4.4. Гипсование и известкование почв

Сущность химической мелиорации почв состоит в регулировании кислотно-щелочного равновесия системы «почва – почвенный раствор – корневая система растений». Основу ее составляет кальций. И как элемент питания растений и как почвоулучшающее средство кальций, по образному выражению академика А.Н. Соколовского, является стражем плодородия почв. Приемы химической мелиорации почв – гипсование и известкование позволяют регулировать кислотно-щелочное равновесие, изменять физико-химические свойства почв, повышать уровень их плодородия.

Поглотительная способность почв является важнейшей характеристикой. Она определяет плодородие почв, обеспечивает один из механизмов устойчивости почв по отношению к химическому загрязнению, кислотным выпадениям за счет буферных свойств. К.К.Гедройц указывал, что максимальная производительность почвы, т.е. величина урожая, который почва способна давать, находится в теснейшей зависимости от величины и свойств почвенного поглощающего комплекса, а процесс почвообразования состоит, главным образом, в изменении, создании и разрушении поглощающего комплекса почв (Гедройц, 1935; 1955). Вместе с тем, "плодородие как историческое понятие, развивающееся во времени и пространстве, нельзя рассматривать, игнорируя материю и энергию, заложенную в материнской породе, из которой образуется почва" (Чижиков, 1969). Плодородие почв обеспечивается составом почвообразующей породы, в первую очередь, содержанием Ca и Mg, определяется почвообразующим потенциалом породы и развивается по мере формирования почвенного поглощающего комплекса. Под почвообразующим потенциалом породы следует понимать максимальную величину емкости поглощения, которую могут иметь сформированные на данной породе почвы (за исключением органических горизонтов и почв, развивающихся при значительном поступлении веществ из других источников).

Часть почвы, способную к обмену содержащихся в ней кальция и магния на аммоний, К.К.Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (Гедройц, 1955). По определению Д.С.Орлова (1985), почвенный поглощающий комплекс - "совокупность минеральных, органических и органо-минеральных компонентов твердой части почвы, обладающих ионообменной способностью".

Значение почвенного поглощающего комплекса необыкновенно велико. Он представляет собой "наиболее ценную часть почвы и по мере его разрушения почва все более и более переходит из совокупности очень сложных и сравнительно мало устойчивых соединений, обусловливающих ее жизнь...,- в смесь простых и устойчивых соединений, т.е. в мертвое тело" (Гедройц, 1955). Обменная способность почвы сосредоточена, в основном, в ее тонких, в первую очередь коллоидной, фракциях. Позже Л.Н.Александровой (1944) было установлено, что почвенные коллоиды подразделяются на электроотрицательные гели и изоэлектрические осадки. Только на поверхности электроотрицательных гелей происходят реакции катионного обмена, и именно от количества этих гелей и рыхло связанного органического вещества в них зависит плодородие почвы.

Гипсование почвы – способ химической мелиорации солонцов и солонцеватых почв - внесение в почву гипса для устранения избыточной щелочности, вредной для многих сельскохозяйственных культур. Средством устранения негативных свойств таких почв является внесение в них гипса и других кальцийсодержащих мелиорантов. Обменные реакции происходят по схеме:

При гипсовании солонцов образуется много Nа₂SО_4. Избыток этой соли, вредной для растений, удаляют промыванием. Гипсование проводят в случаях, когда содержание обменного Na >10% от емкости поглощения. Количество гипса, необходимое для замены избытка обменного натрия кальцием, находят по формуле:

СаSO₄ ·2H₂O в т/га = 0,086 (Nа - 0,05 Е) Н · d_v,

где Nа - содержание обменного натрия в мг-экв./100 г почвы; Е - емкость поглощения в мг-экв./100 г почвы; Н - глубина мелиорируемого слоя в см; d_v - плотность солонцового горизонта; (Nа - 0,05 Е) – количество замещенного Na в мг-экв. на 100 г почвы.

При использовании гипса на солонцах учитывают характер их заполнения. По этому признаку солонцы подразделяют на содовые и содово-сульфатные, которые мелиоририруют гипсом. Встречаются в основном в черноземной зоне. Хлорно-сульфатные и сульфатно-хлоридные солонцы встречаются в зонах каштановых и бурых почв, где для их мелиорации используют СаСО₃ самой почвы, т.е. метод "самомелиорации".

Существует много методов определения норм гипса: метод Гедройца - основан на полном вытеснении обменного Na; Антипова-Каратаева - на вытеснении поглощенного Na активной части почвы; Омского СХИ - на донасыщении солонцов кальцием; метод Мамаевой - на изменении степени дисперсности от дозировок мелиорирующего вещества.

Расчет доз фосфогипса малонатриевых солонцовых почв проводят по порогу коагуляции коллоидной фракции почв

Д (т/га) = M·h·d,

где М – количество CaSO₄·2H₂O, которое осветляет суспензию почвенного горизонта,

h - мощность слоя, см; d - плотность почвы, г/см³.

Лучше всего гипс вносить с органическими и минеральными удобренями на фоне высокой агротехники в паровом поле в два приема: в паровом поле первую половину, а вторую - весной под первую культивацию. Используют сыромолотый гипс с толщиной помола <0,25 мм. Гипсование солонцовых посчв способствует активизации азотобактера, нитрифицирующих и других бактерий, что влияет на содержание нитратных веществ в почве.

Мелиорирующее действие фосфогипса аналогично гипсу, но на урожай культур он действует сильнее, чем те же дозы гипса, вследствие значительного количества водор-римого фосфора. Фосфогипс содержит 80-90% СaSO₄·2H₂O; влажность 8-15%; 1-2% P₂O₅; 36-38% CaO. Ограничивает его применение - высокая гигроскопичность.

Представление о емкости катионного обмена (ЕКО) и составе поглощенных катионов в различных почвах можно получить по данным, представленных в таблице 15.

Емкость поглощения и состав поглощенных катионов учитывают в определении дозы гипса и в выборе соответствующего мелиоранта. Приемы гипсования и известкования связаны с изменением почвенно-поглощающего комплекса – с вытеснением из ППК ионов натрия, магния, водорода и алюминия с заменой их на ион кальция.

Различные почвы существенно отличаются друг от друга по составу катионов, находящихся в обменном состоянии. Помимо указанных в таблице, в составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений: К⁺, NH₄⁺, микроэлементы, но их доли в сумме обменных катионов невелики, порядка нескольких процентов.

Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н⁺ и А1⁺ , называют суммой обменных оснований. В зависимости от наличия в составе ППК ионов водорода и алюминия различают почвы насыщенные (Н и А1³⁺ отсутствуют) и ненасыщенные осно­ваниями.

Состав обменных катионов зависит от типа почвообразо­вания, состава материнской породы, иногда от состава грунтовых вод, если последние залегают близко к поверх­ности. Состав поглощенных катионов пахотных почв в оп­ределенной степени можно регулировать с помощью средств химизации в направлении повышения плодородия.

Наилучшие условия для питания растений создаются при преобладании в составе ППК Са²⁺ и катионов, необхо­димых для питания растений. Неблагоприятные условия возникают при наличии в ППК значительных количеств обменных Н⁺ и А1³⁺ (кислые или ненасыщенные основания­ми почвы), а также Na⁺, часто в сочетании с повышенным содержанием Mg²⁺ и присутствием в почве свободных кар­бонатов щелочных и щелочноземельных металлов (солон­цы, щелочные почвы). Ионы Н⁺ и А1³⁺, частично переходя в почвенный раствор, могут создавать значительную кис­лотность. Ионы алюминия подкисляют почвенный раствор вследствие гидролиза солей алюминия А1С1₃+ЗН₂О ® А1(ОН)₃ +ЗНС1.

Таблица 15. Катионообменные свойства почв по обобщенным данным

Почвы	ЕКО, мг-экв на 100г	Обменные катионы, %
		Са+++Мg++	Na+	К+	Н++Al3+
Арктические	10-20	95-99	нет	нет	1-5
Тундровые глеевые	5-20	30-90	нет	нет	5-70
Тундровые иллювиально-гумусовые	5-40	20-80	нет	нет	20-80
Подзолистые	2-20	15-70	нет	до 3	25-85
Дерново-подзолистые	5-25	30-80	нет	нет	20-70
Болотно-подзолистые	2-4	10-90	нет	нет	10-90
Болотные	до 100	70-90	до 3	до 3	10-30
Дерново-карбонатные	25-55	90-100	до 3	до 3	до 10
Дерново-глеевые	-	70-90	-	-	10-30
Мерзлотные лугово-лесные	35-40	70-97	до 10	-	до 10
Серые лесные	15-45	70-90	-	-	10-30
Бурые лесные	5-35	10-95	до 1	до 2	3-90
Черноземы	25-75	90-100	до5	до 2	до 5-7
Каштановые	14-35	85-95	3-15	до 3	до 3
Солонцы	10-60	5-90	1-95	до 17	-
Сероземы	8-22	90-95	до5	до5	-
Красноземы	6-20	15-55	-	-	20-85

Подкисление может быть настолько существенным, что рН почвенного раствора снижается до 3,5 (это характерно для некоторых торфяно-болотных и болотноподзо-листых почв). Поскольку значения рН, не оказывающие отрица­тельного влияния на большинство культурных растений, лежат в интервале от 5-6 до 8, растения будут угнетаться. Кроме того, в повышенных концентрациях, порядка 3-7 мг на 100 г почвы, ион А1³⁺ токсичен для многих растений.

Ионы Na⁺ в поглощенном состоянии оказывают резко негативное влияние на физические и водно-физические свойства почв вследствие пептизации почвенных коллоидов. В равновесии с обменно-поглощенным Na⁺ находится Na⁺ почвенного раствора, подщелачивающий его иногда до рН более 9. Повышенная щелочность, так же как и повышенная кислотность, оказывает неблагоприятное влияние на состоя­ние растений.

Таким образом, для агрономической характеристики почв и повышения их плодородия необходимо знать состав обменных катионов, оценивать значения почвенной кис­лотности и щелочности, находить эффективные приемы их устранения.

Известкование почв – агротехнический прием внесения в почву известковых удобрений и извести для устранения избыточной, вредной для сельскохозяйственных культур почвенной кислотности и для повышения плодородия почв. Это способ химической мелиорации кислых почв (подзолистых, болотных, серых лесных, красноземов и оподзоленных черноземов). Доза извести (Д_р, т/га) рассчитывается по формуле:

Д_р = 0,05·Н·М·А,

где Н - гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г почвы; М - плотность почвы, г/см³; А - глубина обработки почвы, см.

Фактическую норму известковых удобрений (Д_ф) уточняют по формуле:

Д_ф = [10⁶·Д_р·Х₁·Х₂] : [(100-В)·(100-К)·П],

где: В - влажность извести, %; К - количество частиц >1 мм, %; Х₁ -коэффициент, учитывающий глубину обработки почв (20 см = 1,0; 25 см = 1,25; 30 см = 1,5) при расчете полной дозы извести (СаСО₃); Х₂ - коэфициент, учитывающий отношение сельскохозяйственных культур к дозам СаСО₃ (полная доза = 1,0; половинная = 0,5; полуторная = 1,5 и др.); П - содержание СаСО₃ в известковом материале, %.

Известкование почв основано на замене в ППК ионов Н⁺ и Аl³⁺, Fe³⁺ ионами Са²⁺ и Mg²⁺. При известковании почв усиливается жизнедеятельность клубеньковых бактерий, микроорганизмов, минерализуются органические остатки и перегной, почвы обогащаются доступными элементами питания, улучшаются структура, водопроницаемость и другие физические свойства, повышается эффективность органических и минеральных удобрений. Вносят известковые удобрения раз за ротацию севооборота, т.к. они обладают длительным последействием.

Известкование почв повышает урожайность зерновых на 0,5-4 ц/га, картофеля - 5-30, льна (солома) -1-3, сена (клевер) - 7-15, зернобобовых - 1-3, кормовой свеклы -30-60, капусты - 30-80, моркови -15-45 ц/га. От внесения 1 т извести смещение рН_KCl в первый год на суглининистых почвах составляет 0,15-0,2, на супесчаных - 0,2-0,35 единиц рН.

Глинистые и мергелистые известняки содержат 12-15% СаСО₃, известковые туфы, мергель, доломитовая мука содержат 95% СаСО₃. Используется гашенная известь, дефекат, шлаки, силикациты и отходы кожевенной промышленности. Не переносят кислой среды: люцерна, эспарцет, свекла, конопля, капуста (оптимум рН = 7-7,5). Чувствительны к повышению кислотности: пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, бобовые (кроме люпина и сераделы), огурцы, салат, лук (оптимум рН 6-7). Менее чувствительны: рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты (оптимум рН 4,5-7,5). Нуждаются в известковании на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель (рН 5,5-6,5). Хорошо переносят кислую реакцию люпин, сераделла.

Для известкования почв определяют степень насыщенности почв основаниями, рН_KCl, гидролитическую кислотность, сумму поглощенных оснований. При насыщенности почв основаниями <50% - сильная нуждаемость в известковании; 50-70% -слабая и вопрос их известкования решается в зависимости от рН_kcl: >70% - ппочвы не нуждаются в известковании, т.к. степень кислотности их незначительна. Потребность в известковании при рН: <4,5 - сильная, 4,5-5,0 - средняя, 5,1-5,5 - слабая, 5,6-6,0 - очень слабая, >6,0 - отсутствует.

Факторов для определения нуждаемости почв в известковании много: рН, гранулометрический состав, насыщенность почв основаниями, состав культур в севообороте и др. Тяжелые почвы требуют внесения более высоких доз извести. Хорошо вносить полную дозу перед подъемом пара. Под яровые культуры известь вносят перед лущением жнивья. Для получения эффекта известкования в первый год следует вносить известь в два приема: большую часть вносят под вспашку, а остальную - под культивацию. Действие извести 10-15 лет. Тонна извести дает прибавку урожая сельскохозяйственных культур, равную 5-8 к.е.