Тема: Модуль 2. Блок 2. Химическая мелиорация почв

Методы химической мелиорации кислых и солонцов почв основаны на изменении состава поглощенных катионов, главным образом путем введения кальция в ППК. Для нейтрализации кислотности и повышения плодородия кислых почв основным мероприятием является известкование, а для устранения повышенной щелочности и улучшения свойств солонцовых почв – гипсование.

Применение методов химической мелиорации на кислых и щелочных почвах является важнейшим условием интенсификации с.-х. производства на этих почвах, повышения их плодородия и эффективности вносимых органических и минеральных удобрений.

Отношение различных с.-х. культур к реакции почвы и известкованию
Для каждого вида растений существует определенная наиболее благоприятная для его роста и развития реакция среды. Большинство с.-х. культур и полезных почвенных микроорганизмов лучше развивается при реакции среды, близкой к нейтральной (рН 6-7).

По отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование с.-х. культуры делятся на следующие группы:

1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, корнеплоды, конопля, капуста: для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. они очень сильно отзываются на известкование даже на слабокислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности почв – пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры (за исключением люпинов и сераделлы) огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой и 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 (от 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5 – 6,0). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв.

4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а лен лучше растет на слабокислых почвах (рН 5,5 – 6,5). Высокие нормы извести оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур: картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшает качество волокна.

5. Хорошо переносят кислую реакцию почвы и отрицательно реагируют на известкование люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными нормами они снижают урожай.

Таким образом, на большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие, поэтому они положительно отзываются на известкование.

Кислая реакция почвы оказывает многостороннее отрицательное действие на растения, но их можно объединить в две группы: прямое отрицательное действие и косвенное отрицательное действие.

Прямое отрицательное действие заключается в том, что ухудшается проницаемость оболочек клеток, поэтому затрудняется использование воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений, нарушается обмен веществ, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов в более сложные органические соединения, ухудшается рост и ветвление корней. Особенно чувствительны растения к кислой реакции в первый период роста, сразу после прорастания.

Косвенное отрицательное действие кислотности так же многостороннее. Кислые почвы имеют неблагоприятные биологические, физические и химические свойства. Их коллоидная часть бедна кальцием и другими основаниями. Вследствие вытеснения кальция ионами водорода из почвенного перегноя повышаются его дисперсность и подвижность, а насыщение водородом минеральных коллоидных частиц приводит к постепенному их разрушению. Этим объясняется малое содержание в кислых почвах коллоидной фракции, они поэтому имеют неблагоприятные физические, биологические физико-химические свойства, плохую структуру, низкую емкость поглощения и слабую буферность.

В кислых почвах деятельность полезных почвенных микроорганизмов, особенное азотфиксирующих бактерий, для развития которых благоприятна нейтральная реакция (рН 6,5-7,5), сильно подавлена. Поэтому образование доступных для растений форм азота, фосфора и других элементов питания протекают слабо. В то же время повышенная кислотность способствует развитию в почве грибов, среди которых много паразитов и возбудителей различных болезней растений.

Отрицательное действие повышенной кислотности в значительной степени связана с увеличением подвижности алюминия и марганца и снижением доступности фосфора и молибдена. Кроме того, в кислых почвах затрудняется поступление в растения кальция и магния, поэтому ухудшается их питание и этими элементами.
Влияние извести на свойства и питательный режим почвы
Внесением извести нейтрализуются свободные органические минеральные кислоты в почвенном растворе, а также ионы водорода в почвенном поглощающем комплексе, то есть устраняются актуальная и обменная кислотности, значительно снижается гидролитическая кислотность, повышается насыщенность почв основаниями.

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

При внесении извести снижается содержание а почве подвижных форм алюминия и марганца, поэтому устраняется их вредное действие на растения.

В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы под влиянием известкования усиливается жизнедеятельность полезных почвенных микроорганизмов и мобилизвция ими азота, фосфора, серы и других макро и микроэлементов из почвы. Только подвижность бора и марганца может снижаться, но это можно поправить внесением соответствующих микроудобрений.

Улучшение питания растений азотом и зольными элементами связана также с тем, что на известкованных почвах растения развивают более мощнцю корневую систему, способную усваивать большее количество питательных элементов.

При внесении в почву извести протекают следующие реакции: СаСО₃ + Н₂О + СО₂ = Са(НСО₃)₂ под влиянием углекислоты почвенного раствора СаСО3-нерастворимый в воде переходит в растворимый бикарбонат Са – Са(НСО₃)₂.

При внесении в почву извести протекают следующие реакции: СаСО₃+Н₂О+СО₂=Са(НСО₃) - под влиянием углекислоты почвенного раствора СаСО₃ – нерастворимы в воде переходит в растворимый бикарбонат Са–Са(НСО₃)₂. Последний диссоцирует на ионы Са2+ и 2НСО3- и частично подвергается гидролизу – Са(НСО₃)₂+2Н₂О=Са(ОН)₂+2Н₂О+2СО₂

Са(ОН)₂=Са²⁺+2ОН^-.

В почвенном растворе, содержащем бикарбонат кальция, повышается концентрация ионов Са²⁺ и ОН^-. Катионы кальция вытесняю ионы водорода из ППК и кислотность нейтрализуется:

|ППК| + Са²⁺ + 2НСО₃ |ППК| Са + 2Н₂СО₃

Необходимость известкования ориентировочно можно определить по некоторым внешним признакам: кислые сильноподзолистые почвы имеют белесый цвет, на них плохо растут и сильно выпадают клевер, люцерна, озимая пшеница, обильное развитие щавелька, пикульника, торицы полевой, лютика ползучего, белоуса, щучки. Однако с достаточной для практических целей точностью она 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 более 5,5 отсутствует.

Величина кислотности важный но не единственный показатель, характеризующий потребность почв в известковании. Важно учитывать также степень насыщенности почв основаниями (V, %) и ее механических состав. С учетом этих трех показателей степень нуждаемости почв в известковании может быть установлена значительно точнее (таблица 1).

Таблица 1

Оценка степени нуждаемости почв в известковании в зависимости от их свойств

При проведении известкования, кроме свойств почвы, необходимо учитывать также особенности возделываемых культур.

Сильно-нуждающиеся почвы известкуют в первую очередь, средне-нуждающиеся во вторую очередь и слабо-нуждающиеся в третью очередь. В севооборотах с большим удельным весом льна и картофеля слабо-нуждающиеся почвы не известкуют, а в севооборотах с чувствительными к кислотности культурами в первую очередь необходимо известковать не только почвы сильно-, но и средненуждающиеся.

Нормы извести зависят от степени кислотности почв, их механического состава и особенностей возделываемых культур. Количество извести, необходимое для уменьшения повышенной кислотности пахотного слоя почвы до слабокислой реакции (до рН 5,6-5,8), благоприятной для большинства сельскохозяйственных микроорганизмов, называется полной нормой.

Ориентировочные нормы извести можно определить по величине рН солевой вытяжки, рекомендуемой ВИУА (таблица 2).

Таблица 2

Нормы извести в зависимости от рН солевой вытяжки и механического состава (СаСО₃, т/га)

Почвы	рН солевой вытяжки
	4,5 и меньше	4,6	4,8	5,0	5,2	5,4-5,5
Супесчаные и легкосуглинистые	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,0-2,0
Средне- и тяжелосуглинистые	6,0	5,5	5,0	1,5	4,0	3,5-4,0

Более точно величину полной нормы извести можно установить по гидролитической кислотности. Для этого Нг умножают на коэффициент 1,5 и получают количество чистой извести в т/га.

Норма же конкретных известковых удобрений определяется по следующей формуле:

На тяжелых почвах и под культуры, очень чувствительные к повышенной кислотности (свекла, кукуруза, клевер, люцерна, капуста и др.), лучше вносить полную норму извести, рассчитанную по Нг. На более легких малобуферных почвах и для культур, не чувствительных почвах и для культур, не чувствительных к кислотности (картофель, люпин, лен и др.), норму извести необходимо уменьшить на 35-50%.

Для лучшей организации известкования зональные агрохимические лаборатории составляют и передают хозяйствам картограммы кислотности почв и нуждаемости в известковании, которую проводят за счет бюджетных государственных средств.

Разработка проектно-сметной документации по известкованию кислых почв проводится проектно-изыскательскими станциями химизации, которая есть и в РСО-Алании.

Таблица 3

Прибавки урожая сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах от внесения извести, ц/га

Культуры	Степень кислотности почвы
	сильная			средняя			слабая
	2-4	4-6	6-8	2-4	4-6	6-8	2-4	4-6	6-8
Оз. пшеница Оз. рожь Оз. ячмень Овес Яровая пшеница КНС Мн. травы Сахарная свекла	3,9 2,0 3,6 2,0 2,0 40,0 18,0 35,0	4,6 3,0 4,0 2,3 2,4 60,0 25,0 60,0	5,4 3,4 4,5 2,6 2,6 70,0 27,0 80,0	2,7 1,7 3,0 1,7 1,0 20,0 12,0 30,0	4,0 2,0 3,6 2,0 1,5 30,0 15,0 40,0	4,6 2,4 4,1 2,2 2,0 40,0 18,0 60,0	1,0 0,5 1,4 0,5 0,5 10,0 9,0 -	1,5 1,0 1,8 1,0 0,8 15,0 12,0 40,0	2,0 1,2 2,0 1,2 0,8 20,0 13,0 40,0

Известкование улучшает и качество урожая сельскохозяйственных культур, особенно в том случае, когда применяют известковые материалы, содержащие магний и одновременно вносят борные удобрения. Под влиянием известкования повышается содержание сахаров в корнеплодах, белка и жира в семенах, больше накапливается каротина и аскорбиновой кислоты в травах и корнеплодах, улучшаются посевные качества семян.

Изменения, вызываемые в почве известкованием, сохраняются длительное время, поэтому положительное действие полной нормы извести проявляются на протяжении 15-16 лет. Каждая тонна известкового удобрения на средне- и сильнокислых почвах дает за ротацию семипольного севооборота общую прибавку урожая всех культур, равную в переводе на зерно 0,6-0,8 т, а за две ротации 1,2-1,5 т/га.

Продолжительность действия известкования и его эффективность тем выше, чем больше норма извести.

Известкование является основным условием эффективного применения удобрений на кислых почвах, оно резко увеличивает эффективность последних, особенно под культуры чувствительные к кислотности почв – корнеплоды, кукурузу, озимую пшеницу, бобовые и овощи.

Под влиянием извести ускоряется разложение внесенного в почву навоза и повышается использование растениями содержащихся в нем питательных веществ, а навоз усиливает положительное действие извести на свойства почвы.

Под влиянием известкования сильно возрастает эффективность и минеральных удобрений. На произвесткованных сильнокислых почвах по сравнению с непроизвесткованными эффективность минеральных удобрений по озимой пшенице, ячмене, ржи в среднем возрастает в 2 раза, а на клевере в 3-5 раз.

Известкование обеспечивает значительный экономический эффект. Затраты на известкование окупаются стоимостью прибавки урожая за 1-2 года, а за две ротации севооборота от полной нормы извести чистый доход может превысить расходы в 12-15 раз.
Известковые удобрения

Получают размолом или обжигом твердых известковых пород (известняка, доломита, мела) или используют для известкования мягкие известковые породы и различные отходы промышленности, богатые известью.

Промышленные известковые удобрения должны содержать не менее 85% СаСО₃ и МgСО₃. Чем тоньше размол известняковой и доломитовой муки, тем быстрее нейтрализуется почвенная кислотность и тем выше эффективность. Поэтому согласно государственному стандарту известняковая мука 1 класса должна содержать не более 5% частиц крупнее 1 мм и 70% диаметром менее 0,25 мм с влажностью не более 1,5% и с примесями не более 15%.

При обжиге твердых известняков карбоната кальция и магния (СаСО₃ и МgСО₃) теряют углекислый газ (СО₂), превращаясь в оксид Са и Мg, получается жженая или комовая известь:

СаСО₃ = СаО +СО₂; МgСО₃ = МgО + СО₂

При их взаимодействии с водой образуется гидроксид Са или Мg – так называемая гашеная известь:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂; МgО + Н₂О = Мg(ОН)₂

По способности нейтрализовать кислотность почвы 1 т Са(ОН)₂ равна 1,35 т СаСО₃.

В отличие от твердых эти породы являются вторичными пресноводными известковыми отложениями. Они не требуют размола, быстрее действуют и более эффективны.

Гажа (озерная известь) – содержит 80-95% СаСО3. Залежи ее приурочены к местам высохших водоемов, в которые в прошлом поступала вода, богатая известью.

Белый известковый шлак – это отходы при электроплавке стали, белый порошок, пригодный для известкования, содержит СаО 50-68%, MgО 6-15%, SiО₂ 15-25%, а также фосфор, марганец, серу.

Белитовая мука – это отходы алюминиевой промышленности. Содержит СаО 45-50, Nа₂О 25, SiО₂ 30%.

В качестве известковых удобрений можно применять отходы различных производств, не имеющих вредных для растений примесей.

Солонцы и солонцеватые почвы характеризуются плохими физическими, физико-химическими и биологическими свойствами: во влажном состоянии сильно набухают, становятся трудно водо- и воздухопроницаемыми; вязкими и мажущимися – заплывают; а в сухом состоянии превращаются в плотную твердую массу, не поддающуюся обработке.

В зависимости от количества поглощенного натрия эти почвы делятся на три группы:

1. Слабосолонцеватые, содержащие в ППК натрия 5-10% от общей емкости поглощения;

2. Солонцеватые, содержащие 10-20%;

3. Солонцы, содержащие более 20%.

Солонцы в зависимости от глубины залегания солонцового горизонта тоже подразделяются на три группы:

1. 
   Корковые – солонцовый горизонт залегает на глубине не более 7 см;
   
2. 
   Среднестолбчатые – солонцовый горизонт на глубине 8-15 см;
   
3. 
   Глубокостолбчатые – солонцовый горизонт на глубине 15 см.
   

Для коренного улучшения солонцов и солонцеватых почв, содержащих более 10% Nа от общей емкости поглощения, необходимо проводить гипсование.

Солонцовые почвы подразделяются на две группы, различающиеся по способам мелиорации.

1. Степные солонцы преимущественно распространены в зоне каштановых и бурых почв. Характеризуются нейтральной реакцией и глубоким залеганием грунтовых вод, поэтому поступления с ними солее в корнеобитаемый слой не происходит. Улучшить эти почвы можно и без гипса, путем глубокой обработки для вовлечения в процесс мелиорации собственного кальция в процесс (СаСО₃ или СаSО₄ и нижележащего горизонта).

2. Луговые, содовые солонцы распространены главным образом в Зауралье и Западной Сибири. Они имеют щелочную реакцию и близкий к поверхности уровень грунтовых вод, поэтому уровень грунтовых вод, поэтому подвержены вторичному засолению. Для улучшения этих почв необходимо внесение гипса в сочетании с глубокой обработкой почвы, применение органических и минеральных удобрений, орошение и другие агротехнические приемы.

Слабосолонцеватые почвы (натрия меньше 10%) улучшают агробиологическим методом – трехярусной вспашкой с внесением больших норм навоза, посевом люцерны и других культур, которые аккумулируют кальций в корнях. После их разложения кальций освобождается и вытесняется из ППК натрий. Особенно эффективно этот процесс идет при орошении.

При внесении гипса в почву протекают следующие реакции:

1. Он реагирует с содой почвенного раствора:

NаСО₃ + СаSО₄ = СаСО₃ + Nа₂SО₄

2. Он реагирует с ППК, вытесняя натрий

|ППК| + СаSО₄ = |ППК|Са + Na₂SО₄

И в одном и другом случае образуется легко растворимая в воде соль – Nа₂SО₄. При образовании в почве небольшого количества этой соли она не оказывает вредного действия на растения. Однако при гипсовании солонцов, содержащих Nа более 20% от емкости поглощения, образуется большое количество NaSО₄ и его необходимо удалить из корнеобитаемого слоя путем орошения.

Гипс, внесенный в солонцовую почву устраняет ее щелочную реакцию, заменяет поглощенный натрий кальцием, что сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов, почва приобретает прочную комковатую структуру, улучшаются ее физические свойства, водопроницаемость, аэрация и облегчается обработка.

Устраняя щелочность и улучшая физические свойства почвы, гипсование создает благоприятные условия для развития и деятельности почвенных микроорганизмов. Таким образом под влиянием гипсования повышается плодородие солонцовых почв, они становятся пригодными для возделывания даже требовательных к условиям произрастания культур.


Эффективность гипсования

Внесенный в почву гипс взаимодействует с ППК медленно, поэтому без орошения его положительное действие проявляется постепенно – через 4-5 лет. Важным условием быстрой мелиорации солонцов под влиянием гипса является достаточная влажность почвы, при которой свойства солонцовых почв изменяются значительно быстрее и полнее, поэтому и эффективность гипсования выше при орошении.

Эффективность гипсования солонцов значительно повышается при внесении навоза и минеральных удобрений (таблица 4).

Таблица 4

Действие гипса и удобрений на урожай яровой пшеницы

Варианты опыта	Солонцы среднестобчатые		Солонцы глубокостолбчатые
	урожай, ц/га	прибавка, ц/га	урожай, ц/га	прибавка, ц/га
Контроль Гипс – 5 т/га Гипс – 10 т/га Контроль Гипс 5 т + N60Р60 Гипс 5 т + Навоз 40 т/га Гипс 10 т + Навоз 40 т/га	1,0 - 9,0 1,7 9,5 15,4 12,1	- - 8,3 - 7,8 13,7 10,4	9,9 12,5 14,5 4,5 12,6 16,2 18,6	- 2,6 4,6 - 8,1 11,7 14,1

Положительное влияние гипса на плодородие почвы наблюдается в течение 8-10 лет, причем вследствие постепенного взаимодействия гипса с почвой действие его из года в год возрастает.
Нормы, сроки и способы внесения гипса
При гипсовании не требуется полного вытеснения обменного натрия из почвы. Допустимое количество натрия в ППК, которое не оказывает отрицательного влияния на свойства почвы, равняется 10% от общей емкости поглощения (или 0,1 Т).
Для расчета дозы гипса можно пользоваться формулой:

СаSO₄ · 2H₂O (в т/га) = (Na-0,1Т) · 0,086 Нd, где

0,086 – 1 м.-экв. СаSO₄ · 2H₂O, г

Nа – содержание поглощенного Nа, м.-экв. на 100 г почвы;

0,1 – 10% Nа от емкости поглощения, допустимое содержание поглощенного слоя, см

Н – глубина пахотного слоя

d – объемная масса гумусового слоя.

Солонцовые почвы встречаются пятнами менее 30% общей площади, то гипсуют только пятна, а если они занимают более 30%, то гипсуют весь участок, но разными нормами.

Больше нормы гипса можно вносить постепенно, в течение 2-8 лет, а при орошении нормы гипса снижают на 25-30%. Мелиорирующее действие гипса во многом зависит от степени перемешивания его с почвой, поэтому гипс обязательно запахивают в солонцовый горизонт. На легких корковых солонцах весь гипс вносят после вспашки и заделывают культиваторами, на средне и глубокостолбчатых солонцах, в которых солонцовый горизонт залегает на глубине 8-20 и более см, гипс вносят в два приема – часть нормы под плуг с предплужником, а остальное – после вспашки под культиватор.

В некоторых почвах солонцовых почвах под солонцовым горизонтом находится богатый гипсом слой. В таких случаях проводят самогипсование – пашут почву плантажным плугом на глубину гипсового слоя и почву с ним тщательно перемешивают.

Быстрый способ коренной мелиорации солонцов землеванием заключается в том, что поверхность солонцовых пятен покрывают при помощи скрепера 15-20 см слоем рядом расположенной богатой кальцием и гумусом черноземной почвы за один прием. С таким количеством почвы на 1 га попадая в солонцовый горизонт улучшает его.

Материалы применяемые для гипсования почв:

1. Гипс сыромолотый (СаSО₄ 2Н₂О) – содержит гипса 71-73%. Это тонко размолотый природный гипс белого или серого цвета. Влажность его не должна превышать 8%, иначе слеживается и превращается в глыбы.

2. Фосфогипс – это отходы производства двойного суперфосфата и преципитата. Очень тонкий порошок белого или серого цвета, содержащий 70-75% СаSО₄ и небольшое количество Р₂О₅ 2-3%.

3. Глиногипс добывается из природных залежей. В естественном состоянии рыхлый не требует размола. Содержит от 60 до 90% СаSО₄ и от 1 до 11% глины.

2. Вопросы по предыдущей лекции

1. Как относятся сельскохозяйственные культуры к кислотности почвы?

2. Каково значение известкования почв?

3. Какие известковые удобрения существуют?

4. Какие почвы подвергаются гипсованию?

5. Какие процессы протекают в почве при гипсовании?