ХИМИЯ ПОЧВЫ

ФОСФОР в питании растений. Доступность растениям фосфатов

Фосфор содержится в растениях в значительно меньших количествах, чем азот (см.  124). Считается, что среднее отношение N : P2Os в составе растений равно примерно 3 или N : Р = оо6,9. Однако снабжение фосфором в почвенных условиях требует не меньшей заботы, чем снабжение азотом. Напомним, что содержание фосфора в почвах колеблется в сравнительно узких пределах: 0,1—0,25%. В отличие от азота, которйм отдельные почвенные типы (как, например, черноземы) очень богаты, почв, богатых фосфором, в природе практически нет  . Кроме того, для фосфора не существует естественных путей возобновления почвенных запасов,— опять-таки, в отличие от азота, запасы которого в почве могут пополняться за счет биологического связывания азота воздуха. Правда, как мы видели выше, верхние слои почвы несколько обогащаются фосфором за счет нижних слоев, из которых глубоко идущая корневая система некоторых растений извлекает фосфор, перенося его кверху и обогащая им верхние слои почвы (биологическая аккумуляция), но это процесс медленный, и темпы его не соответствуют темпам отчуждёния фосфора из почв урожаями.

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

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

Методы определения доступного растениям фосфора

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

В методах, основанных на применении слабокислых вытяжек, для извлечения Р используются: в методе Кирсанова — 0,2 н. НС1 при отношении почвы к раствору, как 1 : 5, в методе Аррениуса — 1% лимонная кислота (почва : раствор = 1 : 10); в методе Труога— 0,002 н. H2S04, забуференная сернокислым аммонием, до рН 3,0 (почва : раствор = 1 : 200); в методе Чирикова (сокращенном варианте) — 0,05—0,06 н. Н2С03 (вода, насыщенная С02) и 0,5 н. СН3СООН при отношении почвы к раствору, как 1 : 25 в методе Эгнера — Рима, широко используемом в зарубежных странах,— кислый буферный раствор лактата Са и NH4 при значении рН 3,6—3,7 (отношение почвы к раствору = 1 : 50).

К методам, в которых извлечение Р производится щелочными растворами, относятся: метод Мачигина — вытяжка 1% раствором углекислого аммония, имеющим рН 9 (почва : раствор = 1 : 20); метод Даса — вытяжка 1% раствором углекислого калия (почва : : раствор = 1 : 10) ; метод Олсена — вытяжка 0,5 н. NaHC03 с рН 8,3 (почва : раствор = 1 : 20).

В некоторых методах применяются реактивы, рассчитанные на извлечение обменно-поглощенных фосфатов. Так, в методе А. В. Соколова используется нейтральный 0,1 н. раствор NH4F, в методе Брея и Курца — смесь растворов NH4F и НС1 (0,03 н. по NH4F И 0,025 н. по НС1).

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

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

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

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

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

Попытку обойти затруднения при выборе метода изучения фосфатов по профилю представляет собой предложенный К. Е. Гинзбург и Л. Ф. Артамоновой (1966) метод определения подвижных фосфатов в молибдатной вытяжке [0,5% K2SO4-f- 0,5% (NH4)2Mo04l пригодный для кислых, слабо-кислых и карбонатных почв.

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

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

Поскольку в почвенных условиях в питании растений принимают участие разнообразные формы фосфорных соединений, имеющие разную растворимость и находящиеся в почве в разных количествах, то «запас усвояемого фосфора» отнюдь не отвечает содержанию в почве какой-либо одной формы фосфора, а дает «суммарное питательное значение всех фосфатов почвы, условно выраженное в количестве миллиграммов Р2Ой, эквивалентных по своей усвояемости наиболее подвижным помеченным нами фосфатам почвы» (А. В. Соколов, 1958).

Запасы «усвояемых» фосфатов в черноземах и дерново-подзолистых почвах ( 144) довольно близки между собой, но резко отличаются коэффициенты усвояемости, характеризующие степень подвижности фосфатов. Известкование дерново-подзолистой почвы, почти не изменяя запаса усвояемых фосфатов, резко повышает их подвижность, т. е. К- У сероземов при незначительном запасе велик процент использования. Совершенно обратные соотношения имеют место в красноземе: при высоком запасе усвояемого фосфора коэффициент его использования ничтожен, т. е. очень мала степень их подвижности.

Гречиха обладает большей способностью усваивать труднорастворимые фосфаты по сравнению с пшеницей \ а поэтому запас усвояемых фосфатов и их подвижность в почвах для гречихи выше, чем для пшеницы ( 145).

Использование радиоактивной метки Р33 позволяет уточнять и результаты химических методов определения подвижного Р. Выше уже отмечалось, что во время производства вытяжек (водных, кислотных, щелочных) происходит не только растворение фосфатов, но и их вторичное осаждение. То количество фосфатов, которое аналитически определяется в вытяжке, является результатом двух одновременно идущих противоположных процессов — растворения и осаждения. Добавка к растворителю ничтожного количества меченого фосфора (Р32), которое не влияет на реакции растворения и осаждения, позволяет учесть количество фосфатов, участвующих в распределении между жидкой и твердыми фазами.

Зная исходную радиоактивность растворителя и определив радиоактивность вытяжки и содержание в ней Р205, можно вычислить, сколько всего в почве содержится фосфатов, способных растворяться в данном реактиве. Эта величина (в мг на 100 г почвы) может значительно отличаться от количества фосфатов, найденных в вытяжке. Так, определение подвижных фосфатов по методу Кирсанова (в вытяжке 0,2 н. НС1) в дерново-подзолистых и черноземных почвах дает показания, вдвое меньшие, чем общее количество их, определяемое с использованием радиоактивной метки (Соколов и Сердобольский, 1960).

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

Метод Ф. В. Чирикова, разработанный в 1936—1937 гг., заключается в разделении почвенных фосфатов при помощи различных растворителей на следующие 5 групп ( 146). Фосфаты I группы хорошо усваиваются растениями. Фосфаты II группы — уксуснорастворимые — частично доступны растениям; они являются ближайшим резервом, за счет которого постепенно пополняется количество доступных фосфатов по мере их использования растениями. Фосфаты остальных групп непосредственно недоступны растениям.

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

Несмотря на ориентировочную, а частично неточную   группировку фосфатов, извлекаемых различными растворителями, метод Чирикова сыграл известную положительную роль, особенно при изучении взаимодействия между почвами и вносимыми в них фосфорными удобрениями.

В методе Чанга и Джексона (Jackson, 1958; Аскинази с сотрудниками, 1963) навеску почвы последовательно обрабатывают несколькими реактивами для выделения разных форм почвенных фосфатов. Первая обработка 1 н. NH4C1 извлекает рыхлосвязанные фосфаты. Для второй обработки используется 0,5 н. NH4F при рН 8,5, который извлекает из почвы фосфаты, связанные с А1 .

Для определения главных форм фосфора в почве (связанных с Al, Fe и Са) можно пользоваться сокращенным вариантом метода Джексона — тремя последовательными вытяжками: 0,5 н. NH4F, 0,1 н. NaOH и 0,5 н. H2S04.