Фосфор в почве (1968 год)

Фосфор в почве (1968 год)

Фосфор содержится в растениях в значительно меньших количествах, чем азот (см. табл. 124). Считается, что среднее отношение N : Р2О5 в составе растений равно примерно 3 или N : Р = примерно 6,9. Однако снабжение фосфором в почвенных условиях требует не меньшей заботы, чем снабжение азотом. Напомним, что содержание фосфора в почвах колеблется в сравнительно узких пределах: 0,1—0,25 процентов. В отличие от азота, которым отдельные почвенные типы (как, например, черноземы) очень богаты, почв, богатых фосфором, в природе практически нет (1).

1 Исключение составляют некоторые пойменные почвы, в которых содержание Р иногда достигает 0,8% Р2О5

Кроме того, для фосфора не существует естественных путей возобновления почвенных запасов,— опять-таки, в отличие от азота, запасы которого в почве могут пополняться за счет биологического связывания азота воздуха. Правда, как мы видели выше, верхние слои почвы несколько обогащаются фосфором за счет нижних слоев, из которых глубоко идущая корневая система некоторых растений извлекает фосфор, перенося его кверху и обогащая им верхние слои почвы (биологическая аккумуляция), но это процесс медленный, и темпы его не соответствуют темпам отчуждения фосфора из почв урожаями.

Особенно важным обстоятельством, затрудняющим питание растений фосфором в почвенных условиях, является малая растворимость, малая подвижность, трудная доступность растениям фосфорных соединений почвы. В связи с этим применение фосфорных удобрений служит приемом, целесообразным для большинства почв и для большинства культур. Однако внесенные в почву растворимые фосфорные удобрения более или менее быстро претерпевают изменения, соответствующие физико-химическим и биологическим особенностям данной почвы, и в результате приближаются по своей доступности растениям к почвенным фосфатам. Поэтому выяснение условий доступности Р фосфатов имеет значение не только для почвенных соединений фосфора, но и для вносимых в почву фосфорных удобрений.

Доступность растениям фосфатов в данной почве зависит от соотношения процессов мобилизации и иммобилизации фосфора, постоянно идущих в почве: растворения и осаждения, адсорбции и десорбции, минерализации и биологического закрепления. Для практических целей необходим метод, позволяющий учесть как бы суммарный результат всех этих процессов и предвидеть степень обеспеченности культурных растений фосфором на данной почве. При этом должна быть учтена активная роль корневых систем, которые своими выделениями способствуют растворению и десорбции фосфат-ионов. Само явление поглощения Р растениями, нарушая равновесие между Р твердых и жидкой фаз, способствует переходу почвенного фосфора в раствор, т. е. является фактором его мобилизации.

Методы определения доступного растениям фосфора

Извлечение подвижного (доступного растениям) фосфора из почв производится при помощи кислотных или щелочных вытяжек. Водные вытяжки применяются редко, так как водой извлекаются очень малые количества фосфора, аналитическое определение их затруднительно и результаты не точны. В процессе получения вытяжек происходит не только растворение, но и вторичное осаждение фосфатов; оно ослабляется при расширении отношения между почвой и раствором.

1 Из большого числа предложенных методов здесь указаны лишь наиболее распространенные в лабораторной практике СССР.
2 Шафибековым и Гуссейновым разработана модификация этого метода.

Для извлечения из почвы обменно-способного фосфора используются и аниониты (Л. Г. Сидорина, 1961); при этом смесь анионита (с частицами 0,25—0,5 мм) и почвы, пропущенной через сито 0,25 мм, взбалтывается в воде, а затем анионит отсевается от почвы, и Р, обменно-поглощенный им из почвы, извлекается при помощи раствора NaCl — 10% или НС1 — 0,2 н. Абсолютные значения определяемых величин зависят от: 1) соотношения между почвой и анионитом, 2) времени взаимодействия, 3) pH среды

Содержание фосфора в вытяжках определяется в большинстве случаев при помощи того или иного варианта колориметрических методов.

Как видно из приведенного выше перечисления методов, они значительно различаются между собой и при использовании их получаются весьма различные результаты. Величины полученных данных зависят от ряда моментов и прежде всего от pH реактива и его буферности и от соотношения между почвой и раствором, которые значительно варьируют от метода к методу. Но абсолютные величины данных подвижного фосфора не имеют решающего значения.

Для того чтобы оценить, в какой мере данные по содержанию в почве фосфатов, полученные при помощи того или иного метода, характеризуют обеспеченность растений фосфором на данной почве, их необходимо сопоставить с данными опытов с растениями, желательно полевых (или вегетационных). Химический метод может быть использован в практических целях, если существует корреляция между его показаниями и показаниями опытов с растениями (т. е. если те количества Р, которые определяются химическим методом, коррелируют с обеспеченностью растений фосфором и отзывчивостью их на фосфорные удобрения). Путем сопоставлений с показаниями полевых и вегетационных опытов для каждого химического метода устанавливаются определенные показатели, так называемые «предельные» числа («лимиты»), позволяющие судить о степени обеспеченности растений фосфором на данной почве при том или ином содержании в ней подвижного фосфора (табл. 142).

Таблица 142 Содержание подвижных фосфатов, характеризующее обеспеченность почв фосфором (в мг Р2О5 на 100 г почвы)1 (по Хейвец, 1965)

I При составлении агрохимических карт используется более дробная группировка почв по содержанию в них подвижных фосфатов на б классов (Важенин, 1964); при этом I класс соответствует очень истощенным почвам, а VI класс — сильно обогащенным. Такая дробная группировка позволяет характеризовать почвы по их обеспеченности фосфором в соответствии с потребностями различных групп сельскохозяйственных растений.

Таблица 143 Методы определения растворимых фосфатов, рекомендуемые для различных почв (отмечены знаком +) (по Хейвец, 1965)

1 В модификации К. Е. Гинзбург
2 На бедных фосфором почвах.

Выбор растворителя для извлечения подвижных фосфатов в различных почвах определяется формами фосфорных соединений в изучаемых почвах, которые связаны с их физико-химическими особенностями.

В табл. 143 приведены методы, рекомендуемые для различных почв.

Как видно из табл. 143, большинство методов имеет ограниченную применимость: метод Кирсанова рекомендуется только для дерново-подзолистых почв; метод Мачигина — для карбонатных почв; метод Аррениуса — для красноземов. Из приведенного списка лишь метод Эгнера — Рима, основанный на применении буферного раствора лактата, имеет универсальное значение: он рекомендуется авторами (в условиях почв Швеции, ГДР и ФРГ) на легких и тяжелых почвах, на кислых (с pH до 5,5) и на нейтральных почвах .

Следует отметить, что в Советском Союзе метод Эгнера — Рима до настоящего времени проверен (т. е. данные его сопоставлены с данными опытов с растениями) лишь в ограниченном числе районов (главным образом, в Прибалтике).

В табл. 143 обращает на себя внимание то обстоятельство, что в ряде случаев метод, рекомендуемый для пахотного слоя, не рекомендуется при изучении почв по профилю, т. е. непригоден для нижних горизонтов.

Так, при использовании метода Кирсанова получаются хорошие результаты лишь для пахотного слоя дерново-подзолистых почв;

при анализе нижних иллювиальных слоев получаются повышенные данные, не соответствующие очень слабой доступности растениям фосфатов этих горизонтов. Можно предположить, что в верхних слоях доступный растениям фосфор находится в соединениях типа дикальций фосфата и фосфатов алюминия, хорошо растворимых в слабых кислотах, а в нижних слоях взамен этих форм преобладают фосфаты железа и высокоосновные фосфаты Са, недоступные растениям, но относительно хорошо растворимые в кислых растворителях (Хейфец, 1964). Трудности возникают и в том случае, когда нижние слои почвы содержат карбонаты.

Необходимость применения разных методов при изучении от отдельных слоев почвенного профиля создает неудобства, так как данные, получаемые по профилю, несопоставимы между собой; трудно сопоставить и данные для разных почв одного хозяйства, если они получены разными методами. В этих случаях может быть полезен такой универсальный метод, как метод Эгнера — Рима.

Попытку обойти затруднения при выборе метода изучения фосфатов по профилю представляет собой предложенный К. Е. Гинзбург и Л. Ф. Артамоновой (1966) метод определения подвижных фосфатов в молибдатной вытяжке [0,5% K2SO4 + 0,5% (NH4)2MoО4] пригодный для кислых, слабо-кислых и карбонатных почв.

Важной характеристикой состояния почвенных фосфатов (помимо количества подвижного Р, определяемого тем или иным химическим методом) является также величина запаса усвояемого Р. Определение ее может проводиться путем выращивания на одной и той же навеске почвы нескольких урожаев или посевом большого числа растений в сосуд с малым количеством почвы. Последующее определение количества Р в урожаях, полученных в опыте, показывает запас усвояемого Р, извлеченный растениями. Следует отметить, что для разных растений запас усвояемого Р в данной почве имеет разные величины, что объясняется особенностями усвояющей способности отдельных растений.

В последние годы А. В. Соколовым был предложен метод определения условного запаса усвояемого фосфора, основанного па вегетационном опыте с применением изотопа Р32 (А. В. Соколов, 1955, 1962). Сущность этого метода заключается в следующем: возможно меньшее количество меченого фосфора (не более 1 мг на
1 кг почвы) с активностью от 10 до 100 мккюри Р³² разводят в общем количестве воды, даваемой при набивке сосуда почвой. К этому же раствору добавляют нужное количество азотных, калийных и других питательных солей; затем раствор тщательно перемешивают с навеской почвы; через 1—3 дня перемешивание повторяется. Почву переносят в сосуд, в котором и проводят вегетационный опыт, соблюдая обычные правила постановки этих опытов. По окончании опыта определяют содержание общего фосфора и активность Р³² в сухом веществе урожая.

Считая, что радиоактивный фосфор (Р³²) распределяется между почвой и растением так же, как и нерадиоактивный (Р31) усвояемый фосфор почвы, можно это соотношение выразить следующим уравнением:

Поскольку в почвенных условиях в питании растений принимают участие разнообразные формы фосфорных соединений, имеющие разную растворимость и находящиеся в почве в разных количествах, то «запас усвояемого фосфора» отнюдь не отвечает содержанию в почве какой-либо одной формы фосфора, а дает «суммарное питательное значение всех фосфатов почвы, условно выраженное в количестве миллиграммов Р2О5, эквивалентных по своей усвояемости наиболее подвижным помеченным нами фосфатам почвы» (А. В. Соколов, 1958).

В табл. 144 приведены данные по запасу усвояемого фосфора и величине коэффициента использования Р32 (в %) для нескольких почв.

Запасы «усвояемых» фосфатов в черноземах и дерново-подзолистых почвах (табл. 144) довольно близки между собой, по резко отличаются коэффициенты усвояемости, характеризующие степень подвижности фосфатов. Известкование дерново-подзолистой почвы, почти не изменяя запаса усвояемых фосфатов, резко повышает их подвижность, т. е. К. У сероземов при незначительном запасе велик процент использования.

Таблица 144 Запас усвояемых фосфатов в почвах и процент использования Р³² растениями (по Соколову, 1958)

Таблица 145 Величина запаса усвояемых фосфатов для пшеницы и гречихи (по Соколову, 1952)

Совершенно обратные соотношения имеют место в красноземе: при высоком запасе усвояемого фосфора коэффициент его использования ничтожен, т. е. очень мала степень их подвижности.

Для различных растений запас усвояемого Р и степень его подвижности, определяемые по методу А. В. Соколова, неодинаковы, как это можно видеть из табл. 145.

Гречиха обладает большей способностью усваивать труднорастворимые фосфаты по сравнению с пшеницей (Это отмечал Д. Н. Прянишников еще в 1922 г.), а поэтому запас усвояемых фосфатов и их подвижность в почвах для гречихи выше, чем для пшеницы (табл. 145).

Использование радиоактивной метки Р³² позволяет уточнять и результаты химических методов определения подвижного Р. Выше уже отмечалось, что во время производства вытяжек (водных, кислотных, щелочных) происходит не только растворение фосфатов, но и их вторичное осаждение. То количество фосфатов, которое аналитически определяется в вытяжке, является результатом двух одновременно идущих противоположных процессов — растворения и осаждения. Добавка к растворителю ничтожного количества

меченого фосфора (Р³²), которое не влияет на реакции растворения и осаждения, позволяет учесть количество фосфатов, участвующих в распределении между жидкой и твердыми фазами.

Зная исходную радиоактивность растворителя и определив радиоактивность вытяжки и содержание в ней Р2О5, можно вычислить, сколько всего в почве содержится фосфатов, способных растворяться в данном реактиве. Эта величина (в мг на 100 г почвы) может значительно отличаться от количества фосфатов, найденных в вытяжке. Так, определение подвижных фосфатов по методу Кирсанова (в вытяжке 0,2 н. НС1) в дерново-подзолистых и черноземных почвах дает показания, вдвое меньшие, чем общее количество их, определяемое с использованием радиоактивной метки (Соколов и Сердобольский, 1960).

Для суждения о доступности растениям почвенных фосфатов очень полезно было бы знать количественное содержание разных форм соединений фосфора в данной почве. Однако ввиду сложности этого вопроса он до сих пор полностью не разрешен. Из методов, направленных на определение форм фосфатов в почве остановимся на методах Ф. В. Чирикова и американских исследователей Чанга и Джексона.

Метод Ф. В. Чирикова, разработанный в 1936—1937 гг., заключается в разделении почвенных фосфатов при помощи различных растворителей на следующие 5 групп (табл. 146).

Фосфаты I группы хорошо усваиваются растениями. Фосфаты II группы — уксуснорастворимые — частично доступны растениям; они являются ближайшим резервом, за счет которого постепенно пополняется количество доступных фосфатов по мере их использования растениями. Фосфаты остальных групп непосредственно недоступны растениям.

В классификации почвенных фосфатов Ф. В. Чирикова (табл. 146) не нашли место фосфат-ионы, адсорбированные почвенными коллоидами. Конечно, они в той или иной мере извлекаются растворителями.

Несмотря на ориентировочную, а частично неточную (1) группировку фосфатов, извлекаемых различными растворителями, метод

1) Фитин частично извлекается СН3СООН и, следовательно, должен входить и во II группу; органические фосфаты могут входить во II и III группы; титанофосфаты должны входить в III и IV, а не в V группу по схеме Чирикова.

Таблица 146

остаток почвы обрабатывается дитионит-цитратом (в присутствии NaHCО3), который восстанавливает окисные формы железа; после этого могут быть извлечены фосфаты А1 и Fe, освободившиеся от пленок окислов железа.

Для определения главных форм фосфора в почве (связанных с Al, Fe и Са) можно пользоваться сокращенным вариантом метода Джексона—тремя последовательными вытяжками: 0,5 н. NH4F, 0,1 н. NaOH и 0,5 н. Н2SO4.

Условия доступности растениям фосфорных удобрений

Как уже отмечалось, применение фосфорных удобрений — распространенный прием на всех почвах и для всех культур. Однако эффективность его колеблется в широких пределах и зависит от количества доступного фосфора в почве — с одной стороны, и от дозы и способа внесения фосфорных удобрений,— с другой. Отсутствие действия фосфорных удобрений может зависеть и от других обстоятельств: недостатка других питательных элементов (N, К,

........ микроэлементов), неблагоприятного режима влажности

и температуры и т. д. В дальнейшем изложении мы исходим из предположения, что все эти факторы присутствуют в таких количествах, что не мешают действию фосфатов.

Фосфорные удобрения отличаются по своей растворимости: суперфосфат содержит фосфор в основной части в виде воднорастворимого монокальциевого фосфата — Са (Н2РО4)2; фосфоритная мука — СаХ2 ЗСа3(РО4)2 не растворима в воде и мало растворима в слабых кислотах; остальные фосфорные удобрения (как преципитат, томасшлак) по своей растворимости занимают промежуточные места между суперфосфатом и фосфоритной мукой.

При внесении суперфосфата в почву разбросным способом и заделке его на ту или иную глубину монофосфат кальция удобрения растворяется в почвенном растворе и быстро вступает во взаимодействие с твердыми фазами почвы. Происходит поглощение фосфат-ионов на поверхности почвенных коллоидов, образование нерастворимых фосфатов двух- и трехвалентных катионов. Частично фосфор поглощается и биологически. Большое значение при этом имеют реакции обмена почвенных поглощенных катионов и анионов на Са²⁺ и Н2РО^-₄ — суперфосфата. В результате равновесие между фосфат-ионами жидкой и твердой фаз, нарушенное при внесении суперфосфата, восстанавливается и повышение концентрации Р2О5 в почвенном растворе оказывается совершенно незначительным. Однако повышенная доступность фосфора растениям на то или иное время сохраняется.

Различия в свойствах почвы сказываются при взаимодействии с суперфосфатом как в характере вновь образованных соединений фосфора, так и в темпах их образования.

Анализ по методу Ф. В. Чирикова неудобренной почвы и почвы, в которую внесен суперфосфат, позволяет ориентировочно судить о том, какие группы почвенных фосфатов и в каком количестве образовались за счет внесенного суперфосфата (табл. 147).

Таблица 14 7 Количество фосфатов (в мг Р2О5/100 г почвы), образовавшихся из суперфосфата (сверх находившихся в самой почве)1 (по Чирикову, 1939)

1 Анализ после 15 дней компостирования с суперфосфатом.

Во всех изучавшихся почвах, кроме краснозема, наблюдается увеличение за счет внесенного суперфосфата количества фосфатов тех групп, которые относятся к категории усвояемых (см. табл. 147). При этом в сероземе фосфор суперфосфата полностью перешел в фосфаты первых двух групп; в этой почве со слабощелочной реакцией связывание фосфора полуторными окислами совсем не имело места. В черноземе фосфат-ионы суперфосфата перешли равномерно в фосфаты первых трех групп. В кислой подзолистой почве (pH водной вытяжки 5,7) весьма небольшое количество фосфора суперфосфата превратилось в углекислорастворимую форму. Здесь, по-видимому, образуются фосфаты II и III групп. В красноземе закрепление фосфатов полуторными окислами происходит особенно резко, причем в большей части в форме не растворимой даже в 0,5 н. НС1.

Увеличение количества подвижных фосфатов отчетливо наблюдается при анализе любым методом в почвах многолетних опытов на делянках с внесением суперфосфата (Любарская и др., 1963). При анализе по методу Чирикова при этом выявляются закономерные связи между свойствами почвы и распределением по фракциям, аналогичным тем, которые отмечены в лабораторном опыте табл. 147.

Ниже мы еще остановимся на особенностях превращения суперфосфата в разных почвах. Здесь же только отметим, что происходящий при внесении суперфосфата во всех почвах переход воднорастворимых фосфатов в формы менее растворимые (или ретроградация суперфосфата) имеет большое значение для действия этого удобрения. Благодаря ретроградации суперфосфат очень слабо передвигается в почве: основная масса его остается в слое внесения.

С ретроградацией суперфосфата связывается в низкий для большинства почв коэффициент его использования. Коэффициентом использования суперфосфата называется количество его фосфора, поглощенное растениями, выраженное в процентах от всего количества фосфора, внесенного с суперфосфатом. До недавнего времени эта величина определялась по методу «разности» путем сравнения количества фосфора в урожае растений на неудобренных делянках и делянках, удобренных суперфосфатом. Так, если урожай пшеницы (зерна и соломы) на неудобренном участке содержал 12 кг Р2О5 на 1 га, а на участке, удобренном суперфосфатом в количестве 50 кг Р2О5 на 1 га, 18 кг Р2О5, то коэффициент использования суперфосфата равнялся:

(18-12)/50X100 = 12% .

Такие определения коэффициента использования давали низкие величины, равные 10—20%, что объяснялось переходом Р2О5 в недоступные растениям формы.

Однако в последние годы представления о низком коэффициенте использования суперфосфата и слабом его последействии подверглись некоторому пересмотру. Дело в том, что разностный метод основан на предположении, что растения в одинаковой мере используют почвенные соединения фосфора как на неудобренной почве, так и на почве, удобренной суперфосфатом. Опыты, проведенные с суперфосфатом, меченным изотопом Р³², показали, что это не так: в присутствии легко подвижного Р суперфосфата растения используют в первую очередь Р удобрения, и Р почвы поглощается в меньшей мере, чем на неудобренном участке; фактически коэффициент использования суперфосфата во многих случаях выше, чем предполагалось на основании разностного метода. Кроме того, при оценке коэффициента использования суперфосфата должно учитываться и его последействие: фосфор, неиспользованный растениями в первый год после внесения удобрения, может быть в известной части использован в последующие годы.

При систематическом внесении суперфосфата происходит постепенное обогащение почвы доступными растениям формами фосфора: увеличивается степень насыщенности почвы обменно способными формами фосфора, увеличивается общий запас усвояемых фосфатов Са, Mg и А1; при этом постепенно повышается коэффициент использования вновь вносимого суперфосфата. Почва достигает в конце концов такого уровня по содержанию Р, при котором дальнейшее внесение фосфорных удобрений уже не повышает урожая.

На бедных фосфором почвах эффективное использование суперфосфата может быть достигнуто не только за счет постепенного обогащения фосфором всей почвы, но и за счет изменения способа

его внесения: вместо разбросного внесения, при котором удобрение перемешивается с большой массой почвы, применяется местное внесение (в рядки, в лунки). Применение гранулированного суперфосфата также представляет собой случай местного внесения, повышающего эффективность суперфосфата.

В почве вокруг гранул суперфосфата образуются очаги повышенной концентрации Р в легко доступной растениям форме. Образование этих очагов объясняется следующим образом: при помещении гранулы суперфосфата во влажную почву воднорастворимый Са(Н2РО4)2 начинает диффундировать из гранулы. При этом прежде всего происходит фиксация (1) фосфат-ионов в ближайшем к грануле слое почвы. Последующие порции монофосфата, продвигающиеся от гранулы, попадают в почву, у которой адсорбционные связи (в широком смысле) уже насыщены, и поэтому остаются в воднорастворимом состоянии. Благодаря своей растворимости они сохраняют способность продвигаться дальше.

1) Под фиксацией в данном случае понимается поглощение в широком смысле: за счет адсорбции, химического осаждения, биологического закрепления.

В результате вокруг гранулы образуется очаг, содержащий фосфор в связанных, по достаточно доступных растениям формах. Распределение фосфора в почве видно из табл. 148: чем ближе к грануле, тем больше концентрация доступного фосфора в почве. Растения используют фосфор из очагов, оплетая их своими корнями.

Таблица 1-18 Содержание Р, растворимого в 0,2 н.НС1 (по Кирсанову), в почве очагов вокруг гранул (мг Р2О5 на 100 г почвы)1. Почва — дерново-
сильноподзолистая суглинистая (по Возбуцкой, 1952)

1 Анализ через 2,5 месяца после внесения гранул в почву.
2 Размер гранул 3—5 мм.

Аналогично образуются очаги повышенной концентрации подвижного фосфора и при местном внесении порошковидного суперфосфата.

Условия доступности растениям фосфора фосфоритной муки в почвах совсем иные: если для того чтобы сохранить доступность растениям фосфора суперфосфата его предохраняют от излишнего контакта с почвой (гранулирование), то использование растениями труднорастворимых фосфатов фосфоритной муки делается возможным лишь в результате взаимодействия с почвами, за счет их потенциальной кислотности. Высокая тонина помола фосфоритной муки является поэтому положительным фактором.

Особенно активно разлагают фосфоритную муку с образованием доступных растениям фосфатов почвы, обладающие обменной кислотностью. Мы видели выше, что обменная кислотность определяется наличием в поглощенном состоянии ионов Н или А1, способных к обмену с катионами нейтральных солей. Взаимодействие фосфоритной муки с почвой, содержащей обменный Н-ион, отличается от взаимодействия с почвой, содержащей обменный А1. Это видно из следующих схем, которые приводит Д. Л. Аскинази (1949)

Эти схемы показывают, что в реакции с обменным II освобождается больше фосфора и в более доступной растениям форме, чем в реакции с обменным А1. В вегетационных опытах Д. Л. Аскинази

выявилось, что растения, выращенные на кислых почвах, поглощали значительно большие количества фосфора из фосфоритной муки, если почва была насыщена Н-ионом, чем в том случае, когда кислотность определялась присутствием А1 (табл. 149). В недавнее время Д. М. Алексеева (1961), для уточнения этого же вопроса использовала ионно-обменную смолу (катионит), насыщенную Н или А1. При этом меньшая способность Al-катионита к разложению фосфорита по сравнению с Н-катионитом сказалась вполне отчетливо.

Можно думать, что разложение фосфоритной муки в красноземах слабее, чем в почвах, содержащих Н-ион. Однако едва ли это имеет практическое значение, так как абсолютная величина обменной кислотности, выраженная в мг-экв / 100 г почвы, в красноземах очень велика, и количественный фактор здесь покрывает качественный. Отрицательным моментом на красноземах является возможность вторичного осаждения освободившихся фосфат-ионов полуторными окислами.

Разлагать фосфоритную муку, переводя ее Р в более усвояемые формы, могут не только резко кислые почвы, но и почвы, не имеющие обменной кислотности, но отличающиеся сравнительно высокой величиной гидролитической кислотности.

Эффективность фосфоритования при этом, естественно, зависит от степени насыщенности почвы: чем ниже степень насыщенности (т. е. чем кислее почва), тем выше ее способность разлагать фосфоритную муку. Однако, как было установлено Б. А. Голубевым (1954), помимо степени насыщенности здесь играет роль и емкость поглощения почвы. Для того чтобы разобраться в этом, сопоставим условия разложения фосфоритной муки в двух почвах, имеющих одинаковую степень насыщенности (50%), по разную емкость поглощения: 30 мг-экв и 6 мг-экв на 100 г почвы. Для первой почвы гидролитическая кислотность выражается величиной 15 мг-экв, а для второй — 3 мг-экв на 100 г, т. е. величина кислотности в первой почве в 5 раз больше, чем во второй. Ясно, что разложение фосфорита будет полнее в первой почве. При большей степени насыщенности (75%) гидролитическая кислотность первой почвы сохраняет еще значительную величину (7,5 мг-экв), а для второй сделается настолько малой (1,5 мг-экв на 100 г), что разложение фосфоритной муки не произойдет в заметных количествах. Почвы с очень малой емкостью поглощения (< 5 мг-экв) разлагают фосфоритную муку при степени насыщенности, не превышающей 65%, тогда как для почв с емкостью поглощения в 30—50 мг-экв предельная степень насыщенности лежит между 90—95%. Последним условиям отвечают многие разности черноземов, на которых фосфоритная мука в связи с этим и является вполне эффективным удобрением.

Немалое значение для растворения фосфоритной муки в почвах имеют и кислоты, образующиеся в результате биологических процессов в почве, особенно Н2СО3 и HNО3 (А. Н. Лебедянцев, 1960).

Фосфорный режим отдельных почвенных типов

В кислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах фосфор в большой части связан с полуторными окислами как в виде адсорбционных соединений, так и в виде фосфатов Fe и А1; отсюда малая подвижность Р в интервале pH 4,0—5,5, обычном для этих почв. Определение подвижного фосфора, по Кирсанову дает, как правило, низкие величины, указывающие на необходимость внесения фосфорных удобрений. Из табл. 144, где приведены данные запаса усвояемых фосфатов, по А. В. Соколову, видно, что наряду с небольшими величинами этого запаса (14—15 мг Р2О5, на 100 г почвы) дерново-подзолистые почвы, особенно легкого механического состава, отличаются и малым процентом его использования (7—13%). Окультуривающие воздействия на почву (в основном унавоживание), повышая pH, увеличивая степень насыщенности почвы катионами и общее содержание гумуса и азота, улучшают и фосфорный режим почв. Францессон (1934) приводит следующие данные содержания подвижного фосфора в почвах различной степени окультуренности (табл. 150).

Данные по количеству подвижного фосфора в почве могут быть до известной степени показателями ее окультуренности.

Таблица. 150 Влияние окультуренности дерново-среднеподзолистых почв на содержание в них подвижного фосфора (в совхозе Грибово Московской обл.) (по Францессону, 1934)

Помимо унавоживания, существенное значение для улучшения фосфатного режима подзолистых почв имеет известкование. В отличие от навоза, при внесении которого почва обогащается за счет содержащегося в нем Р, известь не изменяет общего запаса фосфора в почве, но значительно повышает его подвижность и усвояемость для растений (см. табл. 144). Как уже отмечалось выше, это связано с изменением реакции среды: повышение pH, которое происходит при известковании, уменьшая активность полуторных окислов, ослабляет адсорбционные связи фосфора и несколько увеличивает относительное количество фосфатов кальция в почве. Известкование ускоряет также процессы, минерализации органических форм фосфора. При этом часто уменьшается концентрация воднорастворимого фосфора, но увеличивается содержание фосфора, растворимого в слабых кислотах (табл. 151).

Благодаря увеличению доступности почвенного фосфора, в результате известкования повышается количество Р в урожаях (табл. 152).

Таблица 1 5 1 Влияние извести (на 7-й год после внесения) на подвижность фосфора ночвы в слое 0—15 см (в мг Р205/кг почвы), Московская областная сельскохозяйственная опытная станция (по Аскинази, 1949)

Таблица 152
Последействие извести на урожай овса и содержание в нем фосфора и азота. Московская областная сельскохозяйственная опытная станция
(по Аскинази, 1949)

1 За 100% приняты показатели без извести

Последействие извести сказывается на повышении использования растениями почвенных запасов по отношению к фосфору в течение более длительного периода, чем по отношению к азоту (табл. 152).

Конечно, мобилизация почвенного Р при известковании приводит к постепенному истощению его запасов. И хотя согласно данным Долгопрудной опытной станции почвенного фосфора в суглинистой почве может хватить на получение высоких урожаев в течение десятилетий, известкование не устраняет необходимость применения в дальнейшем тех или иных фосфорных удобрений.

При удобрении дерново-подзолистых и подзолистых почв суперфосфатом фосфор его в значительной части связывается с полуторными окислами (см. табл. 147); тем самым значительно снижается усвояемость суперфосфата. В связи с этим здесь полезны мероприятия, уменьшающие закрепление фосфора в малодоступной форме; к ним относятся: а) применение гранулированного суперфосфата; б) местное внесение порошковидного или гранулированного суперфосфата и в) известкование, которое проводится предварительно или одновременно с внесением суперфосфата.

Особенно эффективно внесение гранулированного суперфосфата в рядки с семенами. В этом случае, помимо сохранения фосфора в доступной растениям форме, важную роль играет размещение гранул рядом с семенами, что обеспечивает хорошее снабжение фосфором молодых растений в самый ответственный период их раннего развития. Фосфор гранулированного суперфосфата при этом используется в большей мере в первый же год и окупается значительными прибавками урожая (Н. С, Авдонин, 1950).

Применение извести (в небольших дозах) в качестве фона для суперфосфата положительно действует на сильнокислых почвах и особенно для культур, страдающих от кислотности (клевер).

Наряду с суперфосфатом на дерново-подзолистых и подзолистых почвах эффективным удобрением является фосфоритная мука, Р которой освобождается в усвояемой форме за счет почвенной кислотности. Поскольку процесс взаимодействия фосфоритной муки с почвой протекает медленно, то это удобрение имеет продолжительное последействие, особенно при больших дозах.

Необходимо отметить, что фосфорные удобрения на дерново-подзолистых и подзолистых почвах эффективны лишь в таких условиях, когда растения обеспечены азотом (за счет внесения органических и минеральных азотных удобрений или предшествующей культуры бобовых).

В черноземных почвах, характеризующихся большим содержанием гумуса, высокой степенью насыщенности катионами и реакцией почвенного раствора, близкой к нейтральной, условия фосфатного режима более благоприятны, чем в кислых почвах.

Минеральные соединения фосфора являются в черноземах в большей части солями кальция.

Таблица 153 Подвижность фосфора в черноземах в связи с их биологической активностью (слой 0—15 см) (по Дмитренко, 1957)

Фосфор органических соединений представлен в черноземах в относительно большом количестве, составляя до 50 и более процентов от общего фосфора почвы. В связи с этим переход почвенного фосфора в подвижные формы в значительной мере связан с биологическими процессами в почве. Чем активнее биологическая деятельность почвы, тем больше ее фосфора входит в доступные растениям формы (табл. 153). В качестве показателя биологической активности здесь взята нитрификационная способность почвы. Окультуривание черноземов приводит вместе с усилением биологической деятельности к повышению количества подвижного фосфора (табл. 138) так же, как и для дерново-подзолистых почв.

С глубиной валовое содержание фосфора в черноземах падает: в таком распределении явственно сказывается влияние биологической аккумуляции. Поскольку с глубиной резко падает биологическая активность почвенных горизонтов, то и количество подвижного фосфора с глубиной уменьшается, причем не только абсолютно, но и в процентах от валового содержания.

Применение фосфорных удобрений является эффективным приемом повышения плодородия и увеличения урожаев на черноземах, особенно на слабоокультуренных почвах и в условиях достаточной обеспеченности другими питательными веществами и влагой. При внесении суперфосфата происходит переход его воднорастворимого фосфора в формы, не растворимые в воде. Как мы видели выше (см. табл. 147), в черноземах фосфор суперфосфата в относительно большой части оказывается связанным с кальцием (I и II группы по Чирикову) и, следовательно, сохраняется в достаточно доступной растениям форме.

При систематическом (в течение ряда лет) внесении суперфосфата происходит значительное обогащение чернозема подвижным фосфором. Так, в опыте П. Г. Адерихина (1957) на выщелоченном черноземе в слое 0—15 см было найдено фосфора, перешедшего в вытяжку 0,5 н. СН3СООН (II группа по Чирикову), следующие количества: а) почва без удобрения — 4,7 мг; б) почва, удобренная суперфосфатом один раз,—5,7 мг и в) почва, удобрявшаяся суперфосфатом ежегодно в течение 5 лет,— 9,9 мг Р2О5 на 100 г почвы. При значительном обогащении почвы доступным фосфором растения могут быть хорошо обеспечены этим питательным веществом в течение ряда лет — за счет последействия суперфосфата.

Из сказанного о состоянии фосфатов в черноземных почвах ясно, что для этих почв вопрос о предохранении суперфосфата от закрепления почвой не является столь острым. Но местное внесение (в рядки с семенами, в лунки, гнезда, борозды) порошковидного и гранулированного суперфосфата полезно и на черноземных хотя бы уже потому, что позволяет размещать удобрение, которое почти не передвигается в почве, с таким расчетом, чтобы растения могли использовать фосфор в самый ранний период роста, являющийся периодом высокой потребности растений в (фосфоре.

Применение фосфоритной муки эффективно не на всех разностях черноземных почв, а лишь на тех, которые отличаются большой величиной гидролитической кислотности и пониженной степенью насыщенности основаниями. На деградированных и выщелоченных черноземах действие фосфоритной муки близко к действию суперфосфата, на мощных черноземах — слабее, на обыкновенных и южных черноземах — совсем ничтожно (табл. 154).

Таблица 154 Действие фосфоритной муки и суперфосфата, внесенных в пару под рожь (по Соколову, 1950)

Таблица 155 Эффективность фосфоритной муки под сахарную свеклу на солонцеватых черноземах (по Дмитриенко, 1957)

1 Среднее из пяти опытов.
2 Среднее из трех опытов.

Таблица 156 Содержание подвижного фосфора1 (в мг Р2О5 на 1 кг почвы) на разных полях севооборота без удобрений (по Малинкину, 1960)

1 В углеаммонийной вытяжке по Мачигину.

В ряде лабораторных опытов (Е. И. Ратнер, 1935; Н. Д. Смирнов, 1931) происходило освобождение Р фосмуки за счет взаимодействия с обменным Na почвы. На этом основании было высказано предположение о возможности эффективного использования фосфоритной муки на солонцах и солонцеватых почвах, в том числе и на солонцеватых черноземах. Однако в вегетационных опытах Е. И. Ратнера это предположение не подтвердилось. Не подтвердилось оно и в полевых опытах (табл. 155).

Особенности фосфатного режима сероземов определяются реакцией их почвенного раствора (pH колеблется в пределах 7—8), основной ролью Са и Mg среди поглощенных катионов и малым содержанием гумуса. Фосфор органических соединений составляет в сероземах всего 10—12% от общего его количества. Наибольшая часть фосфорных соединений представлена здесь фосфатами Са. В связи с этим почвенный фосфор сероземов достаточно хорошо доступен растениям. В условиях орошаемого земледелия происходит быстрое снижение запасов усвояемого фосфора на неудобряемых участках (табл. 156).

Таблица 157 Содержание общего фосфора в % Р2О5 в почве хлопковых полей (без удобрения). Почва—типичный серозем. Ак-Кавакская опытная станция (по Малинкину, 1960)

Слой почвы в см	В севообороте с двухлетней люцерной	Бессменный хлопчатник.	Разница, в пользу люцерны
0—20	0,179	0,161	4-0,018
20—40	0,167	0,154	+0,013
40—60	0,149	0,148	+0,001
60—80	0,115	0,139	—0,024
80—100	0,110	0,130	—0,020

При отсутствии удобрений (табл. 156) хлопчатник, а также и люцерна являются интенсивными потребителями почвенного фосфора и из года в год уменьшают количество подвижного фосфора не только из пахотного, но и из подпахотного слоя. При этом люцерна отличается от хлопчатника тем, что в большей мере использует фосфор глубоких слоев почвы и поэтому после распашки пласта и разложения корневых и послеукосных остатков количество усвояемого Р в верхних слоях почвы снова несколько повышается. Культура люцерны приводит, таким образом, к переносу фосфатов из нижних слоев почвы в верхние, как это видно из данных табл. 157.

При культуре хлопчатника на сероземах в последние десятилетия широко применяются фосфорные удобрения, а также и навоз. Монофосфат кальция суперфосфата переходит в сероземе в соединения типа дифосфата кальция. В такой форме фосфор остается доступным растениям на ряд лет после внесения (т. е. он очень медленно переходит в более основные фосфаты кальция). Отсюда его значительное последействие, которое продолжается в течение 2—3 и более лет в зависимости от условий (прежде всего, от дозы фосфора). Так, в опыте, приведенном в табл. 158, последействие наблюдалось в течение 5 лет (вариант 3).

При систематическом внесении суперфосфата в течение ряда лет серозем постепенно обогащается подвижными формами фосфора, достигая высокого уровня насыщенности ими. Дальнейшее внесение фосфорных удобрений может уже быть не эффективным. В связи с этим внесение фосфорных удобрений на сероземах необходимо сообразовать с данными по содержанию в почвах усвояемого фосфора.

Применение навоза также приводит к обогащению сероземов усвояемыми фосфатами. В отличие от минеральных удобрений, обогащающих фосфатами в основном лишь верхний слой почвы, навоз увеличивает количество подвижного Р и в более глубоких слоях, очевидно, за счет просачивания в глубь растворимых органических соединений фосфора (табл. 159).

Уже по целому ряду данных, приведенных выше, видно, что красноземы резко отличаются по своему фосфатному режиму от других, рассмотренных нами типов почв. Благодаря высокому относительному содержанию полуторных окислов (малой величине отношения SiО2: R2О3 или А : В) и кислой реакции, красноземы обладают огрохмпой поглотительной способностью по отношению к фосфатам и прочно удерживают их. Доля подвижного фосфора (доступного растениями) в красноземах ничтожна.

Таблица 158 Действие и последействие фосфорных удобрений на урожай хлопчатника (в и,/га) в севообороте. Почва — темный серозем давнего орошения
(по Чумаченко, 1960)

Таблица 150 Содержание в сероземе подвижных форм фосфора (в мг Р2О5 на 100 г почвы) в зависимости от вида удобрений (по Белоусову, 1960)

Таблица 160 Действие удобрений на урожай чайного листа. Всесоюзный научно-исследовательский институт чая, 1931 (по Аскинази и Шапошниковой, 1939)

Основная часть фосфатов связана здесь с полуторными окислами, органические соединения фосфора составляют невысокий процент от общего его содержания в почве.

Конечно, недопустимо, чтобы широкие возможности получения высоких урожаев ценных культур (чай, цитрусовые), имеющиеся в зоне субтропиков, ограничивались недостаточным уровнем фосфорного питания растений. Понятно поэтому, что вопросу улучшения снабжения растений фосфором па красноземах, начиная с 30-х годов, было посвящено очень много исследований.

Первые опыты показали, что при высокой эффективности азотных удобрений для чайного куста, действие фосфорных удобрений при внесении их в обычных дозах (60—100 кг/га Р2О5) очень мало. Так, в одном из опытов Института чая были получены такие результаты (табл. 160): прибавки от Р, несмотря на сравнительно высокие дозы, не превышали 10—12% от фона.

Исследования путей повышения эффективности фосфорных удобрений на красноземах шли в двух направлениях:

1) изыскание способов мелиорации красноземов, ослабления их адсорбционных свойств по отношению к фосфатам и

2) выбор способов внесения фосфорных удобрений в почву. Ослабление адсорбционных свойств красноземов по отношению к фосфатам теоретически представляется возможным прежде всего путем расширения отношения SiО2 : R2O3. С этой целью в почву вносились различные вещества, богатые ацидоидами: SiО2 в виде геля или золя; Na2SiО3; металлургические шлаки, содержащие большой % SiО2, а также гуминовые кислоты, органические вещества, как материал для образования гуминовых кислот. С другой стороны, ослабления адсорбционных свойств по отношению к фосфатам можно достигнуть путем подщелочения: внесения извести или других щелочных материалов.

Таблица 161 Влияние фосфорных удобрений на урожай сортового чайного листа. Почва — краснозем Анасеули — 1951 (по Дугашвили, 1955)

В. Г. Тарановской (1937) были получены положительные результаты от «силикатирования» красноземов (в частности от внесения дунита). Но дальнейшие исследования (Аскинази и Шапошникова, 1939; Чириков и Накаидзе, 1946) показали достаточно четко, что влияние внесенных адидоидов ничтожно, тогда как повышение pH почвы оказывает резко положительное действие на усвоение растениями фосфатов на красноземе.

Известкование, однако, не может быть рекомендовано при культуре чайного куста, который относится к растениям кислого интервала и страдает от повышения pH. Цитрусовые растения относятся к известкованию положительно, повышая свой урожай под влиянием внесения извести. Отметим также, что в отличие от подзолистых почв, где, как мы видели, известкование само по себе улучшает фосфорное питание растений за счет мобилизации почвенных фосфатов, на красноземах эта мобилизация не происходит, и известь здесь является лишь хорошим фоном действия фосфорных удобрений.

При выборе способов внесения фосфорных удобрений на красноземах большое внимание должно быть уделено местному внесению, как приему, уменьшающему контакт между удобрением и почвой. Усиление использования фосфатов при местном внесении было отмечено в ряде опытов (Уляков, 1936).

Гранулированный суперфосфат на красноземах имеет значительное преимущество по сравнению с порошковидным.

Наибольшее значение для повышения урожаев чайного листа за счет улучшения фосфорного питания имеет систематическое применение фосфорных удобрений, которое, постепенно повышая степень насыщенности почв фосфатами, делает их высокодоступными для растений и высокоэффективными. Для иллюстрации приведем данные одного из опытов Института чая (табл. 161). Чайная плантация, на которой проводился опыт, с 1933 по 1949 г. ежегодно удобрялась; общее количество фосфатов, внесенных за этот период, составило 1200 кг/га Р2О5.

Как видно из табл. 161, фосфорные удобрения на длительно удобрявшихся делянках дают значительные прибавки урожая (сравн. с табл. 160, где приведены прибавки от однократного внесения фосфатов) (1) К При этом на красноземе одинаково эффективными оказались все три испытывавшиеся формы фосфорных удобрений.

Данные анализа почвы опыта, приведенные в табл. 162, показывают, что повышение количества подвижного фосфора, наблюдавшееся в верхнем горизонте удобренных фосфором делянок, не сопровождалось изменением кислотности почвы: величина pH солевой вытяжки колебалась на всех удобренных делянках между 3,6 и 3,8 (2). Количество обменного алюминия оставалось везде значительным. Это показывает, что повышение доступности фосфатов возможно и при кислой реакции почвы.

1 Отметим, что в 1951 г. (табл. 161) учитывалось последействие фосфорных удобрений, которые были внесены последний раз в 1949 г. Последействие продолжалось и в 1952, и в 1953 г. т. е. в течение 4—5 лет.
2 Подкисление по сравнению с делянкой без удобрений объясняется внесением N в виде физиологически кислого (NH4)2SО4.

Таблица 162 Данные анализа почвы опыта с фосфатами в Анасеули, краснозем (по Дугашвили, 1955)

содержание .. 24 25 26 27 ..