Проблема повышения точности диагностики фосфатного состояния почв Украины

Как известно, мировое сообщество получило новый вызов под названием “продовольственный кризис”. Важным направлением решения продовольственной проблемы многих стран является рост применения минеральных удобрений. При этом возрастает антропогенная нагрузка на окружающую среду. Проблемой остается и постоянный рост цен на сырье и энергоресурсы, необходимые для производства удобрений. В этих условиях возрастает значение точной диагностики плодородия почв. Для Украины, имеющей 32 млн. га пашни, успешное решение данной задачи чрезвычайно актуально.
В результате исследований, проведенных в ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского», было установлено, что использование ряда химических методов для определения содержания подвижных форм элементов в почвах, часто ведет к большим ошибкам. В частности, ошибка определения содержания доступного для растений фосфора или калия в почвах на основе нормативных документов бывшего СССР может достигать 100-200% и больше. Это связано с тем, что большинство методов основано на использовании растворов сильных кислот, то есть “жестких“ методов.
Установлено, что использование кислотных методов на всех легких (песчаных и супесчаных), а также сильнокислых почвах (рН_КСl <4.5) разного гранулометрического состава, ведет к искусственному занижению, а на почвах с высоким содержанием апатитов — к искусственному завышению получаемых данных.
Одним из авторов была предложена концепция, рассматривающая фосфатную и калийную системы почв как открытые термодинамические системы. Характерной особенностью данных систем является высокая стабильность основных параметров (Христенко, 2009). Именно теоретические разработки позволили усовершенствовать методическую базу и предложить систему новых нормативных документов. На данное время разработано 8 национальных стандартов Украины (ДСТУ) и 5 утвержденных проектов ДСТУ.
Установлены регионы и типы почв Украины, где применение конкретных химических методов определения подвижных форм азота, фосфора и калия наиболее целесообразно. При этом учитывается возможное влияние химического состава и физических свойств почв на искажение результатов химического анализа. Для отдельных методов разработаны новые группировки обеспеченности почв подвижным фосфором или калием. Данные нормативные документы устанавливают методы определения подвижных соединений азота, фосфора и калия на всех почвах страны.
Использование стандартов, в том числе: ДСТУ ISO 11263 (метод Олсена), ДСТУ 4114 (метод Мачигина), ДСТУ 4115 (метод Чирикова), ДСТУ 4405 (метод Кирсанова), ДСТУ 4729 (метод Карпинского - Замятиной), показывает, что реальный фосфатный уровень экстенсивно используемых пахотных почв находится на границе низких и средних значений обеспеченности, а калийный — в пределах средней обеспеченности.
Это объясняет хорошо известные эмпирические данные о высокой эффективности минеральных удобрений, особенно фосфорных, на всех типах пахотных почв, в том числе черноземах.
Практика использования новых нормативных документов, разработанных для Украины, показала, что только за счет повышения точности диагностики почвенного плодородия, корректировки доз и более рационального распределения удобрений по полям и культурам, их эффективность возрастает в среднем на 30%.
Несовершенство теории и методологии ведет к искажению (завышению или занижению) оценки не только отдельных полей, но и целых регионов. Так, иллюзия богатства черноземов на лессовых породах вызвана тем, что данные почвы содержат повышенное количество апатитов и полевых шпатов. Фосфор или калий, содержащийся в этих минералах, растениям непосредственно не доступен. В то же время, соединения этих элементов частично экстрагируются растворами сильных кислот, в том числе 0.02н HCl (Кирсанов, рН-1.0) и 0.5 н CH₃COOH (Чириков, рН-2.5).
Анализ публикаций показывает, что получение объективной оценки состояния плодородия почв и содержания доступных форм макро- и микроэлементов в почвах является общемировой проблемой.
Недостатки, присущие методам на основе растворов кислот, во многом свойственны всем методам, имеющим значения рН экстрагента менее 4.5: методы Брея-Куртца 2 (рН-1.0), Мелиха 1 (рН-1.2), Аррениуса (рН-2.0), Мелиха 3 (рН-2.5), Мелиха 2 (рН-2.6), Ван Лиеропа (Келауна) — рН-2.7, Эгнера-Рейма (рН-3.6), Брея-Куртца 1 (рН-3.5), Эгнера-Рейма-Доминго (рН-4.2) и др.
Так, например, нами установлено, что определение фосфора по методу Эгнера-Рейма в почвах с сильнокислой или щелочной реакцией ведет к искусственному занижению данных (рис. 1). Увеличение в почве количества апатитов, наоборот, ведет к искусственному завышению результатов. Содержание апатитов отражает фракция Са-Р, метод Чанга-Джексона.




Тенденция к «снижению» содержания фосфора на почвах с очень высоким содержанием апатитов, распространенных в степях Украины, объясняется их щелочной реакцией.
Нами использован комплекс методов, базирующийся на разных принципах: химические методы, метод ионообменных смол, биологические методы (опыты с растениями).
Кроме того, проводился статистический анализ материалов автоматизированного информационного банка данных, который содержит результаты анализов свыше 1500 образцов почв.
В результате исследований был сделан вывод о целесообразности широкого использования, так называемых «мягких» методов на основе солевых и слабощелочных экстрагентов.
Сравнительная оценка разных методов, проведенная на протяжении тридцати лет, показала преимущество метода на основе раствора гидрокарбоната натрия (Olsen, 1954), ISO 11263:1994 Soil quality – Determination of phosphorus – Spectrometric determination of phosphorus soluble in sodium hydrogen carbonate solution. В дальнейшем данный метод обозначен как метод Олсена.
Было установлено, что гранулометрический состав и другие свойства почв (содержание апатитов, кислая среда), практически не влияют на результат химического анализа, проведенного по методу Олсена. Коэффициент корреляции был менее 0.33.
При этом содержание фосфора по данным метода Олсена всегда находится в границах низких и средних значений обеспеченности. Это объективная оценка, поскольку такое состояние является наиболее вероятным состоянием фосфатных систем неудобренных пахотных почв как термодинамических систем.
Данные, полученные по методу Олсена, на кислых и нейтральных почвах всегда соответствуют оценке плодородия почв, полученной с помощью других “мягких” методов. Адекватность оценки фосфатного состояния подтверждена и биологическими методами. Это видно на примере данных микрополевого опыта (табл. 2).



Диапазон успешного использования метода Олсена очень широк: от кислых дерново-подзолистых и буроземных почв до черноземов южных и темно-каштановых почв. То есть, метод Олсена универсален, и его можно использовать практически на всех почвах Украины.
Это важная информация, поскольку сфера использования метода Чирикова в Украине существенно сокращена. Согласно ДСТУ 4115 данный метод можно использовать только для диагностики почв оподзоленного ряда.
Национальный стандарт Украины ДСТУ ІSO 11263-2001 является идентичным международному стандарту ISO 11263. Один из авторов статьи участ­вовал в разработке данного гармонизированного нормативного документа, поэтому считает своим долгом отметить и недостатки метода Олсена.
Во-первых, существует необходимость в обес­цвечивании вытяжки. Стандартом предусмотрено использование активированного угля. В последних модификациях метода для этого в состав экстрагента включают ЭДТА и флоккулянт Superfloc 127.
Во-вторых, анализ материалов банка данных выявил наличие парадокса. Метод предназначен, прежде всего, для анализа щелочных почв. Вместе с тем оказалось, что его использование для анализа этих почв может вести к искусственному занижению оценки их обеспеченности фосфором. Причем, чем выше щелочность почвы, тем ниже получаемый результат (рис. 2). Иногда создается впечатление “исчезновения” доступного для растений фосфора. По этой причине сложилось мнение, что щелочные почвы плохо обеспечены доступным для растений фосфором.



Параллельное использование солевых методов (Карпинский-Замятина, 0.03н K₂SO₄, pH-5.8; Скофилд) показывает, что реального снижения содержания доступного для растений фосфора в щелочных почвах не происходит. То есть, “исчезновение” фосфора является иллюзией, вызванной недостатком метода. Проблема в том, что щелочной экстрагент в щелочной среде теряет экстрагирующую силу, что и приводит к искусственному занижению получаемых данных.
Максимальное искусственное занижение составляет около 18 мг Р₂О₅/кг. Много это или мало, видно из экспертного расчета. Для повышения содержания фосфора на эту величину необходимо внести на тяжелых почвах не менее 600 кг Р₂О₅/га. При условии, что это разовая (единовременная) доза внесения, а анализ почвы проведен не позже одного года после внесения.
Высокие требования нормативных документов (ISO 11263:1994 и ДСТУ ІSO 11263-2001) к точности проведения анализа и получения точных данных обесцениваются отсутствием официальных группировок обеспеченности почв доступным для растений фосфором. Без корректно разработанной группировки почв невозможно объективно оценить их фосфатное состояние.
Имеющаяся в литературе информация сущест­венно различается между собой (табл. 3).



Кроме того, исследования, проведенные в ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского» показали, что оценка плодородия почв по методу Олсена при использовании обеих систем оценки обеспеченности фосфором, как правило, не совсем совпадает с оценкой, полученной по данным других щелочных и солевых методов.
Нами усовершенствованы группировки обеспеченности почв фосфором по методу Олсена. Теперь оценка обеспеченности почв фосфором по данному методу полностью совпадает с оценкой других “ мягких” химических методов (Мачигин, рН 9.0; Чанг-Джексон, фракция Al-P - рН 8.5; Карпинский-Замятина, рН 5.8).
Кроме того, добавлена группа “очень высокая” обеспеченность фосфором. Это позволит более рационально использовать имеющиеся ресурсы. Оптимальное содержание доступного для растений фосфора для получения высоких стабильных урожаев лежит в границах группы «высокой» обеспеченности. Повышение содержания подвижного фосфора в почвах сверх оптимального уровня ведет к резкому снижению отзывчивости растений на внесение фосфорных удобрений.
Разработаны математические модели и соответст­вующая компьютерная программа, позволяющие установить реальную обеспеченность щелочных почв подвижным фосфором в зависимости от значений рН_КСl или рН_Н2О. Получен патент на полезную модель (Патент, 2009).
Использование данных математических моделей или программы, а также усовершенствованной шкалы обеспеченности почв фосфором, позволяет оптимизировать системы удобрений и, соответственно, затраты на гектар удобренной площади. Например, установив, что фосфатный уровень почвы соответствует не 5 мг Р₂О₅/кг (низкая обеспеченность фосфором), а 25 мг Р₂О₅/кг почвы (средняя обеспеченность фосфором), фермер, на основе имеющихся рекомендаций, может существенно снизить дозу вносимого удобрения, не опасаясь снижения урожая культур.
Внесение высоких доз фосфорных удобрений на почвах, имеющих высокую щелочность, так же нецелесообразно по следующей причине: высокая щелочность (рН_КСl - 8.0 или рН_Н2О - 8.5 и более) часто вызывается не только наличием карбонатов кальция, но и дополнительным присутствием соды. Последнее соединение довольно токсично и может негативно влиять на рост и развитие многих сельскохозяйственных культур, что резко снижает эффективность применяемых удобрений.
Почвы, характеризующиеся щелочной реакцией, можно встретить практически на всей территории Украины, в том числе Украинском Полесье (дерново - карбонатные почвы). Но наиболее широко такие почвы распространены в Заднестровье (черноземы обыкновенные и южные), республике Крым (черноземы южные), Среднем Приднепровье (черноземы луговые и лугово-черноземные засоленные почвы), Северной Степи (черноземы обыкновенные).

Христенко А.А. - кандидат. c.-х. наук ведущий научный сотрудник отдела агрохимии, Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского». Харьков. Украина; e-mail: khristenko.an@mail.ru

Иванова С.Е.- кандидат биологических наук, вице-президент Международного Института Питания Растений по Восточной Европе, Центральной Азии и Ближнему Востоку. e-mail: sivanova@ipni.net

Литература

Христенко А.А. Подвижность “подвижных“ элементов питания растений в почвах//Вестник аграрной науки. -2009 г. - № 8.-С.16-20.

Olsen, R., Cole, C.V., Watanabe, F.S. and Dean, L.A. Estimation of available phosphorus in soils by exstraction with sodium bicarbonate (1954), U.S. Dept of Agric.Cir.939.
Янишевский П.Ф. Химическая оценка фосфатного состояния почв // Агрохимия. - 1996. - № 4.- C.95-116.
Методы определения фосфора в почве // Агрохимические методы исследования почв /Под ред.А.В.Соколова. 5-е изд.доп. и перераб. - М.: Наука, 1975.- С.106-190.
ПАТЕНТ на полезную модель № 41725 Украина, МПК (2009) G01N 33/24 Способ корректировки точности оценки фосфатного состояния почв по методу Олсен (на основе гидрокарбоната натрия) /Христенко А.А., Бюл. №11. – 6 с.