Агрохимический анализ почвы: что важно знать аграрию?

У агрохимического анализа почв нет временных рамок и ограничений. Это именно то мероприятие, которое следует проводить ежегодно, чтобы иметь представление о физико-химических свойствах почвы на сельскохозяйственных полях, в эпоху дефицита удобрений – иметь возможность выполнить грамотный расчет по их внесению для получения стабильных урожаев с одновременной оптимизацией расходов хозяйства.

Эксперты лаборатории «АгроПлем» в рамках вебинара, организованного «ЕвроХим» ответили на вопросы, касающиеся особенностей проведения агрохимического анализа почвы, в частности, зачем определять органическое вещество в почве, почему рН является необходимым параметром для анализа, в чем заключается проблема доступности фосфора, так ли неоднозначен калий, как о нем говорят, актуальные российские методы определения фосфора и калия в почве.

Агрохимический анализ почвы – проводится для определения степени обеспеченности почвы основными элементами минерального питания, определения механического состава почвы, водородного показателя и степени насыщения органическим веществом, т. е. тех элементов, которые определяют ее плодородие и могут внести значительный вклад в получение качественного и количественного урожая.

Срок отбора проб полностью зависит от тех задач, которые ставит перед собой сельхозпредприятие. В основном агрохимическое обследование проводится во второй половине лета – начале осени. Осенью удобно определять основные показатели плодородия почвы: органическое вещество, содержание макро-, мезо- и микроэлементов.

Для решения специальных задач, определения содержания дозы азота для ранневесенней подкормки озимых, либо если основной тур агрохимического обследования не проводился с осени, выполняется весенний пробоотбор. Как отметили эксперты, технологически удобнее отбирать пробы осенью.

Если изначально принято решение выполнять анализ почвенных проб весной, то и в последующие годы отбор следует проводить исключительно в весенний период.

Для чего это требуется? У хозяйства должна быть возможность сопоставить результаты и провести их сравнительный анализ. Почвы, отобранные для анализа в апреле и пробы, выполненные в июне – разительно отличаются друг от друга. Поэтому для лучшей ориентированности в результатах и возможности выполнения сравнительных показателей эксперты «АгроПлем» рекомендуют выполнять анализ в один и тот же период года.

Гумус – сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков в почве.

Гумус подразделяется на негумусовые вещества (органические остатки и промежуточные продукты их разложения, на долю которых приходится 10-15% массы гумуса) и гумусовые вещества (образуют 85-90% массы гумуса).

Если осенью определять содержание элементов, в частности азота, органические остатки (стерня) за зиму преобразуются из негумусовых веществ в гумусовые. Следовательно, органическое вещество в почве повыситься и изменит содержание элементов питания. Поэтому если делать отбор проб в осенний период, необходимо понимать, что за зиму почва «напитается» органическими веществами.

Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений. Различают три группы гумусовых веществ: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины. Это разные соединения, работающие по разному принципу, но и те и другие при их высоком содержании оказывают положительное влияние на плодородие почвы. И чем выше этих составляющих в почве, тем выше плодородие почвы.

Гуминовые кислоты – темноокрашенные высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения. В воде не растворимы (растворяются только в растворах щелочей). В состав гуминовых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и некоторое количество зольных элементов. рН – составляет 3,0.

Гуматы – соли гуминовых кислот, образующихся при взаимодействии гуминовых кислот с минеральной частью почвы.

Фульвокислоты – светлоокрашенные высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Хорошо растворяются в растворах кислот, щелочей и в воде. В состав входят углерод, кислород, водород.

Растворы фульвокислот в воде сильнокислые (рН 2,6-2,8), благодаря этому они энергично разрушают минеральную часть почвы.

Фульваты – соли фульвокислот, образующие с катионами металлов почвы.

Гумины – это комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почвы и частично разложившиеся растительные остатки, утратившие анатомическое строение и обладающие устойчивыми к минерализации компонентами, прежде всего лигнином (детритный гумин).

Живое органическое вещество – живые организмы почвы (высшие зеленые растения, микроорганизмы, почвенные животные).

Стабильные гумусовые вещества – консервативные соединения (гумусовые кислоты, гумин и т.д.), которые обновляются в течение десятков, сотен и даже тысяч лет и определяют типовые признаки почв.

Лабильные органические вещества (ЛОВ), процент гумуса, который участвует в обменных процессах. Это именно та часть гумуса, которая минерализуется и тем самым в процессе минерализации выдает нам из собственного состава некоторое количество минерального питания в свободной форме.

Дефицит лабильной формы органики приводит к деградации почвы. Отсутствие органических удобрений, полное очищение поверхности от пожнивных остатков, отсутствие оценки состояния почв, приводит к обесструктуриванию почв, что можно наблюдать по дефициту лабильных органических веществ.

Лабильные органические вещества – наиболее динамичная и доступная растениям часть органического вещества почвы. Время практически полного разложения ЛОВ исчисляется месяцами, годами, десятилетиями.

ЛОВ в почве представлено следующими веществами:

Легкоразлагаемое органическое вещество (ЛРВ):

• неразложившиеся остатки растений и животных;
• разлагающиеся органические остатки (детрит);
• органические удобрения;
• продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и растений (низко- и среднемолекулярные углеводы, аминокислоты, пептиды, пурины и другие неспецифические соединения).

Лабильное гумусовое вещество (ЛГВ):

• новообразованные гуминовые и фульвокислоты, непрочно связанные с минеральной частью почв.

Дефицит лабильных форм органического вещества в почвах определяет состояние так называемой выпаханности, т.е. резкое ухудшение питательного режима и структурного состояния. Поэтому первоочередное значение приобретают мероприятия, направленные на поддержание в почве определенного количества именно лабильного органического вещества.

Если под культуру необходимо 200 кг азота, при этом известно, что содержание гумуса в почве составляет 5%, то количество азота согласно формуле получается 80 кг/га. На почвах с высоким содержанием органики – 80 кг/га ежегодно минерализуется. Это тот азот, который выходит из лабильного органического вещества и может быть потреблен растениями.

В зонах с низким содержанием органики (дерново-подзолистые почвы, в которых содержится до 1% органического вещества), количество азота будет всего 16 кг/га.

Рекомендации по определению количества азота в почве

Азот является очень подвижным элементом, с возможностью перехода из одной формы в другую, легко вымывается из почв в регионах с высокими показателями почвенной влаги.

Ряд предприятий при севе озимых культур, проводят оперативный пробоотбор для определения количества азота в почве. Анализ позволяет определиться, необходимо ли дополнительное внесение азота под озимые культуры или нет.

Являясь подвижным элементом, к отбору почв для проведения анализа на определение азота предъявляются особые требования (особенно при весеннем его определении):

• отбор проб должен проводиться максимально оперативно (нельзя растягивать отбор на несколько дней/недель);
• оперативная доставка проб в лабораторию, желательно при низких положительных температурах (либо в открытом кузове машины, либо в автомобильном холодильнике с хладагентами).

Почему именно в охлажденном виде?

Большое влияние на количественные показатели азота оказывают микроорганизмы, которые участвуют в процессе минерализации, нитрификации, азотфиксации и амонификации. Все эти процессы могут приостановить низкие температуры, при которых сразу же останавливается развитие микроорганизмов, а также приостанавливается процесс перехода азота из одной формы в другую.

Наиболее популярным на сегодняшний день в России является Метод Тюрина в различных модификациях, среди зарубежных – метод Уолклэй-Блэка. Эти методы, как правило, основаны на окислении органического углерода и его определении, последующем пересчете на органическое вещество с использованием хромовой смеси и серной кислоты.

Методы сжигания, которые также наиболее часто применяются в США, Канаде и Европе, в России слабо представлены, но набирают определенный процент заказчиков. Почему это популярно? Это повышенная точность метода, сокращение времени на проведение анализа (7 минут анализируется одна проба), позволяет проанализировать не только органический углерод, но и общий азот одновременно.

Методы отличаются друг от друга точностью, чувствительностью, достоверностью получаемых результатов. Когда речь идет про методы для органического вещества, скорее нужно делить на минеральные горизонты почв и органогенные горизонты почв. Метод Сжигания точно подходит для органогенных горизонтов, где более 15% гумуса может быть из-за торфа, если мы говорим про минеральные горизонты, то подходят и стандартные методы и метод Сжигания.

рН солевой характеризует степень нуждаемости почвы в известковании. рН солевой, прежде всего, определяют для кислых почв. рН солевой является более постоянным показателем в сравнении с рН водным, потому что в течение вегетационного периода он подвержен сильным изменениям.

рН почвы влияет на:

• растворимость и доступность элементов питания растениям;
• деятельность почвенной микрофлоры, и, следовательно, на минерализацию органических веществ;
• рост и развитие растений.

Актуальная кислотность почвы (рН H₂O) – величина неустойчивая, сильно изменяющаяся в течение вегетационного периода, поэтому наиболее целесообразно определять как рН H₂O, так и рН сол (KCL).

Если почва обладает обменной кислотностью, то рН H₂O > рНсол

Если почва не обладает обменной кислотностью, то рН H₂O = рНсол

рНсол (KCL) характеризует нуждаемость почвы в известковании.

Нг – гидролитическая кислотность используется для расчета доз извести, необходимых для нейтрализации кислотности почвы.

Влияние фосфатов алюминия и железа

Прямое влияние рН – изменение биологических и физиологических процессов, протекающих в клетках и тканях растений, косвенное – изменение содержания и степени подвижности элементов питания в почве.

рН оказывает значительное влияние на поведение фосфатов алюминия, железа и кальция. В кислых почвах гидроксиды железа и алюминия, взаимодействуя с фосфат-ионами, образуют ряд сложных слаборастворимых и практически недоступных растениям соединений.

В щелочных почвах (южные черноземы, каштановые почвы, сероземы) по мере повышения рН ион OH могут вытеснять РО4 из аморфных фосфатов железа и алюминия, переводя их в растворимую форму.

Процессы превращения обменно поглощенных фосфатов в химически связанные минеральной частью почвы нерастворимые фосфаты протекают довольно медленно с образованием ряда метастабильных фосфатов, что позволяет растениям в определенном промежутке времени использовать обменные фосфаты.

Фосфаты кальция

В зависимости от степени кислотности почвы нерастворимые апатиты, присоединяя ионы водорода, частично или полностью переходят в слаборастворимые и растворимые фосфаты.

Высокое содержание алюминия в почвенном растворе сильнокислых почв вызывает образование нерастворимых алюмофосфатов (AlPO₄), и как следствие, создается недостаток фосфора для растений. Кроме того, алюминий, адсорбируясь на поверхности корней, инактивирует часть фосфора, поглощаемого растениями. Положительная роль фосфора при этом заключается в том, что он частично связывает алюминий в ризосфере, способствует иммобилизации его на поверхности корневой системы, снижает поступление в клетки и тем самым улучшает обмен веществ в растениях.

Следует учитывать, что при рН>5 алюминий осаждается в почве в виде Al(ОН)₃ и меньше взаимодействует с фосфат-ионами.

Влияние катионного состава

Большое влияние на доступность растениям труднорастворимых фосфатов оказывает катионный состав.

Металлы с переменной валентностью (Fe, Mn и др.) образуют фосфаты с рыхлокристаллической решеткой, благодаря чему при переменных условиях аэрации (ОВП) в почве фосфаты железа и марганца, в отличие от алюминия, менее окристаллизованы, более растворимы и лучше доступны растениям.

В кислых почвах большая часть фосфора связана полуторными оксидами алюминия и железа. В нейтральных и карбонатных почвах преобладают фосфаты кальция и магния. В нейтральных и слабощелочных карбонатных почвах также преобладают фосфаты кальция и магния.

Наиболее высокая доступность фосфатов почвы и вносимых удобрений растениям обычно наблюдается при реакции среды, близкой к нейтральной (рН 6-7).

Подкисление почвы, связанное как с систематическим применением физиологически кислых удобрений, вымыванием кальция и отчуждением его с урожаем, так и прощелачиванием на переизвесткованных почвах, приводит к снижению доступности фосфора растениям и урожайности.

Пути оптимизации фосфорного питания растений:

1. Локальное (точное) внесение удобрений;
2. Контроль и поддержка оптимального уровня рН почвы. Каждый из элементов питания работает максимально в некотором своем диапазоне рН. Как правило, почвы нейтральные и слабокислые – это как раз рН от 6 до 7 – это самые лучшие условия для потребления всех элементов питания. Если рассматривать только фосфор, то он хуже работает при рН почвы меньше 5 и больше 8 (кислые и щелочные почвы). Поэтому, если почвы находятся именно в этом диапазоне, то сразу нужно оптимизировать рН, далее анализировать, как потребляются элементы питания.
3. Использование системы внекорневых подкормок. Может рассматриваться в качестве дополнительного фосфорного питания.

Выбор методики определения P₂O₅ зависит от химических форм фосфора.

Между формами калия установлено динамическое равновесие и если растение потребляет водорастворимый калий, то его количество восполняется за счет обменного, а обменный калий через какое-то время будет компенсирован необменным гидролизуемым (фиксированным) калием, а также за счет необменного калия первичных минералов.

Из-за такой динамики калия в почве находится больше, чем азота в 5-50 раз, а фосфора 8-40 раз. Больше калия в черноземах, меньше в дерново-подзолистых почвах.

Калий подвижен и подвержен вымыванию, причем не только из почвы, но и из самого растения во время дождей.

Может ли фермер сам отобрать пробы:

Самостоятельно отобрать пробы можно, однако необходимо следовать определенным требованиям и ГОСТу. Есть специализированные ГОСТ на отбор проб с использованием ручного пробоотборника, с использованием лопаты.

Для получения максимально точных результатов необходимо выполнить не менее пяти уколов единичных проб с каждой зоны поля с формированием объединенной пробы.

Глубина отбора равна глубине пахотного слоя (30 см). Если пахотный слой меньше (северные регионы) – 22-25 см.

Для выполнения анализа требуется определенное количество почвы: для агрохимии – 0,5 кг, для грансостава – 1 кг, для проведения почвенной микробиологии – до 3 кг. Перед отправкой в лабораторию почва должна быть просушена. Для этого ее необходимо поместить в неотапливаемое помещение, исключив попадание прямых солнечных лучей. Данная мера не касается отбора пробы для определения количественного состава азота.