Влияние минеральных удобрений на растения. Влияние минеральных и органических удобрений и других способов мобилизации плодородия на агрохимические показатели почв Влияние удобрений на почву детская энциклопедия

Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах.

При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, а вследствие этого увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.

Существовала точка зрения, что длительное применение минеральных удобрений приводит к катастрофической потере гумуса и ухудшению физических свойств почвы. Однако экспериментальные материалы ее не подтвердили. Так, на дерново-подзолистой почве ТСХА академиком Д. Н. Прянишниковым был заложен опыт с разной системой удобрения. На делянки, где применяли минеральные удобрения, в среднем за год вносили 36,9 кг азота, 43,6 кг Р205 и 50,1 кг К2 О на 1 га. В почву, удобрявшуюся навозом, его вносили ежегодно по 15,7 т/га. Через 60 лет был проведен микробиологический анализ опытных делянок.

Таким образом, за 60 лет в паровавшей почве содержание гумуса уменьшилось, но в удобрявшихся почвах его потери были меньше, чем в неудобренной. Это можно объяснить тем, что внесение минеральных удобрений способствовало развитию в почве автотрофной микрофлоры (преимущественно водорослей), что привело к некоторому накоплению в парующей" почве органических веществ, а, следовательно, и гумуса. Навоз является прямым источником образования гумуса, накопление которого под действием этого органического удобрения вполне понятно.

На делянках с таким же удобрением, но занятых сельскохозяйственными культурами, удобрения действовали еще более благоприятно. Пожнивные и корневые остатки здесь активизировали деятельность микроорганизмов и компенсировали расход гумуса. Контрольная почва в севообороте содержала 1,38% гумуса, получавшая NPK-1,46, а унавоженная-1,96%.

Следует отметить, что в удобряемых почвах, даже получавших навоз, уменьшается содержание фульвокислот и относительно увеличивается - менее подвижных фракций.

В общем, минеральные удобрения в большей или меньшей степени стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнивных и корневых остатков. Богатый перегноем навоз этот процесс стабилизации еще более усиливает. Если навоз вносят в больших количествах, то содержание гумуса в почве возрастает.

Весьма показательны данные Ротамстедской опытной станции (Англия), где проводили длительные исследования (около 120 лет) с монокультурой озимой пшеницы. В почве, не получавшей удобрений, содержание гумуса немного снизилось.

При ежегодном внесении 144 кг минерального азота с другими минеральными веществами (Р 2О 5, К 2О и т. д.) отмечено очень небольшое повышение содержания гумуса. Весьма значительное возрастание гумусности почв имело место при ежегодном внесении в почву 35 т навоза на 1 га (рис. 71).

Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.

Опыты, проведенные Ф. В. Турчиным, показали, что внесение азотсодержащих минеральных удобрений (меченных 15N) увеличивает урожай растений не только в результате удобрительного действия, но и за счет лучшего использования растениями азота из почвы (табл. 27). В опыте в каждый сосуд, вмещавший 6 кг почвы, вносили 420 мг азота.

При увеличении дозы азотных удобрений доля используемого азота почвы повышается.

Характерный показатель активизации деятельности микрофлоры под влиянием удобрений - усиление «дыхания» почвы, то есть выделение ею СО2. Это результат ускоренного разложения органических соединений почвы (в том числе гумуса).

Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует использованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.

Изложенные сведения позволяют сделать заключение, что, помимо прямого действия на растения, азотные минеральные удобрения оказывают и большое косвенное влияние - мобилизуют почвенный азот

(получение «экстра азота»). В богатых гумусом почвах такое косвенное действие значительно больше, чем прямое. Это сказывается на суммарной эффективности минеральных удобрений. Обобщение результатов 3500 опытов с зерновыми культурами, проведенных в Нечерноземной зоне европейской части СНГ, сделанное А. П. Федосеевым, показало, что одинаковые дозы удобрений (NPK 50-100 кг/га) дают на плодородных почвах значительно большие прибавки урожая, чем на бедных почвах: соответственно 4,1; 3,7 и 1,4 ц/га на высоко-, средне - и слабоокультуренных почвах.

Весьма существенно, что высокие дозы азотных удобрений (около 100 кг/га и более) оказываются эффективными только на высокоокультуренных почвах. На низкоплодородных почвах они обычно действуют отрицательно (рис. 72).

В таблице 28 приведены обобщенные данные ученых ГДР по расходу азота для получения 1 ц зерна на разных почвах. Как видно, экономичнее всего минеральные удобрения используются на почвах, содержащих больше гумуса.

Таким образом, для получения высоких урожаев нужно не только удобрять почву минеральными удобрениями, но и создавать достаточный запас питательных для растений веществ в самой почве. Этому способствует внесение в почву органических удобрений.

Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, крайне неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, оказывающие токсическое действие на микроорганизмы почвы и растения.

Неблагоприятное действие минеральных удобрений было отмечено на легких малоплодородных песчаных и супесчаных подзолистых почвах Соликамской сельскохозяйственной опытной станции. Один из анализов различно удобрявшейся почвы этой станции приведен в таблице 29.

В этом опыте в почву ежегодно вносили N90, Р90, К120, навоз - 2 раза в три года (25 т/га). Из расчета на полную гидролитическую кислотность была дана известь (4,8 т/га).

Применение в течение ряда лет NPK существенно снизило численность микроорганизмов в почве. Не пострадали лишь микроскопические грибы. Внесение извести, и особенно извести с навозом, оказало весьма благотворное влияние на сапрофитную микрофлору. Изменяя реакцию почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализовала вредное влияние физиологически кислых минеральных удобрений.

По истечении 14 лет урожаи при внесении минеральных удобрений фактически снизились до нуля в результате сильного подкисления почвы. Применение известкования и навоза способствовало нормализации pH почвы и получению достаточно высокого для указанных условий урожая. В общем, микрофлора почвы и растения реагировали на изменение почвенного фона примерно одинаково.

Обобщение большого материала по использованию минеральных удобрений на территории СНГ (И. В. Тюрин, А. В. Соколов и др.) позволяет сделать заключение, что их влияние на урожай связано с зональным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зоны микробиологические мобилизационные процессы протекают замедленно. Поэтому здесь сильнее ощущается дефицит для растений основных элементов питания, и минеральные удобрения действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это, однако, не противоречит приведенному выше положению о лучшем действии минеральных удобрений на высокоокультуренных фонах в отдельных почвенно - климатических зонах.

Кратко остановимся на использовании микроудобрений. Некоторые из них, например, молибден, входят в ферментную систему азотфиксирующих микроорганизмов. Для симбиотической азотфиксации

необходим также бор, который обеспечивает формирование нормальной сосудистой системы у растений, а следовательно, и успешное протекание процесса азотоусвоения. Большинство других микроэлементов (Сu, Mn, Zn и т. д.) в небольших дозах усиливает интенсивность микробиологических процессов в почве.

Как было показано, весьма благоприятное действие на микрофлору почвы оказывают органические удобрения и особенно навоз. Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов, но при других благоприятных условиях она зависит в основном от отношения в навозе углерода к азоту (С: N). Обычно навоз вызывает повышение урожая в течение 2-3 лет в отличие от. азотных удобрений, которые не имеют последействия. Полуперепревший навоз с более узким соотношением С: N проявляет удобрительное действие с момента его внесения, так как он не имеет богатого углеродом материала, вызывающего энергичное усвоение азота микроорганизмами. В перепревшем навозе значительная часть азота переведена в форму перегноя, который слабо минерализуется. Поэтому навоз - сыпец как азотное удобрение оказывает меньшее, но длительное действие.

Указанные особенности относятся и к компостам, и к другим органическим удобрениям. С учетом их можно создать органические удобрения, действующие в определенные фазы развития растений.

Широко используют также зеленые удобрения, или сидераты. Это органические удобрения, запаханные в почву, они более или менее быстро минерализуются в зависимости от почвенно - климатических условий.

В последнее время большое значение уделяют вопросу об использовании соломы как органического удобрения. Внесение соломы могло бы обогатить почву гумусом. Кроме того, в соломе содержится около 0,5% азота и другие необходимые растениям элементы. При разложении соломы выделяется много углекислоты, что также благотворно действует на посевы. Еще в начале XIX в. английский химик Ж. Деви указывал на возможность применения соломы в качестве органического удобрения.

Однако до последнего времени запахивать солому не рекомендовали. Это обосновывали тем, что солома имеет широкое отношение C:N (около 80:1) и ее заделка в почву вызывает биологическое закрепление минерального азота. Растительные материалы с более узким соотношением C:N такого явления не вызывают (рис. 73).

Растения, посеянные после запашки соломы, испытывают недостаток азота. Исключение составляют лишь бобовые культуры, которые обеспечивают себя азотом с помощью клубеньковых бактерий, фиксирующих молекулярный азот культуры, которые обеспечивают себя азотом с помощью клубеньковых бактерий, фиксирующих молекулярный азот.

Недостаток азота после заделки соломы можно компенсировать внесением азотных удобрений из расчета 6-7 кг азота на 1т запаханной соломы. При этом положение не вполне исправляется, так как солома содержит некоторые вещества, токсичные для растений. Требуется некоторый период времени для их детоксикации, которую проводят микроорганизмы, разлагающие эти соединения.

Проведенная за последние годы экспериментальная работа позволяет дать рекомендации по устранению неблагоприятного влияния соломы на сельскохозяйственные культуры.

В условиях северной зоны солому в виде резки целесообразно запахивать в верхний слой почвы. Здесь в аэробных условиях все токсичные для растений вещества довольно быстро разлагаются. При мелкой запашке, через 1-1,5 месяца происходит разрушение вредных соединений и начинает освобождаться биологически закрепленный азот. На юге, особенно в субтропической и тропической зонах, разрыв времени между заделкой соломы и посевом может быть самым минимальным даже при глубокой ее запашке. Здесь все неблагоприятные моменты исчезают весьма быстро.

При соблюдении этих рекомендаций почва не только обогащается органическим веществом, но и в ней активизируются мобилизационные процессы, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. В зависимости от ряда условий внесение 1 т соломы приводит к фиксации 5-12 кг молекулярного азота.

Сейчас на основании многочисленных полевых опытов, проведенных в нашей стране, вполне подтвердилась целесообразность использования избытков соломы как органического удобрения.

Удобрения пополняют запасы элементов питания в почве в доступной форме и снабжают ими растения. Вместе с этим они оказывают большое влияние на свойства почвы и тем самым влияют на урожай еще и косвенно. Повышая урожай растений и массу корней, удобрения усиливают положительное действие растений на почву, способствуют увеличению в ней гумуса, улучшению ее химических, водно-воздушных и биологических свойств. Большое непосредственное положительное действие на все эти свойства почвы оказывают органические удобрения (навоз, компосты, зеленое удобрение).
Кислые минеральные удобрения, если они систематически применяются без органических удобрений (а на кислых почвах без извести), могут оказывать отрицательное влияние на свойства почвы (табл. 123). Длительное применение их на кислых неизвесткованных почвах приводит к снижению насыщенности почвы основаниями, повышает содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов, ухудшает водно-физические свойства почвы, увеличивает объемный вес (плотность), уменьшает порозность почвы, ее аэрацию и водопроницаемость. В результате ухудшения свойств почвы снижаются прибавки урожаев от удобрений, проявляется «скрыто отрицательное действие» кислых удобрений на урожай.

Отрицательное влияние кислых минеральных удобрений на свойства кислых почв связано не только со свободной кислотностью удобрений, но и с действием их оснований на поглощающий комплекс почвы. Вытесняя обменный водород и алюминий, они превращают обменную кислотность почвы в активную и при этом сильно подкисляют почвенный раствор, диспергируя скрепляющие структуру коллоиды и снижая ее прочность. Поэтому при внесении больших доз минеральных удобрений должна учитываться не только кислотность самих удобрений, но и величина обменной кислотности почвы.
Известь нейтрализует кислотность почвы, улучшает ее агрохимические свойства и устраняет отрицательное действие кислых минеральных удобрений. Даже небольшие дозы извести (от 0,5 до 2 т/га) увеличивают насыщенность почвы основаниями, понижают кислотность и резко уменьшают количество токсичного алюминия, который в кислых подзолистых почвах оказывает исключительно сильное отрицательное действие на рост и урожай растений.
В длительных опытах с использованием кислых минеральных удобрений на черноземах тоже отмечается небольшое увеличение кислотности почвы и снижение количества обменных оснований (табл. 124), что может быть устранено внесением небольших количеств извести.

Большое и всегда положительное влияние на все почвы оказывают органические удобрения. Под влиянием органических удобрений - навоза, торфяных компостов, сидератов - повышается содержание гумуса, увеличивается насыщенность почвы основаниями, в том числе кальцием, улучшаются биологические и физические свойства почвы (порозность, влагоемкость, водопроницаемость), а в почвах с кислой реакцией снижаются кислотность, содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов. Однако существенное увеличение содержания гумуса в почве и улучшение физических свойств ее отмечаются только при систематическом внесении больших доз органических удобрений. Однократное внесение их в кислые почвы совместно с известью улучшает качественный групповой состав гумуса, но не приводит к заметному увеличению процентного содержания его в почве.
Точно так же торф, внесенный в почву без предварительного компостирования, не оказывает заметного положительного влияния на свойства почвы. Влияние его на почву резко возрастает, если он предварительно компостируется с навозом, навозной жижей, фекалиями или минеральными удобрениями, особенно щелочными, так как сам по себе торф разлагается очень медленно и в кислых почвах образует много высокодисперсных фульвокислот, поддерживающих кислую реакцию среды.
Большое положительное влияние на почву оказывает совместное внесение органических удобрений с минеральными. При этом особенно резко возрастают численность и активность нитрифицирующих бактерий и бактерий, фиксирующих атмосферный азот, - олигонитрофилов, свободноживущих азотфиксаторов и др. В кислых подзолистых почвах при этом снижается количество микроорганизмов на среде Аристовской, которые, по ее мнению, продуцируют большое количество сильных кислот, оподзоливающих почву.

Разные биогенные элементы, попадая в почву с удобрениями, претерпевают существенные превращения. Одновременно они оказывают значительное влияние на плодородие почвы.

Да и свойства почвы, в свою очередь, могут оказывать на вносимые удобрения как позитивное, так и негативное влияние. Эта взаимосвязь удобрений и почвы является весьма сложной и требует глубоких и обстоятельных исследований. С превращениями удобрений в почве связаны и различные источники их потерь. Эта проблема представляет собой одну из основных задач агрохимической науки. Р. Kundler et al. (1970) в общем виде показывают следующие возможные превращения различных химических соединений и связанные с ними потери питательных элементов путем вымывания, улетучивания в газообразной форме и закрепления в почве.

Вполне понятно, что это лишь некоторые показатели превращения различных форм удобрений и питательных элементов в почве, они еще далеко не охватывают многочисленные пути превращения различных минеральных удобрений в зависимости от типа и свойств почвы.

Поскольку почва является важным звеном биосферы, она прежде всего подвергается сложному комплексному воздействию вносимых удобрений, которые могут оказывать следующее влияние на почву: вызывать подкисление или подщелачивание среды; улучшать или ухудшать агрохимические и физические свойства почвы; способствовать обменному поглощению ионов или вытеснять их в почвенный раствор; способствовать пли препятствовать химическому поглощению катионов (биогенных и токсических элементов); способствовать минерализации или синтезу гумуса почвы; усиливать или ослаблять действие других питательных элементов почвы или удобрений; мобилизовать или иммобилизовать питательные элементы почвы; вызывать антагонизм или синергизм питательных элементов и, следовательно, существенно влиять на их поглощение и метаболизм в растениях.

В почве может быть сложное прямое или косвенное взаимовлияние между биогенными токсичными элементами, макро — и микроэлементами, а это оказывает значительное влияние на свойства почвы, рост растений, их продуктивность и качество урожая.

Так, систематическое применение физиологически кислых минеральных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах повышает их кислотность и ускоряет вымывание из пахотного слоя кальция и магния и, следовательно, увеличивает степень ненасыщенности основаниями, снижая почвенное плодородие. Поэтому на таких ненасыщенных почвах применение физиологически кислых удобрений необходимо сочетать с известкованием почвы и нейтрализацией вносимых минеральных удобрений.

Двадцатилетнее применение удобрений в Баварии на иловатой, плохо дренированной почве в сочетании с известкованием под травы привело к повышению pH с 4,0 до 6,7. В поглощаемом комплексе почвы обменный алюминий заменился кальцием, что привело к значительному улучшению свойств почвы. Потери же кальция в результате выщелачивания составили 60-95% (0,8-3,8 ц/га в год). Как показали расчеты, ежегодная потребность в кальции составила 1,8-4 ц/га. В этих опытах урожай сельскохозяйственных растений хорошо коррелировал со степенью насыщенности почвы основаниями. Авторы пришли к выводу, что для получения высокого урожая необходимы pH почвы >5,5 и высокая степень насыщенности основаниями (V = 100%); при этом удаляется обменный алюминий из зоны наибольшего размещения корневой системы растений.

Во Франции выявлено большое значение кальция и магния в повышении плодородия почв и улучшении их свойств. Установлено, что выщелачивание приводит к обеднению запаса кальция и магния

в почве. В среднем ежегодные потери кальция составляют 300 кг/га (200 кг на кислой почве и 600 кг на карбонатной), а магния - 30 кг/га (на песчаных почвах они достигали 100 кг/га). Кроме того, некоторые культуры севооборота (бобовые, технические и др.) выносят значительные количества кальция и магния из почвы, поэтому следующие за ними зерновые культуры часто обнаруживают симптомы недостаточности этих элементов. Не нужно забывать также, что кальций и магний выполняют роль физико-химических мелиорантов, оказывая благоприятное влияние на физические и химические свойства почвы, а также на ее микробиологическую деятельность. Это косвенно влияет на условия минерального питания растений другими макро — и микроэлементами. Для поддержания плодородия почвы необходимо восстановление уровня содержания кальция и магния, потерянных в результате выщелачивания и выноса из почвы сельскохозяйственными культурами; для этого ежегодно следует вносить 300-350 кг CaO и 50-60 кг MgO на 1 га.

Задача заключается не только в восполнении потерь этих элементов вследствие выщелачивания и выноса сельскохозяйственными культурами, но и в восстановлении плодородия почвы. В этом случае нормы внесения кальция и магния зависят от первоначального значения pH, содержания в почве MgO и фиксирующей способности почвы, т. е. прежде всего от содержания в ней физической глины и органического вещества. Подсчитано, что для повышения pH почвы на одну единицу нужно внести извести от 1,5 до 5 т/га, в зависимости от содержания физической глины (<10% - >30%), Чтобы повысить содержание магния в пахотном слое почвы на 0,05%, нужно внести 200 кг MgO/га.

Очень важно установить правильные дозы извести в конкретных условиях ее применения. Этот вопрос не настолько прост, как часто его представляют. Обычно дозы извести устанавливают в зависимости от степени кислотности почвы и насыщенности ее основаниями, а также разновидности почвы. Эти вопросы требуют дальнейшего, более глубокого изучения в каждом конкретном случае. Важен вопрос о периодичности внесения извести, дробности внесения в севообороте, сочетании известкования с фосфоритованием и внесением других удобрений. Установлена необходимость в опережающем известковании как условии для повышения эффективности минеральных удобрений на кислых почвах таежно-лесной и лесостепной зон. Известкование существенно влияет на подвижность макро — и микроэлементов внесенных удобрений и самой почвы. А это сказывается на продуктивности сельскохозяйственных растений, качестве продуктов питания и кормов, а следовательно, на здоровье человека и животных.

М. Р. Sheriff (1979) считает, что о возможном переизвестковании почв можно судить по двум уровням: 1) когда продуктивность пастбищ и животных не повышается при дополнительном внесении извести (это автор называет максимальным экономическим уровнем) и 2) когда известкование нарушает баланс питательных веществ в почве, и это отрицательно сказывается на продуктивности растений и здоровье животных. Первый уровень на большей части почв наблюдается при pH около 6,2. На торфяных почвах максимальный экономический уровень отмечается при pH 5,5. Некоторые пастбища на легких вулканических почвах не обнаруживают каких-либо признаков отзывчивости на известь при их природной величине pH 5,6.

Необходимо строго учитывать требования возделываемых культур. Так, чайный куст предпочитает кислые красноземы и желтоземно-подзолистые почвы, известкование угнетает эту культуру. Внесение извести отрицательно влияет на лен, картофель (подробности ) и другие растения. Наиболее хорошо отзываются на известь бобовые культуры, которые угнетаются на кислых почвах.

Проблема же продуктивности растений и здоровья животных (второй уровень) чаще всего возникает при рН = 7 и более. Кроме того, почвы различаются по скорости и степени отзывчивости на известь. Например, согласно М. Р. Sheriff (1979), чтобы изменить pH с 5 до 6 для легких почв, ее требуется около 5 т/га, а для тяжелой глинистой почвы в 2 раза большее количество. Важно учитывать также содержание карбоната кальция в известковом материале, а также рыхлость породы, тонину ее помола и т. д. С агрохимической точки зрения весьма важно учитывать мобилизацию и иммобилизацию макро — и микроэлементов в почве под действием известкования. Установлено, что известь мобилизует молибден, который в избыточных количествах может отрицательно влиять на рост растений и здоровье животных, но одновременно наблюдаются симптомы недостаточности меди у растений и скота.

Применение удобрений может не только мобилизовывать отдельные питательные элементы почвы, но и связывать их, превращая в недоступную для растений форму. Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показывают, что одностороннее использование высоких доз фосфорных удобрений часто значительно снижает содержание подвижного цинка в почве, вызывая цинковое голодание растений, что отрицательно сказывается на количестве и качестве урожая. Поэтому применение высоких доз фосфорных удобрений часто вызывает необходимость внесения цинкового удобрения. Больше того, внесение одного фосфорного или цинкового удобрения может не дать эффекта, а совместное их применение привести к значительному положительному их взаимодействию.

Можно привести немало примеров, свидетельствующих о положительном и отрицательном взаимодействии макро- и микроэлементов. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии изучали влияние минеральных удобрений и известкования почвы доломитом на поступления радионуклида стронция (90 Sr) в растения. Содержание 90 Sr в урожае ржи, пшеницы и картофеля под влиянием полного минерального удобрения снижалось в 1,5-2 раза по сравнению с неудобренной почвой. Наименьшее содержание 90 Sr в урожае пшеницы было в вариантах с высокими дозами фосфорных и калийных удобрений (N 100 P 240 K 240), а в клубнях картофеля - при внесении высоких доз калийных удобрений (N 100 P 80 K 240). Внесение доломита снизило накопление 90 Sr в урожае пшеницы в 3-3,2 раза. Внесение полного удобрения N 100 P 80 K 80 на фоне известкования доломитом уменьшало накопление радиостронция в зерне и соломе пшеницы в 4,4-5 раз, а при дозе N 100 P 240 K 240 - в 8 раз по сравнению с содержанием без известкования.

Ф. А. Тихомиров (1980) указывает на четыре фактора, влияющие на размеры выноса радионуклидов из почв урожаем растений: биогеохимические свойства техногенных радионуклидов, свойства почвы, биологические особенности растений и агрометеорологические условия. Например, из пахотного слоя типичных почв европейской части СССР выводится в результате миграционных процессов 1-5% содержащегося в нем 90 Sr и до 1 % 137 Cs; на легких почвах скорость удаления радионуклидов из верхних горизонтов существенно выше, чем на тяжелых. Лучшая обеспеченность растений питательными элементами и их оптимальное соотношение снижают поступление радионуклидов в растения. Культуры с глубоко проникающими корневыми системами (люцерна) меньше накапливают радионуклидов, чем с поверхностными корневыми системами (райграс).

На основе экспериментальных данных в лаборатории радиоэкологии МГУ научно обоснована система агромероприятий, реализация которых существенно снижает поступление радионуклидов (стронция, цезия и др.) в продукцию растениеводства. Эти мероприятия включают: разбавление поступающих в почву радионуклидов в виде практически невесомых примесей их химическими аналогами (кальций, калий и др.); уменьшение степени доступности радионуклидов в почве внесением веществ, переводящих их в менее доступные формы (органическое вещество, фосфаты, карбонаты, глинистые минералы); заделка загрязненного слоя почвы в подпахотный горизонт за пределы зоны распространения корневых систем (на глубину 50-70 см); подбор культур и сортов, накапливающих минимальные количества радионуклидов; размещение на загрязненных почвах технических культур, использование этих почв под семенные участки.

Эти мероприятия могут быть использованы и для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции и токсическими веществами нерадиоактивной природы.

Исследованиями Е. В. Юдинцевой и др. (1980) также установлено, что известковые материалы снижают накопление 90 Sr из дерново-подзолистой супесчаной почвы в зерне ячменя примерно в 3 раза. Внесение повышенных доз фосфора на фоне доменных шлаков снижало содержание 90 Sr в соломе ячменя в 5-7 раз, в зерне - в 4 раза.

Под влиянием известковых материалов содержание цезия (137 Cs) в урожае ячменя снижалось в 2,3-2,5 раза по сравнению с контролем. При совместном внесении высоких доз калийных удобрений и доменных шлаков содержание 137 Cs в соломе и зерне снижалось в 5-7 раз по сравнению с контролем. Действие извести и шлаков на уменьшение накопления радионуклидов в растениях более резко выражено на дерново-подзолистой почве, чем на серой лесной.

Исследованиями ученых США установлено, что при использовании для известкования Ca(OH) 2 токсичность кадмия снижалась в результате связывания его ионов, применение же для известкования CaCO 3 было неэффективным.

В Австралии изучали влияние двуокиси марганца (MnO 2) на поглощение свинца, кобальта, меди, цинка и никеля растениями клевера. Установлено, что при добавлении в почву двуокиси марганца сильнее снижалось поглощение свинца и кобальта и в меньшей степени никеля; на поглощение же меди и цинка MnO 2 оказывала незначительное влияние.

В США также были проведены исследования по влиянию различного содержания свинца и кадмия в почве на поглощение кукурузой кальция, магния, калия и фосфора, а также на сухую массу растений.

Из данных таблицы видно, что кадмий оказывал негативное влияние на поступление всех элементов в 24-дневные растения кукурузы, а свинец замедлял поступление магния, калия и фосфора. Кадмий также отрицательно влиял на поступление всех элементов в 31-дневные растения кукурузы, а свинец оказывал положительное действие на концентрацию кальция и калия и отрицательное - на содержание магния.

Эти вопросы имеют важное теоретическое и практическое значение, особенно для земледелия в индустриально развитых районах, где увеличивается накопление ряда микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. В то же время возникает необходимость в более глубоком изучении механизма взаимодействия различных элементов на поступление их в растение, на формирование урожая и качество продукции.

В университете штата Иллинойс (США) также изучали влияние взаимодействия свинца и кадмия на поглощение их растениями кукурузы.

У растений отмечена определенная тенденция повышать поглощение кадмия в присутствии свинца; почвенный кадмий, наоборот, снижал поглощение свинца в присутствии кадмия. Оба металла в испытанных концентрациях подавляли вегетативный рост кукурузы.

Представляют интерес выполненные в ФРГ исследования по влиянию хрома, никеля, меди, цинка, кадмия, ртути и свинца на поглощение фосфора и калия яровым ячменем и перемещение этих питательных элементов в растении. В исследованиях были использованы меченые атомы 32 Р и 42 К. Тяжелые металлы в питательный раствор добавляли в концентрации от 10 -6 до 10 -4 мол/л. Установлено значительное поступление тяжелых металлов в растение с повышением их концентрации в питательном растворе. Все металлы оказывали (в разной мере) ингибирующее действие как на поступление фосфора и калия в растения, так и на перемещение их в растении. Ингибирующее действие на поступление калия проявлялось в большей мере, чем фосфора. Кроме того, перемещение обоих питательных элементов в стебли подавлялось сильнее, чем поступление в корни. Сравнительное действие металлов на растение происходит в следующем нисходящем порядке: ртуть → свинец → медь → кобальт → хром → никель → цинк. Этот порядок соответствует электрохимическому ряду напряжений элементов. Если действие ртути в растворе отчетливо проявлялось уже при концентрации 4∙10 -7 мол/л (= 0,08 мг/л), то действие цинка - только при концентрации выше 10 -4 мол/л (=6,5 мг/л).

Как уже отмечалось, в индустриально развитых районах происходит накопление в почве различных элементов, в том числе тяжелых металлов. Вблизи крупных автострад Европы и Северной Америки весьма ощутимо влияние на растения соединений свинца, поступающих в воздух и почву с выхлопными газами. Часть соединений свинца попадает через листья в ткани растений. Многочисленными исследованиями установлено повышенное содержание свинца в растениях и почве на расстоянии до 50 м в сторону от автострад. Отмечены случаи отравления растений в местах особенно интенсивного воздействия выхлопных газов, например елей на расстоянии до 8 км от крупного Мюнхенского аэропорта, где производится около 230 вылетов самолетов в день. В хвое ели содержалось свинца в 8-10 раз больше, чем в хвое в незагрязненных районах.

Соединения других металлов (меди, цинка, кобальта, никеля, кадмия и др.) заметно влияют на растения вблизи металлургических предприятий, поступая как из воздуха, так и из почвы через корни. В таких случаях особенно важно изучение и внедрение приемов, предотвращающих избыточные поступления токсических элементов в растения. Так, в Финляндии определяли содержание свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, марганца, ванадия и мышьяка в почве, а также салате, шпинате и моркови, выращиваемых вблизи промышленных объектов и автострад и на чистых участках. Исследовали также дикорастущие ягоды, грибы и луговые травы. Установлено, что в зоне действия промышленных предприятий содержание свинца в салате колебалось от 5,5 до 199 мг/кг сухой массы (фон 0,15-3,58 мг/кг), в шпинате - от 3,6 до 52,6 мг/кг сухой массы (фон 0,75-2,19), в моркови - 0,25-0,65 мг/кг. Содержание свинца в почве составило 187-1000 мг/кг (фон 2,5-8,9). Содержание свинца в грибах достигало 150 мг/кг. По мере удаления от автострад содержание свинца в растениях снижалось, например, в моркови с 0,39 мг/кг на расстоянии 5 м до 0,15 мг/кг на расстоянии 150 м. Содержание кадмия в почве менялось в пределах 0,01-0,69 мг/кг, цинка - 8,4-1301 мг/кг (фоновые концентрации соответственно были 0,01-0,05 и 21,3-40,2 мг/кг). Интересно заметить, что известкование загрязненной почвы снижало содержание кадмия в салате с 0,42 до 0,08 мг/кг; калийные же и магниевые удобрения не оказывали на него заметного влияния.

В зонах сильного загрязнения содержание цинка в травах было высокое - 23,7-212 мг/кг сухой массы; содержание мышьяка в почве 0,47-10,8 мг/кг, в салате - 0,11-2,68, шпинате - 0,95-1,74, моркови - 0,09-2,9, лесных ягодах - 0,15-0,61, грибах - 0,20-0,95 мг/кг сухого вещества. Содержание ртути в окультуренных почвах было 0,03-0,86 мг/кг, в лесных почвах - 0,04-0,09 мг/кг. Заметных различий в содержании ртути в разных овощах не обнаружено.

Отмечается действие известкования и затопления полей на снижение поступления кадмия в растения. Например, содержание кадмия в верхнем слое почвы рисовых полей в Японии составляет 0,45 мг/кг, а его содержание в рисе, пшенице и ячмене на незагрязненной почве соответственно 0,06 мг/кг, 0,05 и 0,05 мг/кг. Наибольшей чувствительностью к кадмию отличается соя, у которой снижение роста и массы зерен происходит при содержании в почве кадмия 10 мг/кг. Накопление же кадмия в растениях риса в количестве 10-20 мг/кг вызывает подавление их роста. В Японии ПДК кадмия в зерне риса - 1 мг/кг.

В Индии существует проблема токсичности меди вследствие большого накопления ее в почвах, расположенных около медных рудников в Бихаре. Токсичный уровень цитрат ЭДТА-Си > 50 мг/кг почвы. Ученые Индии изучали также влияние известкования на содержание меди в дренажной воде. Нормы извести были 0,5, 1 и 3 от требуемой для известкования. Исследования показали, что известкование не решает проблему токсичности меди, поскольку 50-80% выпавшей в осадок меди оставалось в доступной для растений форме. Содержание доступной меди в почвах зависело от нормы известкования, первоначального содержания меди в дренажной воде и свойств почвы.

Исследованиями установлено, что типичные симптомы недостаточности цинка наблюдались у растений, выращиваемых в питательной среде, содержащей этого элемента 0,005 мг/кг. Это приводило к подавлению роста растений. В то же время цинковая недостаточность у растений способствовала значительному увеличению адсорбции и транспорта кадмия. С повышением концентрации цинка в питательной среде поступление кадмия в растения резко снижалось.

Большой интерес представляет изучение взаимодействия отдельных макро — и микроэлементов в почве и в процессе питания растений. Так, в Италии изучали влияние никеля на поступление фосфора (32 Р) в нуклеиновые кислоты молодых листьев кукурузы. Опыты показали, что низкая концентрация никеля стимулировала, а высокая подавляла рост и развитие растений. В листьях растений, выращиваемых при концентрации никеля 1 мкг/л, поступление 32 Р во все фракции нуклеиновых кислот было более интенсивное, чем на контроле. При концентрации никеля 10 мкг/л поступление 32 Р в нуклеиновые кислоты заметно снижалось.

Из многочисленных данных исследований можно сделать вывод, что для предотвращения отрицательного влияния удобрений на плодородие и свойства почвы научно обоснованная система удобрения должна предусматривать недопущение или ослабление возможных негативных явлений: подкисления или подщелачивания почвы, ухудшения агрохимических ее свойств, необменного поглощения биогенных элементов, химического поглощения катионов, чрезмерной минерализации гумуса почвы, мобилизации повышенного количества элементов, приводящей к токсическому их действию и т. д.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Муниципальное бюджетноеобщеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа имени Дмитрия Батиева»с. Гам Усть – Вымский район Республика Коми

Работу выполнила: Исакова Ирина, ученица

Руководитель: , учитель биологии и химии

Введение………………………………………………..……………………………………3

I. Основная часть………………………………………………………………….….….…..4

Классификация минеральных удобрений…………………………………………..….....4

II. Практическая часть….…………………………………………….……………..............6

2.1 Выращивание растений при разных концентрациях минеральных веществ… ..….6

Заключение…………………………………….…………………………………………....9

Список используемой литературы………………………………………….…………….10

Введение

Актуальность проблемы

Растения поглощают из почвы вместе с водой минеральные вещества. В природе эти вещества потом в том или ином виде возвращаются в почву после гибели растения или его частей (например, после листопада). Таким образом, происходит круговорот минеральных веществ. Однако в такого возврата не происходит, так как при уборке урожая с полей уносятся минеральные вещества. Чтобы избежать истощения почв, люди вносят на полях, в садах и огородах различные удобрения. Удобрения улучшают почвенное питание растений, улучшают свойства почвы. В результате повышается урожай.

Целью работы является: изучение влияний на рост и развитие растений минеральных удобрений.

Изучить классификацию минеральных удобрений. Экспериментальным путем определить степень влияния , калийных и фосфорных удобрений на рост и развитие растений. Оформить буклет «Рекомендации огородникам»

Практическая значимость:

Овощи играют очень важную роль в питании человека. Достаточно большое количество огородников выращивают овощные культуры на своих участках. Свой садовый участок помогает сэкономить часть , а также дает возможность вырастить экологически чистые продукты. Поэтому результаты исследования могут быть использованы при работе на даче и огороде.

Методы исследования: изучение и анализ литературы; проведение опытов; сравнение.

Обзор литературы. При написании основной части проекта были использованы сайты, сайт «Секрет дачи», сайт «Википедия» и другие. Практическая часть выполнена на основе работы, «Простые опыты по ботанике».

1 Основная часть

Классификация минеральных удобрений

Удобрения — вещества, применяемые для улучшения питания растений, свойств почвы, повышения урожаев. Их эффект обусловлен тем, что данные вещества предоставляют растениям один или несколько дефицитных химических компонентов, необходимых для их нормального роста и развития. Удобрения делят на минеральные и органические .

Минеральные удобрения - добытые из недр или промышленно полученные химические соединения, содержат основные элементы питания (азот, фосфор, калий) и важные для жизнедеятельности микроэлементы. Их изготавливают на специальных заводах, они содержат питательные вещества в виде минеральных солей. Минеральные удобрения подразделяют на простые (однокомпонентные) и комплексные. Простые минеральные удобрения содержат только одни из главных элементов питания. К ним относятся азотные, фосфорные, калийные удобрения микроудобрения. Комплексные удобрения содержат не менее двух главных питательных элементов. В свою очередь, комплексные минеральные удобрения делят на сложные, сложно-смешанные и смешанные .

Азотные удобрения.

Азотные удобрения усиливают рост корней, луковиц и клубней. У плодовых деревьев и ягодных кустарников азотные удобрения не только повышает урожай, но и улучшает качество плодов. Азотные удобрения вносят рано весной в любой форме. Последний срок внесения азотных удобрений – середина июля. Это связано с тем, что удобрения стимулируют рост надземной части, листового аппарата. Если их внести во второй половине лета, то растение не успеет приобрести нужную зимостойкость, и подмерзнет зимой. Избыток азотных удобрений ухудшает приживаемость.

Фосфорные удобрения.

Фосфорные удобрения стимулируют развитие корневой системы растений. Фосфор усиливает способность клеток удерживать воду и этим повышает устойчивость растений против засухи и низких температур. При достаточном питании, фосфор ускоряет переход растений из вегетативной фазы в пору плодоношения. Фосфор положительно влияет на качество плодов — способствует увеличению в них сахара, жиров, белков. Фосфорные удобрения можно вносить раз в 3-4 года.

Калийные удобрения.

Калийные удобрения отвечают за крепость побегов и стволов, поэтому особенно актуальны для кустарников и деревьев. Калий положительно влияет на интенсивность фотосинтеза. Если калия в растениях достаточно, то у них повышается устойчивость к разным заболеваниям. Также калий способствует развитию механических элементов сосудистых пучков и лубяных волокон. При недостатке калия задерживается развитие . Под растения калийные удобрения вносят, начиная со второй половины лета .

2. Практическая часть

2.1 Выращивание растений при разных концентрациях минеральных веществ

Для выполнения практической части потребуются: проростки фасоли, в фазе первого настоящего листа; три горшка, заполненные песком; пипетка; три раствора питательных солей, содержащих калий, азот и фосфор.

Произведен расчёт количества питательных элементов в удобрениях. Приготовлены растворы оптимальных концентраций. Этими растворами производили подкормку растений и вели наблюдения за ростом и развитием растений.

Приготовление питательных растворов.

*Вода для приготовления раствора горячая

В горшки с увлажненным песком высадили по 2 проростка фасоли. Через неделю оставили в каждой банке по одному, лучшему растению. В этот же день внесли в песок приготовленные заранее растворы минеральных солей.

В ходе опыта поддерживалась оптимальная температура воздуха и нормальная песка. Спустя три недели сравнили растения между собой.

Результаты опыта.

	Описание растений	Высота растения	Количество листьев
Горшок №1 «Нет солей»	Листья бледные, тускло-зеленого цвета, начинают желтеть. Кончики и края листьев буреют, на листовой пластинке появляются мелкие ржавые пятна. Размер листа чуть меньше, чем у других образцов. Стебель тонкий, наклонен, слабо ветвится.
Горшок №2 «Меньше солей»	Листья бледно – зеленые. Размер листьев средний и крупный. Видимых повреждений нет. Стебель толстый, имеет разветвления.
Горшок №3 «Больше солей»	Листья ярко зеленые, крупные. Растение имеет здоровый вид. Стебель толстый, имеет разветвления.

Исходя из результатов опыта, можно сделать следующие выводы:

Для нормального роста и развития растений необходимы минеральные вещества (развитие фасоли в горшках №2 и №3) Усваиваться они могут только в растворенном виде. Полноценное развитие растений происходит при использовании комплексных удобрений (азотных, фосфорных, калийных). Количество вносимых удобрений должно быть строго дозировано.

В результате проведенного опыта и изучения литературы составлены некоторые правила по применению удобрений:

Органические удобрения не могут в полной мере удовлетворить растения питательными элементами, поэтому вносят и минеральные. Чтобы не навредить растениям и почве, необходимо иметь элементарные представления о потреблении растениями питательных элементов и минеральных удобрений При использовании минеральных удобрений необходимо помнить следующее:

не превышать рекомендуемые дозы и вносить только в те фазы роста и развития растений, когда это необходимо; не допускать попадания удобрений на листья; проводить жидкие подкормки после полива, иначе можно обжечь корни; прекращать любые подкормки за четыре — десять недель до уборки урожая во избежание накопления нитратов.

Азотные удобрения способствуют быстрому росту стеблей и листьев. Эти удобрения желательно вносить только весной и в подкормках. Доза азотных удобрений определяется потребностью различных растений, а также содержанием азота в почве в доступной форме. К очень требовательным овощным культурам относятся капуста и ревень. Средней требовательностью отличаются салат, морковь, свекла, томат, репчатый лук. Нетребовательны фасоль, горох, редис, лук на перо. Фосфорные удобрения ускоряет цветение и плодообразование, стимулируют развитие корневой системы растений. Фосфорные удобрения можно вносить раз в 3-4 года. Калийные удобрения способствуют росту и укреплению сосудов, по которым движутся вода и растворенные в ней питательные элементы. Вместе с фосфором калий способствует образованию цветков и завязей плодовых культур. Под растения калийные удобрения вносят, начиная со второй половины лета.

Заключение

Применение минеральных удобрений - один из основных приемов интенсивного земледелия. С помощью удобрений можно резко повысить урожаи любых культур. Минеральные соли имеют большое значение для роста и развития растений. Растения имеют здоровый вид.

Благодаря опыту стало ясно, что регулярная подкормка растений удобрениями должна стать обычной процедурой, так как многие нарушения в развитии растений вызываются именно неправильным уходом, связанным с недостатком питания, что и произошло в нашем случае.

Существует много важных вещей для растений. Одной из них является почва, ее также необходимо подбирать правильно для каждого конкретного растения. Применяйте удобрения в соответствии с внешним видом и физиологическим состоянием растений.

Природные органические удобрения различным образом воздействуют на почву: животные - оказывают большее влияние на ее химический состав, а растительные - на физические качества почвы. Однако большинство органических удобрений положительно влияют и на водно-физические, и на тепловые, и на химические свойства почвы, а также на биологическую активность. К тому же всегда есть возможность комбинировать несколько видов органических удобрений, сочетая их положительные свойства (Кружилин, 2002). Органические удобрения служат важнейшим источником питательных веществ для растений (Попов, Хохлов и др., 1988).

В условиях интенсивной химизации большое значение имеет решение вопросов регулирования физических свойств почв, так как усвоение питательных веществ растениями тесно связано с водным, воздушным и тепловым режимами почв, которые в свою очередь зависят от характера почвенной структуры (Ревут, 1964). Создание водопрочных структурных агрегатов в большей степени имеет отношение к содержанию и качественному составу гумусовых веществ. Поэтому возможность воздействия на водопрочность макроагрегатов почвы при систематическом внесении навоза и других органических удобрений представляет большой интерес для специалистов. Согласно имеющимся в литературе сведениям, органические удобрения играют основную роль в улучшении этих свойств почвы (Кудзин, Сухобрус, 1966).

Органические удобрения стабилизируют температуру почвы, значительно снижают потери почвы от эрозии и поверхностного стока в случае внесения навоза на поверхность почвы на 26%,а при запашке - на 10%.

С увеличением доз бесподстилочного навоза норма инфильтрации убывает, образовавшийся замедляющий инфильтрационный слой уменьшает общий объем крупных пор, а мелких увеличивает, в системе пор происходит отложение илистых частиц (Покудин, 1978).

Практически все органические удобрения являются полными, так как содержат азот, фосфор, калий, а также множество микроэлементов, витаминов и гормонов в доступной для растений форме. В связи с этим наибольшее применение они находят на почвах с низким потенциальным плодородием, таких как подзолистые и дерново-подзолистые почвы (Смеян, 1963).

Таким образом, установлено, что внесение навоза улучшает сложение почв, повышает водопрочность структурных агрегатов не только в слое 20 см, но и на большой глубине. Систематическое применение навоза улучшает водно-физические свойства почвы. Способность органических удобрений повышать емкость поглощения, влагоемкость и другие физико-химические свойства прямо связана с содержанием в них органического вещества. Поэтому в наибольшей степени улучшает физико-химические свойства бесподстилочный навоз (Небольсин, 1997).