Принято считать, что метод позволяет определять наиболее подвижную часть почвенного калия (Кподв), которая потенциально способна быть поглощенной растениями (биологически доступна) в течение вегетационного периода. Величина Кподвпринимается за оценку обеспеченности калием почвы, и эта оценка используется для прогнозирования необходимости и уровней пополнения запасов калия путем внесения удобрений.
Разработанный в начале 1930-х годов, метод Кирсанова не получил надежного теоретического обоснования, и его практическое применение может опираться только на эмпирически устанавливаемые для различных сельскохозяйственных культур связи между величиной Кподв и количеством калия, поглощаемым растениями из почвы (Кр). Обширный, десятилетиями накапливаемый эмпирический материал, полученный с помощью метода Кирсанова, используется главным образом для характеристик изменчивости Кподв в почве под влиянием внесения калийных удобрений и вследствие выноса калия из почвы с отчуждаемым урожаем. Иначе говоря, изучаются взаимосвязи между количествами калия, вносимого в почву с удобрениями (Куд) и содержанием Кподв в почве, и прослеживается влияние величин Куд и Кподв на урожай. Распределение биологически доступного калия в биогеоценозах между почвенной средой и вегетирующими растениями практически не изучается. В частности, остаются неизвестными коэффициенты перехода калия из почвы в растения (КпК), хотя этот параметр представляет несомненный интерес, например, для оценки эффективности удобрений в различных почвенно-химических условиях. Вследствие этого интерпретация зависимостей, основанная на определениях Кподв методом Кирсанова, страдает односторонностью и даёт основание для неоправданного критического отношения к его результатам. Так, в ходе исследований, направленных на выяснение процессов, которые определяют количественные уровни вытеснения различными экстрагентами подвижного калия из почвы, было установлено [5, с. 195; 7, с. 20], что при получении кислотных вытяжек происходит растворение почвенных минералов и высвобождение новых сорбционных позиций. Часть этих позиций могут занимать ионы K+, вытесненные из других позиций, т.е. происходит ресорбция ионов калия, и этот эффект приводит к занижению оценки Кподв. При использовании солевых вытяжек растворение минералов не происходит и ресорбция не наблюдается, а экстрагированный из почвы калий представлен собственно обменными формами, вытесняемыми соответствующим ионом солевого экстрагента. Вследствие этого содержание калия в солевой ацетатно-аммонийной вытяжке (по методу Масловой), например, оказывается более высоким, чем в 0,2 М солянокислотной вытяжке (по методу Кирсанова). На этом основании строится заключение, что предпочтительнее определять обеспеченность калием этих почв с помощью солевых вытяжек, которые по равновесному значению рН мало отличаются от почвенных водных суспензий, вследствие чего растворение минералов и ресорбция калия не происходят.
Торфяные почвы существенно отличаются от минеральных многими особенностями физико-химического состояния химических элементов, представляющих компоненты питания растений, в том числе и калия. Минеральное вещество торфяных почв практически не участвует в ионном обмене. Частицы почвенных слоистых минералов не просто экранированы от почвенного раствора пленками органического или минерального вещества, как в минеральных почвах, но в силу своей высокой дисперсности образуют сложные органоминеральные ассоциации коллоидного типа [2, с. 428; 3, с. 41], которые взаимодействуют с почвенным раствором как единое целое. Эти особенности структурной организации вещества торфяных почв способствуют тому, что в них практически отсутствуют условия, допускающие возможность ресорбции калия при взаимодействии их с кислотными экстрагентами. Отсюда вытекает предположение, что результаты определения методом Кирсанова потенциально доступного растениям калия в торфяных почвах могут достоверно характеризовать обеспеченность биологически доступными формами калия, и способны адекватно отражать возможные уровни его накопления растительной биомассой.
В настоящем сообщении дается анализ зависимостей между различными формами распределения калия в биогеоценозах на торфяной почве, с целью выяснения достоверности оценок биологически доступных количеств элемента с помощью метода Кирсанова, и соответствия этих оценок реальному потреблению калия растениями.
Материалы и методы исследования. Исследование особенностей распределения калия в сопряженных компонентах агрогеоценоза — торфяной почве и многолетних злаковых травах – выполняли на основе данных о его содержании в почвенно-растительном материале, отобранном на пяти мелиорированных низинных торфяных массивах Ветковского и Добрушского районов Беларуси, представляющих собой полуестественные и агрокультурные земли с нормальнозольными торфяными почвами. Пробы растений отбирали широким трубчатым пробоотборником (Ø 10 см) совместно со столбом корнеобитаемого слоя почвы (до 30 см), из которого растения непосредственно берут питание, с последующим раздельным анализом биомассы и почвенной массы.
Всего отобрано и изучено 105 проб. По всем почвенным пробам выполнен стандартный набор агрохимических определений (рНKCl, обменные Ca и Mg, насыщенность катионами, подвижный калий, подвижный фосфор, величина зольности). Определение Кподв в почве производили методом Кирсанова [4]. Величины валового содержания калия в почвах (Квал) и в растениях (Кр), необходимые для расчёта коэффициента перехода калия из почвы в растения и коэффициента подвижности калия в почве, определяли гамма-спектрометрическим методом (анализатор «Tennelec» с полупроводниковым hpGe детектором) по радиоактивному изотопу 40К. Пересчет результатов гамма-спектрометрического определения 40К на массовое содержание элемента калия производили по известной формуле [6, с. 15]:
m К = k×M×T½× A,
где: mК — масса 40К;
k — константа (2,4×10–24);
М — атомная масса 40К;
T ½ — период полураспада 40К, равный 4,04×1016 с (1,248×109лет);
A — активность радионуклида в пробе (Бк). Расчет по этой формуле показывает, что количество 40К, активность которого равна 1 Бк, имеет массу 3,771×10–6 г, что соответствует ≈0,0322 г природной смеси изотопов калия (93,2576 % 39K) + (0,0117 % 40K) + (6,7307 % 41K) [9, с. 18]. Коэффициент перехода калия из почвы в растения (КпК) рассчитывали как отношение содержания элемента в единице массы растения к его валовому содержанию в единице массы почвы.
С помощью критерия согласия Пирсона установлено, что все три ряда данных (КпК, Кподв, Кр) характеризуются нормальным распределением при уровне значимости α = 95 %. Аппроксимацию зависимостей осуществляли с помощью экспоненциальных трендов, построенных по методу наименьших квадратов.
Результаты и их обсуждение. Исследования, специально направленные на то, чтобы выяснить, насколько соответствуют оценки количества подвижного калия в торфяных почвах, полученные методом Кирсанова, реальному потреблению калия растениями никогда не проводились. Заметим, что и в работах [5; 7], подвергающих сомнению достоверность результатов определения доступного калия методом Кирсанова в дерново-подзолистых и черноземных почвах, тоже нет данных о том, что результаты применения солевых экстрагентов лучше соответствуют потреблению калия растениями, чем методы, основанные на применении кислотных экстрагентов. Между тем, и для практических целей, и для теоретического осмысления сущности почвенно-химических процессов, могущих оказывать влияние на поглощение растением химического компонента из почвенной среды, важно знать достоверную количественную оценку содержания в почве форм этого компонента, доступных для растения за время вегетации. Ясно, что данные о количестве компонента, который вытесняется из почвы тем или иным экстрагентом, сами по себе не несут никакой информации о доступности его растениям. Такую информацию можно получить лишь путем «опроса самих растений», т. е. в нашем случае — путем анализа корреляционных связей между величинами, представляющими собой оценки содержания тех или иных форм калия в почве, с одной стороны, и его содержания в растениях — с другой. В соответствии с этой логикой, построены регрессионные тренды между оценками содержания Кподв в почвах, и характеристиками потребления калия растениями, которые оценивались по двум параметрам: 1) по содержанию калия в растениях (Кр) и 2) по значениям коэффициентов перехода калия из почвы в растения (КпК).
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
1. Анализ связи Кр—Кподв. Интерпретация связи основана на предположении, что содержание калия в растениях находится в некотором количественном соответствии с содержанием его подвижных форм в почве, определяемых методом Кирсанова. Это возможно в случае, если калий экстрагируется в 0,2М НСl вытяжку преимущественно из тех же ионообменных позиций в почве, из которых он поступает в растения. Как свидетельствуют данные на рисунке 1, между величинами Кр и Кподв существует тесная статистическая связь, которая характеризуется коэффициентом детерминации R2= 0,761, что подтверждает правомерность использования величины Кподв в качестве оценочного параметра при определении обеспеченности торфяных почв торфяных почв биологически доступными формами калия.
Рисунок 1. Регрессионная зависимость между количеством подвижного калия в торфяных почвах и содержанием калия в растениях
2. Анализ связи КпК—Кподв. Величина коэффициента перехода калия из почвы в растения отражает потребности растения в калии, реализованные им в конкретных условиях вегетации, под регулирующим влиянием почвенно-химических и гидротермических параметров почвенной среды на уровни его поглощения растениями, при данном содержании элемента в почве. Поскольку величина Кподв характеризует способность почвы обеспечивать потребности растения в калии, то тесная зависимость величины КпК от Кподв, показанная на рисунке 2, является свидетельством того, что существует очевидная аналогия между протекающими в почве процессами, отражением которых является каждая из этих характеристик.
Рисунок 2. Регрессионная зависимость коэффициентов перехода калия в растения из торфяных почв от количества подвижного калия
Величина Кподв определяется количеством ионов калия, находящихся в ионообменных позициях в составе различных компонентов почвенного субстрата, и способных перейти в почвенный раствор в нативных условиях или в кислотную вытяжку в условиях лабораторного эксперимента. Величина КпК прямо зависит от содержания калия в почвенном растворе (Кпр), из которого растения непосредственно берут питание. Кпр формируется в ходе ионного обмена между почвенным раствором и твердой фазой почвы. Интенсивность ионного обмена регулируется гидротермическими условиями: температура оказывает влияние на растворимость веществ и кинетику процессов ионного обмена, а водный фактор предопределяет водонасыщенность почвенной среды, от которой зависят масштабность проявления этих процессов и сама возможность их реализации в почве. Тесная корреляция между величинами КпК и Кподвсвидетельствует, что для пополнения почвенного раствора ионами калия в нативных условиях растениями используется тот же ионообменный пул, из которого этот элемент экстрагируется 0,2 М раствором HCl. Влияние других факторов на биологическую доступность калия, независимо от их значимости, в конечном итоге лимитируется уровнем подвижности калия в почве, поскольку только в этом случае находит объяснение тесная связь между величинами КпК и Кподв. Таким образом, величина Кподв является надежной характеристикой уровня биологической доступности калия торфяной почвы.
Заключение. Оценки содержания Кподв в нормальнозольных торфяных почвах, полученные с использованием 0,2 М солянокислотной вытяжки (по методу Кирсанова), обнаруживают тесные положительные связи с характеристиками потребления калия вегетирующими на этих почвах растениями. Это возможно в случае, если калий экстрагируется этой вытяжкой преимущественно из тех же ионообменных позиций в торфяной почве, из которых он поступает в растения. Результаты исследования подтверждают обоснованность и эффективность использования метода Кирсанова при оценке обеспеченности калием торфяных почв.
Список литературы:1. Агафонова Е.В., Турчин В.В. Оценка калийного состояния почв и использование калийных удобрений на полевых культурах // Изв. вузов Сев.-Кавк. региона: Естеств. науки. 2002, спец. вып. — С. 20—25. 2. Ванюшина А.Я., Травникова Л.С. Органо-минеральные взаимодействия в почвах // Почвоведение. — 2003, — № 4. — С. 418—428.3. Горбылева А.И., Воробьев В.Б., Седукова Г.В. Роль органоминеральных коллоидов в плодородии дерново-подзолистых почв // Весцi Акад. аграр. навук Беларусi / Серыя аграрных навук. — 2003, — № 1. — C. 40—42.4. ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. М.: Госстандарт, 2002. — 8 с.5. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Состояние калийного режима почв и совершенствование методов его оценки // Материалы науч.-практ. конф. «Эколого-агрохим. оценка состояния калийного режима почв и эффективн. калийных удобрений» (Москва, 14 окт. 2001 г.). М., 2002. — С. 185—195.6. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 252 с.7. Соколова Т.А., Прокошев В.В., Носов В.В. Механизмы извлечения калия из почв при использовании различных вытяжек // Плодородие. — 2002, — № 2. — С. 17—20.8. Янишевский П.Ф. О методах изучения фосфатного состояния некарбонатных почв // Совершенствование методологии агрохимических исследований / Материалы научной конференции (Белгород, сентябрь 1995 г.). М.: МГУ, 1997. — С. 41—44. 9. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A.H. // Nuclear Physics A. — 2003, — v. 729. — P. 3—128.10. Hosseinpour A., Sinegani A. Evaluating garlic available potassium with chemical extractants // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. — 2004. 35, — № 15—16. — C. 2147—2159.11. Sardi K, Fuleky G. Comparison of extractants used for evaluating the bioavailability of soil P and К / International Symposium on Soil and Plant Analysis (Edmonton, July 21—27, 2001) // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. — 2002. 33, — № 15—18. — C. 2351.
—>