Взаимное влияние кремниевых, фосфорных и азотных удобрений в системе почва-растение, страница 6

Первые опыты по изучению этого вопроса, как29отмечалось выше, были начаты во второй половине прошлого века на Ротамстедской станции.Гипотеза о возможности реакции обмена силикат-иона на фосфат-ион при внесении кремниевыхудобрений была высказана в 1906 году Hall и Morison. Дальнейшие исследования подтвердили,что при добавлении легкорастворимого кремнезема в почву увеличивается содержаниедоступных фосфатов. В тридцатые годы в Ленинграде А.И. Литкевич (1935, 1936) подруководством И.В. Кирсанова провел комплексные исследования влияния кремнегеля на почву ирастения. Добавление в бедную фосфором почву кремнегеля или легкорастворимых фосфатовприводило к увеличению фосфора в растениях. Использование труднорастворимых фосфатов невлиялонасодержаниефосфораврастениях,тогдакакодновременноевнесениетруднорастворимых фосфатов и кремнегеля существенно увеличивало содержание фосфора врастениях.

Литкевич (1936) выдвинул гипотезу о способности геля кремниевой кислотыпереводить труднорастворимые фосфаты в доступные для растений формы.В результатедальнейших многочисленных исследований было установлено, что различные кремниевыеудобрения (аморфный диоксид кремния, кремнегель, силикаты кальция, калия, натрия) могутповышать доступность фосфора растениям и увеличивать содержание подвижных фосфатов впочвах (Никитишен, Курганова, 2007; Рочев, Барсукова, 1984; Швейкина, 1986; Reifenberg,Buckwold, 1954) или повышать доступность фосфора растениям (Knickmann, 1962; Орлов, 1985).Причем наибольший эффект наблюдался на бедных питательными элементами почвах. На почвахс высоким содержанием доступного фосфора эффект от внесения кремниевых удобренийнаблюдался не всегда.Было высказано несколько гипотез о механизмах влияния кремниевых соединений нафосфаты.

Во-первых, К.Л. Аскинази (1949) сделал предположение, что анион кремниевойкислоты вытесняет фосфат-анион из труднорастворимых фосфатов. Этой же гипотезыпридерживался и А.М. Авдонин (1982).Вторая гипотеза предполагает, что вносимый кремнезем адсорбирует подвижный фосфорв почве, чем препятствует, с одной стороны, его более прочной (необменной) адсорбции, а сдругой, выносу с почвенными водами (Гладкова, 1982; Mortveat, 1986). Предполагают также, чтосиликат-анион является конкурирующим по отношению к фосфат-аниону. Увеличениеконцентрациипервоговпочвенномраствореприводиткнарушениюсоотношенияадсорбированных фосфат- и силикат-ионов, увеличению концентрации фосфат-ионов впочвенном растворе, и, соответственно, увеличению поглощения фосфора растениями (Olivera etal., 1986).

Эта гипотеза подтверждается тем, что при внесении в почву легкорастворимых30фосфатов наблюдается увеличение подвижных силикатов (Goreti et al., 1986). Модельныеисследования адсорбции фосфат- и силикат-ионов на гетите и гиббсите показали, чтоконкурентоспособность этих ионов зависит от рН среды (Goreti et al., 1986). В кислой средепреимущество имеет фосфат-ион, в щелочной - силикат-ион.Оригинальную гипотезу выдвинули украинские исследователи (Вoльвач и др., 1987). Онипредполагают, что силикат-ион, будучи хорошим комплексообразователем, может образовыватьсилико-фосфатный комплекс, либо соединение типа O-Si-O-P-O.

Эти соединения, по мнениюавторов, способны лучше проходить сквозь корневые поры, в результате чего растения получаютбольше фосфора. Для доказательства своей теории ученые провели исследования модельныхсистем в присутствии растворимых форм силикатов и фосфатов. С помощью спектроскопическихметодов была показана возможность образования кремний-фосфорных соединений (Вoльвач идр., 1987). Однако авторы не дают разъяснений, почему большие молекулы силико-фосфат-ионовимеют преимущество перед фосфат-ионами при поглощении растениями и чем объясняетсяуменьшение эффекта кремниевых удобрений на более плодородных почвах.

Кроме того, самосуществование таких соединений вызывает сомнение (Воронков и др., 1978).В результате последующих исследований было установлено, что различные кремниевыеудобрения (аморфный диоксид кремния, кремнегель, силикаты кальция, калия, натрия) способныувеличивать содержание подвижных фосфатов в почвах (Матыченков, Бочарникова, 2003,Матыченков и др., 1997 б, Гладкова, 1982; Singh, Sarkar, 1992; O’Relly, Sims, 1995).Кроме химического взаимодействия монокремниевой кислоты с фосфатами возможноулучшение фосфорного состояния легких почв путем изменения адсорбционных свойств почв.Во влажных тропиках и субтропиках, а также при орошении легких почв и использовании всельском хозяйстве легких почв с промывным водным режимом весьма актуальна проблемавыноса фосфора из корнеобитаемого слоя и загрязнение им и примесями, присутствующими вфосфорных удобрениях, природных вод (Розанов, Розанов, 1990; Sims et al., 1998).

Для такихрегионов более важной задачей является снижение выноса фосфора из верхних почвенныхгоризонтов. В ряде работ было доказано, что внесение кремнийсодержащих мелиорантовприводит к снижению выноса фосфатов из верхнего горизонта почв (Chimney et al., 2007;Matichenkov et al., 2001; Su et al., 2010). Фосфат-анионы адсорбируются на поверхности вносимыхкремнийсодержащих препаратов. При этом возможна только физическая адсорбция, в результатекоторой происходит снижение их подвижности без химической фиксации (Matichenkov et al.,312001). В результате этого процесса повышается эффективность вносимых фосфорных удобренийи осуществляется защита природных вод от загрязнения фосфатами (Chimney et al., 2007).Взаимодействие с азотомВзаимодействию азота и кремния также уделяют большое внимание.

Доказано, чтосовместное внесение азотных и кремниевых удобрений положительно влияет на возделываемыерастения, так и на свойства почвы (Guo et al., 2004; Ma, Takahashi, 2002; Wallace et al., 1976; Yanget al., 2008). Возможно несколько механизмов, объясняющих симбиотический эффекткремниевых и азотных удобрений. Во-первых, это опосредованное влияние через почву. Так,активные соединения кремния влияют на баланс и содержание различных форм азота в почве(Литкевич, 1937; Кинтаналья, 1987; Рочев и Барсукова, 1984; Рочев и др., 1980). При внесениикремнезема увеличивается популяция аммонификаторов (Кинтаналья, 1987) и усиливаетсяпроцесс нитрификации (Рочев и др., 1980).Этопроисходитврезультатенепосредственного влияние активных форм кремния на почвенные микроорганизмы(Gerashchenko et al., 2002; Bocharnikova et al., 1999; Rodgers‐Gray, Shaw, 2004).

Внесение активныхформ кремния повышает численность таких микроорганизмов каказотобактер, чтообусловливает повышенную фиксацию атмосферного азота. Во-вторых, кремнийсодержащиеминералы могут повышать адсорбционную способность почв по отношению к подвижнымформам азота (Куликова, 2012; Матыченков 2008; Guo et al., 2010).

В результате обеспеченностькультурных растений азотом может улучшаться.Растворимые формы кремния могут регулировать поступление нитратов в растения. Так,использование кремниевых удобрений на бедной нитратами почве приводило к увеличению в нейсодержания NO3- (Литкевич, 1937). C другой стороны, при совместном внесении кремниевыхудобрений с азотными, содержание нитратов в плодах томатов снижалось по сравнению свариантами, где вносили только азотные удобрения (Matichenkov, Bocharnikova, 2004).Внесение азотных удобрений обычно снижает устойчивость сельскохозяйственныхрастенийквнешнимнеблагоприятнымфакторам:болезням,насекомым-вредителям,экстремальным температурам и недостатку влаги (Алешин, Авакян, 1978; Matsuyama, 1975).Одной из причин является то, что при внесении нитратов происходит снижение поглощениякремния растениями.

Такие данные были получены для сахарного тростника (Epstein, 1999;Korndorfer, Lepsch, 2001; Matichenkov, Calvert, 2002), риса (Akimoto, 1939; Алешин, Авакян, 1978,1984), пшеницы, ячменя (Климашевский, Чернышева, 1981), томатов, кукурузы (Wallace, 1989,321993). Применение фосфорных удобрений вместе с азотными также снижало содержаниекремния в растениях (Wallace et al., 1976).Улучшение кремниевого питания повышало устойчивость растений к неблагоприятнымусловиям (Пашкевич, Кирюшин, 2008; Потатуева, 1968; Werner & Roth, 1983).

Было показано, чтонегативное влияние на растения высокой концентрации нитратов в почве можно уменьшитьпутем внесения кремниевых удобрений (Mitsui & Takaton, 1963).Взаимодействие с другими питательными элементамиКремниевые соединения оптимизируют питание растений не только фосфором и азотом.При внесении кремнезема на рисовые чеки и в тепличные грунты увеличивалось поступлениекислорода в растение (Игнатьев и др., 1994а, 1994б).Обладая хорошей адсорбционнойспособностью, кремниевые удобрения снижали подвижность, а, следовательно, и вымываниекалия и других питательных веществ из пахотного слоя (Tokunaga, 1991).

В настоящее время наоснове физической адсорбции питательных веществ разработаны некоторые медленнодействующие удобрения (Комисаров, Панфилова, 1987; Volker et al., 1985).Монокремниевая кислота контролирует направленность трансформации минералов. Так,окисление железа (II) в отсутствие монокремниевой кислоты ведет к образованию лепидоскрита.Присутствие монокремниевой кислоты приводит к формированию хорошо окристаллизованногофергидрида (Мохамед Абу Вали, 1987; Karmin, 1986).