Содержание фосфора и калия в почве

Содержание

1. Физические и химические свойства
2. Калий почвы. Содержание и формы калия. Доступность почвенного калия растениям. Баланс калия в земледелии
3. Эффект от применения фосфорных удобрений
4. Калий почвы. Содержание и формы калия. Доступность почвенного калия растениям. Баланс калия в земледелии

Физические и химические свойства

Фосфор (Phosphorus), P – химический элемент главной подгруппы V группы периодической химической системы Менделеева. Атомный номер – 15, атомная масса – 30,97. В настоящее время известно несколько радиоактивных изотопов фосфора, из которых 32Р применяется в физиолого-биохимических и агрохимических исследованиях.

Фосфор характеризуется в целом как неметалл. Элемент образует несколько аллотропических видоизменений.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

– твердое вещество, получается при быстром охлаждении паров фосфора.

• Плотность – 1,83 г/см3,
• Температура плавления – 44,1 °C,
• Температура кипения – 257 °C.

В чистом виде прозрачен и бесцветен, продажный продукт желтоватого цвета. На холоде хрупкое вещество. При температуре выше 15 °C становится мягким. На воздухе быстро окисляется с характерным свечением, особенно заметным в темноте. Даже при слабом нагревании (достаточно простого трения) белый фосфор сгорает, выделяя большое количество теплоты.

Также характерно явление самовоспламенения на воздухе по причине выделения большого количества теплоты при окислении. В воде нерастворим, растворяется в сероуглероде. Благодаря сравнительно невысокой прочности связей между молекулами кристаллической решетки, белый фосфор обладает высокой химической активностью. Данное вещество – сильный яд, принятия даже малой дозы которого достаточно для смертельного исхода.

образуется при долгом нагревании белого фосфора без доступа воздуха при температуре 250 – 300 °C. Имеет красно-фиолетовый цвет. Данное вещество может образоваться и под действием света. Для него характерно медленное окисление на воздухе, отсутствие свечения в темноте, температура горения – 260 °C, нерастворимость в сероуглероде. Красный фосфор не ядовит. Плотность – 2,0 – 2,4 г/см

. При сильном нагревании вещество испаряется, не плавясь (сублимируется). Охлаждение полученных паров приводит к образованию белого фосфора.

получают из белого при нагревании до 200 – 220 °C под высоким давлением. По внешнему виду он схож с графитом, на ощупь жирный. Плотность – 2,7 г/см

. Имеет свойства полупроводника.

Калий почвы. Содержание и формы калия. Доступность почвенного калия растениям. Баланс калия в земледелии

1. Содержание и формы азота в почве
2. Процессы превращения азота в почве
3. Некоторые особенности питания растений нитратным и аммиачным азотом
4. Баланс азота почвы
5. Содержание и формы фосфора.
6. Доступность почвенных фосфатов растениям (условия, определяющие их растворимость).
7. Баланс фосфора
8. Содержание калия в почвах
9. Формы и доступность почвенного калия растениям
10. Баланс калия

Содержание азота в земной коре, по данным А.П. Виноградова, составляет 2,3*10-2 весовых процента, а общие запасы исчисляются десятками млрдов. тонн. Основная часть азота почвы находится в виде сложных высокомолекулярных органических соединений. Некоторая часть азота земной коры находится в виде необменнопоглощенных ионов аммония и удерживается в кристаллической решетке алюмосиликатных минералов.

В пахотном слое разных почв количество азота колеблется в широких пределах; в дерново-подзолистых, песчаных и супесчаных почвах – 0,04 – 0,08%, суглинистых и глинистых – 0,1– 0,15%. Серые лесные и черноземные почвы наиболее богаты общим азотом (0,3 – 0,5% и более). В каштановых почвах его количество колеблется от 0,1 (в светло-каштановых и бурых) до 0,2—0,25% (в темно-каштановых).

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

Азот в почвах находится преимущественно в недоступной растениям органической форме, минерального азота в них всего около 1% от общего. Под влиянием биологических процессов органический азот частично переходит в легкоусвояемые растениями минеральные формы. Распад азотных органических веществ почвы до аммиака (аммонификация) осуществляется аэробными и анаэробными микроорганизмами.

Аммиак, накапливающийся в анаэробных условиях, поглощается почвенными коллоидами к может усваиваться растениями. В аэробных условиях аммиак под влиянием специфических микроорганизмов переходит в нитриты и затем окисляется до нитратов (нитрификация).
Интенсивность минерализации органического вещества в разных почвах неодинакова, нитратный азот хорошо доступен растениям.

В почвах одновременно с минерализацией органических азотсодержащих веществ идет процесс перехода минеральных соединений азота в органические, недоступные растениям формы. Кроме того, содержание минерального азота в почве уменьшается а результате денитрификации, развивающейся в анаэробных условиях. При этом нитратный азот восстанавливается микроорганизмами до свободного газообразного азота, который теряется из почвы. Азот теряется также в результате вымывания нитратов, особенно из легких почв, осадками и дренажными водами.

Исследованиями ВИУА и Почвенным институтом имени В. В. Докучаева установлено, что 35 – 55% азота в зависимости от формы вносимого удобрения усваивается сельскохозяйственными культурами на дерново-подзолистых и серых лесных почвах, 25– 45% закрепляется в почве и 0,1% теряется при вымывании, что не имеет существенного значения в азотном балансе тяжелосуглинистых почв.

С помощью 15N установлено горизонтальное перемещение азота в почве и концентрация его в прикорневой зоне.
Прогнозирование действия азотных удобрений на основе агрохимического анализа почв пока еще не дает ощутимых результатов. Соответствия между показателями отдельных методов и фактической прибавки урожаев не наблюдалось.

Трудности в определении подвижного азота связаны с тем, что доступность его растениям определяют не только свойства самой почвы, но также погодные условия и агротехника. Обеспеченность растений азотом в значительной степени зависит от сезонной динамики процессов аммонификации и нитрификации, что может обусловить на одной и той же почве резкие различия в снабжении сельскохозяйственных культур этим элементом.

Преобладающая часть почвенного азота (95-98%) находится вместе с углеродом в составе органического вещества. Органический азот в почве, обладая достаточной устойчивостью, поддерживает ее плодородие, оставаясь недоступным растениям. В связи с этим немецкий ученый Шульц писал: «Если не говорить о воде, то именно азот является самым могучим двигателем в процессах развития, роста и творчества природы.

Предлагаем ознакомиться  Крепление домашнего вина водкой, самогоном, спиртом

Органический азот почв составляет основную долю азотного фонда пчв, представлен сложными разнообразными соединениями. Господствующая часть органического азота (82-89% от общего) входит в собственно гумусовые вещества. Остальная часть азота (3-11%) включена в состав неспецифических соединений (аминокислоты, аминосахара, битумы).

В этой же группе находится азот негумифицированных органических веществ (ткани отмерших растений и животных, живая и мертвая масса микроорганизмов). В почвах от 200 до 300 кг/га азота включено в неспецифические органические вещества. Этот азот является основным резервным фондом для минерализации и накопления подвижных минеральных форм азота в процессе аммонификации и нитрификации.

В почвах элювиального ряда его содержание колеблется от 1,5 до 6 т/га, в серых лесных возрастает до 10,5 т/га, а в черноземах достигает 13,5-15 т/га. Трудно- и легкогидролизуемый азот образуется в результате неполного разложения органического материала почвы. Эта форма азота частично доступна для растительного организма.

Рис. Круговорот азота в природе

Минерализация означает превращение органического азота в минеральный посредством аммонификации и нитрификации. Таким образом, в почве формируются минеральные формы азота: аммонийная, нитритная, нитратная – они легко усваиваются растениями, на них приходится до 5% от общего азота. Начальным процессом минерализации органических соединений является аммонификация – распад азотсодержащих органических соединений до аммонийного азота, органических кислот, углекислого газа.

Аммонификация осуществляется в широком интервале рН, как в аэробных, так и в анаэробных условиях целым рядом микроорганизмов. Под воздействием протеолитических ферментов, выделяемых различными группами микроорганизмов, белковые вещества гидролизуются до аминокислот. Последние легко усваиваются микроорганизмами и под воздействием ферментов микробных клеток подвергаются процессам дезаминирования.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

В результате от амино – и амидосоединений отщепляется аммиак и образуются различные органические кислоты, углекислый газ, метан. Ежегодно в процессе аммонификации высвобождается до 2% азота от общих запасов азотсодержащих органических соединений. При этом, если соотношение С:N в субстрате узкое, происходит накопление аммонийного азота в почве, если широкое (солома, опилки), высвобождающийся аммоний тут же потребляется микроорганизмами для построения своего тела. Т. е.

Какова судьба аммонийного азота почвы?

Содержание обменного аммония в почвах сильно меняется, несмотря на меньшую динамичность, в сравнении с нитратами. Направленность количественных изменений обменного аммония во времени одинакова независимо от типа почв: весной содержание его максимально, затем снижается летом и вновь возрастает осенью.

Предшественник, возделываемая культура, обработка почвы оказывают слабое влияние на накопление обменного аммония.
Существенное влияние на режим обменного аммония оказывают гидротермические условия: при избыточном и недостаточном увлажнении и холодной погоде количество его возрастает.

1. Аммонийный азот легко вовлекается в процессы биологического поглощения, растения могут усваивать до 80% его запасов. Благоприятные условия для этого рН = 6, высокая концентрация ионов K, Ca, Mg.

2. При оптимальных значениях влажности и высокой поглотительной способности весь аммонийный азот по мере появления может удерживаться в почве в обменно-поглощенном состоянии (вовлекается в обменные процессы с почвенным поглощающим комплексом).

3. В определенных условиях возможно необменное поглощение аммонийного азота. При наличии минералов с трехслойным строением кристаллической решетки необменная фиксация может достигать до 5-21%. Присутствие K, Ca уменьшают, а смена условий увлажнения – высушивания почв усиливает необменное поглощение аммонийного азота.

4.Большая часть аммонийного азота почвы окисляется до N-NO3, N-NO2, N-NO и N2. Это явление впервые открыл Луи Пастер в XIX веке и назвал нитрификацией. Она осуществляется группой специфических бактерий, для которых это окисление является источником энергии.

Нитрификация осуществляется в 2 этапа. В окислении аммиачных солей до нитритов: 2NH3 3O2> 2HNO2 H2O, принимают участие бактерии родов: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, а до азотной: 2HNO2 O2 > 2HNO3 – бактериями рода Nitrobacter. Как видно, нитрификация – аэробный процесс, для ее интенсификации необходимы постоянный источник аммонийного азота и кислорода, оптимальные значения температуры – 20-250С, влажности 60% от полной влагоемкости, рН = 6,2-8,2.

Интенсивность минерализации органического вещества в разных типах почв неодинакова. В дерново-подзолистых почвах она протекает интенсивнее, чем на черноземах, где органическое вещество разлагается слабее. Ранней весной нитрификация осуществляется слабо, поскольку в почве содержится избыток влаги, почва слабо прогрета. По мере прогревания, нитрификация активизируется, ее пик приходится на конец июня – начало июля.

Предлагаем ознакомиться  Орехи фундук польза и вред для организма

Наблюдения за содержанием нитратов в почвах показывает, что накопление этой формы минерального азота определяется потенциальными запасами почвенного плодородия. С повышением содержания гумуса и общего азота от дерново-подзолистых к серым лесным почвами далее к черноземам возрастает накопление нитратного азота.

Наибольшей мобизизационной способностью обладают черноземы выщелоченные. В пахотном слое этих почв накапливается более 30 кг азота на гектар. В дерново-подзолистых почвах, несмотря на высокую относительную мобильность азотсодержащих органических соединений, образуется немного нитратов – около 10 кг/га, поскольку общее количество гумуса и азота в них низкое.

Эффект от применения фосфорных удобрений

По причине легкой окисляемости чистый фосфор в природе не встречается. Соединения фосфора составляют по отношению к весу земного шара только 0,000015 %. В земной коре масса соединений фосфора составляет 0,75 %.[3]

.Самое важное соединение фосфора в природе. Образует большие залежи в виде фосфорита. Богатейшее месторождение находится в Южном Казахстане, в горах Каратау.

. В состав, кроме ортофосфата кальция Ca

, входят соединения кальция с фтором (CaF

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

) или хлором (CaCl

Фосфор также входит в состав белков растительного и животного происхождения.[4]

Валовый → органический → минеральные соединения Р2О5→ потенциально доступный Р2О5→ непосредственно доступный Р2О5

состоит из органических и минеральных соединений. Общее его содержание зависит от гранулометрического состава почвы, ее окультуренности, особенностей материнской породы, генезиса.

Содержание фосфора в верхних горизонтах почвы, как правило, выше, чем в нижележащих. Данное соотношение не зависит от типа почвы и гранулометрического состава. Обычно это связано с деятельностью человека и биологическими факторами,[1]в частности, с накоплением фосфора в зоне отмирания главной массы корней. Вниз по профилю почвы наблюдается уменьшение содержания фосфора. Большая его часть присутствует в почве в минеральной форме.[5]

находятся преимущественно в составе гумуса. Часть органического фосфора присутствует в составе фитина, фосфатидов, нуклеиновых кислот и прочих органических соединений почвы. Некоторая его часть находится в плазме микроорганизмов. Масса сухого вещества микробов в гумусе достигает 1 %, в окультуренных длительным внесением навоза дерново-подзолистых почвах вес органических веществ микробов составляет 2–3 % от массы гумуса.

присутствуют в почве в качестве солей кальция, алюминия или железа. Таким образом, их состав определяется катионным составом в поглощенном комплексе почвы. При этом, кальциевые соли фосфорной кислоты являются более растворимыми, а соли алюминия и железа менее растворимы и менее доступны растениям. Длительное применение удобрений способствует изменению состава фосфорных соединений.

Органические и минеральные соединения фосфора находятся в состоянии постоянного взаимопревращения. Соотношения данных форм определяется направленностью почвообразования.[1]

Различные почвы содержат неодинаковое количество фосфора – от 0,1 % Р2О5 в бедных песчаных до 0,20 % в мощных высоко гумусных почвах.

европейской части России отличаются меньшим содержанием фосфора, чем почвы южной зоны. Характерно, что к северу и югу от наиболее мощных черноземов относительное количество содержания органических фосфатов в почве уменьшается, а минеральных – возрастает.

содержат 0,14 –0,16 % фосфора.

– 0,09–0,12 % фосфора.

супесчаные, подстилаемые моренными суглинками, – 0,07–0,12 % фосфора.

– 0,06–0,08 %.

в общем характеризуются преобладанием минеральных фосфатов над органическими. Содержание органического фосфора в данных почвах варьирует от 16 до 48 % от общего, в тяжелых почвах выше, чем в легких.

Фосфатное сырье перерабатывается на удобрения четырьмя способами:

1. Измельчение фосфатов в фосфоритную муку (самый простой способ).
2. Разложение фосфатов кислотами – серной, фосфорной и азотной (наиболее распространенный и изученный метод).
3. Электротермическое восстановление фосфатов углеродом в присутствии диоксида кремния с извлечением элементарного фосфора и последующей его переработкой в фосфорную кислоту и ее соли. Этот способ пригоден для переработки менее качественного сырья, однако удобрения получаются с меньшим содержанием примесей.
4. Термическая обработка фосфатов. В этом случае удобрения получаются невысокого качества, поэтому данный способ широко не применяется.[2]

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

Источники сырья

Источником сырья для производства фосфоритных удобрений служат природные фосфорные руды. Они делятся на две основные группы: апатиты и фосфориты.

являются породами эндогенного происхождения и часто кристаллизуются с различными минералами, в частности, с нефелином. В чистых апатитах

содержится до 42 %, в промышленных рудах – 15–20 %. Фторид кальция в формуле апатита может быть замещен хлоридом, карбонатом или гидратом окиси. В зависимости от этого, различают фторапатит, хлорапатит, карбонатапатит, гидроксилапатит.

По внешнему виду апатит – бесцветный, чаще желто-зеленый или зеленоватый минерал. Кристаллы апатита отличаются высокой прочностью и имеют вид шестигранных призм. Химическое либо термическое удаление фтора ведет к разрушению кристаллической решетки. Товарная апатитная руда содержит 30 % Р2О5. Обогащенный апатитовый концентрат содержит до 40 % Р2О5. Это сырье считается самым лучшим для производства растворимых фосфорных удобрений.

– осадочная порода. Они состоят из аморфных и кристаллических кальциевых фосфатов с примесью кварца, глины и прочих минералов.

Предлагаем ознакомиться  Известкование почвы под картофель осенью

Фосфориты образовались на дне морей. Они отличаются от апатитов большей пористостью частиц и мелкокристаллической структурой.

Выделяют следующие виды фосфоритов: желваковые или конкреционные (окатанные камни); пластовые или массивные (представляют собой слитую массу); зернистые ракушечниковые.[5]

Фосфорные удобрения делятся на три группы:

1. Удобрения, содержащие фосфорные соединения, растворимые в воде.
2. Удобрения, содержащие фосфор, который не растворим в воде, но растворим в слабых кислотах (лимонной кислоте) и лимоннокислом аммонии. Усваиваются всеми растениями.
3. Удобрения, содержащие фосфорные соединения, не растворимые ни в воде, ни в слабых кислотах. Они не усваиваются большинством культурных растений, но под воздействием кислотности почв, корневых выделений растений и прочих факторов фосфор в данных удобрениях постепенно переходит в усвояемую форму.[5]

Фосфорные удобрения увеличивают урожай всех культурных растений, улучшают его качество, повышают зимостойкость озимых культур, ускоряют созревание плодов.[5]

Калий почвы. Содержание и формы калия. Доступность почвенного калия растениям. Баланс калия в земледелии

Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Ни одна живая клетка не сможет существовать без них.

В растениях фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. При этом, содержание минеральных соединений составляет от 5 до 15 %, органических – 85–95 %. Минеральные соединения представлены калиевыми, кальциевыми, аммонийными и магниевыми солями ортофосфорной кислоты. Минеральный фосфор растений – запасное вещество, резерв для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Он увеличивает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки и другие не менее важные процессы.

Органические соединения – нуклеиновые кислоты, аденозинфосфаты, сахарофосфаты, нуклеопротеиды и фосфатопротеиды, фосфатиды, фитин.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

На первом месте по важности для жизнедеятельности растений стоят нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и аденозинфосфаты (АТФ и АДФ). Данные соединения участвуют во многих процессах жизнедеятельности растительного организма: синтезе белков, энергетическом обмене, передаче наследственных свойств.

P2O5 в нуклеиновых кислотах содержится около 20 %. Данные кислоты – неотъемлемая часть всех тканей и органов растений любой растительной клетки. В листьях и стеблях нуклеиновые кислоты составляют 0,1–1,0 % сухой массы.[8]

Особая роль фосфора в жизни растений заключается в участии в энергетическом обмене растительной клетки. Главная роль в данном процессе принадлежит аденозинфосфатам. В их составе присутствуют остатки фосфорной кислоты, связанные макроэргическими связями. При гидролизе они способны выделять значительное количество энергии.

Они представляют собой своеобразный аккумулятор энергии, поставляя ее по мере необходимости для осуществления всех процессов в клетке.

Различают аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний по запасам энергии значительно превосходит два первых и занимает ведущую роль в энергетическом обмене. Он состоит из аденина (пуринового основания) и сахара (рибозы), а также трех остатков ортофосфорной кислоты. Синтез АТФ осуществляется в растениях в процессе дыхания.[8]

Фосфатиды, или фосфолипиды – сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты. Они входят в состав фосфолипидных мембран, регулируют проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.

Цитоплазма всех растительных клеток содержит представителя группы фосфатидов лецитин. Это производное диглицеридфосфорной кислоты, жироподобное вещество, имеющее в составе 1,37 % P2O5. [8]

Сахарофосфаты, или фосфорные эфиры сахаров, присутствуют во всех тканях растений. Известно более десятка соединений данного типа. Они выполняют важную роль в процессах дыхания и фотосинтеза в растениях. Образование сахарофосфатов носит название фосфорилирование. Содержание сахарофосфатов в растении, в зависимости от возраста и условий питания, варьирует от 0,1 до 1,0 % сухой массы.[8]

Фитин – это кальциево-магниевая соль инозитфосфорной кислоты, содержит 27,5 % P2O5. Он занимает первое место по содержанию в растениях среди других фосфорсодержащих соединений. Фитин присутствует в молодых органах и тканях растений, особенно много его в семенах, где он служит запасным веществом и используется проростками в процессе прорастания.[8]

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

Большая часть фосфора присутствует в репродуктивных органах и молодых частях растений. Фосфор отвечает за ускорение формирования корневых систем растений. Основное количество фосфора потребляется в первые фазы развития и роста. Фосфорные соединения обладают способностью легко передвигаться из старых тканей в молодые и использоваться повторно (реутилизироваться).[8]