Сила ГИДРОГЕНА, или капризный рН

Такой показатель, как рН почвы, влияет на многие аспекты продуктивности растений, включая доступность элементов питания, потенциальный риск токсичности металлов, эффективность и деградацию почвенных гербицидов, симбиотическую азотфиксацию и прочее.

«рН-капризы» растений
Для нормального развития большинства сельскохозяйственных культур оптимальная величина рН составляет 5,5–7,0. Исключением являются, например, черника, азалия и рододендрон, предпочитающие низкие значения рН (около 4,5–5,2). Голубые гортензии также развивают синий цвет при рН ниже 5,0.
При выращивании растений на органических почвах (торфяники и болотистые почвы) оптимальные значения рН ниже, нежели для минеральных почв: наиболее благоприятный диапазон рН – 5,4–6,2.

«рН-капризы» почвенной микробиоты
Биологические процессы в почве напрямую зависят от условий, которые создаются для существования почвенной микрофлоры. В свою очередь, микробная активность влияет на биодоступность элементов питания. Поддержание рН почвы в диапазоне, наиболее благоприятном для функционирования почвенной микробиоты, необходимо для нормального развития растений.
Большинство почвенных микробов нормально развиваются при рН 6,0–7,0, что отвечает диапазону, благоприятному для развития преобладающего числа сельскохозяйственных культур. Наоборот, грибы обычно хорошо развиваются при низких значениях рН, поэтому грибковые заболевания более частые в условиях кислой почвы.
Низкие значения рН (меньше 6,0) существенно снижают активность микроорганизмов, отвечающих за минерализацию органического вещества почвы, угнетают активность бактерий-азотфиксаторов, живущих в симбиозе с бобовыми растениями. Однако разные виды бактерий рода Rhizobium различаются по толерантности к почвенной кислотности. На бактерии Rhizobium meliloti (развивающиеся на корнях люцерны) негативное влияние оказывает снижение рН от 6,0, тогда так бактерии R. trifoli нормально развиваются при рН 4,5–7,0.
Для нормального прохождения нитрификации оптимальным является рН около 8,5, однако реакции нормально протекают в диапазоне от 5,5 до 10,0. Есть задокументированные данные, что нитраты продуцируются и в почвах с рН 4,5 и ниже, но с более низкой интенсивностью. Кроме рН, на развитие бактерий влияет достаточное обеспечение их элементами, в частности Са и Р, а также баланс Fe, Cu, Mn и, возможно, других элементов.
Кислотность почвы оказывает значительное влияние на прохождение денитрификации: она очень медленная в кислых почвах (рН 3,6–4,8) и очень быстрая в щелочных (рН 8,0–8,6). При рН ниже 5 потери азота в результате денитрификации незначительны.

 

Опасные металлы
Снижение рН негативно отражается на жизнедеятельности растений ввиду повышения концентрации Fe, Al и Mn в почвенном растворе.
Эти металлы, в особенности Al, разрушают растительные корни, нарушая деление клеток и формирование клеточной стенки, а также негативно влияют на поглощение, транспорт и утилизацию растениями элементов питания,
в первую очередь К, Ca и Mg. Алюминий не является необходимым для растений элементом, но способен активно поглощаться ими путем пассивного транспорта. Особенно чувствительными к алюминию культурами являются люцерна и другие фуражные бобовые культуры.
Во избежание токсичности алюминия рН поч­вы следует поддерживать на уровне не ниже 5,5.

рН и доступность элементов питания
В плане доступности элементов питания, наиболее благоприятным является рН почвы от слабокислого 6,0 до слабощелочного 7,5. В этом диапазоне большинство нутриентов имеют максимальную доступность. К тому же данный диапазон является благоприятным для корневого роста.
Ионы Н+ занимают обменные позиции на негативно заряженных поверхностях почвенных коллоидов, вытесняя оттуда элементы питания. Влияние на доступность элементов зависит от размера и заряда молекулы элемента и его способности к вымыванию.

Элементы-металлы, такие как Cu, Zn, Mn, при растворении в воде образуют молекулы маленького размера с зарядом 2+ или 3+, то есть имеют достаточно большой заряд по отношению к размеру. Они сильно фиксируются на поверхности почвенных частичек. При высоких значениях рН (когда концентрация Н+ снижается) эти металлы так сильно удерживаются на поверхности почвенных коллоидов, что практически не высвобождаются в почвенный раствор и, таким образом, становятся менее доступными для растений. При низком рН (когда концентрация Н+ высокая) меньшее количество металлов может быть удержано на поверхности почвенных частичек, делая их более доступными для растений.
Zn, Cu и Mn снижают свою доступность в 100 раз с повышением рН почвы на каждую единицу. Они не теряются из почвы, а просто снижают доступность, способствуя проявлению дефицита.
Сера и щелочные металлы (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) имеют достаточно большие молекулы, которые не способны сильно фиксироваться на поверхности почвенных коллоидов. Поэтому, даже при высоких значениях рН (при низких концентрациях Н+) они легко отделяются от почвенных частичек и высвобождаются в почвенный раствор. При низких значениях рН эти катионы замещаются ионами водорода и либо вымываются из почвенного профиля, либо поглощаются растениями.
Нитраты (NO3-) имеют одинаковую доступность независимо от рН почвы, поскольку они имеют очень слабую способность удерживаться почвой и легко вымываются.
Общие положения влияния рН на доступность элементов питания растениям могут быть сформулированы таким образом:
1) азот, калий и сера наименее подвержены влиянию рН почвенного раствора по сравнению с другими элементами;
2) низкое рН снижает доступность главных и вторичных макроэлементов;
3) большинство остальных элементов (в особенности микроэлементов) снижают свою подвижность при рН выше 7,5, а оптимальное значение находится в слабокислом диапазоне (6,5–6,8). Исключение составляет Мо, который менее подвижен при кислом рН и более подвижен в среднещелочной среде.
Если дефицит микроэлементов имеет место в кислых почвах, это результат их низкого содержание или выщелачивания.

«рН-капризы» удобрений
Удобрения не могут проявлять свою эффективность в полной мере, если рН почвы не приведено к оптимальному значению. Поэтому обеспечение необходимого значения рН является основой правильного менеджмента удобрений, без которого невозможно ожидать высокого отклика на их внесение.
С другой стороны, удобрения сами способны влиять на рН почвы. Так, нитрат-содержащие удобрения могут повышать рН почвы как на поверхности, так и в более глубоких слоях, но только при условии, что нитраты поглощаются растением, а не вымываются из почвы.
Удобрения, содержащие аммоний, могут постепенно снижать рН почвы. Проходя процесс нитрификации, аммоний превращается в нитрат, при этом высвобождаются ионы Н+, что и приводит к подкислению. Кроме того, растения, поглощая аммоний-катион, для поддержания баланса заряда вокруг мембран клеточных стенок высвобождают в почву ионы Н+.
Подкисляющий эффект сильно зависит от норм внесенного удобрения и способа внесения (локализация оказывает более существенное влияние на рН), а также от буферности самой почвы (на карбонатной почве влияние удобрений на рН незначительно, тогда как на песчаных почвах может иметь ощутимый эффект).
При внесении безводного аммиака в почву он реагирует с почвенной влагой и превращается в гидроксид аммония, имеющий щелочную реакцию и временно повышающий рН почвы. Однако, по мере нитрификации аммония, почвенный раствор подкисляется. Эти две реакции (подщелачивания и подкисления) не сбалансированы полностью, но стремятся к балансу, что в результате оказывает на почву слабое подкисляющее действие.
То же касается карбамида, который при внесении в почву превращается в бикарбонат аммония (временно подщелачивающий почвенный раствор), а аммоний-катион впоследствии подкисляет почву в результате нитрификации. В сумме, карбамид оказывает только слабое подкисляющее действие на почву.
Фосфорные удобрения способны влиять на почвенную кислотность, преимущественно за счет высвобождения или связывания ионов Н+ в зависимости от рН почвы. Однако такое влияние незначительно и, как правило, неощутимо в полевых условиях. Влияние аммонийфосфатов на рН почвы обусловлено содержащимся в их составе ионом аммония, о чем изложено выше.

МАР, OSP и TSP содержат фосфор в виде дигидрофосфата Н2РО4-. В почвах с рН>7,2 ион дигидрофосфата диссоциирует с образованием свободного Н+, который и оказывает подкисляющее влияние на таких почвах. В кислых почвах фосфор присутствует в виде Н2РО4-,
и подобных превращений не происходит, поэтому на почвах с рН<7,2 эффекта подкисления не наблюдается.
В DAP фосфор присутствует в виде гидрофосфата НРО42-, который способен подщелачивать почвы с рН<7,2. В почвах с рН более 7,2 такого не случается, потому что в подобных условиях для фосфора характерно присутствие в виде иона НРО42-.
Способность удобрения подкислять почвенный раствор может быть оценена по количеству извести, необходимому для нейтрализации кислотности почвы, созданной внесением этого удобрения.
Как указывают данные таблицы, аммофос и диаммофос имеют высокий потенциал повышения рН. Однако нормы внесения азота для NP удобрений, как правило, низки по сравнению с азотными удобрениями.

Что делать?
I. Самым очевидным решением проблемы является проведение химической мелиорации почв. Кислые почвы известкуют до достижения рН 5,5–6,5. Для этого используют известковые материалы. Для снижения рН используют гипсовые материалы (если высокие значения рН обусловлены присутствием обменного натрия), а также элементарную серу, сульфаты железа и алюминия и некоторые другие соединения.
Некоторым мелиоративным эффектом обладают органические удобрения, повышающие буферность почвы к изменению рН и ее катионообменную способность. Также минерализация органического вещества в почве оказывает различное влияние на рН, определяемое количеством, составом органического вещества и характером его разложения в почве.

II. Внесение удобрений, обладающих подкисляющим действием. Об этом уже шла речь ранее. Этот способ может несколько улучшить условия питания растений при отсутствии выраженного недостатка элемента. Однако кардинально решить вопрос вряд ли способен.

III. Использовать технологические пути повышения доступности элементов питания растениям. Локальное внесение удобрений является одним из путей, позволяющих значительно повысить коэффициент использования удобрений. В первую очередь это касается фосфора, подвижность которого в почве незначительна, а фиксация в большинстве почв достаточно сильна.
Поскольку фосфор является критическим для всех культур элементом в самом начале вегетации, сегодня все большую популярность приобретают специализированные стартеры (жидкие и микрогранулированные), вносимые в семенное ложе в небольших нормах и позволяющие решить проблему дефицита фосфора на начальных стадиях развития. Компания «Квадрат» производит такие жидкие удобрения нескольких марок под торговой маркой «Квантум-Диафан».
Среди основных преимуществ «Квантум-Диафана»:
-присутствие 100% фосфора в виде непосредственно доступного для растений ортофосфата, что делает его высокоэффективным даже при низких нормах внесения (рекомендованные нормы составляют 10–50 л/га);
-низкий солевой индекс, что позволяет безопасно вносить его в непосредственной близости к семенам при посеве (технология POP-UP);
-низкая температура кристаллизации и отсутствие коррозийной активности, что значительно упрощает условия его хранения и внесения;
-профессиональное агрономическое сопровождение продукта, опыт использования в разных почвенно-климатических и хозяйственно-организационных условиях.
При необходимости в жидкое удобрение могут быть добавлены бактериальные препараты, микроэлементы и некоторые пестициды, что значительно расширяет возможности проведения технологических операций.
Кроме того, доказано, что на карбонатных почвах большую подвижность сохраняет фосфор, внесенный с жидким удобрением, что поясняется более низкой фиксацией внесенного фосфора. Авторы отмечают, что за счет более равномерного распределения жидких фосфорных удобрений в объеме почвы создаются низкие концентрации фосфатов и, следовательно, снижается образование труднорастворимых фосфатов кальция.
С помощью изотопного метода (33P) в вегетационных опытах было установлено, что на карбонатных почвах коэффициент использования фосфора из удобрений растениями яровой пшеницы выше при внесении жидких фосфорных удобрений (Montalvo и др., 2015).

 

 

IV. Листовое внесение микроэлементов позволяет снизить, а в некоторых случаях и устранить их дефицит у растений, выращиваемых при неблагоприятных для элемента значениях рН почвы.
Почвенное внесение микроэлементов не всегда эффективно, в особенности на почвах, имеющих высокие значения рН, и на карбонатных почвах, сильно ограничивающих их подвижность. В таком случае наиболее целесообразным способом обеспечения растений оказывается их внекорневое внесение.
Компания «Квадрат» предлагает целую линейку специализированных листовых удобрений, позволяющих предупредить и при необходимости преодолеть дефицит определенного микроэлемента. Предлагаемая линейка микроудобрений включает как комплексные специализированные универсальные микроудобрения (Квантум-зерновые, Квантум-технические, Квантум-голд), так и монокомпонентные составы (Квантум-бор актив, Квантум-бор актив + ­­Мо, Квантум-хелат цинка, Квантум-­хелат железа, Квантум-хелат меди, Квантум-хелат марганца, Квантум-хелат молибдена, Квантум-­кальций).
Кроме того, в некоторой степени вопрос может быть решен нанесением микроудобрений на семена. Для этой цели НПК «Квадрат» производит специализированные удобрения «Квантум-СРКЗ», «Квантум-СРКЗ Экстра», позволяющие обеспечить растения микроэлементами с самого начала вегетации и предупредить негативное влияние их дефицита на рост
и развитие.
Таким образом, рН кардинально влияет на доступность элементов питания для растений, что является вторым по значимости поводом для проведения химической мелиорации почв. Внесения листовых и стартовых удобрений при неблагоприятных для доступности значениях рН в определенной мере позволяют устранить дефицит элементов и способствуют более
полной реализации генетического потенциала растения.

Ирина Логинова к.с.-х.н., консультант по вопросам питания растений НПК «Квадрат»

Статья опубликована в журнале «Агроиндустрия» в ноябре 2018 года