Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ / Агрономия / Агропочвоведение и агрофизика

Формы фосфатов в почвах солонцовых комплексов сухих степей Украины

Диссертация

Автор: Али, Махамат Зугулу

Заглавие: Формы фосфатов в почвах солонцовых комплексов сухих степей Украины

Справка об оригинале: Али, Махамат Зугулу. Формы фосфатов в почвах солонцовых комплексов сухих степей Украины : диссертация ... кандидата сельскохозяйственных наук : 06.01.03 / Али Махамат Зугулу; [Место защиты: Российский университет дружбы народов] - Москва, 2003 - Количество страниц: 124 с. Москва, 2003 124 c. :

Физическое описание: 124 стр.

Выходные данные: Москва, 2003






Содержание:

Введение
Глава I Литературный обзор
Глава II Эколого-географические условия почвообразования
На юге Украины
21 Климат
22 геоморфология
23 Геологическое строение и почвообразующие породы
24 Грунтовые воды
25 Растительность
26 Почвенный покров
Глава III Объекты и методы исследований
Глава IV Характеристика почв Скадовского и Каланчакского земельных массивов
Глава V Состав фосфатов в почвах солонцовых комплексов сухих степей Украины
51 Изменение фракционного состава фосфатов в каштановых почвах Каланчакского массива
511Фосфаты в каштановых почвах богарных севооборгов
512 Фосфаты в каштановых почвах регулярно орошаемых севооборотов
513 Фосфаты в каштановых почвах рисовых севооборотов
52 Изменение фракционного состава фосфатов в каштановых солонцах Каланчакского массива
521 Фосфаты в каштановых солонцах почв под богарными севооборотами
522 Фосфаты в каштановых солонцах регулярно орошаемых севооборотов
523 Фосфаты в каштановых солонцах рисовых севооборотов
524 Влияние типовых особенностей почв Каланчакского массива на состав фосфатов
53 Изменение фракционного состава фосфатов в темно-каштановых солонцах Скадовского земельного массива
Выводы

Введение:
Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения, агрохимии и агроэкологии аграрного факультета Российского университета дружбы народов в 1999-2002 гг.
Выбор представляемой темы диссертационного исследования определялся рядом обстоятельств, среди которых решающими были: а) наличие комплекса сложных и актуальных задач, посвященных решению вопросов фосфорного питания растений на большинстве типов почв республики Чад.
Именно проблема фосфорного питания растений является главным звеном, определяющим успехи земледельческой практики и агроэкологиче-ского мониторинга. Известно, что определенная энергетическая неуравновешенность связей в группе (РО4) влечет за собой индивидуализацию твердых кислородных соединений фосфора, жестко приуроченных к определенным условиям среды. Поэтому детализация вопросов биогеохимии фосфора в почвах является весьма актуальным направлением исследований. б) наличием на кафедре почвоведения, агрохимии и агроэкологии Российского университета дружбы народов коллекции образцов почв, отобранных на землях различного хозяйственного использования в пределах двух земельных массивов, расположенных на территории Причерноморской низменности Украины; в) необходимостью освоения методологии изучения вопросов по состоянию фосфатов в почве с целью адаптации ее для нужд национальной почвенно-агрохимической службы Республики Чад.
Актуальность темы. Исключительно большая роль в жизнедеятельности растений принадлежит фосфору. Однако запасы его в большинстве типов почв невысокие, и они постоянно уменьшаются вследствие отчуждения фосфора из почвы товарной продукцией урожаев. Мнс}гочисленными водно-физические, биологические и другие свойства почв теснейшим образом связаны не только с их генезисом, но и степенью их окультуренности.
В более общем плане проблему фосфора в агроландшафте следует рассматривать не столько с учетом «степени окультуренности», сколько с позиции уровня и характера антропогенного прессинга, воздействующего на природные ландшафты. Возделывание культуры орошаемого риса по существу является одним из главных антропогенных гиперпрессингов на плакор-ные почвы. Исследованиями установлено, что преобразование природы пла-корных почв различных биогеохимических ландшафтов столь глубоко, что появляется насущная необходимость в пересмотре их номенклатуры, таксономической и классификационной принадлежности (Мицуйи, 1960; Дюдаль, 1965; Ларешин, 1971; Корнблюм, Любимова, 1973; Ларешин, 1994; Зволинский, Ларешин, 1996; Ларешин, Журавлев, Чижикова, 1997; Чижикова, Журавлев, Ларешин, 1998; Ларешин, Чижикова, Луков, 1999; Ларешин, Чижикова, 2002; Ларешин, Герасимова, 2002),
Фосфор является одним из важнейших и незаменимых элементов минерального питания растений. В связи с этим обстоятельством вопросы состояния фосфатов в почвах, а значит и доступность его соединений растениям, являются приоритетными в почвенно-агрохимических исследованиях.
Однако в отношении почв юга Украины ряд вопросов, касающихся их фосфатного режима, разработаны еще крайне слабо. Имеются обстоятельные материалы по валовому содержанию фосфора в почвах Украины (П.А. Дмитренко,1957; A.M. Гринченко,1962), хотя явно недостаточно изучены формы фосфорных соединений, о которых известны лишь самые общие представления, приведенные как в вышеупомянутых работах, так и в работах некоторых других исследователей (A.M. Гринченко, Дин-Жуй-син,1960). Кроме того, совершенно отсутствуют данные о динамике фосфатов в почвах этого региона в условиях орошения. син,1960). Кроме того, совершенно отсутствуют данные о динамике фосфатов в почвах этого региона в условиях орошения.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований было выявление влияния антропогенного прессинга на состояние фосфатов в почвах солонцовых комплексов сухих степей Причерноморской низменности Украины. Для достижения поставленной цели нами были обобщены фондовые и опубликованные в печати материалы по характеристике особенностей почвообразования, составу и свойствам почв и проведено изучение фракционного состава фосфатов по методу Гинзбург - Лебедевой. В соответствие с методической прописью авторов были выделены пять фракций фосфатов:
I Фракция (фосфаты кальция - Са - PI) - экстрагирующий раствор: смесь 1% раствора (NH4)2S04 + (NH^Mc^ с рН 4,8.
II Фракция (фосфаты кальция -Са - PII) - экстрагирующий раствор: CH3COONH4 + СН3СООН с рН 4,2.
III Фракция (фосфаты алюминия - AI - Р) - экстрагирующий раствор: 0,5н. раствор NH4F с рН 8,5.
IV Фракция (фосфаты железа - Fe - Р) - экстрагирующий раствор: 0,1 н. NaOH,
V Фракция (фосфаты кальция - Са - PIII) - экстрагирующий раствор: 0,5н. H2S04.
Объект исследования. Изучение фракционного состава фосфатов было проведено в коллекционных образцах почв «Учебного музея» кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Российского университета дружбы народов. Химическому анализу по обсуждаемому вопросу были подвергнуты образцы почв, отобранные на землях различного хозяйственного использования (табл. I).
Таблица 1.
Характеристика объектов исследований в сухой степи северного Причерноморья.
Земельные массивы Почвы Характеристика использования земель
Скадовский Солонец темно-каштановый 1.Полевой севооборот орошаемый 2. Рисовый севооборот с 1965 года.
Каланчакский Каштановая 1.Полезащитная лесная полоса 2.Полевой севооборот на богаре. 3.Полевой севооборот орошаемый 4.Рисовый севооборот.
Солонец каштановый 1 .Полезащитная лесная полоса 2.Полевой севооборот на богаре 3.Полевой севооборот орошаемый 4.Рисовый севооборот.
Образцы почв были проанализированы в химических лабораториях Российского университета дружбы народов, Почвенного института им. В. В. Докучаева и Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Часть материалов полевых и химико-аналитических исследований почв обобщены в ряде опубликованных работ (Кандже Пача, 1988; Ларешин В.Г., 1994; Ларешин В.Г., Чижикова, Луков, 1999; Ларешин В. Г., Чижикова, 2002; Ларешин В. Г., Герасимова, 2002). Но ни в одной из названных работ не исследован вопрос о преобразовании минеральных фосфатов в почвах Скадовского и Каланчакского земельных массивов Причерноморской низменности под влиянием антропогенного воздействия.
Научная новизна. Нами впервые был проведен сравнительный анализ фракционного состава фосфатов в почвах близких по генезису, строению,
АПК. При сопоставлении почв оценивались их параметры, которые в той или иной мере могли бы оказать влияние на состав фосфатов. Установлено что «рисовое» земледелие обусловливает существенное изменение фракционного состава фосфатов в почвах. Выявлено, что наиболее резкие изменения характерны не только для пахотного слоя «рисовой» почвы, но и для подпахотных слоев, характеризующихся сильным оглеением.
Апробация. Материалы диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях Аграрного факультета и на заседаниях кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии РУДН.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. БИОГЕОХИМИЯ ФОСФОРА В ПОЧВАХ.
Фосфор является одним из главных элементов питания, необходимых для жизни растений. Без фосфорной кислоты не может существовать ни одна живая клетка. Нуклеопротеиды - важнейшее вещество клеточных ядер, представляющее собой соединение белков с нуклеиновыми кислотами, - содержат в своем составе фосфорную кислоту. В нуклеиновых кислотах содержание фосфора в расчете на Р205 составляет около 20% (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
Фосфор содержится также в составе фитина, лецитина, сахарофосфатов и других органических веществ растений. Фитин служит запасным веществом, и фосфорная кислота, входящая в его состав, используется при прорастании семян. Лецитин - представитель группы фосфатидов, жироподобных веществ - встречается в протоплазме всех клеток растений, но накапливается преимущественно в семенах. Фосфорные эфиры Сахаров (сахарофосфаты), играют существенную роль в биосинтезе сложных углеводов (сахарозы, крахмала и др.)[60].
У молодых растений фосфор концентрируется преимущественно в ме-ристематической ткани. Он легко передвигается внутри растений и перемещается из старых тканей в более молодые, т.е. реутилизуется ( используется повторно). По мере созревания культур большая часть усвоенного растением фосфора сосредоточивается в семенах (в семенах злаков до 50%) и плодах.
В зерне пшеницы доля органического фосфора, в составе которого преобладает фитин, достигает 90% от валового его содержания. Соответствующие количества форм соединений фосфора в зерне озимой пшеницы составляют (в % Р205 к сухому веществу): лецитин - 0,032; фитин - 0,609; нуклео-протеиды - 0,130; минеральный фосфор - 0,089. Общее содержание форм фосфорных соединений в зерне озимой составляет 0,860%, в том числе содержание органического фосфора равно 0,771% к сухому веществу (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
Валовое содержание фосфорных соединений в клеверном сене составляет 0,554% Р205 к сухому веществу. В составе валового содержания на органический фосфор приходится 0,484% (лецитин - 0,050; фитин - 0,300; нуклеопротеиды - 0,050; прочие - 0,084%), а на минеральные соединения -0,070% (Расширенное воспроизводство плодородия почв ., 1993).
Для достижения высокого урожая необходимо, чтобы растения обеспечивались достаточным количеством фосфора в течение всей вегетации. Наибольшую потребность в фосфоре они проявляют в первые стадии роста, когда их корневая система еще слабо развита. Удельная потребность в фосфоре в фазе кущения (до начала выхода в трубку) составляет у озимой пшеницы, ярового ячменя от 7,2 до 9,9 мг на каждый грамм сухого вещества новообразованной растительной массы. Поэтому в этот период вегетации почва должна располагать значительным запасом усвояемого фосфора в непосредственной близости от поверхности корней.
Наибольшее потребление фосфора растениями зерновых культур (до 1,1 кг/га в сутки) наблюдается в фазу выхода в трубку и колошения. К этому времени их корневая система достигает своего максимального развития.
Корни растений могут поглощать фосфор, находящийся в почве на расстоянии до 2 мм от их поверхности. При плотности распространения корней, составляющей 2 см/см3 почвы ( в период максимального развития корневой системы), растения могут усваивать фосфор примерно из 1/4 объема пахотного слоя (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993). Повышение урожая зерна зерновых культур обусловливается более высокой продуктивной кустистостью растений, проявляемой при внесении возрастающих доз фосфорного удобрения.
Основным источником фосфора для растений в природных условиях являются соли ортофосфорной кислоты. Будучи трехосновной ортофосфор
2 ^ ная кислота может отдиссодиировать три аниона: Н2рО4) НРО"4 РО ? Из них в условиях слабокислой реакции среды, в которых растения чаще всего возделывают, наиболее распространенным является НгРО"), но представлен
2 3— и НРО 4 ; мало участвует в питании анион РО 4 [66].
В почвенных условиях, когда рН раствора колеблется от 5 до 7, растения имеют в своем распоряжении главным образом анион Н2РО4 и в меньшей степени - НР024
Существует группа культур, отличающихся способностью усваивать фосфор и при наличии в среде только трехзамещенных фосфатов кальция или даже более сложных.
В зависимости от биоклиматических условий формирования и преобразования под влиянием различных факторов, в т.ч, антропогенных, почвы содержат 0,08-0,16% и больше валового фосфора. Наиболее сильное влияние на его содержание оказывает гранулометрический состав. Запасы Р20з в слое 0-20 см песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв составляют около 1,0-2,0 т/га, суглинистых и глинистых - 2,1-3,0 т/га, в метровом слое соответственно содержится 8,5-10,0 т/га и 10,0-13,0 т/га (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
Содержание органического фосфора в дерново-подзолистых почвах колеблется от 10 до 50% валового фосфора. При этом в его варьировании первостепенное значение имеет также гранулометрический состав почв и содержание гумуса. Например, в условиях Белоруссии количество органических фосфатов при переходе от песчаных почв к тяжелосуглинистым увеличивается с 4-10% до 25-47% от валового фосфора. Их запасы хорошо коррелируют также и с содержанием гумуса. Они возрастают в направлении с запада на восток по мере увеличения континентальное™ климата [9].
Минеральный фосфор удерживается в почве в соединениях с кальцием, железом, алюминием, титаном и, возможно, с почвенными коллоидами. В нейтральных почвах преобладающей формой будут фосфаты кальция (ди-кальциевый фосфат, октакальциевый фосфат и апатит). В кислых почвах большая часть фосфора соединена с железом и алюминием [101; 102; 104; 105; I07-! 11]. «Фиксация» этого элемента фактически благоприятна, и поэтому она защищает его от вымывания. Концентрация фосфора в почвенном растворе никогда не бывает большой, поскольку она регулируется отношениями очень слаборастворимых, пока недостаточно выясненных, фосфорных соединений (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993). Начальный рост растений регулируется фосфатами в почвенном растворе, с последующим ростом растений за счет почвенных запасов фосфатов.
В составе минеральных фосфатов почв Нечерноземья России преобладают фракции фосфатов полуторных оксидов (59-81%). Максимальное их содержание отмечается в гумусовом и иллювиальном горизонтах. При этом во многих регионах почвы легкого гранулометрического состава представлены преимущественно фосфатами алюминия (44-58%), тяжелые почвы -фосфатами железа (55-65%).
Фракционирование фосфатов по методу Чирикова в почвах Белоруссии показало, что при переходе от суглинистых к супесчаным и песчаным почвам содержание наиболее растворимых фосфатов (1 группа) в пахотном слое снижается в 1,5-2 раза и составляет не более 10-20 кг/га Р2О5. Количество кислоторастворимых фосфатов (II и III группа) в пахотном слое песчаных почв почти в 10 раз меньше, чем в суглинистых (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
Природные запасы фосфора в почвах и их распределение по профилю определяются содержанием фосфора в материнских породах и характером почвообразовательного процесса. Между многочисленными формами органических и минеральных соединений фосфора в почвах существует определенная зависимость, характерная данному генетическому типу и подтипу. Несмотря на различную растворимость и усвояемость растениями, они, как правило, находятся в относительном динамическом равновесии. При нарушении этого равновесия в определенных условиях, свойственных данной почвенно-климатической зоне и агроценозу, различные формы фосфора способны переходить друг в друга. Эти процессы идут как в естественных условиях в ходе почвообразования, так и при внесении в почву фосфорных удобрений.
Почвы обладают очень высокой поглотительной способностью в отношении фосфатов, и для полного насыщения их требуется внесение больших доз фосфорных удобрений. В зависимости от химических и физико-химических свойств почв, ее минералогического и гранулометрического состава и других факторов фиксация фосфора почвами достигает значительных размеров. Например, на черноземах фиксация фосфора достигает 500 и более мг на кг почвы (Расширенное воспроизводство плодородия почв ., 1993).
Ход и скорость поглощения фосфатов и их трансформация в почвах обусловливается, прежде всего, степенью их кислотности. Реакция среды вызывает изменение электрического потенциала почвенных коллоидов. Подкисление почвенного раствора способствует большему поглощению анионов, подщелачивание, наоборот, вызывает уменьшение [38].
От рН почвы зависит степень растворимости и ионизации солей щелочноземельных металлов, алюминия, железа, марганца, титана, которые вызывают осаждение фосфора в виде труднорастворимых соединений. Так, при рН ниже 5,0-5,2 в почве могут появиться ионы алюминия, при рН ниже 3 -ионы железа.
В настоящее время в агрохимии нет однозначного ответа на вопрос об оптимальном значении рН почвы, при котором наблюдается минимальное поглощение фосфатов и вследствие этого наибольшее количество растворимых их форм. Это зависит от многочисленных почвенно-климатических и других факторов; многие исследователи считают, что наибольшая растворимость фосфатов обнаруживается в интервале рН от 5,0 до 5,56 (Расширенное воспроизводство плодородия почв ., 1993).
На более кислых почвах происходит связывание фосфора, главным образом, полуторными оксидами алюминия и железа, на менее кислых почвах начинает возрастать связывание фосфора кальцием. Фосфаты в почве встречаются в виде солей различной основности. По мере ее повышения растворимость фосфатов в воде все более и более уменьшается, а вместе с тем падает и его доступность растениям.
Из-за сложности системы «твердая фаза почвы - почвенный раствор» и многообразий условий, в которых она встречается, механизм поглощения фосфатов почвами изучен все еще недостаточно. Однако имеющиеся результаты исследований свидетельствуют, что природа связи поглощенных фосфат-ионов почвами является преимущественно поверхностно-адсорбционной. При этом адсорбция протекает по типу первичной адсорбции (хемосорбции), характерной чертой которой является поглощение фосфат-ионов как потенциал определяющих ионов коллоидной частицы почвы с образованием внутренней части двойного электрического слоя, что подтверждается наличием адсорбции катионов раствора соли фосфата как про-тивоиона, Например, адсорбционное поглощение дерново-подзолистыми почвами составляет примерно 70-80% от общего количества поглощенных фосфатов; остальная часть (30%) поглощается по химическому типу с образованием отдельной твердой фазы, главным образом, их труднорастворимых фосфатов железа, алюминия различной основности и неодинакового состава, а также фосфатов кальция (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
По мере взаимодействия с почвами поверхностно-адсорбированные фосфат-ионы претерпевают изменения и превращаются в химические соединения, которые стареют и кристаллизуются.
В зависимости от типа поглощения и состояния адсорбента поглощенные фосфат-ионы имеют различную энергию связи с почвенной мицеллой: при химическом поглощении прочность их связи более высокая, чем при поверхностной адсорбции. При этом наименьшую энергию связи имеют ноны, расположенные на поверхности, у края грани, внешней части ребер и углов частиц твердой фазы почвы или вещества. Ионы, расположенные внутри частиц, на внутренних углах и ребрах, удерживаются более прочно. В аморфных веществах правильное геометрическое расположение поверхностных ионов, четкое выделение ребер и углов менее выражены, чем в кристаллах. Но тем не менее и в них имеет место энергетическая неравноценность иона в зависимости от его расположения в разных местах частиц.
В почвах с кислой и слабокислой реакцией основными компонентами поглощения фосфат-ионов из водных растворов фосфорнокислых солей являются подвижные, то есть несиликатные, полуторные оксиды. Для почв, содержащих алюминий в поглощенном состоянии, реакцию поглощения фосфат-ионов в виде потенциалопределяющих ионов представляют в следующем виде (Расширенное воспроизводство плодородия почв ., 1993): н
ПК = AL-OH + КН2Р04 = ПК + AL-PO4 + н20 , К где:
ПК - почвенный коллоид, имеющий поглощенный алюминий;
КН2Р04 - фосфорнокислый калий почвенного раствора; Н
AL-PO4 + Н20 - фосфат алюминия как продукт взаимодействия К обменного алюминия (поглощенного алюминия) почвенного коллоида и фосфорнокислого калия почвенного раствора.
Коллоидные частицы полуторных оксидов алюминия и железа в растворах со слабокислой и кислой реакцией в результате поверхностной ионизации приобретают положительный заряд. Степень ионизации коллоидных частиц возрастает с увеличением кислотности раствора и достигает предела на грани их растворения. Отдиссоциированные ионы ОН" на поверхности коллоидных частиц полуторных оксидов образуют внутреннюю часть двойного электрического слоя и при взаимодействии с раствором фосфорнокислой соли вступают в обмен с фосфат-ионами.
Внесенные в кислые почвы воднорастворимые формы фосфорных удобрений, подчиняясь законам термодинамики, с течением времени превращаются в более устойчивые формы. На начальных этапах взаимодействия с почвой происходит образование рыхлосвязанных фосфатов кальция и аморфных соединений фосфатов алюминия и железа, фосфор которых сравнительно легко усваивается растениями. При длительном взаимодействии свежеосажденные фосфаты кальция и полуторных оксидов стареют, кристаллизуются и переходят соответственно в более основные и труднорастворимые соединения. Процесс образования химических соединений типа
RPO^ может протекать до конца, когда все поверхностно адсорбированные фосфат-ионы образуют сначала менее устойчивые и более растворимые, с течением времени переходящие в более устойчивые и менее растворимые соединения железа и алюминия. При этом процесс превращения поглощенных фосфат-ионов алюминием и железом различен по скорости. В связи с тем, что растворимость оксида алюминия больше, чем гидрата оксида железа, то и процесс превращения поглощенных фосфат-ионов в первом случае протекает быстрее, чем во втором.
Внесение водорастворимых фосфорных удобрений в почву в течение короткого времени увеличивает запасы подвижных фосфатов и концентрацию фосфора в почвенном растворе. Однако такое повышение длительное время не поддерживается, так как внесенные фосфаты постепенно переходят в более устойчивую неподвижную форму. Так, в микрополевом опыте ВИ-УА при внесении с фосфорными удобрениями 27 мг Р205 па 100 г дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы содержание подвижных фосфатов по Кирсанову увеличилось с 2,3 мг до 17,7 мг Р205 на 100 г почвы. Через 1,5 года их содержание уменьшилось до 10,8 мг и через 5 лет до 7,2 мг. При этом концентрация почвенных фосфатов в слабосолевой вытяжке (0,02н СаС12) повысилась с 0,02 до 0,11 мг Р20з на 1 л и затем снизилась за указанные годы соответственно до 0,08 и 0,04 мг.
Многочисленными исследованиями установлено, что органическое вещество играет важную роль в регулировании фосфатного режима почв, так как с органическими удобрениями и сидератами в почву вносится значительное количество фосфора [6; 8; 9; 10; Бабарина Э.А., 1987; Савич В.И., 1986; 1987; 1987; 1989; 1991].
Регулярное применение навоза и других органических удобрений увеличивает запасы гумуса в почве, повышает ее буферность, снижает отрицательное влияние кислотности и подвижного алюминия, благоприятно действует на формирование комплекса агрономически ценных свойств почвы, улучшает ее водный, воздушный и тепловой режимы, усиливает микробиологические процессы.
В целом, органическое вещество в почвах обладает глобальной регуля-торной функцией, которая выражается тем сильнее, чем менее благоприятны другие свойства почвы и условия для возделывания сельскохозяйственных культур.
Благодаря такой функции органическое вещество оказывает существенное влияние на поглощение и превращение фосфатов в почвах, на фосфорное питание сельскохозяйственных культур.
Установлена тесная зависимость физических свойств почв с содержанием органического вещества и мощностью гумусированного слоя почвы. Так, в окультуренных дерново-подзолистых почвах повышение содержания гумуса с 2,4-2,9% до 5-6% привело к увеличению содержания водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм в пахотном слое до 50%, возрастанию наименьшей влагоемкости до 43-44%, общей порозности - до 55-6-%, диапазона активной влаги - до 19-25% (Расширенное воспроизводство плодородия почв ., 1993).
По данным ряда исследований почвы в зависимости от структурного состояния обладают различной емкостью и энергией поглощения фосфатов удобрений; они возрастают по мере уменьшения размеров структурных агрегатов. Больше всего фосфаты поглощаются агрегатами меньше 0,25 мм, значительно меньше - фракциями 1,0-2,5 мм. Зернистая фракция с размером агрегатов 2,5-3,0 мм поглощает минимальное количество Р205. Кроме того, более крупные структурные агрегаты наиболее быстро насыщаются фосфатами.
Влажность почвы играет огромную роль в явлениях поглощения фосфатов почвой. Она создает благоприятные условия для растворения солей фосфорной кислоты и усвоения их растениями.
Более влажные почвы поглощают фосфатов меньше, чем сухие. Механизм этого явления, по-видимому, заключается в том, что во влажной почве на поверхности коллоидных и других частиц активные места заняты молекулами воды. В процессе высыхания почва теряет различные формы воды, что сопровождается освобождением активных мест, которые замещаются фосфат-ионами. Вследствие этого, чем больше воды теряется при высыхании почвы, тем больше она поглощает фосфаты (Расширенное воспроизводство плодородия почв 1993).
Одновременно при высыхании почвы совершается переход легкорастворимых фосфорных соединений в труднорастворимые формы, что также способствует повышению поглотительной способности почв в отношении фосфора. Кроме того, во влажных почвах непрерывно происходят процессы мобилизации внесенных фосфорных удобрений.
Повышение влажности почвы до оптимальных размеров ускоряет скорость химических и физико-химических реакций, активизирует микробиологические процессы (гумификацию, нитрификацию и др.), и в почвенном растворе увеличивается содержание подвижных фосфатов.
Однако в некоторых почвах значительное повышение влажности вызывает заметное увеличение количества подвижных форм железа, а также и алюминия. При внесении во влажную почву водорастворимые фосфорные удобрения быстро растворяются и, взаимодействуя с полуторными оксидами, в большом количестве переходят в труднорастворимую форму, образуя фосфорнокислое железо. Поэтому при умеренном или слегка недостаточном увлажнении (40-60% полной полевой влагоемкости) внесенные в почву водорастворимые фосфаты будут более подвижными и более длительное время усваиваться растениями, чем при сильно увлажненном состоянии.
Органическое вещество почвы обладает поглотительной способностью в отношении фосфатов. Этим в основном объясняется тот факт, что почвы богатые гумусом, одновременно богаты и фосфором. Этим же объясняется большее содержание фосфатов в механических фракциях почвы, более богатых гумусом. Увеличение поглощения фосфатов в значительной степени также зависит от возрастания количества обменных кальция и магния, связанных гумусом.
Несмотря на такое свойство гумуса во многих почвах при внесении органических удобрений наблюдается уменьшение поглощения фосфора удобрений почвой. Одной из возможных версий, объясняющей данный факт, является предположение, что высокодисперсные минеральные частицы почвы и коллоиды гумуса, благодаря электрокинетическим свойствам, вступают в физико-химическое взаимодействие с образованием органо-минеральных комплексов.
В результате этих взаимодействий образовавшиеся органо-минеральные комплексы и минеральные коллоиды, в значительной степени состоящие из оксидов железа и алюминия, обволакиваются или упаковываются слоем органических коллоидов («гумусовой пленкой»). Вследствие того, что поглотительная способность гумуса в отношении фосфатов значительно ниже поглотительной способности полуторных оксидов и щелочноземельных металлов, наблюдается значительное снижение связывания фосфора почвой (Расширенное воспроизводство плодородия почв., 1993).
По мнению ряда исследователей, в зависимости от почвенных условий органическое вещество может выполнять роль конкурента фосфат-ионов за адсорбционные места на поверхности твердой фазы почвы, препятствуя их поглощению. Кроме того, некоторые кислоты, образующиеся на различных стадиях разложения органического вещества, весьма энергично вытесняют из Al-P, Fe-P и Са-Р поглощенные фосфат-ионы, пополняя запасы подвижных фосфатов почвы [81].
2. АГРОХИМИЯ ФОСФОРА
Изучение вопросов агрохимии фосфора всегда являлось одной из важнейших задач агрономических исследований. Ряд крупных разработок, имеющих большое теоретическое и народно-хозяйственное значение, выполнен в лаборатории минеральных удобрений ВИУА (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001) России. Среди них (Чумаченко И.I I., Адрианов С.Н., 2001): - установление закономерной связи между отзывчивостью растений на внесение фосфоритной муки в разных почвенных условиях и величиной емкости поглощения и степенью насыщенности основаниями почвы. Было убедительно доказано, что наряду с активной и обменной кислотностью почвы на растворимость фосфорита влияет ее гидролитическая кислотность, действие которой проявляется даже в том случае, когда почва не имеет ни активной, ни обменной кислотности.
Важным вкладом в проблему является разработанная методика определения фосфатов в почве, отличающихся по своей растворимости в различных экстрактах: в воде, насыщенной углекислотой; 0.5 н СН3СООН; НС1 или K2S04; Зн NaOH; нерастворимые в указанных растворителях. Эта методика получила широкое распространение в практике агрохимических исследований и позволила более точно охарактеризовать формы фосфатов в основных типах почв России, проследить за динамикой превращения фосфатов удобрений в почве и разработать пути эффективного использования фосфорных удобрений (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001).
Еще в 30-е годы прошлого века была доказана биологическая необходимость усиленного фосфорного питания растений в начальные фазы их роста и развития и преобладания азотного и калийного питания в периоды наибольшего развития листовой поверхности и цветения. Было выявлено, что с момента появления проростков молодые корешки растений нуждаются в наличии вблизи себя легкодоступных им фосфатов. Отсутствие их ослабляет рост и развитие растений в последующие периоды вегетации (Чумачен-ко И.Н., Адрианов С.Н., 2001). Результаты этих исследований имели важное прикладное значение, так как они позволили дать теоретическое обоснование техники внесения фосфорных и других удобрений.
Важное значение имели также обобщения результатов исследований, позволившие установить, что эффективность фосфорных удобрений, агрохимические, водно-физические, биологические и другие свойства почв теснейшим образом связаны не только с их генезисом, но и степенью окульту-ренности (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001).
Исследования многих ученых выявили преимущество гранулированного суперфосфата перед порошковидным. На основании детальных исследований химизма взаимодействия суперфосфата с почвой были установлены причины его повышенной эффективности. Выявлено, что вокруг гранул в почве создается очаг повышенной концентрации Р2О5 [41]. При „ этом она лишь частично закрепляется почвой, оставаясь в основном в легкодоступной растениям форме. Это послужило основой рядкового и локального внесения удобрений. Фосфаты удобрений, накапливающиеся в почве при их применении, увеличивают общее содержание фосфора (главным образом минеральных форм) и запас подвижных его соединений. Растворимые фосфорные удобрения по мере увеличения длительности взаимодействия с почвой постепенно превращаются в формы фосфатов, обусловленные физико-химическими и биологическими особенностями почв. По мнению И.Н.Чумаченко высокая эффективность аммофоса на орошаемых землях Средней Азии СССР объясняется хорошей растворимостью фосфора, менее энергичных взаимодействием его е углекислым кальцием почвы и наличием аммония в очагах внесения, нитрификация которого способствует растворению осажденных фосфатов (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001).
Оценка разных химических методов определения подвижных фосфатов показала, что метод Олсена, принятый во многих национальных школах почвоведения и „агрохимии как универсальный на карбонатных почвах, не совсем четко различает почвенные разности (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н.,2001).
С помощью радиоактивного изотопа 32Р установлено количество усвоенных растениями фосфатов в зависимости от типа почв, времени взаимодействия суперфосфата с почвой, сроков внесения удобрений, биологических особенностей культур. Установлено, что слабоокультуренная дерново-подзолистая почва отличается очень низким коэффициентом использования фосфора из удобрений (32Р). Свежевнесенный фосфор повышает коэффициент использования растениями на всех почвах, особенно характеризующихся низкой степенью подвижности почвенных фосфатов. Наиболее благоприятным фосфатным режимом обладают черноземно-луговая почва и карбонатный чернозем [60].
Исследованиями Н.П.Карпинского и В.Б.Замятиной (цит. По:.Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001) показано, что обеспеченность растений фосфором в значительной степени зависит от фактора интенсивности, а серия полевых опытов на дерново-подзолистых, серых лесных, черноземных и каштановых почвах СССР позволила ответить на ряд важных вопросов: при каком содержании фосфатов в почве достигается максимальная урожайность сельскохозяйственных культур; каков недобор урожая при возделывании культур на почвах с низким содержанием фосфатов; как создать желательный фосфатный уровень (разовым внесением высоких доз удобрений или ежегодным применением небольших их доз) и определить время, необходимое для стабилизации этого уровня; как отзываются различные культуры севооборота на различный фосфатный уровень (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001). Исследования показали, что оптимальное содержание подвижных фосфатов составляет: в дерново-подзолистых - 100-150 мг/кг по Чирикову; в карбонатных почвах (черноземы, каштановые и сероземно-луговые) - 30-35 мг/кг по Мачигину; в красноземах и желтоземах (ферсиаллитные почвы) влажных субтропиков - 150-300 мг/кг по Ониани. Чтобы поднять уровень содержания подвижных фосфатов на 10 мг/кг Р205 при низкой обеспеченности почв фосфатами необходимо внести сверх выноса урожаем: на дерново-подзолистых почвах в зависимости от гранулометрического состава 40-120 кг/га (40-60 кг/га на песчаных и супесчаных, 60-90 кг/га на легко- и среднесуглинистых, 90-120 кг/га на тяжелосуглинистых); на черноземах - 50-70 кг/га; на карбонатных почвах (черноземах, каштановых и серо-земно-луговых) - 90-130 кг/га Р205 [59].
Было также выявлено, что при размещении удобрений в севооборотах необходимо учитывать отзывчивость отдельных культур, так как наиболее требовательными являются озимые зерновые, картофель, сахарная свекла и овощные культуры; ячмень, лен, однолетние и многолетние травы отзываются примерно одинаково как на непосредственное внесение удобрений, так и на их последствие.
В последние десятилетия минувшего века (1986-2000 гг.) в России были выполнены глубокие исследования по установлению закономерностей формирования фосфатного режима дерново-подзолистых почв в условиях различных систем удобрения. Была получена единая система регрессионных моделей, выражающих количественные зависимости изменения фосфатного режима почв, урожайности сельскохозяйственных культур и качества их продукции при систематическом применении минеральных, органических и известковых удобрений в полевых севооборотах (Чумаченко И.Н., Адрианов С.Н., 2001).
В результате исследований выявлено, что влияние применения удобрений на структуру фосфатного фонда почв, определяемую содержанием органических и минеральных соединений фосфора и их различных фракций, обусловливается физико-химическими, химическими и другими свойствами почвы. В не удобренных дерново-подзолистых почвах минеральные фосфаты представлены в основном Fe-P и в меньшей мере Al-Р. При внесении в почву фосфаты удобрений также превращаются в эти формы, однако доля каждой из них в новообразованном количестве фосфатов зависит от активности алюминия в конкретной почве. В почвах с незначительным содержанием подвижного алюминия фосфаты удобрений переходят в Fe-P, с более высоким содержанием - в Al-Р. Было еще раз подтверждено, что фосфорное состояние почвы, являющейся открытой термодинамической системой, наиболее полно характеризуется только факторами количества, интенсивности, кинетики и устойчивости, что находится в согласии с принципиальными положениями, изложенными в монографии Д.С.Орлова (1985).
Изучение поглощения фосфатов почвами с помощью метода изотерм сорбции позволило определить систему термодинамических показателей, более точно отражающих истинное состояние фосфатов: закономерности изменения содержания лабильного фосфора, равновесной концентрации фосфора, фосфатного потенциала, буферной способности почв по отношению к фосфору, энергии связи и скорости перехода фосфат-ионов из твердой фазы почвы в раствор в зависимости от применения возрастающих доз минеральных удобрений, навоза, извести и их различных сочетаний [77].
Изучение динамики содержания подвижных фосфатов и степени их подвижности при систематическом применении удобрений позволило выявить закономерности изменения приращения содержания подвижных фосфатов в пахотном слое почвы и разработать модели для их прогнозирования, целенаправленного регулирования и оптимизации фосфатного режима в целях выращивания потенциально возможных и планируемых урожаев культур (И.Н.Чумаченко, С.Н.Адрианов. 2001).
Исследованиями также установлено, что при применении фосфорных удобрений концентрация легкорастворимых фосфатов в почве увеличивается более быстрыми темпами, чем содержание подвижных фосфатов. В связи с этим по мере повышения удобренности почв фосфорсодержащими удобрениями в них происходит постепенное увеличение степени подвижности фосфатов, которая хорошо характеризуется соотношением содержания подвижных фосфатов (фактора емкости) и концентрации фосфора в 0.01М СаС12 вытяжке (фактора интенсивности). При этом темпы накопления подвижных фосфатов от внесения одних и тех же доз удобрений были выше в почвах с более высоким исходным содержанием подвижных фосфатов, чем в почвах с меньшим их содержанием [58].
В исследованиях последних лет получены также новые данные о влиянии параметров фосфатного состояния почвы, отражающих факторы количества, интенсивности, кинетики и устойчивости, на продуктивность культур в зависимости от степени кислотности почв. Установленные закономерности, выраженные в виде регрессионных моделей, показывают, что при одном и том же уровне содержания подвижных фосфатов, лабильного фосфора и концентрации фосфора в почвенном растворе урожайность культур повышается по мере снижения кислотности почвы, а формирование одинакового урожая достигается при более низкой обеспеченности растений фосфором.
3. ФОСФОР В ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЫ УКРАИНЫ
Источником фосфорных соединений в почве являются материнские породы. По данным Б. Б. Полынова общее количество фосфора в коре выветривания составляет 0,12% массы земной коры (Цитировано: Кудеярова А.Ю., 1993).
Исследования о роли фосфора в жизни растений и его содержании в поч-' вах получили широкий размах как за рубежом, так и в России.
Первые исследования в отношении почвенных фосфатов касались их валовых запасов, на основании чего делались попытки судить об обеспеченности растений фосфорной кислотой. По валовому содержанию Р205 в различных почвах накоплен довольно обширный материал, который показывает, что в одних и тех же почвенных разностях различия в его содержании иногда могут составлять весьма значительные величины.
Первые же исследования радиального распределения валового фосфора показали, что для большинства почв является характерным его аккумуляция в верхних гумусовых горизонтах с постепенным убыванием вглубь. На основании дальнейших исследований подобное явление было объяснено ассимилирующей ролью растений в отношении фосфорной кислоты, вследствие чего фосфора всегда больше в наиболее гумусированной верхней части профиля, чем в нижней; затем, ниже корнеобитаемого слоя содержание его опять увеличивается (П. А. Костычев, 1880; В. И. Вернадский, 1940; Н. И. Богданов, 1954 и
Биологический цикл накопления Р2О5 подтверждается рядом фактов, в частности, совпадением кривых запасов гумуса и фосфора для подавляющего большинства почв (Д. М. Хейфец, 1950). Исключение составляют каштановые почвы и сероземы, в которых вследствие благоприятных условий для минерализации органического вещества, запасы гумуса очень невелики, в то время как содержание фосфора составляет значительную величину.
Кроме запасов гумуса содержание фосфора в почве в значительной мере определяется еще рядом факторов, такими как степень окультуренности почвы, минералогическим и гранулометрическим составом.
Для черноземных и темно-каштановых почв верхний максимум валового фосфора является и единственным. С глубиной его количество убывает, достигая наименьшей величины в материнской породе. Но в других почвах характер распределения валового фосфора по профилю носит иной характер (Гринченко, 1962; Дмитренко, 1957).
В процессе почвообразования происходит его перераспределение по генетическим горизонтам (Набоких А.И., 1911; Дмитренко П. А, 1957). Было обнаружено, что в темно-каштановых, каштановых почвах и солонцах общим является наличие более или менее выраженного иллювиального горизонта, обладающего специфическими физико-химическими и химическими свойствами, и то, что верхняя часть иллювиального горизонта солонцов и солонцеватых почв значительно беднее валовым фосфором, чем выше и ниже лежащие горизонты (Дмитренко П. А., 1957). Обычно в солонцах максимальное количество фосфора приходится на нижнюю часть иллювиального горизонта и следующий за ним переходный к материнской породе горизонт (А. М. Гринченко, 1962; В. Д. Кисель, Г. М. Кривоносова, 1962; Г. М. Кривоносова, 1963).
Таким образом, можно считать закономерным наличие дифференциации валового фосфора по профилю почв, в которых отмечается перераспределение илистой фракции, гумуса, полуторных оксидов и т.д., хотя характер этой дифференциации в различных почвах различен и определяется типом почвообразования.
Но знание одних валовых запасов фосфора и характера распределения его по профилю различных почв еще не решает вопроса о фосфатном режиме.
П. А. Костычев указывал: "Во многих случаях нам не столь важно знать количество фосфорной кислоты в почвах, как состояние, в котором она находится" (Цитировано: Гринченко, 1962).
Вопрос о характере соединений фосфора в почвах возник сравнительно давно.
До середины XIX столетия большинство исследователей считали, что весь почвенный фосфор находится в минеральной форме. Только в 1872 году Грандо доказал, что часть Р2О5 почвы связана и с органическим веществом (Цитировано : Гринченко, 1962 ). Например, ранние исследования фосфора в России показали, что на долю фосфора, связанного с органическим веществом в черноземах приходится от 38 до 49% валового его содержания (Егоров М.А., 1911; Душеч-кин А. И., 1929. Цитировано: Кривоносова ,1968).
Исследования П. А. Костычева (1888-1890), J. Stoclasa (1911) и др., показали, что большая часть минеральной P2Os представлена известковыми соединениями, главным образом, Саз(Р04)2. Basset (1917) высказал предположение, что вся минеральная часть фосфора является гидроксилапатитом (Цитировано: Кривоносова, 1968)
В то же время была распространена и другая точка зрения на эту проблему. В соответствии с ней отмечалось, что в почве могут присутствовать как фосфаты щелочноземельных металлов, так и фосфаты полуторных оксидов (К. К. Гедройц, 1905; А. Н. Скалозубова, 1935; Emmerling, 1899 и др. Цитировано: Душечкин, 1929 ).
По мнению этих авторов количество тех или иных форм фосфора зависит от почвенных физико-химических и биологических процессов, от культурного состояния и стадии развития данной почвы. На основании своих исследований вышеназванные авторы пришли к выводу, что в черноземных почвах большая часть фосфора связана с кальцием, а в подзолистых и оподзоленных - с алюминием и железом.
Несмотря на то, что подобная точка зрения являлась наиболее распространенной, она встречала все же ряд возражений на основании имеющихся фактических материалов, свидетельствующих о том, что в черноземных почвах минеральный фосфор связан не только с кальцием, но и с алюминием, а в некоторых случаях фосфаты алюминия могут даже преобладать над фосфатами кальция.
Большинство исследователей того времени считали, что фосфаты кальция в почвах представлены в основном труднорастворимыми высокоосновными формами (К. К. Гедройц, 1905; А. Малюгин, 1933; А. В. Казаков, 1937; Д.Л. Аскинази, 1949 и др. Цитировано: Гринченко, 1962 ). Дальнейшие исследования показали, что воздействия водой на любой фосфат кальция приводит в конечном итоге к образованию гидроксилапатита, т.е. минеральные кальциевые фосфаты стремятся перейти из менее устойчивых форм в более устойчивые. Устойчивое существование Са(Н2Р04)2 или СаНР04 имеет место при концентрации фосфатов 70-170мг /л, которая в почве очень редко встречается или вовсе не встречается, а поэтому отрицается возможность существования в почве этих соединений, в связи с переходом их в трифосфат, а затем в гидроксила-патит.
При этом все же не исключена возможность существования в почвах, богатых кальцием и фосфором, дикальцийфосфата, образующегося при процессах гидролиза, т. к., гидролитическое разложение фосфатов приводит к тому, что одна их часть переходит в менее растворимые формы, а другая, хотя и значительно меньшая, - в более растворимые (дикальцийфосфат).
Но образование дифосфата при реакции гидролиза в конце концов прекращается, или идет крайне незначительно, и только благодаря биохимическим процессам. При отсутствии последних вскоре весь фосфат гидролизовался бы и перешел в труднорастворимые соединения (С. А. Кудрин, 1952; Д.Л. Аскинази, 1949а; 19496).
Таким образом, на основании литературного материала, можно считать, что большая часть фосфата кальция в почвах находится в форме труднорастворимых соединений, типа гидроксилапатита, хотя все же не исключена возможность существования некоторого количества растворимых соединений, в основном дикальцийфосфата.
Еще больше неясностей, чем с фосфатами кальция, имеется в отношении фосфатов железа. В почве предполагается наличие целого ряда соединений фосфорной кислоты с железом, представляющих кислые, средние и основные формы. Растворимость этих соединений уменьшается по мере повышения их основности [13].
Опыты Д. Н. Прянишникова в песчаных культурах показали, что действие кислых фосфатов железа было лучше, чем основных. Прокаливание осадка фосфатов железа сильно снижало их усвояемость (Д.Н.Прянишников, 1952).
Накопленные к настоящему времени материалы исследований позволяют заключить, что при соответствующих благоприятных условиях фосфаты железа могут вполне., усваиваться растениями и обеспечивать довольно высокие урожаи сельскохозяйственных культур [44] .
Экспериментальными исследованиями также установлено, что фосфаты алюминия в большей степени доступны растениям, чем фосфаты железа. Более того, устанавливается гипотетический ряд доступности различных форм фосфатов, в котором на первое место ставят фосфаты алюминия [43].
А1Р04 > Са3(Р04)2 > FeP04
На доступность растениям фосфатов алюминия, особенно их аморфных соединений, указывают P.F.Pratt, M.L.Jarber (1964), которые считают, что в некоторых почвах фосфатам алюминия принадлежит большая роль в обеспечении растений фосфором, чем считалось прежде. Это в равной степени относится как к кислым почвам, где эти формы преобладают, так и к нейтральным.
Наиболее изменчивой эта форма фосфатов является в тяжелых почвах с преобладанием глинистых минералов, где алюминий играет большую роль в связывании фосфатов, внесенных с удобрением, или находящихся в почвенном растворе (S.C.Chang andM.L. Jackson, 1957а, 19576, 1958; S.C.Chang and W. К. Chu, 1960).
Некоторые из этих авторов (S.C.Chang and W. К. Chu, 1960) экспериментально доказали, что в почвах с рН=5.3-7.5 и при полевой влагоемкости наиболее активным является ион алюминия, который в первую очередь связывает фосфаты. В частности, на этом принципе основан метод освоения кислых почв с высоким содержанием подвижного алюминия, в которые в качестве мелиорирующего вещества вносят фосфаты (Е. И. Ратнер, 1946; И. И. Назаренко,-1963).
Таким образом, несмотря на довольно обширную литературу по свойствам и доступности для растений различных форм фосфатных соединений, вопрос о их содержании и распределении по генетическим горизонтам различных почв еще очень далек от разрешения, хотя наши представления и гипотезы о формах и природе связи фосфора в почве весьма обширны, но возможности и умение практически определить эти формы пока незначительны.
Попытки изучения форм и групп фосфорных соединений в различных почвах неразрывно связаны с поисками соответствующих методик для их извлечения и определения, т.к. результаты исследований чаще всего зависят от правильного выбора методики, наиболее полно соответствующей поставленной задаче.
Работы в этом направлении сопровождались изучением свойств чистых реактивов фосфатов железа, кальция и алюминия.
В настоящее время имеется довольно обширный материал по растворимости отдельных соединений фосфора в различных растворителях и при определенном рН. Установлено, что при рН ниже трех растворимость фосфата железа резко возрастает; при рН от 3 до 6.5 имеет место незначительное растворение, а при рН > 6.5 вновь наступает интенсивное повышение растворимости.
Аналогичную двухвершинную кривую растворимости имеет фосфат алюминия, с той лишь разницей, что область наименьшей его растворимости находится в пределах рН от 4 до 6.8.
Совершенно другого характера кривую образует фосфат кальция. Максимум его растворимости находится в пределах кислых значений рН, ниже 6.3.
На основании этих исследований делались попытки применить комбинированные методы для познания и учета форм фосфатов в почвах, которые смогли бы приблизить нас к разрешению вопроса о доступности почвенного фосфора растениям.
Среди таких методов следует отметить метод Dean, 1938, в котором почва последовательно обрабатывалась 0.25 н. раствором NaOH, а затем, после удаления избытка щелочи нейтральной солью, - 0.5 н. раствором H2S04 (Цитировано: Кривоносова Г.М., 1962).
Довольно широко известен метод Г. С. Давтяна (1939, 1946), предусматривающий разделение фосфатов почвы на следующие группы:
1. Фосфаты Fe, А1 и органические формы, извлекаемые 0.2 н. раствором К2СО3.
2. Фосфаты Са/Mg/, извлекаемые 0.5 н. СН3СООН после удаления фосфатов Fe и А1 щелочной вытяжкой.
3. Апатитовая форма и остатки форм, неизвлеченных предшествующими вытяжками, но извлекаемые 0.1 н. раствором НС1.
4. Р2О5 апатитов и других минералов, неизвлеченных предшествующими вытяжками, но извлекаемые 1.0 н. раствором НС1.
Большое распространение в агрохимической литературе получил метод Ф. В. Чирикова (1956). Ф.В.Чириков предложил классификацию почвенных фосфатов на основании их растворимости в различных кислотных растворителях. Популярность этого метода обусловлена тем, что исследователь имеет возможность судить не только о содержании тех фосфатов, которые непосредственно используются растениями в процессе роста и развития, но и их резервов, как наиболее близких, так и отдаленных.
Метод Чирикова широко использовался как в Советском Союзе, так и за рубежом для агрохимической характеристики почв. Чаще всего для этой цели исследователи ограничиваются только 0.5 н. уксуснокислой вытяжкой, которая извлекает из почвы наиболее растворимые соединения фосфора.
В последнее время широкую популярность приобрел метод Чанга-Джексона, предусматривающий селективное выделение из почвы фосфатов алюминия, железа, кальция, а также так называемых "восстановленно-растворимых" фосфатов железа и окклюдированных фосфатов железа и алюминия (S.C.Chang and M.L. Jackson, 1957; M.L. Jackson, 1958).
Наиболее трудную задачу разделения фосфатов алюминия и железа авторы метода решают с помощью раствора фтористого аммония с рН=8.5. Обоснованность и приемлемость фтораммонийной вытяжки неоднократно проверялись исследователями многих научных центров (C.V. Fife, 1959,1962,1963; S.C.Chang and F.H.Liaw, 1962).
Исследования показали, что наиболее полное извлечение фосфатов алюминия происходит при рН=8.5 при минимальной растворимости фосфатов железа и кальция.
В Советском Союзе метод Чанга-Джексона впервые был применен сотрудниками Почвенного института им. В. В. Докучаева Д. Л. Аскинази, К. Е. Гинзбург и Л. С. Лебедевой (1963) и рекомендован как для агрохимических исследований, так и для решения генетических вопросов почвоведения. Несмотря на некоторые недостатки, этот метод дает вполне удовлетворительные и интересные результаты по исследованию форм фосфора и их превращения в различных почвах.
Параллельно с работами по изучению форм фосфорных соединений в почвах, велись работы по определению наиболее подвижной, так называемой "доступной" для растений части почвенных фосфатов. .
Основываясь на распространенном в то время предположении и кислотных корневых выделениях, как главном факторе усвоения растениями фосфора почвы, ряд авторов предложили использовать 1% раствор лимонной кислоты, как наиболее приближающийся к кислотности корневых выделений, для извлечения из почвы доступной для растений фосфорной кислоты.
Развитие химических методов определения подвижного фосфора почвы не ограничилось только лимоннокислыми вытяжками. Чрезвычайно широкое распространение получили многочисленные растворители, представляющие различные минеральные и органические кислоты, щелочи, соли и т.д.
Большой интерес с точки зрения использования фосфатов почвы растениями представляет также динамика фосфорных соединений почвы, пути их превращения и закрепления в различных условиях.
Несмотря на то, что по мнению большинства исследователей, фосфорные соединения почвы представляют собой труднорастворимые, высокоосновные формы, они все-таки не являются стабильными и под влиянием химических, биологических и других процессов претерпевают в почве ряд изменений. Несомнению, что одним из самых сильных факторов, способствующих этим изменениям, является вода, которая приводит как к простому растворению фосфатов, так и к различным реакциям между компонентами почвенного раствора [80; 51].
Наибольшее значение при этом приобретают реакции гидролиза, в результате которых из первоначальных форм фосфатов получаются различные продукты. Фосфаты кальция, например, при гидролизе переходят в более устойчивые формы типа гидроксилапатита, в то время как фосфаты железа гидролизу-ются с образованием Fe(OH)3 и Н3Р04(Д.Л. Аскинази, 1949). То есть, при их гидролизе в почвенном растворе повышается концентрация фосфора, и, следовательно, увеличивается степень обеспеченности растений доступными фосфатами.
Большое влияние на реакции гидролиза фосфатов полуторных оксидов оказывают щелочи и гидроксилионы, которые содействуют течению этой реакции и переходу в раствор фосфора. В исследованиях взаимодействия фосфатов железа и углекислого кальция было установлено, что углекислая известь в присутствии воды разлагает фосфаты железа, образуя фосфаты кальция.
Подобные превращения могут претерпевать и фосфаты алюминия. Довольно подробно в литературе освещены вопросы, касающиеся изменения подвижных фосфатов, чаще всего водно-растворимых или растворимых в слабых растворителях, которые наиболее чувствительны к различным изменениям влажности.
Исследователи больше всего склонны считать основной причиной увели- • чения подвижности Р2О5 при увеличении влажности изменение окислительно -восстановительных условий (И.И. Гантимуров, 1939; П. А. Дмитренко, О. В. 1957; Б. А. Неунылов, 1948; И. С. Кауричев, Д.С.Орлов, 1982; Chiang Ching-tsun, 1964; Lu R. К., Chiang P.F., 1964). Было показано, что во всех случаях снижение показателей Eh в почве сопровождалось интенсивным накоплением подвижной фосфорной кислоты.
С. П. Яркову.(1949) экспериментально удалось показать сущность этого процесса, заключающуюся в переходе трехвалентного железа в закисную форму, что обусловливает увеличение подвижности соответствующих форм фосфатов. При смене восстановительных процессов окислительными происходит противоположный процесс - уменьшение подвижности фосфатов.
В вегетационных опытах прямые доказательства предполагаемых превращений фосфатов в условиях избыточного увлажнения получил П. А. Дмитрен-ко (1957). В своих опытах он использовал дерново-подзолистые почвы, черноземы мощные малогумусные, черноземы обыкновенные и некоторые другие почвы. Полученные данные подтверждают вывод о том, что в анаэробных условиях происходит перераспределение фосфатов: уменьшение количества фосфатов Са и Mg и увеличение количества фосфатов Fe. Подвижность последних в анаэробных условиях значительно увеличивается.
Большую работу по изучению динамики ОВП и динамики подвижных фосфатов провел Б. А. Неунылов (1948) в почвах рисовых полей Дальнего Востока СССР.
Исследованиями этого автора установлено, что большая часть фосфатов при затоплении почв переходит в форму железо-фосфатов и становится растворимой благодаря переходу трехвалентного железа в двухвалентное. В связи с этим фосфаты железа и алюминия становятся вполне доступными растениям. В вегетационном опыте этим автором было показано, что внесенные в затопленную почву фосфаты Fe и А1 не уступают по своей эффективности растворимым натриевым фосфатам.
Таким образом, чем сильнее идут восстановительные процессы в почве, тем более подвижными становятся питательные вещества и, в первую очередь, фосфорные соединения.
Исследования причин увеличения подвижности фосфора в анаэробных условиях, проведенные С. П. Ярковым (1949) показали, что в период пребывания почвы в состоянии переувлажнения, особенно при температуре 15-30 гра дусов С, в почве значительно увеличивается количество уксуснорастворимых фосфатов. При последующем высушивании почвы растворимость фосфора в уксусной кислоте опять снижается.
На динамику фосфатов влияет не только увеличение влажности почвы, но и обратный процесс - уменьшение влажности и ее высыхание. Наиболее детальные исследования этого процесса проводились В. А. Францессоном (1949), П.Г. Адерихиным (1946), С. Н. Рыжовым и Б.П. Мачигиным (1939), H.F.Birch (1960), J.Damaska (1964) и др.
Увеличение растворимости фосфора при высушивании почв принято объяснять рядом причин, среди которых называются ослабление активности полуторных оксидов, возрастание подвижности органического вещества, разрыхление и разрушение почвенных агрегатов, в плоскостях которых зажаты молекулы фосфора.
Мы вправе ожидать, что и в условиях орошения, где имеются налицо такие факторы, как увеличение влажности и высыхания почвы при довольно высоких температурах, будет интенсивно происходить превращение почвенных фосфатов.
Работ же по динамике фосфатов в почвах, используемых в орошаемых севооборотах, в настоящее время проведено очень и очень мало. При этом необходимо отметить, что большая часть этих работ носит эпизодический характер и не сопровождается достаточными аналитическими данными. Имеющиеся в литературе сообщения по этому вопросу часто носят противоречивый характер. Так, в ряде исследований не обнаруживается значительных и закономерных изменений в подвижности фосфора в почвах при поливах: орошение иногда увеличивает, иногда уменьшает количество подвижной фосфорной кислоты в почве (Болотина Н. И. ,1960).
В исследованиях других авторов, проведенных на различных почвах, показано, что при орошении заметно возрастает количество подвижных фосфорных соединений, извлекаемых углеаммонийной, уксуснокислой, водной и другими вытяжками [6]. Для орошаемых каштановых почв Казахстана установлено закономерное увеличение количества фосфатов по Мачигину, извлекаемых из почвы после полива, по сравнению с их количеством в дополивной период. При этом содержание подвижных фосфатов в почве орошаемых полей на протяжении вегетации было заметно выше, чем на неорошаемых.
Наиболее детально вопросы о превращении фосфатов при орошении исследованы на кавказских черноземах (П. Е. Простаков, П. В. Носов, 1964).
ГЛАВА П. ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБ-РАЗОВАНИЯНА ЮГЕ УКРАИНЫ
2.1. Климат
В январе преобладают ветры В и СВ направлений, в июле преобладают ветры СЗ направления.
Осадки в течение года выпадают неравномерно, а годовое количество их колеблется от 300 до 380 мм.
Продолжительность безморозного периода составляет около 180-195 дней, даты начала и конца безморозного периода приходятся соответственно на 12 апреля и 20 октября.
Снежный покров сохраняется около 30 дней, при средней из наибольших высот снежного покрова за зиму менее 10 см.
Агрометеорологические условия по сезонам года характеризуются следующими показателями (табл.3).
Гидротермический коэффициент равен 0,6. Сильные продолжительные ветры наблюдаются в весенне-летний период. Вероятность лет со слабо- и среднеинтенсивными суховеями ежегодная. Интенсивные суховеи наблюдаются в 95% лет и очень интенсивные в 40% лет.
В течение года наблюдается два максимума засушливых дней - в начале вегетационного периода (апрель-май) и в конце его (сентябрь-октябрь) и минимум летом (июнь-июль).
Длительное отсутствие дождей может приводить к иссушению верхнего слоя почвы, к снижению, и даже гибели урожая. Высокая температура и пониженная относительная влажность воздуха в длительные периоды создают условия для возникновения атмосферных засух и суховеев. Если в период суховеев или в период отсутствия дождей усиливается ветер, то возникают пыльные бури. Критическая скорость ветра, при которой начинаются пыльные бури в Нижнеднепровском подрайоне южного района 6,6-9,1 м/с . Число дней с сильными бурями в среднем за год составляет более 12. Годовая продолжительность средних и сильных бурь свыше 20 часов. Максимальная скорость ветра во время пыльных бурь, которые в среднем наблюдаются один раз в пять лет, достигает 22-44 м/с. Общие потери почвы за год в среднем достигают более 140 т/га.
Средние запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см в период посева озимых культур не превышают 18 мм. В осенне-зимний период запасы влаги увеличиваются, достигая 120-130 мм в метровом слое почвы. В период колошения запасы влаги в метровом слое падают до 30-50 мм.
Таблица 2.
Метеорологические показатели для Скадовского и Каланчакского земельных массивов (по данным метеостанций г.Скадовска и Аскания Нова)
Показатели Пунк наблюдений Месяцы
Средне мес-яная температура г.Скадов ск (Ска-довский зем.масс ив) -3.5 -2.5 2.3 8.7 15.6 20 22.8 22.4 17 11.6 4.6 -0.5 10
Аскания Но- ва(Кала нчак-ский земельный массив) -3.7 -3.3 1.7 8.6 15.4 19 22.6 21.6 16 10.0 3.1 -1.2 Ср. 9.2
Сред-неме-сяч-ное количест- Г. Скад- овск (Скад- овский зем. массив) 19 14 19 24 28 36 29 27 28 29 27 27 Ср. 307 во осадков Аскания Но- ва(Кала нчак-ский зем.массив) 21 13 21 27 40 43 52 36 28 34 27 26 Ср. 373
Весна, как., правило, короткая (1,0-1,5 месяца), характерной особенностью которой является быстрое нарастание температуры воздуха.
Лето преимущественно жаркое, засушливое. В летний период выпадает большая часть годового количества осадков, преимущественно в виде ливней. Лето заканчивается постепенно.
Наступление осеннего сезона характеризуется увеличением облачности, числа дней с осадками, а также началом заморозков.
Зима очень короткая, мягкая, с частыми оттепелями и преобладанием пасмурной погоды, с малоснежьем (3-6см) и частым образованием на поверхности почвы ледяной корки.
2.2. Геоморфология
В геоморфологическом отношении Скадовский и Каланчакский земельные массивы расположены в пределах Причерноморской низменности, на древней верхнеплиоценовой террасе южного Присивашско- Причерноморского района левобережья Нижнего Днепра.
Территория Скадовского земельного массива расположена на второй надпойменной террасе р. Днепра, представляющей собой слабоволнистую равнину с едва заметным уклоном на юг к Черному морю. Равнинность территории нарушается несколькими подами и курганами. Поды преимущественно неглубокие, округлой или продолговатой формы с очень пологими и' постепенно сливающими с равнинной поверхностью террасы склонами.
Территория Каланчакского земельного массива расположена в пределах древней верхнеплиоценовой террасы, являющейся продолжением почти идеально-ровной, однообразной равнины северного бессточного района с заметным уклоном в направлении к Сивашу. Рельеф этой террасы равнинный, со значительно развитым микрорельефом и многочисленными подами. rG^V , - ? islbJ у loi