Образовавшиеся в корнях из углеводов органические кислоты, в которые входит поглощенная из почвы углекислота, со скоростью 2—4 м в час движутся с восходящим током веществ в зеленые плоды, точки роста, в листья и другие органы и там под влиянием декарбоксилирующих ферментов вновь освобождают ее, и она утилизируется в процессе фотосинтеза. Таким образом, ассимиляция С02, даже если она поглотилась через корни, происходит в зеленых частях растений.
После установления явления обменного поглощения катионов корневой системой из раствора были проведены исследования по определению обменной поглотительной способности ее по отношению к катионам. Матсон (1949) и другие подвергали корни электродиализу, вытесняя все другие катионы водородом. Высущенные и размолотые после электродиализа навески корней помещали в раствор хлористого калия и затем суспензию титровали щелочью до появления нейтральной реакции. Калий вытеснял ионы водорода, адсорбированные корнями, а гидроксил щелочи связывал их. Определенная таким путем емкость поглощения, выраженная в мг-экв. на 100 г сухого вещества корней, составляла: у ячменя 25,3, ржи 29,5 и у гороха 71.
В настоящее время можно считать доказанным, что для нормального питания растений им недостаточно только осмотического поглощения корневой системой солей из почвенного раствора. Вместе с тем установлено и отсутствие пропорциональности между транспирацией и усвоением растениями питательных веществ.
Внешний пограничный слой протоплазмы — плазмолемма не является «кожистым» (как долго считали), так как никакими, даже оптическими, методами не удается отделить его от остальной массы. В нем нет и пор, поэтому несостоятельной оказалась гипотеза ультрафильтрации, к которой прибегали для объяснения явления полупроницаемости при поглощении питательных веществ, равно как и для вскрытия механизма передвижения воды.
Наиболее вераятно, что через протоплазму ионы передвигаются благодаря адсорбции-десорбции от однохх белковой молекулы к другой, как это схематически показано на рисунке 10. Известно, что на одну молекулу белка с молекулярным весом около 36 тыс. приходится до 100 минеральных ионов.
Продолжительность существования отдельных молекул белков невелика, она исчисляется часами. Постоянно образуются одни и распадаются другие молекулы белка, что приводит к поглощению и высвобождению ими минеральных ионов и передвижению их в разных направлениях.
Реакция среды оказывает огромное влияние на поступление в растение питательных веществ (электролитов). Д. А. Сабинин еще в 1923 г. впервые показал, что подкисление среды, окружающей корни, приводит к увеличению поглощения анионов, а подщелачивание, наоборот, стимулирует поступление катионов. В дальнейшем это неоднократно подтверждалось другими исследователями.
В почвах кислотность оказывает очень существенное влияние не только на поведение алюминия, железа, марганца, молибдена и других микроэлементов, но и на режим фосфатов и их доступность растениям, о чем будет сказано дальше.
Тесное соприкосновение (срастание) корневых волосков и частичек почвы не раз давало повод для развития гипотезы о возможности непосредственного обмена ионами между почвой и корневой системой, как бы минуя раствор. Еще Либих допускал, что в таких условиях растворение питательных веществ и их непосредственный переход в растение происходит «в порах клеток корня». В 1922 г. к этой идее вернулся Комбер, утверждавший, что при тесном сближении коллоиды почвы и корня образуют как бы единую систему, а поэтому передвижение питательных веществ в них может осуществляться без участия почвенного раствора. Позднее о якобы независимости питания растений от почвенного раствора на этом же основании писали другие ученые, в категорической форме утверждая, что к пассивному поглощению катионов из почвенного раствора присоединяется активное усвоение их благодаря прямому вытеснению из поглощающего комплекса почвы. Роль почвенного раствора в последнем случае исключалась.
Между надземной частью и корневой системой растения происходит постоянный обмен веществ. Обе синтетические лаборатории—лист и корень— взаимно зависят от работы друг друга, используют «полуфабрикаты», образовавшиеся в каждом из них, для продолжения синтеза. Естественно поэтому ожидать положительного влияния света на процессы, идущие в корнях, что и подтверждается многочисленными исследованиями. Конечно, здесь имеется в виду не освещение корневых систем, а действие света на надземную часть растений.
В экспериментах М. М. Гуковой (1961) в песчаных культурах с зерновыми бобовыми — горохом, люпином и фасолью повышение температуры с 20 до 32° сопровождалось падением поступления фосфора в растения на 20—25%, слабым улучшением поглощения азота и увеличением урожая.
Хорошо установленную независимость поступления питательных веществ в растения через корни от транспирационного тока воды, также поглощаемой корневой системой и испаряемой листьями, не следует понимать таким образом, что для корневого питания транспирация вовсе не играет никакой роли. Речь идет лишь о том, что это два различных процесса.
Подобно другим процессам жизнедеятельности растения, ему свойственна некоторая ритмичность и в усвоении элементов питания через корневую систему. Это четко установлено в последние годы с помощью метода меченых атомов. И. И. Гунар и другие ученые (1959) нашли, что самые разнообразные сельскохозяйственные культуры имеют на протяжении суток 4—6 периодов поглощения как анионов (нитраты, сульфаты, фосфаты), так и катионов калия, кальция. Каждый из этих периодов включает один максимум и один минимум (нередко с частичным выделением поглощенных веществ в наружный раствор). Эти ритмы не связаны со световым режимом и, как полагают авторы, присущи самому организму.
Так, установлено, что в начале вегетации, начиная с прорастания семян и до появления всходов, растения особенно чувствительны к недостатку фосфорного питания. Потребность в усиленном азотном питании совпадает с максимальным развитием у растения ассимилирующей поверхности. В дальнейшем, при умеренном азотном питании должна быть усилена роль фосфора и особенно калия для обеспечения образования товарной части урожая. Это установлено работами И. Г. Дикусара, И. В. Гулякина и других авторов. В опытах И. В. Гулякина даже полное исключение из питательной смеси азота после цветения картофеля или с 1 августа у сахарной свеклы не только яе снижало, но, наоборот, повышало урожай и его качество.
Конечными продуктами жизнедеятельности микроорганизмов почвы при разлоя ении ими органических веществ, содержащих необходимые растениям минеральные элементы, являются простые, растворимые в воде соли. Это и послужило основанием для оценки роли микробов в подготовке пищи, усваиваемой высшими растениями.
Растения, кроме минеральных солей, усваивают и органические вещества. Это подтверждается точными экспериментами.Г. Г. Петрову в 1911—1913 гг. удалось наблюдать в стерильных культурах усвоение проростками кукурузы азота аспарагина, ряда аминокислот и пептона. В тот же период И. С. Шулов (1913) в опытах с кукурузой и горохом в стерильных условиях также отмечал поглощение этими растениями азота аспарагина. В этих опытах кукуруза совершенно не усваивала фосфора лецитина. В нестерильных сосудах лецитин, наоборот, был хорошим источником фосфора. В последнем случае микроорганизмы отщепляли фосфорную кислоту от лецитина и переводили его фосфор в доступную для растения форму.
В других экспериментах в стерильных условиях витамин В4 (тиамин), меченный серой (S35), проникал в проростки гречихи и кукурузы. Этот меченый витамин, введенный в микробы ризосферы, оказывался в растениях, что подтверждает возможность поступления его через корни.
Рост и развитие растений находятся в тесной зависимости от физических химических и биологических свойств почвы. Общий запас питательных веществ в ней и содержание их в доступных для растений формах, интенсивность процессов перехода питательных веществ из неусвояемого состояния в усвояемое и обратно в значительной степени определяют условия питания растений и потребность их в удобрении.
Почва состоит из твердой фазы, жидкой фазы, или почвенного раствора, и газообразной фазы, или почвенного воздуха, которые находятся между собой в тесном взаимодействии.Концентрация углекислоты в почвенном растворе зависит от концентрации С02 в воздухе. Между содержанием С02 в почвенном воздухе и содержанием углекислоты в почвенном растворе существует тесная связь.
Из кремнекислородных соединений наиболее распространен в почве минерал кварц (ЭЮ2, двуокись кремния). Он встречается в ней в виде частиц песка и пыли и в незначительном количестве в виде илистых и коллоидных частиц. Почти во всех почвах содержание кварца превышает 60%, а в песчаных почвах оно достигает 90% и более. Кварц очень стойкий и прочный минерал, химически весьма инертен и в обычных условиях ее принимает участия в химических реакциях в почве.
Важнейшей частью почвы является органическое вещество. Содержание органического вещества, или гумуса, в пахотном слое разных почв сильно колеблется, что видно из данных таблицы 15.Наиболее высоким содержанием органического вещества отличается верхний слой почв (0—20 см). С глубиной количество гумуса особенно сильно уменьшается в дерново-подзолистых почвах и сероземах. В черноземах значительно больше гумуса, и с глубиной содержание его падает значительно слабее.
Способность почвы поглощать ионы и молекулы различных веществ из раствора и удерживать их называется поглотительной способностью почв. Это свойство почвы было известно давно. Начало систематического изучения поглощения почвами солей относится к середине прошлого столетия. В 1850— 1854 гг. были опубликованы результаты исследований Д. Уэя, который установил, что почвой поглощается не вся соль, а только ее основание, причем из почвы в раствор переходит такое же количество других оснований. Уэй детально изучил реакции обменного поглощения их и сформулировал основные закономерности этого явления.
К. К. Гедройц различал пять видов поглотительной способности: 1) механическую, 2) физическую, 3) химическую, 4) физико-химическую, 5) биологическую.Она связана с наличием в почве корней живых растений и микроорганизмов, которые поглощают из почвенного раствора азот и зольные элементы и переводят их в различные органические соединения своих тел. Тем самым эти питательные вещества предохраняются от выщелачивания из почвы. В результате биологической деятельности в почве накапливается органическое вещество, содержащее необходимые для питания растений элементы: К, Р, Эи др. Важная отличительная черта биологического поглощения — избирательность. Она выражается в том, что корни растений и микроорганизмы усваивают из почвы главным образом те элементы, в которых они нуждаются. Большинство микроорганизмов требует те же элементы для питания и построения своих тел, что и высшие растения. Количество микробов в почве огромно, общая масса их составляет несколько тонн на 1 га. Особенно много микробов в зоне, где почва непосредственно соприкасается с корнями растений (ризосфере).
Это наиболее простой вид поглощения, связанный с наличием в почве тончайших пор и капиллярных ходов. Почва, как всякое пористое тело, способна задерживать мелкие твердые частицы, взвешенные в фильтрующейся через нее воде. Так, после прохождения через почву мутной воды она становится почти прозрачной: взмученные в ней илистые частицы механически поглощаются почвой. Механической поглотительной способностью обусловливается сохранение в почве наиболее ценной коллоидной фракции. Вносимые в почву тонкоразмолотые удобрения (например, фосфоритная мука) не вымываются из верхнего слоя ее вследствие их механического поглощения. В тонких капиллярах почвы могут механически задерживаться также почвенные микроорганизмы.
Это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул различных веществ. Физическое поглощение зависит главным обра-вом от суммарной поверхности твердых частиц почвы. Общая поверхность частиц резко увеличивается с уменьшением их размера. Если 1 см3 вещества раздробить на кубики меньшего размера, то суммарная поверхность всех кубиков возрастает следующим образом (см. стр. 103).
Отрицательное физическое поглощение наблюдается при взаимодействии почвы с растворами хлоридов и нитратов. Например, если сухую почву промывать раствором Ка1М03, то в промывных водах концентрация нитрата не только не снизится, но, наоборот, даже возрастет. Это объясняется тем, что почва адсорбирует воду и, следовательно, одно и то же количество нитрата будет содержаться в меньшем объеме профильтровавшейся жидкости.
Свежеосажденные фосфаты алюминия и железа могут усваиваться растениями, но при старении осадков они кристаллизуются и становятся менее растворимыми и слабодоступными для растений. Поэтому фосфорная кислота в красноземах и дерново-подзолистых почвах закрепляется весьма прочно и значительно сильнее, чем в сероземах и черноземах.
В состав почвенного поглощающего комплекса входят почвенные коллоиды, то есть частицы меньше 0,00025 мм и более крупные частицы до 0,001 мм, которые имеют некоторые свойства, сходные со свойствами коллоидов, и обладают физико-химической поглотительной способностью. Почвенные коллоиды подразделяют на органические, минеральные и органоминеральные (состав и строение последних изучены мало). Органические коллоиды представлены преимущественно гумусовыми веществами (гумино-вые кислоты, фульвокислоты и их соли). В состав минеральных коллоидов входят как кристаллические соединения, главным образом глинистые минералы (каолинитовой и монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд), так и аморфные (кремневая кислота, гидраты полуторных окислов и др.).
В зависимости от концентрации раствора, его объема, природы обменивающихся катионов и свойств почвы между катионами раствора и почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава и концентрации почвенного раствора в результате внесения удобрений, образования минеральных солей при разложении органического вещества микроорганизмами, выделения С02 и других веществ корнями растений это равновесие смещается, и тогда одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие из поглощенного состояния — в почвенный раствор. Так, при заделке в почву растворимых солей (КС1, 1ЧН4С1, ШГЮз и др.) концентрация почвенного раствора повышается, катионы соли вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса, часть их закрепляется почвой. При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе снижается, этот катион из поглощенного состояния переходит в раствор в обмен на ионы водорода или другие катионы, находящиеся в почвенном растворе.
Емкость поглощения зависит также от минералогического состава мелкодисперсной фракции почвы и связанного с ним строения адсорбирующих частиц. Чем больше в минеральной части почвы минералов монтморил-лонитовой группы, тем выше емкость поглощения. При большом количестве минералов типа каолинита она значительно меньше.
В сильнокислых дерново-подзолистых почвах и красноземах может быть довольно сильно выражено обменное поглощение анионов, обусловленное проявлением основных (базоидных) свойств почвенных коллоидов. Обменное поглощение анионов может наблюдаться или на положительно заряженных коллоидных частицах (коллоидах гидратов полуторных окислов), или на положительно заряженных участках отрицательно заряженных коллоидов (у минералов каолинитовой группы, коллоидов белковой природы). В обоих случаях поглощение анионов происходит в обмен на ионы ОН , которые при кислой реакции отщепляются от молекул, расположенных на поверхности коллоидной частицы.
Поэтому чем выше концентрация С02 в почвенном воздухе, тем больше его растворяется в почвенной влаге и тем сильнее подкисляется раствор.В тех почвах, где в составе поглощенных катионов, кроме кальция и магния, встречаются ионы водорода и алюминия (выщелоченные черноземы, серые лесные и дерново-подзолистые почвы), реакция почвенного раствора определяется содержанием в нем одновременно углекислоты и бикарбоната кальция, а также растворимых органических кислот и их солей. Реакция раствора этих почв зависит от состава поглощенных катионов и колеблется в пределах pH 5—7. Чем меньше в поглощающем комплексе катионов кальция и чем больше катионов водорода, тем меньше в почвенном растворе будет бикарбоната кальция и больше свободной Н2С03 и тем ниже pH.
Щелочная реакция раствора этой соли и является главной причиной ■более полного вытеснения поглощенного водорода из почвы.Чем больше ионов натрия поглотит почва и больше гидроксильных ионов будет связано, тем больше в растворе образуется уксусной кислоты. Количество ее в растворе можно определить титрованием его щелочью. Этот вид кислотности почвы, выявляемый посредством гидролитически щелочной соли, получил название гидролитической кислотности.
Степень насыщенности показывает, какая часть от общей емкости приходится на поглощенные основания и какая на гидролитическую кислотность. Величина степени насыщенности основаниями — важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почвы. Связь между размером емкости поглощения, гидролитической кислотностью и степенью насыщенности почвы основаниями представлена схематически на рисунке 27.
В СССР значительные площади занимают кислые почвы и щелочные солонцовые почвы. Первые в поглощенном состоянии наряду с катионами кальция и магния содержат ионы водорода и алюминия, а вторые — натрия. Большое количество ионов водорода, алюминия, а также катиона натрия в поглощающем комплексе резко ухудшает физические, физико-химические и биологические свойства этих почв, их плодородие. Для коренного улучшения кислых и солонцовых почв необходима химическая мелиорация их в сочетании с проведением других агротехнических приемов.
Известковые удобрения в сельском хозяйстве применяются очень давно. Еще во времена господства римлян земледельцы Галлии и Британских островов (около 2000 лет назад) использовали мергель и мел на полях, лугах и пастбищах. В XVI—XVIII вв. известкование почв широко применяли в Англии, Франции, Германии, Голландии и других странах Западной Европы. Однако в то время еще не знали природы действия извести, рассматривали ее как средство, заменяющее навоз, нередко вносили очень высокие дозы и слишком часто повторяли известкование, что приводило иногда к отрицательным результатам. Сознательно использовать известь для устранения кислотности почвы начали только в конце прошлого столетия.
Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов лучше развивается при слабокислой или нейтральной реакции (pH 6—7): щелочная и излишне кислая реакции оказывают на них отрицательное действие. Различные растения по-разному относятся к реакции среды — имеют неодинаковый интервал pH, благоприятный для их роста и развития, и обладают разной чувствительностью к отклонению реакции от оптимальной. Отношение растений к реакции среды характеризует таблица 22.
При внесении полной дозы извести устраняется актуальная и обменная кислотность, значительно снижается гидролитическая кислотность, повышается содержание кальция в почвенном растворе и степень насыщенности почвы основаниями.
При введении в питательный раствор кальция физиологическая уравновешенность раствора восстанавливается. Катионы кальция оказывают сильное антагонистическое действие на другие катионы (Н N8 , К", М§ АГ" и др.), препятствуют избыточному поступлению их в растение. Кальций необходим также для нормального развития надземных органов растения.
На действие извести сильное влияние оказывают степень кислотности почвы, особенности возделываемых культур, дозы и вид применяемых известковых удобрений. Чем больше кислотность почвы, тем выше эффект от известкования. Это видно из данных полевых опытов, в которых изучалось влияние извести на урожай клевера и тимофеевки (табл. 28).
В нашей стране имеется большое количество различных известковых материалов, пригодных для известкования почв. Они подразделяются на три группы: 1) твердые известковые породы, требующие размола или обжига; :2) мягкие известковые породы, не требующие размола; 3) отходы промышленности, богатые известью.
По содержанию нерастворимого остатка твердые известковые породы подразделяют на такие группы: чистая известковая порода (известняк, доломит) — не более 5% примесей; мергелистая, или песчанистая, известковая порода —5—25%; мергель, или песчаная, известковая порода — от 25 до 50%; глинистый мергель, или карбонатный песчаник —50— 75% глины или песка.
Л (ОН)2 в воде почти нерастворима). Опыты ВИУА, бывшего Ленинградского отделения этого института и других научных учреждений показывают, что в первый год после внесения эффективность гашеной извести выше по сравнению с углекислой известью. На второй год разница в действии в значительной степени сглаживается, а в последующие годы действие их выравнивается (табл. 33).
СССР располагает огромным количеством богатых известью отходов промышленности, которые пригодны для использования в качестве известковых удобрений,— сланцевая зола, дефекат, различные металлургические шлаки, отходы известковых заводов и др.
В качестве известковых удобрений можно применять также отходы кожевенных, содовых, газовых и мыловаренных заводов, бумажных фабрик и другие отходы промышленности, в которых кальций и магний находятся в виде окисей, гидроокисей и солей слабых кислот и нет вредных для растений примесей.
Дозы извести можно также определить приблизительно по величине pH солевой вытяжки из почвы. Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения рекомендует вносить в дерново-подзолистые почвы, содержащие не более 3% органического вещества, в зависимости от pH солевой вытяжки и механического состава почвы следующие дозы извести (табл. 38).
Нормальные дозы извести вносят в почву сразу или в несколько приемов. При внесении полной дозы за один прием достигается более быстрая и полная нейтрализация кислотности всего пахотного слоя почвы на длительный срок. Это особенно важно при возделывании на сильнокислых почвах культур, чувствительных к кислотности, а также при углублении пахотного слоя слабоокультуренцых дерново-подзолистых почв. При внесении полных доз извести повторное известкование проводят через 15—20 лет, то есть через 2—3 ротации 6—7-польного севооборота. Полную дозу извести заделывают с осени под вспашку зяби или весной под ее перепашку. Наиболее быстро кислотность всего пахотного слоя почвы, в том числе и самого верхнего, где начинается развитие корневой системы молодых растений, снижается при внесении полной дозы послойно—2/3—3/4 под вспашку и х/3—х/4 под предпосевную культивацию.
Небольшие количества извести применяют также в смеси с минеральными удобрениями для нейтрализации их потенциальной кислотности. При этом предотвращается дальнейшее подкисление почвы и значительно повышается эффективность удобрений.
Чтобы получить высокий урожай сельскохозяйственных культур на кислых дерново-подзолистых почвах, известкование необходимо сочетать с внесением органических и минеральных удобрений. Удобрения на неизвесткованных кислых почвах часто не дают значительного повышения урожая, особенно культур, чувствительных к кислотности,— пшеницы, свеклы, кукурузы, клевера, зернобобовых, овощных. Известкование резко увеличивает эффективность органических и минеральных удобрений.
Внесение в почву гипса (Са304-2Н20) для химической мелиорации солонцовых почв называется гипсованием. Солонцовые почвы характеризуются большим количеством натрия в поглощающем комплексе и щелочной реакцией почвенного раствора. В зависимости от содержания поглощенного натрия почвы подразделяют на следующие группы (по И. А. Антипову-Каратаеву): при содержании поглощенного натрия не более 3—5% емкости поглощения почвы считают несолонцеватыми; если содержание поглощенного натрия равно 5—10% емкости поглощения, почвы называют слабосолонцеватыми, 10—20% — солонцеватыми и более 20% — солонцами. Остальная часть емкости поглощения в солонцовых почвах заполнена кальцием и магнием. Иногда поглощенный натрий в солонцах достигает 80% и более от емкости поглощения, то есть этот элемент становится почти единственным поглощенным катионом. Количество воднорастворимых солей в солонцах невысокое — не превышает 0,25% веса почвы. Неблагоприятные физические, физико-химические и биологические свойства и низкое плодородие солонцовых почв обусловливаются главным образом большим содержанием в них поглощенного натрия.
При образовании в растворе небольшого количества 2Э04 он не оказывает вредного действия на растения. Однако при гипсовании солонцов, содержащих более 20% натрия от емкости поглощения, появляется большое количество Ш2Э04, и его необходимо удалять из почвы орошением.
По данным большого количества опытов, средняя прибавка урожая от внесения гипса в черноземной зоне без орошения составляет 3—6 ц, а в зоне каштановых почв — 2—7 ц зерна на 1 га. Вследствие медленного взаимодействия гипса с почвой положительное действие его проявляется постепенно, и в первые годы после внесения постоянно возрастает. Без орошения полный эффект от гипсования проявляется через 4—5 лет. Важное условие быстрой мелиорации солонцов под влиянием гипса — достаточная влажность почвы. В сухой почве замещение кальцием поглощенного натрия и удаление последнего из верхнего слоя почвы не происходит или совершается очень медленно. Поэтому в условиях неполивного земледелия для повышения эффективности гипсования его сочетают с глубокой вспашкой, снегозадержанием и другими агротехническими приемами, способствующими удалению натрия из корнеобитаемого слоя почвы. Свойства солонцовых почв при внесении гипса изменяются значительно быстрее и полнее при орошении, а следовательно, и эффективность гипсования в этом случае много выше.
Алебастр (2Са304-Н20) — строительный материал, получается при нагревании гипса до 120—130°. Для гипсования применяется редко.Фосфогипс — отход при производстве фосфорных удобрений (двойного суперфосфата и преципитата). Очень тонкий порошок серого или белого цвета, содержит 70—75% СаЭ04 и небольшое количество фосфора (2—3% Р205), вследствие чего имеет преимущество перед природным гипсом. Гипс и фосфогипс хранят в сухом крытом помещении.
Если содержание поглощенного натрия в почве неизвестно, то можно применять следующие ориентировочные дозы гипса (в т на 1 га): в зоне каштановых и бурых почв на солонцеватых почвах 1—3, на средне- и глубокостолбчатых солонцах 3—5 и на корковых (хлоридно-сульфатные солонцы) 5—8; в зоне черноземных почв на средне- и глубокостолбчатых солонцах 3—4 (а при наличии соды — 5—10), на корковых содовых солонцах 8—10 и более (при незначительной щелочности 3—4); на солонцеватых почвах гипсование редко дает устойчивый эффект. Большие дозы гипса можно вносить постепенно, в течение 2—3 лет. В орошаемых районах дозы снижают на 25—30 %. Солонцовые почвы встречаются пятнами среди других почв. Если они составляют менее 30% общей площади, то гипс вносят только на пятна, а если солонцы занимают более 30% площади и окружены солонцеватыми почвами, то гипсуют весь участок, но разными дозами.
Азот — один из основных элементов, необходимых для растений. Он входит во все простые и сложные белки, которые являются главной составной частью протоплазмы растительных клеток. Азот также находится в составе нуклеиновых кислот (рибонуклеиновая — РНК и дезоксирибонуклеиновая — ДНК), играющих исключительно важную роль в обмене веществ в организме. Азот содержится в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах и многих других органических веществах растительных клеток.
В условиях полевой культуры процесс денитрификации выражен очень слабо.Одновременно с распадом органического азотсодержащего вещества в почве происходят и вторичные процессы синтеза, когда минеральные соединения азота вновь переходят в органические, не усвояемые для растений. Эти процессы носят биологический характер. Микроорганизмы строят белок своих тел, используя углеводы и азот. Различные бактерии, актиномицеты и плесневые грибы разлагают клетчатку, пентозаны и другие вещества растительных и животных остатков. В качестве азотной пищи им необходимы в первую очередь легкорастворимые соединения азота почвы, которые они переводят в белок плазмы клеток.
Клубеньковые бактерии хорошо развиваются в почвах с нейтральной или слабокислой реакцией (pH 6,0—7,0). Известкование кислых почв усиливает размножение клубеньковых бактерий, улучшает их жизнедеятельность и активность.
Отечественная промышленность изготовляет главным образом аммиачно-нитратные минеральные удобрения. С этой группы целесообразно и начать изучение азотных удобрений. Сравнительно высокое содержание азота, наличие его в аммиачной и в нитратной формах выгодно отличают ее от других групп удобрений.
НМ03 + 1Ш3 (газ) = ГШ4М03 + 35 600 калорий.Для выделения аммиачной селитры раствор упаривают до содержания 95—98% ГШ4]ЧОз, затем ее подвергают перекристаллизации и высушиванию. Для выпаривания основной массы воды из раствора нитрата аммония и кристаллизации соли используется тепло, образующееся при нейтрализации аммиаком азотной кислоты. Получается белое кристаллическое вещество с содержанием 97—99% N N03. Примесью являются главным образом добавки, вносимые в азотнокислый аммоний для улучшения его физических свойств.
Известково-аммиачная селитра (1 Ш4ГЮз + СаС03) содержит 60% нитрата аммония и 40% известняка. Азота в ней 20,5%. Удобрение получают смешением 94 —95%-ного плава аммиачной селитры с тонкоразмолотой известковой мукой. Смесь подвергают гранулированию в специальных грануляционных башнях и охлаждают.
Реакция протекает при температуре 135—150°, причем вода, вводима» с кислотами, испаряется.Аммиачная селитра, как отмечалось выше, обладает высокой гигроскопичностью. Смесь ее с сульфатом аммония придает продукту лучшие физические свойства — меньшую гигроскопичность и лучшую рассыпчатость.
Сульфат аммония [(ГШ4)2304)] содержит 20,5—21% азота. По выпуску он занимает в СССР второе место после аммиачной селитры.Образующийся в насыщенном растворе осадок (ГШ4)2304 отделяют центрифугированием и высушивают.
Хлористый аммоний (ГШ4С1) — побочный продукт аммиачно-содового производства, содержит 24—25% азота.Осадок бикарбоната натрия отфильтровывают, фильтрат упаривают. Получается белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде.
Наряду с твердыми азотными удобрениями в сельском хозяйстве применяются жидкие азотные удобрения: безводный, или жидкий, аммиак, водный аммиак (аммиачная вода), аммиакаты. Производство их значительно проще и дешевле, чем твердых солей. Для изготовления жидких удобрений не требуется азотной или серной кислот и таких сложных операций, как упаривание, кристаллизация, гранулирование и сушка, на которые затрачивается много электроэнергии. Себестоимость жидких удобрений, например безводного аммиака, на единицу азота составляет лишь 40% себестоимости аммиачной селитры.
Жидкий аммиак широко применяется в США; в нашей стране большее распространение как удобрение получила аммиачная вода.
Аммиачную воду можно применять в составе основного удобрения весной, за несколько дней до посева яровых культур; летом в подкормки пропашных; перед посевами озимых хлебов; в занятом пару и под зяблевую вспашку. Специальными машинами удобрение заделывают на легких почвах на глубину 12—16 см и на тяжелых — на 8—12 см. Внесение высоких доз водного аммиака осенью на легких супесчаных почвах сопряжено с возможностью потерь аммиака, ибо часть аммония не поглощается почвой.
В осадок выпадает белый кристаллический бикарбонат аммония. Остающийся в растворе двууглекислый аммоний насыщают газообразным аммиаком: РШ4НС03 + ]ЧН3=(№Н4)2С03. Образующийся в растворе карбонат аммония вновь используют для производства бикарбоната аммония. Удобрение содержит около 17% азота. Оно обладает несколько большей стойкостью по сравнению с карбонатом аммония, но все же при хранении, перевозках и внесении не исключены потери аммиака. При разбросном внесении бикарбонат аммония следует заделывать в почву немедленно.
К группе нитратных удобрений относят соли N03, Са(1ЧОз)2, КК03. Долгое время единственным представителем этой группы была чилийская селитра, которую добывали из естественных залежей в Чили.С открытием способа связывания атмосферного азота появилась синтетическая селитра. В настоящее время азотную кислоту для изготовления нитратных удобрений в СССР получают путем окисления синтетического аммиака.
Натриевая селитра хорошо растворяется в воде. Обладает заметной гигроскопичностью, при повышенной влажности подвергается перекристаллизации и переходит в более крупные кристаллы. В сухом состоянии при правильном хранении сохраняет рассыпчатость и удобна для внесения в почву.
В промышленности распространен первый способ. Процесс нейтрализации осуществляют в кислотоупорных башнях, в которых азотной кислотой обрабатывают крупноразмолотый углекислый кальций. Раствор кальциевой селитры отфильтровывают на фильтрпрессах и упаривают. Плав кальциевой селитры охлаждают и дробят.
Исходными продуктами для производства синтетической мочевины является газообразный или жидкий аммиак и углекислый газ.Кристаллический карбамид — самое концентрированное из твердых азотных удобрений.Аммоний поглощается растениями, почвой или подвергается нитрификации.
На малобуферных почвах колебания pH почвенного раствора могут быть особенно заметными. В последние годы установлено, что мочевина частично может поглощаться растениями и без предварительного превращения в другие формы азота.
Мочевино-формальдегидное удобрение, или карбамидформ, получают конденсацией в концентрированных эквимолярных растворах мочевины [CO(NH2)2] и формальдегида (СН20). Конденсат отфильтровывают, высушивают и размалывают. Разработана технология изготовления и гранулированного продукта.
Азотные удобрения вносят под все важнейшие сельскохозяйственные культуры. Особое положение по отношению к этим удобрениям занимают бобовые растения; они используют молекулярный азот воздуха, фиксируемый клубеньковыми бактериями. Однако в начале роста, когда клубеньковые бактерии еще недостаточно развились, и для бобовых требуется источник усвояемого азота в почве. В культурных почвах, особенно при внесении навоза под предшественник бобовых, они хорошо растут и без применения азотных удобрений.
Фосфор — необходимый элемент питания. Без него невозможна жизнь не только высших растений, но и простейших организмов. Он входит в состав многих веществ, которые играют важнейшую роль в жизненных явлениях. Кроме того, подавляющее большинство процессов обмена веществ, особенно синтетических, проходят лишь при участии фосфорной кислоты.
Главным источником фосфора для растений в природных условиях служат соли ортофосфорной кислоты. Однако установлено, что и пирофосфаты после гидролиза могут быть использованы культурами. Метафосфаты усваиваются и без гидролиза.
Но, разумеется, лишь при наличии весьма большого объема подобного раствора растение может удовлетворить свою потребность в фосфоре, а этого как раз и не бывает в полевых условиях. Если исходить из веса пахотного слоя почвы на одном гектаре в 3 тыс. т и принять влагоемкость ее 50%, то при содержании 0,03 мг Р2О5 в 1 л общее ее количество достигнет в названном слое почвы лишь 45 г. Допуская, что за время вегетации влажность почвы будет поддерживаться неизменной, а содержание фосфора возобновится не менее 100 раз, мы получим все-таки только 4,5 кг Р2О5 на 1 га. Между тем даже средний урожай зерновых требует не менее 20 кг Р206 на 1 га. При содержании во внешнем растворе 0,30—0,17 мг Р205 в 1 л коэффициент концентрации ее в растении должен составлять соответственно по расчетам Пьера и других (1933) 4967 и 552.
Биологический вынос дает представление об уровне фосфатов в почве, необходимом для достижения определенного урожая, а хозяйственный вынос — о фактическом количестве фосфора, удаляемого с поля при уборке культуры. К сожалению, изучению биологического выноса питательных веществ еще не отводится должного места при исследовании питания растений. Больше внимания уделено лишь выделению фосфора растением через корни, причем это исследование, впервые проведенное Н. К. Домонтовичем с сотрудниками (1926—1930), вызывает и практический интерес. Речь идет о выделении люпином фосфатов при удобрении его фосфоритной мукой. Фосфора выделяется столько, что улучшается питание злаков и проса в смешанных с люпином посевах, хотя обе первые культуры сами не способны усваивать его из фосфорита. А. И. Ахромейко (1936) нашел, что это соединение выделяют и другие бобовые растения, а также конопля при выращивании их и на растворимых фосфорнокислых солях. Зерновые хлеба, корне- и клубнеплоды в нормальных условиях питания фосфора не выделяют, кроме случаев, когда они подвергаются выщелачивающему действию воды, но это относится уже больше к листьям, чем к корням.
По расчетам Ф. Бера (1942), способность почв к поглощению фосфорной кислоты настолько велика, что для полного ее насыщения необходимо внести от 5 до 10 т Р205 на 1 га. Напомним, что валовое содержание Р205 в пахотном слое достигает лишь 1,2—6 т на 1 га. Из этого видно, что задача насыщения почвы фосфатами нереальна не только по экономическим соображениям, но даже чисто технически. Однако около 30 лет назад под влиянием преувеличенных тогда опасений связывания красноземом вносимых фосфорных удобрений «намертво», то есть перевода в недоступные растениям соединения, всерьез предлагалось запахать на чайных плантациях сразу 3 т этого вещества на 1 га и тем самым сделать эффективными последующие нормальные дозы суперфосфата (А. И. Потапов, 1934).
В. А. Францесон и другие исследователи (1948) показали, что при быстром смачивании высушенной почвы энергично разрушаются почвенные агрегаты. Благодаря обнажению при этом новых, внутренних поверхностей и переходят в раствор ранее скрытые соединения фосфора. Авторы нашли, что результатом такой «распаковки» почвенных агрегатов является и повышение подвижности органического вещества почвы.
Природные залежи фосфатного сырья представлены фосфоритами и апатитами. Фосфориты образовались: 1) при минерализации скелетов живых существ, населявших Землю в отдаленные геологические эпохи, и 2) осаждением фосфорной кислоты кальцием из воды. Как отмечал известный советский геолог А. П. Карпинский, верхнеюрское и нижнемеловое моря занимали восточную часть Русской равнины и широким заливом вдавались в подмосковную котловину. Они соединяли северный океан с южным морем — Тетисом, бушевавшим на месте Альп, Карпат, Кавказа, Копет-Дага и Памира. В тот период отложились многие полезные ископаемые, в частности фосфориты. Процесс продолжался и позднее; в океане у южного берега Африки и западного берега Калифорнии фосфориты образуются и сейчас.
Все виды фосфорных удобрений делят на три группы: 1) растворимые в воде, 2) нерастворимые в ней, но растворимые в слабых кислотах и потому доступные растениям и 3) нерастворимые в воде и плохо растворимые в слабых кислотах, фосфаты которых не усвояемы для подавляющего большинства культур, если эти соединения не разлагаются под действием кислотности почвы, с появлением более легко растворимых солей. Цель переработки фосфатного сырья состоит в переводе его фосфатов в усвояемую для растений форму.
Выше указывалось на доступность растениям фосфора из двухзамещен-1шх фосфатов кальция и магния. В мировой практике двухзамещенный фосфат кальция давно получил распространение, хотя и во много раз меньшее, нежели суперфосфат. Объясняется это тем, что суперфосфат можно использовать и локально и в качестве основного удобрения, а при необходимости — даже в подкормку (с обязательной заделкой в почву на достаточную глубину).
На супесчаных почвах растениям часто не хватает магния. Этому способствует и систематическое применение на таких почвах аммиачных удобрений, под влиянием которых часть подвижного магния более легко выщелачивается из почвы в связи с ее подкислением.
Отход металлургической промышленности — томасшлак представляет ценный источник фосфора для земледелия. Его получают при переработке железных руд, богатых фосфором. В конверторы, где плавится металл, прибавляют окись кальция для связывания фосфорного ангидрида, образующегося при сгорании восстановленного фосфора (температура 1800-2000°).
Метафосфат кальция — высококонцентрированное фосфорное удобрение, содержит Р205 около 64% и СаО до 25%. Кроме того, в нем находится окись кремния, немного полуторных окислов; фтора только 0,2%.Метафосфат калия — КРОз может быть получен при сжигании фосфора в присутствии хлористого калия; хлор выделяется и улавливается. Мета-фосфат калия — одно из удобрений будущего; по сумме двух питательных веществ (P2Os—55 и К20—35%) он — образец высококонцентрированных туков. Будучи растворимо в лимоннокислом аммонии, удобрение доступно растениям.
Впервые в нашей стране этим вопросом заинтересовался крупный русский агрохимик А. Н. Энгельгардт, принимавший активное участие в обследовании отечественных месторождений фосфоритов в ряде губерний цент-ральной полосы России. Большая часть их оказалась низкопроцентной, не представлявшей интереса для переработки на суперфосфат. Тогда и возникла мысль об использовании непосредственно на удобрение размолотых фосфоритов. Испытания курского и подольского фосфоритов не дали положительных результатов.
Кости содержат около 60% трехзамещенного фосфата кальция и немного аналогичной соли магния. С древнейших времен их применяли для удобрения почв, но они действовали медленно и с трудом поддавались размолу. Предложены были различные способы обработки костей кислотами или щелочами с целью повышения их эффективности. В связи с этим в сороковых годах прошлого столетия Либих предложил использовать кости для производства суперфосфата. Более подходящими в туковой промышленности для получения суперфосфата оказались, однако, фосфориты.
При удалении меченого гранулированного суперфосфата на расстояние более 5 см от семян овса или гречихи поступление фосфат-ионов в проростки задерживается. Укрупнение гранул удобрения также сопровождается снижением поглощения молодыми растениями фосфора, внесенного локально.
Кислый суперфосфат даже при кратковременном контакте с семенами (2 часа) снижает всхожесть озимой ржи, ячменя, яровой пшеницы, льна и столовой свеклы. При минимальной кислотности удобрения (1 %) его можно смешивать с семенами ржи и свеклы не ранее чем за 2 часа до посева, а с остальными перечисленными культурами — за 4—8 часов. Нейтрализованный суперфосфат неопасно смешивать с семенами всех названных растений и за сутки до высева смеси.
Кислотность суперфосфата вредна и для растений, что заставляет прибегать в хозяйстве к его нейтрализации. Для этого к суперфосфату добавляют при механическом перемешивании до 15% фосфоритной муки, или до 10% доломитовой муки, или столько же углекислой извести. Едкую известь прибавлять нельзя, чтобы не вызвать перехода фосфорной кислоты в соединения, плохо усвояемые растениями.
Калий принадлежит к элементам, безусловно необходимым животным, растениям и микроорганизмам. Большая часть его (не менее 4/5 общего содержания) в растении находится в клеточном соке и извлекается водой; меньшая — адсорбирована коллоидами и незначительная (менее 1%) — ееобменно удерживается митохондриями в протоплазме. Сохраняя легкую подвижность, калий все же удерживается в освещенном растении, но частично выделяется через корни ночью и вновь поглощается днем. Дождь вымывает заметное количество этого элемента из старых листьев.
В значительных количествах калий содержится в земной коре (2,14%) а в осадочных породах, которые являются материнскими для многих почв. Общее содержание калия в почве почти всегда выше, чем фосфора и азота, •вместе взятых. Больше калия в тяжелых почвах, так как он входит в минералы, представленные главным образом в глинистых частицах. В глинистых и суглинистых почвах общее количество К20 нередко достигает 2, а иногда доходит и до 3%. Меньше калия в песчаных, супесчаных и особенно в торфяных почвах. Обеспеченность растений этим элементом на разных почвах определяется не столько общим содержанием его в почве, сколько соотношением между формами его соединений: большая часть, калия в почвах находится в нерастворимой и малоусвояемой для растений форме.
Возможно, что и силикатные бактерии также несколько улучшают режим калия в почве, разрушая алюмосиликаты.Как бы то ни было, все названные явления не снимают вопроса о внесении в почву калийных удобрений даже на черноземах, если выращиваются культуры, потребляющие много калия. Мироновской опытной станцией установлено, что при возделывании сахарной свеклы в севообороте в продолжение десяти лет без применения калийных удобрений резко снижается урожай и эффективность азотно-фосфорных удобрений. Положение исправляется только внесением в почву калия. Еще острее ощущается потреб ность культур в нем в нечерноземной зоне.
Кроме перечисленных месторождений калийных солей, в которых калий содержится в виде хлорида или сульфата калия (в сочетании с другими хлористыми и сернокислыми солями), следует указать и на некоторые другие источники калия, которые могут найти применение для удобрения. К ним относится алюмосиликат калия и натрия — нефелин (Na, K)20-Al203-2Si02— спутник апатита в хибинском месторождении на Кольском полуострове. При производстве апатитового концентрата в качестве отхода получается тонкоизмельченный нефелин (так называемые «нефелиновые хвосты», содержание окиси калия в которых составляет около 5—6%).
После окончания реакции осадку дают отстояться, раствор сливают и K2S04 отфильтровывают на фильтрах при разрежении.Затем сульфат калия выщелачивают при температуре 100° водой, а окись магния остается в осадке; сернистый газ восстанавливается метаном до элементарной серы. Есть и другие технологические схемы. Но до сих пор выпускают этого удобрения очень мало, поэтому в сельскохозяйственном производстве оно встречается редко.
Все сельскохозяйственные культуры сильно нуждаются в калийных удобрениях на почвах торфянистых, песчаных и супесчаных. Высокоэффективны эти удобрения также на поймах, дерново-подзолистых почвах, красноземах, серых лесных землях и на северных черноземах лесостепи. На перечисленных типах почв калийные удобрения применяют в сочетании с азотными и фосфорными. Лишь торфяники, поймы и луга иногда получают только калийные удобрения.
О необходимости внесения калийных удобрений под ту или иную" культуру можно судить на основании полевого опыта, химических анализов почвы и развивающихся растений, урожая и наблюдений за внешним видом их в течение вегетации.
Калий в золе содержится в форме углекислой соли (К2С03) — поташа. Эта форма калия хороша для всех культур, а для растений, чувствительных к хлору (картофель, гречиха, табак, люпин, виноград и др.), она лучше соликамских калийных солей.
Бора растениям надо немного. Однако в доступной для них форме в почве его часто не хватает. Получить в этом случае нормальный урожай невозможно.Применяют следующие содержащее бор удобрения.В опыте с кормовой свеклой отмечалось заболевание корйеплодов после известкования гнилью сердечка, хотя урожай получался высоким. Внесение бора и в этом случае дало благоприятные результаты (табл. 99).
Ценным и быстродействующим мерным удобрением может быть сульфат меди (Си304-5Н20), содержащий 25,4% меди, но дороговизна этой соли не позволяет считать ее перспективной для производства.В настоящее время медьсодержащие микроудобрения применяют главным образом на торфянистых почвах. На этих почвах пиритный огарок вносят раз в 4—5 лет в количестве 5—6 ц на 1 га (2,2—2,7 кг меди на 1 га).
В Полесье Украины на торфянистой почве сбор трепаного волокна конопли был (в ц с 1 га): без удобрений 3,0, по калийному удобрению (150 кг К20 на 1 га) 4,5, по калийному удобрению с 25 кг медного купороса 5,8. Сахарная свекла на торфянистой почве в Киевской области также хорошо отзывалась на удобрение медным купоросом и пиритным огарком.
Простыми минеральными удобрен которые содержат один из таких пита1 или калий.В практике для улучшения пита временно вносить не одно, а несколь В таких случаях было бы неразумно в отдельности. Это потребовало бы дво для тракторов и соответственно увели необходимость приготовления удобрит удобрений, то есть получение смешаны может дать экономию на их внесении этих удобрений. Путем смешивания брений, повысить их сыпучесть и т.
В Голландии опыты велись в течение десяти лет с озимой рожью, картофелем, травами и другими культурами. Как источник фосфора нитрофос в первый год несколько уступал суперфосфату, хотя и превосходил преципитат и томасшлак. Если все эти удобрения вносили не перед посевом, а за четыре месяца до него, то действие суперфосфата и нитрофоса на фосфатное питание растений и их урожай выравнивалось. Очевидно, это объясняется частичной ретроградацией фосфорной кислоты суперфосфата при длительном взаимодействии с почвами. Отмечено также, что мелкие гранулы нитрофоса (размером около 1 мм) на первую культуру влияли сильнее, чем более крупные; однако в сумме за ряд лет прибавки урожая были почти одинаковыми у удобрения с различными размерами гранул.
Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур большое аначение имеет применение органических удобрений. Особенно велика их роль в окультуривании почв нечерноземной зоны СССР.Органическими удобрениями называют свежие или биологически переработанные вещества растительного или животного происхождения, вносимые в почву для увеличения ее плодородия и повышения урожая. К ним относят навоз, навозную жижу, торф, фекалии, птичий помет, компосты, различные хозяйственные отходы, отбросы крупных населенных пунктов, зеленое удобрение и т. д. Все эти материалы называются местными удобрениями, так как колхоз или совхоз, как правило, не завозит их (за исключением органических отходов городов), а накапливает (навоз, навозная жижа, фекалии, птичий помет) или добывает (торф), или приготовляет (компосты), или же выращивает (зеленое удобрение) на месте, то есть в самом хозяйстве.
Однако при использовании одних минеральных удобрений нередко ухудшаются некоторые свойства почвы. Так, под влиянием систематического применения физиологически кислых удобрений в дерново-подзолистых почвах увеличивается почвенная кислотность, содержание подвижного алюминия, усиливается химическое закрепление фосфатов. От совместного внесения органических удобрений с минеральными повышается буферность почвы и предохраняется фосфор вносймых минеральных удобрений от сильного поглощения в почве.
По степени разложения различают свежий, полуперепревший, перепревший навоз и перегной.Свежим, или слаборазложившимся, называется навоз, в котором использованная на подстилку солома сохраняет свою типичную (желтую) окраску и прочность. Водная вытяжка из такого навоза красновато-желтого или зеленоватого цвета.
Плотное хранение. Навоз укладывают в навозохранилище или в полевые штабеля послойно и кан дый слой немедленно уплотняют. Первый слой делают шириной 3—4 м и толщиной 1 м. Длина произвольная, зависит от количества навоза. После укладки его утрамбовывают. Таким же образом "на него настилают все новые и н<Ьвые слои до тех пор, пока высота уплотненного штабеля не достигнет 1,5— ,5 м. Сверху штабель накрывают резаной соломой.
Места, занятые небольшими штабелями, а тем более мелкими кучами навоза мешают своевременной весенней обработке полей, потому что под ними почва оттаивает позднее.Перепревший, сильно разложившийся навоз и перегной содержат мало аммиачного азота. Поэтому при хранении их в мелких кучах опасаться вначительных потерь азота не приходится.
Жидкий навоз—однородная полужидкая масса, образующаяся в результате смыва его со скотных дворов водой и последующего сбраживания в специальных камерах в анаэробных условиях. Кроме навоза, одновременно появляется побочный продукт — метан, который можно использовать как топливо для кормозапарников, отопления животноводческих помещений и т. д. Выход газа на 1 ц сухого вещества навоза составляет около 200 л или от одной головы крупного рогатого скота 1,8—2,0 м3 за стойловый период.
В процессе метанового брожения навоза потери азота невелики. Однако такие потери не исключены при дальнейшем хранении и применении этого удобрения.Для внесения полужидкого навоза в почву на определенную глубину можно использовать механизмы, применяемые для заделки навозной жижи.
Навоз — полное органическое удобрение, содержит все необходимые для растения питательные элементы. После внесения его в почву он под влиянием микроорганизмов минерализуется. Скорость минерализации зависит как от качества навоза, так и от свойств почвы, ее водно-воздушного режима, реакции и т. д. Большая часть углерода, содержавшегося в составе органических веществ навоза, в процессе разложения в почве окисляется до углекислого газа, причем его образуется тем больше, чем меньше степень разложения навоза до внесения. Конечным продуктом разложения азотистых веществ навоза в почве является аммиачный азот, который непосредственно используется растениями и микроорганизмами или же нитрифицируется. В щелочной среде при повышенной влажности почвы, недостатке кислорода и большом количестве клетчатки во внесенном навозе возможна также денитрификация. Часть азота удобрения под влиянием микроорганизмов переходит в состав перегноя почвы.
При учете не только прямого действия навоза (на первую удобряемую культуру), но и его длительного последействия выяснилось, что находящиеся в нем фосфор и калий лучше используются растениями, чем фосфор и калий эквивалентных доз минеральных удобрений. В то же время азот навоза усваивался хуже азота минеральных удобрений. В соответствии с этим, как показывают данные датских опытов (Асков), суммарное действие и последействие навоза на урожай сельскохозяйственных культур несколько ниже, чем действие и последействие эквивалентных доз минеральных удобрений. Меньшее использование растениями азота навоза в указанных опытах связано, кроме влияния возможных потерь перед запашкой навоза, с большим обогащением почвы гумусом (то есть с переходом части азота этого удобрения в состав почвенного гумуса), чем при внесении минеральных удобрений. Поэтому на хорошо окультуренных почвах навоз не имеет преимущества перед эквивалентным количеством минеральных удобрений. Наоборот, на малогумусных и слабоокультуренных почвах применение навоза и других органических удобрений — необходимое средство улучшения свойств почвы и повышения эффективности минеральных туков.
После разбрасывания свежего или полуперепревшего навоза его немедленно (лучше в тот же день) заделывают. Эффективность навоза, оставленного незапаханным в течение 6 часов, снижается на 30 %, а в течение 24 часов — до 50% по сравнению со сразу запаханным навозом. Разбросанный навоз уже в первые несколько дней теряет весь аммиачный азот.
Навозная жижа представляет в основном перебродившую мочу животных. Она нередко содержит воду, используемую для мойки животноводческих помещений, и дождевую или талую воду из открытых навозохранилищ. В связи с этим по составу навозная жижа отличается от первоначальных жидких выделений животных.
Птичий помет образуется не в виде самостоятельных твердых и жидких выделений, как у млекопитающих, а в виде единой полужидкой (или полу-густой) массы.Птичий помет — ценное, сравнительно концентрированное и быстродействующее органическое удобрение. Как и навоз, он содержит все основные питательные вещества, необходимые растениям, но в значительно большем количестве (табл. 127). Это связано с тем, что птица питается более концентрированными кормами.
Если птичий помет в зимнее время хранился без смешивания с органическими материалами или суперфосфатом, то это необходимо сделать весной, после наступления теплых дней. К помету можно добавлять 15— 20% торфа, или 20—30% перегноя, или 10—20% суперфосфата.
Из всего сказанного можно заключить, что торф разных типов и видов обладает весьма различными свойствами, и это необходимо учитывать при использовании его в сельском хозяйстве. В общем агрохимические свойства нормальнозольного торфа разных типов можно характеризовать данными, приведенными в таблице 129.
На Соликамской опытной станции при совместном внесении торфа и минеральных удобрений эффективность их значительно возрастала (табл. 130).Разложение торфа в почве протекает очень медленно. Чтобы ускорить этот процесс, совместно с торфом запахивают в почву небольшое количество (5—12 т на 1 га) навоза, фекалий или навозной жижи. Если в чистом виде для получения заметного эффекта применяют очень высокие дозы нормальнозольного торфа (50—90 т на 1 га), то при таких добавках дозы торфа снижают до обычных доз навоза. Дозу торфо-туфов устанавливают по содержанию в них извести, вивианита — по количеству фосфора.
Компостирование — один из важных приемов накопления местных органических удобрений и повышения эффективности удобрений. Оно необходимо для сохранения (уменьшения потерь) питательных веществ в одних органических удобрениях при их разложении (навоз, навозная жижа) и усиления доступности для растений элементов питания в составе других (в торфе или в другом инертном материале).
Перегнойную землю в некоторых странах Востока используют на подстилку для скота и получают так называемый земляной навоз. Кроме того, ее добавляют в разнообразные компосты. Еще в прошлом столетии крупные ученые нашей страны А. Т. Болотов и И. М. Комов рекомендовали переслаивать навоз с землей для увеличения выхода удобрения и повышения его качества.
В современных городах фекалии, как правило, удаляют по канализационной системе в виде сточных вод. Применение их на орошение является одним из эффективнейших способов использования фекалий на удобрение. При этом растение одновременно может быть обеспечено водой и всеми питательными элементами.
На торфяных болотах вблизи удобряемых полей лучше всего компостировать торф на месте его залегания. Это значительно сокращает затраты-труда на перевозки и снижает себестоимость компостов. Сущность такого компостирования заключается в том, что обработка и рыхление поверхности торфяника сочетается с внесением фосфоритной муки, извести, навоза, навозной жижи или фекалий, с последующим сгребанием полученной торфяной смеси в штабель. В некоторых случаях обработку поверхности торфяника совмещают с возделыванием здесь бобовых растений, с запашкой всей выращенной массы или только пожнивных остатков и сгребанием торфорастительной массы в штабель.
Ил пресных вод — землистая масса, богатая органическим веществом, скапливающаяся на дне прудов, озер и рек. Чем ближе водоем к населенным пунктам, тем больше в осаждаемом на его дне иле органического вещества и питательных элементов. Различные виды ила содержат 6—30% перегноя, 0,25—2,0% 14, 0,25—0,50% Р2Об и 0,2—0,8% К20. Верхние слои его богаче питательными веществами, более глубокие — беднее. Чаще всего ил при влажности 40% содержит в среднем около 1,4% азота, 0,26% фосфора и 0,23% калия. Используют ил на удобрение непосредственно или после компостирования с другими органическими материалами. В чистом виде его применяют после проветривания. Проветривание необходимо для уменьшения влажности ила и полного окисления в нем закисных соединений. При внесении в почву свежего ила возможно сильное угнетение растений от закисных соединений и тем самым снижение урожая.
К городскому мусору относят различные кухонные отходы, помои, бумагу, тряпье, грязь, пыль, золу. По содержанию питательных веществ и удобрительным качествам городской мусор приближается к навозу. Однако скорость разложения его в почве зависит от соотношения находящихся в нем компонентов. Так, городской мусор с большим количеством кухонных отходов и пыли разлагается быстрее. Такой мусор можно использовать на удобрение непосредственно без компостирования. Мусор, в котором много бумаги, тряпок, опилок, разлагается медленно, и его лучше предварительно прокомпостировать, особенно со сточными водами.
Зеленое удобрение, как и любое другое органическое удобрение, оказывает многостороннее положительное действие на свойства почвы и на урожай сельскохозяйственных культур. В то же время оно имеет некоторые свои специфические особенности.
Сидератов, способов их выращивания и использования очень много.В зависимости от того, возделываются ли они в чистом виде или с другими культурами, различают самостоятельные и уплотненные (или смешанные) посевы сидератов.
Укосным зеленое удобрение называют в том случае, если заделывают в почву лишь надземную массу сидерата, выращенную на другом участке и перевезенную с него после ее скашивания. В зависимости от величины урожая сидерата и способов использования зеленого удобрения, укосной массой сидерата, полученной с 1 га, можно удобрить такую же площадь или даже значительно большую. Пример укосного зеленого удобрения в нечерноземной зоне — возделывание многолетнего люпина в выводном клину (на труднообрабатываемых участках вне севооборота) и внесение его укосной массы на соседние поля (например, первый укос под озимые, второй — под зябь). Укосную массу сидератов, полученную в междурядьях плодовых деревьев, применяют для удобрения приствольных кругов.
Комплексное использование донников во многом сходно с использованием кормового люпина. В отличие от однолетних кормовых люпинов и сераделлы донник быстрее зацветает, это позволяет раньше его скашивать и раньше запахивать отаву на удобрение.
Для минерального питания растений не обязательно посредничество почвенных микроорганизмов. Легкорастворимые питательные вещества в почве растения используют и без участия микрофлоры. Однако в природе жизнь растений тесно связана с деятельностью почвенных микроорганизмов. Об этом говорят такие факты, как симбиоз бобовых с клубеньковыми бактериями, усиленное развитие ризосферных бактерий и наличие микоризы у ряда растений. Почвенные микроорганизмы представляют сообщества многочисленных рас. Среди них есть как полезные, так и вредные для растений.
Нитрагин — бактериальный препарат, содержащий активные расы клубеньковых бактерий.Клубеньковые бактерии специфичны — отдельные виды или расы их способны образовать клубеньки на корнях лишь определенных бобовых. Так, одни из них развиваются только на корнях клевера, но не могут заражать корни гороха, люцерны, люпина и других бобовых. Группы бактерий, которые образуют клубеньки на корнях люпина и сераделлы, не заражают корни клевера и гороха и т. д. Иногда специфичность клубеньковых бактерий настолько сильно выражена, что различные разновидности од но Г? и той же культуры (или даже сорта растений) по-разному относятся к тому или другому штамму бактерии. Например, корни желтого кормового люпина не всегда хорошо заражаются клубеньковыми бактериями из корней однолетних горьких люпинов. Группы клубеньковых бактерий по их специфичности указаны на странице 382.
Нельзя хранить нитрагин в одном помещении с летучими ядохимикатами, так как пары их убивают бактерии.Вносят нитрагин в почву с семенами бобовых. Для этого в день посева необходимое количество препарата высыпают в чистую посуду (в ведро), наливают в нее чистую воду из расчета два стакана на каждые 10 кг мелких семян (клевера, люцерны, донника, сераделлы) или же один стакан на каждые 20 кг крупных семян (гороха, люпина, кормовых бобов, фасоли, сои и т. д.). Затем деревянной палочкой нитрагин перемешивают с водой в течение 3—5 минут и, не давая болтушке отстаиваться, равномерно смачивают семена, находящиеся на чистом деревянном полу или брезенте. Семена перелопачивают до тех пор, пока все они не будут равномерно увлажнены. Как только семена обсохнут, их насыпают в мешки и отправляют к месту посева. Нитрагинизацию проводят в тени (под навесом). В той же порции воды, которую используют для изготовления болтушки нитрагина, предварительно можно растворить молибденовое микроудобрение из расчета 25—50 г соли на гектарную норму семян.
Конечной целью возделывания сельскохозяйственных культур является получение определенных веществ: белка, жира, крахмала, сахара, клетчатки, витаминов, алкалоидов, эфирных масел и т. д., которые используют как продукты питания человека, корма для сельскохозяйственных животных или как сырье для промышленности. При выращивании растений необходимо добиваться повышения содержания в урожае тех веществ, ради которых выращивают растения.
Удобрения являются мощным средством повышения производительности-сельского хозяйства при условии правильного их применения, в определенной системе под отдельные культуры и в севообороте.Система удобрения отдельных культур и при их чередовании в севообороте — это план применения органических и минеральных удобрений, в котором предусматриваются дозы удобрений, время внесения и способы заделки в зависимости от планируемого урожая, биологических особенностей растений и от чередования в севообороте, с учетом свойств удобрений, почвенно-климатических и других условий.
При разработке системы удобрения для конкретного хозяйства весьма существенным является установление правильных доз, сроков и способов внесения органических и минеральных удобрений под отдельные культуры в севообороте.
Система удобрения в севообороте является планом применения удобрений под отдельные культуры, составляющие севооборот. При разработке системы удобрения в севообороте должны быть прежде всего учтены биологические особенности развития и питания отдельных культур.
При разработке системы удобрения необходимо учитывать уровень природного плодородия почвы, который сильно различается. Об этом в известной мере можно судить из сопоставления урожаев, длительно получавшихся без удобрений на различных почвах.
Климатические условия оказывают большое влияние на эффективность удобрений. Водный режим почвы, который зависит от количества и интенсивности выпадения осадков в течение вегетационного периода и физических свойств почвы, является одним из важнейших факторов урожайности. При резком недостатке воды в почве удобрения не дают положительного эффекта и даже могут оказывать вредное действие на рост и развитие растений. При умеренном недостатке воды в почве удобрения способствуют более продуктивному ее использованию растениями.
Разные сельскохозяйственные растения имеют существенные различия в потребности питательных веществ. При чередовании культур питательные вещества почвы и удобрений используются более продуктивно.Урожай бобовых культур почти не зависит от внесения азотных удобрений и от содержания азота в почве. Кроме того, эти растения обогащают азотом почву, и при разложении корневых и пожнивных остатков азот становится доступным культурам, следующим за бобовыми. Поэтому под культуры, идущие после бобовых, азотные удобрения не вносят или вносят в меньших дозах. Благодаря увеличению содержания азота в почве после бобовых повышается действие фосфорных и калийных удобрений на последующие культуры.
При совместном применении навоза и минеральных удобрений питательные вещества их используются растением лучше, чем при раздельном внесении.При применении навоза совместно с минеральными удобрениями получаются более высокие урожаи от меньших доз этих удобрений, чем при раздельном их внесении.
Особенности развития и питания сельскохозяйственных растений — один из основных факторов, который необходимо учитывать при решении вопросов удобрения данной культуры.Озимая рожь среди злаковых хлебов является менее требовательной культурой к почве и климатическим условиям. Рожь можно рассматривать как растение умеренно холодного климата. Она сильно кустится и развивает корневую систему осенью и довольно быстро идет в рост ранней весной; это позволяет растениям интенсивно использовать влагу, накопившуюся в почве в период осенних дождей и весеннего таяния снега. Рожь дает сравнительно высокие и устойчивые урожаи на легких почвах и успешно переносит временные засушливые периоды.
Пшеница и ячмень более чувствительны к кислой реакции, чем овес, который переносит реакцию почвенного раствора в более широком интервале. Яровые зерновые культуры на дерново-подзолистых почвах положительно отзываются на известкование.
Особенность питания бобовых культур заключается в том, что они не нуждаются в наличии минеральных соединений азота в почве. В симбиозе с клубеньковыми бактериями бобовые растения используют свободный азот атмосферы. Поэтому эти культуры являются источником биологического азота для сельского хозяйства.
Так как зернобобовые способны обеспечить себя азотом за счет фиксации его из воздуха, прибавки урожая от фосфорно-калийных удобрений часто получаются не меньшие, %ем от полного минерального удобрения (табл. 171).
Сахарная свекла развивает сравнительно мощную корневую систему. Углубление центрального корня в нижние слои почвы вначале идет быстрее, чем рост боковых корней. При достаточно проницаемой почве и подпочве корни сахарной свеклы могут проникать вглубь до 2 м и более. Ко времени своего максимального развития корневая система сахарной свеклы распространяется в стороны на расстояние до 1 м.
Урожай кукурузы 50—70 ц зерна или 500—600 ц зеленой массы с 1 га содержит примерно 150—180 кг азота, 50—60 кг Р205 и 150—200 кг К20.Поглощение питательных веществ кукурузой продолжается до наступления восковой спелости зерна. Поступление азота, фосфора и калия для кукурузы характеризуется следующими величинами (табл. 190).
Средняя прибавка зерна на черноземных почвах по 56 опытам от 7,5 кг Р205 суперфосфата, внесенного в гнездо, составляла 3,5 ц на 1 га при урожае без припосевного удобрения 32,7 ц с 1 га.При прорастании кукуруза весьма чувствительна к повышенной концентрации почвенного раствора. Поэтому дозы удобрений для припосевного внесения должны быть небольшими. При повышенных дозах суперфосфата, внесенного в гнездо вместе с семенами, прибавки урожая снижаются. По данным Сумской опытной станции, при внесении суперфосфата в гнездо в дозе 5 кг, 10 кг и 20 кг Р205 на 1 га прибавки урожая составили соответственно 3,4 ц, 1,7 и 0,5 ц зерна кукурузы на 1 га. Урожай без припосевного удобрения был 50 ц с 1 га.
Основные районы льноводства расположены в зоне дерново-подзолистых почв. Лучшими для культуры льна являются средние и легко суглинистые почвы.В первый период своей жизни лен растет сравнительно медленно. Усиленный рост льна происходит в период бутонизации и цветения.
Основной коноплеводческой зоной являются районы черноземов и серых лесных почв.По содержанию азота и зольных элементов конопля несколько превосходит картофель и свеклу.Урожай волокна и семян конопли в 70 ц с 1 га содержит примерно 115 кг азота, 35 кг Р205 и 65 кг К20. Такой же урожай конопли при культуре на зеленец содержит до 200 кг азота, 25 кг Р205 и 115 кг К20.
Поглощение питательных веществ подсолнечником продолжается почти в течение всего вегетационного периода. Раньше прекращается поступление азота.Примерное поступление азота, фосфора и калия в растения подсолнечника можно характеризовать следующими данными (табл. 211).
Почвы нечерноземной зоны содержат мало азота и фосфора, и чаще эти элементы находятся в минимуме. Легкие супесчаные, песчаные, а также пойменные почвы этой зоны характеризуются и малым содержанием калия.
В черноземных районах лесостепи значительная площадь занята такими требовательными культурами, как сахарная свекла, кукуруза на зерно и силос, картофель и подсолнечник, которые способны давать высокие урожаи и поэтому потребляют большое количество питательных веществ. Эффективность удобрений в этих районах не уступает их действию в нечерноземной зоне, особенно на серых лесных почвах и сильновыщелочен-ных черноземах.
Степные районы европейской части и Юго-Востока характеризуются пониженным количеством осадков. Для получения высокого урожая сельскохозяйственных культур в почве часто недостает влаги. Поэтому агротехнические приемы, направленные на накопление и сохранение влаги в почве, имеют здесь исключительно большое значение.
При поливах вполне оправдано внесение удобрений в повышенных дозах под каждую культуру. В условиях орошения от применения удобрений получают гарантированные высокие прибавки урожая всех сельскохозяйственных культур.
Овощные культуры возделывают во всех почвенно-климатических зонах. Советского Союза. Разнообразие почвенных и климатических условий районов распространения овощных культур обусловливает большие различия, в применении удобрений под отдельные овощные растения и в севообороте.
Капуста белокочанная — одна из основных овощных культур. В нечерноземной зоне капуста по занимаемой площади стоит на первом месте» среди других овощных культур.Белокочанная капуста потребляет большое количество питательных веществ. Урожай товарной продукции капусты в 300 ц с 1 га содержит примерно 90 кг азота, 30 кг Р205 и 135 кг К20.
Лук Чувствителен к концентрации почвенного раствора и к кислотности почвы. Лучшее развитие растений происходит при реакции, близкой к нейтральной (pH 6,7—7,4). По сравнению с другими овощными культурами лук относительно лучше использует навоз, чем минеральные удобрения. Навоз под лук вносят только перепревший.
Перенесение той или иной части удобрений из общей дозы в подкормки должно рассматриваться в связи с общим количеством удобрений под данную культуру и возможностью в условиях хозяйства внести удобрения при подкормках на необходимую глубину растенрепитателями. Вносить удобрения в рядки следует комбинированной сеялкой или вместе с семенами в гранулированном виде. Если нельзя осуществить эти приемы внесения удобрения, то целесообразно до 1/4—1/3 общей дозы удобрений заделать культиватором, с тем чтобы обеспечить растения питанием в первый период их развития.
К числу основных методов исследования, применяемых в агрохимии, в первую очередь относятся метод полевого опыта и вегетационный метод. Они, как писал К. А. Тимирязев, позволяют «спрашивать мнение самого растения». Вместе с полевым и вегетационным методом агрохимия широко использует лабораторные (химические, физико-химические, а иногда также и микробиологические) методы исследования растений, почв и удобрений.
Большинство лабораторных методов агрохимических исследований излагается в специальных руководствах . В этой главе описывается методика полевых опытов с удобрениями и вегетационный метод изучения питания растений, свойств почв и удобрений.
Для учета эффективности удобрений в хозяйственных посевах оставляют неудобренные площади (полосы). Учитывая урожаи на неудобренной и неудобренной площади, устанавливают прибавку урожая, полученную от удобрения.
Среди биологических методов исследования, применяемых в агрохимии, наряду с полевым опытом широко используется вегетационный.При вегетационном опыте создается возможность более строгого учета-и регулирования таких факторов жизни и роста растения, как влажности, температуры, освещения, а в некоторых модификациях вегетационного опыта (песчаные и водные культуры) также и питательной среды.
Почвенные культуры являются одной из наиболее распространенных модификаций вегетационного опыта, когда растения выращивают в сосудах, наполненных почвой. Эту методику используют для изучения вопросов взаимодействия удобрений с почвой, почвы и растения, а также свойств почвы и свойств удобрений.
Почву для вегетационного опыта заготавливают заранее. Надо хорошо знать историю участка, с которого берут почву, знать точное генетическое наименование взятой почвы. Для агрохимической характеристики почвы полезно предварительно провести некоторые анализы, характеризующие ее кислотность, емкость поглощения, запас подвижных форм питательных веществ. Если в опыте предполагается изучать отзывчивость почвы на азот, то лучше почву заготавливать ранней весной, когда процесс нитрификации протекает еще слабо. Для опытов по изучению фосфорных удобрений лучше почву брать летом, когда в связи с интенсивной нитрификацией происходит и иммобилизация подвижных- фосфатов. Дальнейшая подготовка почвы заключается в просеивании. Готовые образцы’; почвы хранят в закрытых ларях.
Для изучения многих вопросов корневого питания растений почва как среда малопригодна, так как состав ее слишком сложен и не все условия питания в ней могут быть строго учтены.С целью изучения питания растений в строго контролируемых условиях используют бесплодные среды: чистый кварцевый песок и дистиллированную воду. Самые разнообразные вопросы питания растений успешно решались в опытах с применением методики водных и песчаных культур. Выращивая растения в таких культурах, можно установить, какие элементы необходимы для нормальной жизнедеятельности растения, выявить роль отдельных элементов. Постепенно расширяется список необходимых для жизни растений элементов, что связано с усовершенствованием очистки солей и воды, применяемых в опытах.
Чехол делают немного длиннее высоты сосуда с пробкой, сверху продергивают тесьму и завязывают так, чтобы одновременно закрепить пробку на сосуде. При постановке опыта сосуды наполняют дистиллированной водой на 4/5 или 3/4 объема и вносят отмеренные цилиндрами или пипетками растворы питательных солей, затем доводят объем водой на 1 см ниже внутренней поверхности пробки. Растения для высаживания их в водную культуру должны иметь росток высотой 5—7 см и корневую систему длиной около «6—7 см. Для этого семена растений предварительно проращивают в песке, как это описано для почвенных культур, а затем высаживают на парафинированную марлевую сетку, помещенную на кристаллизатор емкостью 1 — 1,5 л, наполненный водопроводной водой или очень разбавленной питательной смесью. На кристаллизаторах растения растут 1—1,5 недели, до тех пор, пока проростки будут иметь корни достаточной длины, чтобы их можно было пересадить в сосуды. При пересадке растения опоясывают около семени слоем ваты и укрепляют в отверстиях пробки. Уход за растениями в водной культуре заключается в прореживании, ежедневном продувании в течение 5—10 минут воздуха через питательные растворы для снабжения кислородом корней растений. Если это предусмотрено схемой опыта, через 1—2 дня в растворе проверяют pH и в случае отклонения от заданной величины регулируют реакцию добавлением разбавленного раствора NaOH или HG1. По мере испарения раствора из сосудов в них до нужного уровня доливают дистиллированную воду. При выращивании корнеплодов по мере роста корня уровень воды снижают. За вегетационный период 3—4 раза производят полную смену питательного раствора.
Метод предложен П. Р. Слезкиным и усовершенствован И. С. Шуловым в лаборатории Д. Н. Прянишникова. Этот метод применяется при изучении взаимодействия двух или нескольких питательных солей и влияния взаимодействия этих солей на рост и развитие растений. Например, калийные соли обладают физиологической кислотностью, но в питательной смеси, где источником азота является нитрат кальция, физиологическая щелочность его маскирует физиологическую кислотность солей калия. Выделяя из общего питательного раствора, например, соль калия и помещая ее изолированно, можно проследить особенность взаимодействия растения с этой солью и изучить ее физиологическую реакцию.