Огородник
Назад

Фосфор в почве: свойства и основные функции, особенности

Опубликовано: 15.03.2020
Время на чтение: 8 мин
0
0

Физические и химические свойства

Фосфор в жизни растений играет важную многоплановую роль. Как один из главных элементов питания организма растения он потребляется в виде солей ортофосфорной кислоты и солей полифосфорных кислот. После поступления в растение он сразу же включается в реакцию и включается в состав разных соединений. Наиболее важным моментом здесь выступает включение фосфора в состав кислот отвечающих за построение цитоплазмы и ядра клеток.

Он входит в состав веществ участвующих в процессе прорастания семян, обеспечивающих выделение ферментов отвечающих за рост растения. В тканях растений присутствует не только органический фосфор, здесь имеется большое количество неорганических фосфорных соединений, необходимых для создания резерва фосфора для синтеза других соединений обеспечивающих рост и жизнедеятельность клеток.

Фосфор в почве
Фосфор в почве используется как удобрение

Соединения фосфора выполняют исключительно важную роль в обеспечении энергетического обмена внутри организма, в процессах деления и размножения клеток. Без фосфора невозможен углеводородный обмен, процессы фотосинтеза, поглощения углекислого газа и выделения кислорода.

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 32Р применяется в физиолого-биохимических и агрохимических исследованиях.

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

– твердое вещество, получается при быстром охлаждении паров фосфора.

  • Плотность – 1,83 г/см3,
  • Температура плавления – 44,1 °C,
  • Температура кипения – 257 °C.

В чистом виде прозрачен и бесцветен, продажный продукт желтоватого цвета. На холоде хрупкое вещество. При температуре выше 15 °C становится мягким. На воздухе быстро окисляется с характерным свечением, особенно заметным в темноте. Даже при слабом нагревании (достаточно простого трения) белый фосфор сгорает, выделяя большое количество теплоты.

Также характерно явление самовоспламенения на воздухе по причине выделения большого количества теплоты при окислении. В воде нерастворим, растворяется в сероуглероде. Благодаря сравнительно невысокой прочности связей между молекулами кристаллической решетки, белый фосфор обладает высокой химической активностью. Данное вещество – сильный яд, принятия даже малой дозы которого достаточно для смертельного исхода.

образуется при долгом нагревании белого фосфора без доступа воздуха при температуре 250 – 300 °C. Имеет красно-фиолетовый цвет. Данное вещество может образоваться и под действием света. Для него характерно медленное окисление на воздухе, отсутствие свечения в темноте, температура горения – 260 °C, нерастворимость в сероуглероде. Красный фосфор не ядовит. Плотность – 2,0 – 2,4 г/см

. При сильном нагревании вещество испаряется, не плавясь (сублимируется). Охлаждение полученных паров приводит к образованию белого фосфора.

получают из белого при нагревании до 200 – 220 °C под высоким давлением. По внешнему виду он схож с графитом, на ощупь жирный. Плотность – 2,7 г/см

. Имеет свойства полупроводника.

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.

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]

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.

Фосфор в почве: свойства и основные функции, особенности

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, 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.

Предлагаем ознакомиться  Когда и как сажать лук севок осенью под зиму в 2019 году

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

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 – 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]

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]

Содержание в природе

Как известно фосфор чрезвычайно подвижный элемент, который в чистом виде практически нигде не встречается. Дело в том, что он легко вступает в химическую реакцию с другими химическими веществами и образует большое количество органических и неорганических соединений

Фосфор в почве: свойства и основные функции, особенности

Самым важным, из ряда фосфорсодержащих соединений, выступает кальциевая соль фосфорной кислоты. Это соединение добывается в виде минералов. К числу фосфорсодержащих минералов относится и апатит. Фосфор входит в состав белковых веществ животного и растительного происхождения. Самое большое количество его содержится в костях позвоночных живых организмов в виде фосфата кальция.

В чистом виде он был впервые выделен в 17 веке Брандом, известным алхимиком.

Фосфор один из важнейших элементов питания растений. Здесь задействуются анионы солей ортофосфорной кислоты. Вторым по важности  соединением, в котором содержится полезный для организмов растений фосфор выступает соли полифосфатных кислот, отвечающих за образование новых органических соединений.

По разным оценкам содержание фосфора в почве колеблется от 0,01 до 0,3% общей массы. Процентное содержание минерала зависит от состава пород которые были источником почвы. Чем больше фосфорсодержащих минералов в родительской форме породы, тем больше процент его содержания и в современном состоянии почвы.

Фосфор в почве в больших количествах содержится в грунте богатым гумусом. Из этого нетрудно сделать вывод, что наибольшее количество фосфора содержится в богатых черноземах, а наименьшее в песчаных и подзолистых.

Основными формами фосфора в почве выступают минеральная и органическая формы. В минеральной форме фосфор представлен в форме первичных минералов гидроксилапатита и фторапатита. В виде органических соединений входит в состав гумуса и разлагающихся остатков животных, растений и микроорганизмов.

В первом, неорганическом виде в почве фосфор растениями не усваивается, а вот подвижный фосфор в почве, вступающий в реакцию с другими веществами усваивается очень хорошо. Основным продуктом получающимся из первичного соединения в виде минералов является образование солей ортофосфорной кислоты, они и являются основным источником фосфора для питания растений.

По разным оценкам общий баланс фосфора в почвах может составлять 300 кг на 1 гектаре для слабых и истощенных почв и около 9 тонн для богатых черноземов.

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]

.Самое важное соединение фосфора в природе. Образует большие залежи в виде фосфорита. Богатейшее месторождение находится в Южном Казахстане, в горах Каратау.

. В состав, кроме ортофосфата кальция Ca

, входят соединения кальция с фтором (CaF

) или хлором (CaCl

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

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

состоит из органических и минеральных соединений. Общее его содержание зависит от гранулометрического состава почвы, ее окультуренности, особенностей материнской породы, генезиса.

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]

находятся преимущественно в составе гумуса. Часть органического фосфора присутствует в составе фитина, фосфатидов, нуклеиновых кислот и прочих органических соединений почвы. Некоторая его часть находится в плазме микроорганизмов. Масса сухого вещества микробов в гумусе достигает 1 %, в окультуренных длительным внесением навоза дерново-подзолистых почвах вес органических веществ микробов составляет 2–3 % от массы гумуса.

присутствуют в почве в качестве солей кальция, алюминия или железа. Таким образом, их состав определяется катионным составом в поглощенном комплексе почвы. При этом, кальциевые соли фосфорной кислоты являются более растворимыми, а соли алюминия и железа менее растворимы и менее доступны растениям. Длительное применение удобрений способствует изменению состава фосфорных соединений.

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

Предлагаем ознакомиться  Декоративные подушки своими руками: разные техники, фото

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

европейской части России отличаются меньшим содержанием фосфора, чем почвы южной зоны. Характерно, что к северу и югу от наиболее мощных черноземов относительное количество содержания органических фосфатов в почве уменьшается, а минеральных – возрастает.

содержат 0,14 –0,16 % фосфора.

– 0,09–0,12 % фосфора.

супесчаные, подстилаемые моренными суглинками, – 0,07–0,12 % фосфора.

– 0,06–0,08 %.

в общем характеризуются преобладанием минеральных фосфатов над органическими. Содержание органического фосфора в данных почвах варьирует от 16 до 48 % от общего, в тяжелых почвах выше, чем в легких.

Содержание элемента в различных типах почв

Структура содержания фосфора в разных типах почв зависит от баланса минеральных и органических форм вещества. Для дерново-подзолистых почв, а так же каштановых содержание вещества в виде минеральной составляющей определяется на уровне 70-90% от общего содержимого. Для черноземов и сероземов с высоким содержанием гумуса норма определяется на уровне 55-65% органического фосфора от общего содержания. Среди минеральных форм элемента чаще всего встречаются фторапатит и гидроксилапатит.

В результате химических реакций образующиеся соли фосфорной кислоты обладают различными степенями растворимости в воде. Это свойство напрямую связано с возможностью растений получать элемент с влагой. Наиболее доступными для питания растений являются одновалентные катионы и замещенные соли двухвалентных катионов.

Наиболее насыщенные фосфором почвы, такие как черноземы, каштановые грунты больше всего имеют соединения двухзамещенные и трехзамещенные фосфаты кальция и магния.

Фосфор в почве
Чернозем – одна из наиболее насыщенных фосфором почва

Грунты, насыщенные железом и алюминием, такие как дерново-подзолистые и красноземы имеют в основном содержание фосфатов железа и алюминия. В таких почвах водорастворимые соединения фосфора содержат небольшое количество всего около 1 миллиграмма на 1 килограмм грунта.

В кислой реакции среды в почвах происходит обменное поглощение фосфатов алюминия и железа. И поскольку это обратимая реакция, то вещества становятся доступными для питания растений.

Еще одним путем пополнения фосфора организмов растений и микроорганизмов выступает превращение растворимых солей фосфора в органические фосфорсодержащие соединения. После жизненного цикла бактерий и микробов, большое количество вещества снова становится доступным для потребления растений, оставшаяся же небольшая часть переходит в состав гумуса.

Особенное место в балансе вещества в почве занимает подвижный фосфор. Эти соединения становятся доступными благодаря извлечению их из почвы благодаря слабокислотным или слабощелочным соединениям. Таким образом, эти слабые реакции дают возможность получить растениям фосфор в минимально необходимом виде.

: Фосфорные удобрения для растений

Определение фосфора в почве проводится несколькими методами, среди которых применяется вытяжка подвижного фосфора при помощи хлорной кислоты, при котором выходят растворимые соли фосфорной кислоты.

В современной науке используется методы, разработанные для каждого типа почв. Однако, делать окончательные выводы о содержании фосфора в грунте и после этого делать прогнозы урожайности однозначно нельзя. В прогнозах важную роль играют сами растения, часто выступающие как катализатор химической реакции.

Основным действенным способом оптимизации фосфора в почве выступает внесение минеральных и органических удобрений.

Наиболее востребованным удобрением фосфорсодержащей группы является простой или двойной суперфосфат. Этот вид удобрений отлично растворяется в воде и поэтому быстро становится доступным для растений.

Вторым по популярности и действенности видом удобрений выступает класс удобрений слаборастворимых в воде, но хорошо растворимых в кислотах. Примером такого удобрения может быть преципитат, некоторые виды термофосфатов. Несмотря на нерастворимость в воде фосфор в этих удобрениях находится в доступной для растения форме.

Признаки нехватки фосфора

Третьим, видом удобрений выступают удобрения, которые плохо растворяются как в воде, так и в кислотах. Эти удобрения имеют специфический долгий срок действия и несмотря на труднодоступность для растений также используются для улучшения качества почв. Костяная мука или фосфоритная мука применяются для комплексного решения проблемы повышения плодородия почв.

Фосфорные удобрения в большинстве своем производятся путем термической обработки природных фосфатов в результате чего получаются соли ортофосфорной кислоты. В большинстве своем фосфорсодержащие удобрения являются концентрированными формами двойного суперфосфата или сложных комплексных удобрений. Аммофос, нитроаммофоска наиболее известные названия этих удобрений.

Другой не менее продуктивный метод повышения содержания фосфора в грунте является внесение органических удобрений

Фосфатное сырье перерабатывается на удобрения четырьмя способами:

  1. Измельчение фосфатов в фосфоритную муку (самый простой способ).
  2. Разложение фосфатов кислотами – серной, фосфорной и азотной (наиболее распространенный и изученный метод).
  3. Электротермическое восстановление фосфатов углеродом в присутствии диоксида кремния с извлечением элементарного фосфора и последующей его переработкой в фосфорную кислоту и ее соли. Этот способ пригоден для переработки менее качественного сырья, однако удобрения получаются с меньшим содержанием примесей.
  4. Термическая обработка фосфатов. В этом случае удобрения получаются невысокого качества, поэтому данный способ широко не применяется.[2]

Источники сырья

Предлагаем ознакомиться  Пруд из покрышки своими руками

Источником сырья для производства фосфоритных удобрений служат природные фосфорные руды. Они делятся на две основные группы: апатиты и фосфориты.

Суперфосфат

являются породами эндогенного происхождения и часто кристаллизуются с различными минералами, в частности, с нефелином. В чистых апатитах

содержится до 42 %, в промышленных рудах – 15–20 %. Фторид кальция в формуле апатита может быть замещен хлоридом, карбонатом или гидратом окиси. В зависимости от этого, различают фторапатит, хлорапатит, карбонатапатит, гидроксилапатит.

По внешнему виду апатит – бесцветный, чаще желто-зеленый или зеленоватый минерал. Кристаллы апатита отличаются высокой прочностью и имеют вид шестигранных призм. Химическое либо термическое удаление фтора ведет к разрушению кристаллической решетки. Товарная апатитная руда содержит 30 % Р2О5. Обогащенный апатитовый концентрат содержит до 40 % Р2О5. Это сырье считается самым лучшим для производства растворимых фосфорных удобрений.

– осадочная порода. Они состоят из аморфных и кристаллических кальциевых фосфатов с примесью кварца, глины и прочих минералов.

Фосфориты образовались на дне морей. Они отличаются от апатитов большей пористостью частиц и мелкокристаллической структурой.

Выделяют следующие виды фосфоритов: желваковые или конкреционные (окатанные камни); пластовые или массивные (представляют собой слитую массу); зернистые ракушечниковые.[5]

Фосфорные удобрения делятся на три группы:

  1. Удобрения, содержащие фосфорные соединения, растворимые в воде.
  2. Удобрения, содержащие фосфор, который не растворим в воде, но растворим в слабых кислотах (лимонной кислоте) и лимоннокислом аммонии. Усваиваются всеми растениями.
  3. Удобрения, содержащие фосфорные соединения, не растворимые ни в воде, ни в слабых кислотах. Они не усваиваются большинством культурных растений, но под воздействием кислотности почв, корневых выделений растений и прочих факторов фосфор в данных удобрениях постепенно переходит в усвояемую форму.[5]

Признаки недостатка фосфора

Фосфор в почве: свойства и основные функции, особенности

Большая роль, которая отводится фосфорсодержащим соединениям, в жизни растений обусловлена его воздействием на многие процессы в растениях. Например, фосфор активно влияет на накопление углеводных составляющих в организме растений, обмене азотных веществ, образовании аминокислот. Все это указывает на важность поддержания баланса в обмене веществ в живом организме растения.

Как уже указывалось вещество играет важную роль в общем обмене веществ в организме растения. Небольшой недостаток фосфора в почве чаще всего сказывается на репродуктивной функции растения. В фазе активного роста недостаток фосфора нарушается синтез белка, и соответственно уменьшается его содержание в растении, особенно в молодых побегах и частях где идет наиболее интенсивный синтез веществ.

Вследствие недостатка обмена вещества, замедляется рост растения, и происходит перераспределение веществ между более старыми и молодыми побегами. Так из Старых листьев, активные вещества перемещаются к точкам роста, обескровливая таким образом более старые части. Наиболее наглядно это заметно на листве растений.

Фосфор в почве
Недостаток фосфора в почве влияет на рост растений

Недостаток фосфора чаще всего заметен у растений в самом раннем возрасте – недостаточно развитая корневая система в этот период не способна обеспечить фосфором другие органы из-за чего наблюдается задержка в развитии. Отставание в развитии на начальном этапе жизненного цикла растения сказывается на протяжении всего периода, даже если в дальнейшем растение получит необходимое количество полезных веществ для роста.

В отличие от недостатка вещества в почве избыток фосфора приводит к не менее пагубным последствиям. Переизбыток активного фосфора приводит к образованию избыточного количества солей из-за чего происходит насыщение грунта солями. Растения в таких условиях утрачивают возможность нормально проводить обмен веществ, к примеру, из химических реакций полностью выпадает железо.

  • Стебли и листья растений сначала темнеют, а потом окрашиваются в багровый или фиолетовый цвет. Нередко на нижних листовых пластинах куста появляются некротические темные пятна.
  • Листья деформируются и преждевременно опадают.
  • Растение останавливается в росте, корневая система развивается слабо.

При первых симптомах нехватки фосфора в почву необходимо внести фосфорное удобрение. А лучше в целях профилактики делать это ежегодно.

Баланс фосфора в почвах

1) минеральные и органические удобрения – основная;

2) семена растений – 2-3 кг/га·год.

1) вынос урожаями сельскохозяйственных культур – основная;

2) потери в результате водной эрозии – 5-10 кг/га·год;

3) вымывание в грунтовые воды – наблюдается только на лёгких и торфяных почвах, где может достигать 3-5 кг/га·год.

Анализ приходных статей показывает отсутствие каких-либо существенных источников компенсации потерь фосфора из почвы, кроме удобрений. Исключительную роль в обеспечении бездефицитного баланса фосфора играют минеральные удобрения, потому что в составе органических в почву возвращается значительно меньше фосфора, чем отчуждается урожаями.

, , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector