Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

КАЛИЙ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ В СВЯЗИ С ПИТАНИЕМ РАСТЕНИИ И ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИИ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "КАЛИЙ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ В СВЯЗИ С ПИТАНИЕМ РАСТЕНИИ И ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИИ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХАЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи Ольга Анатольевна РЕПИНА

КАЛИИ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ В СВЯЗИ С ПИТАНИЕМ РАСТЕНИИ И ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИИ

(Специальность 06.01.04 — агрохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 19?8

^Хо ъЬ и ^и ш^гс ~ ~Філл<* к*о - жи ¿ш є

ей-

Работа выполнена в" Институте агрохимии и почвоведения АН СССР, —

Научный руководитель — заслуженный деятель науки РСФСР доктор сельскохозяйственных наук профессор А. В. Петербургский.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук стар- \ ший научный сотрудник Л. А. Лебедева, кандидат сельскохозяйственных наук доцент В.-И. Савич.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. Я. В. Самойлова.

Защита состоится « В..„ „ . 197§ г.

в « » часов на заседании Специализированного. совета

Д-120.35.02 (06.01.04 —агрохимия, 06.01.03 —почвоведение) при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Ти мирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый со ' ветТСХА. . . V;

С'диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХЛ.

Автореферат разослан^«

В.. » О^МССЬ&рЪр'. . 1978)

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических нау

С^-Л. А. Дорожкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'"' 'Актуальность' проблемы." В едущая роль "в' интенсификации земледелия принадлежит минеральным удобрениям/ TI6-"данным ФАО, "в! 1976 году мировое производство NPK 'Достигло 92,2 млн. т, из них на долю калия приходится 25%. В мире наблюдается постоянный рост спроса на калийные удобрения; Роль их значительно возросла на фоне высоких доз азота. Калий считают элементом высокой культуры, земледелия. Четвертая часть всех выпускаемых в .мире калийных удобрений производится в нашей стране (ЦСУ ,СССР, 1977). Для правильного их применения необходима информация о резервах КгО в почве и путях возможного превращения вносимого калия. Применение современных методов агрохимического исследования почв — калийного потенциала и потенциальной буферной способности в отношении калия, в совокупности с другими, позволяет более полно характеризовать условия калийного питания растений (Beckett, 1964; Acquaye a. Mac« Lean, 1966; Медведева, 1968; Авакян, 1972; Прокошев, Кузнецов, 1975; Addiscott, 1975; Канивец, Бергулева!, 1976). В основу этих методов положен термодинамический подход к обменным реакциям, протекающим в почве, что дает возможность характеризовать способность обменно-'поглощенного калия к переходу в почвенный раствор с учетом основных конкурирующих в почве ионов Са+2 и Mg+2 и позволяет поднять исследования на более высокий уровень'(.Гапон, 1937; Schofield, 1947; Woodruff, 1955; Ulrich, »1961; Beckett a. Phil, '1958; Barrov, 1967; Ba-lasundaram et al., :1974; Поляков, Кадер, 1974).

Показатели 'качественной оценки калия почвы изучены еще недостаточно, особенно для серых лесных почв, занимающих в нашей стране более 60 млн. га. Вместе с тем ряд вопросов, связанных с внесением в серые лесные почвы калийных удобрений, нуждается в уточнении и дальнейшем изучении.

Цель исследования. В работе были изучены следующие вопросы:

1. Запасы калия в серых лесных почвах и распределение их по профилю.

2. Действие калийного удобрения на формы калия в почве.

3. Использование ^"ИЙЦПГП пптрцп.цо цп ттгчупр (рК-

0,5 рСа) в качестве показателя обеспеченности растений калием.

4. Потенциальная буферная способность почв в отношении калия (РВСК).

5. Изменение активности иона К4" в почвенном растворе в течение вегетации в почвах с различной потенциальной буфер-нон способностью в отношении КгО.

6. Значение некоторых калийсодержащих минералов в обеспечении растений калием.

Научная новизна работы. Впервые на серых лесных почвах определены значения калийного потенциала, соответствующие различным условиям калийного питания растений. Исследовано отношение факторов емкость — интенспвдость для калия почвы, изучено изменение активности иона К* в почвенном растворе в течение вегетации в почвах с'различной калийной буферностыо.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Полученный в работе экспериментальный материал представляет ©клад в развитие вопроса об оценке условий калийного питания растений с помощью новых методов агрохимического исследования почв. Проведено определение калийного 'потенциала и потенциальной буферной способности серых лесных почв в отношении КгО на хозяйственных полях Калужской сельскохозяйственной опытной станции, на основании чего даны рекомендации по применению доз калийных удобрений.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конференциях молодых ученых в Почвенном Институте им. В. В. Докучаева '(Москва, 1975). Институте агрохимии и 'почвоведения АН СССР (Пущино, 1976—1978). на Всесоюзной конференции аспирантов и молодых ученых во ВНИИЧиСК (Махарадзе-Анасеули, 1977), на Всесоюзном совещании «Круговорот и баланс азота в системе почва—удобрение—растение— вода» (Пущино, 1977).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав экспериментальной части, выводов, предложений производству, приложения 'И изложена на 172 страницах машинописного текста. Работа содержит 36 таблиц, 11 рисунков, 7 фото. Библиография включает 177 наименований, в т. ч. 100 зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

' Диссертационная работа была выполнена в период 1973— 1978 гг. Исследования проводили в условиях пятилетнего полевого, вегетационных и лабораторных опытов. Стационарный полевой опыт по изучению действия минеральных-удобрений

на урожаи сельскохозяйственных культур был заложен в 1972 г. на Калужской опытной станции под руководством проф. А. В. Петербургского и ст. н. с. В. И. Никитишена и проводится сотрудниками лаборатории баланса питательных веществ в земледелии ИЛП АН СССР. В опыте следующее чередование культур: горохо-овсяная смесь, озимая пшеница, картофель, ячмень, озимая пшеница. Нами было проведено исследование резервных запасов К20, калийной буферности почвы, изменения содержания форм калия в почве под действием удобрений на вариантах с ежегодным внесением РаоКво. 'РвоКхао и трех доз азота N — 60, *120, 180. Удобрения вносили в виде аммиачной селитры, гранулированного суперфосфата и хлористого калия. Повторность вариантов в опыте четырехкратная, размер делянок 270 ма.

В вегетационных опытах № I—4 при выращивании ячменя, овса, костра безостого, райграса использовали серую лесную почву Калужской и Московской областей. 'Применяли дозы >^ртттй^г71^10чпы): N — б,25,гР^05 — 0,1, К20 — 0,1, 0,2, ■ 0,3 в виде аммиачной селитры, монокальцийфосфата, хлористого калия. В опыте с овсом изучали последействие калийного удобрения, внесенного под ячмень. Райграс выращивали в течение двух лет, в осенне-зимний (период опыт продолжался в оранжерее Института биологической физики АН СССР-После каждого укоса проводили подкормку -растений по 0,1 г N. Р205 на сосуд. В микрополевом опыте при выращивании гречихи были исследованы серая лесная окультуренная и целинная почвы .Тульской области и дерново-подзолистая целинная Московской области (Кудеяров с сотр., 1976). Использовали полиэтиленовые сосуды, вмещавшие 10 кг почвы. Азотные удобрения применяли в виде кальциевой селитры— 0,08 г Ы/кг почвы.фастения использовали последействие (третьего года) фосфорных и ¡калийных удобрений, внесенных в дозах (г/кг почвы):

Р205 —0,02, 0,04, 0,08, 0,16, 0,32 в виде простого суперфосфата,

КгО — 0,08 и 0,'16 в виде сульфата калия.

По механическщ<циа>ставу почвы относятся к легкому (Калужская обл.) и среднему (Московская и Тульская обл.) суглинку.

Вегетационные опыты № 5, 6, 7 проводились в песчаной Культуре с выращиванием в течение 2-х лет смеси костра безостого с райграсам и люцерны синей (опыт № 5) и костра безостого (опыты № 6, 7). Для исследования были взяты минералы группы калиевых полевых шпатов — ортоклаз и микроклин с размером частиц от 0,01 мм до <0,001 мм, слюды — биотит и флогопит-и гидрослюда — гидрофлогопит - с диамет- -ром частиц <0,08 мм. Образцы минералов получены -из Му:

зея.минералогии и геологии АН СССР, измельчены на шаровой мельнице типа Z-101.

Фракции жалиевых полевых шпатов были выделены .путем .отмучивания в дистиллированной воде. Фоном для выращивания растений служила питательная смесь, составленная но нормам Кроне без калия, в контрольном »варианте калин вно? сили в виде KN03 в дозе 0,233 г КаО/кг песка. Навеску мине-, рала рассчитывали, исходя из валового содержания КгО. Пос-: ле окончания опытов минералы были выделены путем отмучивания в дистиллированной воде. Опыты закладывали в четырехкратной повторности, математическая обработка результатов проводилась по методу дисперсионного анализа. •;

, Растения после высушивания и размола подвергали озоле-нию по методу Гинзбург и Щегловой. Агрохимические показатели почв определял« общепринятыми методами (Аринуш-кина, 1970). Валовой анализ минералов и илистых фракций проводили после разложения плавиковой кислотой в платиновых тиглях. Определение содержания элементов в растворах проводили на атомном абсорбционном спектрометре фирмы Perkin-Elmer 303. Валовой калий в почве определяли по методу Смита, необменный — в вытяжке после кипячения почвы с 10%НС1 '(отношение почвы к ра1створу 1:10), обменный —по методу Масловой и Чернышевой, водорастворимый — по'Алек-сандрову. Содержание фиксированного аммония в почве рассчитывали по методу Кудеярова. Калий ibo всех вытяжках определяли на пламенном фотометре. Илистые фракции, выделенные из почвы по методу Mackenzie, были подвергнуты дифференциально-термическому анализу и рентгено-дифрак-томегрическому исследованию на установках КУТА-1 л УРС-50 ИМ.

Калийный потенциал почвы определяли в фильтрате после 30-мннутного взбалтывания навески почвы с раствором 0,002 М СаС12 (отношение почвы к раствору 1:2). В вытяжке определяли содержание калия и суммы (Ca-f-Mg). Калийный потенциал почвы представляет собой изменение свободной энергии реакций обмена между ионами К+, Са+2, Mg+2 в системе почва — почвенный раствор при постоянной температуре (25°) и постоянном давлении, равном атмосферному. Обоснование выведения формулы калийного, известкового и фосфатного потенциалов изложено в ряде работ (Asling, 1954; Ulrich, 1961; Сннягина, 1966). Для удобства расчетов калийный потенциал выражают через отвлеченную величину рК — 0,5рСа, где р— отрицательный логарифм активности ионов К+ и суммы ионов (Ca+2-f-Mg+2). Активность ионов определяли по формуле: aj — Cj -fi, где aj —активность иона, cj —концентрация, f[ — коэффициент активности, который 'рассчитывали по уравнению Дебая-Гюккеля:

Агрохимическая характеристика почв

. Опыт, почва рН„л. Гумус, н, Са+Мй (в) Т= -в + Нг V, % Р205 (по Кирсанову) КгО (по Масловон)

.% мэкв/100 г почвы мг/100 г почвы

1. Полевой и вегетационный опыты Лз 1, 2, 4, серая лесная .почва Калужской области . . . . 5,9 2,10 2,10 15,40 17,50 88,0 7,1 9,1

2. Вегетационный опыт Лв 3, сеоая лесная почва Московской обла- 5,4 (2,12 2,47 15,72 18,19 ■ &6,4 6,0 8,7

зь Микрополевой опыт:

а) серая лесная окультуренная почва Тульской области . . 4,0 1,32 4,82 15,11 19,93 75,8 6,6 '14,6

б) серая лесная целинная почва Тульской области ..... 4,4 .1,64 6,45 9,96 16,41' 60,7 3,5 10,5

в) дерново-подзолистая почва Московской области . . . 4,1 1,29 5,80 ' 5,97 11,77 50,7 3,5 6,0

l + vr '

где z— валентность нона, J —ионная -сила раствора. Значение J определяли по формуле: J — 0,5EctZ2i, где С| — концентрация определенного нона, z/—его валентность. По найденным активностям катионов определяли величину, калийного потенциала почвы рК — 0,5рСа.

Потенциальную буферную способность почвы п отношении калия (РВСК) определяли как отношение фактора емкости Qa—■ количества непосредственно доступного растениям калия, извлекаемого 0,002 М раствором СаС12 к фактору интенсивно. стн 10 — величине равновесной активности иона-К.+ в почвенном растворе (Beckett, 1964; Beckett et al., 1966).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ 1. Запасы калия в серой лесной почве

Резервные запасы калия в почве тесно связаны с ее механическим составом, который отражает, распределение по гранулометрическим фракциям калнйсодержащнх минералов (Важенин, 1965; Горбунов, 1969; Mengel, 1972; Niederbudde, 1975). Содержание "частиц физической глины в серых лесных почвах Калужской области составляет 29%. С глубиной до 200 см наблюдается утяжеление механического состава почвы, увеличение содержания частиц физической глины до 40%, илистой фракции — ог_П % в слое почвы 0—20 см до 24%• "в слое 180—200 см. Илистые фракцн почвы имеют важное значение в калийном питании растений, поскольку с количеством и минералогическим составом их тесно связан характер превращения вносимого калия. Исследование илистых фракций почвы путем валового, дифференциально-термического и рент-гено-днфрактометрического анализов позволяет полагать, что основным источником Кг о в них япляются,гидр-ослюды, что

показано также в некоторых работах '(Сотников, 1949; Градусов, Урусевская, 1964; Адерихин, Беляев, 1973).

На основании классификации запасов питательных веществ, предложенной Горбуновым, были определены резервы калия в серых лесных почвах ;(табл. 2). Общие^апасы калия в слое 0—20.йМ-составляют->2260 и с глубиной увеличиваются до 2640 мг К20/.100 г_почвы.

ПотенциалКимСрезервы калия, обусловленные наличием первичных калнйсодержащнх минералов во фракции >0,001 мм, достигают 89% от общего резерва и относительно равномерно распределены но профилю почвы. С ' '

Резервные запасы калия в серой лесной почве

Глубина, • см Содержание фракций <0,001 мм Резервы КгО

•мг/100 г почвы % от общего резерва

общий потенциальный ' ближн. ю ¿8 ¿1 о. X V потенциальный ' ближний ■ Н • О О п . соя о р, О Я ха

, 0—20 10,7 2260 •2004 246 •10 88,6 11,0 0,4

20—40 16,0 • 2520 2148 365 7 852 14,5 . 0,3

40-60 ,21,8 2560 1927 618 15 7о,3 21,1 . 0,6

60—80 24,6 2010 1988 603 19 76,2 23,1 • 0,7

&0—100 21,0 2640 2009 612 " '19 76,1> 23,2 0,7 •;

100—120 24,3 2640 2016 €05 19 76,4 22,9 0,7

120—140 24,6 . 2520 1025 576 19 76,4 22,9 . 0,7 ,;

140—160 24Д 2530 1927 586 17 76;2 23,1 0,7 ,

160—180 21,4 . >2570 !1985 571 14 77,3 22 ° ' 0,5

180-200 124,0 2600 1986 600 И4 76,4 23 Л ' 0,5

Ближние резервы калия связаны с содержанием илистой фракции. Они составляют в пахотном слое I П}о и с глубиной до"200 см увеличиваются до 24%. В распределении непосредственного запаса калия в почве отмечена аналогичная зависимость. Величина его составляет 0,3—0,7,%' от общих запасов. Содержание резервных запасов калия в почве тесно связано с ее генетическими особенностями, с увеличением содержания илистой фракции с глубиной по профилю, что обусловлено иллювиальными процессами (Шевелева, 1972; Ахтырцев, 1973; Адерихин, Беляев, 1973). Следовательно, серые лесные почвы обладают значительным общим запасом калия, однако большая часть КгО сосредоточена в потенциальном .резерве} Вследствие низкого содержания калия в непосредственном резерве, возникает необходимость в применении калийных удобрений для получения высоких урожаев культур. .

2. Действие минеральных удобрений на содержание форм калия в серых лесных почвах в условиях полевого опыта

В пятилетнем полевом опыте калий в почву вносили вместе с фосфорным и азотно-фосфорным удобрениями. В зависимости от сочетания, внесение калия по-разному влияло на изменение содержания форм КгО в почве. В табл. 3 представлены некоторые варианты полевого опыта. При ежегодном внесении в почву калийного удобрения совместно с фосфорным увеличение обменной формы КаО_составилр_25^.-не.об-меннои — от внесенного количества. Увеличение дозы ка-

лня не влияло на относительное распределение.егопо-формам впочве.—' ~~ 7 '............-ff

При внесенин~калия п почву_в_составе полного минерального удобрения изменения содсржания'форм"калия были иными (табл. 3). С увеличением дозы азота ^акоЪте'нио^форм.ка-лия в почве было менее выраженным •вследствие более <полного 'Использования их растениями™" <^еспеченнымн „ азотом: /А.зотное удобрение на~серйх"лёсных почвах оказывало высокое положительное действие на урожай культур и усвоение ^ими калия (Ннкитишен с сотр., 1977), что отмечено и на дерново-подзолистой почве (Петербургский, Янишевскин, 1959): В условиях проведенного нами опыта с увеличением дозы азо-^ та проявилась обратная зависимость между содержанием почве необменного калия и аммония, показанная в ряде рзбо'г (Nömmik, 1957; Nielsen, 1971; Jansson et al., 1961; Петербург;» скнй, Смирнов, 1964; Кудеяров, Башкин, 1974; Sippola et al.,: 1974).

Увеличение содержания форм калия в почве под действием^ калийного удобрения было связано с величиной доз и с тем;; в^каком сочетании с азотом и фосфором оно вносилось. Соот-'.i

(ношение же между азотом, фосфором и калием определяло^ условия поступления каждого из этих элёментов, в том числе * и калия, в растения, что обусловило отмеченные различия и4 содержании форм КгО в почве. В почве и в урожае обнаружено до 89—97, %•,внесенного калия. Изменения, связанные с пя-,4 тилетним применением калийных удобрений, отмечены в под- ï пахотном слое почвы 20—40 см. При этом содержание обмен-'-, ной формы калия увеличилось от 7,0 на контроле до 10,1 мгЦ КгО/ЮО г почвы на PgoKiso варианте. " >'

^ Миграция калия удобрений ниже по профилю почвы не наблюдалась Эффект от внесения в почву калия совместно с ф'осфором отчетливо 'Проявился в засушливые годы. Так, при \ выращивании ячменя, период вегетации которого сопровож- з дался сильным дефицитом влаги, прибавка урожая от внесе- } Him.PsoKiïo составила 8,5 ц/га.

-^/^Потенциальная буферная способность серых лесных почв л\ отношении калия позволяет установить, /в .какой мере почва /может противостоять изменению содержания калия в почвен- . (ном растворе при выращивании растений. Она представляет >: собой характерный признак почвы (Beckett, 1964; Acguaye et ц al., 1967; Moss, 1968). PBCK серых лесных почв Калужской области в пахотном слое составляет 45. Калийная буферность Ь для ряда почв характеризуется величинами 26—755 (Авакян, ; 1972; Zandstra et al., 1968; Канивец, Бергулева, 1975). Серые лесные почвы обладают низкой потенциальной буферной способностью в отношении калия, поскольку большая часть запа- j са KjO обусловлена наличием первичных калийсодержащих. ;

Изменение содержания форм калия в почве под действием удобрении

Вариант Внесено за пять лет КгО, кг/га Содержание в почве Увеличение содержания калия относительно контроля 1 Коэффициент использования, КгО ра-• стениямн, %

•кг КгО/га кг КгО/га % от внесенного количества

1 2 3 1 2 3 всего 1 .2 ■3 всего

Без удобрений . . . . — 19 228 в108 —

300 29 302 355(2 10 74 144 228 3 25 48 76 13

соо 50 372 3090 31 144 288 463 5 24 •48 77 14

Ь'осРвоКеэ ....... . 300 ,34 264 3480 15 36 72 123 5 '12 24 41 50 ■

^Г12:РвоКбо ...... 300 24 254 3450 5 26 48 79 2 9 •16 27 67

соо 43 360 3021 •29 132 216 .377 5 22 36 63 34

ЬчгоРваК!:;! ...... ООО 31 336 3576 12 108 168 288 ■2 18 28 48 42

1 — воднорастворимая, • 2 — обменная,

3— необменная форма калия.

минералов (табл. 2). Пятилетнее внесение удобрений не.ока: зало влияния «а величину РВСК почвы. Отмечено, что значе-/ние~РВСк на полях Ротамстедской опытной станции-не изме-f нилось под действием удобрений и выращивания культур в те-^-ченне ста лет (Addiscott et al., 1975). На основании отношения факторов емкость — интенсивность Q/I были определены некоторые параметры, характеризующие калийный режим серых лесных почв Калужской области. Величина равновесной активности'иона К^" 'в почвенном растворе, в слое 0—20 см составляет 2Х!10~3Ж/л. Содержание непосредственно доступного растениям калия в почве — 0,09 мэкв К/100 г почвы. С глубиной по профилю возрастают запасы подвижного К2О '(в слое 80— '100 см —0,220 мэкв К/100 г почвы). Значение равновесной активности нона К+ в почвенном растворе имеет тенденцию к уменьшению с глубиной. Подобное явление отмечено при изучении исландских почв (Fernandez et al., 1975). Величина калийной буферностн почвы с глубиной до 100 см 'возрастает и составляет в слое 60—80 см — 175, в слое 80—:100.см — 200. Это обусловлено увеличением фактора емкости — запаса подвижного калия.

3. Использование калийного потенциала почвы для характеристики условий калийного питания растений

Условия.калийного питания растений связаны не только с содержанием обменной формы калия, но н со способностью нона К+.к"переходу ¿.почвенный раствор. (Woodruff, 1955; Beckett a. Phill, 1958; Menge], 1963; Медведева, 1968). Информацию об этом можно получить, наблюдая за изменением калийного'потенциала почвы при 'выращивании растений. В вегетационных,опытах № 1—4 на серых.лесных почвах Калужской, Московской, Тульской областей с различными культурами изучали изменение рК — 0,5 рСа. С увеличением активности калия в 'почвенном растворе величина'калийного потенциала почвы уменьшается, так как-в выражении рК:—0,5 рСа используют отрицательные логарифмы активностей ионов.

Изменение рК — 0,5 рСа на вариантах, не получавших калийного удобрения, дает представление о способности почвы поддерживать содержание калия в почвенном растворе."Увеличение калийного потенциала на контроле и, особенно, на NP-варнантах свидетельствовало' о том, что темпы поглощения калия корнями значительно превосходили скорость его высвобождения из поглощенного .состояния в почвенный раствор; (табл. 4, 5). .

При внесении в почву калийного удобрения на процесс высвобождения К+ из поглощенного состояния накладывался процесс фиксации его из удобрения. В.этих условиях калийный потенциал почвы, отражал итог двух противоположно на--10

Изменение калийного потенциала почвы в результате выращивания костра безостого

Вариант рК—0,5 рСа Содержание КгО, мг/100 г почвы »к • о «і,- ^ . о 3 1 чь £53 | г/сосуд | Вынос КгО (надземная масса+корнн) мг/сосуд

1 о обменный необменный

I- II I II

Без

удобрений 2,44 2,65 9.0 7.2, 112 108 '4,0 100

ЫР 2,47 2,5'3 10,0 6,0 112, 103 5,8 .138

МРК. 2,00 2,27 «7,7 11,6 116 103 ' 7,6 221

ЫРКа, 1,80 2,38 21,3 16.8 121 106 9,4 308

КРКз .1,45 2,47 26,9 20,0 12)1 107 9,6 363

-НСРо* 1 *>

I — всходы, IIі—после уборки трлв.

правленных процессов — закрепления калия из удобрений в необменную форму и высвобождения его из поглощенного состояния в почвенный раствор. Увеличение калийного потенциала почвы,тс концу опытов на вариантах, получавших ,КгО. свидетельствовало о продолжающемся процесс фиксации!..

В течение вегетации растений имело место изменение обменной и необменной форм калия, что наиболее отчетливо проявилось при анализе влажной почвы. Следовательно, в поддержание калийного потенциала вовлекались не только обменно-поглощенные, но и более прочно удерживаемые почвой ионы калия. Значение рК — 5рСа в пределах 1,80—2,40 в опытах с ячменем и костром безостым соответствовало благоприятным условиям. калийного питания растений, что подтверждается содержанием КаО в растениях и величинами урожаев. Содержание обменной формы составляло при этом 18—27 мг.КаО/100 г почвы. Уменьшение'калийного потенциала почвы до 1,45 в опыте с костром безостым способствовало увеличению выноса. КгО растениями без (повышения урожая. На дерново-подзолистой почве оптимальным условиям калийного питания растений соответствовали значения рК — 0,5 рСа 1,4—11,5 (Медведева, 1968).

В опыте с овсом, использовавшем последействие калийного удобрения, внесенного под ячмень, увеличение рК — 0,5рСа до 2,84 соответствовало понижению содержания в растениях калия (табл. 5). ■

Значительное изменение калийного потенциала.почвы наблюдали в опыте № 4 с райграсом (табл. 6); В течение веге-

'П.

Калийный потенциал почвы в.опыте с,овсом

рК—0.5 рСа Содержание Усвоено KsO

Вариант Урожай,- в растениях (надземная

КгО, % масса+

г/сосуд

всходы 'после (фаза +корни)

уборки колошения) мг/сосуд

Без удобрений 2,70 • 2,96 - . 2,00 119

NP " 2,83 . 3,47 . 11,6 0,95 131

КРКі . 3.0t 14,8 1,00 172

NPKS 2.55 '2,% 17,1 1,07 21.2

NPKs : , "2,50 . • 2,80 17,7 1,21 , 24 6

. HCPos , 'і ' " '' 2.0

тацин было сделано семь укосов. К концу проведения1 опыта растения имели характерные признаки угнетения роста: пожелтение краев листовых 'пластинок. Считают, что критическое содержание калия в надземной массе райграса, ниже которого проявляется .высокое положительное действие: от" его внесения, около 2%' KsO (Bolton, 1972). Содержание Кг О в растениях к концу, проведения опыта понизилось до 1,00— 1,15%. Величина калийного: потенциала, соответствующего условиям сильной калийной недостаточности, достигала 3,27— 3,54. По-видимому, через два года после внесения удобрений и выращивания растений в почве на различных вариантах опыта установилась примерно одинаковая низкая скорость перехода К+ из обменно-поглощенного состояния в почвенный раствор, характеризуемая указанными значениями рК —- 0,5 рСа. Содержание обменной и необменной форм калия в почве при этом значительно уменьшилось (табл. 6).

: ,, Таблица б

Изменение калийного потенциала почвы при выращивании райграса

Вариант рК—0,5 рСа - Содержание, кзо мг/100 г почвы Урожаи надземной массы, г/сосуд О * ¿й Э О Р й X t- о ей і s о 2 га В Ч и . 5 га у.—. а ~ « s И— s в

I II обменный необменный

I- II ii

Без удобрений , np npki npk2 npk3 НСРоз 2,84 2,80 2,40 2,16 2,00 3.27 3,54 3.32 3.33 335 9 £> ■ 9,4 16.7 -20,1: 23.8 4,3 3,7 4,0 -4,2 4.0 ,,138 138. 146 150 455 133 127 136 140 144 ' 22 7 66> 70,7 743 80,9 • 2,1 ■ 492 . 892 1154 1447 • 1620

. I—'всходы-трав, И—после сем и.укосов,- „ ,

В результате интенсивного усвоения растениями калия наблюдалось уменьшение запаса подвижного КгО и падение равновесной активности лона в почвенном растворе (от 2-Ю-3 до 0,8-Ю-8 М/л на ЫР-варианте). Наряду с увеличением калийного потенциала почвы, это свидетельствовало об истощении почвенных запасов калия. Коэффициенты использования растениями калия удобрений в опытах составляли 49—90%.

Изменение активности К+ в почвенном растворе также дает представление об условиях калийного питания растений. В микрополевом опыте с гречихой изучали изменение активности калия в почвенном растворе в течение вегетации. В опыте были исследованы серые лесные окультуренные и целинные почвы Тульской области, дерново-подзолистая целинная почва Московской области. Почвы значительно различались по ' содержанию форм калия, по величине потенциальной калийной буферности (она,составляла соответственно 11В, 60, 37). Равновесная активность калия в почвенных растворах исследуемых (почв была близкой — до 1,5-<10—3 М/л, что характеризовало равную степень его подвижности.. Изменение активности К+ в течение вегетации зависело от величины РВСК. Наиболее значительным оно было в дерново-подзолистой почве, обладавшей низкой потенциальной буферной способностью в отношении калия. По-видимому, темпы поглощения калия корнями растений значительно превосходили скорость высвобождения его нз почвенных запасов. В серых лесных почвах понижение активности К+ было меньшим, в то время как вынос калия был выше.

Наиболее высокий и достоверный на уровне значимости Ро,о! коэффициент корреляции менаду величинами выноса калия урожаем гречихи и изменением активности нона К* в почвенном растворе, отмечен на серой лесной окультуренной почве Тульской области (г=0,739). Для целинных почв, как дерново-подзолистой, так и серой лесной, коэффициенты корреляции были меньшими (соответственно г=0,460 и г=0,561).

Следовательно, почва, обладавшая наиболее высокой РВС к, в большей мере противостояла изменению содержания калия в почвенном растворе при выращивании растений.

4. Доступность растениям калия и магния некоторых минералов

Поддержание калийного потенциала и активности иона К^ в почвенном растворе происходит, в основном, за счет калия минералов. Возможность использования растениями калия первичных минералов показана в ряде работ (Прянишников, 1901; Чириков, 1912; Петербургский,. 1942; Важеннн с сотр.,

1Э.

1959)'. В1серых лесных почвах'значительная часть калия> находится в потенциальном резерце и обусловлена1 наличием ка-« лиевых полевых шпатов • (Адерихин, 1973; Ахтырцев, Беляев,, 1973).В связи с этим представляло интерес уточнить значение некоторых из них в обеспечении растений'калием. Для исследования в вегетационном.опыте № 5 в песчаной культуре были. . взяты'минералы ортоклаз и микроклин, имеющие одинаковую химическую, формулу — КА151'з08, но различающиеся . по кристаллографическим и оптическим • свойствам: *• Валовое содержание КгОв минералах составляло 10,75—12,50%.

• Вынос и содержание калия, в растениях,отражали доступность его из изучаемых источников. Растения усваивали калий: из всех исследуемых фракций минералов |(табл. 7). Однако» урожаи трав и содержание калия в растениях было значительно ниже, чем на вариантах с внесением полной питательной: смеси.

• • ' ' . . ■ - ■ ' Таблица 7

Усвоение растениями калия минералов .

Вариант ■ ' Т . - Вес над-, земиой • массы, -; г/сосуд Содержание КгО в уро. 4жае, %. Вынос КгО, мт/сосуд , Коэффициент исполь-звання: КгО, %

Полная питательная

среда 40,0 ■ .3,09 1236 67,1 *

Ортоклаз: '

0,01—0.005 • 18,6 , 0,48 89, 4,7 ■ ;

0,005—0,001. 19,6 , 0,45 88 •4,7 -V

<0,001 .17,5 0,418 .84 ,'4,8 .

Микроклин:'

0,01—0,003 - • 19,1 " 0,55 ,105 5,5

0,005—0,001 • 17,4 : V 0,60 , 104 " ■ 5,5 .

<0,001 18,4 - • 0,58 ■ , 109 6,6

НСРоз ' " 4;4 '

-— р Отмечено, что с. увеличением дисперсности микроклина от'0,25 .мм до размеров илистой фракции использование КгО жультурами может существенно возрастать — от 1 до 25%. от-валового содержания (Важёнин, Карасева, 1959). По-видимо-; , му, в проведенном нами опыте изменения в результате диспергирования минералов до.размеров изучаемых фракций не оказали значительного влияния, на усвоение калия травами. Коэффициенты использования растениями КгОлМинералов достн-. гали. 5—7.%'. Доступность травам калия, из слюд — биотита .и флогопита, и гидрослюды—гидрофлогопита с диаметром частиц <0,08 мм былазначительновьгше.о^ свидетельствуют, результаты, двухлетнего :ОПЫта; (табл." 8). Урожаи трав

Таблица 8

Использование растениями калия из различных источников

Варианты

Урожай г/сосуд Содержание К$0 ' в укосах, % Вынос к2о, мг/сосуд Коэффициент использования к*о, %

I II

6,1 36,8 - 34,7 33,4 33,0 3,3 0,12 . 4,53 • : 2 ¿И 2,82 3,01 0,36 3,% 2,55 2,63 .2,51 24 1651 872 940 977 71,3 133,6 39£ 33,7

Фон — питательная смесь

•без калия . . . Фон+КМОз Фон+биотит ... Фон+флогопит . . Фон+гидрофлогогогт НСРс,......

на вариантах с внесением минералов были высокими, при этом наибольший коэффициент использования калия 39,'2% отмечен на варианте с флогопитом. В опыте № 7, где минералы служили одновременно источниками калия и магния для растений урожаи трав составляли 37,3—39,1 по сравнению с 37,7 г/сосуд на варианте с внесением полной питательной смеси. Коэффициенты использования калия из слюд достигали 40,3%, из гидрослюды — 30,7% от валового содержания. Наиболее высокий коэффициент использования М^О из минералов отмечен на варианте с внесением биотита — 8,9%, из флогопита и гидрофлогопита растения использовали соответствен. но 3,8 и 2,5% МрО от общего содержания.

На основании данных урожаев и содержания элементов я растениях можно полагать, что исследованные минералы— биотит, флогопит, гидрофлогопит — обеспечивали благоприятные условия «алийного и магниевого питания растений.

При экстрагировании из минералов калия и магния различными реагентами |(днст. водой, ацетатом аммоння, 10% раствором соляной кислоты) их было извлечено значительно меньше, чем усвоено растениями — КгО до 7,2% МрО— до 0,4% от валового содержания. По-видимому, кислые корневые выделения растений способствовали дополнительному разрушению кристаллических решеток минералов. Таким образом, исследованные минералы имеют различное значение в обеспечении растений калием.

Выводы

1. Серые лесные почвы обладают значительным общим запасом калия, величина которого колеблется по профилю от 2260 до 2640 мг КгО/100 г почвы. Однако большая часть КгО (до 89%). сосредоточена в потенциальном резерве, связанном

с наличием калиевых полевых шпатов. Ближний резерв калия в слое почвы 0—20 см составляет - 11 %,¡непосредственный — 0,4% от общего его запаса. •.• . - —г :

-. 2. С глубиной до 200 см по профилю наблюдается увеличение запаса калия, повышается содержание КгО в ближнем и непосредственном резервах, что связано с генетическими особенностями серых «тесных почв. Потенциальные запасы калия относительно равномерн6"распредёлёны по профилю. l/; 3. Действие калийного удобрения, 'Применяемого в течение о лет в полевом опыте; на: содержание" форм калия в почве ; зависело от того,'в каком сочетании с другими элементами питания оно было внесено. На Й'Д^ч вариантах с ЫРК накопление форм калия в почве было менее выраженным, чем на РК вариантах, вследствие,:более полного их использования растениями, обеспеченными азотом. Калий удобрений закреплялся в слое почвы 0—40 см. - • : V; •" '•■.

4. Использование новых методов агрохимических исследований— калийного потенциала и потенциальной буферной способности почвы в отношении калия, в совокупности с другими, позволяет более полно характеризовать условия калийного питания, растениями. Получение,вытяжек для определения рК — 0,5 рСа и РВСкне представляет сложности, однако расчеты величин трудоемки,: что ограничивает применение указанных методов для 'массовых анализов почвенных образцов. В связи с этим изучение "данных показателей необходимо проводить' для типов, подтипов, видов почв. *

5. Серые лесные почвы в слое 0—40 см обладают низкой потенциальной, буферной, способностью в отношении калия. С глубиной по профилю до 100 см возрастает запас легкоподвижного калия, в результате чего наблюдается увеличение РВС к почвы с 45 в слое 0—20 см до 200 в слое 80—100 см.

.6. Изменение калийного потенциала почвы в течение вегетации обусловлено неодинаковой .скоростью потребления калия корнями растений и высвобождения его. из поглощенного состояния в раствор. Поддержание величины рК — 0,5рСа в условиях вегетационных опытов осуществлялось за счет обменной и необменной форм калия. . , : V - .

7. Величина, калийного; потенциала серых лесных почв в пределах .1,80—2,40 соответствовала благоприятным условиям калийного питания культур, что подтверждается содержанием . КаО в растениях и данными урожаев. (Повышение значения рК — 0,5 рСа до. 2,50—-2,84;характеризовало условия калийной недостаточности длятрастений. Увеличение калийного потенциала почвы до 3,27—0,54 свидетельствовало об условиях сильной калийной недостаточности для растений и истощении

почвенных запасов КгО-10

8. Изменение активности иона К+ в яочвениых ¡растворах при выращивании растений зависело от величины потенциальной буферной способности почвы в отношении калия. Почвы, обладавшие высокой РВС\ в большей мере противостояли изменению содержания калия в почвенном растворе.

9. Минералы группы калиевых полевых шпатов — ортоклаз и мнкроклин—с размером частиц от 0,01 до <0,001 мм слабо обеспечивали травы калием. Коэффициенты использования КгО травами из ортоклаза и микроклина составляли соответственно 5 и 7%.

10. Минералы группы слюд — биотит, флогопит и гидрослюда — гидрофлогопит с размером частиц менее 0,08 мм служили хорошими источниками калия и магния для трав. Коэффициент использования КгО растениями из слюд достигал 40%, из гидрослюды — 34% от валового содержания. Усвоение травами магния из минералов составляло 3—9с/о от общего количества. По степени использования растениями магния минералы можно расположить в следующий ряд: биотит> >флотопит> гидрофлогопит.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

На основании проведенных исследований можно рекомендовать зональным агрохимическим лабораториям и сельскохозяйственным опытным станциям учитывать, наряду с содержанием обменного калия в почве, калийный потенциал и потенциальную буферную способность почвы 'В отношении КгО для характеристики условий калийного питания растений.

список

работ, опубликованных по теме диссертации

1. Доступность калия первичных минералов различной дисперсности многолетним травам. Доклады ТСХЛ, вып. 169, 1971, (в соавторстве с Л. В. Кузнецовым, Д. М. Папазовой).

2. Калий почвенного раствора. Сельское хозяйство за рубежом № 7, 1976, (в соавторстве с Л. В. Петербургским).

3. Влияние высушивания на динамику обменного калия и серой лесной почве. Агрохимия № 10, 1976, (в соавторстве с А. В. Петербургским).

4. Изменение калийного потенциала почвы в связи с питанием растений. Известия ТСХЛ, в. 2, 1977 (в соавторстве с А. В. Петербургским).

Д] 5. Десорбция калия серой лесной почвой в связи с питанием растений. Сб. Основные проблемы агрохимии н почвоведения. № 394277, деп. 11. 10, 1977, ВИНИТИ.

6. »Калийный потенциал почвы и мобилизация калия из не-.обменных запасов при многоукосном выращивании растений. Тезисы докладов Всесоюзной конференции молодых ученых -и аспирантов. Махарадзе-Анасеули,'ВНИИЧиСК, 1977.

7. Изменение некоторых .форм калия в серой лесной почве • под влиянием систематического 'применения удобрений. Агро-»химия № 6, 1978 (в соавторстве с. В. И. Никитишеным).

Л 100954 28/XI—78 г. Объем 1'Д п. л. Заказ 1903. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44