АГРОХИМИЯ, 2009, № 7, с. 5-10
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ^^^^^^^^^^ Плодородие почв
УДК 631.81:547.29
РОЛЬ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В МОБИЛИЗАЦИИ ФОСФОРА ИЗ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОЧВЫ
© 2009 г. Б. А. Сушеница
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны 143026 п. Немчиновка-1, Московская обл., Одинцовский р-он, ул. Калинина, 1, Россия
Поступила в редакцию 27.08.2008 г.
Показано, что при взаимодействии карбоновых кислот с карбонатной почвой доля растворимых фосфатов увеличивается в 1.5-4.0 раза, а урожайность сена люцерны - на 40-50%.
ВВЕДЕНИЕ
Ряд полевых культур (бобовые, крестоцветные, гречишные и др.) обладает повышенной способностью использовать для питания труднодоступные фосфаты почвы [1-3]. Каждая культура имеет свои особенности в мобилизации почвенного фосфора, но общим является то, что растворение труднодоступных фосфатов происходит под воздействием корневых выделений [4]. Повышенное использование почвенного фосфора растениями вызвано различными причинами. У люцерны - это средство для поддержания симбиоза с клубеньковыми бактериями. Высокие мобилизационные свойства растений гречихи связаны со значительной массой, объемом и поверхностью корней, а также приспособлением к условиям среды. Гречиха - по своей природе насекомоопы-ляемое растение. Опылители привлекаются обильным нектаром (гречиха - известный медонос), который не образуется при дефиците фосфора. Таким образом, необходимость мобилизации почвенного фосфора гречихой является средством для ее воспроизводства. Указанные культуры способны растворять фосфорит и обеспечивать фосфором не только себя, но и другие растения. По данным Чири-кова [5], отношение СаО : Р205 в них >1.3. Все они объединяются в группу биологических мобилизато-ров и могут быть использованы для улучшения фосфатного режима почв в качестве предшественников или сидератов для растений, не обладающих такими свойствами (некоторых зерновых, зонтичных и др.). Примером могут служить опыты по компостированию почвы (рендзины) с люцерной в смеси с ежой сборной [6]. Через 10 мес. после внесения биомассы трав из расчета 50 т/га содержание Р205 в почве увеличилось на 18-35%. В типичных сероземах Узбекистана, благодаря возделыванию на сидерацию горчицы и рапса, количество подвижных фосфатов увеличилось на 50-60% от исходного [7]. В центральной части России высокая фосфатрастворяющая способность люпина отмечена при его возделывании на дерново-подзолистых почвах [8, 9].
Не менее важен и другой естественный путь мобилизации почвенного фосфора - микробиологиче-
ский. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов (разложение и синтез органических веществ) выделяются органические кислоты (лимонная, щавелевая, винная и др.), которые растворяют Са3(Р04)2 [10]. Причем активность этих процессов главным образом определяется химической природой кислоты, а также степенью ее диссоциации. Многие органические кислоты обладают хелатны-ми свойствами. Связывая ионы металлов в хелаты, они высвобождают анионы фосфорной кислоты. Прямое воздействие на фосфаты кальция менее вероятно в связи с нейтрализацией кислоты карбонатами. О мобилизующем влиянии микроорганизмов на труднодоступные фосфаты почвы свидетельствуют данные Наплековой [11], которая наблюдала растворение Са3(Р04)2 актиномицетами (17% от внесенного) и грибами.
Третий - химический путь - предполагает мобилизацию труднодоступных фосфатов путем химического воздействия на почву минеральными или органическими кислотами. Этот путь наиболее эффективен, управляем, но наименее изучен.
Имеются малочисленные работы, в которых конкретной целью была химическая мобилизация почвенного фосфора вместо традиционного применения фосфорных удобрений. Еще в 30-х гг. Авдонин [12] предлагал "кислование" черноземов серной кислотой для использования части валового фосфора в питании растений. Он проводил аналогию с естественными процессами окисления серы в почве, подкисления среды и мобилизации фосфора. Аналогичные исследования проведены в США [13], где в штате Аризона карбонатный суглинок обрабатывали серной кислотой разных концентраций и получали существенное увеличение содержания доступного Р205 в почве. Однако этот прием в практическом отношении не реализуем из-за больших затрат серной кислоты и пагубного ее воздействия на почву.
В некоторых работах (преимущественно зарубежных) для мобилизации Р205 из почвы использовали органические вещества кислотной природы. В лабораторных и вегетационных опытах в ГДР [14]
Таблица 1. Содержание подвижных фосфатов в почве при разных сроках компостирования с кислотами (опыт 1), мг
Р2О5/КГ
Серозем темный Серозем светлый
1 сут 10 сут 20 сут 1 сут 10 сут 20 сут
9.4 8.1 7.6 8.2 9.0 7.0
32.8 15.3 14.8 30.6 16.0 17.2
17.0 10.1 8.4 12.9 11.8 8.7
12.5 10.0 9.5 11.3 9.6 8.4
11.4 11.2 9.0 10.4 8.1 7.5
Вариант
Контроль(без кислоты)
Щавелевая
Винная
Лимонная
Янтарная
изучали фосфатрастворяющую способность 17 комплексонов, в числе которых были лимонная, щавелевая, винная кислоты. Первые две из них оказали существенное влияние на мобилизацию почвенных фосфатов, определяемых двойным лактат-ным методом.
Испанские ученые [15] использовали 2%-ные растворы лимонной и муравьиной кислот для экстракции Р205 из природных фосфатов. Они пришли к выводу о приемлемости данного способа, поскольку количество усвоенного растениями фосфора коррелировало с его количеством, извлеченным испытуемыми вытяжками.
Органические (карбоновые) кислоты, в отличие от минеральных, менее агрессивны при воздействии на почвенную среду: они не разрушают органическое вещество и не оказывают негативного влияния на микрофлору почвы. С помощью карбоновых кислот растения регулируют поступление фосфатов и других веществ из внешней среды. Для производства этих кислот не требуется дефицитного сырья.
В задачу исследования входило изучение фос-фатмобилизующей способности различных карбоновых кислот (мобилизаторов) для обеспечения сельскохозяйственных культур доступным фосфором.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования выполнены на карбонатных почвах сероземного типа в Таджикском НИИ земледелия при возделывании люцерны. Для установления факта мобилизации почвенных фосфатов проведена серия лабораторных опытов. В опыте 1 карбоновые кислоты (щавелевую, винную, лимонную, янтарную) компостировали в количестве 2.5 г/кг со всем объемом почвы с низкой обеспеченностью подвижными фосфатами (табл. 1). Через 1, 10, 20 сут определяли содержание Р205 в почве методом Мачигина.
В опыте 2 темный серозем с низким содержанием подвижного фосфора компостировали с разными дозами карбоновых кислот и суперфосфата. Опыт проводили в фарфоровых стаканах (масса почвы 500 г в каждом) в течение года. Навески мобилизаторов и суперфосфата приведены в табл. 2.
В опыте 3 изучали локальное внесение карбоновых кислот в почву для выявления радиуса распространения их действия. В почвенных колонках
имитировали локальное внесение разных доз щавелевой и винной кислот при 5- и 30-суточном взаимодействии с почвой. Методика проведения опыта следующая: из полиэтиленовой пленки готовили емкости цилиндрической формы, длиной 20 см, диаметром 2.5 см и дном с мелкими отверстиями. Емкость вмещала 100 г сухой почвы, просеянной через сито 2 мм. Вначале насыпали 50 г почвы в данную емкость, уплотняли и сверху осторожно вносили расчетную дозу мобилизатора, затем добавляли оставшиеся 50 г почвы. Приготовленную таким способом почвенную колонку еще раз уплотняли, погружали до верхнего уровня почвы в сосуд с дистиллированной водой до полного насыщения. Затем колонку вынимали, оставляли в вертикальном положении и по мере высыхания подпитывали водой до полной влагоемкости. По истечению 5- и 30-суточного срока их разрезали на секции, длиной 2 см с выделением очага внесения мобилизатора (центр) и по две таких же секции вверх и вниз. Почву из каждого выделенного сектора анализировали на содержание подвижных фосфатов по Мачигину.
Опыт с почвенными колонками продолжен на темном сероземе с разным содержанием карбоната кальция. Основанием для его проведения послужил серьезный аргумент: внесенные в почву кислоты могут расходоваться на нейтрализацию карбонатов, что исключает их воздействие на почвенные фосфаты, это нуждалось в экспериментальной проверке, тем более что в литературе имеются противоречивые данные. В почву по вышеизложенной методике (опыт 3) добавляли СаСО3 из расчета 5-80% и щавелевую кислоту в количестве 250, 1000, 2500 мг/кг. После 30-суточного взаимодействия в почве определяли содержание подвижных фосфатов.
Кроме того, изучали влияние карбоновых кислот не только на почвенную среду, но и на фосфоритную муку. В данном эксперименте использование фосфоритной муки имитировало действие мобилизаторов на почвенный фосфор аналогичного состава с целью исследовать условия ее применения в качестве эффективного фосфорного удобрения на нейтральных и слабощелочных почвах. Фосфоритную муку сравнивали с водорастворимыми фосфорными удобрениями. Для доказательства растворяющей способности щавелевой и винной кислот по отношению к фосфоритной муке было проведено 2 лабораторных
РОЛЬ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В МОБИЛИЗАЦИИ ФОСФОРА Таблица 2. Динамика содержания подвижных фосфатов в почве (опыт 2), мг Р2О5/кг
Вариант Доза Время от начала компостирования, сут
1 30 90 180 270 360
Контроль(без кислоты) - 8 10 10 9 10 8
Щавелевая кислота 10 29 23 23 21 23 20
20 38 36 33 30 29 26
Винная кислота 10 16 15 14 14 13 11
20 27 24 16 16 17 16
Лимонная кислота 10 10 10 11 12 11 9
20 14 14 12 12 12 10
Суперфосфат (Р2О5) Р12 20 15 14 14 14 14
Р25 35 27 19 19 20 16
Р50 41 35 39 28 27 25
Р100 62 59 52 51 48 44
Р200 128 110 107 84 73 74
Примечание. Карбоновые кислоты вносили из расчета г/кг почвы, суперфосфат - мг Р2О5/кг почвы.
опыта с почвенными колонками. Методика их изготовления аналогична описанной выше. Первый опыт преследовал цель выявить возможность мобилизации фосфора из фосфоритной муки с помощью названных карбоновых кислот. Он был краткосрочным и длился од
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.