Иногда кажется, что растения всегда получают достаточно питательных веществ, если в почву регулярно вносятся удобрения. Однако в реальности даже при богатой удобрениями почве растения могут страдать от недостатка необходимых элементов, проявляя признаки голода. Что влияет на способность растений усваивать питательные элементы, попробовали разобраться наши ученые.
Как разобраться, почему растения могут голодать даже при наличии питательных элементов в почве, как это повлияет на урожай, и как это исправить, рассказала Ксения Сергеевна Ступакова, руководитель по развитию продаж направления растениеводства ООО «Агроплем», в ходе вебинара на тему: «Почему у растений симптомы недостатка питательных элементов на фоне полной обеспеченности ими в почве поля?», который проводился в телеграм-канале «Третье мнение Елены Соколовой».
Наличие элементов питания в почвах различных регионов России
В реалиях современного сельскохозяйственного производства почва, как правило, понимается как средство для сельскохозяйственного производства. То есть это то, на чем мы выращиваем урожай и из чего можем получить прибыль.
Однако многие ученые, например, Василий Васильевич Докучаев, великий русский почвовед, основоположник школы почвоведения, считал, что почва это несколько более широкое понятие. Это целая экосистема, состоящая из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз, которые постоянно взаимодействуют между собой и находятся в тесном контакте.
Также Дмитрий Николаевич Прянишников, великий русский агрохимик, основоположник школы агрохимии в России, связывал почву с другими элементами формирования урожая, в частности с растениями и удобрениями. Он утверждал, что эти три компонента неразрывно связаны между собой, и в той или иной степени влияют друг на друга.
Без здоровой почвы, полноценно обеспеченной элементами питания, невозможно получить здоровый урожай растений. Без правильно внесенных удобрений по результатам анализов почвы и с учетом потребности растений нельзя получить запланированный урожай. Отсюда и родилось его знаменитое высказывание:
Избытком удобрений нельзя заменить недостаток знаний.
Данные почвенного анализа являются основным инструментом для планирования в растениеводсве. Когда мы говорим о почвенных исследованиях, как правило, имеется в виду агрохимическое обследование почвы. Виды агрохимических и почвенных обследований бывают разные в зависимости от цели сельхозпроизводства.
Виды почвенных обследований
Оценка обеспеченности элементами питания включает как базовые показатели, так и более развернутые обследования, такие как микроэлементы, гранулометрический состав, мезоэлементы, засоление почвы.
Оценка безопасности почвы – это, как правило, токсикологический анализ, то есть содержание различных форм тяжелых металлов и нефтепродуктов. Это все, что может загрязнять как почву, так и продукты сельскохозяйственного производства.
Микробиологическая безопасность особенно актуальна, когда в почву вносятся органические удобрения. Если они не проверялись, то с вероятностью примерно 90% почва будет загрязнена различными объектами микробиологии – патогенами.
И еще один большой блок – это здоровье почвы. Это исследование более фундаментальных свойств почвы. Это агрофизические свойства почвы, лабильное органическое вещество, содержание гуминовых и фульвокислот и их соотношения.
Все это дает понимание о том, в каком состоянии находится почва, и как эти данные можно применить в дальнейшем на практике для сохранения плодородия почвы и формирования той урожайности, которую мы хотим получить.
Мы достаточно давно занимаемся агрохимическим обследованием и собрали для вас некую статистику по 15 тысячам образцам почвы из различных регионов. Мы собрали Центральный район, в который входят Брянская, Калужская, Московская, Рязанская области; Центрально-Черноземный район, в который входят Липецкая, Тамбовская, Воронежская области и Поволжье,
- сказала Ксения Сергеевна.
Содержание гумуса в почвах различных регионов
Чаще всего гумус ассоциируется с почвенным плодородием. Какой же статус по этому параметру прослеживается сейчас?
В Центральном районе, как и в Центрально-Черноземном большинство почв имеют средний показатель по гумусу, в отличие от Поволжья, где в основном все исследования почвы характеризовались повышенным содержанием этого вещества.
- Минимальное содержание гумуса было обнаружено в Рязанской области – всего 1%, что критически мало.
- Максимальное содержание гумуса зафиксировано в Пензенской области – порядка 12%.
Также были обнаружены интересные взаимосвязи. При повышении уровня органического вещества, например в Центральной и Центрально-Черноземной зоне, повышалось и содержание калия, и, конечно же, повышалось содержание щелочногидрализуемого азота. Ведь гумус, по большому счету, является основным источником азота в почве.
Кислотность почв различных регионов
Следующий показатель – кислотность, которому в последнее время уделяется много внимания, и не зря, потому что на данный момент он вызывает наибольшие опасения. Так, например, в Центральном районе, как и в Центрально-Черноземной зоне и в Поволжье, большинство исследованных образцов характеризовались среднекислой реакцией среды. Предполагалось, что в Центрально-Черноземной зоне, в Поволжье рН почвы обычно слабокислый, нейтральный, отчасти щелочной. Но, к сожалению, с внесением больших количеств физиологически кислых удобрений, отсутствием известкования почвы в данный момент получилось так, что большинство почв сейчас находятся на уровне среднекислых почв.
По поводу взаимосвязи кислотности с другими элементами, мы обнаружили, что при подщелачивании среды повышалось содержание подвижных форм бора и фосфора, причем как в Центральном регионе, так и в Поволжье,
- отметила Ксения Ступакова.
- Минимальный показатель кислотности был обнаружен в Рязанской области, он составлял 3,5 единицы рН. Это очень сильная кислая реакция среды. На таких почвах практически ничего не растет.
- Максимальный показатель зафиксирован в Волгоградской области – 7,6 рН.
В целом эта область как раз характеризуется наличием большого содержания кальция и магния, которые отчасти нейтрализуют кислотность, поэтому неудивительно, что самый высокий показатель был обнаружен именно в этой области.
Содержание подвижного фосфора в почвах различных регионов
Этот элемент также вызывает некоторые опасения, потому что большинство почв обладали его недостаточным содержанием. В Центральном районе – это средний показатель, в Центрально-Черноземном регионе также средняя обеспеченность, в Поволжье – низкая.
Практически нигде не было стабильно обнаружено повышенного или высокого содержания фосфора. Да, встречались эти обеспеченности в Центральном экономическом районе, но, по большому счету, все-таки это низкий или средний показатель. Это говорит о том, что уровень внесения фосфорных удобрений не обеспечивает потребности культур, которые выращиваются на данных типах почв,
- сказала Ксения Сергеевна.
Содержание подвижного калия в почвах различных регионов
В Центральном регионе, Центрально-Черноземной зоне и в Поволжье большинство почв характеризовалось высокой или очень высокой степенью обеспеченности по данному элементу. Это вовсе не означает, что калий вообще не нужно вносить в почву. Рано или поздно при постоянном использовании и не внесении этого элемента когда-нибудь его содержание в почве закончится.
Откуда в почве берутся элементы питания? Либо с внесением удобрений непосредственно в почву, либо с пожнивными корневыми остатками, либо они медленно и постепенно формируются из материнских пород, на которых эта почва образовалась.
Тот запас калия, который есть на данный момент, действительно большой. И связано это, скорее всего, с тем, что элемент активно накапливается при внесении комплексных удобрений.
Содержание подвижной серы в почвах различных регионов
Сера – это самый неоднозначный элемент из всех. Он очень подвижный. По подвижности его можно сравнить с тем же азотом. Его достаточно сложно контролировать. По этому элементу отмечена сильная разница в градациях между Центральным, Центрально-Черноземным регионами и Поволжьем. По итогам анализа зафиксированы абсолютно все степени обеспеченности, которые только могут быть: от очень высокой до очень низкой.
С чем это связано? В первую очередь, нужно понимать, откуда сера берется в почве. Существует несколько путей ее восполнения. Первое, это непосредственно с осадками, но это малая доля. Второе, при внесении удобрений. Соответственно, это минерализация серы из гумуса. И принесение серы с минерализованными грунтовыми водами. Этот тип восполнения серы в почве, как правило, более характерен для южных регионов, где есть сульфатсодержащие минерализованные грунтовые воды. В большинстве случаев повышенное и высокое содержание данного элемента было связано именно с внесением сульфатсодержащих удобрений: сульфата аммония, сульфаммофоса.
В большинстве почв содержание этого элемента очень низкое. Минимально 0,4 мг/кг и максимально 13 мг/кг в Саратовской области. Мы видим, что здесь нет какой-то четкой зависимости от региона, минимум и максимум находился в одном и том же регионе,
- прокомментировала эксперт.
Содержание подвижного бора в почвах различных регионов
От Центрального региона до Поволжья градация по бору сильно изменялась. В большинстве почв в Центральном регионе содержание бора находится на очень низком уровне. В ЦЧЗ его содержание становится чуть выше. В Поволжье результаты анализов говорят об очень высокой обеспеченности по данному элементу. Вероятно, отчасти содержание бора и его подвижность связано с рН почвенного раствора, чем больше рН, тем больше была степень обеспеченности бором.
В том числе было замечено, что содержание бора увеличилось с увеличением содержания молибдена в почве. При увеличении содержания меди содержание бора также повышалось.
- Минимальное содержание 0,2 мг/кг отмечено в Пензенской области,
- максимальное в Воронежской области – 7 мг/кг.
Содержание марганца подвижного в почвах различных регионов
По марганцу в почве все достаточно неплохо. Практически во всех почвах, которые исследовали в лаборатории «Агроплем», этот элемент находился на высоком или очень высоком уровне. Хотя высокое содержание марганца – это не всегда хорошо.
Содержание подвижного цинка в почвах различных регионов
Цинк – это один из микроэлементов, который действительно находится в минимуме, как правило, во всех почвах. Его избыток отмечен только в Московской области. По большинству регионов: Центральному, ЦЧЗ и Поволжью, этот микроэлемент находится на низком уровне.
Причем в большинстве своем он находится на уровне 0,1, 0,5,-1 мг/кг и так далее. Максимальное количество было зафиксировано именно в Московской области, 13,8 мг/кг. Сразу скажу, что там было достаточно большое внесение органических удобрений. Вероятно, с этим связано такое высокое содержание цинка в почве. Ко всему прочему, при увеличении содержания цинка наблюдалось увеличение содержания подвижного фосфора, калия, меди и молибдена,
- сказала Ступакова.
Содержание подвижного железа в почвах различных регионов
Железо подвижное также важный микроэлемент, которому уделяется в последнее время много внимания, особенно при посадке плодовых и ягодных культур. В Центральном районе было зафиксировано очень высокое содержание железа, в ЦЧЗ – очень низкое, в Поволжье – тоже очень низкое.
Когда мы говорим о железе, нужно понимать, что на почвах с нейтральной, скорее слабокислой реакцией среды и в южных регионах этот элемент, скорее всего, будет в дефиците. Обычно железо распространено на типах почвы дерново-подзолистых заболоченных. Что, собственно, мы и подтвердили, проводя анализ в Центральном районе, где его содержание очень высокое,
- отметила Ксения Сергеевна.
В остальных регионах его обнаружено не было. Минимально в Воронежской области 0,6 мг/кг. Максимальное содержание в Рязанской области – 244 мг/кг.
Содержание подвижной меди в почвах различных регионов
Часто об этом микроэлементе говорят, как о помощнике, фиксаторе азота. Действительно, он входит во множество ферментов, которые помогают растениям фиксировать азот. Но, по большому счету, его недооценивают. А зря, потому что этого элемента в почвах практически нет. Вообще, нигде. Начиная от Центрального региона и заканчивая Поволжьем, 94% почв характеризовались очень низким содержанием по данному элементу. Максимальное количество было зафиксировано в лишь в Саратовской области – 3,8 мг/кг.
Содержание молибдена подвижного в почвах различных регионов
Медь подвижная, так же, как и молибден, встречается в больших количествах очень редко. В большинстве почв этого элемента нет. Была выявлена довольно интересная взаимосвязь, что при повышении содержания молибдена увеличивалось и содержание меди в почве. Но так как ни того, ни другого в почве нет, поэтому в целом прослеживается дефицит.
- Максимальное количество по данному элементу зафиксировано в Брянской области – 5,6 мг/кг,
- минимальное в Тамбовской области – 0,01 мг/кг.
Что влияет на доступность элементов питания в почве?
Иногда растения испытывают дефицит элементов, которые в почве находятся в избытке. Что же влияет на доступность элементов питания, помимо содержания самих элементов?
Первое, это концентрация питательного почвенного раствора. Что такое почвенный раствор? Он состоит, во-первых, из минеральной части. Минеральная часть – это то, чем в нашем понимании питаются растения, – анионы и катионы.
Также в состав почвенного питательного раствора входит органическая часть. Это не только твердая фаза почвы и гумуса. Органическая часть есть еще и в жидком виде. Она, как правило, представлена гуминовыми и фульвовыми кислотами, свободными аминокислотами, различными кислотами: щавелевой, уксусной, то есть свободно живущими и являющимися продуктами разложения, например, органического вещества почвы.
Третья составляющая питательного раствора – это органоминеральная часть. Это некая смесь поливалентных катионов и органических кислот.
Почвенный раствор имеет определенную концентрацию солей, которые потребляют растения. Концентрируясь, он создает осмотическое давление на клетку растений. И если концентрация почвенного раствора оптимальна, то есть ниже концентрации клеточного сока растений, в таком случае растения замечательно потребляют все элементы питания, воду, и нормально развиваются.
В случае, если концентрация почвенного раствора становится выше, чем концентрация клеточного сока, и, соответственно, осмотическое давление выше этой концентрации, происходит такое явление, как плазмолиз. Что это значит?
Представим, что клетка растения и почвенный раствор соприкасаются между собой, и концентрация клетчатого сока в растении ниже, чем концентрация этого самого солевого почвенного питательного раствора. Элементы питания двигаются от почвы к растению по градиенту концентрации. Из области с большей концентрацией в меньшую. Вот эта вот область с большей концентрацией, где находится питательный раствор, начинает проникать в клетку растения, пытаясь уравновесить эту концентрацию в почвенном растворе. При этом клетки, в большинстве своем , внутри обводнены, то есть напитаны водой. И когда этот раствор проникает в клетку, то воду он просто вытесняет, и она испаряется с помощью устьиц наружу. Клетка скукоживается, теряет тургор, и умирает.
Простой пример. Когда мы говорим о засоленных почвах, то все знают, что это очень плохо для растений. Именно по этому принципу и работают засоленные почвы. Концентрация их питательного раствора настолько высока, что она просто высасывает жидкость из клетки.
Плюсом ко всему эта концентрация создается при избыточном внесении минеральных удобрений, либо одностороннем внесении какого-то элемента. Все это приводит к избытку концентрации раствора и к плазмолизу клеток растений,
- пояснила ученая.
Что еще влияет на усвоение элементов питания?
Существуют такие взаимосвязи между элементами питания, как синергизм и антагонизм ионов.
Антагонизм – это конкуренция между ионами, между катионами или анионами одноименно заряженными за поступление в корень растений. Вокруг корня растений есть определенный почвенный раствор, где находятся одноименно заряженные либо катионы, либо анионы. Они все стремятся попасть в клетку растения. Но из-за их природы, одноименной заряженности некоторые из них попадают, некоторые нет. Это зависит от валентности катиона. Например, двухвалентные катионы или анионы с большей вероятностью попадут в клетку корня.
Соответственно при этом растение испытывает дефицит одного из элементов, но антагонизм проявляется в том случае, если избыток одного элемента над другим существенно завышен.
Синергизм – это процесс, когда разнозаряженные ионы стимулируют поступление друг друга. Иногда синергизм может проявляться и для одинаково заряженных анионов или катионов, но это бывает при низкой концентрации почвенного раствора.
Есть также элементы-блокаторы, они не то чтобы препятствуют друг другу для поступления в клетку корня, они просто блокируют друг друга. Например, самое известное, это кальций и магний с фосфором – это элементы-блокаторы. Ни один из них при совместном внесении не проникнет в клетку корня, они просто останутся в осажденном состоянии в почвенном растворе. Это одно из свойств, которое тоже может наблюдаться при физиологически неуравновешенном почвенном растворе, когда один элемент сильно преобладает над другим.
Синергизм для растений – это не всегда хорошо.
Есть такие элементы, как, например, алюминий, марганец и водород, которые замечательно проникают в клетки корня и усиливают друг друга. Но, как правило, алюминий, марганец и водород в больших концентрациях негативно и отравляюще влияют на жизнедеятельность растения. Например, концентрация алюминия в 2 мг/100 г почвы – это уже критическая норма, которая способствует угнетению роста культуры,
- сказала Ксения Ступакова.
Влажность почвы – это один из основных факторов, который влияет на усвоение элементов. Как она влияет на растение с точки зрения агрохимии и физиологии:
- улучшение общего физиологического состояния, поддержание тургора клеток;
- почва достаточно обеспеченная влагой, нормально формирует корневую систему, в том числе боковые корни, тем самым создавая большую поверхность питания;
- вода является универсальным проводником для диффузии ионов, то есть для движения по градиенту концентрации ионов из почвенного раствора непосредственно к растению. В сухой почве этого не происходит. При дефиците влаги нарушается работа ферментов, происходит распад органических веществ, падает интенсивность фотосинтеза.
Аэрация также представляет важный аспект, который влияет на усвоение элементов питания.
Известно, что в плотных и переувлажненных почвах растения не растут, так как корни растений начинают неправильно формироваться . При избыточной влажности, когда создаются анаэробные условия, формируется задел для патогенной микрофлоры. Многие элементы, такие как калий, кальций, магний, азот и фосфор крайне чувствительны к аэрации и практически не усваиваются в плотных или переувлажненных почвах.
Содержание кислорода в почвенном субстрате должно быть примерно 10%. При содержании кислорода в почве около 5% и ниже корневая система отмирает. Плюсом ко всему в хорошо аэрируемых почвах формируется та самая агрономически ценная структура, когда поры почвы наполнены воздухом и корневая система растений нормально функционирует. В такой почве формируется гумус, а также хорошо разлагаются пожнивные корневые остатки, создавая дополнительное питание для сельхозкультур.
Также существует фактор – реакция почвенной среды. Как видно из результатов анализов, большинство почв в исследуемых регионах среднекислые, то есть реакция среды для большинства культур неблагоприятная. Но что такое кислотность в целом и как она влияет на усвоение элементов питания? Кислотность – это соотношение между катионами водорода и гидроксид-ионов. Простыми словами, это соотношение между кислотой и щелочью. Это соотношение определяет насколько почва будет щелочная, нейтральная или слабокислая.
Как же влияет реакция почвенной среды непосредственно на усвоение элементов питания и на растения? Реакция почвенной среды может быть прямой, то есть влиять на сам корень, на само растение. Таким образом, мы уже говорили об осмотическом давлении и концентрации почвенного раствора, и в целом кислотность тоже в своем роде формирует некую концентрацию этого самого раствора, то есть содержание свободных кислот, которые находятся в свободном состоянии в этом растворе. Это как раз таки влияние кислотности. Таким образом, она влияет на сами клетки корня, вызывая избыточное осмотическое давление и приводит к нарушениям клеток и белков в этих клетках.
Также кислотность может влиять на растение косвенно, а именно на доступность элементов питания. Видно, что большинство элементов питания, которые на картинке представлены, наиболее доступны в нейтральной реакции среды. В щелочной реакции среды, например, доступен молибден. Кстати говоря, это единственный элемент, который наиболее доступен при известковании почв. Ну и некоторые элементы, особенно железо, марганец, алюминий и водород по параметру кислотности более доступны в кислой реакции среды. Но для большинства культур оптимальна именно нейтральная реакция среды.
Что еще влияет и усиливает параметр кислотности? Избыточное переувлажнение. Аэрация – это важный фактор для нормальной обеспеченности культуры. Но растения, которые нормально обеспечены кислородом, при дыхании выпускают в почвенную среду гидрокарбонат, который несколько ее подщелачивает. При переувлажнении дыхание корней и растений останавливается, и они перестают функционировать нормально и выпускать гидрокарбонаты в почвенную среду, соответственно реакция среды начинает активнее воздействовать на растение.
Доказано, что в годы с меньшей освещенностью, когда было много облаков, прекращалось или значительно изменялось потребление азота, фосфора и калия. При высокой степени обеспеченности элементами питания влияние кислотности проявляется меньше.
Но бороться с ней достаточно просто. Основным принципом для борьбы с почвенной кислотностью является внесение кальцие- и магниесодержащих мелиорантов в специально рассчитанной дозе.
Что касается факторов, которые влияют на усвоение этих элементов, они тоже находятся не в нестабильном состоянии. Отмечено большое количество переувлажненных почв, кислых почв, почв с неуравновешенным раствором. Много переуплотненных почв, где встречается плужная подошва и, соответственно, растения развиваются плохо.
Для того, чтобы получать высокий урожай, в первую очередь необходимо заботиться о почве:
- вовремя идентифицировать лимитирующие факторы урожайности и плодородия почвы;
- сформировать экономически обоснованную систему применения удобрений;
- проводить агрохимическое обследование с целью предотвращения дефицита и дисбаланса элементов питания;
- оценить культуропригодность почвы;
- контролировать деградацию и изменение параметров плодородия и здоровья почвы.
Ольга ШУЛЬГА, «ГлавАгроном»