К химической мелиорации (коренному улучшению) почв приходится прибегать в тех случаях, когда необходимо быстро изменить их неблагоприятные для растений свойства, повысить плодородие. Для этого в почву вно­сят химические соединения, улучшающие или изменяющие ее свойства. В сельском хозяйстве наиболее часто применяют известкова­ние кислых почв и гипсование, а иногда кислование щелочных.

Известкование кислых почв

В СССР около половины всех пригодных для обработки земель расположено в нечер­ноземной зоне. Здесь выпадает достаточно, а временами и слишком много атмосферных осад­ков. Но урожаи на подзолистых и дерново-подзолистых почвах, преобладающих в этой зоне, невелики. Причина низкого плодородия этих почв - недостаток питательных веществ, плохая структура и кислая реакция многих из них.

В нечерноземной полосе только Европей­ской части СССР насчитывается около 35 млн. га почв с кислой реакцией.

Кислотность почвы вызывают органические и отчасти минеральные кислоты и водородный ион, находящийся на поверхности самых мел­ких коллоидных частиц почвы.

Большинство сельскохозяйственных куль­тур плохо растет на сильнокислых почвах и дает низкие урожаи. Особенно чувствительны к почвенной кислотности свекла, капуста, горчица, клевер, люцерна, эспарцет, донник, лук, чеснок, смородина. Несколько менее, но также очень чувствительны к повышенной кис­лотности пшеница, ячмень, кукуруза, фасоль, горох, брюква, турнепс, капуста цветная, огурцы; из плодовых - яблоня, слива, вишня; из трав - костер, лисохвост. Слабо чувстви­тельны к кислой реакции, но положительно реагируют на известкование овес, рожь, гре­чиха, тимофеевка.

Есть культуры, которые легко переносят повышенную кислотность и не нуждаются обыч­но в известковании почв. Некоторые из них повышают урожай при неполном известкова­нии, когда сильная кислотность сменяется слабой. Это лен, подсолнечник, морковь, пет­рушка, репа, редька.

В чем же проявляется отрицательное дей­ствие кислотности на растения и почвы? Кис­лотный ион водорода способствует разрушению почвенных минералов и обеднению почв. Кро­ме того, он ядовит для растений и полезных микроорганизмов. Из-за высокой кислотности в почвенных растворах появляются вредные для растений и микроорганизмов соединения алю­миния, железа, марганца. Растворенный в кислых почвах алюминий может нанести расте­ниям вред больший, чем водородный ион.

Для нейтрализации почвенной кислотности в почву вносят молотый известняк (известко­вую муку) или мел, жженую известь, туф, сланцевую или торфяную золу. Но некоторые растения, например картофель, заболевают при избытке извести. В таких случаях лучше ис­пользовать молотый доломит, мергель, в ко­торых, помимо углекислого кальция, содер­жится углекислый магний. Кальций и магний нужны и как удобрения.

Яровая пшеница на кислой подзолистой почве без удобре­ний (слева) и при внесении в почву извести, суперфосфата и азота.

В зависимости от степени кислотности поч­вы, количества в ней гумуса и глинистых частиц необходимо вносить в почву разное количество извести. Например, на глинистых почвах необходимо вносить примерно в полтора раза больше извести, чем на легкосуглини­стых и супесчаных.

Слабокислые почвы в известковании не нуждаются.

В повышении плодородия кислых почв из­весткованию принадлежит одно из первых мест. Оно устраняет кислотность, переводит неко­торые ядовитые соединения, например алюми­ния, в нерастворимую, а потому невредную для растений форму и, наоборот, способствует растворимости некоторых других веществ, в том числе фосфатов (связывая подвижные алю­миний и железо), и тем самым повышает до­ступность их для растений.

Одновременно улучшаются условия жизни полезных микроорганизмов, их активность воз­растает. В почве накапливаются гумусовые вещества, улучшающие ее структуру. Почва становится более водо- и воздухопроницаемой, ее легче обрабатывать.

Наибольшие прибавки урожая и повышение плодородия почв достигаются при совместном

внесении извести с органическими и минераль­ными удобрениями. Известь повышает эффек­тивность минеральных и органических удоб­рений на 25-50%. Например, урожай ячменя и многолетних трав при внесении 20 т навоза и 6 т извести на гектар равен урожаю, который бывает при внесении 40 т навоза. Даже вне­сение половинных доз извести значительно по­вышает урожай.

На известкованных почвах урожай сель­скохозяйственных культур повышается в сред­нем: озимой пшеницы - на 3-6 ц с гектара; яровой пшеницы, ячменя и ржи - на 2-5 ц, клевера на сено - на 10-15 ц, кормовых кор­неплодов - на 60 ц.

Чем кислее почва, тем большие прибавки урожая дает внесение извести. Но одно из­весткование очень бедных почв может не дать положительного результата, так как известь понижает растворимость некоторых других веществ, например калия и микро­элементов. Поэтому на бедных почвах часто приходится при известковании вносить мик­роэлементы: бор, на некоторых почвах марга­нец, серу, молибден. Микроэлементы повышают не только урожайность растений, но и устой­чивость их против заболеваний.

В известкованные почвы нужно обяза­тельно вносить минеральные и органические удобрения. Только при этом условии можно получить наибольший эффект от устранения кислотности почв.

Известь, внесенная в почву, постепенно вымывается просачивающейся водой в более глубокие слои. Поэтому известкование необ­ходимо повторять через каждые 7 -10 лет.

На солонце кукуруза не взошла.

Солонец после мелиорации. Растения развиваются нормально

Гипсование и кислование почв

Почвы степной зоны - черноземы, кашта­новые и др.- обладают высоким естественным плодородием. Они характеризуются нейтраль­ной реакцией и в химической мелиорации не нуждаются. Однако среди них встречаются почвы щелочные. Это прежде всего солонцы. Солонцы неплодородны, на них плохо развиваются даже дикорасту­щие растения. Сухие солонцы очень плотны и при обработ­ке разбиваются на крупные глыбы. Во влажном состоя­нии они набухают, становят­ся вязкими. Вода на солон­цах застаивается. Обрабаты­вать такие почвы очень труд­но и часто бесполезно: урожая с них не полу­чишь.

Солонцы нередко встреча­ются небольшими пятнами среди других, более пло­дородных почв, занимая от 10 до 50% всей площади. Та­кое сочетание сильно ослож­няет использование хороших почв.

Неблагоприятные свойст­ва солонца вызываются при­сутствием иона натрия на поверхности самых мелких, коллоидных частиц почвы. В присутствии натрия кол­лоидные частицы ведут себя иначе, чем с другими ионами, в результате чего эти почвы переходят в бесструктурное состояние.

Удалить из солонца нат­рий можно, только промыв его раствором какой-либо соли, например кальция. Ион кальция вытеснит натрий. После этого неблагоприятные свойства солонца исчезнут. Однако вносить в почву для вытеснения обменного натрия углекислый кальций, как делается при известковании, бесполезно. В солонцах он остается недеятельным. Вно­сить надо более растворимую сернокислую соль кальция - тонкоразмолотый гипс или фосфогипс, в кото­ром, кроме гипса, содержится 2-3% фосфор­ного ангидрида.

Обычно приходится вносить от 5 до 25 т сырого (водного) гипса на один гектар солон­цов.

Гипс рассыпают по поверхности почв, а затем запахивают.

Вместо гипса можно вносить хлористый кальций. Его доставляют в виде концентриро­ванного раствора с химических заводов, где он скапливается как отход при производстве соды. Хлористый кальций химически активнее гипса, но он плох тем, что связанный с ним ион хлора ядовит для растений. После мелиорации хлористым кальцием почвы нуждаются в более ускоренной промывке, что возможно только при искусственном орошении. После промыв­ки солонцы становятся хорошими, плодород­ными почвами.

Солонцы, которые содержат углекислый кальций начиная с самого верхнего слоя, мож­но улучшать, внося в почву кислые промышлен­ные отходы, лучше всего отходы от производ­ства технической серной кислоты. Этот прием называется кислованием солон­цов.

Иногда применяют кислоту на почвах, от­водимых под плантации чая. Чайный куст растет в субтропиках. Он развивается только на слабокислых почвах, площадь которых на юге недостаточна: большая часть почв сухих и полусухих субтропиков содержит углекислый кальций. Кнслование и промывки почв, содержащих углекислый кальций, могут сделать их пригодными для культуры чая.

Есть еще и иные способы мелиорации солон­цов и некоторых других щелочных почв.

За многовековую историю земледелия че­ловечество освоило в общей сложности около 10% площади материков. Может показаться, что это совсем немного, однако резервы при­годных для обработки плодородных земель на нашей планете почти исчерпаны. Остальные площади заняты неплодородными и малоплодо­родными почвами, в том числе требующими хи­мической мелиорации. Например, только в СССР более 40 млн. га солонцов. Это огромная площадь. Чтобы обеспечить продуктами пита­ния быстро растущее население земного шара, важно всемерно повысить плодородие всех используемых почв, а также улучшить не­которые неплодородные и малоплодородные почвы.

Химическая мелиорация - важная часть той огромной работы по коренному улучшению земель, которая развернулась на всей огром­ной территории нашей страны. На юге прово­дится орошение и устраняется засоление и щелочность почв, на севере осушаются пе­реувлажненные земли и ведется борьба с вред­ной кислотностью почв. В недалеком будущем наши колхозы и совхозы получат с этих земель дополнительные тонны зерна, хлопка, овощей и другой ценной сельскохозяйственной про­дукции.

2. Гипсование солонцовых почв
В нашей стране значительные площади занимают кислые и щелочные солонцовые почвы. Наличие в поглощенном состоянии в кислых почвах большого количества ионов водорода и алюминия, а в солонцовых – катионов натрия резко ухудшают физические, физико-химические и биологические свойства этих почв, их плодородия. Для коренного улучшения кислых и солонцовых почв необходима химическая мелиорация их в сочетании с другими агротехническими мероприятиями.

Методы химической мелиорации кислых и солонцов почв основаны на изменении состава поглощенных катионов, главным образом путем введения кальция в ППК. Для нейтрализации кислотности и повышения плодородия кислых почв основным мероприятием является известкование, а для устранения повышенной щелочности и улучшения свойств солонцовых почв – гипсование.

Применение методов химической мелиорации на кислых и щелочных почвах является важнейшим условием интенсификации с.-х. производства на этих почвах, повышения их плодородия и эффективности вносимых органических и минеральных удобрений.

Отношение различных с.-х. культур к реакции почвы и известкованию
Для каждого вида растений существует определенная наиболее благоприятная для его роста и развития реакция среды. Большинство с.-х. культур и полезных почвенных микроорганизмов лучше развивается при реакции среды, близкой к нейтральной (рН 6-7).

По отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование с.-х. культуры делятся на следующие группы:

1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, корнеплоды, конопля, капуста: для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. они очень сильно отзываются на известкование даже на слабокислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности почв – пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры (за исключением люпинов и сераделлы) огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой и нейтральной реакции (рН 6-7) и хорошо отзываются на известкование не только сильно- но и среднекислых почв.

3. Менее чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты. Они могут удовлетворительно расти в широком интервале рН (от 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5 – 6,0). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв.

4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а лен лучше растет на слабокислых почвах (рН 5,5 – 6,5). Высокие нормы извести оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур: картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшает качество волокна.

5. Хорошо переносят кислую реакцию почвы и отрицательно реагируют на известкование люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными нормами они снижают урожай.

Таким образом, на большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие, поэтому они положительно отзываются на известкование.

Кислая реакция почвы оказывает многостороннее отрицательное действие на растения, но их можно объединить в две группы: прямое отрицательное действие и косвенное отрицательное действие.

Прямое отрицательное действие заключается в том, что ухудшается проницаемость оболочек клеток, поэтому затрудняется использование воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений, нарушается обмен веществ, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов в более сложные органические соединения, ухудшается рост и ветвление корней. Особенно чувствительны растения к кислой реакции в первый период роста, сразу после прорастания.

Косвенное отрицательное действие кислотности так же многостороннее. Кислые почвы имеют неблагоприятные биологические, физические и химические свойства. Их коллоидная часть бедна кальцием и другими основаниями. Вследствие вытеснения кальция ионами водорода из почвенного перегноя повышаются его дисперсность и подвижность, а насыщение водородом минеральных коллоидных частиц приводит к постепенному их разрушению. Этим объясняется малое содержание в кислых почвах коллоидной фракции, они поэтому имеют неблагоприятные физические, биологические физико-химические свойства, плохую структуру, низкую емкость поглощения и слабую буферность.

Отрицательное действие повышенной кислотности в значительной степени связана с увеличением подвижности алюминия и марганца и снижением доступности фосфора и молибдена. Кроме того, в кислых почвах затрудняется поступление в растения кальция и магния, поэтому ухудшается их питание и этими элементами.
Влияние извести на свойства и питательный режим почвы
Внесением извести нейтрализуются свободные органические минеральные кислоты в почвенном растворе, а также ионы водорода в почвенном поглощающем комплексе , то есть устраняются актуальная и обменная кислотности, значительно снижается гидролитическая кислотность, повышается насыщенность почв основаниями.

Замена поглощенного ППК водорода кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов, в результате чего уменьшается их разрушение и вымывание, улучшаются физические свойства почвы – структурность, водопроницаемость, аэрация.

При внесении извести снижается содержание а почве подвижных форм алюминия и марганца, поэтому устраняется их вредное действие на растения.

В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы под влиянием известкования усиливается жизнедеятельность полезных почвенных микроорганизмов и мобилизвция ими азота, фосфора, серы и других макро и микроэлементов из почвы. Только подвижность бора и марганца может снижаться, но это можно поправить внесением соответствующих микроудобрений.

Улучшение питания растений азотом и зольными элементами связана также с тем, что на известкованных почвах растения развивают более мощнцю корневую систему, способную усваивать большее количество питательных элементов.

Быстрый способ коренной мелиорации солонцов землеванием заключается в том, что поверхность солонцовых пятен покрывают при помощи скрепера 15-20 см слоем рядом расположенной богатой кальцием и гумусом черноземной почвы за один прием. С таким количеством почвы на 1 га попадая в солонцовый горизонт улучшает его.

Материалы применяемые для гипсования почв:

1. Гипс сыромолотый (СаSО 4 2Н 2 О) – содержит гипса 71-73%. Это тонко размолотый природный гипс белого или серого цвета. Влажность его не должна превышать 8%, иначе слеживается и превращается в глыбы.

2. Фосфогипс – это отходы производства двойного суперфосфата и преципитата. Очень тонкий порошок белого или серого цвета, содержащий 70-75% СаSО 4 и небольшое количество Р 2 О 5 2-3%.

3. Глиногипс добывается из природных залежей. В естественном состоянии рыхлый не требует размола. Содержит от 60 до 90% СаSО 4 и от 1 до 11% глины.

2. Вопросы по предыдущей лекции

1. Как относятся сельскохозяйственные культуры к кислотности почвы?

2. Каково значение известкования почв?

3. Какие известковые удобрения существуют?

4. Какие почвы подвергаются гипсованию?

5. Какие процессы протекают в почве при гипсовании?

Повышенная кислотность оказывает как прямое (непосредственное) негативное влияние на физиологические процессы в клетках и тканях растений, так и косвенное — вследствие ухудшения агрохимических, агрофизических свойств почвы и снижения ее биологической активности.

Подкисление характерно для многих почв и происходит постоянно, поскольку в процесс почвообразование связан со значительным потерями оснований в результате выщелачивания и отчуждения их растениями. Реакция почвы является отражением характера протекающих в ней химических и биологических внутрипочвенных процессов.

Повышенная кислотность дерново-подзолистых и серых лесных почв является основной причиной низкой продуктивности сельскохозяйственных угодий, высокого содержания в почве подвижного алюминия, железа и марганца, а также снижения активности почвенной микрофлоры. При этом, для многих культурных растений повышенное содержание алюминия оказывает большее негативное влияние, нежели концентрация ионов водорода, рН почвы.

Косвенное действие повышенной кислотности и подвижного алюминия проявляется в снижении доступности растениям азота, фосфора, молибдена и снижении активности почвенной микрофлоры. Подвижные формы алюминия, железа и марганца снижают доступность фосфора растениям, связывая растворимые соединения фосфора в нерастворимые АlРО 4 и FeРО 4 .

Повышенная кислотность почвы вызывает изменение интенсивности и направленности биохимических процессов обмена веществ в растениях, вследствие чего нарушается синтез белков, углеводов и жиров, происходит накопление промежуточных продуктов обмена — аминокислот, моно — и дисахаридов и нитратов.

Известкование кислых почв — наиболее дешевый способ улучшения условий азотного, фосфорного и калийного питания растений, что особенно важно в связи с высокой стоимостью минеральных удобрений в России. При внесении извести одну и ту же прибавку урожая сельскохозяйственных культур можно получать при значительно меньших дозах удобрений.

Оптимальная реакция среды позволяет получать хорошие урожаи (40-45 ц/га) зерновых культур при среднем содержании доступных элементов питания в почве и средних дозах удобрений, в то время как на кислых почвах для получения таких урожаев содержание этих элементов должно быть в 1,5-2 раза выше.

При сельскохозяйственном использовании земель подкисление почвы происходит более интенсивно, нежели в естественных травостоях вследствие отчуждения кальция и магния с урожаем, вымывания их за пределы корнеобитаемого слоя почвы и внесения физиологически кислых минеральных удобрений. В результате длительного выщелачивания оснований кислые почвы широко распространены в районах с промывным водным режимом почв.

Наиболее значительное влияние на подкисление почвы оказывают вынос кальция и магния урожаем и их вымывание из пахотного слоя осадками. Вынос Ca и Мg сельскохозяйственными культурами варьирует в широком диапазоне и обусловливается, прежде всего, биологическими особенностями растений и величиной урожая. Например, с 1 т основной продукции с учетом побочной зерновые культуры выносят 10-14 кг CaO и МgО, зернобобовые 40-45 кг. В зависимости от урожайности зерновыми ежегодно отчуждается с поля примерно 20-50 кг/га кальция и магния, бобовыми — 100-200 кг/га и более. Поэтому, чем выше продуктивность посевов, тем больше отчуждается оснований, быстрее наступает подкисление почвы и чаще требуется проводить известкование.

Большее количество кальция и магния теряется из почвы в результате выщелачивания осадками. Вымывание этих элементов из почвы зависит от ее гранулометрического состава, количества и характера выпадения осадков, состояния растительного покрова и доз минеральных удобрений. Результаты лизиметрических опытов ВИУА, ВНИИ кормов, Раменской агрохимической станции НИУИФ показали, что потери Са 2+ и Мg 2+ из почвы от вымывания в значительной мере зависят от атмосферных осадков и доз минеральных удобрений. Наименьшие их потери были в условиях засушливого лета без внесения удобрений. Вымывание кальция и магния значительно возрастают с увеличением доз аммонийных азотных и калийных удобрений. При внесении этих удобрений, например NH 4 Cl или (NH4) 2 SO 4 , растения для питания используют преимущественно аммонийный азот (NH4 +) в обмен на ион водорода (Н +), который с оставшимися в растворе анионами хлора Cl — или SO 4 — образует соответствующие кислоты. Эти удобрения являются физиологически кислыми. Таким образом, в случае когда растения преимущественно потребляют из удобрений катионы по сравнению с анионами они будут физиологически кислыми (NH 4 Cl, (NH 4) 2 SO 4 , KCl, K 2 SO 4), и, напротив, если растения более интенсивно используют анионы, происходит подщелачивание раствора и такие удобрения являются физиологически щелочными.

По данным лизиметрических опытов (И. А. Шильников и др., 2001) в условиях Московской области потери кальция и магния из почвы возрастали с увеличением доз минеральных удобрений и количества осадков. Вымывание кальция из суглинистой дерново-подзолистой почвы составило в среднем за 15 лет в вариантах без удобрений 35 кг/га, при внесении возрастающих доз минеральных удобрений – 80-140 кг/га. Потери из супесчаной почвы были в 1,5-2 раза выше, чем их суглинистой. Среднее содержание Са 2+ в лизиметрических водах суглинистых почв было примерно в 5 раз выше, чем Mg 2+ , а супесчаных почвах — в 6-7 раз.

В последние годы большое внимание уделяется кислотным атмосферным осадкам, выпадение которых связано с выбросами диоксида серы и оксидов азота автотранспортом и промышленностью. Однако, как показали исследования выпадение "кислых" атмосферных осадков, не играет существенной роли в подкислении почв, как предполагалось, поскольку параллельно увеличился также выброс в атмосферу оснований.

Важно отметить, что потери кальция и магния в лизиметрических опытах не следует полностью отождествлять с реальными полевыми условиями, поскольку в лизиметрах можно учесть только нисходящую миграцию элементов питания. В полевых условиях, в результате потребления растениями воды на транспирацию существенное значение имеет восходящая миграция элементов питания, в том числе кальция и магния.

Если учесть, что в супесчаных почвах валовое содержание Са составляет 0,10,3%, то при ежегодном вымывании кальция 200 кг/га за 30-50 лет его потери превышали бы содержание в почве. Отсюда следует, что результаты краткосрочных лизиметрических опытов отражают общие закономерности водной миграции элементов питания, но не могут дать объективной количественной оценки потерям кальция из почвы.

Изучение баланса элементов питания в полевых опытах показало довольно значительные потери кальция и магния, однако в целом они в 1,5-2 раза ниже, чем в лизиметрических опытах и происходят в основном в ранневесенний и осенний периоды на почвах не покрытых растениями. Под растениями, в период интенсивного потребления ими воды и элементов питания, потери кальция минимальны или отсутствуют.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

В соответствии со статьей 5 Федерального закона от 10 января 1996 г. N 4-ФЗ "О мелиорации земель" (с изменениями от 10 января 2003 г.), принятого Государственной Думой 8 декабря 1995 года «Типы и виды мелиорации земель» в зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация; агролесомелиорация; культуртехническая мелиорация; химическая мелиорация. В составе отдельных типов мелиорации земель этим же Федеральным законом устанавливаются виды мелиорации земель.

1. Химическая мелиорация земель

В соответствии со статьей 9 ФЗ Химическая мелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по улучшению химических и физических свойств почв. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для с.-х. растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, а в солонцах - натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.

Способы химической мелиорации: 1) известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) - внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы; 2) гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) - внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности; 3) кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) - подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др. К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.

1.1 Известкование почв

Мельчайшие частички почвы, заряженные ионами водорода H+ действуют как слабая кислота, обуславливая кислую реакцию почвы, низкий pH. Напротив, частички почвы удерживающие кальций, магний, калий и натрий обуславливают щелочную реакцию, высокий pH. Почвы становятся кислыми вследствие вытеснения ионами водорода H+ катионов кальция, магния, натрия и калия. Процесс этот обратимый, pH почвы можно повысить внесением перечисленных элементов, при этом наиболее экономичным является использование кальция. Кальций также является очень важным элементом питания растений, улучшает структуру почвы, делает ее рассыпчатой, гранулированной, стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий обогащающих почву азотом. Подобными свойствами обладает и магний, часто эти элементы используют вместе. Внесение кальциевомагниевых соединений приводит к значительному улучшению роста растений.

Внесение кальция или кальциевомагниевых соединений с целью снижения кислотности называется известкованием. Хотя термин "известь" относится к CaO (негашеная известь), известью называют и другие соединения кальция или кальция и магния. Известкование проводят с целью довести pH почвы до слабокислой (pH 6,5). Если нужно наоборот, повысить кислотность почвы, то помогут некоторые азотные удобрения, например сернокислый аммоний, но наиболее эффективна элементарная сера.

В нашей стране почвы с повышенной кислотностью (рН ниже 5,5) занимают большие площади - более 60 млн. га, в том числе около 50 млн.- га приходится на пашню. Большая часть кислых почв находится в зоне дерново-подзолистых почв. Кроме того, кислой реакцией характеризуются красноземы, серые лесные, многие торфяно-болотные почвы и частично выщелоченные черноземы. Известкование - важнейшее условие интенсификации сельскохозяйственного производства на кислых почвах, повышения их плодородия и эффективности минеральных удобрений.

Отношение различных растений к реакции почвы и известкованию.

Для каждого вида растений существует определенная наиболее благоприятная для его роста и развития величина реакции среды. Большинство сельскохозяйственных культур и полезных почвенных микроорганизмов лучше развивается при реакции, близкой к нейтральной (рН 6-7).

По отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование сельскохозяйственные культуры можно подразделить на следующие группы.

1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста - для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. Они сильно отзываются на внесение извести даже па слабо кислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры, за исключением люпинов и сераделлы, огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6-7) и хорошо отзываются на известкование не только сильно- но и среднекислых почв.

3. Менее чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты. Они могут удовлетворительно расти в широком интервале рН при кислой и слабощелочной реакции (от рН 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5-6). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв полными дозами, что объясняется не только снижением кислотности, но и усилением мобилизации питательных веществ и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.

4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а для льна лучше слабокислая реакция (рН 5,5-6,5). Высокие нормы СаСО 3 , особенно при ограниченных нормах удобрений, оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур, картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшается качество волокна. Отрицательное влияние известкования объясняется не столько нейтрализацией кислотности, сколько уменьшением усвояемых соединений бора в почве и избыточной концентрацией ионов кальция в растворе, из-за чего затрудняется поступление в растение других катионов, в частности магния и калия.

В севооборотах с большим удельным весом картофеля и льна при использовании высоких норм удобрений, особенно калийных, известкование можно проводить полными нормами, при этом лучше вносить известковые удобрения, содержащие магний, сланцевую золу или металлургические шлаки, а при использовании СаСО 3 вносить одновременно борные удобрения. В этом случае не наблюдается отрицательного действия" известкования на лен и картофель, и в то же время повышается урожай клевера, озимой пшеницы и других культур, чувствительных к кислотности.

5. Хорошо переносят кислую реакцию и чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными дозами они снижают урожай. При возделывании люпина и сераделлы на зеленое удобрение рекомендуется вносить известь не перед посевом, а при запашке этих культур в почву.

Таким образом, на большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие и они положительно отзываются на известкование. При повышенной кислотности почвенного раствора ухудшаются рост и ветвление корней, проницаемость клеток корня, поэтому ухудшается использование растениями воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений. При кислой реакции нарушается обмен веществ в растениях, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов (моносахаров) в другие более сложные органические соединения. Особенно чувствительны растения к повышенной кислотности почвы в первый период роста, сразу после прорастания.

Помимо непосредственного отрицательного действия, повышенная кислотность почвы оказывает на растение многостороннее косвенное действие.

Отрицательное действие повышенной кислотности в значительной

Влияние извести на свойства и питательный режим почвы

При внесении извести нейтрализуются свободные органические и минеральные кислоты в почвенном растворе, а также ионы водорода в почвенном поглощающем комплексе. Устраняя кислотность, известкование оказывает многостороннее положительное действие на свойства почвы, ее плодородие.

Замена поглощенного водорода кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов, в результате чего уменьшаются их разрушение и вымывание, улучшаются физические свойства почвы - структурность, водопроницаемость, аэрация.

При внесении извести снижается содержание в почве подвижных соединений алюминия -и марганца, они переходят в неактивное состояние, поэтому устраняется вредное действие их на растения.

В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы под влиянием известкования усиливается жизнедеятельность микроорганизмов и мобилизация ими азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества. В известкованных почвах интенсивнее протекают процессы аммонификации и нитрификации, лучше развиваются азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), обогащающие почву азотом за счет азота воздуха, в результате чего улучшается азотное питание растений.

Известкование способствует переводу труднодоступных растениям фосфатов алюминия и железа в более доступные фосфаты кальция и магния. Известкование влияет на подвижность в почве и доступность для растений микроэлементов. Улучшение питания растений азотом и зольными элементами связано также с тем, что на известкованных почвах растения развивают более мощную корневую систему, способную больше усваивать питательных веществ из почвы.

Определение нуждаемости почв в известковании и нормы извести

Эффективность известкования зависит от кислотности почв: чем выше кислотность, тем острее потребность в известковании и больше прибавки урожая. Поэтому прежде чем вносить известь на то или иное поле, необходимо определить степень кислотности почвы и нуждаемость ее в известковании, установить норму извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений.

Необходимость известкования почвы ориентировочно можно определить по некоторым внешним признакам. Кислые сильноподзолистые почвы обычно имеют белесый оттенок, ярко выраженный подзолистый горизонт, достигающий 10 см и более. На повышенную кислотность почвы и нуждаемость ее в известковании указывают также плохой рост и сильное выпадение клевера, люцерны, озимой пшеницы при перезимовке, обильное развитие устойчивых к кислотности сорняков: щавелька, пикульника, торицы полевой, лютика ползучего, белоуса, щучки.

Потребность почвы в известковании с достаточной для практических целей точностью может быть определена по обменной кислотности (рН солевой вытяжки). При значении рН солевой вытяжки 4,5 и ниже потребность в известковании сильная, 4,6-5 - средняя, 5,1-5,5 - слабая и при рН больше 5,5 - отсутствует. Нормы извести зависят также от механического состава почвы и особенностей возделываемых культур.

Количество извести, необходимое для уменьшения повышенной кислотности пахотного слоя почвы до слабокислой реакции (до значения рН солевой вытяжки 5,6-5,8), благоприятной для большинства культур и полезных микроорганизмов, называется полной нормой.

Для лучшей организации известкования зональные агрохимические лаборатории на основе агрохимического обследования почв составляют и передают хозяйствам картограммы кислотности почвы, на которых выделяются участки с разной степенью кислотности и нуждаемости в известковании.

Используют следующие материалы для известкования:

Негашеная известь - CaO. Перед использованием следует погасить, т.е. смочить водой до рассыпчатого состояния. В результате реакции образуется гашеная известь - пушенка. Содержит только кальций, не содержит магния.

Гашеная известь (пушенка) - Ca(OH)2. Результат реакции с водой негашеной извести. Очень быстро вступает в реакцию с почвой, приблизительно в 100 раз быстрее известняка (карбоната кальция). При использовании пушенки, ее количество уменьшают на 25%. Содержит только кальций, не содержит магния.

Молотый известняк (мука) - CaCO3, кроме кальция содержит до 10% карбоната магния MgCO3. Чем тоньше помол известняка, тем лучше. Один из наиболее подходящих материалов для раскисления почвы.

Доломитовый известняк (мука) содержит до 50% доломита (CaCO3 * MgCO3), не менее 13-23% карбоната магния. Один из лучших материалов для известкования почвы.

мел (в измельченном виде),

мергель - илистый материал, в основном состоящий из карбоната кальция. Если имеет примесь земли, то норму внесения следует увеличить.

мартеновский шлак (в измельченном виде),

ракушечник (в измельченном виде).

древесная зола является комплексным удобрением, кроме кальция содержит калий, фосфор и др элементы. Нельзя использовать золу от газет, т.к. она может содержать вредные вещества.

Можно рекомендовать использовать в первую очередь измельченый известняк, особенно доломитовый - доломитовую муку, содержащую и кальций и магний. При этом не только нейтрализуется кислотность почвы, но поставляются важные элементы питания растений. Внесение этих элементов в почву улучшает ее структуру и стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий, обогащающих почву доступным азотом.

Гашеная известь-пушенка является щелочью, поэтому ею легко переизвестковать почву. Доломит, молотый известняк, мел - это карбонаты, которые растворяются угольной кислотой в почве, поэтому они не обжигают растения их действие много мягче. Лучший материал для известкования - доломитовая мука, содержащая кальций и магний одновременно.

Не годятся для раскисления почвы гипс (сульфат кальция) и хлорид кальция. Эти соединения не раскисляют почву, хотя содержат кальций.

Гипс (сульфат кальция - CaSO4) кроме кальция содержит серу и поэтому не подщелачивает почву. Гипс применяют в качестве кальциевого удобрения на засоленных (и поэтому щелочных) почвах, имеющих избыток натрия и недостаток кальция.

Хлорид кальция (CaCl2) кроме кальция содержит хлор, и поэтому тоже не подщелачивает почву.

Тема. Химическая мелиорация почв. Гипсование солонцовых почв

Основные теоретические положения

Мелиорация (от лат. мelio – улучшать) – это система мероприятий по улучшению свойств и режима почв в благориятных производственном и экологическом направлениях. Мелиорация обеспечивает создание важнейших условий для получения высоких и устойчивых урожаев, рациональное использование почв, совершенствует производство, качественно меняет условия и производительность труда. Следует иметь ввиду, что мелиорация представляет собой лишь часть сложного комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию процесса сельскохозяйственного производства, общего объема продуктивности почв.

1. Распространение солонцовых почв и необходимость их улучшения

Объектами химической мелиорации являются ионообменные и коллоидно-химические свойства почвы , ее кислотно-основные характеристики, солевой и микроагрегатный состав, которые в своей взаимосвязи определяют химико-мелиоративное состояние почвы и могут быть улучшены с помощью различных приемов и методов. Поглотительной способностью обладают почвенные коллоиды – наиболее реакционноспособная высокодисперсная часть почвы, в состав которой входят нерастворимые в воде алюмосиликаты, гумусовые вещества и органоминеральные соединения. Весь этот сложный конгломерат соединений, способный обменивать содержащиеся в нем катионы кальция, магния, натрия, водорода, алюминия и др. на любые катионы естественных и искусственных растворов, называют почвенным поглощающим комплексом.

Солонцеватыми почвами и солонцами называют почвы, содержащие повышенное количество обменного натрия (либо магния) в ППК одного из горизонтов почвенного профиля – иллювиального или переходного горизонта Б, расположенного под самым верхним почвенным горизонтом А. Процесс накопления поглощенного натрия в поглощающем комплексе почвы называют процессом осолонцевания. Обычно солонцы встречаются в комплексе с зональными почвами – бурыми, каштановыми, черноземными, образуя пятна размером от нескольких квадратных метров до десятков гектар. Около 20% солонцовых почв приходится на зону черноземов, а основные их площади находятся в зоне каштановых почв, т.е. на территории с наиболее плодородными почвами. Однако крайне неблагоприятные агрономические показатели солонцов не позволяют использовать благоприятные природно-климатические условия и резко снижают общую продуктивность зональных почв.

На долю солонцовых почв в Российской Федерации приходится 30 млн. га, что составляет 17,5% сельскохозяйственных угодий. В Сибири солонцовые почвы занимают 16% от площади сельскохозяйственных угодий и 12% (7млн.га) к площади пашни. В Красноярском крае, в лесостепной зоне (Канский, Дзержинский районы) формируются солонцовые почвы с содовым типом засоления. В степной (Хакасия) и сухостепной (Тыва) зоне края обнаружены почвы солонцового комплекса со смешанным и нейтральным типом засоления – на них приходится 127тыс. га.

Начало глубокому изучению генезиса и мелиорации солонцов было положено в трудах известного почвоведа-химика К.К.Гедройца – автора коллоидно-химической теории солонцового процесса. Согласно этой теории начальной стадией процесса является поступление в верхние горизонты почвы солей натрия из соленосных отложений или соленых подземных вод под влиянием капиллярных сил, или гидростатического давления. При снижении уровня грунтовых вод и прекращения их миграции вверх дальнейшее засоление не только приостанавливается, но начинается процесс рассоления, выщелачивания солей в нижние горизонты почвы. В соответствии с теорией К.К.Гедройца, наступает вторая стадия солонцового процесса – образование солонца, в которой выделяется три характерных фазы. Во-первых, удаление растворимых солей из верхних горизонтов почвы; 2) образование соды; 3) диспергирование почвенных частиц и вынос их вниз по профилю почвы. При рассолении и понижении концентрации растворимых солей ниже порога коагуляции наступает пептизация коллоидов, содержащих поглощенный натрий, частично переходят в золь, поэтому почвенные агрегаты распыляются. Пептизированные органические коллоиды разрушаются и вымываются из верхних слоев почвы в нижние, распадаются и перераспределяются минеральные коллоиды, образуя иллювиальный горизонт с максимальным содержанием поглощенного натрия.

Хотя основной причиной развития солонцового процесса принято считать обменный натрий, в природе встречаются почвы, обладающие ярко выраженными солонцовыми свойствами, в поглощающем комплексе которых содержится незначительное количество обменного натрия и существенная доля магния. Работами ряда исследователей (А.Н.Соколовский, 1938, А.М.Можейко, 1965, В.А Ковда, 1963) установлено, что при определенном соотношении натрия и магния в почвенном поглощающем комплексе магний выполняет существенную роль в формировании солонцеватости почв. Внедряясь в почвенный поглощающий комплекс, он, хотя и в меньшей степени, чем натрий, увеличивает гидрофильность коллоидов, нарушает связи между отдельными микроагрегатами почвы, вызывает появление неблагоприятных агрохимических свойств, характерных для солонцов.

Солонцовые почвы отличаются низким естественным плодородием. Это объясняется, прежде всего, их отрицательными водно-физико-механическими свойствами. Повышается их набухаемость. В сухой период глинистая масса солонцов сжимается, подвергается консолидации, превращается в плотную, твердую массу, не поддающуюся обработке. Солонцовый горизонт препятствует проникновению вглубь корневой системы растений. Сжатие сопровождается разрывами. Возникает сложная сеть крупных трещин. Особенно отчетливо она проявляется в иллювиальной толще солонца, где формируются столбчатые горизонты. Солонцы возникают в условиях периодически промывного водного режима, когда относительно кратковременная стадия обводнения профиля сменяется иссушением. В период обводнения в анаэробных условиях происходит интенсивная гидратация коллоидов, их набухание. Во влажный период иллювиальные горизонты солонцов часто становятся водоупорными, абсолютно непроницаемыми, а в сухой период поверхностные горизонты могут обладать очень высокой, иногда провальной водопроницаемостью. Этим объясняется глыбистый характер солонцов, их низкое плодородие и сложность окультуривания.

Кроме отрицательных агрофизических качеств, солонцам свойственна повышенная щелочность в горизонте В, губительно действующая на культурные растения и большинство почвенных микроорганизмов. В результате обменной реакции между поглощенным натрием и бикарбонатом кальция или угольной кислотой в почвенном растворе солонцовых почв образуются углекислые соли натрия, которые будучи гидролитически щелочными, создают повышенную щелочность раствора:

(П.П.К) 2Na + Ca(HCO 3) 2 (П.П.К)Ca + 2NaHCO 3 . Cода, присутствующая в поверхностных горизонтах профиля, соль сильного основания и слабой кислоты, подвергается активному гидролизу: Na 2 CO 3 + 2H 2 O > 2NaOH +H 2 CO 3 .

При щелочной реакции нарушается обмен веществ в растениях, уменьшается растворимость и доступность соединений железа, марганца, бора, фосфорнокислых солей кальция и магния в почве, угнетаются процессы фотосинтеза. Гигроскопичность солей резко уменьшает количество почвенной влаги, доступной растениям. Все эти отрицательные черты солонцовых почв приводит к замедлению развития растений, резкому снижению урожая, а зачастую к гибели сельскохозяйственных растений. Влияние засоления почв на развитие полевых культур зависит от биологических особенностей каждой отдельной культуры, так и от степени и химизма засоления и от других агрохимических показателей почвы: ее влажности, запаса питательных веществ. Предельная солеустойчивость сельскохозяйственных культур выражается допустимыми для их возделывания содержанием в почве хлора и для большинства культурных растений находится в пределах от 0,04 до 0,01%. Более устойчивы к засолению зерновые, сахарная свекла, хлопчатник, менее устойчивы бахчевые культуры. Из древесных культур и кустарниковых пород устойчивы к засолению вяз мелколистный, акация желтая, клен татарский, смородина золотистая. Далеко не все соли одинаково токсичны для растений. Наиболее вредна для полевых культур сода, менее токсичны хлорид и сульфат натрия.

2. Значение и сущность гипсования солонцовых почв

Сельскохозяйственное использование солонцовых и солончаковых почв, возможно, только после их коренной химической мелиорации, направленной на опреснение почвы. Понижение засоленности почвы может быть достигнуто механическими, биологическими и физико-химическими методам.

К улучшению солонцовых почв следует подходить дифференцированно, в зависимости от их степени солонцеватости, от количества выпадающих осадков, наличия или отсутствия орошения. В зависимости от величины солонцеватости почвы подразделяются на следующие группы: несолонцеватые - содержащие поглощенного натрия не более 5% от емкости поглощения; слабосолонцеватые – 5-10%; среднесолонцеватые – 10-20% и сильносолонцеватые (поглощенного натрия более 20%), сюда относятся солонцы.

Наибольшую степень солонцеватости имеют солонцы. По характеру засоления выделяются две группы солонцов.

1) содовые и содово-сульфатные (щелочные) лугового и лугово-степного типов, встречающиеся в основном в черноземной зоне;

2) хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные (нейтральные), распространенные в зоне каштановых и бурых почв.

В солонцах первой группы, кроме поглощенного натрия, содержатся водорастворимые соли, имеющие повышенную щелочность (NaHCO 3 и Na 2 CO 3).

Главный способ коренного улучшения этих почв – гипсование, т.е. внесение в почву в качестве мелиорирующего средства гипса CaSO 4 *2H 2 O. Теоретическое обоснование гипсования солонцов было дано в работах академика К.К.Гедройца. При внесении в солонцовые почвы гипса протекает реакция:

ППК] Na Na + CaSO 4 *2H 2 O >ППК] Сa + Na 2 SO 4 .

При внесении в почву гипса в почвенном растворе устраняется сода, поглощенный натрий вытесняется и замещается кальцием с образованием хорошо растворимой нейтральной соли – сульфата натрия. Таким образом, данный прием устраняет щелочную реакцию солонцовой почвы. Замена поглощенного натрия кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов; образующиеся при разложении растительных остатков молодые гумусовые вещества в присутствии кальция склеивают почвенные комочки, поэтому почва приобретает прочную комковатую структуру, улучшаются ее физические свойства, водопроницаемость и аэрация, облегчается обработка. Устраняя щелочность и улучшая физические свойства почвы, гипсование создает благоприятные условия для развития и деятельности почвенных микроорганизмов. Поэтому, под влиянием гипсования улучшаются физические, физико-химические и биологические свойства солонцеватых почв, повышается их плодородие, они становятся пригодными для возделывания даже весьма требовательных культур.

3. Расчет дозы гипса

Дозу гипса устанавливают по содержанию обменного натрия и определяют по формуле: CaSO 4 *2H 2 O = 0,086 (Na – 0,1 * ЕКО)*h*d, где

Непременным условием успешной мелиорации является удаление побочных продуктов реакции гипсования (Na 2 SO 4) из корнеобитаемых горизонтов почвы, во избежание ее вторичного засоление ее вторичного засоления, а это достигается при достаточном естественном увлажнении. Поэтому гипсование целесообразно сочетать с мероприятиями, усиливающими промывание почвы (снегозадержание, дренирование), особенно эффективно в условиях орошения. Орошение способствует удалению натриевых солей из почвенной толщи и предотвращает возможность вторичного осолонцевания или засоления почвы. В условиях орошения мелиоративный эффект может быть достигнут за сравнительно короткий период -2-3 года. В условиях богарного земледелия химический метод (гипсование) наиболее эффективен в степной зоне с годовым количеством осадков 400-450 мм при мелиорации черноземных и лугово-черноземных солонцов.

В сухостепной и пустынно-степной зонах с годовым количеством осадков 200-300 мм химическая мелиорация каштановых и бурых полупустынных солонцов возможна только в условиях орошения.

В степной зоне лучшим местом проведения химической мелиорации являются чистые пары. При недостатке или отсутствии их гипсование проводят под пропашные культуры. В лесостепной зоне лучшее место для гипсования – поле, подготавливаемое для посева сахарной свеклы, а в степной – кукурузы. В кормовых севооборотах гипс вносят под многолетние травы.

Мелиорирующее действие гипса зависит от степени перемешивания его с почвой. Поэтому гипс обязательно заделывают под глубокую зяблевую вспашку, чтобы солонцовый горизонт лучше перемешать с ним и верхним надсолонцовым горизонтом. Причем, способы внесения гипса зависят от глубины залегания солонцового горизонта. При обычной вспашке глубокостолбчатых солонцов солонцовый горизонт в незначительной степени выворачивается на поверхность или совсем не затрагивается обработкой. В этих условиях 75% дозы гипса вносят под вспашку и 25% - поверхностно под культивацию. При вспашке мелких солонцов значительная часть солонцового горизонта выворачивается на поверхность. Половину дозы гипса на них вносят под вспашку либо разбрасывают по поверхности с последующим перемешиванием его с пахотным слоем боронованием, вторую половину – под культивацию. После внесения гипса проводят влагозарядковый полив.

Солонцы – солончаки содового засоления, обладая отрицательными агрохимическими характеристиками, отличаются еще и высокими значениями pH и присутствием бикарбонатов и карбонатов натрия, которые весьма токсичны для растений.

В почвах содового засоления вследствие щелочной реакции почвенного раствора растворимость кальциевых соединений сильно подавлена. Поэтому, несмотря на высокое содержание углекислого кальция в этих почвах, растения испытывают кальциевое голодание, а это, в свою очередь, усиливает угнетающее воздействие высоких значений Ph на растения. Из-за малой растворимости кальциевых соединений применение кальцийсодержащих мелиорантов на содовых солонцах малоэффективно и целесообразно применять кислование почвы с помощью сильных минеральных кислот. Наиболее часто используют для мелиорации почв содового засоления серную кислоту. При кисловании содовых солонцов происходит их радикальное улучшение: нейтрализация щелочности, разложение карбонатов с переходом их в сульфаты и бикарбонаты кальция и магния и образование тонкодисперсного гипса, вытесняющего обменный натрий из ППК:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 CO 3 >CO2 >H2O

CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 CO 3 >CO2 >H2O

ППК] 2 Na + CaSO 4 = ППК] Сa + Na 2 SO 4

В результате этих процессов происходит коагуляция гидрофильных почвенных коллоидов с уменьшением дисперсности, улучшение фильтрационных свойств почвы, улучшение ее кальциевого т питательного режимов. Процесс кислования осуществляется путем непосредственной подачи серной кислоты из цистерны в оросительные системы, где она разбавляется до концентрации 0,8-1,0% путем регулирования скорости подачи воды, и обработки почвы полученным раствором.

Для коренной мелиорации норма кислоты рассчитывается на метровый слой почвы, причем промывные нормы после проведения мелиоративной обработки достигают 17 тыс. м 3 /га. Мелиоративные работы проводят на фоне глубокого закрытого дренажа.

В практике мелиорации почв содового засоления в качестве химического мелиоранта используется и сернокислое железо (железный купорос).

Железный купорос является гидролитически кислой солью, которая при взаимодействии с водой образует гидроксид железа и свободную серную кислоту, воздействующую на солонцовые почвы по описанному выше механизму. Мелиоративный эффект применения железного купороса усиливается его седиментационным воздействием на дисперсные фракции почвы. В результате седиментации гидрофильных коллоидов под влиянием двухвалентного катиона железа повышается оструктуренность, и улучшаются фильтрационные свойства почвы, ускоряется процесс ее опреснения. Внесенный в почву железный купорос вступает в обменные реакции с карбонатами и бикарбонатами натрия, кальция и магния. При этом почвенный раствор обогащается растворимыми солями натрия и магния, которые при последующих промывках выносятся в дренажные воды. Однако при внесении железного купороса наблюдается повышение концентрации подвижных форм железа в почве, что приводит к фиксации доступного фосфора и ухудшению фосфорной обеспеченности растений. Поэтому почвы, мелиорируемые сернокислым железом, нуждаются во внесении фосфорных удобрений.

Высокая растворимость сульфата железа (около 20% при 20 0 С) позволяет вносить мелиорант в почву вместе с оросительной водой, а также с другими мелиорантами, например, с фосфогипсом. Образующаяся при гидролизе сульфата железа серная кислота разрушает пленку карбоната кальция, образующуюся на зернах гипса, и способствует увеличению его мелиоративной активности. Расходы на полную мелиорацию содовых солонцов железным купоросом окупаются за 6-8 лет.

4. Гипсовые мелиоранты

Гипсование является дорогостоящим мероприятием, а малорастворимый гипс – мелиорантом медленного действия. Среди природных соединений, содержащих кальций, в мелиорации солонцов наибольшее распространение получили глиногипс, карбонатно-гипсовая порода, фосфогипс, сыромолотый гипс. Глиногипс содержит 70-90% гипса, до 11% карбоната кальция, примеси магния, натрия, калия, ряд микроэлементов: медь и марганец. Глиногипс является эффективным мелиорантом, особенно в условиях орошения, и оказывает положительное действие на почву и ее плодородие в течение 5-6 лет после внесения.

Аналогичное воздействие на солонцовые почвы оказывает карбонатно-гипсовая порода. Она легко добывается открытым способом и не нуждается в предварительной подготовке и переработке, а по мелиоративному действию не уступает гипсу.

Фосфогипс является крупнотоннажным отходом производства двойного суперфосфата и преципитата. Представляет собой очень тонкий порошок серого или белого цвета, содержащий 75-85% гипса, 0,5-0,6% фосфорной кислоты, 5-6% глины и воду. Фосфогипс гораздо дешевле гипса, обладает более высокой растворимостью, а присутствие в нем водорастворимого фосфора усиливает мелиорирующий эффект. Его использование несколько осложняется высокой гигроскопичностью, поэтому фосфогипс рекомендуется подсушивать и гранулировать в заводских условиях, чтобы он содержал не более 15% свободной влаги.

Сыромолотый гипс получают путем размола природных залежей гипса. Это белый или серый порошок, содержит 71-73% гипса, в воде растворяется слабо. Важное значение имеет тонина его размола. Согласно принятому стандарту, все частицы гипса должны проходить через сито с отверстием 1мм и не менее 70-80% через сито с отверстиями 0,25мм. Влажность молотого гипса не должна превышать 8%, иначе он слеживается, при хранении превращается в глыбы и комки.

5. Агротехнические и агробиологические способы улучшения солонцовых почв

Изучение генетических особенностей солонцовых почв, своеобразное строение их профиля позволило разработать методы коренного улучшения солонцов без внесения химических мелиорантов извне путем использования внутренних ресурсов сомой почвы.

В солонцах второй группы поглощенного натрия немного и нет соды. На этих почвах наиболее эффективен агробиологический способ освоения солонцов. Он заключается в сочетании механического, химического и биологического воздействий на солонцовые почвы с целью их улучшения и состоит из комплекса мероприятий:

1. мелиоративная обработка почв, направленная на создание глубокого пахотного и корнеобитаемого слоя с вовлечением в него углекислого кальция или гипса из нижележащих горизонтов, за счет которых осуществляется самомелиорация солонцов;
2. система применения органических и минеральных удобрений;
3. система влагонакопительных мероприятий;
4. посев культур-освоителей.

Впервые прием самомелиорации солонцов был предложен В.А. Ковдой и А.Ф.Большаковым для мелиорации солонцов Прикаспийской низменности. Применение способа самомелиорации солонцов основано на том, что в зоне сухих степей и пустынной зоне в этих почвах близко к дневной поверхности залегают гипсовый и карбонатный горизонты. С помощью плантажной вспашки на глубину 50-55см гипсовый горизонт, залегающий в этих почвах на глубине 35-50см, перемешивают с солонцовым. Способ мелиоративной обработки зависит от мощности надсолонцового и солонцового горизонтов и глубины залегания карбонатов. На глубоких и средних солонцах применяют трехъярусную вспашку плугом ПТН-40. При такой обработке гумусовый надсолонцовый горизонт остается на поверхности, а солонцовый и карбонатный меняются местами.

На мелких солонцах с неглубоким залеганием (до 40см) залеганием карбонатов проводят плантажную вспашку плугом ППН-50. При этой вспашке происходит перемешивание гумусового, солонцового и подсолонцового (карбонатного) горизонтов. После плантажной вспашки производят обработку почв тяжелыми дисковыми боронами для разрушения глыб, а также выполняют мероприятия по накоплению влаги в почве путем устройства продуваемых полос, посева высокостебельных культур для создания кулис. Затраты на проведение мелиоративной вспашки окупаются за 2-3 года, а длительность действия продолжается 10-12 лет.

Агробиологическая мелиорация включает в себя накопление влаги, введение черных и кулисных паров, напахивание снежных полос, лиманное орошение. Благодаря этому создаются условия для увеличения запасов и выноса вредных солей в нижележащие горизонты. Мелиоративную обработку солонцов осуществляют в раннем или черном пару. При обработке раннего пара основную мелиоративную вспашку на 45-50 см проводят весной, летом его культивируют. Ранней весной следующего года боронуют и высевают культуры – освоители солонцов.

При обработке черного пара основную мелиоративную вспашку проводят осенью. На следующий год осуществляют уход за паром (ранневесеннее боронование, культивация, осеннее глубокое рыхление).

Отрицательные свойства сильнозасоленных почв и солончаков могут быть ослаблены в результате биологической мелиорации. Этот вид мелиорации осуществляется путем возделывания на засоленных почвах галофитов. Галофиты способны поглощать до 25- 50% солей от собственной сухой массы. Скашивание и удаление солянок позволяет освободить поверхностные горизонты от части солей. Кроме того, солянки затеняют почву, обогащают ее верхние горизонты органическим веществом. Такими растениями в зоне каштановых почв являются тамариск, лох, скумпия, акация желтая, клены татарский и ясенелистный. Своей корневой системой они благоприятно влияют на физические и химические свойства почвы. Дополнительная аккумуляция снега не только улучшает их водный режим, но и способствует промывке солей.

Землевавание как способ мелиорации заключается в искусственном создании мощного плодородного пахотного горизонта на поверхности солонца или сильносолонцовой почвы. С этой целью скреперами срезают тонкий (1-2см) слой поверхностного горизонта окружающей солонец плодородной несолонцовой почвы, который и будет пахотным горизонтом нового профиля. Этот прием наиболее эффективен для мелиорации солонцов черноземной зоны, поскольку срезка поверхностных слоев при тщательном выполнении этого приема не вызывает заметного изменения плодородия черноземов.

Срезанный мелкозем гумусового горизонта в буртах складируют на поверхности мелиорируемых солонцовых участков, а затем разравнивают грейдерами по полю. Н.В. Орловский, впервые предложивший этот прием мелиорации солонцов в черноземной зоне Западной Сибири, считал достаточным нанесение слоя мощностью 6-9 см в несколько приемов. Землевание должно сочетаться с интенсивной системой мероприятий по восстановлению плодородия почв на срезанных участках поверхности. Большое значение приобретает внесение удобрений, особенно органических, посев сидератов.

1. Ознакомиться с особенностями солонцовых почв и способами их улучшения по данным конспекта теории;

2. каждый студент получает индивидуальное задание, по материалам которого необходимо определить:

1. потребность почв в гипсовании;
2. рассчитать дозу мелиоранта;
3. предложить агротехнические способы улучшения анализируемой почвы.

Задачи и упражнения

1. Почва – южный чернозем, ЕКО – 36 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 6,4 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,4 г/см 3 , глубина мелиорируемого слоя 0–20см. Определить степень солонцеватости почвы и дозу гипса.

2. Доза гипса составляет 5,8 т/га. Какова норма внесения фосфогипса в физической массе?

3. Определите: а) очередность внесения гипса и его дозу на следующих почвах: светло-каштановая, тяжелосуглинистая, S = 18 ммоль/100 г, Na = 2,3 ммоль/100 г, гумус – 2,1% под культуры севооборота: люцерна – пшеница – однолетние травы – пшеница; светло-каштановая супесчаная S = 12 ммоль/100 г, Na = 1,8 ммоль/100 г, гумус – 1,2% под культуры севооборота: донник-пшеница – картофель – овес; б) какие из указанных удобрений внесете под эти культуры (гипс, простой или двойной суперфосфат, фосфогипс)?

4. Определите степень нуждаемости в мелиорирующем веществе и рассчитайте его дозу для пахотного слоя (0-20см) по следующим показателям:

Таблица 1

5. Почва – солонец корковый, ЕКО – 28 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 6,1 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,5 г/см 3 , глубина мелиорируемого слоя 0–18см. Определить степень солонцеватости почвы и дозу гипса.

6. Рассчитайте норму гипса, необходимую для мелиорации солонца высокостолбчатого, если S – 32,8ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 5,5 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,43г/см 3 , глубина мелиорируемого слоя 0–20см.

Определите степень солонцеватости и рассчитайте норму гипса для мелиорации каштановой почвы с содержанием гумуса 4,5%, если содержание обменного натрия – 3,5 ммоль/100 г, ЕКО – 20 ммоль /100 г, плотность почвы – 1,3 г/см 3 , глубина мелиорируемого слоя 0–18см.

8. По представленным данным, выраженным в ммоль на 100 г почвы определите: нуждается ли почва в химической мелиорации; если нуждается, то в какой?

а) ЕКО=15,5; Нr=8;

б) S=8,5; Нr=4,6;

в) Nа + =5; S=20;

г) ЕКО=28; Са 2+ + Мg 2+ =22; рН Н2О > 7;

д) S=12; ЕКО=20; рН Н2О

е) Са 2+ + Мg 2+ =35; ЕКО=40; рН Н2О > 7;

ж) Са 2+ =8 ; Мg 2+ =3; Нr=6.

9. Для создания культурного пахотного слоя (0-20см) требуется узнать, нуждается ли почва в мелиорирующем веществе и в какой дозе по следующим показателям:

Таблица 2

10. Что можно сказать о почве с точки зрения состава поглощенных катионов почвенного поглощающего комплекса по следующим данным, выраженным в ммоль на 100г почвы?

а) Са 2+ =29 ; Мg 2+ =5,8; Nа + =1,9;

б) Nа + =2; S=22;

в) Nа + =9; ЕКО=28;

г) Са 2+ =7,8 ; Мg 2+ =2,4; S=17;