Известкование как метод мелиорации и повышения плодородия кислых почв

Почему кислые почвы теряют урожай и как это исправить

Кислые почвы — серьезный барьер для получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур. Из-за повышенной кислотности замедляется рост корневой системы, а растения хуже усваивают питательные вещества из почвы и внесенных удобрений. В кислых средах ухудшается структура пахотного горизонта, падает водопроницаемость, подавляется полезная микрофлора и активируются токсичные подвижные формы алюминия, железа и марганца. Для решения этой проблемы и повышения плодородия проводят известкование — коренную химическую мелиорацию путем внесения нейтрализующих веществ.

• Кислые пашни в России — более 43 млн га
• Ежегодный недобор урожая (в пересчете на зерно) — около 20 млн т
• Ежегодные потери оснований (в пересчете на CaCO₃) — 350–450 кг/га
• Оптимальный уровень pH для большинства культур — 6–7

Исторический опыт применения известковых удобрений насчитывает тысячи лет. Еще в Древнем Риме, Галлии и на Британских островах для улучшения лугов и полей использовали мергель и мел. Однако при отсутствии научных знаний известь долгое время ошибочно рассматривали как полную замену навозу и вносили в избыточных дозах, что приводило к истощению почв. Систематические исследования и первые полевые опыты в XIX–XX веках позволили разработать научно обоснованные нормы известкования, которые легли в основу современных агрохимических технологий.

После проведения известкования свойства кислых почв меняются в лучшую сторону:

• полностью устраняется активная и обменная кислотность, значительно снижается гидролитическая кислотность;
• создается благоприятная среда для роста корней и жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов;
• улучшается структура почвы, ее водопроницаемость и аэрация;
• токсичные подвижные формы алюминия, железа и марганца связываются и переходят в неактивное состояние;
• активизируются бактерии-азотфиксаторы, аммонификаторы и нитрификаторы, улучшая азотное питание растений;
• мобилизуются почвенные фосфаты, переходя в доступные для растений формы фосфатов кальция;
• повышается подвижность молибдена, а также оптимизируется питание растений кальцием.

Как работает известняковая мука в почве

Самым распространенным известковым удобрением является известняковая мука (CaCO₃), которую получают путем размола природных известняков. Это белый или желтоватый пылящий порошок, содержащий от 75 до 100% действующего вещества в пересчете на карбонат кальция. Эффективность удобрения напрямую зависит от тонины помола. По действующим стандартам остаток на сите с размером ячеек 0,25 мм должен составлять не более 15–45%, а на сите 1 мм — не более 6%.

Поскольку CaCO₃ практически не растворяется в воде, его взаимодействие с почвенным раствором происходит под действием углекислого газа и влаги. Этот процесс протекает в несколько последовательных этапов:

1. Карбонат кальция под действием углекислого газа и воды переходит в более растворимый гидрокарбонат кальция:
   CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂
2. Гидрокарбонат кальция диссоциирует и частично подвергается гидролизу с образованием ионов кальция и гидроксид-ионов:
   Ca(HCO₃)₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂O + 2CO₂
Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2OH⁻
3. Катионы кальция вытесняют ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса (ППК). Вытесненный водород связывается в слабодиссоциирующую угольную кислоту и воду:
   [ППК]2H⁺ + Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ ⇄ [ППК]Ca²⁺ + 2H₂CO₃
[ППК]2H⁺ + Ca²⁺ + 2OH⁻ ⇄ [ППК]Ca²⁺ + 2H₂O

Параллельно карбонат кальция напрямую нейтрализует свободные органические кислоты, а также азотную кислоту, которая образуется в почве при нитрификации:

• Нейтрализация органических кислот: R(COOH)₂ + CaCO₃ → R(COO)₂Ca + H₂O + CO₂
• Нейтрализация азотной кислоты: 2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

В результате внесения полной нормы известняковой муки в почве полностью ликвидируется активная и обменная кислотность. При этом значительно снижается гидролитическая кислотность и повышается степень насыщенности почвы основаниями. В почвенном растворе существенно возрастает содержание кальция, необходимого для полноценного питания растений.

Доломитовая мука СаСО3·MgСO3. Действующего вещества 95-109 %. По внешнему виду белый или желтоватый порошок. Получается путем размола доломитов. МgCO3 практически нерастворим в воде и слабо растворим в воде, содержащей углекислоту. Поэтому действует несколько медленнее, чем известняковая мука.

Жженая известь СаО. Действующего вещества до 178 %. Получается путем обжига известняков и в виде отходов на известковых заводах. Комовая известь перед применением гасится водой до получения пушонки, пылевидная может применяться непосредственно. Очень сильно- и быстродействующий известковый материал.

Гашеная известь Са(ОН)2. Действующего вещества до 135 %. Получается при гашении жженой извести и как отход на известковых заводах и при производстве хлорной извести. Гашение проводится водой или присыпанием сырой землей. Действие сильное и быстрое.

Дефекат СаСО3+Са(ОН)2. Действующего вещества 60-75 %. Получается в виде отходов свеклосахарного производства – дефекационной грязи. После подсушивания на воздухе становится сыпучим и его можно использовать как удобрение. В Краснодарском крае имеется в больших количествах.

Цементная пыль СаО+Са(ОН)2. Действующего вещества до 86 %. Представляет собой тонкий пылящий порошок. Получается в виде отходов на цементных заводах. Быстро- и сильнодействующее удобрение.

В качестве удобрений для известкования могут использоваться мягкие известковые породы (известковый туф, гажа, мергель) и ряд других отходов промышленности.

Применение известковых удобрений. Для проведения известкования необходимо установить потребность в этом агротехническом приеме, рассчитать дозы удобрений и установить приемы внесения.

Потребность в известковании. Для определения необходимости известкования используют агрохимические картограммы кислотности почв, составленные агрохимическими лабораториями. Учитывается обменная кислотность (рН солевой вытяжки) и степень насыщенности основаниями.

Таблица 154 – Потребность почв в известковании Потребность в рН солевой Степень насыщенности известковании вытяжки основаниями, V %

 Сильная < 4,5 < 50 Средняя 4,6-5,0 50-70 Слабая 5,1-5,5 70-80 Отсутствует >5,5 > 80

Для более точного определения потребности в известковании учитывают также содержание в почве подвижных соединений алюминия и марганца, гранулометрический состав почвы.

Расчет нормы известковых удобрений. Количество извести, необходимое для установления слабокислой реакции почвы, благоприятной для большинства культур (рН водной вытяжки 6,2-6,5, солевой вытяжки – 5,6-5,8), называют полной нормой. Ее определяют по гидролитической кислотности с учетом массы почвы пахотного слоя 1 га по формуле:

50  H г  10 5  h   Hг 3)  9

10 200 где 3) – масса СаСО3, т/га;

50 – молярная масса эквивалентов CaCО3, мг/моль-эк (необходимого для вытеснения 1 ммоль-эк Н+);

Нг – гидролитическая кислотность почвы, ммоль-эк/кг;

105 – объем слоя почвы в 1 см на гектаре, дм3; h – глубина вспашки, см; ρ – плотность почвы, г/см3 (численно равна плотности в кг/дм3);

109 – коэффициент для пересчета миллиграммов в тонны.

Например, на почве с гидролитической кислотностью 60 ммоль-эк/кг, при глубине вспашки 18 см и плотности 1,1 г/см3 масса СаСО3 составляет 5,9 т/га.

Норму известкового удобрения, далее, рассчитывают с учетом содержания действующего вещества в применяемом удобрении (как в минеральных удобрениях). На малобуферных легких почвах норму извести снижают на 2530 % от полной нормы.

Внесение известковых удобрений. Полную норму извести вносят сразу или в несколько приемов в зависимости от возможностей хозяйства. Установленную норму извести вносят равномерно по поверхности поля машинами для разбрасывания известковых удобрений. Удобрения вносят осенью под вспашку зяби или весной под ее перепашку.

Если применяется фосфоритная мука, то ее вносят до известкования. Небольшие дозы извести 1/4–1/5 полной нормы (0,5–1 т/га) вносят в рядки при посеве и в лунки при высадке рассады, или под неглубокую заделку под культуры, особенно чувствительные к кислотности. При внесении извести по полной норме повторное известкование проводят через 7–10 лет. Для уточнения сроков проводят агрохимическое обследование почв через 5 лет.