2.2.3. Использование результатов определения катионообменной способности почв

Данные, полученные при изучении катионообменной способности почвы, используют для дальнейших расчетов. С их помощью находят степень насыщенности почвы основаниями и степень солонцеватости почвы, рассчитывают дозы извести и гипса, необходимых для оптимизации реакции среды и состава обменных катионов.

2.2.3.1. Вычисление степени насыщенности почв основаниями

Степенью насыщенности почв основаниями называется отношение суммы обменных оснований к емкости поглощения выраженное в процентах.

В состав обменных катионов кислых почв наряду с поглощенными основаниями (главным образом Са и Мg) входят поглощенные ионы водорода и алюминия. Степень насыщенности показывает, какая часть от всех поглощенных катионов почвы приходится на поглощенные основания. Степень насыщенности основаниями вычисляют по формуле:

,

где V – степень насыщенности почвы основаниями, %; S – сумма обменных оснований, мг-экв.; H – гидролитическая кислотность, мг-экв.; S+H – емкость поглощения кислых почв; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

По степени насыщенности основаниями почвы подразделяются на:

сильноненасыщенные – V < 30%

ненасыщенные – V = 30-50%

слабонасыщенные – V = 50-80%

насыщенные – V > 80%.

Степень насыщенности основаниями используют для определения потребности почв в известковании. При степени насыщенности основаниями > 75% почвы не нуждаются в известковании при насыщенности основаниями < 50% потребность в известковании обычно высокая.

Пример расчета. Анализировался пахотный горизонт дерново-подзолистой почвы. Сумма обменных оснований равна 5,0 мг-экв/ 100 г почвы, гидролитическая кислотность – 5,8 мг-экв/ 100 г почвы. Степень насыщенности почвы основаниями равна:

Почва ненасыщенна основаниями и нуждается в известковании.

2.2.3.2. Расчет дозы извести

Во многих регионах земного шара широко распространены почвы с кислой реакцией среды (подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные и др.). Кислая реакция среды обусловлена как ионами водорода почвенного раствора, так и обменными ионами водорода и алюминия. В кислых почвах создаются неблагоприятные условия для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур, что ведет к снижению их урожайности. Негативное влияние повышенной кислотности на растения обусловлено различными причинами.

Кислые почвы характеризуются недостатком Са²⁺ и отчасти Mg²⁺, элементов, необходимых для нормального развития растений. В тоже время содержание Al³⁺, Mn²⁺, Н⁺ часто достигает токсичных для сельскохозяйственных культур концентраций. Кислая реакция среды угнетающе действует на аммонификацию, нитрификацию и фиксацию азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы, поскольку оптимум рН для развития микрофлоры, определяющей эти процессы, находится в пределах 6,5-8,0. В кислых почвах складывается неблагоприятный фосфатный режим, что обусловлено связыванием фосфора соединениями железа и алюминия, в результате чего он переходит в труднодоступное для растений состояние. При подкислении почв существенно возрастает растворимость и подвижность бора, меди, цинка, кобальта и других микроэлементов. Избыточное количество их подвижных форм оказывает токсичное действие на растения. В тоже время высокая кислотность снижает доступность растениям такого важного микроэлемента как молибден. В кислой среде ухудшаются условия гумусообразования, что ведет к преимущественному накоплению фульвокислот и низкомолекулярных органических соединений, менее ценных с агрономической точки зрения, чем гуминовые кислоты. Низкое содержание и неблагоприятный состав гумуса, наряду с дефицитом кальция, обусловливают неудовлетворительные физические свойства кислых почв. Они часто переуплотнены, плохо оструктурены, склонны к коркообразованию, что неблагоприятно отражается на их водно-воздушном режиме.

Эффективное использование сильнокислых и кислых почв возможно только после проведения химической мелиорации. Широко распространенным приемом повышения их плодородия служит известкование, устраняющее избыточную кислотность и способствующее насыщению ППК кальцием. При внесении в почву извести (СаСО₃) она реагирует с углекислотой почвенного раствора и переходит в гидрокарбонат кальция, который взаимодействует с почвой:

+ 2Сa(HCO₃)₂  + H₂O + 4CO₂ + Al(OH)₃

Дозу извести, т/га, необходимую для оптимизации реакции среды, рассчитывают по величине гидролитической кислотности, которая рассматривается как суммарная кислотность почвы, состоящая из актуальной и потенциальной кислотности. Также необходимо знать мощность пахотного слоя и его плотность. Поскольку известь перемешивается со всем пахотным слоем необходимо найти его массу на площади 1 га по формуле:

M = d_v ∙ h ∙ 100,

где M – масса пахотного слоя на площади 1 га, т/га; d_v – плотность почвы, г/см³; h – мощность пахотного слоя, см; 100 – коэффициент пересчета.

После этого находят количество ионов водорода, содержащихся в пахотном слое, и с учетом уравнения химической реакции нейтрализации рассчитывают дозу извести, т/га.

Пример расчета. Мощность пахотного слоя равна 25 см, его плотность – 1,30 г/см³, гидролитическая кислотность – 5,2 мг-экв/100 г почвы. Масса пахотного слоя М = 1,30 ∙ 20 ∙ 100 = 2600 т. Поскольку в 100 г почвы содержится 5,2 мг-экв водорода, что соответствует 5,2 мг, то в 1 кг почвы будет содержаться 52 мг или 0,052 г водорода. Тогда во всем пахотном слое на площади 1 га содержание водорода составит: 0,052 ∙ 2 600 000 = 135 200 г, или 135,2 кг. На нейтрализацию 1 кг водорода требуется 50 кг извести, что вытекает из уравнения химической реакции:

2Н⁺ + СаСО₃ = Са²⁺ + Н₂О + СО₂.

Следовательно, доза извести составит 135,2 ∙ 50 = 6760 кг, или 6,8 т/га.

Если известковые материалы содержат инертные примеси и имеют повышенную влажность, то дозу извести, т/га, находят по формуле:

,

где Д – доза извести, т/га; Н_Г – гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы; d_V – плотность почвы, г/см³; h – мощность слоя, см; W – влажность мелиоранта, %; DB – содержание действующего вещества в мелиоранте, %.