Превращения удобрений в почве

Общие закономерности

Превращения минеральных и органических удобрений в почве представляют собой сложный комплекс физических, химических и биохимических процессов. Эти процессы определяют доступность элементов питания для растений и их эффективность. Важнейшими факторами, влияющими на превращения удобрений, являются состав почвы, её кислотно-щелочное состояние, температура, влажность, а также микробиологическая активность.

Минеральные удобрения подвергаются различным превращениям: растворению, ионизации, адсорбции, связыванию с коллоидными частицами, выщелачиванию, превращению в органические соединения и потере через газообменные процессы. Органические удобрения дополнительно разлагаются под действием микроорганизмов с образованием минеральных форм элементов питания.

Азотные удобрения

Азотные соединения в почве подвергаются множеству взаимосвязанных процессов:

• Растворение и ионизация: аммиачные и нитратные соли быстро растворяются, переходя в форму NH₄⁺ и NO₃⁻, доступную для растений.
• Аммонификация: органический азот (из навоза, компоста) превращается микроорганизмами в аммоний.
• Нитрификация: NH₄⁺ окисляется до NO₂⁻ и далее до NO₃⁻ нитрифицирующими бактериями. Этот процесс сопровождается выделением H⁺, что может снижать рН почвы.
• Денитрификация: в анаэробных условиях NO₃⁻ редуцируется до N₂O и N₂, приводя к потерям азота в атмосферу.
• Аммонийное связывание: NH₄⁺ частично адсорбируется на катионном обменном комплексе почвы, что обеспечивает его временное удержание и постепенную доступность.

Эффективность азотных удобрений зависит от формы азота, кислотности почвы, содержания гумуса и водного режима.

Фосфорные удобрения

Превращения фосфорных соединений характеризуются высокой степенью связывания с компонентами почвы:

• Растворение и доступность: воды растворимы только некоторые соединения, такие как суперфосфат и фосфориты после обработки кислотой.
• Химическое связывание: PO₄³⁻ ионы образуют нерастворимые соединения с Ca²⁺ в щелочных почвах, с Fe³⁺ и Al³⁺ в кислых.
• Микробиологическое влияние: микроорганизмы способны превращать часть связанного фосфора в доступные формы за счет выделения органических кислот и ферментов.
• Выщелачивание и миграция: фосфор в почвах малоподвижен, что ограничивает его перемещение и доступность для растений.

Эффективность фосфорных удобрений зависит от реакции почвы, содержания оксидов железа и алюминия, а также от структуры коллоидного комплекса.

Калийные удобрения

Калийные соединения проявляют относительно высокую подвижность в почве, однако их превращения зависят от типа почвы:

• Растворение солей: KCl и K₂SO₄ быстро растворяются, формируя K⁺ и Cl⁻/SO₄²⁻.
• Адсорбция на катионном обмене: значительная часть K⁺ удерживается на поглотительных комплексах глинистых минералов и гумуса.
• Минералогические превращения: части калия могут переходить в труднорастворимые минералы (силликаты калия) при долгом взаимодействии с почвой.

Важное значение имеют состав минералов почвы и интенсивность вымывания, особенно на песчаных и легких суглинистых почвах.

Микроэлементы

Микроудобрения (Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B и др.) характеризуются высокой чувствительностью к рН и составу почвы:

• Хелатирование: комплексные формы с органическими или синтетическими лигандами повышают подвижность и доступность микроэлементов.
• Осаждение и фиксация: в кислых почвах возможна потеря Fe и Mn в виде гидроокисей, в щелочных – Zn и Cu в виде карбонатов и гидроксидов.
• Микробиологическая трансформация: микроорганизмы участвуют в восстановлении и мобилизации микроэлементов, особенно Fe и Mn.

Органические удобрения

Органические вещества проходят последовательные стадии разложения:

• Гидролиз и минерализация: макромолекулы разлагаются ферментами до аминокислот, сахаров, органических кислот, далее минерализуются в NH₄⁺, PO₄³⁻, K⁺.
• Компостирование и гумусообразование: часть органики переходит в устойчивые гумусовые соединения, которые постепенно высвобождают элементы питания.
• Влияние на микробиологию и структуру почвы: органические удобрения активизируют микробиологическую активность, улучшают агрономические свойства почвы, способствуют удержанию влаги и обмену катионами.

Влияние физических факторов

• Влага: обеспечивает растворение удобрений и движение ионов; при недостатке влаги процессы нитрификации и минерализации замедляются.
• Температура: ускоряет биохимические реакции, в частности минерализацию органического азота; низкие температуры замедляют превращения.
• Воздух и аэрация: определяют направление биохимических процессов (окисление или восстановление), особенно для азота и микроэлементов.

Взаимодействие удобрений между собой

Сочетание различных видов удобрений в почве приводит к химическим и биохимическим взаимодействиям:

• Азот и калий повышают усвоение друг друга растениями, но избыток аммония может снижать доступность фосфора.
• Фосфорные соединения, внесённые с органикой, более доступны благодаря кислотам, выделяемым при разложении органики.
• Микроэлементы часто комплексируются с органическими веществами, что предотвращает их фиксацию и повышает эффективность.

Заключение процессов

Превращения удобрений в почве определяются сложным взаимодействием физических, химических и биохимических факторов. Их понимание позволяет прогнозировать эффективность внесения различных форм удобрений, разрабатывать оптимальные системы питания растений и поддерживать плодородие почвы на длительный срок.