Что такое подвижный фосфор

Как фосфор влияет на растения и почву

Фосфор содержится в почве в составе органических соединений и минералов. Тем не менее, количество легко доступного фосфора очень мало по сравнению с общим количеством фосфора в почве. Поэтому во многих случаях следует применять фосфорные удобрения, чтобы удовлетворить потребности сельскохозяйственных культур.

РЕАКЦИИ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Фосфор содержится в почвах как в органической форме, так и в неорганической (минеральной) форме, и его растворимость в почве низкая. Существует равновесие между твердым фосфором в почве и фосфором в почвенном растворе. Растения могут поглощать только фосфор, растворенный в почвенном растворе, а поскольку большая часть почвенного фосфора существует в виде стабильных химических соединений, в любой момент времени для растений доступно лишь небольшое количество фосфора.

Когда корни растений удаляют фосфор из почвенного раствора, часть фосфора, адсорбированного на твердой фазе, высвобождается в почвенный раствор для поддержания равновесия. Типы соединений фосфора, которые существуют в почве, в основном определяются ее pH, а также типом и количеством минералов в почве. Минеральные соединения фосфора обычно содержат алюминий, железо, марганец и кальций.

В кислых почвах фосфор имеет тенденцию реагировать с алюминием, железом и марганцем, в то время как в щелочных почвах преобладает фиксация с кальцием. Оптимальный диапазон pH для максимальной доступности фосфора составляет 6.0-7.0. Во многих почвах разложение органических материалов и растительных остатков способствует увеличению количества фосфора в почве.

ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРА РАСТЕНИЯМИ

Растения поглощают фосфор из почвенного раствора в виде ортофосфат-иона: HPO4-2 или H2PO4-. Пропорция, в которой эти две формы абсорбируются, определяется pH почвы, когда при более высоком pH почвы поглощается больше HPO4-2. Подвижность фосфора в почве очень ограничена, поэтому корни растений могут поглощать фосфор только из своего непосредственного окружения.

ФОСФОР ПРИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПОЧВЫ

Симптомы дефицита фосфора включают задержку роста и темно-фиолетовый цвет старых листьев, замедление цветения и развития корневой системы. У большинства растений эти симптомы проявляются, когда концентрация фосфора в листьях ниже 0.2%.

Избыток фосфора в основном препятствует усвоению других элементов, таких как железо, марганец и цинк. Чрезмерное удобрение фосфором является обычным явлением, и многие производители применяют излишне высокие количества фосфорных удобрений, особенно когда используются сложные удобрения NPK или когда поливная вода подкисляется фосфорной кислотой.

ФОСФОР В ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ И БЕСПРИВОДНЫХ СРЕДАХ

Допустимая концентрация фосфора в питательных растворах составляет 30-50 частей на миллион, хотя было обнаружено, что ее можно снизить до 10-20 частей на миллион. В непрерывно текущих питательных растворах концентрация может достигать 1-2 частей на миллион.

В беспочвенных средах, как и в почве, фосфор накапливается с каждым добавлением фосфора, и минералы фосфора и кальция или магния начинают выпадать в осадок. Типы образующихся минералов зависят от pH среды.

ТЕСТИРОВАНИЕ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Уровень содержания фосфора в почве дает меру способности почвы поставлять фосфор в почвенный раствор. Почвенный тест не измеряет общее количество фосфора в почве, потому что доступное количество фосфора намного меньше, чем общее количество. Он также не измеряет фосфор в почвенном растворе, потому что количество фосфора в почвенном растворе обычно очень мало и не отражает надлежащим образом количество фосфора, которое растения потенциально могут поглотить в течение вегетационного периода.

Тест на фосфор почвы на самом деле является показателем, который помогает предсказать потребность культуры в удобрениях. Рекомендации по внесению удобрений определены на основе множества полевых испытаний на многих почвах и культурах. Различные методы тестирования приводят к различным значениям, которые необходимо интерпретировать соответствующим образом. Например, результат 25 ppm фосфора, полученный с помощью метода тестирования «Olsen», может иметь иную интерпретацию, чем такой же результат, полученный с помощью метода тестирования «Bray».

Источник

Фосфор

Фосфор – один из трех главных химических элементов питания растений. По своей важности он занимает второе место после азота. Принадлежит к числу достаточно распространенных элементов. В свободном состоянии в природе не встречается. Является действующим веществом простых и сложных фосфорных удобрений. Применяется под все сельскохозяйственные культуры в виде основного внесения, припосевного внесения и подкормки.

Содержание:

Большую часть новых химических элементов обнаруживали в различных рудах и минералах. Что же касается фосфора, то он был добыт из куда менее «достойного» источника – из мочи. В XII веке арабский ученый Альхильд Бехиль выделил этот элемент в чистом виде, перегоняя мочу, смешанную с несколькими «подручными» реактивами: известью, углем и глиной. В свете такого подбора компонентов для реакции, сложно сказать, рассчитывал ли он на какой-то определенный результат, однако ему повезло: он открыл фосфор. К сожалению, со временем это было предано забвению.

В 1669 году его коллега, алхимик-любитель Хеннинг Бранд, был занят решением важной задачи: он искал философский камень, а если точнее, жидкость, которая бы превращала недрагоценные металлы в золото. Для одного из своих опытов он собрал порядочное количество мочи в солдатской казарме и стал нагревать ее без доступа воздуха. Он заметил, что жидкость испускает странный белый пар, который оседал на стенках посуды и светился в темноте. Хоть Бранд и не получил желаемого, но он вновь совершил забытое открытие. Новый элемент был назван им «фосфор», что означает «светоносец».

В 1680 году независимо от Бранда фосфор был получен и известным ученым Робертом Бойлем. Его опыт тоже оказался не уникальным, и также был основан на нагревании мочи. И лишь в 1774 году Карл Шееле предложил добывать этот элемент из другого органического источника – рогов и костей животных. В настоящее время фосфор получают преимущественно из природных минералов. [7]

Фосфор

Физические и химические свойства

Фосфор (Phosphorus), P – химический элемент главной подгруппы V группы периодической химической системы Менделеева. Атомный номер – 15, атомная масса – 30,97. В настоящее время известно несколько радиоактивных изотопов фосфора, из которых 32 Р применяется в физиолого-биохимических и агрохимических исследованиях.

Фосфор характеризуется в целом как неметалл. Элемент образует несколько аллотропических видоизменений.

Белый фосфор

Красный фосфор

Черный фосфор

Фосфорит

Фосфорит – осадочная порода, источник фосфора.

Содержание в природе

Природные соединения фосфора

По причине легкой окисляемости чистый фосфор в природе не встречается. Соединения фосфора составляют по отношению к весу земного шара только 0,000015 %. В земной коре масса соединений фосфора составляет 0,75 %. [3]

Ортофосфат кальция

Апатит

Фосфор также входит в состав белков растительного и животного происхождения. [4]

Формы фосфора в почве

Запасы фосфора в почве во многом влияют на обеспеченность растений этим элементом. Все формы фосфора в почве и возможные вариации их воздействия отражаются в следующей цепочке:

Валовый → органический → минеральные соединения Р₂О₅ → потенциально доступный Р₂О₅ → непосредственно доступный Р₂О₅

Валовый фосфор

Содержание фосфора в верхних горизонтах почвы, как правило, выше, чем в нижележащих. Данное соотношение не зависит от типа почвы и гранулометрического состава. Обычно это связано с деятельностью человека и биологическими факторами, [1] в частности, с накоплением фосфора в зоне отмирания главной массы корней. Вниз по профилю почвы наблюдается уменьшение содержания фосфора. Большая его часть присутствует в почве в минеральной форме. [5]

Органические фосфаты

Минеральные фосфаты

Органические и минеральные соединения фосфора находятся в состоянии постоянного взаимопревращения. Соотношения данных форм определяется направленностью почвообразования. [1]

Содержание фосфора в различных типах почв

Различные почвы содержат неодинаковое количество фосфора – от 0,1 % Р₂О₅ в бедных песчаных до 0,20 % в мощных высоко гумусных почвах.

Почвы северной лесостепи

Дерново-подзолистые, глеевато-легкосуглинистые и среднесуглинистые почвы

Дерново-подзолистые легкосуглинистые, развивающиеся на моренном суглинке

Дерново-подзолистые

Дерново-подзолистые песчаные

Дерново-подзолистые почвы

Содержание фосфора в слое 0–20 см, согласно данным: [5]

Почва

Содержание соединений, % к общему содержанию

общее

органических

минеральных

органических

минеральных

Сильно-

оподзоленная

Средне-

оподзоленная

Лесостепная

Мощный чернозем

Каштановая

Серозем

Торфяно-болотные почвы

Симптомы недостатка фосфора, согласно данным: [6]

Культура

Симптомы недостатка

Скручивание краев листовой пластинки;

Образование фиолетовой окраски

Листья темно-зеленые, к стеблю, расположены под острым углом;

Рост наземной массы ослаблен;

При клубнеобразовании на кончиках нижних листьев – узкая темно-коричневая полоса, отмершая ткань заворачивается,

Ботва до уборки темно-зеленая;

Листья темно-зеленые с пурпурным оттенком;

Кочан образуется позднее

Стебли тонкие, слабые, жесткие, волокнистые;

Семядоли у всходов направлены под острым углом к верху;

Нижняя сторона листа – красновато-фиолетовая;

Листья поникшие, с завернутыми под лист долями;

Плоды плохо созревают

Листья мелкие, тусклые, темно-зеленые с голубоватым оттенком;

Края листа чернеют, почернение захватывает концы жилок;

На изломе листа и черешка – почернение;

Отмершие края листьев завернуты вверх;

Содержание сахара низкое;

Признаки недостатка появляются на старых листьях;

Молодые листья рано опадают

Вершины старых листьев вянут и отмирают

Листья мелкие, темно-зеленые с голубоватым оттенком;

Черешок и крупные жилки красноватые; Края листовой пластинки – красновато-лиловые

Плохой рост побегов;

Листья с пурпурным оттенком;

Образование тонких, коротких побегов;

Листья мелкие, тусклые, зеленые;

Листья покрыты пятнышками;

Опадение листьев преждевременное;

Ягоды плохо созревают;

Формируются тонкие, короткие побеги;

Листья редеют, мельчают;

Листья приобретают тускло-зеленую окраску с пурпурным или бронзовым оттенком;

Цветов и плодов мало;

Лесостепные почвы

Мощные черноземы

Обыкновенные черноземы

Выщелоченных черноземы

Темно-каштановые почвы содержат

Роль в растении

Биохимические функции

Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Ни одна живая клетка не сможет существовать без них.

В растениях фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. При этом, содержание минеральных соединений составляет от 5 до 15 %, органических – 85–95 %. Минеральные соединения представлены калиевыми, кальциевыми, аммонийными и магниевыми солями ортофосфорной кислоты. Минеральный фосфор растений – запасное вещество, резерв для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Он увеличивает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки и другие не менее важные процессы.

Органические соединения – нуклеиновые кислоты, аденозинфосфаты, сахарофосфаты, нуклеопротеиды и фосфатопротеиды, фосфатиды, фитин.

На первом месте по важности для жизнедеятельности растений стоят нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и аденозинфосфаты (АТФ и АДФ). Данные соединения участвуют во многих процессах жизнедеятельности растительного организма: синтезе белков, энергетическом обмене, передаче наследственных свойств.

Нуклеиновые кислоты

P₂O₅ в нуклеиновых кислотах содержится около 20 %. Данные кислоты – неотъемлемая часть всех тканей и органов растений любой растительной клетки. В листьях и стеблях нуклеиновые кислоты составляют 0,1–1,0 % сухой массы. [8]

Аденозинфосфаты

Особая роль фосфора в жизни растений заключается в участии в энергетическом обмене растительной клетки. Главная роль в данном процессе принадлежит аденозинфосфатам. В их составе присутствуют остатки фосфорной кислоты, связанные макроэргическими связями. При гидролизе они способны выделять значительное количество энергии.

Они представляют собой своеобразный аккумулятор энергии, поставляя ее по мере необходимости для осуществления всех процессов в клетке.

Различают аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний по запасам энергии значительно превосходит два первых и занимает ведущую роль в энергетическом обмене. Он состоит из аденина (пуринового основания) и сахара (рибозы), а также трех остатков ортофосфорной кислоты. Синтез АТФ осуществляется в растениях в процессе дыхания. [8]

Фосфатиды

Фосфатиды, или фосфолипиды – сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты. Они входят в состав фосфолипидных мембран, регулируют проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.

Цитоплазма всех растительных клеток содержит представителя группы фосфатидов лецитин. Это производное диглицеридфосфорной кислоты, жироподобное вещество, имеющее в составе 1,37 % P₂O₅. [8]

Сахарофосфаты

Сахарофосфаты, или фосфорные эфиры сахаров, присутствуют во всех тканях растений. Известно более десятка соединений данного типа. Они выполняют важную роль в процессах дыхания и фотосинтеза в растениях. Образование сахарофосфатов носит название фосфорилирование. Содержание сахарофосфатов в растении, в зависимости от возраста и условий питания, варьирует от 0,1 до 1,0 % сухой массы. [8]

Фитин

Фитин – это кальциево-магниевая соль инозитфосфорной кислоты, содержит 27,5 % P₂O₅. Он занимает первое место по содержанию в растениях среди других фосфорсодержащих соединений. Фитин присутствует в молодых органах и тканях растений, особенно много его в семенах, где он служит запасным веществом и используется проростками в процессе прорастания. [8]

Основные функции фосфора

Большая часть фосфора присутствует в репродуктивных органах и молодых частях растений. Фосфор отвечает за ускорение формирования корневых систем растений. Основное количество фосфора потребляется в первые фазы развития и роста. Фосфорные соединения обладают способностью легко передвигаться из старых тканей в молодые и использоваться повторно (реутилизироваться). [8]

Источник

Практическое занятие &#8470 8 (часть 2)

Определение в почве подвижных фосфатов по Чирикову и Кирсанову. Оценка обеспеченности почв фосфором. Потребность в фосфорных удобрениях

1. Основные теоретические положения

Фосфор является одним из основных элементов питания растений. Его содержание в растениях значительно ниже, чем азота, калия, и кальция. Недостаточное содержание в почве усвояемых фосфатов обусловливает низкие урожаи. Вместе с тем, на почвах с достаточно высоким содержанием легкорастворимых фосфатов внесение под культуры суперфосфата при посеве обеспечивает существенный прирост урожайности.

В отличие от минеральных форм почвенного азота, которые неустойчивы и легко теряются в результате улетучивания и вымывания почвенные фосфаты весьма устойчивы. Причиной недостатка фосфора для растений является низкая растворимость фосфорных соединений

Недостаток фосфора вызывает последствия, которые аналогичны последствиям недостатка азота. Стебли бывают тонкими, листья мелкими, боковое ветвление ограниченное. Развитие почек весной задерживается, цветение скудное, происходит преждевременное опадение листьев. Так же, как и азот, фосфор реутилизируется в растении. Он оттекает из взрослых листьев в молодые.

2. Формы фосфора в почве, их доступность растениям

В почве одновременно протекают разнонаправленные процессы. Происходят иммобилизация органическим веществом фосфора почвенного раствора и минерализация органических веществ, которая сопровождается поступлением фосфора в почвенный раствор. В почвенный раствор поступает фосфор в результате десорбции его из минеральных соединений, и происходит сорбция (осаждение) фосфатов почвенного раствора минеральной частью почвы.

Уровень фосфорного питания растений зависит от растворимости минеральных форм фосфора. Характер реакции почвенного раствора обусловливает преобладание одного из трех ионов фосфора. В интервале кислых и нейтральных почв преобладает монофосфат – одновалентный ортофосфат – H₂PO₄, в щелочной среде – при pH выше 7,2 доминирует двухвалентный ион HPO₄. Ион PO₄ появляется при pH выше 10. Наиболее легко абсорбируется растениями монофосфат. Количество фосфора в почвенном растворе (H₂PO₄, H₂PO₄), как правило не превышает 1 кг/га пахотного слоя почвы.

Считается, что растения почти весь необходимый для них фосфор извлекают из почвенного раствора. На формирование урожая 1ц/га зерна яровой пшеницы затрачивается около одного килограмма фосфора. Следовательно, содержание фосфатов в почвенном растворе постоянно восполняется. Адсорбированный и другие твердые формы фосфора находятся в равновесном состоянии с фосфором почвенного раствора и между собой. Концентрация почвенного раствора сохраняется. При этом фосфору свойственна более низкая концентрация в почвенном растворе, чем азоту и калию, а также и низкая скорость диффузии. Поскольку основное перемещение фосфора к корням растений осуществляется при диффузии ионов, то в сухой почве, когда расстояние перемещения иона превышает 5-10мм, поглощение фосфора растением замедляется (Томпсон, Троу,1982).

Лучше всего растениями усваивают воднорастворимые фосфаты. Но воднорастворимых солей фосфорной кислоты в почвах обычно так мало, что по их количеству нельзя судить о степени обеспеченности растений фосфором. В связи с этим определение количества фосфатов, переходящих в водную вытяжку из почвы, не дает правильного ответа на то, сколько фосфора находится в почве в форме, доступной для растений. Для оценки уровня обеспеченности растений фосфором используются показатели экстракции фосфатов из почвы различными растворителями: кислотными, щелочными разной концентрации, а также растворами солей, которые извлекают из почвы воднорастворимые фосфаты и часть соединений фосфора не растворяющихся в воде. Агрохимической службой используются: на нейтральных почвах (черноземного типа) 0,5н уксуснокислую вытяжку по Чирикову, на почвах элювиального ряда (серые лесные, дерново-подзолистые) – 0,2 н солянокислую вытяжку по Кирсанову, на карбонатных почвах (черноземах южных, обыкновенных, каштановых почвах) в 1% растворе углекислого аммония по Мачигину.

При расчете доз фосфорных удобрений необходимо учитывать обеспеченность почвы доступными для растений формами фосфатов. Полученные результаты оценивают, пользуясь местными градациями к методам определения подвижных фосфатов в почве по Кирсанову, Чирикову, Мачигину (таблица 7).

Примечание: 7-й и 8-й классы только для овощных культур и корнеплодов

При высокой доступности почвенного фосфора молодые растения быстро поглощают фосфор. При синтезе четверти органической массы они успевают поглотить до 50% всего нужного им количества фосфора за сезон. Зерновые культуры на 7-10 дней ускоряют наступление технологической спелости. Высокая обеспеченность фосфором начальной фазы роста яровой пшеницы обусловливает существенный прирост урожайности за счет повышения озерненности колоса.

Фосфор противодействует влиянию азота на усиление поражения ячменя мучнистой росой. Поражение грибными гнилями корней значительно выше у растений недостаточно обеспеченных фосфором. Эта тенденция проявляется интенсивнее у растений в стадии проростков. Вместе с тем есть сведения и обратного порядка: восприимчивость к болезни проявляется больше при достаточном обеспечении фосфором, чем тогда, когда в почве складывается дефицит фосфора.

3. Определение подвижных фосфатов по методу Чирикова

Материалы и оборудование: весы технические, колбы на 250 и 50 мл, воронки, бумажные фильтры, почвенные образцы, реактивы для выделения подвижных фосфатов:0,5 н уксусная вытяжка, 0,2 н солянокислая вытяжка, фотоэлетроколориметр.

Принцип и химизм метода

Почвенные фосфаты, взаимодействуя с молибденовокислым аммонием в сильнокислой среде (в присутствии аскорбиновой кислоты и ли хлористого олова), образуют комплексную соль голубой окраски. Интенсивность окраски ее пропорциональна содержанию подвижных фосфатов.

Ход анализа

Построение графика и расчеты. Для построения калибровочного графика в мерные колбы на 100мл берут возрастающие количества (5,10,15,20,25,30мл) стандартного раствора KHPO₄. Доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Чирикову, встряхивают и через 10минут определяют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре. По полученным результатам строят график, по которому, согласно оптической плотности раствора, находят объем стандартного раствора и рассчитывают содержание подвижных фосфатов по формуле:

а – отсчет по графику, мл;

b – титр стандартного раствора;

100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы;

С – навеска почвы, г.

4. Определение подвижных фосфатов по методу Кирсанова

Ход анализа.

Навеску почвы 5г переносят в коническую колбу емкостью 100мл, заливают 25мл 0,2н соляной кислотой, взбалтывают 1минуту и отстаивают 15 минут, после чего вытяжку фильтруют. 1-2 мл прозрачного фильтрата переносят в мерную колбу на 50 мл и доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Кирсанову. Содержимое колбы взбалтывают и через 10 минут определяют оптическую плотность окрашенного раствора на фотоэлектроколориметре.

Построение графика и расчеты. Для построения калибровочного графика в мерные колбы на 100мл берут возрастающие количества (5,10,15,20,25,30мл) стандартного раствора KHPO₄. Доливают до метки реактивом &#171С&#187 по Кирсанову, встряхивают и через 10 минут определяют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре. По полученным результатам строят график, по которому, согласно оптической плотности раствора, находят объем стандартного раствора и рассчитывают содержание подвижных фосфатов по формуле:

а – отсчет по графику, мл;

b – титр стандартного раствора;

100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы;

С – навеска почвы, г.

Обсуждение результатов. При выполнении лабораторной работы каждый студент получает индивидуальный почвенный образец. На основании полученных результатов:

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет

Источник