Агрохимический анализ почв

К показателям, характеризующим реакцию почвенной среды, относятся актуальная и потенциальная кислотность, которая, в свою очередь, подразделяется на обменную и гидролитическую. Актуальная кислотность обусловлена содержанием свободных ионов водорода в почвенном растворе и измеряется по величине pH водной вытяжки из почвы, определяется потенциометрически. Этот вид кислотности действует на корневую систему растений и на почвенные микроорганизмы. Является неустойчивой величиной, часто изменяющейся под действием разных факторов в течение даже одного вегетационного периода.

Более устойчивым показателем является pH солевой вытяжки (см. таблицу 1). Растения проявляют различную чувствительность к кислой и щелочной среде. Снижение ростовых процессов наблюдается при pH ниже 5 и выше 8. Для произрастания большинства сельскохозяйственных культур pH солевой вытяжки почвы должен быть в диапазоне 5,5–7,0. Повышенная кислотность или щёлочность нарушает физиологическое равновесие в почвенном растворе, ухудшает питание растений, дестабилизирует белковый, углеводный и фосфорный обмен.

Таблица 1. Группировка почв по степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке (потенциометрически)

Потенциальная кислотность определяется количеством ионов водорода, находящихся в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Обменная и гидролитическая кислотность обусловлены ионами водорода, более прочно связанными в ППК и способными обмениваться на основания только в нейтральной или щелочной среде соответственно. Показатель гидролитической кислотности используется для расчёта дозы извести при известковании кислых почв.

Показатель поглотительной способности почвы имеет большое значение для питания растений и процессов взаимодействия между почвой и вносимыми удобрениями. Поглощённые основания определяют реакцию среды и питательный режим почвы в целом. Присутствие в почвенном растворе различных солей обусловливает обменные реакции между твёрдой и жидкой фазами почвы. Из ППК могут вытесняться и обмениваться ионы кальция, магния, калия, аммония и др. Почвы обладают различной поглотительной способностью, что учитывается при выборе доз и форм удобрений, а также сроков их внесения.

Степень насыщенности почв основаниями – показатель, характеризующий поглотительную способность почвы и степень её устойчивости к внесению удобрений, известкованию, антропогенному и техногенному воздействию. Её можно рассчитать, зная показатели гидролитической кислотности и суммы поглощённых оснований. Степень насыщенности почв основаниями показывает, какая часть общей ёмкости поглощения приходится на поглощённые основания и какая – на гидролитическую кислотность. Почвы, имеющие степень насыщенности основаниями менее 60 %, нуждаются в проведении известкования, на них также высокоэффективно внесение фосфоритной муки. На почвах, имеющих насыщенность основаниями более 80 %, внесение фосфоритной муки и других слаборастворимых форм фосфорных удобрений недостаточно эффективно и не сопровождается существенной прибавкой урожая.

При агрохимическом анализе почвы очень важен показатель содержания гумуса, т. к. он играет роль в создании почвенного плодородия (см. таблицу 2). Содержание и состав органических соединений в почвах агроэкосистем оказывают огромное влияние практически на все свойства и функции почв. Особую роль при этом играют специфические почвенные органические соединения – вещества гумусовой природы. Органическое вещество почвы является источником элементов питания для растений. В нём содержится 98–99 % азота, 30–40 % фосфора от общего содержания в почве. Оно участвует в сорбционных процессах, повышает поглотительную способность и буферность почвы, улучшает физические свойства (влагоёмкость, водо- и воздухопроницаемость, тепловой режим).

Таблица 2. Показатели гумусного состояния почв

Источник: С. А. Гришина, Д. С. Орлов, 1978.

В рамках стандартного набора анализов на агрохимические показатели принято определять содержание макроэлементов: минерального азота в двух формах (нитратной и аммонийной), подвижные формы фосфора и обменного калия. Для разных типов почв используются различные методики определения этих показателей.

Основное количество почвенного азота сосредоточено в органическом веществе почвы. Азот органического вещества почвы непосредственно недоступен для растений, поэтому об обеспеченности растений почвенным азотом судят по содержанию в почве минерального азота (см. таблицу 3). Нитраты и обменный аммоний являются основными источниками, обеспечивающими азотное питание растений. Содержание минеральных форм азота в почве нестабильно и зависит от ряда факторов:

• микробиологических процессов (аммонификации, нитрификации, денитрификации, азотфиксации);
• гранулометрического состава;
• физико-химических свойств почвы;
• гидротермических условий периода вегетации растений;
• вида выращиваемой культуры.

Поэтому определение минеральных форм азота в почвенных образцах устанавливает их содержание только для срока взятия образца, но не даёт представления об обеспеченности растения почвенным азотом в течение вегетации. В связи с этим минеральный азот в почве, как правило, определяют несколько раз за период вегетации растений (в динамике). Это позволяет рассчитывать или корректировать дозы и сроки внесения азотных удобрений, проведения подкормок растений азотом.

Таблица 3. Индексы обеспеченности растений минеральными соединениями почвенного азота (мг/кг) и определения потребности полевых культур в азотных удобрениях

Источник: Гамзиков, 2000.

В диагностических целях содержание минеральных соединений азота используют:

• в слое 0–20 см на мерзлотных и сезонно-мерзлотных почвах Средней и Восточной Сибири;
• в слое 0–40 см на сезонно-мерзлотных почвах Западной Сибири, Зауралья, Предуралья и Поволжья;
• в слое 0–60 см на почвах Нечерноземья, Центрально-Чернозёмной зоны и Северного Кавказа.

Эффективное плодородие почв в отношении фосфатов определяется запасом подвижных форм фосфора. К этой группе относятся различные формы почвенных фосфатов, находящихся в динамическом равновесии «твёрдая фаза почвы – раствор». Степень доступности растениям подвижных фосфатов зависит от химических, физико-химических, физических свойств данного типа почвы, сезонной динамики её водного, воздушного и теплового режимов, биологической активности почвы, биологических особенностей возделываемых растений, применяемых удобрений и др.

Доступными для усвоения растениями и микроорганизмами являются соли ортофосфорной кислоты:

1. Однозамещённые соли калия, натрия, аммония, кальция и магния, которые растворимы в воде.
2. Двузамещённые (CaHPO₄ и MgHPO₄ ), растворимые в слабых кислотах.
3. Труднорастворимые трёхзамещённые [Ca₃ (PO₄ )₂ , AlPO₄ , FePO₄ ], которые могут давать растворимые соединения в результате гидролиза в почве.

Основным источником питания растений калием являются калий почвенных коллоидов и его водорастворимая форма. Доля калия почвенных коллоидов от валового содержания зависит от типа и подтипа почвы, её гранулометрического состава. Например, на супесчаных почвах эта форма калия составляет 0,8 %, на суглинистых – 1,5 %, на чернозёмах – 1–3 %. Водорастворимый калий наиболее доступен для питания растений. Появляется он в почве вследствие химического и биологического воздействия на почвенные минералы, их гидролиза. Содержание водорастворимой формы в среднем составляет ⅕–⅒ часть от количества калия, находящегося в почве в обменном состоянии. В почвенном растворе редко содержится более 0,1 ммоля (4,7 мг) К₂ О / 100 г почвы. Поглощение растениями обменного калия приводит к реализации необменного калия и его переходу в обменное состояние. Необменный калий является резервным в питании растений. При внесении калийных удобрений часть химического элемента потребляется растением, часть закрепляется в почве.

Определение подвижных форм фосфора и обменного калия в почвах осуществляется из одной почвенной вытяжки, но разными способами. Методы получения вытяжки различаются в зависимости от типа почвы прежде всего выбором реактива. Вытяжка по методу Кирсанова применяется для определения подвижных соединений фосфора в подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных и других почвах, вскрышных и вмещающих породах лесной зоны, но он не распространяется на почвенные горизонты, содержащие карбонаты. Вытяжка по методу Чирикова принята стандартной для серых лесных почв и некарбонатных чернозёмов. Вытяжка по методу Мачигина принята стандартной для карбонатных чернозёмов, каштановых, бурых, коричневых почв и серозёмов.

По обобщённым результатам агрохимического картирования в системе агрохимической службы приняты группировки почв, представленные в таблицах 4 и 5. Стандартизация введена в 1978 г.

Таблица 4. Содержание доступного фосфора в почве (P2O5 мг/кг) и обеспеченность им растений

Таблица 5. Содержание обменного калия в почве (К2О мг/кг) и обеспеченность им растений

Среднее содержание элементов питания в почве соответствует условиям, при которых (в случае соблюдения определённых агротехнических норм) можно получить среднестатистический урожай зерновых культур в данном регионе. Высокое содержание элемента соответствует условиям, при которых возможно возделывание высокотребовательных культур. Очень высокое содержание элемента отвечает условиям, которые складываются на почвах овощных севооборотов, на садовых участках и в питомниках.