14579 (Удобрение почвы)

Введение

Питание растений – это обмен веществ между растением и средой. Растение строит свой организм из определенных химических элементов, находящихся в окружающей среде. Оно состоит из сухого вещества и содержит значительное количество воды. В состав сухого вещества растений входят органические вещества (белки, сахара, жиры, клетчатка, крахмал, пектиновые вещества) и минеральные соли. Качество сельскохозяйственной продукции как раз и определяется содержанием в ней необходимых органических и минеральных соединений.

Основное количество азота, воды и зольных элементов поступает в растение через корневую систему. На бедных почвах и засушливых районах растения в поисках пищи и воды образуют относительно большую массу корней. Применение удобрений несколько уменьшает соотношение между корневой системой и надземной массой растения, но увеличивает абсолютную величину этого показателя.

Удобрение – основной фактор повышения урожаев. Минеральное питание – один из основных регулируемых факторов, который используют для целенаправленного управления ростом и развитием растений с целью получить высокий урожай хорошего качества. Недостаток даже одного элемента питания существенно сдерживает рост урожайности. Одновременное применение различных удобрений повышает их эффективность. Поэтому необходимо строго контролировать содержание элементов питания в почве и потребление их растениями.

Отдача от удобрений зависит от естественного плодородия почвы. Так в нечерноземной зоне с высокой обеспеченностью влагой и низким естественным плодородием почвы за счет удобрений получают 70 – 80% прироста урожая.

Таким образом, внесение удобрений выгодно с экономической точки зрения. С каждым годом количество вносимых удобрений увеличивается. Так в 2007 году было внесено 208, 49 тыс.т удобрений (в пересчете на 100% питательных веществ), а уже в 2008 году внесено 221, 15 тыс.т..

Из общего количества минеральных удобрений внесено: азотных – 137,96 тыс.тонн (107,8% к 2007г.), фосфорных – 62,79 (97,1%), калийных – 20,39 тыс.тонн (128,9%).

Однако чрезмерное внесение удобрений может негативно влиять, так как наряду с основными элементами питания в удобрениях присутствуют различные примеси в виде солей тяжелых металлов, органических соединений, радиоактивных изотопов. К тому же, внесение удобрений нарушает годичный ритм изменения кислотности почвы и количества доступных растениям веществ.

Ведь в природе минеральные вещества практически не встречаются в чистом виде, а попадают в почву в составе сложных соединений. Нельзя увлекаться кормлением растений и перенасыщать почву каким-нибудь одним элементом, потому что существуют элементы-антагонисты, такие, как азот — калий, азот — бор, фосфор — цинк и т. д. Это значит, что, например, при избытке азота в почве затрудняется или даже вообще прекращается поступление в растение таких важных элементов, как калий, магний, кальций, бор.

Растения обладают способностью поглощать из насыщенной удобрениями почвы гораздо больше соединений азота, чем им необходимо для развития. В результате только часть нитратов синтезируется в растительные белки, а остальные попадают в организм человека в чистом виде через плоды, корни и листья овощей. В дальнейшем одни нитраты быстро выводятся из тела, но другие образуют различные химические соединения. Какие-то из этих соединений безвредны и даже полезны для организма, но другие превращают соли снова в азотную кислоту, и именно это представляет наносимый нитратами вред для здоровья. В результате нарушается обмен веществ, дестабилизируется нервная система, ослабевают защитные функции организма. Так что вред нитратов для здоровья человека является неоспоримым.

Внесение в почву удобрений изменяет и условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах. При благоприятных климатических условиях численность микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастает. Усиление размножения микроорганизмов в удобренных почвах сказывается на активизации процессов, протекающих в почве.

В данной дипломной работе мы изучаем влияние внесения минеральных удобрений на микрофлору почвы и на рост растений, на примере топинамбура.

Проанализировав некоторое количество научной литературы, мы пришли к выводу, что недостаточно внимания уделяется изучению влияния внесения удобрений на микрофлору почвы и что многие источники практически не имеют доказательной базы.

Целью работы является изучение влияния минеральных удобрений на рост топинамбура в шестипольном обороте и на состав почвенной микрофлоры.

Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние минеральных удобрений азота, фосфора, калия в различных сочетаниях на рост и урожай топинамбура при бессменном культивировании.

2. Определить наличие условно-патогенных организмов в почве.

3. Исследовать количественный и качественный состав микрофлоры почвы под посадкой топинамбура

4. Исследовать фитотоксичность и интенсивность дыхания почвы.

Глава 1. Современное состояние изученности проблемы (обзор литературы)

1.1 Топинамбур

Многолетнее клубненосное растение семейства астровых известно земледельцам уже не одну тысячу лет. Его родиной является Северная Америка. В Европу эта овощная культура была завезена в 17 веке, вначале во Францию, одновременно с бразильскими индейцами племени Тупинамбус. Отсюда и название овоща - топинамбур. В Россию же топинамбур попал в 18 веке. Вначале этой культурой (другое ее название - земляная груша) занимались только энтузиасты.

Позднее топинамбур стал возделываться более широко, но, к сожалению, до сих пор он не обладает той популярностью, которую заслуживает, благодаря своим замечательным свойствам.

Надземная часть этого многолетнего овоща напоминает подсолнечник, близким родственником которого и является топинамбур. Стебель растения высокий (2-3 м), жесткоопушенный, густооблиственный, наверху - разветвленный. Листья - яйцевидные, с зубчатыми краями. Соцветия - корзинки, как у подсолнуха, только значительно мельче. Корневая система сильно развитая, глубоко уходящая в почву, что обуславливает засухоустойчивость растения. На подземных стеблях (столонах), располагающихся в пахотном слое почвы, формируются клубни с выпуклыми почками (глазками). Клубни могут быть различной формы, различной окраски (белые, желтые, лилово-фиолетовые, розово-красные). Они различаются и по величине (от 10 граммов до 150 и более граммов).

Топинамбур южное растение. Обладает исключительно высокой холодостойкостью и морозостойкостью. Высокие температуры растение переносит хорошо. К интенсивности освещения растения не очень требовательны. Однако при чрезмерном загущении значительно снижается урожай, как зеленой массы, так и клубней. Обладая мощной, проникающей глубоко в почву корневой системой растения хорошо переносят временные засухи. Топинамбур успешно произрастает на всех типах почвы, за исключением солонцов и солончаков. Наилучшем для него являются легкие по механическому составу суглинистые и супесчаные почвы с глубоким и окультуренным пахотным слоем и хорошим увлажнением.

Ученые, исследовавшие состав и пищевую ценность топинамбура, были поражены разнообразием витаминов и микроэлементов, содержащихся в его клубнях. Установлено, что в них витаминов С и В1 в 2 раза больше, чем в картофеле. В них много калия, цинка, железа (по содержанию железа земляная груша существенно превосходит картофель, свеклу, морковь), а это железа -10,1; марганца - 44,0; кальция - 78,8; магния - 31,7; калия -1382,5; натрия - 17,2 (мг % на сухое вещество). Кроме того, топинамбур содержит белки, сахара, различные аминокислоты, а также углеводы, основным из которых является инулин. Инулин - вещество, которое в организме человека расщепляется до фруктозы, столь необходимой людям, страдающим сахарным диабетом. При систематическом употреблении топинамбура, говорят знатоки, наряду со снижением уровня сахара в крови наблюдается также улучшение зрения. Для здоровых людей, в том числе и родственников и детей больных диабетом, топинамбур - поставщик фруктозы - отличное средство профилактики диабета, поскольку потребление фруктозы вместо сахарозы снижает вероятность заболевания этим тяжелым недугом.

Кроме того, установлено, что земляная груша очень полезна при лечении подагры, мочекаменной болезни, желудочно-кишечных расстройств, малокровия. Богатый состав биологически активных веществ топинамбура делает это растение очень перспективным в кормопроизводстве, в диетическом питании и пищевой промышленности и как исходное сырье для создания высокоэффективных лекарственных средств.

Существенное отличие топинамбура от других овощей проявляется в высоком содержании в его клубнях белка (до 3,2% на сухое вещество), представленного 8 аминокислотами, в том числе незаменимыми, которые синтезируются только растениями и не синтезируются в организме человека: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин.

В сухом веществе стеблей с листьями более 4% приходиться на триптофан и лейцин. В 1 кг зеленой массы содержится 60-130 мг каротина. Среди зольных элементов значительный удельный вес занимают кальций, магний, железо. На 1 кг зеленой массы приходиться 5,9 г кальция и 3,4 магния.

Количество органических кислот в процессе онтогенеза растений может составлять от 8 до 12% сухого веса листьев. Органические кислоты представлены в листьях топинамбура не только ди- и трикарбоновыми кислотами цикла Кребса, но и полиоксикислотами, которые являются кислотами первичного окисления Сахаров. Среди ди- и трикарбоновых кислот в ростках и листьях топинамбура содержаться яблочная, фумаровая кислоты, а также в значительно меньших количествах лимонная и янтарная кислоты.

Что касается экологических аспектов применения топинамбура, то он является ценным растением. В Лимнологическом институте СО АН России возможность создания экологически замкнутых производств на промышленных предприятиях. Была поставлена задача подобрать такую сельхоз культуру в данной экологической цепи, которая могла бы, в частности, произрастать на техногенно нарушенных территориях. Среди множества апробированных культур топинамбур оказался наиболее приемлемым.

В первых экспериментах изучали воздействия внесения в почву значительных доз сухой золы (отходы теплоэнергетики). И если другие растения страдали от фитотоксичности, то топинамбур оказался наиболее устойчивым.

Дальнейшие исследования по созданию экологически замкнутых производств показали, что можно, получать агротехэкологичные многокомпонентные компосты на основе отходов предприятий.

Ещё К.А. Тимирязев относил топинамбур к одной из самых интенсивных полевых культур, способных поглощать из воздуха углерод и выделят кислород. А это путь к созданию эффективных зеленых поясов вокруг промышленных центров. Один гектар топинамбура может поглощать за год 6 т углекислого газа, а 1 г леса- 3-4т.

Важно отметить, что топинамбур почти не накапливает нитраты, тяжелые металлы и радионуклиды.

Таким образом, он может быть одним из активных фитомелиорантов с одновременным использованием его продукции-клубни и зелёная масса - для кормовых, пищевых и технологических целей.

1.2 Минеральные удобрения

Под удобрениями понимают вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв в целях увеличения урожая сельскохозяйственных растений и улучшения качества получаемой продукции. Минеральные удобрения подразделяют на 2 группы, в зависимости от того, какие элементы питания в них находятся и в каком количестве. К простым или односторонним, удобрениям относятся азотные, фосфорные, калийные и отдельные микроудобрения (борные, молибденовые и др.) Комплексные, или многосторонние, удобрения содержат два или несколько основных элементов питания. К промышленным относятся почти все минеральные удобрения, получаемые на химических заводах, к местным - получаемые непосредственно в хозяйствах или вблизи них.

1.2.1 Азотные удобрения

Азот – обязательный компонент белков. Все ферменты, катализирующие многочисленные биохимические процессы в растениях, - белковые вещества. Азот входит также в состав ДНК, РНК, хлорофилла, алкалоидов, ряда витаминов и других органических соединений. Растения используют аммиачный и нитратный азот, а бобовые и другие растения в симбиозе с микроорганизмами - и молекулярный азот.

Растения синтезируют все аминокислоты, входящие в белок. Аммиак ядовит для растений и не накапливается в них, а нитраты могут накапливаться в значительных количествах. В растениях нитраты восстанавливаются до аммиака через цепь промежуточных превращений. Аммиак, вступая в реакции с кетокислотами, образует аминокислоты. Наиболее интенсивный азотный обмен у растений наблюдается в период их максимального роста. В молодых органах преобладает синтез веществ, а в старых – распад белков и отток образовавшихся продуктов в другие части растения.

При нейтральной реакции среды лучше усваиваются ионы аммония, при кислой – нитратные ионы. Кальций, магний и калий улучшают усвоение аммония, а фосфор и молибден – нитратов. Ухудшение фотосинтеза и связанное с этим увеличение содержания углеводов оказывает положительное действие на поступление аммония. Избыток аммиачного азота во время прорастания семян, бедных углеводами, или при слабом фотосинтезе оказывает отрицательное действие на растения. В подобных случаях рекомендуется вносить в подкормку нитратные азотные удобрения. Аммиак более экономичный источник азота: через 5 – 10 мин после внесения в почву он уже используется растением для синтеза аминокислот и поступает в листья. Регулируя азотное питание, можно в значительной степени корректировать уровень урожая сельскохозяйственных культур.

Общие запасы азота в земной коре составляют десятки миллиардов тонн. В основном он присутствует в виде органических соединений.

Большое значение имеет скорость минерализации азота. Разложение органических азотистых веществ происходит следующим образом: белки, гуминовые вещества, аминокислоты, амиды, аммиак, нитриты, нитраты. В результате процесса нитрификации образуются органические кислоты, спирты, угольная кислота и аммиак. Органические кислоты и спирты разлагаются до CO_2, H₂, H₂O, метана. Аммиак с кислотами образует соли, аммоний поглощается почвенными коллоидами и глинистыми минералами. Процесс аммонификации идет в аэробных и анаэробных условиях при сильно кислой и сильнощелочных реакциях он замедляется. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов, образуется азотная кислота, которая нейтрализуется бикарбонатом кальция и поглощенными основаниями почвы. Содержание нитратов зависит от использования почвы. Под паром и какой – либо культурой содержание нитратов различно.

В дерново – подзолистой почве при кислой реакции, избыточной влажности, плохой аэрации и низкой температуре процесс минерализации останавливается на стадии образования аммиака.

Нитрификация подавляется осенью и ранней весной, а летом этот процесс протекает интенсивно. Улучшение аэрации в результате обработки почвы, а также известкование усиливают нитрификацию. Внесение минеральных и органических удобрений обогащает почву элементами питания, усиливая минерализацию.

Большие потери азота происходят в результате денитрификации, особенно в анаэробных условиях, щелочной среде и при большом количестве органического вещества. Внутри агрегатов почвы также могут создаваться анаэробные условия. Бактерии – денитрификаторы наиболее быстро окисляют органическое вещество при температуре +28 – 30 ˚С и pH 7,0 – 7,5. часть азота почвы и внесенных удобрений теряется в виде аммиака. Происходит это при внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно. При внесении аммиака обязательна глубокая заделка удобрений. Известкование усиливает потери из мочевины и солей аммония.

Без применения удобрений запасы гумуса и азота в почве снижаются. Например в дерново-подзолистой почве они за 30 – 50 лет убывают на25 – 50 %. В круговороте веществ в земледелии велика роль биологического азота и азота минеральных удобрений.