Вапнування як метод меліорації та підвищення родючості кислих ґрунтів

Чому кислі ґрунти втрачають урожай і як це виправити

Кислі ґрунти — серйозний бар'єр для отримання високої урожайності сільськогосподарських культур. Через підвищену кислотність сповільнюється ріст кореневої системи, а рослини гірше засвоюють поживні речовини з ґрунту та внесених добрив. У кислому середовищі погіршується структура пахотного горизонту, падає водопроникність, пригнічується корисна мікрофлора й активуються токсичні рухомі форми алюмінію, заліза та марганцю. Для вирішення цієї проблеми та підвищення родючості проводять вапнування — докорінну хімічну меліорацію шляхом внесення нейтралізуючих речовин.

• Кислі орні землі в Росії — понад 43 млн га
• Щорічний недобір урожаю (у перерахунку на зерно) — близько 20 млн т
• Щорічні втрати основ (у перерахунку на CaCO₃) — 350–450 кг/га
• Оптимальний рівень pH для більшості культур — 6–7

Історичний досвід застосування вапнякових добрив налічує тисячі років. Ще у Стародавньому Римі, Галлії та на Британських островах для покращення луків і полів використовували мергель та крейду. Однак за відсутності наукових знань вапно тривалий час помилково розглядали як повну заміну гною і вносили у надмірних дозах, що призводило до виснаження ґрунтів. Систематичні дослідження та перші польові досліди у XIX–XX століттях дозволили розробити науково обґрунтовані норми вапнування, які лягли в основу сучасних агрохімічних технологій.

Після проведення вапнування властивості кислих ґрунтів змінюються на краще:

• повністю усувається активна та обмінна кислотність, значно знижується гідролітична кислотність;
• створюється сприятливе середовище для росту коренів та життєдіяльності корисних ґрунтових мікроорганізмів;
• поліпшується структура ґрунту, його водопроникність та аерація;
• токсичні рухомі форми алюмінію, заліза та марганцю зв'язуються і переходять у неактивний стан;
• активізуються бактерії-азотфіксатори, амоніфікатори та нітрифікатори, покращуючи азотне живлення рослин;
• мобілізуються ґрунтові фосфати, переходячи у доступні для рослин форми фосфатів кальцію;
• підвищується рухомість молібдену, а також оптимізується живлення рослин кальцієм.

Як працює вапнякове борошно в ґрунті

Найпоширенішим вапняковим добривом є вапнякове борошно (CaCO₃), яке отримують шляхом розмелювання природних вапняків. Це білий або жовтуватий пильний порошок, що містить від 75 до 100% діючої речовини у перерахунку на карбонат кальцію. Ефективність добрива безпосередньо залежить від тонини помелу. За діючими стандартами залишок на ситі з розміром чарунок 0,25 мм повинен становити не більше 15–45%, а на ситі 1 мм — не більше 6%.

Оскільки CaCO₃ практично не розчиняється у воді, його взаємодія з ґрунтовим розчином відбувається під дією вуглекислого газу та вологи. Цей процес протікає у кілька послідовних етапів:

1. Карбонат кальцію під дією вуглекислого газу та води переходить у більш розчинний гідрокарбонат кальцію:
   CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂
2. Гідрокарбонат кальцію дисоціює і частково піддається гідролізу з утворенням іонів кальцію та гідроксид-іонів:
   Ca(HCO₃)₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂O + 2CO₂
Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2OH⁻
3. Катіони кальцію витісняють іони водню з ґрунтового вбирного комплексу (ҐВК). Витіснений водень зв'язується у слабодисоціюючу вугільну кислоту та воду:
   [ҐВК]2H⁺ + Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ ⇄ [ҐВК]Ca²⁺ + 2H₂CO₃
[ҐВК]2H⁺ + Ca²⁺ + 2OH⁻ ⇄ [ҐВК]Ca²⁺ + 2H₂O

Паралельно карбонат кальцію безпосередньо нейтралізує вільні органічні кислоти, а також азотну кислоту, яка утворюється в ґрунті під час нітрифікації:

• Нейтралізація органічних кислот: R(COOH)₂ + CaCO₃ → R(COO)₂Ca + H₂O + CO₂
• Нейтралізація азотної кислоти: 2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

У результаті внесення повної норми вапнякового борошна в ґрунті повністю ліквідується активна та обмінна кислотність. При цьому значно знижується гідролітична кислотність і підвищується ступінь насиченості ґрунту основами. У ґрунтовому розчині суттєво зростає вміст кальцію, необхідного для повноцінного живлення рослин.

Доломитове борошно СаСО3·MgСO3. Діючої речовини 95-109 %. За зовнішнім виглядом білий або жовтуватий порошок. Отримується шляхом розмелювання доломітів. МgCO3 практично нерозчинний у воді і слабо розчинний у воді, що містить вуглекислоту. Тому діє дещо повільніше, ніж вапнякове борошно.

Палена вапно СаО. Діючої речовини до 178 %. Отримується шляхом випалювання вапняків і у вигляді відходів на вапняних заводах. Грудкове вапно перед застосуванням гаситься водою до отримання пушонки, пилоподібне може застосовуватися безпосередньо. Дуже сильно- і швидкодіючий вапняковий матеріал.

Гашене вапно Са(ОН)2. Діючої речовини до 135 %. Отримується при гасінні паленого вапна і як відхід на вапняних заводах та при виробництві хлорного вапна. Гасіння проводиться водою або присипанням сирою землею. Дія сильна і швидка.

Дефекат СаСО3+Са(ОН)2. Діючої речовини 60-75 %. Отримується у вигляді відходів бурякоцукрового виробництва – дефекаційного бруду. Після підсушування на повітрі стає сипучим і його можна використовувати як добриво. У Краснодарському краї є у великих кількостях.

Цементний пил СаО+Са(ОН)2. Діючої речовини до 86 %. Являє собою тонкий пилоподібний порошок. Отримується у вигляді відходів на цементних заводах. Швидко- і сильнодіюче добриво.

Як добрива для вапнування можуть використовуватися м'які вапнякові породи (вапняковий туф, гажа, мергель) та ряд інших відходів промисловості.

Застосування вапнякових добрив. Для проведення вапнування необхідно встановити потребу в цьому агротехнічному прийомі, розрахувати дози добрив і встановити прийоми внесення.

Потреба у вапнуванні. Для визначення необхідності вапнування використовують агрохімічні картограми кислотності ґрунтів, складені агрохімічними лабораторіями. Враховується обмінна кислотність (рН сольової витяжки) і ступінь насиченості основами.

Таблиця 154 – Потреба ґрунтів у вапнуванні Потреба у вапнуванні рН сольової витяжки Ступінь насиченості основами, V %

 Сильна < 4,5 < 50 Середня 4,6-5,0 50-70 Слабка 5,1-5,5 70-80 Відсутня >5,5 > 80

Для більш точного визначення потреби у вапнуванні враховують також вміст у ґрунті рухомих сполук алюмінію і марганцю, гранулометричний склад ґрунту.

Розрахунок норми вапнякових добрив. Кількість вапна, необхідну для встановлення слабокислої реакції ґрунту, сприятливої для більшості культур (рН водної витяжки 6,2-6,5, сольової витяжки – 5,6-5,8), називають повною нормою. Її визначають за гідролітичною кислотністю з урахуванням маси ґрунту орного шару 1 га за формулою:

50  H г  10 5  h   Hг 3)  9

10 200 де 3) – маса СаСО3, т/га;

50 – молярна маса еквівалентів CaCО3, мг/моль-ек (необхідного для витіснення 1 ммоль-ек Н+);

Нг – гідролітична кислотність ґрунту, ммоль-ек/кг;

105 – об'єм шару ґрунту в 1 см на гектарі, дм3; h – глибина оранки, см; ρ – щільність ґрунту, г/см3 (чисельно дорівнює щільності в кг/дм3);

109 – коефіцієнт для перерахунку міліграмів у тонни.

Наприклад, на ґрунті з гідролітичною кислотністю 60 ммоль-ек/кг, при глибині оранки 18 см і щільності 1,1 г/см3 маса СаСО3 становить 5,9 т/га.

Норму вапнякового добрива, далі, розраховують з урахуванням вмісту діючої речовини в застосовуваному добриві (як у мінеральних добривах). На малобуферних легких ґрунтах норму вапна знижують на 25-30 % від повної норми.

Внесення вапнякових добрив. Повну норму вапна вносять відразу або в кілька прийомів залежно від можливостей господарства. Установлену норму вапна вносять рівномірно по поверхні поля машинами для розкидання вапнякових добрив. Добрива вносять восени під оранку зябу або навесні під її переоранку.

Якщо застосовується фосфоритне борошно, то його вносять до вапнування. Невеликі дози вапна 1/4–1/5 повної норми (0,5–1 т/га) вносять у рядки при сівбі та в лунки при садінні розсади, або під неглибоке загортання під культури, особливо чутливі до кислотності. При внесенні вапна за повною нормою повторне вапнування проводять через 7–10 років. Для уточнення строків проводять агрохімічне обстеження ґрунтів через 5 років.