Лекция 10. ХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ

Лекция 10. ХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ

 

Отношение сельскохозяйственных растений к реакции почвы.

Кальций и магний в питании растений и при взаимодействии с почвой.

Известкование кислых почв.

Гипсование солонцеватых и солонцовых почв.

Мелиорация – это меры, направленные на коренное и ускоренное комплексное окультуривание (расширенное воспроизводство плодородия) малопродуктивных почв, охрана их от деградации и устранения негативных явлений во время землепользования в результате улучшения их морфологии, состава, свойств и режимов. Среди различных мелиоративных мероприятий, направленных на улучшение качества сельскохозяйственных угодий, химическая мелиорация почв занимает одно из ведущих мест в системе интенсивного земледелия.

Химической мелиорацией почвы называют комплекс мероприятий, направленных на коренное улучшение его свойств с целью повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Это замена нежелательных в составе почвенного поглотительного комплекса катионов (водорода, алюминия, железа, марганца в кислых почвах и натрия - в щелочных почвах кальцием).

Чрезмерную кислотность почвы устраняют известкованием, а чрезмерное щелочность – гипсованием.

Химическую мелиорацию проводят до внесения удобрений с целью создания оптимальной реакции почвенного раствора, лучшего усвоения элементов питания из почвы и внесенных удобрений. Ее обычно проводят один раз за ротацию севооборота или через несколько лет.

Основное целевое задача – создать высокую буферную емкость почв, обеспечивать их устойчивое функционирование в различных условиях внешних воздействий и нагрузок. Химическую мелиорацию почв не следует понимать слишком упрощенно – только как способ нейтрализации излишней кислотности или щелочности. Как ее составляющие также надо рассматривать способы коренного за запасного обогащения почв биогенными элементами, применение природных и искусственных мелиорантов (так называемых структурных мелиорантов) для создания в нем устойчивого органо-минерального комплекса, поливные воды с добавками соответствующих мелиоративно активных веществ, вовлечение в мелиоративную действие (например, вследствие плантажа) внутрипочвенный вещественных ресурсов и других, в том числе и косвенные воздействия, коренным образом меняют агрохимической качество почвы.

Химические мелиоранты – вещества или смеси веществ природного или техногенного происхождения, которые вносят в почву с целью их химической мелиорации (гипс, фосфогипс, мел, дефекат, породы, содержащие более 10 % соединений кальция – лёсс, красно-бурые глины, кальциево-железосодержащие шламы металлургических и других предприятий и т.п.).

 

Отношение сельскохозяйственных растений к реакции почвы

Для каждого вида растений существует наиболее благоприятный для роста и развития интервал реакции почвенной среды. Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов лучше развиваются при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной (рН 5, 8-6, 5).

По отношению к кислотности почвы и известкованию сельскохозяйственные культуры подразделяют на пять групп.

Первая группа – культуры, наиболее чувствительные к реакции среды пахотного горизонта: люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, озимая пшеница, капуста, лук, клевер, чеснок, райграс, ежа сборная, кострец, смородина . Они хорошо растут только при слабокислой или близко к нейтральной реакции почвенного раствора (рН 5, 8-6, 5) и очень хорошо отзываются на известкование даже на слабокислых почвах.

Вторая группа – культуры, чувствительные к повышенной кислотности и хорошо отзывающиеся на известкование: ячмень, яровая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, вика, кормовые бобы, клевер, огурец, салат, брюква, турнепс, лисохвост, овсяница луговая, мятлик, яблоня, слива, вишня, земляника . Они лучше растут и развиваются при слабокислой реакции (рН 5, 3-6, 0) и хорошо отзываются на известкование.

Третья группа – менее чувствительные к повышенной кислотности почв культуры положительно отзывающиеся на известкование: рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, груша. Культуры этой группы могут удовлетворительно расти в широком диапазоне почв – от кислых до слабокислых (рН 4, 5-6, 0). Но наиболее благоприятны для их роста почвы со слабокислой реакцией (рН 5, 5-6). Они положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв полными дозами.

Четвертая группа – культуры, легко переносящие умеренную кислотность, но плохо – нарушение соотношения между кальцием и калием, магнием и бором и требующие известкования только средне- и сильнокислых почв. К этой группе культур относятся: лен, картофель, люпин, морковь, томат, подсолнечник. Оптимальная реакция для них рН 4, 8-5, 7. Картофель и лен лучше произрастают на почвах с рН 5, 0-5, 5. Высокие дозы СаСО₃ при недостаточном внесении удобрений, прежде всего калийных, отрицательно влияют на качество продукции этих культур: картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает кальциевым хлорозом, ухудшается качество волокна. Однако при известковании доломитовой мукой, которая содержит кальций и магний, внесении повышенных на 20 % доз калийных удобрений, применении борсодержащих удобрений негативного влияния известкования на урожайность и качество этих культур можно избежать.

Пятая группа – культуры, переносящие повышенную кислотность и слабо нуждаются в известковании. Она включает щавель, сераделлу , крыжовник . Оптимальная реакция для них составляет рН 4, 5-5, 0. Эти культуры чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве, особенно в начале роста, поэтому отрицательно реагируют на высокие дозы извести. Но при внесении небольших доз известковых удобрений, содержащих магний, при хорошей обеспеченности почв калием урожайность их не снижается и даже повышается.

Таким образом, большинство сельскохозяйственных культур отрицательно реагирует на кислотность почвы и положительно отзывается на известкование.

Известкование кислых почв

По требовательности к кислотности почвы культуры разделяют на 5 групп:

- чувствительные к кислотности, хорошо растут при нейтральной или слабощелочной реакции – рН 7-8 люцерна, сахарная свекла, капуста, горчица и др;

- требуют слабощелочной и близкой к нейтральной реакции, лучше растут при рН 6-7 пшеница, кукуруза, ячмень, рапс, горох, соя, фасоль, подсолнечник и др;

- выдерживают умеренную кислотность, лучше растут при рН 5, 5-6 рожь, овес, просо, гречка, морковь и тому подобное;

- легко переносят умеренную кислотность, хорошо растут при рН 5-6 картофель, лен, табак, томаты и др;

- малочувствительны к повышенной кислотности, лучше растут при рН 4, 5-5 люпин,

Исследованиями известкования и его влияния на плодородие почвы и продуктивности сельскохозяйственных культур занимались российские ученые И.А. Стебут, Д.И. Менделеев, А.Н. Энгельгардт, П.А. Костычев, Д.Н. Прянишников, П.С. Коссович, К.К. Гедройц, О.К. Кедров-Зихман и др.

В научную основу теории и практики известкования легло учение о почвенном поглощающем комплексе, разработанную К.К. Гедройцем. Согласно положению учения, многие агрономические свойства почвы зависят от степени насыщенности почвенного поглощающего комплекса кальцием.

Известкование, как прием улучшения свойств почвы, известен давно, однако его применение для повышения урожаев культур стало проводиться только с прошлого столетия. По экономической эффективности и ресурсообеспеченности известкованию нет альтернативы.

Известкование почв – прием химической мелиорации, заключающийся во внесении в почву карбоната, оксида или гидроксида кальция и/или магния для нейтрализации избыточной кислотности.

Поддерживающее известкование слабокислых почв показывает экономическую эффективность. При увеличении доз извести с 2, 1 до 6, 3 т/га окупаемость одного рубля затрат по севообороту в среднем за 11 лет составила 3, 6-3, 9 руб.

Экономическая эффективность в конкретных производственных условиях может сильно зависит от рыночных условий, экономических возможностей предприятия, окупаемости при известковании под отдельными культурами.

Согласно обобщенным ВИУА данным 2300 опытов под отдельными культурами и в агроценозах, эффективность известкования возрастает с ростом кислотности почв, а также на почвах с одинаковой кислотностью при росте доз извести.

Известкование способствует улучшению качества продукции: повышается содержание сахаров в корнеплодах, жира и белка в семенах, каротина и аскорбиновой кислоты в овощах и травах, улучшаются посевные качества семян.

Известкование кислых почв является способом снижения поступления радионуклидов в растения. Согласно данным белорусских ученых внесение извести в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, уменьшает содержание стронция-90 и цезия-137 в продукции в 1, 5-2 раза, в отдельных случаях – в 3 раза. Дозы известковых удобрений на таких почвах зависят от уровня загрязнения радионуклидами.

Свойства солонцовых почв

Солонцы и солонцеватые почвы занимают в России более 30 млн га (26 млн га, из которых около 11 млн га пашни. В целом, солонцы и сильносолонцеватые почвы занимают в странах СНГ около 115 млн га, из которых пашни – 23, 9 млн га.

Эти почвы характеризуются высокой связностью, плохими физико-химическими свойствами. Во влажном состоянии они диспергируют под действием высоких концентраций натрия, превращаясь в мажущую массу. Обработка таких почв приводит к высокой глыбистости. В сухом состоянии их обработка невозможна. Урожаи в этом случае низкие и плохого качества. Микробиологическая деятельность ослаблена из-за высокой щелочности и неустойчивым водным режимом.

Улучшение солонцовых почв путем изменения реакции и состава катионов достигается гипсованием.

К.К. Гедройцем предложен метод гипсования солонцов, заключающийся в вытеснении из почвенного поглощающего комплекса катионов Na⁺ и заменой их на Са²⁺ с одновременным внесением органических удобрений.

При этом пептизированные натрием органические и минеральные коллоиды вымываются из верхних слоев почвы в нижние, образуя плотный солонцовый горизонт. Натрий, поглощенный ППК, вытесняется раствором углекислого газа (угольной кислотой), образуя карбонаты и гидрокарбонаты – гидролитически щелочные соли натрия, щелочность (рН) почвенного раствора при этом становится более 9:

Щелочная реакция почвы неблагоприятна для большинства сельскохозяйственных культур и почвенных микроорганизмов. При этом снижается доступность растениям фосфора, железа, марганца, бора.

Часто солонцы располагаются пятнами различного размера (от нескольких метров до сотен метров в поперечнике) среди преобладающих зональных почв, например, каштановых, бурых, черноземных почв лесостепной, степной и полупустынной зон.

Коренное улучшение солонцов достигается вытеснением из ППК натрия и заменой его на катионы кальция, удалением образующихся солей натрия за счет вымывания и разрушением солонцового горизонта. Для мелиорации солонцовых почв устраняют углекислые соли натрия заменой кальцием, а образующийся Na₂SO₄ – вымыванием.

Отрицательное влияние натрия на физические свойства почвы зависят от его содержанием в ППК. Значительное действие натрия на свойства почвы и урожайность культур отмечается при содержании обменного Na более 10 % от ЕКО (емкость катионного обмена). Поэтому гипсование проводят, если доля обменного натрия в ППК более 10 %.

Наряду с натрием в составе обменных катионов может содержаться до 15-35 % магния.

Значение гипсования

Гипсование способствует улучшению водного режима почв, физических и химических свойств солонцов, повышает их плодородие, снижает щелочность и содержание обменного натрия в ППК, повышает степень насыщенности его кальцием.

Действие гипса на урожайность культур на кислых почвах обусловлено повышением кальциевого и серного питания растений, а также повышением доступности калия, который больше вытесняется из ППК.

Средняя эффективность гипсования на черноземных почвах составляет 3-6 ц/га зерна, на каштановых – 2-3 ц/га. Гипсование дает прибавку урожая зерна на 0, 3-0, 6 т/га, сена клевера – на 0, 6-1 т/га, повышается урожайность сахарной свеклы.

Эффективность гипсования солонцов лесостепной зоны доказана в опытных и производственных условиях. Прибавка урожаев зерна колосовых культур ежегодно на протяжении 7-8 лет после однократного внесения гипса в дозе 10 т/га составляет 0, 5 т/га. В степной зоне эффективность гипсования снижается: на лугово-степных солонцах ежегодная прибавка урожая зерновых в среднем за 8-10 лет составляет 0, 3-0, 4 т/га.

Эффективность гипсования

На повышение эффективности гипсования оказывает влияние:

§ орошение;

§ глубокая вспашка;

§ снегозадержание;

§ применение местных и промышленных удобрений;

§ при внесении навоза прибавки урожая от гипса и навоза суммируются.

Оптимальными формами удобрений на солонцовых почвах являются сульфат аммония и простой суперфосфат.

Изменения, вызванные гипсованием, сохраняются на протяжении многих лет.

В лесостепной зоне гипсование солонцов эффективнее, чем в степной зоне, преимущественно гипсованию подвергаются солонцовые пятна с участием до 30 % в луговостепных комплексах с глубиной залегания грунтовых вод более 1, 5-2, 0 м.

Солонцовые почвы степной зоны вместо гипсования подвергают самомелиорации, то есть обрабатывают плантажными трехъярусными или мелиоративными плугами для припахивания СаСO₃ или СаSO₄, залегающих под солонцовым горизонтом.

Некоторые солонцы подвергают комплексной мелиорации, включающую мелиоративную обработку с поверхностным внесением стартовых доз гипса для устранения почвенной корки, а также фитомелиорацию для активации самомелиорации за счет внутрипочвенных запасов кальция.

Наряду с гипсованием в систему агротехнических мелиоративных мероприятий входит посев многолетних трав, внесение органических и минеральных удобрений. На слабосолонцеватых почвах способствуют их улучшению повышенные дозы навоза, компостов и других органических удобрений, вносимые под глубокую вспашку.

Почвы сухостепной и полупустынной зон, как правило, характеризуются высоким содержанием поглощенного кальция. С развитием солонцеватости доля поглощенного кальция уменьшается, а поглощенного натрия и магния увеличивается. Процесс рассолонцевания должен сопровождаться замещением обменного натрия и части магния кальцием.

Коренное преобразование солонцов возможно при:

- замещении натрия кальцием, при содержании натрия более 10 % от суммы катионов;

- насыщении кальцием поглощающего комплекса до 70 % от суммы катионов.

- вытеснении части поглощенного магния, которая составляет более 30 % от суммы

катионов;

Перекос в структуре посевных площадей мелиоративных севооборотов, например, преобладание многолетних трав в неорошаемых условиях степной зоны, приводит к снижению интенсивности рассоления, или преобладание зернопаровых звеньев в севообороте приводит к дефициту органического вещества в почве.

В богарных (неорошаемых) условиях из-за медленного взаимодействия мелиорантов с почвой положительное действие продолжается долго, полный эффект проявляется через 4-5 лет. Для повышения эффективности гипсования необходимо улучшать влагообеспеченность богарных почв, для чего применяют снегозадержание, глубокую заделку мелиорантов. При орошении возникает опасность вторичного засоления солонцовых почв.

Эффективность гипсования возрастает в сочетании с внесением органических и минеральных удобрений. Среди минеральных удобрений наибольший эффект достигается от физиологически и гидролитически кислых форм.

Изменения агрохимических и физических свойств солонцовых почв происходят медленно, сохраняются длительное время, поэтому повторные мелиорации при необходимости проводят не ранее чем через 10 и более лет.

Материалы для гипсования

Гипс сыромолотый (СаSO₄ ⋅ 2Н₂O) представляет собой серый или белый мягкий порошок, содержащий 71-73 % (класс Б) и 85 % (класс А) CaSO₄⋅ 2H₂O. Получается путем размола природного гипса. Остаток на сите с размером ячеек 0, 25 мм не должен быть более 25 %. (до 85 %) СаSO₄. Получается при размоле природного гипса. В воде плохо растворим, поэтому на эффективность влияет тонина помола. Гранулометрический состав: все частицы должны иметь размер < 1 мм, не менее 70 % частиц – < 0, 25 мм при влажности не более 8 %. Большая влажность приводит к слеживанию гипса, превращая его в глыбы.

Фосфогипс – отход производства двойного суперфосфата, преципитата и экстракционной фосфорной кислоты, представляет собой серый или белый порошок, содержащий 70-75 % (89-93 %) СаSO₄ и 1, 5-3 % Р₂O₅ (15-25 кг/т). По эффективности превосходит гипс. При большой влажности слеживается, поэтому, как и сыромолотый гипс, его хранят в сухих хранилищах. При применении учитывают содержащийся в нем фосфор.

Сыромолотый гипс и фосфогипс можно использовать как кальциевое удобрение под бобовые культуры из расчета 300-400 кг/га.

Глиногипс – природные залежи рыхлой, не требующей размола, породы, с содержанием до 60-90 % СаSO₄ и 1-11% глины.

Пиритные огарки и технические кислоты, например, серную Н₂SO₄, азотную НNO₃ и фосфорную Н₃РO₄ также можно использовать для кислования щелочных почв.

Кислование – более быстрый и эффективный, но экономически более затратный способ устранения щелочности почвенного раствора, при это в ППК натрий заменяется на водород. Несмотря на это, улучшаются питание растений и доступность азота, фосфора и других питательных веществ.

Для замены натрия в ППК можно применять кальцийсодержащие отходы промышленности, например, дефекат, однако использование их ограничено.

Самогипсование

Некоторые хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные солонцы каштановых почв могут содержать на глубине 35-45 см слои гипса. Для окультуривания таких почв применяют самогипсование, то есть проводят плантажную вспашку трехъярусным плугом на глубину 45-50 см, при которой происходит перемешивание гипсоносного слоя с верхним солонцовым горизонтом. Весной после глубокой вспашки поле выдерживают до 1, 5 месяца под паром, затем дискуют и проводят вспашку через каждые 30-40 дней. В зимний период применяют снегозадержание, а на следующий год высевают яровую пшеницу с подсевом многолетних трав, например, люцерны, житняка, донника и др.

При высоком содержании в подпахотном слое карбоната кальция (известковых пород) его также можно использовать для самомелиорации солонцовых почв, однако действие СаСO₃ значительно уступает гипсу CaSO₄⋅ 2H₂O. Образующийся при этом Na₂SO₄ удаляется орошением. Для самомелиорации проводят обработку степных и лугово-степных солонцов плантажными трехъярусными или иными мелиоративными плугами. При однократной обработке в степной зоне получают устойчивые прибавки урожаев зерновых культур – 0, 4-0, 6 т/га, сена трав – 0, 7-0, 8 т/га.

Иногда применяют метод планировки, то есть перевозят незасоленную почву на солонцовые участки на протяжении 3-5 лет из расчета 500 т на 1 га. Метод трудоёмок, требует больших экономических затрат и не может получить широкого распространения.

Для улучшения свойств слабосолонцеватых почв, как правило, прибегают к самомелиорации, землеванию и фитомелиорации.

Землевание – прием перемещения скрепером (бульдозером) на солонцеватые (солонцовые) пятна плодородной почвы прилегающего основного зонального типа почв, чаще всего черноземов, слоем 15-20 см. В расчете на 1 га попадает примерно 10 т кальция, часть которого вовлекается в мелиорацию нижележащего солонцеватого (солонцового) горизонта.

Фитомелиорация эффективна при любых видах мелиорации при условии правильного подбора культур, чередования и оптимальных технологиях возделывания. Для различных регионов России разработаны группировки культур по соле- и солонцеустойчивости, устойчивости к засухе, переувлажнению и иным неблагоприятным условиям. Так, в структуре мелиоративного севооборота соотношение площадей пара и культур должны способствовать интенсивному рассолению и рассолонцеванию с учетом используемых видов мелиорации (гипсование, кислование, самогипсование, землевание). Фитомелиорация в комплексе с другими видами мелиорации должна способствовать обеспечению оптимального режима органического вещества почвы для улучшения водопрочной структуры, повышения биологической активности и активации взаимодействия мелиоранта с ППК.

Лекция 10. ХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ

 

12345Следующая ⇒

Поделиться: