Влияние реакции почвенного раствора на урожайность сельскохозяйственных культур

Химические и физические процессы в почве, а следовательно, и условия питания растений во многом зависят от реакции почвенного раствора, которая определяется соотношением в нем ионов Н+ и ОН–. Если концентрация их одинакова, то реакция почвенного раствора будет нейтральной, в случае преобладания катионов H+ – реакция кислая, а анионов ОН– – щелочная.

Нейтральной принято считать реакцию, при которой концентрация ионов Н+ и ОН- в дистиллированной воде будет равна 1·10-7. Произведение концентраций этих ионов для воды является величиной постоянной 1·10-14. Для удобства реакцию среды выражают в виде отрицательного логарифма концентрации (точнее активности) ионов водорода и обозначают символом рН. Таким образом, рН 7 соответствует нейтральной реакции, рН ниже 7 – кислой и рН выше 7 – щелочной.

Растения предъявляют различные требования к реакции почвенного раствора. Для большинства из них оптимум рН среды находится около 7,0, однако нормальное их развитие возможно в довольно широком диапазоне: от 4,5-5,0 до 6,5-7,5 рН (табл. 28; Авдонин Н.С., 1982).

Таблица 28. Оптимальные значения реакции почвенного раствора для сельскохозяйственных культур Оптимальный Оптимальный Культура Культура интервал рН интервал рН

 Рожь 5,5-7,5 Фасоль 6,4-7,1 Овес 5,0-7,7 Бобы 5,0-7,0 Пшеница 6,0-7,5 Вика 6,0-6,8 Ячмень 6,8-7,5 Люпин 4,0-6,0 Кукуруза 6,0-7,0 Чечевица 5,5-7,2 Сорго 7,0-7,5 Картофель 5,0-5,7 Просо 5,5-7,5 Турнепс 6,0-6,5 Рис 4,0-7,5 Свекла кормовая 6,2-7,5 Гречиха 4,7-7,5 Свекла сахарная 7,0-7,5 Соя 6,5-7,1 Морковь 5,5-7,0 Горох 6,0-7,0 Брюква 4,8-5,5 Сераделла 5,4-6,5 Подсолнечник 6,0-6,8 Редис 5,5-7,3 Лен 6,0-6,5 Конопля 7,0-7,5 Кенаф 6,0-7,3 Хлопчатник 5,5-7,3 Мак 6,8-7,2 Цикорий 6,8-6,5 Капуста 6,0-7,4 Помидоры 6,3-6,7 Огурцы 6,4-7,0 Салат 6,0-6,5 Лук 6,4-7,9 Люцерна 7,0-8,0 Чай 4,5-6,0 Клевер 6,0-7,0 Тимофеевка 5,0-6,5 Костер 7,0-7,5 Лисохвост 5,3-6,0

Реакция почвенного раствора оказывает на растение прямое и косвенное действие. Прямое действие заключается в нарушении коллоидно-химических свойств протоплазмы растительных клеток, неблагоприятном изменении концентрации органических кислот в клеточном соке, нарушении белкового обмена и торможении синтеза белка, изменении адсорбции и поглощения растениями ионов.

Косвенное воздействие реакции почвенного раствора выражается влиянием не на само растение, а на условия, от которых зависит его нормальное состояние. Среди этих условий, в первую очередь, следует отметить влияние рН на жизнедеятельность почвенной микрофлоры и свойства почвы, а также характер поступления анионов и катионов в растения (рис. 51; Полевой В.В., 1989).

Подкисление почвы резко снижает фиксацию атмосферного азота свободноживущими почвенными микроорганизмами и клубеньковыми бактериями бобовых растений. При низких значениях рН ингибируется процесс азотфиксации

Рис. 51. Влияние рН на доступность минеральных элементов для растений свободно живущими почвенными микроорганизмами и клубеньковыми бактериями, что снижает обеспеченность растений азотом. Реакция почвенного раствора имеет важное значение и при поглощении растениями фосфора, т. к. при постепенном подщелачивании среды в почве начинают преобладать не одновалентные фосфаты (Н2РО4–), а слаборастворимые двухвалентные (НРО42–) и, наконец, практически нерастворимые трехвалентные (РО43–). Одна из причин угнетающего действия кислотности на растения – затруднения кальциевого питания. Водородные ионы не только задерживают поступление кальция в растение, но и вытесняют из него уже поглощенный. Вытеснение ионов кальция ионами водорода происходит из-за более высокой энергии поглощения последнего адсорбирующей поверхностью корневой системы. Подкисление почвенного раствора снижает доступность растениям молибдена и повышает доступность бора. На кислых почвах растворимых форм железа более чем достаточно, а на карбонатных – его часто не хватает, вследствие чего у растений появляется хлороз листьев. Аналогичное явление наблюдается и с марганцем. На почвах с нейтральной и щелочной реакцией он находится в окисленной форме и слабо доступен растениям. На кислых почвах, наоборот, подвижные формы марганца находятся в избытке и вредят растениям. При кислой реакции ухудшается питание растений калием, магнием, серой, кобальтом, медью и цинком.

Азотное питание растений одинаково ухудшается как при подкислении, так и подщелачивании почвы. Особенно тесно с реакцией почвенного раствора связана обеспеченность почв подвижными формами алюминия. Чем кислее почва, тем больше в ней подвижных форм алюминия, которые сами могут действовать на растение токсически, отравляя его, т.к. интенсивно поступают в растение при кислой рН. Кроме того, благодаря гидролитическому распаду алюминий может служить источником свободных кислот в почве:

AlCl3 + 3H2 3 + 3HCl

Растения — это не пассивные потребители питательных веществ. Они способны самостоятельно регулировать реакцию почвенного раствора в прикорневой зоне, подстраивая среду под свои нужды. Хотя исходный pH почвы влияет на скорость поглощения элементов (кислая среда ускоряет поступление анионов, а щелочная — катионов), этот эффект выражен слабо. Гораздо важнее то, как сами культуры и вносимые удобрения меняют кислотность ризосферы в процессе вегетации.

Физиологическая кислотность удобрений и работа корней

Большинство минеральных солей в упаковке химически нейтральны, но в почве они ведут себя иначе. Растения поглощают катионы и анионы неравномерно, что приводит к быстрому сдвигу pH почвенного раствора. Зная это свойство, агроном может точечно управлять питанием растений на поле или в теплице, избегая нежелательного закисления или подщелачивания.

Помимо усвоения минеральных солей, корневая система напрямую воздействует на прикорневую зону с помощью собственных выделений. Растения используют этот механизм, чтобы перевести труднодоступные элементы питания в усвояемую форму. В этом процессе активно участвуют не только сами корни, но и обитающие в ризосфере микроорганизмы.

Изменение кислотности почвы корнями происходит тремя путями:

• Выделение анионов HCO₃⁻. Они образуются при дыхании корней, уравновешивают поглощенные анионы (в частности, нитраты NO₃⁻) и повышают подвижность почвенного фосфора.
• Активный транспорт ионов водорода H⁺. Корни выделяют их в окружающую среду в процессе жизнедеятельности.
• Выделение органических соединений. Это могут быть как сами органические кислоты, так и вещества, которые перерабатываются микрофлорой ризосферы с продуцированием масляной, молочной и других кислот, подкисляющих среду.