Трансформация соединений фосфора и калия

Запас фосфора в почве зависит от материнской горной породы, на которой данная почва формировалась. Обычно в материнских породах фосфор содержится в форме фторапатита Ca5F (P04)3 и гидроапатита Са50Н (Р04)3. При разрушении указанных минералов образуются соединения ортофосфорной кислоты.

В кислых почвах накапливаются фосфаты полуторных окислов (А1Р0₄, FeP0₄), а также основные соли железа и алюминия [Fe₂(0H)₃P0₄, А1₂(0Н)₃Р0₄], малодоступные растениям. В почвах, насыщенных основаниями, образуются фосфаты кальция СаНР0₄, Са₃(Р0₄)₂, постепенно растворяющиеся слабыми кислотами, что способствует более легкому усвоению фосфора растениями. При известковании кислых почв часть фосфатов полуторных окислов превращается в фосфаты кальция и магния, более доступные для растений.

Трансформация минеральных соединений горной породы микроорганизмами и растениями привела к превращению значительной их части в органические вещества. В подзолах, дерново-подзолистых, серых лесных почвах и черноземах 30,45% фосфора содержится в форме органических соединений. В каштановых почвах органических фосфатов меньше — около 25%, а в сероземных лишь около 14%.

Основная масса органических соединений фосфора входит в состав гумуса. Большая часть органического фосфора (до 60%) представлена фосфатами инозита. На долю нуклеиновых кислот приходится до 10% органических соединений фосфора, на глицерофосфаты и другие простые эфиры — 5—10, на фосфолипиды — 0,45—2,6%. Из отмеченных соединений наиболее стабильны инозитфосфаты. Легче разлагаются микроорганизмами нуклеоп роте иды, нуклеиновые кислоты, фосфаты, глицерои сахарофосфаты, а также полифосфаты.

Содержание фосфора (Р₂0₅) в почвах колеблется от 0,03 до 0,2%, а общий запас фосфора в пахотном слое составляет от 1 до 9 т/га. По примерным подсчетам, около 15 кг фосфора на 1 га может содержаться в клетках микроорганизмов.

Основная масса минеральных и органических соединений фосфора в почве недоступна высшим растениям, поэтому для получения высоких урожаев вносят минеральные фосфорные удобрения. Микробиологические процессы, происходящие в почве, способствуют переводу в доступное для растений состояние минеральных и органических соединений фосфора. Их разрушение — нсспсиифический процесс, который способны вызывать разнообразные формы микроорганизмов.

Некоторые минеральные соединения фосфора переходят в раствор под действием кислых продуктов метаболизма бактерий или водородных ионов кислых почв (например, подзолов). Даже диоксид углерода, выделяемый микроорганизмами при разложении органических соединений, переводит в растворе двухи трехкальциевые фосфаты в водорастворимый монокальциевый фосфат:

Поглощенная фосфорная кислота может быть вытеснена и другими анионами. Поэтому когда на парующих почвах при нитрификации повышается содержание азотной кислоты, то несколько увеличивается и количество подвижных фосфатов.

Микробиологическая деструкция отдельных минеральных соединений фосфора происходит неодинаково легко. По возрастающей трудности разложения может быть намечен следующий ряд:

Растворяющее действие микроорганизмов на фосфаты не всегда связано с подкислением среды. Г. С. Муромцев и В. Ф. Павлова установили, что даже фосфаты алюминия и железа могут растворяться различными бактериями, грибами и актиномицетами, продукты метаболизма которых связывают катионы фосфатов в недиссоциируюшис хелатные комплексы.

В анаэробных условиях на затопляемых рисовых полях снижается окислительно-восстановительный потенциал, поэтому окисное железо восстанавливается в закисное. При этом происходит освобождение фосфорного остатка:

Для ускорения минерализации органических соединений фосфора предложен препарат фосфоробактсрин, эффективность которого рассмотрена в главе 17.

Калий в почве находится в виде минеральных соединений, причем в основном в алюмосиликатных минералах. Из первичных минералов, содержащих калий, широко распространены калийные полевые шпаты (ортоклазы) и в меньшей степени калийные слюды (мусковит, биотит). Вторичные, или глинистые, минералы, образующиеся в процессах выветривания и почвообразования, относятся к гидроалюмосил и катам. В некотором количестве наряду с другими элементами в них содержится калий.

Общий запас калия довольно велик. В 1 га пахотного слоя песчаной дерново-подзолистой почвы содержится 15—20 т К₂0, в дерново-подзолистой суглинистой почве — 45—75, в черноземе — 60—75, сероземе — 75—90 т.

Калий, адсорбционно связанный на поверхности коллоидов (обменный), служит главным источником питания растений. Он составляет не более 0,5—1,5% общего содержания данного элемента в почве. Иногда доступного для растений калия не хватает.

Микроорганизмы играют существенную роль в повышении содержания в почве легкорастворимых соединений калия. Способность микроорганизмов разлагать алюмосиликаты была установлена в начале текущего века чешским ученым И. Стоклазой и польским микробиологом К. Баса/iuKOM. Позднее это явление было подтверждено другими исследователями.

Разлагать силикаты способны микроорганизмы разных групп. Многие из них продуцируют кислоты, обладающие большой деструктивной активностью. Особенно большая растворяющая способность у кислот, даюших комплексные и внутрикомплексные соединения с элементами, входящими в состав алюмосиликатов. Из этой группы отметим микроорганизмы — продуценты пол и гидроксид ии-трикарбоновых кислот.

Большую роль в разрушении силикатов играют слизи, выделяемые микроорганизмами. Чаше всего это полисахариды, содержащие уроновые кислоты. Карбоксильные и фенольные группы указанных соединений реагируют с определенными элементами силикатов и образуют комплексные связи, что приводит к освобождению соответствующего вещества (в данном случае калия) из кристаллических решеток и переводу его в раствор.

При выветривании силикатов наблюдается биогенное содообразование. Показано, что нефелин и плагиоклаз сильно разрушаются под влиянием кислот, а кварц — под действием щелочей. Следовательно, распад минералов может идти под влиянием разных факторов.

Для усиления распада алюмосиликатов в почве предложен препарат «силикатных» бактерий.

Приведем некоторые данные, относящиеся к балансу фосфора и калия. С урожаем сельскохозяйственных культур выносится менее половины массы фосфора, внесенного с минеральными и органическими удобрениями. Доступность большинства соединений фосфора для растений ограничена. Даже хорошо растворимый в воде суперфосфат при применении вразброс усваивается на 15%, при рядковом внесении — в полтора-два раза больше. Фосфорные соединения к тому же неравномерно распределяются по территории пашни. Поэтому лишь около 22% пашни содержит повышенное количество Р₂0₅, 36% характеризуется средней обеспеченностью фосфором, остальную площадь можно считать нуждающейся в фосфоре.

В отношении калия нужно иметь в виду, что некоторый дефицит этого элемента имеет лишь 10% пахотных земель. Около 22% среднеобеспечсно калием и 68% содержит вполне достаточное его количество. Однако вклад в урожай калия, поступающего с удобрениями в пахотные почвы, весьма существен.