Мелиоранты применяемые для химической мелиорации кислых почв. Химическая мелиорация почв

Избыточная кислотность почв является одной из важных причин низкой продуктивности сельскохозяйственных культур в Нечерноземной зоне. На кислых почвах значительно снижается эффективность удобрений (минеральных и органических) и увеличивается накопление в растениях тяжелых металлов.

Высокое положительное действие известкования почв на урожайность сельскохозяйственных культур было известно задолго до научного объяснения причин, обусловливающих эти процессы. Оптимальная реакция среды позволяет получать высокие урожаи (40- 50 ц/га) зерновых культур при среднем содержании доступных элементов питания в почве, в то время как для достижения таких же урожаев на кислых почвах содержание этих элементов должно быть в 1,5-2,0 раза выше.

Известкование кислых почв - наиболее дешевый способ улучшения условий азотного, фосфорного и калийного питания растений, что особенно важно в связи с высокой стоимостью удобрений в настоящее время. При оптимальной для растений реакции почв одну и ту же прибавку урожая сельскохозяйственных культур можно получать при значительно меньших затратах удобрений.

Тем не менее в последние 20 лет известкование почв в нашей стране практически не проводится, что значительно увеличило площади кислых почв в Нечерноземной зоне России, снизило эффективность удобрений и реальное плодородие почв.

В настоящее время площадь кислых и сильнокислых пахотных почв в нашей стране составляет около 46 млн га, или более 50% от общего количества пашни, а с учетом сельскохозяйственных угодий, занятых лугами и пастбищами, кислых почв в 1,5 раза больше.

Поданным многолетних полевых опытов ВНИИА, внесение 1 т СаС0 3 обеспечивает за 6-7-польный севооборот с каждого гектара почв прибавки урожая сельскохозяйственных культур в размере 6-8 ц зерновых единиц. При этом чем выше кислотность почвы, тем больше прибавки урожая от известкования (табл. 3.1). Особенно велико значение известкования в хозяйствах, в которых применяются высокие дозы минеральных удобрений, что связано с увеличением выноса кальция и магния урожаем и внесением физиологически кисСредние прибавки урожая основных сельскохозяйственных культур от известкования на дерново-подзолистых почвах

(Шильников, 2001)

лых азотных удобрений. Известкование оказывает многосторонне положительное действие на плодородие почв.

Внесение извести устраняет почвенную кислотность, повышает степень насыщенности почвы основаниями до оптимального уровня, увеличивает доступность растениям азота, фосфора и молибдена, обогащает почву кальцием и магнием, снижает подвижность и негативное действие на растения алюминия и марганца, повышает биологическую активность почв, улучшает агрофизические и физикохимические свойства почв, что в совокупности обусловливает более высокую урожайность, лучшее качество продукции и эффективность минеральных удобрений.

Важно отметить, что вредное действие кислотности на почвы обусловлено не только повышенным содержанием ионов водорода, но и избыточным накоплением подвижных алюминия, марганца и железа. Токсичность алюминия особенно заметно проявляется на слабогумусированных почвах, а марганца и железа - на переувлажненных почвах. На торфяных и песчаных почвах, которые практически не содержат подвижного алюминия, негативное действие кислотности на растения сказывается гораздо слабее, нежели на суглинистых и глинистых почвах.

Несмотря на высокое валовое содержание алюминия в пахотном слое суглинистых и глинистых почв (3-5%, или 90-150 т/га), большая его часть находится в составе нерастворимых соединений и не оказывает вредного действия на растения. Значительное повышение растворимости алюминия наблюдается в кислых (pH 8,9) почвах. В зависимости от реакции почвы алюминий может присутствовать в ней в виде катионов А1 3+ (pH

Существенное влияние на подвижность алюминия оказывает также содержание в почве гумуса и обменного фосфора. С увеличением их содержания в почвах количество обменного алюминия заметно снижается. Это обусловлено тем, что Al, Mn, Fe образуют с гуминовыми кислотами и фульвокислотами почвы слаборастворимые органо-минеральные комплексы, в результате чего их вредное действие на растения существенно снижается, однако полное осаждение алюминия наблюдается при pH > 5,6. Положительное действие фосфора связано с образованием нерастворимых фосфатов - А1 Р0 4 , А1Р0 4 2Н 2 0, А1 2 (ОН) 3 (Р0 4), А1 3 (Р0 4) 2 (0Н) 3 5Н 2 0, А1, FeP0 4 2Н 2 0, Fe 2+ , А1 2 (0Н)(Р0 4) 2 8Н 2 0 и др.

Отношение растений к кислотности почв. Все растения имеют существенно различающуюся чувствительностью к кислотности и по- разному реагируют на повышенное содержание в почве Н + , подвижного алюминия и марганца (А1 3+ и Мп 2+). В зависимости от кислотности почв и отзывчивости на известкование сельскохозяйственные культуры подразделяют на пять групп.

К первой группе относятся культуры, для которых оптимальной является слабощелочная (рН Н20 7,0-8,0; рН кс,6,8-7,5) среда: сахарная, кормовая и столовая свекла, капуста белокочанная, люцерна, эспарцет, горчица, рапс, лук, чеснок, сельдерей, шпинат, перец, пастернак, смородина и др. При возделывании этих культур на очень кислых почвах их урожайность снижается в 2-3 раза и растения сильно поражаются болезням. Поэтому почвы, предназначенные для их возделывания, следует известковать в первую очередь.

Ко второй группе относятся пшеница, ячмень, кукуруза, горох, клевер, вика, фасоль, нут, чина, чечевица, цветная и кормовая капуста, кольраби, брюква, турнепс, салат, лук-порей, огурец, костер, лисохвост, для которых наиболее благоприятной является реакция почв, близкая к нейтральной (оптимальное значение рН КС1 6,0-6,5). Они хорошо отзываются на известкование. Повышение кислотности почв до pH 4,5 снижает урожайность этих культур в 1,5-2,0 раза и существенно повышает их заболеваемость.

В третью группу входят озимая рожь, овес, гречиха, тимофеевка, томаты, подсолнечник, морковь, тыква, кабачки, петрушка, редька, репа, ревень, топинамбур и другие культуры, переносящие умеренную кислотность и щелочность почв. Эти культуры не имеют явно выраженного оптимального значения реакции среды. Большое влияние на них оказывают сопутствующие факторы роста. При благоприятных пищевом режиме и экологических условиях, а также при рН КС1 5,-7,5 они могут давать высокие урожаи.

К четвертой группе относятся картофель, лен-долгунец, просо, сорго и др. Для этих культур оптимальное значение рН КС1 - 5,1-5,6. Они довольно хорошо переносят умеренную кислотность почвы, положительно отзываются на известкование при сохранении в почве оптимального соотношения между кальцием, калием, магнием, бором и другими элементами питания.

Оптимальное условия роста и развития пятой группы культур (чая, кофе, какао, люпина желтого и синего, козлятника, щавеля, сераделлы) создаются при рН КС| 4,5-4,8. Они малочувствительны к повышенной кислотности и требуют известкования только сильнокислых (рН КС1

Несмотря на различное отношение к кислотности взрослых растений, большинству сельскохозяйственных культур при прорастании и в молодом возрасте требуется среда, близкая к нейтральной (рН КС1 5,8-6,2 или рН Н2() 6,4-7,0. Такая реакция наиболее благоприятна для физиологических процессов роста.

Физиологический (биологический) оптимум реакции среды, необходимый растениям, может заметно отличаться от экологического (технологического), связанного с изменением подвижности элементов питания и условиями развития болезней. Так, например, для картофеля и льна, если растения и почва не заражены болезнями, биологический оптимум реакции среды - рН КС] 6,0-6,2, однако из-за поражения растений в этих условиях болезнями (картофель при нейтральной и слабощелочной реакции почвы поражается паршой, вызываемой актиномицетами, лен - фузариозом) в полевых условиях их урожайность и качество повышаются при рН КС1 5,2-5,6

(экологический оптимум). Несовпадение биологического и экологического оптимального значения реакции среды для многих сельскохозяйственных культур чаще всего обусловливается изменением доступности элементов питания при изменении pH почвы, нежели иными факторами.

В этой связи следует учитывать не только отношение различных сельскохозяйственных культур к реакции почвы, но и изменение доступности азота, фосфора, калия и микроэлементов, вызываемое известкованием. Известкование почв до pH > 6,6 неэффективно, поскольку значительно увеличиваются вынос и вымывание вносимого кальция из почвы и снижается подвижность микроэлементов, кроме Мо. Для разных сельскохозяйственных культур оптимальный интервал pH неодинаков (табл. 3.2 и 3.3). Известкование целесообразно проводить, если рН КС1 и степень насыщенности ППК основаниями (V, %) ниже указанных значений.

Таблица 3.2

Оптимальные уровни реакции среды и степени насыщенности основаниями при возделывании зерновых культур на дерново-подзолистых почвах

(Минеев, 2005)

Оптимальные значения рН кс| для различных севооборотов

(Шеуджен, 2006)

В соответствии со статьей 5 Федерального закона от 10 января 1996 г. N 4-ФЗ "О мелиорации земель" (с изменениями от 10 января 2003 г.), принятого Государственной Думой 8 декабря 1995 года «Типы и виды мелиорации земель» в зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация; агролесомелиорация; культуртехническая мелиорация; химическая мелиорация. В составе отдельных типов мелиорации земель этим же Федеральным законом устанавливаются виды мелиорации земель.

1. Химическая мелиорация земель

В соответствии со статьей 9 ФЗ Химическая мелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по улучшению химических и физических свойств почв. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для с.-х. растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, а в солонцах - натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.

Способы химической мелиорации: 1) известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) - внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы; 2) гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) - внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности; 3) кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) - подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др. К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.

1.1 Известкование почв

Мельчайшие частички почвы, заряженные ионами водорода H+ действуют как слабая кислота, обуславливая кислую реакцию почвы, низкий pH. Напротив, частички почвы удерживающие кальций, магний, калий и натрий обуславливают щелочную реакцию, высокий pH. Почвы становятся кислыми вследствие вытеснения ионами водорода H+ катионов кальция, магния, натрия и калия. Процесс этот обратимый, pH почвы можно повысить внесением перечисленных элементов, при этом наиболее экономичным является использование кальция. Кальций также является очень важным элементом питания растений, улучшает структуру почвы, делает ее рассыпчатой, гранулированной, стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий обогащающих почву азотом. Подобными свойствами обладает и магний, часто эти элементы используют вместе. Внесение кальциевомагниевых соединений приводит к значительному улучшению роста растений.

Внесение кальция или кальциевомагниевых соединений с целью снижения кислотности называется известкованием. Хотя термин "известь" относится к CaO (негашеная известь), известью называют и другие соединения кальция или кальция и магния. Известкование проводят с целью довести pH почвы до слабокислой (pH 6,5). Если нужно наоборот, повысить кислотность почвы, то помогут некоторые азотные удобрения, например сернокислый аммоний, но наиболее эффективна элементарная сера.

В нашей стране почвы с повышенной кислотностью (рН ниже 5,5) занимают большие площади - более 60 млн. га, в том числе около 50 млн.- га приходится на пашню. Большая часть кислых почв находится в зоне дерново-подзолистых почв. Кроме того, кислой реакцией характеризуются красноземы, серые лесные, многие торфяно-болотные почвы и частично выщелоченные черноземы. Известкование - важнейшее условие интенсификации сельскохозяйственного производства на кислых почвах, повышения их плодородия и эффективности минеральных удобрений.

Отношение различных растений к реакции почвы и известкованию.

Для каждого вида растений существует определенная наиболее благоприятная для его роста и развития величина реакции среды. Большинство сельскохозяйственных культур и полезных почвенных микроорганизмов лучше развивается при реакции, близкой к нейтральной (рН 6-7).

По отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование сельскохозяйственные культуры можно подразделить на следующие группы.

1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста - для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. Они сильно отзываются на внесение извести даже па слабо кислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры, за исключением люпинов и сераделлы, огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6-7) и хорошо отзываются на известкование не только сильно- но и среднекислых почв.

3. Менее чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты. Они могут удовлетворительно расти в широком интервале рН при кислой и слабощелочной реакции (от рН 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5-6). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв полными дозами, что объясняется не только снижением кислотности, но и усилением мобилизации питательных веществ и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.

4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а для льна лучше слабокислая реакция (рН 5,5-6,5). Высокие нормы СаСО 3 , особенно при ограниченных нормах удобрений, оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур, картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшается качество волокна. Отрицательное влияние известкования объясняется не столько нейтрализацией кислотности, сколько уменьшением усвояемых соединений бора в почве и избыточной концентрацией ионов кальция в растворе, из-за чего затрудняется поступление в растение других катионов, в частности магния и калия.

В севооборотах с большим удельным весом картофеля и льна при использовании высоких норм удобрений, особенно калийных, известкование можно проводить полными нормами, при этом лучше вносить известковые удобрения, содержащие магний, сланцевую золу или металлургические шлаки, а при использовании СаСО 3 вносить одновременно борные удобрения. В этом случае не наблюдается отрицательного действия" известкования на лен и картофель, и в то же время повышается урожай клевера, озимой пшеницы и других культур, чувствительных к кислотности.

5. Хорошо переносят кислую реакцию и чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными дозами они снижают урожай. При возделывании люпина и сераделлы на зеленое удобрение рекомендуется вносить известь не перед посевом, а при запашке этих культур в почву.

Таким образом, на большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие и они положительно отзываются на известкование. При повышенной кислотности почвенного раствора ухудшаются рост и ветвление корней, проницаемость клеток корня, поэтому ухудшается использование растениями воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений. При кислой реакции нарушается обмен веществ в растениях, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов (моносахаров) в другие более сложные органические соединения. Особенно чувствительны растения к повышенной кислотности почвы в первый период роста, сразу после прорастания.

Помимо непосредственного отрицательного действия, повышенная кислотность почвы оказывает на растение многостороннее косвенное действие.

Отрицательное действие повышенной кислотности в значительной

Влияние извести на свойства и питательный режим почвы

При внесении извести нейтрализуются свободные органические и минеральные кислоты в почвенном растворе, а также ионы водорода в почвенном поглощающем комплексе. Устраняя кислотность, известкование оказывает многостороннее положительное действие на свойства почвы, ее плодородие.

Замена поглощенного водорода кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов, в результате чего уменьшаются их разрушение и вымывание, улучшаются физические свойства почвы - структурность, водопроницаемость, аэрация.

При внесении извести снижается содержание в почве подвижных соединений алюминия -и марганца, они переходят в неактивное состояние, поэтому устраняется вредное действие их на растения.

В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы под влиянием известкования усиливается жизнедеятельность микроорганизмов и мобилизация ими азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества. В известкованных почвах интенсивнее протекают процессы аммонификации и нитрификации, лучше развиваются азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), обогащающие почву азотом за счет азота воздуха, в результате чего улучшается азотное питание растений.

Известкование способствует переводу труднодоступных растениям фосфатов алюминия и железа в более доступные фосфаты кальция и магния. Известкование влияет на подвижность в почве и доступность для растений микроэлементов. Улучшение питания растений азотом и зольными элементами связано также с тем, что на известкованных почвах растения развивают более мощную корневую систему, способную больше усваивать питательных веществ из почвы.

Определение нуждаемости почв в известковании и нормы извести

Эффективность известкования зависит от кислотности почв: чем выше кислотность, тем острее потребность в известковании и больше прибавки урожая. Поэтому прежде чем вносить известь на то или иное поле, необходимо определить степень кислотности почвы и нуждаемость ее в известковании, установить норму извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений.

Необходимость известкования почвы ориентировочно можно определить по некоторым внешним признакам. Кислые сильноподзолистые почвы обычно имеют белесый оттенок, ярко выраженный подзолистый горизонт, достигающий 10 см и более. На повышенную кислотность почвы и нуждаемость ее в известковании указывают также плохой рост и сильное выпадение клевера, люцерны, озимой пшеницы при перезимовке, обильное развитие устойчивых к кислотности сорняков: щавелька, пикульника, торицы полевой, лютика ползучего, белоуса, щучки.

Потребность почвы в известковании с достаточной для практических целей точностью может быть определена по обменной кислотности (рН солевой вытяжки). При значении рН солевой вытяжки 4,5 и ниже потребность в известковании сильная, 4,6-5 - средняя, 5,1-5,5 - слабая и при рН больше 5,5 - отсутствует. Нормы извести зависят также от механического состава почвы и особенностей возделываемых культур.

Количество извести, необходимое для уменьшения повышенной кислотности пахотного слоя почвы до слабокислой реакции (до значения рН солевой вытяжки 5,6-5,8), благоприятной для большинства культур и полезных микроорганизмов, называется полной нормой.

Для лучшей организации известкования зональные агрохимические лаборатории на основе агрохимического обследования почв составляют и передают хозяйствам картограммы кислотности почвы, на которых выделяются участки с разной степенью кислотности и нуждаемости в известковании.

Используют следующие материалы для известкования:

Негашеная известь - CaO. Перед использованием следует погасить, т.е. смочить водой до рассыпчатого состояния. В результате реакции образуется гашеная известь - пушенка. Содержит только кальций, не содержит магния.

Гашеная известь (пушенка) - Ca(OH)2. Результат реакции с водой негашеной извести. Очень быстро вступает в реакцию с почвой, приблизительно в 100 раз быстрее известняка (карбоната кальция). При использовании пушенки, ее количество уменьшают на 25%. Содержит только кальций, не содержит магния.

Молотый известняк (мука) - CaCO3, кроме кальция содержит до 10% карбоната магния MgCO3. Чем тоньше помол известняка, тем лучше. Один из наиболее подходящих материалов для раскисления почвы.

Доломитовый известняк (мука) содержит до 50% доломита (CaCO3 * MgCO3), не менее 13-23% карбоната магния. Один из лучших материалов для известкования почвы.

мел (в измельченном виде),

мергель - илистый материал, в основном состоящий из карбоната кальция. Если имеет примесь земли, то норму внесения следует увеличить.

мартеновский шлак (в измельченном виде),

ракушечник (в измельченном виде).

древесная зола является комплексным удобрением, кроме кальция содержит калий, фосфор и др элементы. Нельзя использовать золу от газет, т.к. она может содержать вредные вещества.

Можно рекомендовать использовать в первую очередь измельченый известняк, особенно доломитовый - доломитовую муку, содержащую и кальций и магний. При этом не только нейтрализуется кислотность почвы, но поставляются важные элементы питания растений. Внесение этих элементов в почву улучшает ее структуру и стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий, обогащающих почву доступным азотом.

Гашеная известь-пушенка является щелочью, поэтому ею легко переизвестковать почву. Доломит, молотый известняк, мел - это карбонаты, которые растворяются угольной кислотой в почве, поэтому они не обжигают растения их действие много мягче. Лучший материал для известкования - доломитовая мука, содержащая кальций и магний одновременно.

Не годятся для раскисления почвы гипс (сульфат кальция) и хлорид кальция. Эти соединения не раскисляют почву, хотя содержат кальций.

Гипс (сульфат кальция - CaSO4) кроме кальция содержит серу и поэтому не подщелачивает почву. Гипс применяют в качестве кальциевого удобрения на засоленных (и поэтому щелочных) почвах, имеющих избыток натрия и недостаток кальция.

Хлорид кальция (CaCl2) кроме кальция содержит хлор, и поэтому тоже не подщелачивает почву.

Повышенная кислотность оказывает как прямое (непосредственное) негативное влияние на физиологические процессы в клетках и тканях растений, так и косвенное — вследствие ухудшения агрохимических, агрофизических свойств почвы и снижения ее биологической активности.

Подкисление характерно для многих почв и происходит постоянно, поскольку в процесс почвообразование связан со значительным потерями оснований в результате выщелачивания и отчуждения их растениями. Реакция почвы является отражением характера протекающих в ней химических и биологических внутрипочвенных процессов.

Повышенная кислотность дерново-подзолистых и серых лесных почв является основной причиной низкой продуктивности сельскохозяйственных угодий, высокого содержания в почве подвижного алюминия, железа и марганца, а также снижения активности почвенной микрофлоры. При этом, для многих культурных растений повышенное содержание алюминия оказывает большее негативное влияние, нежели концентрация ионов водорода, рН почвы.

Косвенное действие повышенной кислотности и подвижного алюминия проявляется в снижении доступности растениям азота, фосфора, молибдена и снижении активности почвенной микрофлоры. Подвижные формы алюминия, железа и марганца снижают доступность фосфора растениям, связывая растворимые соединения фосфора в нерастворимые АlРО 4 и FeРО 4 .

Повышенная кислотность почвы вызывает изменение интенсивности и направленности биохимических процессов обмена веществ в растениях, вследствие чего нарушается синтез белков, углеводов и жиров, происходит накопление промежуточных продуктов обмена — аминокислот, моно — и дисахаридов и нитратов.

Известкование кислых почв — наиболее дешевый способ улучшения условий азотного, фосфорного и калийного питания растений, что особенно важно в связи с высокой стоимостью минеральных удобрений в России. При внесении извести одну и ту же прибавку урожая сельскохозяйственных культур можно получать при значительно меньших дозах удобрений.

Оптимальная реакция среды позволяет получать хорошие урожаи (40-45 ц/га) зерновых культур при среднем содержании доступных элементов питания в почве и средних дозах удобрений, в то время как на кислых почвах для получения таких урожаев содержание этих элементов должно быть в 1,5-2 раза выше.

При сельскохозяйственном использовании земель подкисление почвы происходит более интенсивно, нежели в естественных травостоях вследствие отчуждения кальция и магния с урожаем, вымывания их за пределы корнеобитаемого слоя почвы и внесения физиологически кислых минеральных удобрений. В результате длительного выщелачивания оснований кислые почвы широко распространены в районах с промывным водным режимом почв.

Наиболее значительное влияние на подкисление почвы оказывают вынос кальция и магния урожаем и их вымывание из пахотного слоя осадками. Вынос Ca и Мg сельскохозяйственными культурами варьирует в широком диапазоне и обусловливается, прежде всего, биологическими особенностями растений и величиной урожая. Например, с 1 т основной продукции с учетом побочной зерновые культуры выносят 10-14 кг CaO и МgО, зернобобовые 40-45 кг. В зависимости от урожайности зерновыми ежегодно отчуждается с поля примерно 20-50 кг/га кальция и магния, бобовыми — 100-200 кг/га и более. Поэтому, чем выше продуктивность посевов, тем больше отчуждается оснований, быстрее наступает подкисление почвы и чаще требуется проводить известкование.

Большее количество кальция и магния теряется из почвы в результате выщелачивания осадками. Вымывание этих элементов из почвы зависит от ее гранулометрического состава, количества и характера выпадения осадков, состояния растительного покрова и доз минеральных удобрений. Результаты лизиметрических опытов ВИУА, ВНИИ кормов, Раменской агрохимической станции НИУИФ показали, что потери Са 2+ и Мg 2+ из почвы от вымывания в значительной мере зависят от атмосферных осадков и доз минеральных удобрений. Наименьшие их потери были в условиях засушливого лета без внесения удобрений. Вымывание кальция и магния значительно возрастают с увеличением доз аммонийных азотных и калийных удобрений. При внесении этих удобрений, например NH 4 Cl или (NH4) 2 SO 4 , растения для питания используют преимущественно аммонийный азот (NH4 +) в обмен на ион водорода (Н +), который с оставшимися в растворе анионами хлора Cl — или SO 4 — образует соответствующие кислоты. Эти удобрения являются физиологически кислыми. Таким образом, в случае когда растения преимущественно потребляют из удобрений катионы по сравнению с анионами они будут физиологически кислыми (NH 4 Cl, (NH 4) 2 SO 4 , KCl, K 2 SO 4), и, напротив, если растения более интенсивно используют анионы, происходит подщелачивание раствора и такие удобрения являются физиологически щелочными.

По данным лизиметрических опытов (И. А. Шильников и др., 2001) в условиях Московской области потери кальция и магния из почвы возрастали с увеличением доз минеральных удобрений и количества осадков. Вымывание кальция из суглинистой дерново-подзолистой почвы составило в среднем за 15 лет в вариантах без удобрений 35 кг/га, при внесении возрастающих доз минеральных удобрений – 80-140 кг/га. Потери из супесчаной почвы были в 1,5-2 раза выше, чем их суглинистой. Среднее содержание Са 2+ в лизиметрических водах суглинистых почв было примерно в 5 раз выше, чем Mg 2+ , а супесчаных почвах — в 6-7 раз.

В последние годы большое внимание уделяется кислотным атмосферным осадкам, выпадение которых связано с выбросами диоксида серы и оксидов азота автотранспортом и промышленностью. Однако, как показали исследования выпадение "кислых" атмосферных осадков, не играет существенной роли в подкислении почв, как предполагалось, поскольку параллельно увеличился также выброс в атмосферу оснований.

Важно отметить, что потери кальция и магния в лизиметрических опытах не следует полностью отождествлять с реальными полевыми условиями, поскольку в лизиметрах можно учесть только нисходящую миграцию элементов питания. В полевых условиях, в результате потребления растениями воды на транспирацию существенное значение имеет восходящая миграция элементов питания, в том числе кальция и магния.

Если учесть, что в супесчаных почвах валовое содержание Са составляет 0,10,3%, то при ежегодном вымывании кальция 200 кг/га за 30-50 лет его потери превышали бы содержание в почве. Отсюда следует, что результаты краткосрочных лизиметрических опытов отражают общие закономерности водной миграции элементов питания, но не могут дать объективной количественной оценки потерям кальция из почвы.

Изучение баланса элементов питания в полевых опытах показало довольно значительные потери кальция и магния, однако в целом они в 1,5-2 раза ниже, чем в лизиметрических опытах и происходят в основном в ранневесенний и осенний периоды на почвах не покрытых растениями. Под растениями, в период интенсивного потребления ими воды и элементов питания, потери кальция минимальны или отсутствуют.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Территориально кислые почвы в крае распространены широко. Большая их часть сосредоточена в Ачинской лесостепной зоне – 46% от общей площади кислых почв края. В Центральной пригородной и Канской лесостепной зонах их площади практически равны (16,2 и 16,3%). Несколько больше их в Северной подтаежной зоне – 18,5%. Незначительная доля – всего лишь 3% приходится на Южную лесостепную зону (Танделов, 1997).

Следует заметить, что в отличие от своих европейских аналогов кислые почвы Красноярского края менее оподзолены, что объясняется в основном карбонатностью почвообразующих пород. Характерной особенностью этих почв является низкая оструктуренность. Они быстро распыляются, образуют корку. У них слабая водопроницаемость. Вследствие этого во время снеготаяния и в периоды интенсивного выпадения осадков развивается водная эрозия.

Основной особенностью кислых почв является недостаток ионов кальция и избыток ионов водорода в пахотном горизонте, что обусловливает их крайне неблагоприятные агрохимические свойства. Прежде всего, кальций – важный элемент питания растений и его недостаток вызывает их кальциевое голодание: растения плохо развивается и плодоносит, не переносит перезимовки. Понижение реакции почвенного раствора отрицательно влияет на усвоение растениями азота, фосфора, калия и других элементов.

Высокая концентрация ионов водорода затрудняет рост и развитие корневой системы растений, резко снижается, а иногда полностью прекращается усвоения кальция, затормаживается поступление фосфора, поскольку частично изменяет состав протоплазмы корневых клеток. В кислой среде в растениях нарушаются процессы обмена с накоплением промежуточных соединений (нитритов, простых углеводов, органических кислот) вместо завершенных (белков, жиров, крахмала). Растения теряют морозо- и жаростойкость, устойчивость к засухе, к болезням и вредителям, задерживается прохождение отдельных фаз роста и развития.

В почвах с повышенной кислотностью подавляется жизнедеятельность полезных микроорганизмов, почти не развивается аммонифицирующая и нитрифицирующая микрофлора, что тормозит образование нитратов и фиксацию атмосферного азота. В результате нарушается азотное питание растений. В то же время отдельные формы грибов (пеницилиум, фузариум, триходерма), которые выделяют вещества, ядовитые для растений, в кислых почвах развиваются, что создает неблагоприятные условия для жизни и развития растений.

Повышенная кислотность уменьшает растворимость соединений ряда микроэлементов, необходимых растениям (молибден, бор, цинк и медь). Поэтому, растения, культивируемые на почвах элювиального ряда, существенно уступают по содержанию белковых соединений, чем культуры, выращиваемые на почвах черноземного типа. Напротив, в кислой среде повышается растворимость и, следовательно, содержание подвижных форм алюминия, марганца, токсичных для растений.

Кислые почвы отличаются и неблагоприятными физическими свойствами. При недостатке кальция и магния, которые образуют нерастворимые гуматы, гумусовые вещества плохо удерживаются в почве, отчего не только уменьшается запас питательных элементов, но и ухудшается структура почвы. Почвы элювиального ряда обладают, как правило, тонко – пылеватым гранулометрическим составом и бесструктурны, бедны коллоидными частицами и гумусом, что сопровождается нарушением благоприятного водно-воздушного режима.

Определение нуждаемости почв в известковании и расчет дозы извести

Установление потребности почвы в известковании и определение необходимых доз известковых материалов основываются на изучении почвенной кислотности.

1. Важным показателем необходимости известкования является наличие и величина обменной кислотности. Обменная кислотность своим происхождением обязана совместному наличию в почвах ионов водорода и алюминия, которые находятся в поглощенном состоянии, и представляет собой небольшую, но наиболее опасную часть почвенной кислотности. Она наблюдается в почвах, в которых процесс выщелачивания оснований осуществляется весьма интенсивно и почва нуждается во внесении извести.

Таким образом, общее представление об обменной кислотности можно получить, определяя рН солевой вытяжки. Установлено, что

при рН KCl <4,5 почва сильно нуждается в известковании ,

при рН KCl от 4,5 до 5,5 средняя нуждаемость ,

при рН KCl > 5,5 известкование становится ненужным.

Степень кислотности почвы – важный, но не единственный показатель, характеризующий потребность почв в известковании.

2. Наиболее надежно необходимость известкования диагностируется по величине степени насыщенности основаниями (V, %):

V , % = S ×100/ S + H Г,

где S – сумма поглощенных оснований, мг-экв на 100 г почвы; H Г - величина гидролитической кислотности, мг-экв на 100 г почвы. Потребность почв в известковании в зависимости от их насыщенности основаниями, установленная эмпирически, выражается следующей шкалой (Возбуцкая, 1968).

Почвы, у которых V < 50%, сильно нуждаются в извести,

от 50 до 70% - в средней степени нуждаются во внесении извести,

V > 80% - не нуждаются в известковании.

Растения, подвергаясь постоянному и длительному воздействию специфических условий, характерных для тех или иных почвенных провинций, отражают эти условия в своих биологических свойствах и особенностях. В процессе естественного и искусственного отбора в различных эколого-географических районах земледелия постепенно формировались так называемые эколого-географические типы растений, для которых одним из существенных являлось различное и специфическое отношение к реакции почвенного раствора. «Оптимальный интервал pH» носит неопределенный характер в связи со сложностью взаимоотношений в системе почва – растения. Поэтому значение pH почв само по себе не может быть диагностическим признаком химической мелиорации кислых почв. Культурные растения генетически приспособлены к определенным условиям произрастания. По отношению к реакции среды они могут быть сгруппированы следующим образом.

К первой группе относят культуры, характеризующиеся очень высокой чувствительностью к кислой реакции среды почв. Они хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной реакции и характеризуются высокой отзывчивостью на их известкование – это люцерна, эспарцет, клевер, сахарная и столовая свекла.

Во вторую группу входят культуры, отличающиеся умеренной чувствительностью к кислотности почв (произрастают при слабокислой или нейтральной реакции) и хорошо отзываются на известкование – яровая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, подсолнечник, лук.

К третьей группе относят растения, удовлетворительно растущие в широком интервале рН - слабочувствительные к кислотности почв (рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка). Они положительно реагируют на применение высоких доз извести.

Четвертую группу составляют культуры:

а) не переносящие избытка кальция в почве – лен;

б) удовлетворительно переносящие кислотность почв и не нуждающиеся в их известковании – картофель.

По отношению к реакции среды почв различаются не только виды растений, но и разные сорта одного и того же вида. Наивысшей отзывчивостью на известкование отличаются сорта, выведенные на почвах, имеющих нейтральную и щелочную среду.

Агроэкологические условия растений, произрастающих на кислых почвах, во многом определяются в них отдельными «кислотоопределяющими» элементами.

Расчет дозы извести

При проведении известкования очень важно установить оптимальную дозу извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений. Расчет дозы извести, необходимой для нейтрализации почвы, зависит от величины гидролитической кислотности, выраженной в мг-экв. на 100 г почвы. Дозу извести вычисляют по формуле: CaCO 3 = H Г × 0,05× D×Г П, где

H Г – величина гидролитической кислотности, мг-экв /100 г почвы;

0,05 – количество извести в граммах, соответствующее 1 мг-экв почвенной кислотности;

h – высота мелиорируемого слоя, см;

d – плотность сложения мелиорируемого слоя.

Устанавливая дозу извести, учитывают гранулометрический состав почвы, биологические особенности растений и степень нуждаемости почвы в известковании. При сильной нуждаемости применяется полная расчетная доза извести, при средней -1/2 или ¾, при слабой - 1/3 или 1/4 дозы. При выборе места извести в севообороте, учитывается отношение культур к мелиорации.

Основное известковое удобрение – известняк CaCO 3 – практически нерастворимо в воде, однако под влиянием содержащейся в почвенном растворе углекислоты карбонат кальция постепенно превращается в растворимый бикарбонат кальция:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 .

Бикарбонат кальция диссоциирует на ионы Ca 2+ и 2 HCO 3 - и частично подвергается гидролизу:

Ca (HCO 3) 2 + H 2 O = Ca (OH) 2 +2H 2 O + 2CO 2 ;

Ca (OH) 2 = Ca 2+ + 2 OH - .

В почвенном растворе, содержащем бикарбонат кальция, повышается концентрация ионов Ca 2+ и OH - . Катионы кальция вытесняют ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса, и кислотность нейтрализуется:

ППК]H + + Ca 2+ + 2 HCO 3 - → ППК] Ca 2+ + 2H 2 O +2CO 2 ;

ППК]3H + + Ca 2+ + 2ОН - → ППК] H+ Ca2+ + 2 H 2 O.

Химические мелиоранты – удобрения длительного действия. При многократных механических обработках почвы они тщательно перемешиваются со всей массой пахотного слоя. Полная доза извести оказывает положительное действие на урожай полевых культур на средне- и тяжелосуглинистых почвах в течение 15-20 лет, а на почвах легкого гранулометрического состава 8-10 лет. Главное условие – необходимо, чтобы максимальный сдвиг показателя pH в сторону щелочного интервала по времени совпал с размещением на известкованном поле культуры, наиболее отзывчивой на это мероприятие. И наоборот, культуры, на которые известкование оказывает отрицательное действие, должны размещаться на этом поле в момент затухания действия мелиоранта.

Известковые удобрения

Известковые удобрения подразделяются на твердые (требующие размола), мягкие или рыхлые (не требующие размола) и отходы промышленности.

Твердые известковые породы содержат разное количество CaCO 3 и MgCO 3 , различаются по количеству нерастворимого остатка (глина и песок). По содержанию CaO и MgO эти породы делятся на следующие группы: известняки содержат 55-56% CaO и до 0,9% MgO; известняки доломитизированные – 42-55% CaO и 0,9-9% MgO; доломиты – 32-30% CaO и 18-20% MgO.

Известняки и мел – осадочные породы преимущественно морского происхождения. Известняки состоят в основном из минерала кальцита, но чаще они доломитизированы и, кроме CaCO 3 , содержат MgCO 3 . Присутствие MgCO 3 повышает прочность и твердость известковых пород и уменьшает их растворимость. Твердые известковые породы являются исходным материалом для производства промышленных известковых удобрений – известняковой и доломитовой муки, жженой и гашеной извести.

Известняковая или доломитовая мука получается при размоле и дроблении известняков и доломитов на заводах. Известняковая мука состоит из CaCO 3 и небольшого количества MgCO 3 ; в пересчете на CaCO 3 содержит 85-100%.

Доломитизированную муку следует применять на почвах легкого гранулометрического состава, особенно при возделывании в севооборотах культур, чувствительных к недостатку магния, - картофеля, льна, бобовых. Быстрота взаимодействия с почвой и эффективность молотого известняка и доломита в сильной степени зависит от тонины помола. Частицы известняка и доломита крупнее 1мм плохо растворяются и очень слабо уменьшают кислотность почвы. Чем тоньше размол известняка и доломита, тем лучше она перемешивается с почвой, скорее и полнее растворяется, быстрее действует и тем выше ее эффективность.

Жженая и гашеная известь. При обжиге твердых известняков карбонаты кальция и магния теряют углекислоту и превращаются в окись кальция или окись магния, получается жженая (комовая) известь. При взаимодействии ее с водой образуется гидроокись кальция или магния, то есть так называемая гашеная известь «пушенка» - тонкий рассыпающийся порошок. Гасить жженую известь можно непосредственно в поле, присыпая влажной землей.

Гашеная известь получается как отход на известковых заводах и при производстве хлорной извести. Пушенка - наиболее быстродействующее известковое удобрение, особенно ценное для глинистых почв.

Мягкие известковые породы - вторичные пресноводные известковые отложения. К ним относят известковые туфы, мергели, природная доломитовая мука. Залежи их обычно более мелкие, но они расположены часто вблизи полей, что делает их применение экономически целесообразным, они не требует размола, а только высушивания и просеивания.

Известковые туфы называют еще ключевой известью, так как они встречаются главным образом в местах выхода ключей в притеррасных поймах; содержат от 80 до 90% CaCO 3 .

Мергели содержат в основном CaCO 3 , иногда вместе с примесью глины. Поэтому содержание здесь колеблется от 25 до 50 %. Мергели могут быть рыхлые и плотные, требующие измельчения.

Доломитовая мука - естественная рыхлая порода, состоящая из MgCO 3 и CaCO 3 , с общим содержанием в перерасчете на CaCO 3 95-108%. Не требует размола. Залежи встречаются редко. Хорошее известковое удобрение для почв легкого гранулометрического состава, бедных магнием.

Известковые отходы промышленности. К ним относятся: сланцевая зола, дефекат, белитовая мука.

Сланцевая зола. Получается при сжигании горючих сланцев на промышленных предприятиях и электростанциях. Состоит из силикатов, окисей и карбонатов кальция и магния с общим содержанием в пересчете на CaCO 3 – 65- 80%. Кроме того, содержит небольшое количество калия и серы. По действию близка к известняковой муке. Сланцевая зола пригодна для большинства полевых культур, в том числе для бобовых, картофеля, льна.

Дефекат – отход свеклосахарного производства. Содержит CaCO 3 с примесью Ca (OH) 2 с общим содержанием в пересчете на CaCO 3 до 70%. Хорошее известковое удобрение для применения вблизи сахарных заводов. Кроме извести, дефекат содержит 0,3-0,5 % азота, 1-2% фосфора, 0,6-0,9% калия, до 15% органического вещества.

Белитовая мука – отход алюминиевой промышленности, имеет следующий химический состав: CaO – 45-50%, Na 2 O+ K 2 O- 2,05, SiO 3 - 30, Fe 2 O 3 – 2,9, MnO -0,04, Al 2 O 3 - 3,4% , а также небольшое количество фосфора, серы и некоторых микроэлементов.

Химическая мелиорация почв. Известкование кислых почв.

Основные теоретические положения

1. Распространение почв элювиального ряда и необходимость их улучшения

Меридиальная протяженность территории Красноярского края от Северного Ледовитого океана до горных систем Западного и Восточного Саяна охватывает все природные зоны между тундрой и сухими степями. Это определяет многообразие почвенного покрова. Значительное место по распространению принадлежит типам почв, которым свойственна кислотность в той или иной мере вредная для сельскохозяйственных растений.

Территориально кислые почвы в крае распространены широко . Большая их часть сосредоточена в Ачинской лесостепной зоне – 46% от общей площади кислых почв края. В Центральной пригородной и Канской лесостепной зонах их площади практически равны (16,2 и 16,3%). Несколько больше их в Северной подтаежной зоне – 18,5%. Незначительная доля – всего лишь 3% приходится на Южную лесостепную зону. В Южной степной зоне кислых почв нет совершенно.

Следует заметить, что в отличие от своих европейских аналогов кислые почвы Красноярского края менее оподзолены , что объясняется в основном карбонатностью почвообразующих пород. Характерной особенностью этих почв является низкая оструктуренность . Они быстро распыляются, образуют корку. У них слабая водопроницаемость . Вследствие этого во время снеготаяния и в периоды интенсивного выпадения осадков развивается водная эрозия.

Общая площадь кислых почв в Красноярском крае по данным агрохимической службы составляет 586,8 тыс.га. На долю сильнокислых и среднекислых почв, то есть почв нуждающихся в известковании, приходится 243 тыс. га. Следует иметь ввиду, что сенокосные и пастбищные угодья в таежной и лесостепной зонах размещаются на почвах более низкого бонитета и представлены типами почв, которым в той или иной мере свойственна почвенная кислотность.

Основной особенностью кислых почв является недостаток ионов кальция и избыток ионов водорода в пахотном горизонте, что обусловливает их крайне неблагоприятные агрохимические свойства. Прежде всего, кальций – важный элемент питания растений и его недостаток вызывает их кальциевое голодание: растения плохо развивается и плодоносит, не переносит перезимовки. Понижение реакции почвенного раствора отрицательно влияет на усвоение растениями азота, фосфора, калия и других элементов.

Высокая концентрация ионов водорода затрудняет рост и развитие корневой системы растений, резко снижается, а иногда полностью прекращается усвоения кальция, затормаживается поступление фосфора, поскольку частично изменяет состав протоплазмы корневых клеток. В кислой среде в растениях нарушаются процессы обмена с накоплением промежуточных соединений (нитритов, простых углеводов, органических кислот) вместо завершенных (белков, жиров, крахмала). Растения теряют морозо- и жаростойкость, устойчивость к засухе, к болезням и вредителям, задерживается прохождение отдельных фаз роста и развития.

В почвах с повышенной кислотностью подавляется жизнедеятельность полезных микроорганизмов, почти не развивается аммонифицирующая и нитрифицирующая микрофлора, что тормозит образование нитратов и фиксацию атмосферного азота. В результате нарушается азотное питание растений . В то же время отдельные формы грибов (пеницилиум, фузариум, триходерма), которые выделяют вещества, ядовитые для растений, в кислых почвах развиваются, что создает неблагоприятные условия для жизни и развития растений.

Повышенная кислотность уменьшает растворимость соединений ряда микроэлементов, необходимых растениям (молибден, бор, цинк и медь). Поэтому, растения, культивируемые на почвах элювиального ряда, существенно уступают по содержанию белковых соединений, чем культуры, выращиваемые на почвах черноземного типа. Напротив, в кислой среде повышается растворимость и, следовательно, содержание подвижных форм алюминия, марганца, токсичных для растений.

Кислые почвы отличаются и неблагоприятными физическими свойствами. При недостатке кальция и магния, которые образуют нерастворимые гуматы, гумусовые вещества плохо удерживаются в почве, отчего не только уменьшается запас питательных элементов, но и ухудшается структура почвы. Почвы элювиального ряда обладают, как правило, тонко – пылеватым гранулометрическим составом и бесструктурны, бедны коллоидными частицами и гумусом, что сопровождается нарушением благоприятного водно-воздушного режима.

2. Определение нуждаемости почв в известковании и расчет дозы извести

Неблагоприятные свойства кислых почв могут быть устранены вытеснением ионов водорода и алюминия из почвенного поглощающего комплекса и замещение их кальцием. Это достигается известкованием почвы, т.е. внесением в нее мелиорантов, содержащих известь. Установление потребности почвы в известковании и определение необходимых доз известковых материалов основываются на изучении почвенной кислотности.

Реакция почвенного раствора является отражением состава почвообразующих пород, характера, интенсивности основных процессов и режимов, происходящих в конкретных условиях сочетания факторов почвообразования. Те почвы, в которых оподзоливание выразилось в большей степени, а выщелачивание карбонатов и оснований прошло сильнее, обладают большей обменной кислотностью.

Различают два типа почвенной кислотности: актуальную и потенциальную.

Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора (водной вытяжки). Интенсивность (степень кислотности) характеризуется активностью ионов водорода, выражаемой как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Кислотность почвенного раствора обусловлена растворенными в нем химическими веществами. На величину pH почвенного раствора влияют свободные органические кислоты. Их минеральных кислот большое значение имеет угольная кислота, на количество которой влияет растворение в почвенном растворе диоксида углерода.

Потенциальная кислотность связана с твердыми фазами почвы и проявляется только при взаимодействии почвы с солевыми растворами. В составе потенциальной кислотности различают обменную кислотность, определяемую при взаимодействии почвы с раствором нейтральной соли и гидролитическую, определяемую при действии на почву гидролитически щелочной соли. Гидролитическая кислотность почвы является скрытой и показывает почти полную потенциальную кислотность почвы. При определении обменной кислотности часть ионов водорода не вытесняется в раствор в силу более прочного поглощения и установления динамического равновесия между количеством поглощенных водородных ионов и их концентрацией в растворе. Поэтому, если нет обменной кислотности, то она не вредна растениям. Величина гидролитической кислотности определяется функциональными группами гумусовых веществ (карбоксильные, фенольные, спиртовые гидроксилы, аминокислотами, простыми органическими кислотами). Важным показателем необходимости известкования является наличие и величина обменной кислотности. Обменная кислотность своим происхождением обязана совместному наличию в почвах ионов водорода и алюминия, которые находятся в поглощенном состоянии, и представляет собой небольшую, но наиболее опасную часть почвенной кислотности. Она наблюдается в почвах, в которых процесс выщелачивания оснований осуществляется весьма интенсивно и почва нуждается во внесении извести.

Общее представление об обменной кислотности можно получить, определяя pH солевой вытяжки. Установлено, что при:

а) pH солевой вытяжки почва сильно нуждается в известковании ,

б) при pH от 4,5 до 5,5 потребность в известковании уменьшается и характеризуется как средняя нуждаемость, а

в) при pH > 5,5 известкование становится ненужным.

Поскольку гидролитической кислотностью обладает подавляющее большинство почв, по одной ее величине нельзя судить о потребности почвы в известковании. Следовательно, для оценки нуждаемости почвы в извести кроме гидролитической кислотности, необходимо определить степень насыщенности основаниями (V, %):

V, % = S*100/S+H Г,

где S – сумма поглощенных оснований, мг-экв на 100 г почвы;

HГ - величина гидролитической кислотности, мг-экв на 100 г почвы.

Потребность почв в известковании в зависимости от их насыщенности основаниями, установленная эмпирически, выражается следующей шкалой (А.Е.Возбуцкая, 1968).

Почвы, у которых:

V , сильно нуждаются в извести,

от 50 до 70% - в средней степени нуждаются во внесении извести,

V - не нуждаются в извести.

Растения, подвергаясь постоянному и длительному воздействию специфических условий, характерных для тех или иных почвенных провинций, отражают эти условия в своих биологических свойствах и особенностях. В процессе естественного и искусственного отбора в различных эколого-географических районах земледелия постепенно формировались так называемые эколого-географические типы растений, для которых одним из существенных являлось различное и специфическое отношение к реакции почвенного раствора. «Оптимальный интервал pH» носит неопределенный характер в связи со сложностью взаимоотношений в системе почва – растения. Поэтому значение pH почв само по себе не может быть диагностическим признаком химической мелиорации кислых почв. Культурные растения генетически приспособлены к определенным условиям произрастания. По отношению к реакции среды они могут быть сгруппированы следующим образом:

К первой группе относят культуры, характеризующиеся очень высокой чувствительностью к кислой реакции среды почв. Они хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной реакции и характеризуются высокой отзывчивостью на их известкование – это люцерна, эспарцет, клевер, сахарная и столовая свекла.

Во вторую группу входят культуры, отличающиеся умеренной чувствительностью к кислотности почв (произрастают при слабокислой или нейтральной реакции) и хорошо отзываются на известкование – яровая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, подсолнечник, лук.

К третьей группе относят растения, удовлетворительно растущие в широком интервале pH - слабочувствительные к кислотности почв (рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка). Они положительно реагируют на применение высоких доз извести.

Четвертую группу составляют культуры:

а) не переносящие избытка кальция в почве – лен;

б) удовлетворительно переносящие кислотность почв и не нуждающиеся в их известковании – картофель.

По отношению к реакции среды почв различаются не только виды растений, но и разные сорта одного и того же вида. Наивысшей отзывчивостью на известкование отличаются сорта, выведенные на почвах, имеющих нейтральную и щелочную среду.

Агроэкологические условия растений, произрастающих на кислых почвах, во многом определяются в них отдельными «кислотоопределяющими» элементами.

При проведении известкования очень важно установить оптимальную дозу извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений. Расчет дозы извести, необходимой для нейтрализации почвы, за основу принимается величина гидролитической кислотности, выраженная в мг-экв. на 100 г почвы. Для вычисления таким путем дозы извести величину гидролитической кислотности умножают на коэффициент 1,5 .

Доза CaCO 3 = H Г * 1,5* D*Г П.

В зависимости от степени нуждаемости в известковании вводится поправка в рассчитанную дозу извести. При сильной нуждаемости применяется полная расчетная доза извести, при средней -1/2 или?, при слабой -1/3 или 1/4 дозы. Кроме того, учитывается отношение культур к известкованию. Величина поправочного коэффициента зависит от гранулометрического состава почвы и возделываемой культуры.

3. Сущность и значение известкования

Теория и практика известкования кислых почв были освещены еще в работах И.А.Стебута (1865) и получали завершенность в классических работах Д.Н.Прянишникова, К.К.Гедройца.

Основное известковое удобрение – известняк CaCO 3 - практически нерастворимо в воде, однако под влиянием содержащейся в почвенном растворе углекислоты карбонат кальция постепенно превращается в растворимый бикарбонат кальция: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2 .

Бикарбонат кальция диссоциирует на ионы Ca 2+ и 2 HCO 3 - и частично подвергается гидролизу:

Ca (HCO 3) 2 + H 2 O = Ca (OH) 2 +2 H 2 O + 2CO 2 ;

Ca (OH) 2 = Ca 2+ + 2 OH - .

В почвенном растворе, содержащем бикарбонат кальция, повышается концентрация ионов Ca 2+ и OH - . Катионы кальция вытесняют ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса, и кислотность нейтрализуется:

ППК] H H + Ca 2+ + 2 HCO 3 - > ППК] Ca + 2 H 2 O +2CO 2 ;

ППК]3 H + Ca 2+ + 2ОН - > ППК] H Ca + 2H 2 O.

Что дает известкование положительного?

Внесение извести устраняет актуальную и обменную кислотность, значительно снижается гидролитическая кислотность.

1. В почвенном растворе повышается степень насыщенности почвы основаниями и содержание кальция. Кальций коагулирует почвенные коллоиды, и, как следствие, образуются структурные агрегаты с последующим улучшением водно-воздушного режима, повышения водопроницаемости. Почва легче поддается обработке. Физическая спелость почвы наступает на 2-3 дня раньше.

2. Ввиду повышения поглотительной способности почвы уменьшаются потери элементов питания через вымывание. Снижается содержание подвижного алюминия, марганца, подвижность тяжелых металлов и загрязняющих веществ.

3. Усиливается микробиологическая активность почвы, особенно активность азотфиксирующих микроорганизмов, нитрификаторов. Подавляется жизнедеятельность патогенной микрофлоры.

4. Происходит мобилизация запасов фосфора за счет интенсификации минерализации органического вещества и перевода фосфатов алюминия, железа в более подвижные кальцийфосфаты.

5. Повышается доступность растениям целого ряда микроэлементов.

6. Улучшается питание растений кальцием и магнием. В растениях активно синтезируются завершенные биохимические соединения (белки, жиры, углеводы).

7. Повышается эффективность органических и минеральных удобрений и бактериальных преператов.

Что дает известкование отрицательного?

Усиление минерализации органического вещества почвы, если известкование не сопровождается применением органических удобрений, может сопровождаться обеднением почвы. «Известкование обогащает родителей, но разоряет детей», -говорит голландская пословица.

После известкования активизируется почвенный калий, но может быть нарушено соотношение K:Ca с преобладанием последнего. Поэтому в некоторых случаях возникает потребность в увеличении доз калийных удобрений.

Возникает необходимость контроля обеспеченности растений некоторыми микроэлементами.

После известкования возрастает вымывание оснований и органического углерода, 78-87% которых представлены фульво- и низкомолекулярными органическими кислотами, а 13-22% - веществами, сходными с гуминовыми кислотами.

Экологическая и экономическая напряженность в сельскохозяйственном производстве предполагает поиск и других нетрадиционных подходов и использованию кислых почв:

а) создание и подбор устойчивых и толерантных к повышенной кислотности, к высокому содержанию подвижного алюминия сортов культурных растений. Растения участвуют в регулировании реакции среды через корневые выделения: если в почве больше катионов, растения преимущественно выделяют анионы; если в почве больше анионов, растения выделяют катионы.

б) использование на кислых почвах минеральных удобрений на фоне органических;

в) освоение альтернативных систем земледелия, исключающих применение физиологически кислых удобрений.

Химические мелиоранты – удобрения длительного действия. При многократных механических обработках почвы они тщательно перемешиваются со всей массой пахотного слоя. Полная доза извести оказывает положительное действие на урожай полевых культур на средне- и тяжелосуглинистых почвах в течение 15-20 лет, а на почвах легкого гранулометрического состава 8-10 лет. Главное условие – необходимо, чтобы максимальный сдвиг показателя pH в сторону щелочного интервала по времени совпал с размещением на известкованном поле культуры, наиболее отзывчивой на это мероприятие. И наоборот, культуры, на которые известкование оказывает отрицательное действие, должны размещаться на этом поле в момент затухания действия мелиоранта.

4. Требования к внесению и заделке извести

Основным требованием является равномерное распределение (рассев) извести с последующим тщательным перемешиванием с почвой.

При известковании полной дозой, повторное внесение извести проводят через 6-8 лет.

Полную дозу извести вносится в два приема: большая часть дозы заделывается с осени под вспашку зяби, меньшая – под культивации.

Обязательным условием эффективного известкования является оптимальная влажность почвы.

Недопустимо внесение извести весной, поскольку почвенная влага будет использована на гашение извести, а почва иссушена.

Внесение извести в зимнее время может быть в исключительных случаях при строго определенных условиях: по тонкому снегу, на выровненных местах, в безветренную погоду.

Недопустимо совместное внесение извести с навозом и аммиачными удобрениями, вследствие потерь азота.

Для рассева слабопылящих материалов используют разбрасыватель минеральных удобрений РУМ-3, универсальный тракторный прицеп-разбрасыватель 1-ПТУ-3,5; разбрасыватель минеральных удобрений и извести РМИ-2, навешенный на разбрасыватель–прицеп удобрений РПТУ 2А, и туковые сеялки.

5. Известковые удобрения

Известковые удобрения подразделяются на твердые (требующие размола), мягкие или рыхлые (не требующие размола) и отходы промышленности.

Твердые известковые породы содержат разное количество CaCO 3 и MgCO 3 , различаются по количеству нерастворимого остатка (глина и песок). По содержанию CaO и MgO эти породы делятся на следующие группы: известняки содержат 55-56% CaO и до 0,9% MgO; известняки доломитизированные – 42-55% CaO и 0,9-9% MgO; доломиты – 32-30% CaO и 18-20% MgO.

Известняки и мел – осадочные породы преимущественно морского происхождения. Известняки состоят в основном из минерала кальцита, но чаще они доломитизированы и, кроме CaCO 3 , содержат MgCO 3 . Присутствие MgCO 3 повышает прочность и твердость известковых пород и уменьшает их растворимость. Твердые известковые породы являются исходным материалом для производства промышленных известковых удобрений – известняковой и доломитовой муки, жженой и гашеной извести.

Известняковая или доломитовая мука получается при размоле и дроблении известняков и доломитов на заводах. Известняковая мука состоит из CaCO 3 и небольшого количества MgCO 3 ; в пересчете на CaCO 3 содержит 85-100%.

Доломитизированную муку следует применять на почвах легкого гранулометрического состава, особенно при возделывании в севооборотах культур, чувствительных к недостатку магния, - картофеля, льна, бобовых. Быстрота взаимодействия с почвой и эффективность молотого известняка и доломита в сильной степени зависит от тонины помола. Частицы известняка и доломита крупнее 1мм плохо растворяются и очень слабо уменьшают кислотность почвы. Чем тоньше размол известняка и доломита, тем лучше она перемешивается с почвой, скорее и полнее растворяется, быстрее действует и тем выше ее эффективность.

Жженая и гашеная известь . При обжиге твердых известняков карбонаты кальция и магния теряют углекислоту и превращаются в окись кальция или окись магния, получается жженая (комовая) известь. При взаимодействии ее с водой образуется гидроокись кальция или магния, то есть так называемая гашеная известь «пушенка» - тонкий рассыпающийся порошок. Гасить жженую известь можно непосредственно в поле, присыпая влажной землей.

Гашеная известь получается как отход на известковых заводах и при производстве хлорной извести. Пушенка - наиболее быстродействующее известковое удобрение, особенно ценное для глинистых почв.

Мягкие известковые породы - вторичные пресноводные известковые отложения. К ним относят известковые туфы, мергели, природная доломитовая мука. Залежи их обычно более мелкие, но они расположены часто вблизи полей, что делает их применение экономически целесообразным, они не требует размола, а только высушивания и просеивания.

Известковые туфы называют еще ключевой известью, так как они встречаются главным образом в местах выхода ключей в притеррасных поймах; содержат от 80 до 90% CaCO 3 .

Мергели содержат в основном CaCO 3 , иногда вместе с примесью глины. Поэтому содержание здесь колеблется от 25 до 50 %. Мергели могут быть рыхлые и плотные, требующие измельчения.

Доломитовая мука - естественная рыхлая порода, состоящая из MgCO 3 и CaCO 3 , с общим содержанием в перерасчете на CaCO 3 95-108%. Не требует размола. Залежи встречаются редко. Хорошее известковое удобрение для почв легкого гранулометрического состава, бедных магнием.

Известковые отходы промышленности. К ним относятся: сланцевая зола, дефекат, белитовая мука.

Сланцевая зола . Получается при сжигании горючих сланцев на промышленных предприятиях и электростанциях. Состоит из силикатов, окисей и карбонатов кальция и магния с общим содержанием в пересчете на CaCO 3 – 65- 80%. Кроме того, содержит небольшое количество калия и серы. По действию близка к известняковой муке. Сланцевая зола пригодна для большинства полевых культур, в том числе для бобовых, картофеля, льна.

Дефекат – отход свеклосахарного производства. Содержит CaCO 3 с примесью Ca (OH) 2 с общим содержанием в пересчете на CaCO 3 до 70%. Хорошее известковое удобрение для применения вблизи сахарных заводов. Кроме извести, дефекат содержит 0,3-0,5 % азота, 1-2% фосфора, 0,6-0,9% калия, до 15% органического вещества.

Белитовая мука – отход алюминиевой промышленности, имеет следующий химический состав: CaO – 45-50%, Na 2 O+ K 2 O- 2,05, SiO 3 - 30, Fe 2 O 3 – 2,9, MnO -0,04, Al 2 O 3 - 3,4% , а также небольшое количество фосфора, серы и некоторых микроэлементов.

Установление целесообразности замены суперфосфата фосфоритной мукой по методу Б.А.Голубева

Фосфоритная мука для большей части сельскохозяйственных культур становится достаточно хорошим источником фосфорного питания только тогда, когда почва имеет повышенную кислотность, достаточную для разложения фосфоритной муки.

Исследованиями Б.А.Голубева установлено, что действие фосфоритной муки начинает проявляться, когда гидролитическая кислотность почвы достигает 2-2,5 мэкв/100 г почвы. Когда гидролитическая кислотность почвы выше указанной величины, действие фосфоритной муки, внесенной в двойной дозе по суперфосфату, может приближаться к действию суперфосфата.

Однако действие фосфоритной муки зависит не только от величины гидролитической кислотности. Прогноз возможного положительного действия фосфорита становится более точным и полным, известна емкость поглощения удобряемой почвы, а также вычислена степень насыщенности почвы основаниями. Можно ожидать полного действия фосфоритной муки, когда H г = 3 + 0,1 ЕКО.

Таблица 1. Зависимость эффективности фосфоритной муки от физико-химических свойств почвы

Потенциометрическое определение обменной кислотности

(лабораторная работа)

Материалы и оборудование: весы технические, колбы на 100мл, дистиллированная вода, стаканчики на 50 мл, иономер, вспомогательный хлорсеребряный электрод, стеклянный электрод, предварительно выдержанный в 0,1н растворе соляной кислоты.

Обменной кислотностью называют часть потенциальной кислотности, которая обнаруживается при взаимодействии почвы с раствором нейтральной соли.

Принцип метода . Метод основан на определении активности ионов водорода. Для измерения величины pH используется электронная схема со стеклянным электродом, в который впаян литиевый стерженек. При погружении электрода в раствор происходит обмен ионов лития с поверхности слоев на ионы водорода. Благодаря разности потенциалов возникает электродвижущая сила, величина которой соответствует активности ионов водорода в растворе. Извлечение обменных катионов водорода производится раствором хлористого калия концентрации 1моль/дм 3 (1н) при соотношении почвы и раствора 1:2,5.

Ход определения

В коническую колбу на 100 мл отвешивается на технических весах 10г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями в 1мм, и приливается 25 мл 1н раствора хлористого калия (колбы подписать). Содержимое колб тщательно перемешивается и встряхивается на ротаторе в течение 30 минут, далее суспензию переносят в стаканчик и производят определение pH на иономере. Электроды погружаются в стаканчик с испытуемым раствором, ожидается успокоение стрелки прибора и производится отсчет по верхней шкале прибора. При этом сопоставляются показания на верхней шкале и положение переключателя «пределы измерения»

Обсуждение результатов

При выполнении лабораторной работы каждый студент получает индивидуальный почвенный образец, характеризуемый данными этикетки.

1. На основании полученных результатов:

а) Рассчитывается степень насыщенности почвы основаниями;

б) Определяется потребность почвы в известковании;

в) Рассчитывается доза известьсодержащего мелиоранта;

г) Оформите в рабочей тетради выводы и обоснуйте полученные материалы.

Каждый студент получает индивидуальное расчетное задание, по которому следует:

Задачи и упражнения

1. Рассчитайте норму извести под картофель на дерново-подзолистой почве: S = 21 ммоль/100 г, Н г = 9,0 ммоль/100 г.

2. Какие из имеющихся удобрений (суперфосфат, фосфоритная мука, обесфторенный фосфат) необходимо применять на дерново-подзолистой почве со следующими агрохимическими показателями: S = 8 ммоль/100 г, Н г = 6,9 мг-экв/100 г, pH Kcl = 4,2?

3. Сколько необходимо внести извести под картофель, если Н г = 5 ммоль /100 г, V = 70%?

4. В хозяйстве имеются простой суперфосфат, двойной суперфосфат, фосфоритная мука. Какое удобрение вы будете применять: а) под бобовые культуры, б) при S = 20 ммоль /100 г, Н г = 7 ммоль/100 г, в) в рядки при посеве?

5. Доза внесения извести, рассчитанная по Н г, составляет 2,8 т/га. Какова норма внесения в физическом весе следующих мелиорантов: известковая мука (80%), сланцевая зола (60%), известковый туф (40%).

6. Для создания культурного пахотного слоя (0-20см) требуется узнать, нуждаются ли почвы в мелиорирующем веществе и в какой дозе по следующим показателям:

Таблица 1

7. По приведенным данным, выраженным в ммоль/100г почвы, определите: нуждаются ли почвы в химической мелиорации; если нуждаются, то в какой?

а) Са 2+ =2,5; Мg 2+ =1; Нr=8;

б) S=12; Нr=4;

в) ЕКО=21; Нr=5;

г) Са 2+ =4,6; Мg 2+ =1,3; ЕКО=7,4;

д) S=10,4; EKO=14,2;

e) S= 4,4; Hr=3,5;

ж) Са 2+ =2,9; Мg 2+ =0,7; Нr=7,3;

8. Определить место и очередность известкования следующих звеньев севооборотов на светло-серой лесной почве при S = 28 ммоль/100 г, Нг = 5,8 ммоль/100 г, pH Kcl = 5,1:

а) пар – лен – ячмень;

б) картофель – пшеница – овес;

в) донник – пшеница – ячмень;

г) кормовая свекла – пшеница – овес;

д) турнепс – пшеница – овес + горох – пшеница;

е) люцерна – люцерна – пшеница – пшеница;

9. Дайте прогноз применения фосфоритной муки. Почвы: дерново-подзолистая, при S = 14 ммоль/100 г, Нг = 6,0 ммоль/100 г; серая лесная при S = 25 ммоль/100 г, Нг = 4,8 ммоль/100 г.

10. Определите степень нуждаемости почв в химической мелиорации и дозу внесения извести для пахотного слоя (0-20 см) почвы по следующим показателям:

Таблица 2