автордың кітабын онлайн тегін оқу Система удобрения в лесном хозяйстве
Информация о книге
УДК 631.8:630(075.8)
ББК 40.40:43.4я73
Л24
Автор:
Лапушкин В. М., кандидат биологических наук, доцент кафедры агрономической, биологической химии и радиологии РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева, старший научный сотрудник ВНИИ агрохимии имени Д. Н. Прянишникова. Автор и соавтор более 50 научных и учебно-методических работ, в том числе учебных пособий: «Питание и удобрение садовых культур», «Агрохимия в декоративном садоводстве», «Комплексная диагностика питания растений» и др. Область научных интересов: оптимизация применения минеральных удобрений в зависимости от комплекса агрохимических свойств почвы, агрохимия фосфора.
Рецензенты:
Шафран С. А., доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией ВНИИ агрохимии имени Д. Н. Прянишникова;
Хлюстов В. К., доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры сельскохозяйственных мелиораций, лесоводства и землеустройства РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева.
В учебном пособии рассмотрены теоретические и практические вопросы питания и удобрения древесных растений, агрохимические свойства почвы и способы оптимизации почвенного плодородия посредством применения химических мелиорантов, минеральных и органических удобрений. Подробно описан основной ассортимент удобрений, их свойства, превращение в почве и особенности применения в зависимости от условий выращивания древесных растений.
Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 35.03.01 «Лесное дело». Может быть использовано студентами, обучающимися по направлению 35.03.10 «Ландшафтная архитектура», а также студентами, магистрантами и аспирантами других направлений.
УДК 631.8:630(075.8)
ББК 40.40:43.4я73
© Лапушкин В. М., 2021
© ООО «Проспект», 2021
ВВЕДЕНИЕ
Агрохимия – это наука о взаимодействии растений, почвы и удобрений, круговороте веществ в земледелии, использовании удобрений для регулирования условий питания растений и оптимизации почвенного плодородия. Исходя из этого определения, выделяют три главных объекта изучения агрохимии:
– растение – первый и основной объект агрохимии. При изучении растений выявляются закономерности поглощения питательных веществ, требования, предъявляемые ими к условиям питания, их биологические особенности питания и обмена веществ;
– почва, которая является источником элементов питания для растений. При работе с ней агрохимия изучает содержание и динамику питательных веществ, их доступность для растений, процессы превращения удобрений, их действие на свойства и плодородие почвы;
– удобрения, а также средства химической мелиорации почв. Агрохимия изучает их состав, свойства и эффективность при применении под различные растения в зависимости от почвенно-климатических условий.
Три основных объекта изучения агрохимии постоянно находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии друг с другом, поскольку удобрения и химические мелиоранты не только существенно влияют на рост и развитие растений, химические и физические свойства почвы, активность и направленность микробиологических процессов, но одновременно сами претерпевают ряд изменений под влиянием почвы и растений.
Таким образом, можно сказать, что основная задача агрохимии состоит в том, чтобы путем применения удобрений создать оптимальные условия для питания растений, сохранять и повышать почвенное плодородие без нанесения ущерба окружающей среде.
Применение минеральных, органических удобрений и химических мелиорантов в лесном хозяйстве способствует расширенному воспроизводству лесных ресурсов, увеличению качества продукции, сохранению и повышению почвенного плодородия. Регулирование режима питания растений повышает приживаемость саженцев, ускоряет сроки смыкания рядов, увеличивает прирост в высоту и выход древесины, улучшает сортиментный состав, повышает выход живицы, урожай грибов, ягод и продуктивность охотничьих угодий. Оптимизация питания древесных растений усиливает средоохранную роль насаждений за счет большего прироста биомассы, выделения кислорода, повышения урожайности семян, устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды и поражению болезнями и вредителями.
Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ПИТАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
1.1. Биологические особенности древесных растений
Главное отличие древесных и кустарниковых растений от однолетних культур заключается в том, что они в течение продолжительного времени произрастают на одной территории. Поэтому система удобрения многолетних древесных насаждений должна включать в себя: предварительное окультуривание почвы перед закладкой питомника или посадкой саженцев; внесение минеральных и органических удобрений при посадке саженцев; а также удобрение разновозрастных насаждений.
В течение жизни дерево проходит ряд последовательных возрастных изменений, существенно различающихся требованиями к условиям питания. На ранних этапах своего развития, характеризующихся усиленным ростом вегетативных частей дерева, интенсивным развитием скелетной части корневой системы и наращиванием листового аппарата, корневая система еще не способна достаточно полно использовать запас питательных веществ почвы. И в этот период своего развития молодые растения наиболее чувствительны как к недостатку, так и избытку элементов питания, в связи с чем велика роль припосевного и припосадочного внесения минеральных и органических удобрений, а также систематического проведения азотных подкормок.
По мере роста и развития растений возрастает потребность и в других элементах питания – фосфоре, калии, микроэлементах, а оптимальные условия для питания растений создаются за счет регулярного внесения умеренных доз органических и минеральных удобрений как в период покоя, так и в течение вегетации.
Помимо смены возрастных периодов, жизнь древесного растения в течение одного года также сопровождается последовательными, повторяющимися сезонными изменениями (фенологическими фазами). Основные из них: распускание почек и цветение; рост побегов; закладка и дифференциация цветковых почек; вызревание побегов; накопление запасных пластических веществ и опадание листьев. Смена фенофаз сопровождается изменением физиологических процессов и обусловливает, реакцию растения на условия питания. Наиболее интенсивно древесные растения поглощают элементы питания весной – при распускании почек, цветении и образовании листового аппарата. Второй максимум потребления питательных веществ отмечается осенью – в период накопления запасных пластических веществ и второй волны роста корней.
Конечно, различные виды древесных растений отличаются друг от друга по требованиям к условиям питания, это обусловлено их биологическими особенностями, отметим основные из них:
По высоте деревья и кустарники подразделяют на три группы [28]:
I – кустарники высотой 2–5 м и деревья выше 20 м, с диаметром кроны более 10 м – дуб, клен остролистный, ясень;
II – кустарники 1–2 м и деревья высотой 10–20 м, с кроной 5–10 м – граб, груша обыкновенная;
III – низкорослые кустарники 0,5–1,0 м и деревья 5–10 м, с узкой кроной диаметром 2–5 м – рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, яблоня сибирская.
Исключения составляют высокие деревья с пирамидальной кроной – кипарисы и тополя, а также низкие раскидистые деревья.
По скорости роста А.И. Колесников выделяет пять групп растений [28]:
I – весьма быстрорастущие с ежегодным приростом до двух и более метров – эвкалипт, тополь, ива белая, береза плакучая, акация белая, бузина, чубушник, айлант и др.;
II – быстрорастущие с приростом до 1 м – ясень обыкновенный, зеленый и пенсильванский, орех черный и грецкий и др.;
III – умерено растущие – прирост 0,5–0,6 м – вяз, клен остролистный и полевой, дуб черешчатый и др.;
IV – медленнорастущие с приростом 0,25–0,3 м в год – груша лесная, яблоня сибирская, сосна сибирская;
V – весьма медленнорастущие – ежегодный прирост менее 0,15 м – самшит, тис ягодный.
Возможность выращивания тех или иных растений в конкретных условиях во многом определяется их морозостойкостью, т.е. приспособленностью переносить воздействие отрицательных температур зимой и во время заморозков в межсезонье.
Растения с длительным периодом активного роста побегов и их слабым одревеснением к осени часто страдают от осенних заморозков и зимних морозов, в то время как растения рано начинающие свой рост зачастую повреждаются весенними заморозками.
Как правило, с возрастом устойчивость древесных растений к морозам повышается, что связано формированием покровов, предохраняющих ткани от промерзания и иссушения; повышением концентрации клеточного сока и накопления осенью пластических веществ (углеводов и жиров) в клетках.
По морозостойкости древесные породы можно разделить на пять групп [28]:
I – очень морозостойкие, переносящие длительное понижение температур до –35 – –50°С – береза пушистая и повислая, ель обыкновенная, лиственница сибирская, ольха серая, сосна обыкновенная и сибирская, боярышник багряный, бузина красная, дерен, карагана древовидная, кедровый стланик, сосна горная и др.;
II – морозостойкие, переносящие длительное понижение температур до –25 – –35°С – ель сизая, сосна Веймутова, пихта сибирская, дуб черешчатый, ива белая, клен остролистный, ясенелистный и татарский, липа мелколистная, орех манчжурский и серый, рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, ясень обыкновенный, боярышник обыкновенный, жимолость обыкновенная, калина обыкновенная, роза морщинистая, сирень обыкновенная, туя западная и др.;
III – умеренно морозостойкие, переносящие длительное понижение температур до –15 – –25°С. К ним относятся: лжетсуга тисолистная, пихта одноцветная и кавказская, сосна крымская и желтая, тис ягодный, бархат амурский, бук, гледичия, граб обыкновенный, груша обыкновенная, дуб пушистый, каштан конский, клен серебристый, липа крупнолистная, орех грецкий и черный, робиния, тополь черный, шелковица белая, бирючина обыкновенная, лох узколистный, смородина золотистая, спирея, чубушник, шиповник, некоторые сорта роз и др.;
IV – неморозостойкие растения переносят непродолжительное снижение температуры до –10 – –15°С – кипарисы, кедры, секвойи, сосна гималайская, итальянская, приморская, ива вавилонская, платан, гортензия и др.;
V – к наименее морозостойким относятся субтропические древесные растения: вечнозеленые лиственные породы, эвкалипты и южные сосны.
Если температурный режим, при котором произрастают растения, обуславливается невидимыми инфракрасными лучами солнечного света, то интенсивность фотосинтеза и питания растений во многом определяется оранжево-красными и сине-фиолетовыми лучами спектра, поэтому важно учитывать не только требования отдельных культур к интенсивности освещения, но и соотношению дня и ночи и качественным показателя света (длине световых волн).
Например, в зонах длинного дня (в северных регионах), солнечная радиация богаче оранжево-красными лучами, способствующими синтезу углеводов, от запаса которых в растениях зависит их морозостойкость. В южных же регионах, в условиях короткого дня в солнечном спектре преобладают сине-фиолетовые лучи, положительно влияющие на синтез белковых веществ.
По отношению к интенсивности освещения растения разделяют на три группы [28]:
I – светолюбивые, или гелиофиты, не выдерживающие затенения и требующие полного солнечного освещения;
II – тенелюбивые, или социофиты, не выносящие сильного света, хорошо растущие при слабой освещенности;
III – теневыносливые растения лучше растут при полной освещенности, но при этом могут приспосабливаться и к условиям недостаточного освещения. К этой группе относится большинство древесных пород, которые адаптировались к разным условиям освещения.
Одним из важнейших факторов влияющих на развитие растений является вода. От нее зависит влажность почвы, а вместе с ней эффективность фотосинтеза и доступность элементов питания, и влажность воздуха, которая влияет на работу устьичного аппарата листа.
По требованиям к условиям увлажнения растения подразделяются на три группы [28]:
I – гигрофиты – растут в местах с избыточным увлажнением – ольха черная, некоторые виды ив и тополей;
II – мезофиты хорошо развиваются при среднем увлажнении, это большинство древесных пород: береза, бук, вяз гладкий, бархат амурский, клен остролистный, лещина, липа мелколистная и крупнолистная, магнолия, рябина обыкновенная, ясень обыкновенный, ель обыкновенная, лиственница, пихта, туя, тис ягодный и др.;
III – ксерофиты способны переносить значительный недостаток влаги (почвенную и воздушную засухи), это растения сухих и засоленных мест – тамарикс, акация степная и песчаная, гледичия каспийская, саксаул, солянки, эфедра и др.
Регулирование водного режима почвы в питомниках возможно за счет агротехнических приемов, направленных на создание условий для максимального поступления атмосферных осадков, особенно весенних во время снеготаяния, повышение водопроницаемости и влагоемкости почвы, проведения мероприятий по восстановлению ее структуры. Особо важное значение имеет внесение органических удобрений и посев многолетних трав.
Избыток влаги может быть не менее опасен для растений, чем ее недостаток. В условиях переувлажнения, растения в первую очередь страдают от недостатка кислорода в почвенном воздухе.
Одним из основных элементов питания растений является углерод, составляющий в среднем 45% всей сухой растительной массы. Источником его служит двуокись углерода (СO2), преимущественно ассимилируемая растениями в процессе фотосинтеза из воздуха. Однако содержание углекислого газа в атмосферном воздухе незначительна (~0,03–0,04%) при том, что оптимальная концентрация СO2 для большинства культур 0,3–0,6%. Поэтому в естественных условиях, в дневные часы в густых кронах, растения испытывают острый недостаток углекислоты, в результате чего снижается интенсивность фотосинтеза. Особенно часто углекислотное голодание наблюдается в условиях защищенного грунта, что приводит к значительному ослаблению роста и уменьшению продуктивности растений.
Если в оранжереях проблема недостатка углекислого газа может быть решена довольно просто путем проведения углекислотных подкормок, то в питомниках и зеленых насаждениях основным источником СO2 становится органическое вещество почвы и приток «свежего» воздуха за счет ветра и перемешивания воздушных масс.
Почва является не только опорным субстратом, удерживающим растения в вертикальном положении, но и основным источником элементов питания, необходимых для их роста и развития. Лучшими считаются хорошо окультуренные, гумусированные супесчаные и легкосуглинистые почвы.
Исходя из предъявляемых требований к плодородию почвы, выноса элементов питания и своей ценности декоративные культуры делятся на три группы (АКХ РФ). С учетом этой группировки на полях питомника составляют севообороты и культурообороты, что способствует пополнению и лучшему использованию питательных веществ почвы и удобрений, а также поддержанию благоприятных физических свойств, защите почвы от эрозии и предотвращению распространения сорной растительности, болезней и вредителей. Высаживают растения в следующем порядке [28]:
I – требовательные (мегатрофы) наиболее ценные для озеленения – бук, дуб черешчатый и красный, граб, клен полевой и остролистный, каштан конский, липа мелколистная и крупнолистная, вяз гладкий, орех грецкий, манчжурский, черный и серый, ясень обыкновенный, пихта, вишня японская, глициния, кизильник блестящий, тис ягодный, чубушник венечный, сирень, розы;
II – среднетребовательные (мезотрофы) – бархат амурский, березы, вяз перистоветвистый, граб, груша уссурийская, рябина обыкновенная, робиния, тополь, шелковица белая, яблоня сливолистная, сибирская, Недзвецкого, ясень зеленый и пушистый, ель, лиственница, арония, барбарис, бирючина обыкновенная, боярышник круглолистный, Максимовича, обыкновенный и сибирский, ирга круглолистная, жимолость татарская, калина обыкновенная, лох, магнолия, облепиха, шиповник, рододендрон даурский, сирень венгерская, смородина золотистая, снежноягодник, тамарикс Палласа, черемуха, чубушник пушистый;
III – малотребовательные (олиготрофы) и менее ценные для озеленения культуры – береза плакучая, ива, карагана древовидная, абрикос манчжурский, груша обыкновенная, ольха черная и серая, можжевельник, бузина черная и красная, вишня песчаная, дерен белый, карагана древовидная, пузыреплодник, робиния, сосна обыкновенная и горная, тополь, шелковица клен ясенелистный.
Разные растения отличаются требовательностью к общему количеству питательных веществ в почве, например, сеянцы хвойных пород выносят из почвы значительно меньше питательных элементов, чем сеянцы лиственных пород. Особенно много питательных веществ поглощают сеянцы широколиственных пород – ясеня, клена, дуба – N 50–70 кг, Р2О5 20–25, К2О 30–50, СаО 40–60, МgO 15–20 кг на 1 га, в то время как сеянцы сосны, ели и пихты выносят N 25–30 кг, Р2О5 10–12, К2О 15–20, СаО 12–15, МgО 6–8 кг (А.И. Ахромейко, 1969), древесные растения выносят в 3,5–5,0 раз больше N и P2O5 и до 6 раз больше K2O по сравнению с кустарниками.
Требования растений к обеспеченности отдельными элементами питания также различны. Например, барбарис обыкновенный, бирючина обыкновенная, вяз перисто-ветвистый, ирга колосистая, калина Саржента, кизильник, лиственница Сукачева, лжетсуга, лох серебристый, розы, сирень мохнатая и обыкновенная, тамарикс, форзиция, ясень обыкновенный отличаются высоким потреблением азота.
Высоким потреблением фосфора характеризуются: барбарис обыкновенный, жимолость татарская, ирга колосистая, клен Гиннала, липа мелколистная, лиственница Сукачева, сирень обыкновенная, тамарикс, тополь бальзамический, айва японская, ясень обыкновенный.
К калийлюбивым растениям можно отнести: барбарис обыкновенный, жимолость татарскую, клен ясенелистный, калину Саржента, калину гордовина, каштан конский, липу мелколистную, сирень обыкновенную, сирень мохнатую, скумпию, смородину альпийскую, снежноягодник, тополь бальзамический, тамарикс, ясень обыкновенный и пенсильванский. А к кальциефилам: берест, акацию белую, сосну крымскую, бирючину, айлант, скумпию.
Растения не только поглощают элементы питания из почвы, истощая ее, но и частично возвращают их обратно с ежегодным лиственным опадом и корневыми остатками после выкопки саженцев. Также отдельные растения могут накапливать в почве биологический азот: акация белая и желтая, ольха черная, серая и зеленая, акация песчаная, лох, облепиха, аморфа, ракитник, дрок.
Важным фактором, влияющим на развитие растений, является и реакция почвы. Среди древесных культур можно выделить группу ацидифилов (предпочитающих кислые почвы): ель, сосна обыкновенная и кедровая, пихта, лиственница, береза, осина, рябина, каштан съедобный, граб, азалия, рододендрон; и алкалифилов (переносящих слабощелочную реакцию почвы): белая акация, берест, дуб черешчатый ранний.
Конечно, различные древесные растения предъявляют неодинаковые требования к уровню кислотности почвы, но большинство лучше всего растет при величине pHKCl>5,5. Этот вопрос более подробно рассмотрен в главе 3 «Химическая мелиорация почв».
Некоторые древесные культуры могут расти и на засоленных почвах: саксаул черный, тамарикс, лох, облепиха, шелковица, клен татарский, берест мелколистный, айлант, гледичия, софора, белая акация, берест, груша, дуб черешчатый.
1.2. Химический состав и питание древесных растений
В клетках древесных растений, особенно в хвое и листьях, содержится большое разнообразие химических соединений. Укрупненно состав растения можно разделить на воду и сухое вещество, в котором содержатся простые и сложные углеводы, липиды, белки, хлорофилл, каротиноиды, витамины, ферменты, гормоны, защитные соединения и минеральные вещества.
1.2.1. Вода
Все органы и ткани растения сохраняют свою жизнеспособность лишь при достаточном содержании в них воды. Ее количество в растениях заметно варьирует, как при сравнении различных видов, так и в отдельных органах. В среднем вода составляет 75–95% веса живого растения. Например содержание воды в сочных плодах составляет в среднем 85–95%, в листьях 60–90, в корнях 75–85, в растущих побегах около 50, а в семенах, как правило, не превышает 20, но может достигать 40–60% у отдельных видов древесных растений.
Вода выполняет в растении важнейшие функции: строительную и структурную – водород воды используется для синтеза органического вещества, а сама она отвечает за поддержание тургора клеток; транспортную – все элементы питания и продукты ассимиляции транспортируются только в виде растворов; при участии воды протекает большое количество биохимических реакций синтеза и распада органических веществ. Одной из важнейших функций воды является терморегуляция – путем испарения огромного количества воды растения борются с перегревом. В среднем на испарение растение тратит до 99,8% поглощенной воды и лишь 0,2% используется для построения своего тела. Также благодаря транспирации листьями вода, с растворенными в ней питательными веществами поднимается по сосудам из корневой системы в надземные органы. Без испарения воды было бы невозможно и поглощение растениями углекислого газа, поскольку оба эти процесса проходят с использованием устьиц.
Влажность является важным фактором, влияющим на физиологические и биохимические процессы, протекающие в семенах растений при хранении, а значит, обуславливает изменение их посевных и пищевых качеств. Содержание воды в семенах, при котором снижается интенсивность дыхания, экономно расходуются запасные питательные вещества и сохраняются посевные качества, называют стандартной влажностью. Например, при закладке семян на хранение влажность семян сосны и ели должна составлять 6,0–7,5%, лиственницы – 7,5–8,0; сосны сибирской – 12–16; дуба черешчатого – 55–60.
1.2.2. Сухое вещество растений
Под термином «сухое вещество» понимают комплекс минеральных и органических соединений накопленных и синтезированных растением в течение своего развития.
Сухое вещество древесных растений, как правило, более чем на 95% состоит из различных органических соединений: белков и других азотистых веществ, жиров, углеводов и т.д. Оставшееся количество сухого вещества древесных пород (как правило <3%) приходится на зольные элементы, составляющие неорганическую (минеральную) часть растения. Наибольшее количество золы содержится в корнях, листьях и коре деревьев. Более молодая древесина ветвей содержит больше золы, чем древесина ствола. А древесина верхней части ствола больше чем комлевая. В некоторых растениях (хвощи, осоки) содержание зольных элементов может достигать 10% и более.
Сухое вещество растений формируется в процессе фотосинтеза из простых веществ – углекислого газа, воды и небольшого количества минеральных солей. Состав сухого вещества разных растений отличается содержанием основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина, белков, липидов, пектиновых веществ, витаминов и т.д.
Целлюлоза (клетчатка) – это полисахарид, представляющий собой неразветвленную цепочку состоящую из остатков глюкозы с относительной молекулярной массой от 50 до 400 тыс. а.е. Она выполняет структурную функцию, из нее состоят клеточные стенки растений. Встречается целлюлоза во всех тканях растений, но наиболее богата ей древесина (40–60%), при этом, как правило, древесина хвойных пород содержит больше целлюлозы (50–60%), чем лиственных (45–55%). В ветвях содержание целлюлозы колеблется в пределах 40–50%, в листьях, хвое и молодых побегах 20–25%.
Гемицеллюлозы – смесь структурных полисахаридов, которые наряду с целлюлозой участвуют в образовании клеточных стенок. Отличаются гемицеллюлозы от клетчатки и меньшей молекулярной массой, которая составляет 10–40 тыс. а.е. Содержание гемицеллюлоз в древесине варьирует в пределах 20–25% у хвойных пород и 25–35% у лиственных.
Лигнин – полимерные фенольные соединения переменного состава с молекулярной массой около 10 тыс. а.е., которые отвечают за одревеснение клеточных стенок, «склеивая» в растительных тканях пучки целлюлозных цепочек. Наиболее высоко содержание лигнина в древесине ствола и одревесневших побегах хвойных (28–32%) и лиственных (18–24%) пород.
В хвое лигнина содержится 15–21%, в листьях же содержание лигнина ниже и составляет от 5 до 15%.
Таблица 1.1
Химический состав побегов сосны ладанной (с хвоей) (Крамер П.Д., Козловский Т.Т., 1983)
| Химические вещества | Содержание, % на сухую массу |
| Лигнин | 23,3 |
| Целлюлоза | 21,3 |
| Гемицеллюлозы | 9,8 |
| Белки | 7,6 |
| Сахара | 5,0 |
| Пектиновые вещества | 1,9 |
| Жиры | 1,3 |
| Зола | 1,5 |
Крахмал представляет собой смесь непостоянного состава двух полисахаридов – амилозы и амилопектина, отличающихся строением и свойствами. Крахмал – это основное запасное вещество растений, чем и объясняется его высокое содержание в семенах древесных растений, до 50–60% в семенах лиственных пород и до 20% хвойных. Содержание крахмала в древесине составляет от 3 до 10%, а в корнях до 17%.
Наиболее высокое содержание крахмала в древесине лиственных пород отмечается осенью перед
...
