РОЗДІЛ 5. МАКРОЕЛЕМЕНТИ І МАКРОДОБРИВА

Що менше значення фосфатного потенціалу, то легше фосфор переходить у ґрунтовий розчин і сприятливіші умови для фосфорного живлення рослин.

Для різних ґрунтових відмін характерні певні сполуки фосфору. Тому залежно від їх складу обирають певний метод для визначення запасу рухомих сполук фосфору ("чинник ємності"). Наприклад, у зоні дерново-підзолистих ґрунтів вміст фосфору визначають за методом Кірсанова (у витяжці 0,2 н розчину НС1), у зоні сірих лісових ґрунтів і некарбонатних чорноземів – за методом Чирикова (у витяжці 0,5 н розчину СН3СООН), у зоні карбонатних ґрунтів – за методом Мачигіна (у витяжці 1%-го розчину (NH4)2CO3) тощо.

Перелічені методи ґрунтуються на імітації дії на ґрунт кореневих систем рослин, здатних виділяти в ґрунтовий розчин певні кількості вугільної та органічних кислот, але жоден із реактивів нездатний замінити живі корені рослин. Між ґрунтовим розчином і твердою фазою ґрунту встановлюється динамічна рівновага. У процесі засвоєння фосфат-іонів, корені рослин порушують її і сприяють переходу нових порцій фосфат-іонів із ґрунту в розчин. Французький учений А. Демолон дійшов висновку, що оптимальна для рослин концентрація фосфору в ґрунтовому розчині становить 1,2 мг/л. Проте насправді вона значно нижча (0,05-1 мг/л), що вказує на потребу внесення фосфорних добрив. За концентрації фосфору 0,02–0,03 мг/л більшість польових культур його майже не засвоює. Корені можуть поглинати фосфор, який знаходиться від них на відстані не більш як 2 мм. Тому навіть у період максимального розвитку кореневої системи рослини використовують фосфор лише із чверті об'єму орного шару ґрунту.

Невикористана частина фосфорних добрив зазнає іммобілізації, перетворюється на важкозасвоювані форми внаслідок хімічного поглинання твердою фазою ґрунту, біологічної фіксації мікроорганізмами, накопичення фосфатів у гумусі. Фосфор цієї фракції може бути доступний для рослин лише в процесі біологічного колообігу речовин.

Хімічне осадження, або ретроградація, характерне для певного типу процесу ґрунтоутворення. Спочатку дигідрофосфати перетворюються на гідрофосфати, що знижує їх розчинність і засвоюваність рослинами. Потім у кислих дерново- підзолистих ґрунтах утворюються малорозчинні фосфати алюмінію та заліза. В нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи, сіроземи) основними фіксаторами фосфору є кальцій і магній. Спочатку сполуки фосфору перебувають в аморфній формі і їх фосфор частково доступний для рослин. У міру старіння (кристалізації) фосфати кальцію і магнію стають менш доступними.

Слід зазначити, що фосфор, зв'язаний з алюмінієм, в 1–6 разів доступніший для рослин, ніж фосфати заліза, а фосфати заліза у 8–18 разів доступніші, ніж фосфати кальцію (Л. ML Томпсон, Ф. Р. Троу, 1982). Доступність фосфору цих сполук істотно залежить від кислотності ґрунту (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Доступність фосфору для сільськогосподарських культур із різних сполук залежно від реакції ґрунту (за G. D. Scarseth)

Здатність ґрунту до поглинання фосфору настільки велика, що для повного його насичення потрібно внести від 5 до 10 т/га Р2O5, тоді як валовий його вміст у ґрунті сягає лише 3–6 т/га. Водорозчинні солі фосфорної кислоти, потрапивши у ґрунт (від слабкокислого до слабколужного) з добривами, через деякий час перетворюються внаслідок хімічного зв'язування на двозаміщені фосфати кальцію і магнію (СаНРO4 • 2Н2O, MgHP04) і тривалий час залишаються в такому вигляді доступними для всіх рослин. Потім іони водню двозаміщеної солі поступово замішуються на іони кальцію або магнію з утворенням тризаміщених фосфатів цих металів Са3(РO4)2, Mg(PO4)2 і більш основних фосфатів. Однак і ці солі, доки вони знаходяться в свіжоосадженому аморфному стані, зберігають істотну розчинність у слабких кислотах, й отже, залишаються в частково засвоюваній рослинам формі. Лише в міру "старіння" тризаміщені і більш основні солі фосфорної кислоти стають недоступними для більшості рослин.

Гірші справи в кислих ґрунтах, де з водорозчинних фосфатів кальцію можуть утворюватись фосфати заліза й алюмінію. Лише під час внесення в ґрунт вапна відбувається зворотний перехід фосфатів півтораоксидів у фосфати солі кальцію і магнію.

На стан фосфатів у ґрунті впливають органічні речовини, вологість і температура. Так, гумати натрію підвищують рухливість фосфатів кальцію. В разі зростання вмісту гумусу посилюється дія монофосфату кальцію, тобто ґрунтові колоїдні часточки (в тому числі півтораоксиди із позитивним зарядом) адсорбційно поглинають органічні аніони, що заважає зв'язуванню ними фосфат-іонів і тим самим збільшується їх доступність рослинам. Це пояснюють з тим, що багато органічних кислот (винна, лимонна, малеїнова, молочна, щавлева) в кислому середовищі зв'язують катіони алюмінію і заліза, заважаючи їм переводити фосфат- іони у важкорозчинну й погано доступну для рослин форму.

Слабка порівняно з азотом і калієм доступність для рослин фосфору з добрив і запасів ґрунту зумовлена низкою причин: 1) слабкою дифузією фосфат-іонів у ґрунті (внаслідок інтенсивного хімічного, фізико-хімічного і біологічного зв'язування їх його компонентами); 2) недостатнє охоплення кореневою системою всього об'єму ґрунту (контактує з коренями лише 1/250 об'єму ґрунту); 3) часто низький рівень вологості ґрунту, який заважає й без того слабкій дифузії в ньому фосфатів.

Оцінюючи загалом перетворення фосфору в ґрунті, Д. У. Кук (1970) стверджував, що "фіксація" цього елемента в кінцевому підсумку є сприятливою. Вона захищає його від вимивання. Вбирання фосфатів ґрунтом також не слід розглядати як перехід їх у недоступні для рослин форми загалом, а лише як тимчасовий процес перетворення на залишкові фосфати, що поступово беруть участь у біологічному колообігу і в майбутньому будуть використані рослинами.

Порівняно низький коефіцієнт використання фосфорних добрив у перший рік їх внесення (10–15 %) пов'язаний не лише з переходом фосфатів у недоступні форми, а й з обмеженою доступністю для кореневих систем продуктів їх взаємодії з ґрунтом, тобто корені рослин можуть поглинати фосфати лише з тієї частини ґрунту, з якою вони контактують. З урахуванням післядії коефіцієнт використання фосфору добрив становить 35-40 % і може сягати 100 %, якщо впродовж 4–10 років не вносити фосфорних добрив. Тому в умовах інтенсивного землеробства добрива потрібно вносити систематично, не чекаючи їх післядії. При цьому не лише повертається винесений з урожаєм фосфор, а й створюються запаси його рухомих форм у ґрунті. Нерідко післядію фосфорних добрив можна пояснити не зв'язуванням ґрунтом фосфорної кислоти, а нестачею в живленні рослин азоту і калію, тому застосування азотних і калійних добрив посилює післядію фосфатів.

Проте внаслідок застосування високих норм добрив можуть сформуватися ґрунти із вмістом рухомих фосфатів 200-300 мг/кг, на яких внесення фосфорних добрив неефективне. Внесення фосфору вище за верхню межу оптимальних значень призводить лише до невиробничих витрат.

Отже, для підвищення родючості ґрунту і раціонального застосування фосфорних добрив необхідна оптимізація фосфорного живлення рослин шляхом внесення добрив з урахуванням вмісту рухомих сполук фосфору в ґрунті.

На основі польових і лабораторних дослідів встановлено оптимальні фосфатні рівні для основних типів ґрунтів, мг/кг: для дерново-підзолистих – 100-150 (за методом Кірсанова), для чорноземів – 100–150 (за методом Чирикова), для карбонатних чорноземів і каштанових- 30–35 (за методом Мачигіна) (табл. 5.3).

Таблиця 5.3. Групування ґрунтів за вмістом рухомих сполук калію відносно здатності забезпечувати ним сільськогосподарські культури

Щоб підвищити рівень рухомих фосфатів у ґрунті на 10 мг/кг за низького забезпечення ґрунтів фосфором, на супіщаних і піщаних ґрунтах слід вносити Р2O5 на 40–60 кг/га більше, ніж винесено з урожаєм, на легких і середньосуглинкових – на 60-90, на важкосуглинкових – на 90-120 кг/га. Створення оптимального фосфатного рівня і внесення фосфору відповідно до його виносу з урожаєм забезпечує високу продуктивність усіх сільськогосподарських культур.

Для прогнозування ефективності фосфорних добрив застосовують також методи визначення ємності поглинання фосфатів ґрунтами, фосфатної буферної здатності та ін.

Засвоюючи фосфор з ґрунтового розчину, рослини знижують його концентрацію. Проте ґрунти здатні підтримувати концентрацію фосфору в розчині на відносно стабільному рівні залежно від запасів розчинних фосфатів у ґрунті та швидкості розчинення в ньому фосфоровмісних мінералів. Здатність ґрунту підтримувати концентрацію фосфатів на сталому рівні називають фосфатною буферною здатністю ґрунту, а його здатність протистояти зміні фосфатного потенціалу – потенціальною буферною здатністю (ПБЗ) щодо фосфору: