ВЛИЯНИЕ pH НА ДОСТУПНОСТЬ ФОСФОРА РАСТЕНИЯМ

Доступность фосфора растениям в значительной мере обусловливается прямым и косвенным влиянием реакции среды. Прямое влияние pH связано с изменением биохимических и физиологических процессов, протекающих в клетках и тканях растений, косвенное — определяется изменением содержания и степени подвижности лабильных фосфатов и других элементов питания в почве, оказывающих влияние на усвоение фосфора растениями.

Наиболее значительное влияние pH оказывает на поведение фосфатов алюминия, железа и кальция. В кислых почвах гидроксиды железа и алюминия, взаимодействуя с фосфат-ионами почвы и удобрений, образуют ряд сложных слаборастворимых и практически недоступных растениям соединений:

В щелочных почвах (южные черноземы, каштановые почвы, сероземы) по мере повышения pH ионы ОН- могут вытеснять (замещать) Р04- из неокристаллизованных (аморфных) фосфатов железа и алюминия, переводя их в растворимую форму с образованием нерастворимых гидроксидов железа и алюминия:

Из уравнения следует, что прямая реакция зависит от pH (рОН), обратная — от концентрации фосфатов в растворе. Снижение концентрации (активности) ионов гидроксида или повышение концентрации фосфат-ионов сопровождается образованием в почве фосфатов железа и алюминия. Так как Fe, А1Р04 и Fe, А1(ОН)3 являются нерастворимыми твердыми веществами, эти реакции относятся к анионному обмену, однако первоначально обменная сорбция фосфат-ионов постепенно завершается хемосорбцией и полного эквивалентного обмена анионов обычно не происходит. Подщелачивание почвенного раствора при обменной адсорбции фосфатов обычно ниже, чем это следует из уравнения. Замещение гидроксида фосфатом возможно только при низких значениях pH, при высоких его значениях обмену препятствует превосходящая активность (концентрации) ионов ОН-. Аналогичный обмен ОН-на анионы фосфорной кислоты (Н2 Р04 и Н РО|_) происходит на поверхности глинистых минералов (каолинита, бейделлита и др.). Наряду с фосфат-ионами, в обменные реакции с гидроксидами вторичных минералов могут вступать также SO|-, Мо04-, Н2ВО- и лишь в небольших количествах С1- и NO-. Обменная адсорбция двух- и трехосновных анионов постепенно трансформируется и практически всегда завершается хемосорбцией. Процессы превращения обменно поглощенных фосфатов в химически связанные минеральной частью почвы нерастворимые фосфаты протекают довольно медленно с образованием ряда метастабильных фосфатов, что позволяет растениям в определенном промежутке времени использовать обменные фосфаты. Разумеется, с ухудшением растворимости уменьшается и доступность фосфора растениям.

Большое влияние на доступность растениям труднорастворимых фосфатов оказывает их катионный состав. Металлы с переменной валентностью (Fe, Мп и др.), вследствие изменения размера их катионов при разной степени окисления, образуют фосфаты с рыхлокристаллической решеткой,благодаря чему при переменных условиях аэрации (ОВП) в почве фосфаты железа и марганца, в отличие от алюминия, менее окристаллизованы, более растворимы и лучше доступны растениям. В результате восстановления трехвалентного железа первоначально нерастворимые трехосновные фосфаты железа переходят в более растворимые формы:

Когда при избыточном увлажнении кислых почв создаются анаэробные условия, происходит их подщелачивание (иногда до нейтрального значения pH) в результате восстановления железа (Fe(OH)3 + е~ Fe2+ + ЗОН-), что способствует повышению растворимости алюмо- и железофосфатов и снижению химического закрепления растворимого фосфора вследствие уменьшения растворимости гидроксидов железа и алюминия. В аэробных условиях двухвалентное железо (Fe2+) вновь окисляется до трехвалентного (Fe3+) с образованием аморфного гидроксида железа, который в период своего образования обладает высоким химическим сродством к фосфат-ионам, в результате чего растворимость и доступность фосфора растениям снижаются.

Таким образом, условия аэрации почвы, изменения направленности окислительно-восстановительных процессов трансформации фосфатов железа контролируют их подвижность и доступность растениям.

Большое влияние на растворимость фосфатов кальция (гидрок- сидапатита Са10(РО4)6(ОН)2, карбонатапатита Са10(РО4)6СО3, окта- кальцийфосфата Са4Н(Р04)3 и др.) оказывает кислотность почвы. В зависимости от степени кислотности почвы нерастворимые апатиты, присоединяя ионы водорода, частично или полностью переходят в слаборастворимые и растворимые фосфаты:

В результате присоединения протонов к остатку фосфорной кислоты гидроксидапатита или карбонатапатита их кристаллическая решетка разрушается и они последовательно трансформируются в гидрофосфат (СаНР04) и дигидрофосфат (Са(Н2 Р04)2) кальция. Разложение апатита вызывает некоторое снижение кислотности почвы вследствие уменьшения количества ионов водорода в среде, а при фосфоритовании наблюдается заметное повышение pH почвы.

Повышение кислотности почвы значительно увеличивает растворимость алюминия и его токсичность для растений, проявляющуюся в нарушении синтеза аминокислот и белков, образования фосфатидов и нуклеопротеидов.

Подвижный алюминий негативно влияет прежде всего на рост и ветвление корней, что приводит к снижению доступности фосфора растениям вследствие меньшей протяженности корневой системы и площади ее контакта с почвой.

Высокое содержание алюминия в почвенном растворе сильнокислых почв вызывает образование нерастворимых алюмофосфатов (А1Р04), и как следствие, создается недостаток фосфора для растений. Кроме того, алюминий, адсорбируясь на поверхности корней, инактивирует часть фосфора, поглощаемого растениями. Положительная роль фосфора при этом заключается в том, что он частично связывает алюминий в ризосфере, способствует иммобилизации его на поверхности корневой системы, снижает поступление в клетки и тем самым улучшает обмен веществ в растениях.

Следует учитывать, что при pH > 5 алюминий осаждается в почве в виде А1(ОН)3 и меньше взаимодействует с фосфат-ионами. Поэтому в нейтральных почвах минеральные фосфаты почвы представлены в основном солями кальция и магния фосфорной кислоты.

В кислых почвах большая часть фосфора связана полуторными оксидами алюминия и железа. В нейтральных и карбонатных почвах преобладают фосфаты кальция и магния. В нейтральных и слабощелочных карбонатных почвах также преобладают фосфаты кальция и магния. Разумеется, с ухудшением растворимости уменьшается и доступность фосфора растениям.

Наиболее высокая доступность фосфатов почвы и вносимых удобрений растениям обычно наблюдается при реакции среды, близкой к нейтральной (pH 6—7). В этих условиях растворимость гидроксидов Fe(OH)3 и А1(ОН)3 минимальна (соответственно 10-33и 10-29), а низкая концентрация ионов Са2+ в растворе недостаточна для образования нерастворимых трехзамещенных фосфатов кальция. Подкисление почвы, связанное как с систематическим применением физиологически кислых удобрений, вымыванием кальция и отчуждением его с урожаем, так и подщелачиванием на переизвесткован- ных почвах, приводит к снижению доступности фосфора растениям и урожайности.