Почвоведение
Основы сельскохозяйственного почвоведения
Что такое почвоведение?

Наука о почве, изучающая:

  1. Её строение, состав, свойства
  2. Географическое распространение
  3. Закономерности её происхождения и развития
  4. Функционирование и роль в природе
  5. Охрану и рациональное использование почвы в хозяйственной деятельности человека

Датой рождения Почвоведения в России считается 10 декабря 1883 года - дата выхода труда В.В.Докучаева "Русский чернозём"

Уникальность почвы
  1. Почва – поверхностные минерально-органические образования;
  2. В состав почвы входят элементы всех оболочек Земли – минеральные породы (литосфера), воздух (атмосфера), вода (гидросфера), органические вещества (биосфера);
  3. Развитие почвы зависит от взаимодействия горных пород, климата, организмов, рельефа, времени течения процессов;
  4. Сильное влияние человеческого фактора;
  5. Процесс почвообразования не прекращается, почва уникальна для каждого поля в каждый момент времени
Гумус - основа плодородия
  1. Содержание органического вещества в почве колеблется от 1-2% в бедных почвах, до 10% и более в богатых чернозёмах,
  2. Почвенная органика на 80% состоит из гумуса – органического вещества, образованного из растительных и животных остатков, прошедших этап первичного разложения (гумификации).
  3. В 1 га пахотного слоя чернозёма содержится до 200 т гумуса
  4. Гумус является пищей для почвообитающих микроорганизмов и беспозвоночных, а также источником минеральных веществ, необходимых растениям
  5. Улучшает механические характеристики почвы, способствует повышению эффективности использования минеральных удобрений
Механический состав почвы

Типы почв по содержанию физической глины (частиц <0,01 мм):


  • 0-10% - песок (рыхлый, связный)
  • 10-20% - супесь
  • 20-50% - суглинок (лёгкий, средний, тяжёлый)
  • 50-80 % - глина (лёгкая, средняя)
  • > 80% - глина тяжёлая

Для растениеводства оптимальны супесь и лёгкие суглинки

Кислотность почв

Негативное влияние повышенной кислотности (pH<6) - кислые почвы:

  1. Отрицательно влияет на корни - ослабляется их проницаемость, ухудшается обмен веществ, понижается эффективность корневого питания
  2. Подавляет бактерии и прочие почвообитающие организмы – замедляется минерализация и формирование доступных форм питательных веществ
  3. Замедляется поступление в растения фосфора, кальция и магния – критически важных макроэлементов
Негативное влияние пониженной кислотности (pH>7) - солонцы и солонцеватые почвы:
  1. Плохие физические свойства – при поступлении влаги набухают и заплывают, при высыхании твердеют, растрескиваются, образуются глыбы
  2. Затруднена механическая обработка почвы
  3. Корневой системе трудно проникать вглубь почвы
  4. Щелочная среда вредна для культурных растений

Результат – низкая урожайность культурных растений

Оптимальная кислотность почв для некоторых растений (значение pH)
  • Щелочная почва (pH = 7.0 ... 7.5) - сахарная свёкла, капуста, конопля, люцерна
  • Нейтральная почва (pH около 7.0) - пшеница, ячмень, кукуруза, бобовые, большинство овощных
  • Почва близкая к нейтральной (pH = 6.5 ... 7.0) - рожь, овёс, просо, гречиха, томаты, редис
  • Слабокислая почва (pH = 6.0 ... 6.5) - лён, картофель, чай
Питание растений
Основы агрохимии
Что такое агрохимия?

Агрохимия - наука, изучающая круговорот питательных веществ в земледелии, взаимоотношения между растением, почвой и удобрениями, а также способы регулирования питания сельскохозяйственных культур для повышения их урожайности и улучшения качества урожая

Основные законы агрохимии

Юстус фон Либих (1803-1873)


  1. Растения питаются МИНЕРАЛЬНЫМИ веществами (т.е. растения являются автотрофами), органические вещества прежде чем стать доступными для питания растений должны пройти процесс минерализации
  2. Для поддержания урожайности на полях необходимо компенсировать вынос минеральных веществ урожаем – осуществить ВОЗВРАТ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
  3. Все минеральные вещества решают свои уникальные задачи, невозможно заменить одно минеральное вещество другим. Следствие – ЗАКОН ПЕРВОГО МИНИМУМА (бочка Либиха)
Закон первого минимума, или "бочка Либиха"
Элементы питания растений
  1. Макроэлементы - азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо. Содержание каждого макроэлемента составляет от процентов до сотых долей процента массы растения
  2. Микроэлементы - бор, марганец, молибден, медь, цинк, кобальт, ванадии. Микроэлементы составляют от тысячных до стотысячных долей процента массы растения
  3. Ультрамикроэлементы - кремний, натрий, хлор. Составляют миллионные доли процента массы растений
Содержание основных макроэлементов в картофеле
Органогены и зольные элементы
В состав углеводов, жиров и безазотистых органических кислот обязательно входят углерод, кислород и водород. В состав белков и аминокислот обязательно входит ещё и азот. Эти вещества называются ОРГАНОГЕНАМИ и составляют порядка 95% сухого вещества растений.
Азот является единственные органогеном, получаемым растениями при помощи корневого питания. Остальные органогены являются продуктами фотосинтеза - воздушного питания.

Остальные макро и микроэлементы являются ЗОЛЬНЫМИ элементами
Химическая мелиорация
Мероприятия, направленные на нормализацию кислотно-щелочного баланса почвы
Типы почвы по кислотности
Для большинства культур оптимальной является нейтральная или близкая к нейтральной почва
Оптимальная кислотность почвы для некоторых растений
Картофель является культурой толерантной к слабокислой почве, оптимальной является близкая к нейтральной почва.
Известкование кислых почв

1.Для известкования чаще всего применятся доломитовая мука, содержащая кальций и магний (CaCO3, MgCO3)

2.Максимальный эффект достигается на 2-3 год после проведения известкования

3.Действие сохраняется до 10 лет, но повторное известкование можно провести раньше, после появления первых признаков закисления почвы

4.Вносить лучше осенью под зяблевую вспашку

5.Для культур толерантных к слабокислым почвам (картофель), норму внесения можно уменьшить в 1.5 раза

Нормы внесения доломитовой муки
В таблице приведены рекомендуемые нормы внесения доломитовой муки для разных типов почв (т/га).
Для толерантных к повышенной кислотности культур (в т.ч. картофель), рекомендуется вносить 2/3 от табличной нормы
Гипсование щелочных почв

1.Гипс, фосфогипс, глиногипс – с содержанием CaSO4

2.Норма внесения от 3 до 10 тонн на га.

3.Способы внесения – культиватором, под вспашку, под глубокую вспашку (в зависимости от глубины залегания солонца)

4.Эффективность гипсования повышается на полях с орошением

5.Дополнительный эффект от гипсования – улучшение питания растений кальцием и серой

Азот
Значение азота в питании растений
  1. Углерод, водород, кислород и азот – органогены (необходимы для формирования белков, жиров и углеводов)
  2. Азот - единственный органоген, который растения получают из почвы, а не в процессе фотосинтеза
  3. Азот входит в состав хлорофилла (без которого невозможен процесс фотосинтеза), ферментов, нуклеиновых кислот, цитоплазмы и ядра клеток и т.д.
  4. Без азота невозможен синтез аминокислот и, как следствие, белков
Последствия дефицита азота

1.Уменьшается количества хлорофилла, как следствие:

  • Снижается интенсивность фотосинтеза
  • Растения отстают в росте
  • Появляется измельчание и пожелтение листьев (хлороз)
  • Образуются короткие и тонкие побеги

2.Плоды становятся мелкими, рано осыпаются

3.Снижается количество белка в плодах

Особенности азотного питания

В воздухе на 1 га пашни приходится около 80 тыс. т. азота!!!

  1. Атмосферный азот доступен только бобовым культурам, которые получают его при помощи клубеньковых бактерий
  2. Остальные растения получают азот из почвы в виде ионов солей азотной кислоты и аммония
  3. В современном сельском хозяйстве применяется азотная внекорневая подкормка минеральными удобрениями (слабый раствор мочевины) и биоудобрениями
  4. Азот обладает высокой мобильностью в почве, коэффициенты использования:
  • 1-й год 60-70%,
  • 2-й год 3-5%.
Движение азота в растениях
Нитратные удобрения

Кальциевая и натриевая селитры

  1. Натриевая селитра NaN03 (Чилийская селитра) – содержание N2 15-16%
  2. Кальциевая селитра CaNO3 – содержание N2 13-15%
  3. Вносятся под весеннюю вспашку
  4. При постоянном внесении могут подщелачивать почву
  5. Можно вносить под все культуры
Карбамид (мочевина)
  1. Мочевина (карбамид) СО(NH2)2 – 45-46% N2
  2. Быстрая аммонификация в почве (2-3 дня)  - NH4+
  3. При внесении в почву необходимо оперативно заделать в глубь
  4. Возможно использовать для основного внесения и подкормки, в том числе внекорневой (0,5% раствор)
  5. Входит в состав КАС (карбамидно-аммиачных смесей)
Фосфор
Значение фосфора в питании растений
  1. Наибольшее количество фосфора содержится в репродуктивных, а также молодых быстрорастущих органах растений
  2. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов и т.д.
  3. Без фосфора невозможны дыхание и фотосинтез (в т.ч. синтез азотосодержащих органических веществ)
  4. Фосфор способствует повышению хладостойкости, ускорению развития и созревания
  5. Способствует развитию корневой системы, повышает снабжение питательными веществами и влагой
Последствия дефицита фосфора
  1. Замедляется рост растений, задерживается созревание, снижается урожайность и качество плодов (например, содержание крахмала)
  2. Недостаток фосфора на ранних этапах негативно влияет на развитие корневой системы и его невозможно компенсировать последующими подкормками
  3. 3.Основной симптом дефицита фосфора - красноватые или фиолетовые пятна на листьях (антоцианоз)
Особенности фосфорного питания и внесение фосфорных удобрений под картофель
  1. В растениях фосфор преимущественно накапливается в репродуктивных органах. Как следствие ежегодно в больших количествах отчуждается с поля с урожаем
  2. В почве содержится достаточно большое количество фосфора, но в недоступных для растений формах

Следовательно - для восполнения запасов доступных форм фосфора в почве требуются его регулярные внесения в больших количествах


  1. В почве фосфор малоподвижен, его необходимо вносить в глубокие слои осенью и под весеннюю вспашку, а также при посадке
  2. Возможна внекорневая подкормка специальными удобрениями
  3. Коэффициенты использования:
  • 1-й год 15-30%,
  • 2-й год 10-15%.
  • 3-й год 5-10%

Вносить фосфорные удобрения под картофель рекомендуется дробно:

  1. 70-80% от нормы внесения под зяблевую или раннюю весеннюю вспашку с глубокой заделкой в почву
  2. Оставшиеся 20-30% от нормы внесения при посадке - непосредственно в лунку или борозду
Фосфорные удобрения
  1. Суперфосфат (15-20%)
  2. Двойной суперфосфат (42-49%)
  3. Преципитат (35-41%)
  4. Томасшлак (14-20%)
  5. Термофосфаты (18-34%)
  6. Обесфторенный фосфат (30-36%)
  7. Фосфоритная мука (19-30%)
Калий
Значение калия в питании растений
  1. Калий не входит в состав органических веществ (зольный элемент)
  2. Калий необходим для фотосинтеза
  3. Преимущественно калий содержится в вегетативных органах растений. Поскольку клубни картофеля являются вегетативными органами, то с картофелем осуществляется большой вынос калия с поля
  4. Калий повышает устойчивость растений к засухе, заморозкам, болезням
Последствия и симптомы дефицита калия

Последствия дефицита калия

  1. Замедляется синтез белка
  2. Уменьшается плодоношение

Симптомы

  1. Листья становятся тёмно-зелёные, слегка вогнутые
  2. На нижнем ярусе образуется краевой запал, мелкие ржавые пятна
  3. На листьях картофеля появляется бронзовый налёт, в клубнях отмечается потемнение мякоти
Калийные удобрения

Наиболее распространённые калийные удобрения

  1. Хлористый калий (58-62%)
  2. Калиевая селитра (46% K2O + 13% N2)
  3. Сульфат калия (45-48%)
  4. Калимагнезия (29% К20 + 9% MgO)
  5. Серые калийные соли (сильвинит, каинит 10-15%)
  6. Промышленные отходы (цементная пыль, нефелиновые хвосты 5–30%)
  7. Зола
Зола - ценный источник калия и других зольных элементов питания
Зола является естественным источником многих элементов питания. Состав золы сильно зависит от исходного материала из которого она получена
Особенности калийного питания и внесения калийных удобрений под картофель
  1. Калий накапливается в вегетирующих органах, т.е. сохраняется в растительных остатках
  2. При выращивании картофеля растительные остатки должны полностью удаляться
  3. Клубни картофеля, также являющиеся вегетирующими органами, содержат много калия и полностью удаляются с поля

Картофель является культурой, требующей большого внесения калийных удобрений для восполнения отчуждаемых с поля объёмов


Внесение

  1. Хлористый калий вносится только осенью!!!
  2. Калиевая селитра – под весеннюю вспашку
  3. Возможна внекорневая подкормка специальными удобрениями

Коэффициенты использования действующих веществ калийных удобрений:

  • 1-й год 60-70%,
  • 2-й год 10-15%,
  • 3-год 5-10%.
Кальций
Значение кальция в питании растений
  1. Содержится во всех растительных клетках, является строительным материалом для клеточных стенок
  2. Участвует в фотосинтезе, усиливает обмен веществ в растениях
  3. Положительно влияет на активность ферментов

Значение кальция как строительного материала стенки клеток

  1. 90% Кальция входит в структуру клетки.
  2. При дефиците кальция стенки клеток становятся непрочными, возрастает их проницаемость облегчается доступ в клетку для патогенных бактерий, грибов и т.д.
  3. Потребность картофеля в кальции - минимум 80 кг CaO/га
Последствия и симптомы дефицита кальция

При дефиците кальция

  1. Ухудшается развитие корней – отмирают корневые волоски, наблюдается ветвистость корней, появляется ржавость мякоти клубней
  2. Замедляется рост надземных органов, уменьшаются листья, на них появляются хлороз и некроз
  3. Понижается имунный статус - снижается устойчивость растений к болезням
Особенности кальциевого питания и внесения кальция под картофель
  1. Кальций в растениях не реутилизируется – симптомы недостатка кальция в первую очередь видны на молодых листьях
  2. Наибольшее количество кальция содержится в листьях и стеблях, меньше в плодах
  3. Эффективно вносить кальций при химической мелиорации (известковании почвы) в виде доломитовой муки
  4. Доломитовая мука вносится осенью под зяблевую вспашку с глубокой заделкой в почву
  5. Эффект от известкования наблюдается до 10 лет, достигая максимуму на 2-3 год после внесения
  6. На почвах не требующих известкования кальций рекомендуется вносить под весеннюю вспашку в виде кальциевой селитры (Ca(NO3)2)
Магний
Значение магния в питании растений
  1. Входит в состав хлорофилла, играет важную роль в процессе фотосинтеза
  2. Участвует в углеводном обмене и передвижении фосфора
  3. Влияет на различные ферменты
Последствия и симптомы дефицита магния
  1. Понижается содержание хлорофилла, снижается интенсивность фотосинтеза
  2. Появляется мезжилковый хлороз с некрозами (мраморовидность листьев)
  3. Листья желтеют, преждевременно опадают
Особенности магниевого питания и внесения магния под картофель
  1. Магний в растениях реутилизируется – может перемещаться из старых органов растений в молодые. Поэтому симптомы недостатка магния в первую очередь видны на старых листьях
  2. От недостатка магния снижается качество и количество урожая
  3. Эффективно вносить магний при химической мелиорации (известковании почвы) в виде доломитовой муки
  4. Доломитовая мука вносится осенью под зяблевую вспашку с глубокой заделкой в почву
  5. Эффект от известкования наблюдается до 10 лет, достигая максимуму на 2-3 год после внесения
  6. На почвах не требующих известкования магний рекомендуется вносить под весеннюю вспашку в виде калимагнезия (K2O, MgO)
Органические удобрения
Особенности органических удобрений
  1. К органическим удобрениям (далее ОУ) относятся навоз, торф, птичий помет, различные компосты, перегной, биогумус
  2. ОУ содержат как органические вещества, так и азот, фосфор, калий, кальций и другие элементы питания, а также микроорганизмы
  3. ОУ положительно влияют на характеристики почвы, повышают её буферность
  4. Питательные вещества становятся доступны после минерализации, действие сохраняется в течение 3-4 лет
  5. Содержание питательных веществ в ОУ меньше, чем в минеральных удобрениях
Гумификация и минерализация органического вещества

Процесс гумификации и минерализации в естественной среде продолжается несколько лет и состоит из трёх этапов:

  1. Быстрое разложение с образованием азотосодержащих гумусовых кислот
  2. Расщепление гумусовых кислот и образование их солей
  3. Медленная гумификация и минерализация
Использование навоза - состав и стадии разложения навоза

Примерный состав свежего навоза


  1. Свежий – содержащаяся в навозе солома без изменений
  2. Слаборазложившийся – солома незначительно изменилась
  3. Полуперепревший – солома тёмно-коричневая
  4. Перепревший – солома полностью разложилась, навоз однородная мажущаяся масса
  5. Перегной – рыхлая землистая масса

Свежий и Слаборазложившийся навозы могут быть токсичны для растений, их вносить нельзя (!!!) 

В процессе доведения навоза до стадии Перепревший и Перегной происходят большие потери питательных веществ.

Оптимальным для внесения является Полуперепревший навоз

Способы хранение навоза
Наиболее популярен рыхлый режим хранения навоза
  1. К его преимуществам относятся высокая скорость получения полуперегнившего навоза (через 2-3-месяца после закладки свежего навоза) и высокая эффективность очистки от большинства патогенов, сохранившихся в свежем навозе (за счёт высокотемпературного режима хранения)
  2. При этом он сопровождается максимальными потерями питательных веществ
  3. Для снижения негативных последствий рыхлого способа хранения, при закладке на хранение можно внести фосфоритную муку  из расчёта 3% от веса закладываемого навоза
Внесение полуперепревшего навоза

Примерные коэффициенты использования растениями питательных веществ из полуперепревшего навоза


  1. Лучше всего вносить осенью под зяблевую вспашку
  2. После разбрасывания по полю необходимо сразу закопать:
  3. В засушливых районах и/или на лёгких почвах вносить на глубину 20-25 см, на тяжёлых и/или влажных почвах на глубину 10-15 см
  4. Полуперепревший навоз можно добавлять в лунку при посадке.
Сидераты - зелёное природное удобрение
  1. В качестве "зелёного удобрения" обычно спользуют бобовые культуры - люпины, донник, озимая вика, озимый горох…
  2. Усваивают азот из воздуха (клубеньковые бактерии)
  3. За счёт развитой корневой системы улучшают структуру почвы
  4. Получают фосфор и калий из труднодоступных слоёв и повышают их доступность
  5. Для получение эффекта необходимо закопать зелёные побеги сразу после начала цветения и дождаться их минерализации
  6. Одна тонна зелёной массы сидератов по эффективности сопоставима с одной тонной навоза

Использование в качестве сидератов некоторых бобовых культур (например, люпина и донника) позволяет не только повысить содержание в почве питательных веществ, но и посредством биофумигации очистить почву от патогенных организмов - бактерий, грибов, нематод.

Расчёт норм и сроков внесения
Шаг 1 - Химическая мелиорация
Нормы внесение извести или доломитовой муки при известковании разных типов почв для выращивания картофеля (в кг. на сотку или центнеров на гектар)
Шаг 2 - Определение потребности в питательных веществах

Примерный вынос питательных веществ картофелем в кг д.в. на 1 тонну полученной продукции


Объём потребности питательных веществ A = d x e, где

A - объём потребности питательных веществ для достижения планируемой урожайности (кг/га)

d - вынос питательных веществ данной культурой (кг/тонну - см. таблицу со справочными данными о выносе питательных веществ картофелем)

e - планируемая урожайность (тонн/га)


Например, при планируемой урожайности картофеля 500 ц/га на каждый гектар надо внести (в кг. д.в.):

  1. Азот - 250 кг.
  2. Фосфор - 125 кг.
  3. Калий - 350 кг.
  4. Кальций - 175 кг.
  5. Магний - 50 кг.
Шаг 3 - Расчёт уже имеющиеся в почве доступные формы питательных веществ

Примерные коэффициенты использования действующих веществ удобрений за первые три года после внесения


При наличии результатов агрохимического анализа почвы или данных о внесении органических и минеральных удобрений в предыдущие годы можно произвести оценку количества имеющихся в почве элементов питания в доступной для растений форме

Шаг 4 - Расчёт необходимого к внесению количества д.в. 
Определяем объём необходимых к внесению действующих веществ = Общая потребность в действующих веществах для достижения планируемой урожайности (Шаг 2) минус объём уже имеющихся в почве питательных веществ в доступных для растений формах (Шаг 3)
Шаг 5 - Выбор удобрений и расчёт их объёмов

При расчёте количества необходимых к внесению удобрений необходимо учитывать:

  1. Необходимое к внесению количество действующего вещества (Шаг 4)
  2. Состав вносимого удобрения (содержание действующих веществ)
  3. Коэффициент использования действующих веществ в первый год:
  • азот - 60%
  • фосфор - 20%
  • калий - 60%
  • кальций - 50%

Например - одна тонна Карбамида (мочевины), содержащая 49% азота с учётом коэффициента использования азота в первый год 60% в первый год даст 294 кг. действующего вещества в доступной для растений форме.

1000 * 0.49 * 0.6 = 294

Шаг 6 - Составление календаря внесений

При составлении календаря внесений необходимо учитывать рекомендации по внесению различных типов минеральных удобрений.

При выращивании картофеля рекомендуется придерживаться следующих правил:

  1. Внесение органических удобрений и химическую мелиорацию проводить осенью под зяблевую вспашку с быстрой заделкой вносимых удобрений в почву
  2. Азотные удобрения вносить при посадке, а также в виде внекорневой подкормки. Калиевую и кальциевую селитру вносить под раннюю весеннюю вспашку
  3. Фосфорные удобрения вносить дробно - 80% нормы под зяблевую и/или весеннюю вспашки, 20% в лунку при посадке
  4. Хлористый калий вносить осенью под зяблевую вспашку, калиевую селитру под раннюю весеннюю вспашку
Форма для закрепления пройденного материала и самотестирования №1