Современные подходы к известкованию кислых почв

Известкование кислых почв является важнейшим приемом повышения плодородия почв, создающим оптимальные физико-химические условия для развития растений.

Экскурс в историю

В истории сельского хозяйства разных стран мира можно найти немало примеров коренного улучшения почв и повышения урожаев возделываемых культур в результате применения известковых удобрений. В тоже время встречались случаи злоупотребления известкованием на заре развития земледелия, когда еще не существовало теории питания растений, и в вопросах удобрения почв шли наощупь.

С 1964 года в СССР организуется агрохимическая служба с целью изучения химического анализа почв, кормов и растений, а с 1969 года была разработана программа известкования, позволившая за 20 лет создать положительный баланс кальция в земледелии и существенно уменьшить площади сильнокислых почв. В те годы общая площадь кислых почв составляла 50 млн га, с которых  в нашей стране ежегодно не добиралось около 20 млн т продукции в пересчете на зерно.

По расчётам учёных, для достижения и поддержания оптимальной реакции, необходимо ежегодно известковать
10 млн гектаров и вносить около 100 млн т мелиорантов. Как видно из таблицы, в 1990 году мы достигли максимальных объемов известкования кислых почв – 6,5 млн га. Было внесено также 112 кг минеральных и 10,5 т органических удобрений на гектар.

Однако к началу третьего тысячелетия экономические условия функционирования сельского хозяйства нашей страны изменились. Резко снизилась государственная поддержка работ по сохранению почвенного плодородия, а большинство хозяйств не имеют достаточных финансовых ресурсов для организации известкования.В результате этого темпы известкования почв начали резко падать и к 2015 году его объемы сократились до 238 тыс. га, дозы минеральных удобрений – до 38 кг, а органики – до 1,1 т/га. Из таблицы также видно, что урожайность зерновых и зернобобовых культур все-таки выросла – с 13,2 до 24,3 ц/га. Объяснить это можно только лишь тем, что за эти годы около 50 млн га почв с низким плодородием были выведены из оборота, а урожайность возделываемых культур формировалась, в основном, за счет почвенного плодородия. По данным МСХ России, за период 2006-2010 годы отрицательный баланс элементов питания составил 35 млн т в действующем веществе.

Таблица. Объемы применения агрохимикатов и урожайность культур в России

Альтернативы нет

Хорошо известно, что альтернативы известкованию нет. Известковые мелиоранты, нейтрализуя избыточную кислотность в почвах, повышают коэффициенты использования минеральных удобрений. Улучшается экологическая обстановка окружающей среды. Оптимизируются условия для почвенной биоты. Патогенная грибная микрофлора сменяется на бактериальную. Растет число фосфатмобилизующих бактерий, азотфиксатаров, целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Обеспечивается геохимический барьер для вымывания подвижных элементов. Уменьшается вынос биогенов в водоемы.

Следует помнить, что коэффициенты использования азота из удобрений, а, следовательно, и их окупаемость на сильнокислых почвах, в 1,4-2,7 раза ниже, чем на слабокислых и нейтральных. При разбросном внесении фосфорных удобрений на сильнокислых почвах коэффициенты их использования составляют всего 1,7-2,0%. На почвах с благоприятной реакцией – 10-15%, а при локальном внесении – 30%. На неизвесткованных почвах происходит их постепенное дальнейшее подкисление и увеличение содержания фитотоксичных элементов во времени из-за отрицательного баланса кальция и магния.

В среднем за 1 год величина подвижных форм алюминия возрастает на 1,2%, марганца – на 2,1%, а железа – на 2,4%.

Известно, что известкование существенно изменяет свойства почвенного поглощающего комплекса почв. Под влиянием извести достоверно увеличивалась емкость поглощения почв, и это увеличение сохраняется многие годы. Известковые частицы, попадая в почву, становятся центрами структурных агрегатов, способствуя формированию зернистой водопрочной структуры. Учеными доказано, что продолжительность действия извести обусловлена, с одной стороны, дозой ее внесения, а также химическим и гранулометрическим составом мелиоранта. С другой стороны, отчуждением кальция и магния урожаями сельскохозяйственных культур и потерями за счет вымывания, которые, в свою очередь, зависят от уровня применения минеральных удобрений и их химического состава, количества просачивающихся вод, гранулометрического состава почв, времени покрытия почв растительностью.

В составе известковых удобрений кальций и магний находятся чаще всего в виде карбонатов (известняковая и доломитовая мука, туф, гажа), в виде оксидов (частично в составе цементной пыли и сланцевой золы), в виде силикатов (в доменных шлаках). По растворимости эти формы извести можно расположить в следующий ряд: оксид кальция > карбонат кальция > силикаты кальция.

Весьма важным и довольно дешевым источником пополнения запасов природных известковых материалов являются известьсодержащие отходы промышленности, использование которых позволит решить две актуальные задачи:

реутилизацию и вторичное использование отходов, что сократит площади земель, используемых для их складирования;

обеспечение сельхозтоваропроизводителей дешевыми известковыми материалами, территориально расположенными вблизи от потребителя.

Полезные отходы

В институте химической мелиорации почв нами было изучено более двадцати известьсодержащих отходов промышленности, к которым относятся некоторые виды шлаков, шламов, золы сланцев, бурых углей, отходный мел, известково-доломитовые отходы, дефекат и др. Многие из шлаков и зол обладают высокой активностью взаимодействия с почвой, чем существенно превосходят природные карбонаты, а содержащиеся в них примеси микроэлементов часто оказывают положительное влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений. Так, в наших опытах сланцевая зола и цементная пыль на 16-39% эффективнее стандартной доломитовой муки.

В то же время отходы могут содержать различные тяжелые металлы (свинец, кадмий, мышьяк, селен, стронций) и другие опасные токсичные неметаллы и элементы. Использование таких отходов в качестве мелиорантов может представлять опасность для экологического состояния почв и сопредельных сред. Поэтому каждый новый химический мелиорант из отходов должен подвергаться всесторонней экологической оценке и нормированию, базирующему на результатах мониторинга.

Рассчитать дозу

Известно, что свойства кислых почв настолько различны, что при использовании традиционных подходов расчета доз извести по величине рН, гранулометрическому составу и содержанию гумуса приходится сталкиваться как с очень высокой эффективностью известкования, так и с очень низкой из-за недоучета отдельных факторов.

Нами разработана усовершенствованная система расчета доз извести, которая наряду с такими показателями, как реакция почвенной среды, гранулометрический состав, содержание гумуса, мы используем еще и содержание фосфора, фитотоксичных элементов алюминия, марганца и железа, условия увлажнения, типы севооборотов, чувствительность растений к кислотности и ее составляющим. За счет максимально возможной, при современном уровне знаний, адаптации системы известкования к конкретным почвенным условиям и требованиям возделываемых культур можно сэкономить не менее 10-15% извести.

Очень важно знать природу кислотности, чем она обусловлена. Так, например, на торфяных почвах культурные растения прекрасно развиваются при рН 4,5, так как кислотность здесь обусловлена ионами водорода. На избыточно увлажненных, глеевых почвах кислотность обусловлена присутствием в ППК ионов железа и марганца, поэтому на этих почвах доза извести рассчитывается до рН 6,5, так как только при этом значении рН фитотоксичность этих элементов прекращается.

В настоящее время нет достаточно точных методов прогноза продолжительности действия извести. Наиболее надежные данные могут быть получены в многолетних полевых опытах. Известно, что относительно крупные частицы диаметром от 3 до 5 мм не являются «балластом», как считалось ранее, хотя и взаимодействуют с почвой гораздо медленнее, чем мелкие частицы. Для поддержания относительно постоянного уровня реакции почвенной среды в течение продолжительного времени известковые материалы должны содержать широкий спектр частиц различного размера.

Изучаем сыромолотую доломитовую муку

Нами с 2013 года в Ленинградской области ведется работа по внедрению технологии известкования кислых почв сыромолотой доломитовой мукой с тониной помола менее 5 мм. Подготовлены и зарегистрированы технические условия на данный мелиорант. Специалисты Агрофизического НИИ активно участвует в создании программно-аппаратных комплексов для дифференцированного внесения известковых мелиорантов и других минеральных удобрений на современную машину РМУ-8, выпускаемую совместно Германией и Белоруссией. По сравнению с имеющимися машинами МХА-7 и МВУ-8 данные рассеиватели обладают большей производительностью и надежностью в работе, высоким качеством внесения мелиорантов (неравномерность у новых машин от 3 до 10%, а у старых 20-25%), а также возможностью работать по точному земледелию с электронными картами полей, позволяющими учитывать пестроту почвенной кислотности.

С 2012 года на Меньковском филиале АФИ заложен производственный опыт по влиянию доломитовой муки грубого помола на кислотно-основные свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы и урожай козлятника восточного. В опыте использовался отсев доломитовой муки тониной помола менее 20 мм в дозах 3,2-6,4 т/га. Исследования показали, что через два года проведения опыта почва из градации среднекислой (рH кcl 4,6) перешла в градацию слабокислой (рH кcl 5,2 на одинарной дозе извести и рH кcl 5,6 на двойной). Полученные результаты подтверждают нашу гипотезу о пролонгированности действия сыромолотой доломитовой муки. В первые годы снижение кислотности в почве осуществляется за счет мелких фракций внесенного мелиоранта.

Такой разный химсостав

На темпы снижения кислотности почв влияет не только размер частиц вносимых мелиорантов, но и их химический состав. Наиболее сильное действие на почву в первые годы после внесения оказывает гажа, где кальций представлен в карбонатной форме. Однако подкисление почвы, произвесткованной данным мелиорантом, происходит быстрее, чем при использовании других видов известковых удобрений. Доломитовая мука действует на почву сначала слабее, но на 7-8 год эффективность ее выравнивается с гажой. Сланцевая зола и цементная пыль содержат в своем составе как весьма активные соединения кальция и магния (оксиды), так и слаборастворимые (силикаты). По продолжительности действия на почву цементная пыль уступает гаже и доломитовой муке.

Действие полной дозы извести продолжается не менее 7-10 лет и потери извести из почвы в течение этого периода, как правило, не приводят к снижению урожая сельскохозяйственных культур (за исключением овощных участков, с культурами высокочувствительными к кислотности на поливных землях). Необходимость повторного известкования может своевременно показать проводимое в регионе агрохимическое обследование.

Есть примеры

В данной статье хочется выделить республику Татарстан, как один из немногих субъектов Российской Федерации, где вопросам химической мелиорации уделяется серьезное внимание. В период с 2011 по 2013 годы Татарстан ежегодно известковал по 140 тыс. га или более 50% от объемов России.

В республике действует 28 карьеров по добыче и производству местных известковых удобрений с годовой производительностью около 2 млн т. На данные удобрения ученые Агрофизического института в 2006 году разработали технические условия «Удобрения известковые местные ТУ 2189-015-29314001-2006». Доломитовая и известняковая мука вносится в сыромолотом виде с тониной помола менее 3 мм, что существенно снижает стоимость известкования. Окупаемость 1 рубля затрат в республике составляет 2,26 рублей, а срок окупаемости мелиоранта – 2,0-2,5 года.