naczenie nawozów organicznych dla zwiększenia plonów produkcji rolnej na Ukrainie

Dla każdego gospodarstwa rolnego niezwykle ważne jest zwiększenie efektywności żyzności gleby. W glebach skoncentrowana jest ogromna ilość składników pokarmowych - w próchnicy (humusie), organicznych resztkach roślinnych i w związkach mineralnych. Przybliżone zapasy humusu, azotu i kwasu fosforowego dla różnych gleb przedstawiają się następująco (tabela 1).

Azot w glebie koncentruje się głównie w próchnicy, stanowiąc średnio 5-6%; niewielka jego część występuje w formie związków mineralnych. Znaczna część fosforu występuje również w związkach organicznych. W bielicach na przykład fosfor części organicznej stanowi 20-25% jego całkowitej ilości, a w czarnoziemach około 50%. Potas w glebach występuje głównie w formie mineralnej. Całkowita zawartość potasu przeliczona na K₂O osiąga 60-80 t na hektar.

Jeśli uwzględnić, że dla plonu pszenicy 40 q/ha wykorzystuje się 80-120 kg azotu, 40-50 kg fosforu i 56-60 kg potasu, to zapasy te w 20-centymetrowej warstwie czarnoziemów zapewniają uzyskanie takiego plonu ziarna przez 80-120 lat, a zapasy bielic i szaroziemów przez 30-50 lat. Metrowa warstwa bielic i szaroziemów może zapewnić wysokie plony roślin uprawnych azotem przez 130-150 lat, taka sama warstwa czarnoziemów przez 500-700 lat, a ziem osuszonych do 2500-2800 lat. Jeszcze na więcej lat w glebie mineralnej znajdują się zapasy fosforu i potasu.

Pewna ilość azotu, fosforu, potasu i innych składników pokarmowych w glebie znajduje się w resztkach roślinnych (korzenie, resztki pożniwne). Największa ilość tych resztek (do 250 t/ha) występuje w glebach dziewicznych. Chociaż ilość składników pokarmowych w resztkach roślinnych jest stosunkowo niewielka, cenne jest to, że substancje te szybko przekształcają się w związki przyswajalne dla roślin.

Aktywizacja przekształcania próchnicy i resztek roślinnych poprzez prawidłową uprawę gleby i agrotechnikę jest najważniejszym czynnikiem zwiększania plonów w kraju. Jednak głównym środkiem zwiększania zbiorów produkcji rolnej, szczególnie na obszarach występowania gleb bielicowych i zbielicowanych, są nawozy organiczne - obornik, torf i różne komposty. Ich zastosowanie często podwaja, a nawet potraja plony roślin uprawnych.

Skład i zawartość materii organicznej w glebie

Wiadomo, że źródłami materii organicznej w glebach są resztki roślinne i mikroorganizmy, a także obornik i komposty. Materiały te, z których następnie tworzy się glebowa próchnica, pod względem chemicznym składają się z węglowodanów i substancji pokrewnych (monosacharydy, di- i trisacharydy, polisacharydy), ligniny, związków azotowych (substancje białkowe, aminokwasy, amidy, alkaloidy, chlorofil, glikozydy), tłuszczów i substancji pokrewnych (kwas palmitynowy, stearynowy, oleinowy, linolowy i linolenowy, lecytyny, fitosterole, wosk), żywic i terpenów, suberyny, kutyny i sporopolenin, a także substancji popiołowych roślin.

Resztki roślinne w glebie, poddawane różnorodnym procesom przekształcania, ulegają rozkładowi z wytworzeniem prostych związków (H₂O, CO₂, NH₃, HNO₃ itp.) lub przechodzą w bardziej obojętne formy materii organicznej.

Początek głębszego badania składu i natury humusu został zapoczątkowany przez Sprengela w 1826 roku, który swoimi badaniami humusu osiągnął znaczne sukcesy. Dalsze badania składu i natury humusu glebowego związane są z nazwiskami Berzeliusa, Muldera, Hermanna, Schreiner'a, Shori'ego, Trusova, Sven-Odena, Schmuka, Williamsa, Waksmana, Tiurina, Kononowej i wielu innych.

Substancje próchniczne gleby należą do swoistych wysokocząsteczkowych związków organicznych o bardzo złożonym składzie chemicznym, który do tej pory nie został dokładnie rozszyfrowany; tworzą je bakterie i grzyby glebowe.

W zależności od biologicznego typu syntezy i rozkładu materii organicznej gleby W.R. Williams wyróżnia trzy grupy organicznych kwasów próchnicznych:

1. Kwasy huminowe (grupa kwasów próchnicznych o czarnym zabarwieniu) - tworzone przez bakterie tlenowe.
2. Kwasy ulminowe (brązowe kwasy próchniczne) - tworzone przez bakterie beztlenowe.
3. Kwasy krenowe lub fulwowe (grupa bezbarwnych kwasów próchnicznych) - syntetyzowane przez grzyby charakterystyczne dla nasadzeń leśnych, przy czym takie kwasy w określonych warunkach przechodzą w kwasy apokrenowe.

Proces tworzenia glebowej próchnicy obejmuje rozkład resztek roślinnych i innych form martwej materii organicznej do prostszych związków utlenionych lub zredukowanych; z drugiej strony przebiega jako synteza kwasów próchnicznych o bardzo złożonej naturze. Procesy tworzenia próchnicy - rozkład i synteza - są wynikiem enzymatycznej aktywności mikroorganizmów glebowych.

Naukowcy specjaliści w tej dziedzinie twierdzą, że glebowy humus stanowi bardzo złożony i dynamiczny pod względem natury kompleks licznych i bardzo zróżnicowanych pod względem chemicznym związków. W tym kompleksie wyróżnia się cztery grupy substancji: substancje organiczne nierozłożonych resztek roślin i zwierząt, substancje organiczne żywych i nierozłożonych martwych mikroorganizmów, pośrednie produkty rozpadu złożonych związków organicznych, substancje humusowe i bituminy jako produkt swoistych procesów fizykochemicznej i pozakomórkowej syntezy enzymatycznej.

Substancje humusowe

Do tej grupy należą charakterystyczne dla glebowego humusu substancje ciemno zabarwione, rozpuszczalne i nierozpuszczalne w zasadach, będące wysokocząsteczkowymi kwasami oksykarboksylowymi o wyraźnych właściwościach koloidalnych. Ich wspólną cechą jest duża odporność na hydrolizę kwasową i nierozpuszczalność w acetylo-bromidzie, co wyraźnie odróżnia te substancje od większości substancji pochodzenia roślinnego, w tym od ligniny, z którym substancje humusowe mają wspólną cechę - odporność na hydrolizę kwasową.

Najmniejsza zawartość substancji humusowych (około 45-50% całkowitej ilości humusu) odpowiada kwaśnym glebom bielicowym, a największa (70-90%) - czarnoziemom i glebom łąkowo-bagiennym; gleby próchniczno-węglanowe i gleby brunatne leśne zajmują pozycję pośrednią.

Substancje humusowe dzieli się dodatkowo na trzy grupy:

1. Substancje humusowe nierozpuszczalne w zasadach.
2. Kwasy huminowe, rozpuszczalne w zasadach i nierozpuszczalne w alkoholu.
3. Kwas hematomelanowy, rozpuszczalny w alkoholu.

W stosunku do całkowitej ilości humusu w glebach Ukrainy zawartość kwasów huminowych wynosi od 10,1% (gleby leśne zbielicowane) do 40% (czarnoziemy wymyte).

Kwas huminowy gleb i torfów zawiera węgiel, tlen, wodór, azot i popiół. Zawartość azotu wynosi 3,5-4%. W produktach hydrolizy kwasu huminowego Suzuki i Schmuk znaleźli aminokwasy (alanina, kwas aminowalerianowy, prolina, leucyna, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, tyrozyna, histydyna), amidy i azot pozostałości niehydrolizowanej. Jednak tylko połowa całego azotu kwasu huminowego jest zdolna do hydrolitycznego rozszczepienia.

Uważa się, że przeliczając na substancję bezpopiołową i bezzotową, kwas huminowy gleby zawiera 58,8% węgla, 36,1% tlenu, 5,1% wodoru, a kwas hematomelanowy - 59% węgla, 36% tlenu i 5% wodoru.

Substancje niehumusowe

(lignina, celuloza, hemiceluloza, białka, niskocząsteczkowe produkty rozpadu). W stosunku do całkowitej ilości humusu zawartość ligniny w glebach mineralnych wynosi 5-10 procent.

W porównaniu z hemicelulozami celuloza w glebach występuje w znacznie mniejszych ilościach, co tłumaczy się właściwością celulozy resztek roślinnych do rozkładu. W górnych poziomach gleby zawartość celulozy w humusie wynosi od 1 do 6-7 procent.

Całkowita ilość azotu w humusie wynosi średnio około 5%. Tylko niewielka część azotu organicznego rozpuszcza się w wodzie. Chociaż po hydrolizie do roztworu kwaśnego przechodzi znaczna część azotu (w postaci aminokwasów i amidów), uważa się, że część azotu jest związana w inne niż białka pochodzenia roślinnego i zwierzęcego związki.

Bituminy

(tłuszcze, żywice, wosk, kwasy tłuszczowe itp.). Zawartość tych substancji w glebach w stosunku do całkowitej ilości humusu wynosi od 5% (w glebach napowietrzanych) do 15-20% (w glebach, gdzie rozkład zachodzi w warunkach beztlenowych).

Shori i Martin, Waksman, Norman, Bartholomew doszli do wniosku, że od 10 do 30% węgla substancji organicznych znajduje się w glebie w postaci poliouronidów. Kojima wykazał, że około 25% azotu materii organicznej gleby znajduje się w postaci związków, które podczas hydrolizy nie przechodzą do roztworu, około 30% znajduje się w postaci aminokwasów, 10% azotu w postaci amoniaku, pozostałe 20% znajduje się w innych formach w roztworze.

Zawartość leucyny, izoleucyny i waliny w stosunku do całkowitego azotu aminokwasów wynosi 33%, hydroksykwasów aminokwasowych około 20%, a dikarboksylowych aminokwasów około 25%. Kwas asparaginowy, glutaminowy i prawdopodobnie hydroksyglutaminowy stanowią około 50% dikarboksylowych aminokwasów.

E. Russell zauważył, że w glebie występują fityna, związki kwasu nukleinowego i nukleotydy jako organiczne związki fosforu. W glebie stanu Iowa około 40-50% fosforu związków organicznych zostało zhydrolizowanych do fosforanów, z których około 66% stanowiła fityna. Przypuszcza się, że siarka w glebie występuje w postaci cysteiny i cystyny, które wchodzą w skład białek z resztek roślinnych.

Już od czasów Liebiga naukowcy twierdzą, że próchnica gleby służy jako bezpośrednie źródło mineralnych składników pokarmowych. Wśród tych składników, oprócz CO₂, duże znaczenie mają NH₃ i azotany, fosforany, siarczany i inne niezbędne do odżywiania roślin związki mineralne.

Na czarnoziemach ilość wydzielanego CO₂ waha się od 15 do 77 kg/ha na dobę, a podczas rozkładu warstwy darniowej gleby łąkowej - 20,0-240 kg/ha. Ostatnio wykazano, że kwas węglowy gleby jest pobierany przez system korzeniowy roślin.

Badania wielu naukowców wykazały, że rozkład próchnicy na polach ugornych w glebie bielicowej powoduje gromadzenie się azotanów do czasu siewu w ilości 0,5-1 t, podczas gdy w czarnoziemach do 2,5 t saletry na hektar.

Różne związki organiczne, znaczna część których może powstać w glebie jako pośrednie produkty rozpadu, takie jak kreatynina, arginina, histydyna, guanidyna, ksantyna, hipoksantyna i kwas nukleinowy, mogą być pobierane przez rośliny zamiast azotanów i amoniaku; cukry jako źródło węgla; lecytyna i cystyna jako źródła fosforu i siarki.

Zawartość materii organicznej w glebie wzrasta proporcjonalnie do dopływu do niej resztek roślinnych, ale zależy od charakteru tego dopływu. Najważniejszym źródłem materii organicznej w dobrze zaoranych glebach jest obornik i komposty.

Szybkość rozkładu materii organicznej w glebie zależy od składu resztek roślinnych lub nawozów organicznych, napowietrzenia, wilgotności, temperatury, chemicznych i fizycznych właściwości gleby.

Różne gleby zawierają nierówną ilość materii organicznej, co widać z danych tabeli 2.

Podstawowym zadaniem rolnictwa jest racjonalne wykorzystanie i regulowanie zawartości próchnicy w glebie poprzez uprawę, zmianowanie roślin w płodozmianach, stosowanie obornika i kompostów, nawozów zielonych, wapnowania, melioracji odwadniających i nawadniających, stosowania sztucznych nawozów organicznych i organomineralnych.

Uprawa gleby nasila rozkład próchnicy, co jest szczególnie widoczne przy uprawie roślin okopowych. Różne rośliny zwiększają zawartość materii organicznej w glebie. Systematyczne stosowanie obornika lub kompostów znacznie zwiększa zawartość próchnicy w glebie.