Роль активної фази органічної речовини ґрунту в регулюванні доступності калію у симбіотрофному комплексі ґрунт-рослина

Размещено на http://www.allbest.ru//

Роль активної фази органічної речовини ґрунту в регулюванні доступності калію у симбіотрофному комплексі ґрунт-рослина

Гамкало З.Г., д. біол.. н., професор

Показано роль активної фази органічної частини ґрунту, як головного джерела процесів мінералізації, у забезпеченні калійної системи ґрунту біологічно доступними формами.

The role of an active phase of organic matter of soil, as main source of processes of mineralization, in maintenance potash system of soil by the biologically available forms have been shown.

Калій, подібно до інших біофільних елементів, іммобілізується в живі структури (наприклад тіла ґрунтових організмів, біомасу рослин тощо), втрачаючи біологічну доступність, а в процесі мінералізації їхньої мортмаси знову надходить у ґрунтове середовище в біологічно доступній мінеральній формі. Процес іммобілізації біофільних елементів живими структурами і синхронний процес їхнього розкладу (мінералізації) відбувається постійно і досить інтенсивно, що забезпечує оновлення (регенерацію) клітинних структур і ґрунту, як біокосного тіла, в цілому.

За аналогією з циклом Нітрогену, це вказує на наявність певного внутрішньоґрунтового циклу Калію, роль якого ще залишається поза увагою вчених. Але без врахування цього колообігу неможливе пізнання фундаментальних механізмів функціонування симбіотрофного комплексу ґрунтове середовище-гетеротрофна біота-автотрофні організми й ефективна розробка системи калієвого живлення рослин і раціонального застосування калієвих добрив.

Розвиток ідеї внутрішньоґрунтового циклу Калію, в основі якого лежать процеси іммобілізації і мобілізації біологічно доступних форм елемента, спрямований також на пізнання регуляторних механізмів йонного гомеостазу ґрунтового середовища як поліелектроліта. Наявність достатньо потужних механізмів фіксації йонів Калію свідчить про функціонування К-буферних систем, які захищають ґрунтове середовище від надлишкової кількості цього біофільного елемента [3, - С.244; 7]. Необхідно також врахувати, що із надходженням до ґрунту йонів Калію збільшується кількість заряджених частинок, які впливають на його електропровідність, а також посилюють електричний градієнт у системі тверда фаза-рідка фаза ґрунту. Тому іммобілізація йонів Калію є надзвичайно важливим механізмом підтримання хімічного і електричного потенціалу ґрунтового середовища.

Частина біологічно доступного Калію інактивується шляхом біологічної іммобілізації ґрунтовими мікроорганізмами і засвоюється рослинами. Процеси іммобілізації мінеральних форм елемента, як і інших поживних речовин, залежать від вмісту органічної речовини ґрунту і відповідно співвідношення Сорг:Nмін [5]. На фіксацію Калію також впливає якісь органічної речовини (гній, торф, сидерат) та її комбінації з мінеральними добривами [4].

Відповідно до вимог системного аналізу розгляд функціонування калійної системи, з одного боку, ґрунтується на аксіомі її цілісності, з іншого, - вирішення цього завдання не можливе без детального вивчення і характеристики її елементів, структури і ієрархії, системоутворювальних відносин, визначення їх просторових меж [6]. Зокрема, відсутня інформація про роль активної фази органічної речовини, як головного субстрату мінералізації, у регулюванні системи Калію і калійного режиму.

Згідно з теорією внутрішньоґрунтового циклу Нітрогену (теорією Янсона), пул органічних сполук N поділяється на активну фазу, яка складається з негуміфікованих рослинних залишків, відмерлої мікробної біомаси і продуктів її деструкції та пасивну фазу - стійку до мікробного розкладу частину органічної речовини, яка практично не бере участі у внутрішньоґрунтовому циклі N. Активна фаза органічної речовини (АФОР), на думку Янсона [8], становить не більше 10-15% від загальної кількості органічної речовини. За нашими даними [1] вміст АФОР може досягати 50% і більше вмісту органічних сполук Нітрогену.

За умов посиленої деструкції (наприклад мінеральними добривами) калієвмісних структур - компонентів активної фази органічної речовини (мортмаси мікроорганізмів, кореневих решток, органічних добрив, особливо зеленої маси сидератів тощо), можливе суттєве додаткове надходження у ґрунтове середовище біологічно доступних форм цього поживного елементу - екстра-калію (за аналогією з екстра-азотом).

Оскільки, Калій і Нітроген є “біопартнерами” у формуванні живих структур, процес нітрогеніммобілізації відбувається синхронно з процесом калійіммобілізації. Інтенсивність біоіммобілізації Нітрогену (конститутивного елемента) і Калію (неконститутивного елемента) є практично однаковою. Відповідно, ці біофільні елементи будуть подібно поповнювати пул мінеральних речовин у процесі мінералізації відмерлих структур, які є частиною АФОР, оскільки кларк Калію у живій речовині є досить високим - 0,3% і дорівнює кларку Нітрогену, що пояснює їхнє інтенсивне засвоєння рослинами У мертвій органічній речовині педосфери середня концентрація Калію складає 0,1- 0,2%, а у сухій речовині фітомаси суходолу - 0,7%.

Встановлено, що характер розподілу водорозчинного калію за профілем ґрунту, а також наявність зв'язку з загальним вмістом гумусу є наслідком його біологічної акумуляції. У зв'язку з цим, зауважимо, що хоча Калій не є конститутивним компонентом гумусових речовин, проте накопичення біогенної форми елемента в ґрунті відбувається пропорційно вмісту загальної біомаси. Цей факт пояснює пряму лінійну залежність всіх форм елемента з величиною загального вмісту гумусу в ґрунті, зокрема, Пивоваровою Е.Г. (2005) показано, що в разі розкладу органічної речовини ґрунту біогенний Калію розподіляється по формах згідно з його калійним статусом.

Експериментальні дослідження виконані на базі стаціонарного досліду з використанням на сидерат післяжнивних посівів редьки олійної (Raphanus sativus L.) в інтенсивній сівозміні - ярий ячмінь+сидерат, картопля, ярий ячмінь+сидерат, картопля, закладеному на сірому лісовому поверхнево оглеєному середньосуглинковому ґрунті.

Дія сидератів, а також сидератів доповнених мінеральними добривами до рівня вмісту їх у гноєві, порівнювалась з впливом гною у нормі 15 т·га-1 сівозмінної площі.

Дослід складався з семи варіантів: перший (1) - контроль (без удобрення), другий (2) - гній, третій (3) - гній+N90P75K90, четвертий (4) - N90P75K90 (фон), п'ятий (5) - фон+редька олійна шостий (6) - фон+редька олійна+2 т·га-1 соломи та сьомий (7) - фон+2 т·га-1 соломи.

Мінеральні добрива, передбачені під картоплю, вносили для вигонки маси під сидерати, які передували цій культурі. За 60-70 днів вегетації у післяжнивних посівах редька олійна нагромаджує - 380-550 ц·га-1 біомаси, відповідно 40-50 ц·га-1 сухої речовини.

Агрохімічна характеристика орного шару ґрунту: вміст гумусу - 1,56%, рНKCl - 4.7 од., гідролітична кислотність - 3.23 мМоль (+)/100 г, сума ввібраних основ 6,73 мМоль(+)/100 г, сполуки Нітрогену, що легко гідролізуються - 8,9 мг· 100 г -1, вміст доступного фосфору і обмінного калію (за Кірсановим) - відповідно 17,5 і 13,8 мг ·100 г-1.

Зразки ґрунту за допомогою бура відбирали із верств 0-20, 20-40, 40-60, 60-80 і 80-100 см.

Форми сполук Калію визначали: водорозчинний (за Александровим, 1948), обмінний (за Масловою, 1935; 1н СН3СООNH4), необмінний гідролізований (за Пчелкіним ,1966; 2н НСl), необмінний міцнофіксований (за Гедройцом, 10% НСl). Вміст активної фази органічної речовини визначали методом лужного гідролізу (8 н NaOH протягом 144 год) у чашках Конвея. Оформлення результатів досліджень виконані за допомогою програми Microsoft Excel 2003.

Завданням дослідження було встановити наявність зв'язку між вмістом АФОР - головним джерелом процесів мінералізації у ґрунті і його калійним станом як динамічної складової калійної системи.

Оскільки, вміст АФОР різко змінюється в разі різного органічного удобрення, яке суттєво впливає на процеси відтворення органічної частини ґрунту, саме дослід із застосуванням нетрадиційних джерел удобрення - сидератів, як замінників стійлового гною, є достатньо інформативним для розв'язання поставленого завдання.

На рис.1 показані зміни вмісту водорозчинної і обмінної форм Калію у ґрунті за різного органо-мінерального удобрення. Звертає увагу різке збільшення вмісту Квод. і К обм. у ґрунті, який тривало удобрювали стійловим гноєм+NPK і відсутність цього ефекту в разі удобрення сидератом (зеленою масою редьки олійної+NPK і солом'яною різкою+NPK.

Рис. 1. Вміст водорозчинної (Квод) і обмінної (К обм) форм Калію

сірого лісового ґрунту за різного удобрення

На перший погляд, висока мінералізацій на здатність зеленої маси сидератів повинна зумовити підвищений вміст мінеральних форм біофільних елементів, в т.ч. і доступних форм Калію у ґрунті. Зокрема, на варіантах із сидерацією помітно збільшується вміст нітратів (рис.2), тоді як вміст водоросчинного і обмінного Калію у грунті практично не підвищується (рис.1).

Враховуючи те, що приорювання зеленої маси сидератів є протиприродним неспецифічним впливом на ґрунтову мікрофлору (її сапротрофний блок пристосований до розкладу „зрілої”, збагаченої лігніном, органічної речовини, а не зеленої маси), за цих умов ,не відбувається ефективного процесу біоіммобілізації мінеральних речовин на рівні ґрунтових мікроорганізмів (тобто їхнього інтенсивного росту і розмноження), а вивільнені мінеральні форми елементів засвоюють рослини картоплі. Як видно з рис. 2, підвищення вмісту нітратів у ґрунті, на варіантах із сидерацією, супроводжується суттєвим підвищенням їхнього вмісту у рослинах.

Рис.2. Вміст нітратів у ґрунті та зеленій масі картоплі залежно від удобрення

ґрунт органічний удобрення

Про низьку ефективність засвоєння біофільних елементів мікробі отою ґрунту на варіантах з сидерацією свідчить значно менша чисельність тут ґрунтової мікрофлори [2] і відповідно вміст активної фази органічної речовини (рис.3).

Рис.3. Зміни вмісту активної фази органічної речовини у ґрунті залежно від виду органічного удобрення і періоду вегетації.

Якщо вивільнені у процесі мінералізації зеленої маси редьки олійної нітрати головно поступають у рослини, про що також свідчить зменшення їхнього вмісту у ґрунті в наступні періоди досліджень, залишаються невідомими шляхи утилізації сполук Калію, оскільки, їхній вміст у ґрунті практично не відрізняється від не удобрюваного контролю, а також не встановлено їхнього збільшення у підорній і нижчих верств ґрунту. Навпаки, вміст водорозчинного і обмінного Калію в ґрунті, особливо на варіанті NPK+сидерат, зменшується порівняно з іншими варіантами досліду. Залишається припустити, що ці легкодоступні калієві сполуки, як і нітрати, засвоюють рослини.

Якщо порівнювати зміни вмісту біологічно доступних сполук Калію (рис.1) і вмісту АФОР (рис.3) видно тісну залежність між цими ґрунтовими параметрами. Зокрема, із збільшення вмісту АФОР збільшується вміст водорозчинного (r = 0.80) і обмінного ((r = 0.83) Калію. Це засвідчує провідну роль у забезпеченні біологічно доступних форм Калію процесів мобілізації та іммобілізації поживних речовин як регуляторів їхньої доступності.

У разі застосування сидерату і солом'яної різки підвищується вміст водорозчинного Калію на глибинах 60-100 см сірого лісового ґрунту, що є екологічно небажаним і зумовлює вимивання елемента за межі ризосфери.

Таким чином, активна фаза органічної речовини ґрунту - постійно відновлювальний комплекс негуміфікованих органічних речовин головно мікробного і рослинного походження - є важливим регулювальником вмісту водорозчинної і обмінної форм Калію у ґрунті. Вміст АФОР у ґрунті відображає ефективність функціонування симбіотрофного комплексу ґрунтове середовище-гетеротрофна біота-автотрофні організми в т.ч. і рівень забезпечення його біологічно доступними формами Калію.

Література

1. Гамкало З.Г. Активна фаза органічної частини ґрунту: генеза, роль, діагностика Агрохімія і ґрунтознавство. Харків, 2003.№64.С.53-58.

2. Гамкало З.Г. Якість сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід) Автореф. дис.д.б.н. Харків, 2006. -36 с.

3. Барбер С. А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механистический подход: Пер. с англ. - М.: Агропромиздат,1988. - 376с.

4. Беляев Г.Н. Калийное питание ячменя и гречихи при длительном применении различных форм калийных удобрений // Агрохимия- 1967.- №3.- С. 52-58.

5. Кудеяров В.Н. Азотно-углеродный баланс в почве // Почвоведение. - 1999. -№1 - С. 73-82.

6. Пивоварова Е.Г. Калийное состояние почв и его моделирование в условиях Алтайского Приобья:монография. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005. -160 с.

7. Трускавецький Р.С. Продуктивні функції ґрунтів та їх буферні властивості //Агрохімія і ґрунтознавство. Спецвипуск. Кн. перша. -Харків. -2002. -С.68.

8. Jansson S.L. Traser studies on nitrogen transformations in soil with special attention to mineralization-immobilization relationships // K. Lantbrukhogsk. Ann. 1958. N 24. P. 101-361.

Размещено на Allbest.ru