или калийных удобрений. Преобладание фосфора или калия в ранние фазы развития растений ускоряет процессы обмена и приводит к более быстрому их старению, урожай клубней при этом несколько снижается, накапливается меньше сухого вещества, однако растения содержат значительно больше крахмала.
В случае преобладания азота на ранних фазах тормозится развитие растений, задерживается их созревание. Они развивают мощную вегетативную массу, из-за чего отток в клубни питательных веществ бывает недостаточным, что также приводит к снижению урожая, в клубнях накапливаются азотистые соединения и уменьшается их крахмалистость. Следовательно, изменяя соотношение вносимых в почву основных элементов питания, можно влиять на интенсивность и направленность обмена веществ в растениях картофеля в течение вегетации и добиваться получения высоких урожаев клубней хорошего качества.
На дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах, среднеобеспеченных доступным фосфором и калием, наиболее благоприятным соотношением питательных веществ в получении высокого урожая хорошего качества является N:P:K=1:1:1 или 1:1,5:1. Урожай картофеля при таких количествах внесенных удобрений составляет 2,38 кг/м2, а содержание крахмала в клубнях - 17,3%. Применение этих количеств минеральных удобрений на фоне 3 кг/м2 навоза также способствует получению клубней высокого качества.
Лучшие результаты по урожаю и качеству ранних сортов были достигнуты при преобладании во вносимых удобрениях азота над фосфором и калием. При внесении минеральных удобрений под скороспелые сорта картофеля азотные удобрения должны преобладать над фосфорными, а под поздние сорта необходимо больше давать фосфорных удобрений, чем азотных. В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для получения максимального урожая клубней с хорошим качеством продукции.
Под ранний картофель рекомендуется вносить повышенные дозы азотных удобрений (1:0,8:1), под среднепоздние сорта - повышенные дозы фосфорно-калийных (1:1,3:1,7), под семенной картофель дозы фосфорно-калийных удобрений ещё выше (1:1,4:2,0).
Причины потемнения мякоти картофеля
Серьезным фактором, снижающим органолептическое качество картофеля, является потемнение его мякоти. В настоящее время отечественными и зарубежными учеными установлены некоторые причины, вызывающие это явление. По данным немецких исследователей потемнение мякоти картофеля связано с окислением аминокислоты тирозин в меланин, имеющий сине-черный цвет, а также с окислением железа и образованием комплексных соединений его с хлорогеновой кислотой. Эти соединения железа приобретают голубовато-зеленый цвет. Минеральные и органические удобрения в несколько раз снижают содержание в клубнях свободного тирозина и увеличивают количество поглощённого калия, что ослабляет степень потемнения клубней или совсем ликвидирует это явление. Под картофель рекомендуется вносить повышенные дозы калийных удобрений, которые могут достигать 30-40 г на 1 м2, а содержание калия в клубнях - не менее 2,0-2,5% от веса сухого вещества.
На глинистых почвах при содержании в клубнях 2,54% калия наблюдалось незначительное потемнение мякоти, а при 2,0% калия темнело 50% клубней. На суглинистых почвах клубни картофеля не темнели даже при содержании в них 2,0% калия. Одностороннее увеличение доз азотных удобрений способствует потемнению мякоти картофеля. Однако применение этих удобрений на фоне калийных или органических, содержащих много калия, уменьшает резко потемнение клубней.
В большинстве случаев применение минеральных удобрений, особенно в дозах, рассчитанных по выносу питательных веществ урожаем, снижало содержание тирозина более чем в четыре раза и заметно увеличивало количество калия в клубнях. Такие клубни вообще не подвергались потемнению.
Установлено некоторое потемнение мякоти клубней картофеля, выращиваемого на торфянистых почвах. Применение калийных удобрений на этих почвах также снижает потемнение клубней. Таким образом; для получения клубней, не подверженных потемнению, картофель следует выращивать на почвах, содержащих достаточное количество калия. Недостаток этого элемента в почвах необходимо компенсировать внесением калийных удобрений.
Влиянии удобрений на вкусовые качества картофеля
Мнения ученых о влиянии удобрений на вкусовые качества вареного картофеля несколько противоречивы. Канадские исследователи придерживаются мнения, что возрастающие дозы удобрений ухудшают вкусовые качества варёного картофеля. Немецкие ученые утверждают, что удобрения не снижают этот показатель. Лишь одностороннее увеличение доз азота до 24-30 г на 1 кв.м несколько ухудшает вкус. Оценка вкусовых качеств картофеля в Швеции показала, что при применении удобрений несколько ухудшается вкус картофеля, однако признаётся, что вся продукция по вкусовым качествам удовлетворяет требованиям шведского стандарта.
Российские учёные считают, что находящиеся в клубнях сахара и свободные аминокислоты отрицательно влияют на вкусовые качества вареного картофеля. При увеличении их суммы вкус и запах картофеля ухудшаются. Неприятный запах и вкус обусловлены образованием при варке из сахаров и свободных аминокислот ряда низкокипящих летучих соединений - метанилового тиола, акролеина, сероводорода и др. Однако происходит это только тогда, когда применяются несбалансированные дозы удобрений.
Иногда считают, что азотные удобрения, наряду с повышением содержания белков в клубнях, вызывают ухудшение кулинарного качества картофеля, в частности, после варки он становится более клейким и менее мучнистым, ухудшается его аромат, вареные клубни быстро темнеют. Однако такие опасения часто оказываются напрасными. Ухудшение кулинарного качества картофеля может быть лишь при внесении сравнительно высоких доз азота, более 40 г на м2.
Сроки и способы применения минеральных удобрений также существенно влияют на урожай и качество картофеля. Удобрения, внесённые во время посадки картофеля, усиливают действие основного удобрения. Суперфосфат в дозе 5-7 г/м2 и мочевина 5-6 г/м2, внесённые при посадке картофеля, ускоряют темпы прорастания клубней благодаря первоначальному усилению гидролиза крахмала в маточных клубнях, увеличивают число проросших глазков в клубнях, что приводит к повышению урожайности и крахмалистости. Кроме того, азотные удобрения увеличивают в 1,5-2 раза содержание хлорофилла в листьях.
В итоге обсуждения проблемы мы приходим к выводу, что сочетание основного удобрения (навоз 5-6 кг/м2, мочевина 15-20 гм2, суперфосфат двойной 30-40 г/м2, калимагнезия 40-50 г/м2, борная кислота 1 г/м2, сульфат меди 1 г/м2, молибдат аммония 0,5 г/м2, сульфат кобальта 0,5 г/м2 весной под перекопку почвы), местного внесения (суперфосфат и мочевина по 5-7 г/м2 при посадке в гнездо) с подкормкой (по 10-15 г/м2 аммиачной селитры и сульфата калия перед первым окучиванием) позволяет растениям картофеля развить более мощную корневую систему, увеличить урожай и повысить качество и питательность клубней.
Геннадий Васяев, доцент, главный специалист
Северо-Западного научно-методического центра Россельхозакадемии,
Ольга Васяева, садовод-любитель
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДОСТУПНОГО КАЛИЯ В ПОЧВЕ
Оптимальный уровень калийного питания различных сельскохозяйственных культур варьирует в довольно широком диапазоне, зависит от содержания калия в почве и достоверно может быть определен только в полевых условиях по состоянию растений и урожайности. Однако, поскольку полевые исследования требуют больших материальных затрат, а ответ может быть получен лишь после учета урожая, уровень обеспеченности почв калием и другими элементами питания определяют в лабораторных условиях с помощью химических методов. Применяемые в агрохимических исследованиях методы основаны на извлечении определенной части почвенного калия с помощью экстрагирующих растворов, однако не всегда получаются результаты, тесно коррелирующие с урожайностью. До сих пор не найден удовлетворительный экстрагирующий раствор, который извлекал бы лишь то количество калия, которое в течение вегетации может использоваться растениями.
Недостатки многих методов экстракции калия почвы заключаются в том, что одни из них учитывают лишь часть доступного растениям калия почвы, другие, наряду с обменным калием, извлекают значительную часть необменного калия, который в течение вегетации не может быть использован растениями. Это наблюдается прежде всего при использовании одних и тех же экстрагирующих растворов для почв разного гранулометрического состава. Так, например, при определении доступного калия методом Кирсанова (0,2 М НС1) из песчаных почв экстрагируется в основном обменный калий, а при анализе суглинистых и глинистых почв в вытяжку помимо обменного переходит также значительная часть необменного калия. В этой связи при одном и том же содержании в вытяжке калия растения будут испытывать неодинаковую обеспеченность калием почвы.
Чтобы учесть различный характер сорбции калия в почве и степень его доступности, необходимо группировать почвы не только по содержанию в них экстрагируемого калия, но и по гранулометрическому составу. При этом следует разработать градации отдельно для легких (песчаных и супесчаных) суглинистых и глинистых почв. Такое деление позволяет учесть особенности калийного режима почв разного гранулометрического состава.
Поскольку эффективность калийных удобрений на слабо обеспеченных калием почвах выше, чем на хорошо окультуренных, группировка почв по их обеспеченности калием будет способствовать более рациональному применению удобрений. При этом важно учитывать также содержание и доступность калия в подпахотном горизонте.
В связи с этим одной из важнейших задач агрохимии является разработка для пахотных почв градаций обеспеченности сельскохозяйственных культур доступным калием, на основании которых можно было бы достоверно судить о возможностях почв удовлетворять потребности растений в калийном питании и о необходимости применения калийных удобрений.
По доступности растениям почвенный калий часто разделяют на четыре категории: кристаллический (Ккрист); фиксированный (К. кс, интрамицеллярный); обменный ( Кобмен, экстрамицеллярный, ППК) и водорастворимый (Квод).
В большинстве почв основная масса калия (98—99%) находится в необменной форме в составе минералов (в том числе около 90—95% в составе первичных кристаллических минералов) и лишь 1—2% от общего калия почвы приходится на его обменную и водорастворимую формы. Для суглинистых почв соотношение между фракциями калия примерно следующее:=1 : 0,1 :
В агрохимической практике водорастворимый (почвенного раствора) и обменный калий ППК объединяют, как правило, в одну фракцию, так как они постоянно находятся в динамическом равновесии и хорошо количественно характеризуют запасы непосредственно используемого растениями калия почвы. Эти две формы извлекаются одновременно растворами солей или кислот, используемыми для вытеснения обменного калия. Совместное определение обменного и водорастоворимого калия позволяет снизить затраты на проведение аналитических работ, так как его низкое содержание в почвенном растворе (4—8 кг/га) по сравнению с обменным калием (100—900 кг/га) не играет существенной роли в обеспечении им растений.
Одним из основных условий научно обоснованного применения калийных удобрений является реальная оценка запасов разных форм калия в почве, что позволяет прогнозировать калийный режим почвы, способствует рациональному использованию калийных удобрений и помогает поддерживать требуемый баланс калия в системе почва—растение.
Сопоставление содержания обменного калия в почвах с величиной урожая полевых опытов и производственных посевов показало, что эта форма наиболее полно отражает обеспеченность растений в калийном питании и может служить критерием их потребности в удобрениях. В настоящее время в России содержание обменного калия в почве является основным диагностическим показателем, по которому судят об уровне обеспеченности калием растений, хотя обменный калий не единственная форма калия, участвующая в питании растений. В зависимости от минералогического состава почвы, погодных условий и особенностей возделываемых культур доля участия других форм калия (например, фиксированного) в питании растений за ротацию севооборота может быть сопоставима с долей обменного калия. Однако количественно определить долевое участие отдельных форм почвенного калия в питании растений в настоящее время методически невозможно.
Способность почвы восполнять в ППК убыль обменного калия из резерва необменной формы (ближнего резерва) В.У. Пчелкин (1966) предложил оценивать по содержанию калия, извлекаемого раствором 2 М НС1. Метод основан на различной растворимости минералов. Сущность метода состоит в том, что вытяжки 0,2 М и 2 М НС1 извлекают примерно равное количество калия из труднорастворимых минералов (полевых шпатов и слюд), в то время как в указанных вытяжках из минералов, в которых калий связан менее прочно (гидрослюды и смектиты), разница в содержании калия значительна. Поданным В.У. Пчелкина, количество калия, извлекаемого раствором 2 М НС1, вполне отражает содержание его в необменно поглощенной форме. Более сильный экстрагент (2 М НС1) извлекает также обменный калий, переходящий в вытяжку 0,2 М НС1, поэтому необменно поглощенный калий почвы находят по разности путем вычитания обменного. Для извлечения необменного калия было также предложено кипячение почвы в 2 М (по Важенину) или в 10%-м растворе НС1 (по Гедройцу). Однако эти методы не получили широкого распространения, так как в большей степени они характеризуют минералогический состав почвы, нежели ее способность поддерживать определенный уровень калийного питания растений.
Более универсальным экстрагентом, используемым для определения необменного калия в почве, является раствор 1М HN03 (Барбер, 1988). Метод определения необменного калия основан на кипячении почвы в растворе 1 М HN03, при котором разрушается значительная часть калийсодержащих глинистых минералов с нестабильной кристаллической решеткой, а содержащийся в них калий переходит в раствор. Количество калия, экстрагируемое этим раствором из почвы, примерно соответствует выносу его растениями из почв, бедных калием (Медведева, 1987).
Поскольку необменный калий генетически связан с глинистыми минералами, при близком минералогическом составе почв содержание необменного калия в них определяется в основном количеством физической глины.
Обменный калий почвы, как отмечалось выше, находится в разной степени подвижности и доступности растениям. Отсюда разные экстрагенты извлекают из одних и тех же образцов почвы неодинаковое количество калия. Существует множество методов количественного определения форм калия в почвах. Принятые в разных странах методы определения отдельных форм калия отличаются составом экстрагентов, их концентрацией, расходом экстрагента и режимом экстракции. Однако в основу любой классификации форм почвенного калия положено установление корреляции между прочностью его связи с твердой фазой почвы и доступностью растениям. Многочисленные модификации определения форм калия в почвах сильно дублируют друг друга, что затрудняет их практическое использование даже при сопоставимых результатах. В последние годы наметилась тенденция к упрощению указанных методов и их унификации. В агрохимической практике России определяют чаще всего обменный, водорастворимый и валовой калий.
Содержание валового калия в процессе сельскохозяйственного использования почв мало меняется во времени. Поэтому для характеристики обеспеченности растений калием в почвах определяют в основном содержание обменного, водорастворимого и необменного калия, включающего в себя природный необменный калий и фиксированный калий почвы и удобрений. Растениям в определенной степени доступны все формы калия. При использовании растениями водорастворимого калия восполнение его в почвенном растворе происходит за счет обменного. Однако в период активного потребления калия растениями, что наблюдается во время их интенсивного роста, его переход в почвенный раствор из менее доступных форм может сильно отставать от потребности в нем растений, особенно на истощенных калием почвах.
Агрохимическая служба России в 1970-е гг. приняла три основных метода определения обменного калия и подвижных форм фосфора в почве: для почв Нечерноземной зоны — метод Кирсанова (0,2 н. НС1); для почв лесостепной зоны и некарбонатных почв степи — метод Чирикова (0,5 н. СН3СООН) и для карбонатных почв степной и сухостепной зоны — метод Мачигина (1% (NH4)2C03). До этого в почвах лесостепной и нечерноземной зонах обменный калий определяли с помощью метода Масловой (в 1 н. растворе CH3COONH4).
По уровню содержания обменного калия основные почвы России принято разделять на шесть групп: с очень низким, низким, средним, повышенным, высоким и очень высоким содержанием К70, каждой из которых соответствует определенный интервал содержания калия (табл. 6.6).
Классификация почв по содержанию К20
Содержание К20, мг/кг почвы
В настоящее время, когда на каждый гектар поля основных сельскохозяйственных районов России вносится примерно 2—4 кг калия удобрений, особенно актуальна разработка более точных методов определения калия в почвах для оценки их калийснабжающей способности.
Известно, что содержание обменного калия, обеспечивающее соответствующий уровень калийного питания растений, в супесчаной почве намного ниже, чем в тяжелосуглинистой. Поэтому на легких почвах растения, за редким исключением, очень хорошо отзываются на калийные удобрения. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что принятые градации не всегда отражают реальную обеспеченность растений калием.
Установлены существенные различия в содержании обменного и других форм калия в свежих (влажных) образцах и образцах почвы, высушенных до воздушно-сухого состояния. При массовых агрохимических анализах более технологично работать с воздушно-сухими образцами почвы, чем с образцами полевой влажности.
Результаты анализа образцов пахотного и подпахотных слоев почвы при естественной полевой влажности (невысушенных) почти всегда дают более высокие значения по сравнению с высушенными образцами.
Наличие или отсутствие признаков недостатка калия на листьях плодовых культур теснее связано с содержанием обменного калия в подпахотном слое почвы, чем в пахотном. Признаки недостатка калия у плодовых культур никогда не проявляются, если слой почвы 25— 45 см хорошо обеспечен калием. Однако если в подпахотном слое почвы содержание доступного калия низкое, то даже при его высоком содержании в пахотном слое почвы (0—25 см) или поверхностном внесении большой дозы калийных удобрений семечковые и косточковые плодовые культуры могут испытывать явное калийное голодание, так как плодовые поглощают калий главным образом из подпочвы.
По содержанию обменного К + в почве в основном судят об обеспеченности растений калием. Существенным недостатком принятой в России и некоторых других странах группировки почв по обеспеченности калием является то, что в ней не учитываются гранулометрический состав почв и биологические особенности возделываемых культур.
Важность учета гранулометрического состава почв при оценке уровня обеспеченности растений калием и разработке системы удобрения отмечалась во многих отечественных и зарубежных работах. Установлено, что при одинаковом содержании обменного калия в почвах (мг/кг) его концентрация в почвенном растворе закономерно снижается по мере утяжеления гранулометрического состава почв (Карпнский,1968; Барбер, 1988 и др.).
К сожалению, широкомасштабные (географические) исследования в этом направлении Агрохимической службой России не проведены, а результаты экспериментальных исследований отдельных авторов (Медведева, 1987; Шаймухаметов, Травникова, 2000; Прокошев, Дерюгин, 2000; Якименко, 2003 и др.) не позволяют обоснованно классифицировать почвы по обеспеченности калием с учетом их гранулометрического состава.
М.Ш. Шаймухаметовым и Л.С. Травниковой для почв Нечерноземной зоны европейской части России предложено в качестве оптимального следующее содержание обменного К20: для песчаных — 140—160, для супесчаных — 160—190 мг на 1 кг; для суглинистых — 190—220; для тяжелосуглинистых и глинистых — 220—250 мг на 1 кг почвы. Предлагаемая градация обеспеченности почв калием требует серьезной практической проверки, однако в ней видна связь с гранулометрическим составом почв, хотя не указано, для какой продуктивности посевов рекомендуемое содержание обменного калия оптимально.
Предложенная В.В. Прокошевым и И.П. Дерюгиным примерная группировка дерново-подзолистых почв по содержанию обменного калия в вытяжке 0,2 н. НС1 (табл. 6.7), хотя и не учитывает продуктивности культур, довольно хорошо ориентирована на практическое использование. В то же время для принятия Агрохимической службой России рекомендуемых авторами градаций требуется их широкая апробация в хозяйственных условиях в связи с возможным варьированием состава калийсодержащих минералов в почвах отдельных регионов.
Для некарбонатных черноземов Западной Сибири Ю.И. Ермохи- ным (1995) разработаны градации уровня обеспеченности почв калием с учетом биологических и технологических особенностей возделывания зерновых, овощных и ягодных культур (табл. 6.8).
Группировка дерново-подзолистых почв по содержанию подвижного калия с учетом гранулометрического состава
(Прокошев, Дерюгин, 2000)
Уровень обеспеченности почв подвиж- ным калием
Песчаные и супесчаные
Тяжелосуглинистые и глинистые
Содержание подвижного калия, мг/кг
Группировка черноземных почв по содержанию обменного калия
Содержание в почве обменного калия
Обменный калий (К20), мг/кг почвы
Слой почвы 0—40 см
Слой почвы 0—25 см
Слой почвы 0—25 см
Содержание обменного калия, мг на 1 кг почвы
При повышении содержания обменного калия в почве до определенного уровня продуктивность посевов, как правило, увеличивается. Однако урожайность сельскохозяйственных культур далеко не всегда адекватно отражает содержание обменного калия в почвах.
Поиски какого-либо надежного термодинамического параметра катионообменного равновесия К + с твердой фазой почвы, позволяющего выявить взаимосвязь между обменным калием и его потреблением растениями и на его основе предсказать урожайность культур и эффективность удобрений, не дали удовлетворительных результатов.
Сложность диагностики калийного питания растений связана также с существенным влиянием погодных и агротехнических условий на характер трансформации разных форм почвенного калия. В зависимости от экологических условий (температуры, влажности почвы и др.) К + может переходить из легкоподвижной обменной формы в малоподвижную необменную форму в результате закрепления его глинистыми минералами, и напротив. Поэтому только по содержанию обменного калия в почве трудно судить о ее способности удовлетворять потребности растений в калийном питании. Следует учитывать также, что обменный калий является определенной частью катионов ППК, поэтому уровень содержания в нем калия и степень его подвижности как в зеркале отражают всю совокупность динамических процессов внутрипочвенной трансформации.
Известно, что с повышением содержания в почвах илистых частиц существенно увеличивается ЕКО и уменьшается подвижность катионов, содержащихся в ППК. Подвижность катионов также заметно снижается при уменьшении их доли в ППК. Поэтому по мере снижения степени насыщенности почвенным поглощающим комплексом К + возрастает доля прочно связанных ионов калия на селективных к нему позициях ППК, вследствие чего они реже участвуют в реакциях обмена и менее доступны растениям. Из этого можно сделать вывод, который нашел практическое подтверждение: чем больше ППК насыщен калием, тем доступнее он растениям.
Исследованиями А.В. Петербургского (1963) установлена прямая зависимость между степенью насыщенности ЕКО почвы калием и его использованием растениями. По данным Н.О. Авакяна (1991), сероземные почвы полностью удовлетворяют растения в калийном питании при содержании в них обменного калия более 3,5% от ЕКО. На таких почвах калийные удобрения были неэффективны. Степень насыщенности ЕКО калием позволяет оценивать способность ППК десорбировать К + в почвенный раствор и поддерживать в нем определенный уровень его концентрации. С повышением доли К + в ЕКО его подвижность значительно возрастает, а снижение доли калия в ППК заметно ограничивает его активность. Группировка почв с учетом их гранулометрического состава, емкости катонного обмена и доли обменного калия в ЕКО позволяет более объективно оценить уровень обеспеченности растений калием. Для дерново-подзолистых почв М.Ш. Шаймухаметов и Л.С. Травникова предложили следующие ориентировочные уровни оптимальной насыщенности калием ЕКО почв: тяжелосуглинистых и глинистых — 1,5—2,0%; суглинистых — 2,0—3,0; супесчаных — 3—5; песчаных — 5—10 %.
Размер потребления калия растениями в значительной мере обусловлен его концентрацией в почвенном растворе. Лишь незначительная часть используемого растениями калия усваивается при непосредственном контакте корневой системы с почвенными частицами; основная же его часть транспортируется к корням растений массовым потоком воды, расходуемой на транспирацию, и благодаря диффузии.
Установлено, что хорошая обеспеченность растений калием наблюдается при следующем содержании легкообменной фракции калия в 1 кг почв: дерново-подзолистых — более 20—30 мг; серых лесных — 40—50 и черноземов — 50—60 мг. На основании результатов полевых опытов В.Н. Якименко (2003) предложена примерная градация обеспеченности калием (мг на 1 кг почвы) основных пахотных почв Западной Сибири по содержанию в вытяжке 0,0025 М СаСЦ легкообменного калия.
Для почв данного региона оптимальные условия калийного питания возделываемых культур отмечались при содержании легкообменного калия в пределах 20—30 мг на 1 кг почвы. Более высокое его содержание в почве (> 40 мг/кг) сопровождалось чрезмерным накоплением калия в продукции и неоправданно высокими затратами калия на создание урожая. При содержании калия + по сравнению 0,0025 М СаС12. При оценке же уровня калийного питания растений необходимо также учитывать гранулометрический состав и ЕКО почвы. Оптимальное содержание почвенного калия составляет в легких почвах 30—50 мг на 1 кг, средне- и тяжелосуглинистых — соответственно 50—70 и 70—90 мг на 1 кг почвы.
Во многих случаях вынос калия растениями из почвы за ротацию севооборота значительно превышает его содержание в обменной форме в начале ротации, что свидетельствует о важной роли в питании растений необменного калия. В то же время использование необменного калия в качестве дополнительной характеристики калийного режима почв осложняется отсутствием адекватного метода определения части общего калия, которая может быть усвоена растениями.
Истощение запасов почвенного калия происходит, как правило, не последовательно, а параллельно с уменьшением содержания всех его форм. Взаимосвязь обменного и необменного фондов почвенного калия можно образно представить в виде айсберга, небольшая надводная часть которого представляет собой обменный калий, а подводная преимущественная часть — необменный. По мере истощения надводной части айсберга (обменного калия) он всплывает (необменный калий восполняет утраты обменного) настолько, что соотношение между надводной и подводной частями остается стабильным, как бы малы они ни были. Однако в отличие от айсберга, в котором соотношение видимой и невидимой частей стабильно и соответствует 1 : 9, соотношение обменного и необменного фондов калия значительно шире — 1 : (20—40) и менее консервативно, поскольку обусловливается минералогическим и гранулометрическим составом почвы.
Оценить резервы той или иной формы почвенного калия можно при их сравнении с размером выноса калия растениями. Если принять среднегодовой вынос калия растениями в Нечерноземной зоне в настоящий период равным 40—60 кг/га, то запасов калия почвенного раствора хватило бы на несколько дней, легкообменного калия — на несколько месяцев, обменного — на 5—7 лет, необменного калия глинистых минералов — на 100—200 лет, а валового калия — примерно на 500—800 лет.
Практика земледелия многих стран показывает, что оценка уровня обеспеченности растений калием по какому-либо одному показателю калийного режима является недостаточной. Только комплексное использование нескольких индексов обеспеченности растений калием с учетом растворимого, обменного и необменного калия может надежно отразить реальное состояние калийного режима почвы.
При длительном дефицитном балансе калия основным источником калийного питания растений служат ионы К + , высвобождаемые в результате усиления процессов выветривания вторичных глинистых минералов и гидрослюд. В почвах с сильно истощенными запасами обменного и необменного калия преобладающим источником калийного питания растений является химическое выветривание первичных калийсодержащих минералов.
Необходимо учитывать, что при внесении калия содержание обменного К + в почвах увеличивается далеко не пропорционально количеству применяемых калийных удобрений, что происходит в результате непрерывно идущих процессов трансформации глинистых минералов с включением его в состав гидрослюд и слюд. Соотношение между формами почвенного калия зависит от минералогического состава почв, величины отчуждения калия с урожаем и количества применяемых калийных удобрений.
Основной причиной, обусловливающей снижение обеспеченности растений калием, является значительное уменьшение способности калийсодержащих минералов десорбировать К + из прочносвязанного в обменное состояние.
Поскольку большая часть корневой системы сельскохозяйственных культур сосредоточена в пахотном слое почвы, истощение запасов доступного калия происходит прежде всего в слое 0—25 см, и даже при значительных запасах калия в почве вынос его из корнеобитаемого слоя за несколько ротаций севооборота может представлять значительную величину. В этом случае калий подпахотных горизонтов почв играет важную роль в питании растений.
По мере истощения запасов обменного калия в почве урожайность сельскохозяйственных культур постепенно снижается, а эффективность калийных удобрений, напротив, заметно возрастает. При низкой продуктивности посевов, когда урожайность лимитируется уровнем азотно-фосфорного питания растений или агротехникой, для культур с хорошо развитой корневой системой и высокой усвояющей способностью (рожь, овес, пшеница, злаковые травы) запасы калия в суглинистых почвах могут в течение длительного времени служить надежным источником питания. В интенсивных севооборотах вынос калия с урожаями довольно значителен и почвенные ресурсы пахотного горизонта почвы за несколько лет истощаются до уровня, лимитирующего получение планируемых урожаев сельскохозяйственных культур. В этом случае применение калийных удобрений на основе почвенной диагностики будет являться важным приемом повышения урожайности.
Для оценки прочности связи калия в отдельных позициях твердой фазы почвы предложено определять его содержание в вытяжках, различающихся по силе воздействия на ППК реагентами. В зависимости от химического состава и концентрации экстрагирующего раствора в вытяжку переходят определенные формы калия.
Количество необменного калия может быть определено путем многолетнего (истощающего отчуждения калия) выращивания растений на почве без внесения калийных удобрений (методика Нейба- уэра). Метод требует больших затрат времени, а результаты могут быть использованы только для той почвы и растения, с которыми проведены исследования. Большинство исследователей считают, что для оценки калийобеспечивающей способности почвы наиболее надежными показателями являются содержание подвижного калия в почве (мг/кг) и его доля в ЕКО почвы (Авакян, 1971; Блэк, 1975; Якименко, 2003). С силу сложности и ненадежности метода он не нашел практического применения.