Студенту на замітку: Сільське господарство. Агрохімічний аналіз

Дефіцит бору найчастіше спостерігається на піщаних ґрунтах з низьким вмістом гумусу або після сильних посух, у результаті яких мінералізація органічної речовини ґрунту, а тому і вивільнення бору в ґрунтовий розчин припиняється. Недостатня кількість моліб­дену дуже рідкісне явище, за винятком ґрунтів з дуже кислою реакцією середовища і для культур, що дуже чутливі до його низьких концентрацій (бобові, хрестоцвіті, цитру­сові). Нестача хлору нетипове, швидше унікальне явище і може траплятись в певних геохімічних провінціях, наприклад, Північній Великій Рівнині в США.

Для оцінки результатів аналізів найчастіше використовують значення критичних концентрацій наведених. Слід зазначити, що результати рекомендацій на основі проведених аналізів можуть бути кращими, якщо оцінюється більше, ніж один показник властивостей ґрунту, або враховуються особливості культур, які будуть ви­рощуватись. Наприклад, рекомендації щодо внесення Мп і на основі результатів аналізу ґрунтів будуть розроблені точніше, коли відома і враховується величина рН ґрунту. Інші важливі фактори, що повинні враховуватись при видачі рекомендацій для підвищення їх точності. У деяких випадках індекси доступності мікроелементів розраховуються за допомогою інтегрального регресійного аналізу ре­зультатів вимірювання вмісту цього елемента та інших показників властивостей ґрун­ту. Ці індекси використовують для розробки рекомендацій у випадках, коли вміст еле­ментів нижчий від критичних концентрацій.

Нарешті, деякі мікроелементи можуть бути токсичними для рослин, якщо їх кон­центрація в ґрунті дуже висока. Найчастіше це відбувається з Мп у сильно кислих ґру­нтах (рН<5,2) і бором, коли навіть незначне перевнесення добрив може спричиняти фітотоксичність. Хоча це буває дуже рідко. В, Си і Zn стають фітотоксичними в ґрунтах після внесення сільськогосподарських, муніципальних або промислових відходів, якщо технології використання цих відходів порушують. Визначення критичного фітотоксич­ного рівня мікроелементів набагато важче завдання, ніж дефіцитного, і значною мірою залежить від особливостей рослин.

Хімічні, фізичні і біологічні властивості, які впливають на доступність поживних речовин

Доступність основних та інших елементів рослинам, ризик їх фітотоксичності або екологічної небезпечності від промивання, ерозії, поверхневого змиву і/або газоподіб­них втрат залежить від фізичних, хімічних і біологічних властивостей ґрунтів. Певні по­казники цих властивостей вимірюються при загальноприйнятих дослідженнях ґрунтів в агрохімічних лабораторіях, деякі визначаються тільки в окремих зразках. Інші дуже рідко вимірюються, але їх значення можуть бути передбачені за допомогою відомих показників або при візуальному огляді територій. Нижче обговорюються тільки ті пока­зники, які найбільш істотно впливають на ріст рослин.

рН ґрунту - показник кислотності/лужності ґрунтового розчину, який знаходиться в рівновазі з колоїдами ґрунту (В. Ван Ліроп, 1990); звичайно вимірюється за допомо­гою рН-метра (Г. Томас, 1996). Цей показник найбільш корисний при оцінці родючості ґрунту і визначенні технологій його використання, тому що містить інформацію про розчинність, а звідси - потенціальну доступність або фітотоксичність поживних та ін­ших елементів і відносну біологічну активність рослин і мікроорганізмів. Розчинність більшості мікроелементів живлення і потенційно токсичних мікроелементів (Ссі, Мі, РЬ) сильно залежить від величини рН. Для більшості елементів їх розчинність зростає із збільшенням кислотності. Одним з винятків є фосфор, який найбільш доступний у діа­пазоні рН = 5,5-7,5, а також кальцій і молібден, доступність яких більша при рН > 7,0. Інші процеси, які впливають на поведінку елементів в ґрунтах (катіонний обмін, сорб­ція, десорбція), також залежать від рН. Кислі ґрунти, рН яких < 5,5 неродючі, що пояс­нюється підвищенням розчинності і токсичності АІ і Мп і зниженням доступності росли­нам Са, Мд, Мо і Р. Доступність N також знижується в умовах підвищеної кислотності, тому що бактерії, здатні до нітрифікації, більш активні в умовах нейтрального або сла­бо-кислого середовища. Родючість ґрунтів з лужною реакцією середовища, найчасті­ше карбонатних, знижується через зменшення розчинності сполук Р, Си, Ре, Мп, Zn і збільшення сорбції бору.

рН - показник того, наскільки ґрунтове середовище підходить для росту і розви­тку рослин, але не дає інформації про те, скільки і яких речовин необхідно для коре­ктування надлишкової кислотності або лужності. Для визначення норм вапнякових матеріалів або підкисляючих матеріалів необхідно знати буферну ємність ґрунту. Для кислих ґрунтів потреба у вапнуванні визначається кількістю вапна або іншого нейтра­лізуючого матеріалу, потрібного для підвищення показника рН до оптимальних або близьких до оптимального значень (Дж. Сімс, 1996). Потреба в підкисленні як і для вапнування, визначається кількістю підкислюючого матеріалу (звичайно використову­ється елементарна сірка або АІ₂(80₄)з,), що призведе до зниження рН до оптимальних або близьких до них значень. Потреба у вапнуванні визначається багатьма методами, найбільш розповсюдженим є вимірювання буферної рН (Дж. Сімс, 1996). Для цього до наважки ґрунту додають буферний розчин (рН = 7,5—8,0), суміш залишають на деякий час для встановлення рівноваги і вимірюють рН суспензії. Якщо відбулось зменшення рН розчину, це вказує на величину кислотності ґрунту, яка повинна бути нейтралізова­на для досягнення бажаного рН. Визначення норми вапна на основі результатів вимі­рювання зміни рН буферного розчину проводиться при проведенні польових дослідів. Це є необхідною умовою впровадження даного методу дослідження, Шоумейкер-Мак Лін-Пратт (для буфера з рН = 7,5), Адамс-Еванс (для буфера з рН = 8,0), і Мехлік (для буфера з рН = 6,6). Інший метод визначення потреби у вапнуванні полягає в екстракції обміннопоглинутих іонів водню і алюмінію сольовим розчином (наприклад, 1 М КСІ) з подальшим титруванням екстракту лугом. Це швидкий і дешевий метод, який краще використовувати для сильнокислих ґрунтів з високим вмістом алюмінію. Достатня но­рма вапнякових матеріалів у цьому разі складає 1,5-2,0 величини обмінної кислотнос­ті, виражена в т/га. При такій нормі вдається досягнути нейтралізації надлишкової кис­лотності до прийнятних величин.

Органічна речовина ґрунту. Оскільки вміст органічної речовини є надзвичайно важливим показником родючості ґрунтів, він часто є стандартним компонентом зага­льноприйнятих аналізів ґрунту. Хоча вміст органічної речовини в ґрунтах достатньо низький (1-5%), це надзвичайно важливий показник їх родючості. Традиційний підхід при аналізі полягає у вимірюванні вуглецю, отриманого при окисленні органічної речо­вини розчином біхромату (Сг₂0₇"). Вміст гумусу розраховується за допомогою емпірично встановлених коефіцієнтів. Альтернативним методом є визначення втрат при спалю­ванні. При цьому методі зразок ґрунту спалюють при температурі 360-400°С декілька годин або ніч. Втрата маси зразка пропорційна вмісту органічної речовини.

Вміст розчинних солей. Засоленість ґрунтів - глобальна проблема, яка безпо­середньо впливає на родючість ґрунтів. Високий вміст розчинних солей негативно впливає на ріст і розвиток рослин. Токсичність певних іонів (№, СІ, В) призводить до прямого пригнічення і загибелі рослин. Високий уміст солей у ґрунтовому розчині, утруднення поглинання води з ґрунту також призводить до пригнічення і загибелі рос­лин. Визначення вмісту розчинних солей - це досить проста процедура, заснована на вимірюванні електропровідності водного екстракту (співвідношення ґрунт : розчин ста­новить 1:2 або 1:5). Інший метод, який потребує більшого часу, але інформативніший, такий: ґрунт змішується з деіонізованою водою до повного насичення, після цього роз­чин відфільтровується і екстракт аналізується на електропровідність.

Інтерпретація результатів аналізів. Інтерпретація результатів досліджень ґрунтів може бути визначена як кількісне відношення отриманих даних до ймовірності того, що агротехнології дадуть позитивний результат. Оцінка родючості ґрунтів озна­чає використання результатів агрохімічних аналізів для точного передбачення уро­жайності культур без внесення добрив і ймовірність позитивного відзиву рослин на внесення добрив або інших засобів хімізації.

Використання результатів аналізів у сільськогосподарському виробництві можли­ве, якщо існує кореляційна залежність між результатами вимірювань і певними показ­никами відзиву рослин (концентрація поживних речовин в рослині, урожайність). Ці залежності можуть бути використані для калібрування результатів аналізу (створення градацій забезпечення). Основною метою калібрування результатів аналізів ґрунту є розділення ґрунтів на групи. В основі цього розділення лежить ймовірність того, наскі­льки внесення поживних речовин буде позитивно впливати на рослини.

При інтерпретації використовують залежності, встановлені статистичними мето­дами, між значеннями властивостей ґрунту і показниками рослин або іншими показни­ками, що характеризують успішність технологій використання земель. Рекомендації, видані на основі аналізів ґрунтів, також включають, хоч ї некількісне, але професійне судження про інші фактори, які впливають на розвиток рослин, але не були визначені.

Особи, відповідальні за видачу рекомендацій, повинні бути знайомі з усіма аспек­тами методики аналізів ґрунтів, запланованого використання земель, в тому числі му­сять мати інформацію про тип ґрунту, культури, які планується вирощувати, кліматичні умови, технології, які будуть використовуватись, економічні і екологічні фактори.

Кореляція і калібрування. Інтерпретація результатів аналізу починається з калі­брування результатів, яке визначено як "процес визначення зв'язку між виносом пожи­вних елементів рослиною або врожайністю і кількістю поживних елементів, що екстра­гуються певним методом"(Р. Корі, 1987). Для того, щоб метод можна було використо­вувати, його результати повинні добре корелювати з кількісними показниками відзиву рослин, бажано в польових умовах. Вегетаційний метод, який дозволяє швидко і недо­рого визначити можливу цінність нового методу для широкого кола ґрунтів і рослин - перший крок для встановлення кореляції результатів нового методу дослідження ґрун­тів. Стандартний підхід в цьому разі - це дослідження кількості поживних та інших елементів, що екстрагуються даним методом з різних ґрунтів, для яких цей метод пла­нується використовувати. При цьому ґрунти використовуються для вирощування куль­тур в стандартних, контрольованих умовах освітлення, зволоженості та ін. У кінці веге­тації визначаться врожайність та вміст елементів, які досліджуються. За допомогою статистичних методів (кореляція і регресія) встановлюють зв'язок між кількістю елеме­нтів (сполук), що проекстраговані з ґрунту, і показниками відзиву рослин. Статистичні методи дають можливість встановити, наскільки зміни показників рослини (врожай­ність, вміст даного елемента) залежать від кількості речовини, що вилучаються мето­дом, який досліджують. Якщо коефіцієнт кореляції високий, проводять регресійний аналіз, який дозволяє встановити рівняння регресії, за допомогою якого можна перед­бачити урожайність культури або елементарний склад рослини за даними аналізів ґрунту. У деяких випадках мультиплікаційний кореляційний і регресійний аналіз вико­ристовують для створення рівнянь кількісного зв'язку між показниками розвитку рослин і властивостями ґрунту (значення агрохімічних аналізів, рН, гумус, гранулометричний склад і т.ін.).

Якщо при проведені досліджень в контрольованих умовах вегетаційного досліду отримані достовірні і високі коефіцієнти кореляцій між результатами аналізів ґрунту та показниками відзиву рослин, проводять польові дослідження. Метою польових дослі­джень є визначення, наскільки результати аналізів ґрунту в природних умовах відпові­дають реакції культур. Для більшої надійності польові дослідження проводять декілька років при різних рівнях вмісту елемента (елементів), що досягається в тому числі і внесенням добрив у різних місцях, на різних типах ґрунтів. Повторюваність експери­ментів, в яких інші фактори, що впливають на ріст і розвиток рослин, контролюються, є необхідною умовою. Методи кореляції і регресії знову використовуються для отриман­ня достовірних даних про зв'язок між показниками аналізів і реакцією рослин.

Наступний крок вивчення нового методу є створення калібрувальних шкал - калі­брування. Його метою є розділення шкали можливих значень вимірювань на класи. В основі цього розділення лежить ймовірність позитивного відзиву рослин на внесення даного поживного елемента або ймовірність негативного впливу на екосистеми. Тра­диційно результати аналізів ґрунту розділяють на такі групи: дуже низький вміст, низь­кий, середній, високий і дуже високий. Останнім часом введено категорії: оптимальна і надлишкова, а також розроблена градація, що виділяє класи впливу на навколишнє середовище (Д. Бігл, 1995). С. Тісдал та ін. (1993) рекомендують ймовірність економіч­ної ефективності від внесення фосфорних і калійних добрив в залежності від вмісту цих елементів у ґрунті розділити на дуже високу, високу, середню і низьку. Вона буде становити 70-95%, 40-70%, 10-40% і < 10% відповідно.

Філософія інтерпретації даних моніторингу ґрунтів. Існує два основних стратегічних підходи для підтримки продуктивності сільського господарства - швидке створення і підтримання родючості ґрунтів на необхідному рівні. Обидва підходи час­тіше використовуються для малорухомих (Р, К, Са, Мд, Си, Ре, Мп, Мо, Zr\), ніж для мобільних (М0₃"-М, 80₄²-Б, В, СІ) поживних елементів, моніторинг яких базується на таких специфічних підходах, як аналізи підорних горизонтів.

Швидке створення або підтримання продуктивності ґрунтів базується на швидко­му досягненні оптимального рівня поживних елементів у ґрунті, як правило за два ро­ки. Для цього добрива вносять щорічно в кількостях, що будуть виноситись з врожаєм. Таку стратегію ще називають "удобрення ґрунтів" - технологія, яка не потребує і не враховує дані аналізу ґрунтів. Як вказують В. Данке і Р. Олсон (1990), "...концепція швидкого забезпечення і підтримки родючості не враховує успадковану природну кіль­кість поживних речовин, яка для багатьох ґрунтів, крім піщаних, є високою для більшо­сті поживних речовин", і "повне дотримання цієї стратегії... не викликає необхідності аналізу ґрунтів". Економічна і екологічна обґрунтованість цих рекомендацій викликає все більше запитань. (Р. Олсон та ін., 1987). Математичним обґрунтуванням цієї стратегії є залежність між реакцією рослин (відносна врожайність) і нормами поживних елементів, що вносились з добривами (рис. 2.3). Ці моделі можуть бути різними, що впливає на визначення економічно оптимальної норми добрив.