Лекція 5. Хімічна меліорація ґрунтів

1. Визначення поняття, призначення хімічної меліорації

Визначення поняття, призначення хімічної меліорації

    Меліорація – це заходи, спрямовані на докорінне і пришвидшене комплексне окультурення (розширене відтворення родючості) малопродуктивних ґрунтів, охорона їх від деградації та усунення негативних явищ під час землекористування в результаті поліпшення їх морфології, складу, властивостей і режимів. Серед різноманітних меліоративних заходів, спрямованих на поліпшення якості сільськогосподарських угідь, хімічна меліорація ґрунтів посідає одне з чільних місць у системі інтенсивного землеробства.

Хімічною меліорацією ґрунту називають комплекс заходів, спрямованих на докорінне поліпшення його властивостей з метою підвищення продуктивності сільськогосподарських культур. Це заміна небажаних у складі ґрунтового вбирного комплексу катіонів (водню, алюмінію, заліза, мангану в кислих ґрунтах і натрію – в лужних ґрунтах на кальцій). Надмірну кислотність ґрунту усувають вапнуванням, а надмірну лужність – гіпсуванням. Хімічну меліорацію проводять до внесення добрив з метою створення оптимальної реакції ґрунтового розчину, ліпшого засвоєння елементів живлення з ґрунту і внесених добрив. Її зазвичай проводять один раз за ротацію сівозміни або за кілька років. Основне цільове завдання – створити високу буферну ємність ґрунтів, що забезпечуватиме їх стійке функціонування за різних умов зовнішніх впливів і навантажень. Хімічну меліорацію ґрунтів не слід розуміти надто спрощено – тільки як спосіб нейтралізації зайвої кислотності чи лужності. Як її складові також треба розглядати способи корінного за запасного збагачення ґрунтів біогенними елементами, застосування природних і штучних меліорантів (так званих структурних меліорантів) для створення в ньому стійкого органо-мінерального комплексу, поливні води з добавками відповідних меліоративно-активних речовин, залучення в меліоративну дію (наприклад, унаслідок плантажу) внутрішньоґрунтових речовинних ресурсів та інших, у тому числі й непрямі впливи, що докорінно змінюють агрохімічну якість ґрунту.

Хімічні меліоранти – речовини або суміші речовин природного чи техногенного походження, які вносять у ґрунти з метою їх хімічної меліорації (гіпс, фосфогіпс, крейда, дефекат, породи, що містять більш як 10 % сполук кальцію, червоно-бурі глини, кальцієво-залізовмісні шлами металургійних та інших підприємств тощо).

2. Кислотно-основні властивості ґрунтів

Кислотно-основні властивості ґрунтів

Ґрунти з підвищеною кислотністю найбільш поширені на Поліссі, в західних регіонах Лісостепу та Карпатській буроземно-лісовій області. Солонцеві комплекси і повторно осолонцьовані ґрунти трапляються майже в усіх регіонах Лівобережної України, але найбільші їх площі в Південному Степу.

Регіони поширення кислих ґрунтів достатньо забезпечені вологою (ГТК > 1), із меншою континентальністю клімату та переважанням елювіального (промивного, застійно-промивного) типу ґрунтоутворення. У південних регіонах, навпаки, переважають дефіцит вологи та акумулятивний (непромивний) тип ґрунтових процесів. Ґрунти Лісостепу займають проміжне положення – їм притаманний як елювіальний, так і акумулятивний типи ґрунтоутворення. Вони займають майже 35 % загальної площі сільськогосподарських угідь і мають різну кислотно-основну буферну здатність. Кислотно-основна буферна здатність ґрунту – це його здатність протидіяти явищам підкислення або підлуження і нейтралізувати добавлення кислоти чи луги, що надійшли в нього.

Природна кислотність ґрунтів формується під час трансформування органічної частини ґрунту. За низького вмісту в рослинних рештках лужноземельних металів і білкових сполук, насамперед в анаеробному середовищі, процес бродіння завершується утворенням різноманітних органічних кислот. Вони сильно підкислюють ґрунт, особливо за відсутності їх нейтралізаторів.

За надходження в ґрунт значної кількості органічних речовин починають інтенсивно розвиватися глейові процеси, які розхитують кристалічні гратки глинистих мінералів, призводять до утворення вільних оксидів алюмінію та заліза. Ці оксиди разом із реакційно-активними органічними кислотами утворюють комплекси і вимиваються з верхньої частини ґрунтового профілю.

Важливу роль у формуванні кислотно-основного режиму відіграють буферні властивості ґрунтів, як їх здатність протистояти вторинному підкисленню чи підлуженню. Цю здатність оцінюють за буферною ємністю – безрозмірною величиною, яку визначають у кислотному й лужному інтервалах навантажень і зазвичай вказують за 100-бальною шкалою (табл.1).

Таблиця 1. Класи ґрунтів за кислотною та лужною буферною ємністю 

(С. А. Балюк, Р. С. Трускавецький, Ю. Л. Цапко та ін., 2012)

Урожай сільськогосподарських культур залежить від показника pH ґрунту, оскільки він визначає: доступність поживних речовин (потенціал токсичності); активність мікроорганізмів; сприйнятливість організмів до захворювань; потенційну шкоду культурі, яку завдають деякі гербіциди.

Засвоєння елементів живлення рослинами відбувається за відповідної реакції ґрунтового середовища. Вважають, що оптимальні значення pH для засвоєння рослинами елементів живлення з ґрунту такі: азоту – 6-8; фосфору – 6,25; калію і сірки – 6–8,5; кальцію і магнію – 4,5–6; бору, міді та цинку – 5–7; молібдену – 7–8,5.

Відомі рідини мають такі показники pH: сік лимонний – 3, сік апельсиновий – 4, молоко – 6, чиста вода – 7, морська вода – 8, мильний розчин – 9. У чистій атмосфері без домішок опади підкислюються вуглекислим газом і pH досягає рівня 5,6– 6,0. «Кислими» вважають опади у вигляді дощу або снігу зі значенням pH < 5,6.

Карту, на якій нанесено ареали кислих ґрунтів за ступенем кислотності називають картограмою кислотності. Її використовують: 1) під час розробки проектів меліорації; 2) нарізання полів сівозмін і планування розміщення сільськогосподарських культур; 3) бонітування та оцінювання земель; 4) диференціації вапнування та застосування добрив.

Для кожного виду рослин є сприятливіший для росту і розвитку інтервал реакції ґрунтового середовища. Для більшості рослин і ґрунтових мікроорганізмів оптимальною є слабокисла і дуже слабокисла реакція ґрунтового середовища (рНсол 6–7). Проте відомі культури, для яких найліпшим є кисліше середовище, але вони добре ростуть за широкого інтервалу pH (таблиця).

3. Чутливість культур до кислотності ґрунту

Чутливість культур до кислотності ґрунту

За відношенням до кислотності ґрунту, а відповідно, і за реакцією на вапнування, сільськогосподарські культури умовно поділяють на п'ять груп.

Перша група культур – це найчутливіші до кислотності ґрунту рослини, які потребують нейтральної або слаболужної реакції ґрунтового розчину (люцерна, буркун, буряк, часник, капуста білоголова, салат, шпинат, селера, гірчиця, яблуня, вишня, слива, смородина). Вони активно реагують на внесення вапна навіть на слабокислих ґрунтах.

Рослини-кальцієфіли (айстра степова, порізник проміжний, модрина європейська, кунжут, виноград, маслина та ін.) пристосовані до життя на ґрунтах, збагачених кальцієм, а також у місцях виходу вапняків, крейди та інших кальцієвмісних порід.

Друга група культур – потребує слабокислої та близької до нейтральної реакції ґрунтового розчину. Вони добре реагують на вапнування не лише сильно- і середньокислих, а й слабокислих ґрунтів (пшениця, кукурудза, ячмінь, соя, горох, соняшник, квасоля, боби кормові, вика, конюшина, лисохвіст, огірок, цибуля, капуста цвітна, груша, агрус).

Третя група культур – слабкочутливі до підвищеної кислотності ґрунтового розчину (жито, овес, просо, гречка, тимофіївка, редиска, помідор, морква, суниця). Вони задовільно ростуть у досить широкому діапазоні pH ґрунтового розчину – від кислих до слабколужних (pH 4,5-7,5), але найкращі для їх росту ґрунти зі слабокислою і близькою до нейтральної реакцією (pH 5,5-6,0). Ці культури позитивно реагують на вапнування середньокислих ґрунтів, що пояснюється не лише зниженням кислотності, й ефектом поліпшення мінерального живлення рослин після вапнування.

 Четверта група культур – потребує вапнування лише середньо- і сильнокислих ґрунтів, але погано переносить у ґрунті надлишок кальцію. Так, картопля не реагує на невелику кислотність, а льон навіть краще росте за слабкокислоТ реакції ґрунтового розчину. На перевапнованих ґрунтах, зокрема за недостатнього внесення мінеральних добрив, насамперед калійних, знижується якість продукції: бульби картоплі дуже пошкоджуються паршею і в них знижується вміст крохмалю, а льон уражується кальцієвим хлорозом, що погіршує якість волокна. Це пов'язано не стільки з нейтралізацією кислотності, стільки зі зменшенням доступності з ґрунту бору, цинку, міді і підвищенням концентрації іонів кальцію в ґрунтовому розчині, що ускладнює надходження в рослини катіонів, наприклад калію і магнію. В сівозмінах з великою часткою картоплі й льону у разі внесення високих норм мінеральних добрив, зокрема калійних, вапнування можна проводити повною нормою. Для цього найліпше використовувати доломітове борошно, яке містить кальцій і магній. При вапнуванні знижується доступність для рослин сполук бору, цинку, міді з ґрунту, що потребує внесення їх з добривами. Виконання цих умов сприяє підвищенню продуктивності всіх культур сівозміни.

П'ята група культур – досить стійкі до кислого середовища. Рослини- ацидофіти: люпин, серадела, картопля, льон, щавель, рис та інші ростуть на ґрунтах з pH 4,0-6,0, а оптимальним для них є pH 4,5-5,0. Вони погано ростуть на лужних і навіть нейтральних ґрунтах. Для них потреба у вапнуванні виникає лише на дуже сильнокислих ґрунтах. Наявність катіонів кальцію в ґрунтовому розчині знижує схожість насіння цих культур і негативно впливає на їх початковий ріст.

Деякі рослини потребують особливо кислих умов для росту (чорниця, рододендрони, каштани). Тому в деяких випадках може з'явитися необхідність у зниженні pH ґрунту. Наприклад, щоб поліпшити ріст чорниці необхідний pH ґрунту 5 і нижче. Показник pH можна знизити за допомогою елементарної сірки.

Загалом більшість вирощуваних сільськогосподарських культур позитивно реагує на ліквідацію надлишкової кислотності ґрунту після вапнування (таблиця).

 Негативна дія кислотності ґрунту на рослини складається з прямої дії підвищеної концентрації іонів водню і багатьох побічних чинників. Прямим її наслідком є погіршення розвитку кореневої системи та її вбирної здатності. Особливо чутливі рослини до підвищеної кислотності ґрунту на початку росту. Погіршується ріст і галуження кореневої системи, фізико-хімічний стан плазми клітин кореня, знижується їх проникність, тому погіршується поглинання рослинами поживних речовин ґрунту і добрив.

За високої кислотності розчину іони водню, проникаючи у великій кількості в тканини рослин, підкислюють клітинний сік. Це гальмує біохімічні процеси в рослині. Кисла реакція ослаблює синтез білкових речовин, у рослинах зменшується вміст загального азоту, а кількість небілкового азоту збільшується; пригнічується перетворення моноцукрів на складні органічні сполуки. Кисла реакція негативно впливає на закладання генеративних органів.

Побічна токсична дія кислотності ґрунту багатостороння. Кислі ґрунти мають гірші властивості (фізичні, фізико-хімічні, структуру, ємність поглинання, буферність), знижується діяльність корисних ґрунтових мікроорганізмів, зокрема азотфіксувальних, мінералізація органічних речовин, що зменшує доступність для рослин елементів живлення.

За підвищеної кислотності ґрунту збільшується рухливість у ньому алюмінію, заліза, мангану. До високої концентрації в ґрунтовому розчині алюмінію особливо чутливі конюшина, люцерна, жито і пшениця (під час перезимівлі), ячмінь, горох, буряк, льон, гречка. Вони пригнічуються вже за вмісту алюмінію 20-30 мг/кг ґрунту. При цьому також погіршується фосфорне живлення рослин. Це пояснюється зв'язуванням доступних фосфатів алюмінієм і залізом у нерозчинні та важкорозчинні оксиди.

Слід зазначати, що між чутливістю до кислотності та рухливістю алюмінію в ґрунті немає прямої залежності. Наприклад, льон віддає перевагу кислому ґрунту, але дуже чутливий до наявності в ньому алюмінію і мангану, а кукурудза стійка до вмісту алюмінію, але потерпає від високої кислотності ґрунту. Капуста білоголова середньочутлива до вмісту мангану, але потерпає за високої кислотності ґрунту.

У кислих ґрунтах зменшується рухливість молібдену, тому його може не вистачати для живлення рослин, зокрема бобових. У ґрунтах з кислою реакцією, особливо піщаних і супіщаних, мало рухомих сполук кальцію й магнію, внаслідок чого порушується живлення рослин цими макроелементами.

Отже, для отримання високих урожаїв і підвищення ефективності добрив потрібно проводити вапнування кислих ґрунтів, у тому числі й чорноземів. Декальцинація чорноземів, особливо орного шару, є результатом періодичного промивання верхньої частини профілю і різко від'ємного балансу кальцію в землеробстві.

4. Вапнування ґрунтів

Вапнування ґрунтів.

4.1. Значення кальцію й магнію для ґрунту і живлення рослин

Вапнування – внесення в ґрунт кальцію і магнію у вигляді карбонатів, оксидів або гідрокарбонатів для нейтралізації його кислотності. Це основний і найрадикальні ший прийом поліпшення властивостей кислих ґрунтів.

Позитивна дія вапна полягає у:

– нейтралізації ґрунтової кислотності й заміщенні поглинених іонів водню іонами кальцію і магнію меліоранту;

– створенні оптимальних фізичних, водно-фізичних та інших умов життя культурних рослин;

– поліпшенні азотного режиму ґрунту внаслідок активізації діяльності корисних мікроорганізмів, особливо азотфіксувальних і нітрифікувальних бактерій;

– забезпеченні живлення рослин кальцієм і магнієм;

– запобіганні виникненню мікробного токсикозу при застосуванні мінеральних добрив;

– поліпшенні умов життєдіяльності дощових черв'яків, які сприяють аерації, фільтрації й утворенню водостійких агрегатів;

– перешкоджанні надходженню в рослини важких металів і радіонуклідів;

– стимуляції розвитку корисних мікроорганізмів, які мають важливе агрономічне значення;

– сприянні процесам знешкодження решток біоцидів (пестицидів, гербіцидів, фунгіцидів тощо);

– підвищенні ефективності внесення добрив та якості отримуваної продукції.

У ґрунтах кальцій буває у формі деяких мінералів (доломіт, кальцит та ін.) і різних солей. Водорозчинні солі кальцію утворюють у ґрунтовому розчині іони Са2+, які є доступними для рослин. Частина кальцію зв'язується ГВК. Нестача кальцію в ґрунті призводить до уповільнення поглинання рослинами калію й бору, тому на вапнованих ґрунтах насамперед спостерігається їх калійне і борне голодування.

На ділянках, де є лужний (вапняковий) підорний шар, (і якщо дозволяє гумусовий підорний шар ґрунту) методом глибокої оранки можна підвищити показник pH (самовапнування).

4.2. Вапнякові матеріали

Вапнякові матеріали взаємодіють з ґрунтом за двома механізмами:

1) поступовий перехід основ у ґрунтовий розчин із наступною реакцією з ГВК;

2) контактний обмін поверхневих часточок вапна і ґрунту, при цьому не зачіпаються внутрішні шари гранул; значення цього процесу неістотне. Усі форми вапнякових матеріалів за розчинністю можна розмістити в такий спадаючий ряд: оксиди > карбонати > силікати кальцію.

Внесене у ґрунт вапно взаємодіє з вугільною кислотою ґрунтового розчину і нейтралізує її. При цьому нерозчинний у воді карбонат кальцію поступово перетворюється на гідрокарбонат кальцію (або магнію), який набагато краще розчиняється у воді та сприяє надходженню іонів кальцію в ґрунтовий розчин:

Гідрокарбонат кальцію дисоціює на іони Са2+ і НСОЗ– та частково зазнає гідролізу:

[ГВК^2-]2Н⁺ + Са(НСО₃)₂ → [ГВК² ]Са²⁺ + 2Н₂О + 2СО₂.

 Кожна часточка вапна діє на ґрунт у межах 2 мм. При цьому у ґрунтовому розчині підвищується концентрація катіонів Са2+ і Mg2+, які витісняють з ГВК катіони водню, алюмінію, заліза, мангану і нейтралізують ґрунт:

Внаслідок цих реакцій у ґрунтовому розчині збільшується концентрація іонів Са2+ і ОН-, причому іони Са2+ витісняють іони Н+ з ГВК та нейтралізують кислотність ґрунту.

Карбонати кальцію і магнію також безпосередньо взаємодіють з органічними та мінеральними кислотами і нейтралізують їх:

Отже, після внесення у кислий ґрунт повної норми вапна усувається активна й обмінна кислотність, значно знижується гідролітична кислотність. Вважають, що найсприятливіші умови для росту і розвитку більшості культурних рослин і засвоєння ними елементів живлення складаються за pH ґрунтового середовища близького до нейтрального і нейтрального, тобто від 5,5 до 7,0.

Ступінь взаємодії між обмінним кальцієм і кислотністю ґрунту оцінюють вапняним потенціалом, який визначають як зміну вільної енергії Гіббса в процесі реакції обміну між катіонами кальцію та водню в системі ґрунтовий вбирний комплекс – рідка фаза ґрунту і записують як pH – 0,5 рСа.

Максимальна дія вапна на зміщення показника pH ґрунту досягається у перші 2 роки. Впродовж наступних 5 років знову відбувається поступове підкислення ґрунту і втрачається до 30 % досягнутого рівня нейтралізації. Через 7–8 років втрати досягають 50 % отриманого в перші 2 роки рівня pH. У зв'язку з цим перспективним є створення вапнувальних матеріалів пролонгованої дії, що пов'язано з вмістом широкого спектра часточок різного діаметра. Сировиною можуть бути, наприклад, відходи щебеневого виробництва. Застосування таких матеріалів дасть змогу підтримувати постійний рівень реакції ґрунтового середовища впродовж тривалого часу.

Перехід кальцію і магнію в ҐВК триває більш як 3 роки і залежить від кількості опадів, хімічного складу меліорантів, дози їх внесення, щільності складення, тонини помелу, рівномірності розподілу в ґрунті, застосовуваних добрив, мікробіологічної активності ґрунтів і т. д.

 Ефективність вапнування залежить від рівня кислотності ґрунту: чим вищий рівень кислотності, тим гостріша потреба у внесенні вапняних добрив і більша віддача від їх використання. Тому перевіряти pH ґрунту потрібно постійно.

Про кислу реакцію середовища свідчать деякі зовнішні ознаки. Кислі сильнопідзолисті ґрунти мають чітко виражений горизонт – 10 см і більше. На підвищену кислотність ґрунту вказують також поганий ріст і розрідження (самовипадання) посівів конюшини, люцерни, буряку, пшениці озимої після перезимівлі, активний розвиток таких стійких до кислотності бур'янів і диких рослин, як щавель, осока, жабрій, жовтець повзучий, щучник, багно, ситник, верес, хвощ польовий та ін. Якщо в польових лісосмугах добре ростуть дуб, бук, біла акація, шипшина, то такі ґрунти вапнування не потребують. Велика кількість лободи і кропиви вказує на те, що ґрунт не лише нейтральний, а й багатий на елементи живлення.

Проте рівень кислотності ґрунту і потребу його у вапнуванні в агроценозах, сівозмінах точніше визначають за комплексом агрохімічних показників (обмінної і гідролітичної кислотності, ступеня насиченості ґрунту основами, вмістом органічних речовин, рухомих сполук алюмінію й мангану) з урахуванням гранулометричного складу ґрунту та біологічних особливостей вирощуваних культур, оскільки за pH ґрунту > 6,0 значно збільшуються втрати кальцію внаслідок вимивання. Потрібно також врахувати, що більшість ґрунтів України сильнокислі від природи і перевалновувати їх недоцільно.

За кислотністю та потребою у вапнуванні ґрунти поділено на групи (табл.5, 6).

Таблиця 5. Групування ґрунтів за ступенем кислотності 

Таблиця 6. Потреба ґрунтів у вапнуванні залежно від рНсол (за Т. О. Грінченком)

За ступенем насиченості ґрунту основами (10 додатково уточнюють його потребу у вапнуванні: сильна – V < 50 %; середня – V – 50...70; мала – V = 70...80; потреби у вапнуванні немає – V > 80 %.

За однакових значень pH ґрунти, більш насиченні основами, менше потребують вапнування.

При визначенні потреби ґрунтів у вапнуванні враховують також їх гідролітичну кислотність (табл.6).

За наявності даних про вміст у ґрунті рухомих сполук алюмінію і мангану потребу у вапнуванні уточнюють також і за цими показниками.

Відомості про агрохімічні показники, які визначають потребу ґрунту у вапнуванні, вміщено в ґрунтових та агрохімічних картах (картограмах) і паспортах полів, які на замовлення землекористувача періодично оновлює агрохімічна служба.

Основне вапнування проводять на сильнокислих ґрунтах, підтримувальне, розраховане на компенсацію підкислювальних чинників, на ґрунтах з відносно сприятливим рівнем кислотності з урахуванням типу сівозмін і насиченості їх кальцієфобними і кальцієфільними культурами.

Якщо в господарстві з фінансово-економічних причин не можна відразу провапнувати всі площі кислих ґрунтів, вигідніше провапнувати спочатку середньо- та слабокислі, зазвичай родючіші ґрунти. Це дає змогу з меншими витратами (за менших норм вапна і добрив) отримати високі врожаї цінніших технічних, овочевих, зернових та інших культур. За дуже обмежених фінансово-економічних можливостей господарства можна вносити 20-25 % повної норми вапна (0,5- 1,0 т/га), але вносити його слід під час сівби чи садіння чутливих до кислотності ґрунту культур. Такі норми вапна знижують кислотність ґрунту лише в прикореневій зоні, тому вапнування доводиться проводити 4–5 разів за ротацію сівозміни, що збільшує трудомісткість робіт.

Для визначення місця внесення вапна в сівозміні потрібно враховувати: чутливість вирощуваних культур до кислотності ґрунту; період часу від внесення до прояву максимальної нейтралізуючої здатності певної форми вапняного добрива; організаційно-технічні можливості своєчасного та якісного проведення робіт з вапнування.

У сівозмінах з високою насиченістю льоном, картоплею і люпином вапнування слід проводити за рНсол 5,5 і нижче (на піщаних ґрунтах – 5,2 і нижче). Рекомендується вносити вапно безпосередньо під ці культури або за чотири і більше років до їх сівби чи садіння.

У сівозмінах з конюшиною і люцерною вапняні добрива вносять під покривну культуру або безпосередньо під конюшину й люцерну в разі безпокривного вирощування. У сівозмінах без багаторічних трав вапно вносять під буряк цукровий, пшеницю озиму, горох, боби кормові. Кукурудза зазвичай використовує його післядію. У польовій сівозміні зерно-бурякового виду повну норму вапняних добрив вносять під буряк цукровий один раз за ротацію. В сівозмінах із зерновими і кормовими культурами насамперед вапнують поля, які відводять під найчутливіші до кислотності ґрунту культури – багаторічні трави, коренеплоди, пшеницю озиму, зернобобові. В овочевих сівозмінах повну норму вапна вносять під капусту або коренеплоди. У сівозмінах, в яких люпин, серадела та інші культури використовують на зелене добриво, вапно вносять під час їх приорювання. У процесі закладання садів і ягідників вапнувати кислі ґрунти потрібно з урахуванням поглиблення орного шару ґрунту до 40 см та вимог культури. На сильно- і середньокислих суглинистих ґрунтах під яблуню, грушу, сливу, вишню, смородину вносять 7– 10 т/га СаСO3, на слабкокислих легких – 5–6, під агрус і малину – 3–4 т/га СаС03. Якщо на площі вапнування не проводилось, то вапно можна вносити у посадкову яму, змішуючи його з ґрунтом: під сливу і вишню – 3–5 кг, яблуню і грушу – 2–3, агрус і малину – 0,1-0,2 кг СаСO3. Під дорослі плодоягідні культури за кислого ґрунту вапно можна вносити у пристовбурні смуги в рекомендованих нормах.

На луках і пасовищах половину норми вапняних добрив вносять поверхнево пізно восени або напровесні, заробляючи їх боронами. Якщо проводять докорінне поліпшення луків і пасовищ, то повну норму вапняних добрив вносять під час переорювання дернини. Ці угіддя потребують регулярного підтримувального вапнування, оскільки з травами щорічно виноситься багато кальцію (100-150 кг/га СаС03).

Іншою причиною швидкого відновлення кислотності провапнованих луків і пасовищ є застосування під злакові трави високих (200–300 кг/га) норм азотних добрив, для щорічної нейтралізації яких потрібно 500–600 кг СаСO3 на 1 га.

Повторне вапнування ґрунту після внесення повної норми вапна проводять через 8-10 років або один раз за ротацію сівозміни. У разі внесення половинних його норм вапнування повторюють через 4–5 років. Крім того, невеликі кількості вапна застосовують у суміші з мінеральними добривами для нейтралізації їх потенційної кислотності. Цей захід заважає підкисленню ґрунту і значно підвищує ефективність добрив. Підраховано, що для нейтралізації 1 т мінеральних добрив потрібні такі кількості вапна, т: для сульфату амонію – 1,2, амонію хлористого – 1,4, аміачної селітри – 0,75, аміаку безводного – 1,5, аміачної води – 0,5, карбаміду – 0,8, суперфосфату гранульованого – 0,1, калію хлористого – 0,15.

Для проведення вапнування важливо встановити оптимальну норму вапна з урахуванням особливостей ґрунту та вирощуваних культур. Серед багатьох існуючих нині методів розрахунку в Україні найпоширеніший розрахунок норми СаСO3 (чистого тонкорозмеленого і сухого, т/га) за результатами визначення гідролітичної кислотності за методом Каппена:

де Нг – гідролітична кислотність, ммоль; 50 – кількість мг СаС03, необхідних для нейтралізації 1 ммоль Н+; 10 – перевідний коефіцієнт 100 г ґрунту в кілограми; З • 106 – маса орного шару ґрунту, кг/га; 1 • 109 – перевідний коефіцієнт міліграмів у тонни.

Формулу отримано після виконання таких розрахунків. Для нейтралізації 1 ммоль катіонів Н+ у 100 г ґрунту (Нг) потрібно 1 ммоль еквівалентів Са2+ або в перерахунку на карбонат кальцію СаСO3 50 мг: Са – 40; С – 12; О – 16 • 3 = 48; 40 + 12 + 48 = 100 : 2 – 50. Якщо цю величину помножити на масу орного шару ґрунту на 1 га (в середньому для середньосуглинкових ґрунтів 3 • 106 кг), а для перерахунку міліграмів на тонни поділити на 109, то отримаємо повну норму СаСO3. Якщо вміст діючої речовини у вапнувальних матеріалах вказано у формі не СаСO3, a MgCO3, СаО чи Са(ОН)2, то отриману величину (з урахуванням еквівалентної маси цих сполук) потрібно помножити відповідно на коефіцієнти 0,84; 0,56; 0,74.

Норму вапняних добрив у фізичній масі (Нфм) визначають, виходячи із вмісту карбонатів (діючої речовини вапняних добрив), а також їх вологості і гранулометричного складу:

де Н₀ – розрахункова норма СаСO3, т/га; М – вміст діючої речовини, %; В – вологість, %; А,–А4 – частки часточок < 1 (А1), 1–3 (А2), 3–5 (А3), > 5 мм (А4),%; 0,7; 0,5; 0,2 – нейтралізуюча здатність часточок вапняних добрив порівняно з часточками розміром < 1 мм.

У разі використання дефекату, карбонатного сапропелю та інших м'яких вапняних добрив формула має такий вигляд:

Для доломітового борошна, з вмістом часточок < 1 мм близько 100 % й незначною вологістю придатна формула

Попри гостру критику і навіть повне несприйняття деякими вченими методу Каппена його продовжують використовувати у виробництві. Зазвичай розрахунок норм вапна за гідролітичною кислотністю пов'язаний з явищем перевапнування, негативні наслідки якого спостерігаються на малобуферних ґрунтах досі. Такий традиційний підхід до вапнування не задовольняє потреб інтенсивного землеробства. Разове внесення високих доз вапна з розрахунку на тривалий термін дії часто приводить до надлишку кальцію в початковий період, а потім до зниження pH практично до вихідного рівня. Раціональним є постійне підтримання значення показника pH близьким до оптимального (рНопт). Оптимізацію і стабілізацію pH необхідно забезпечувати за основним і підтримувальним вапнуванням. Відхилення від рНопт має не перевищувати 0,2-0,3 од. Стабілізують рНопт за допомогою підтримувального вапнування систематичним (через 2–4 роки залежно від форми вапнувалього матеріалу, типу ґрунту, вирощуваних культур та ін.) контролем за обмінною кислотністю. Доза внесення вапна визначається гранулометричним складом ґрунту і становить 1,5-3,5 т/га, а на сіножатях та пасовищах у зв'язку з меншим вимиванням з опадами й додатковим надходженням кальцію з гноєм – удвічі менше.

Точну фактичну дозу підтримувального вапнування встановити складно, оскільки вона залежить від значної кількості конкретних змінних чинників. Наприклад, чеські вчені пропонують при річній сумі атмосферних опадів 600 мм вносити 350 кг СаО/га. При відхиленні кількості опадів у той чи інший бік на кожні 100 мм дозу СаО знижують або підвищують на 50 кг СаО/га. Особливо велике значення підтримувальне вапнування має при безвідвальному обробітку ґрунту, так як у цьому разі післязбиральні рослинні рештки за вологої погоди сильно його підкислюють, найбільшою мірою верхній шар. За таких умов підтримувальне вапнування потрібно проводити частіше малими дозами вапна. При цьому найліпшими є форми вапнувальних матеріалів м'якої дії (карбонатні, промислові відходи). Палене вапно вносити не рекомендується.

Гідролітична кислотність окрім іонів водню та алюмінію зумовлена також протонами слабких органічних, у тому числі гумусових кислот, які в природному стані не є вирішальними в утворенні зайвої, токсичної для рослин кислотності ґрунтів. Гідролітична кислотність – це умовна величина, яка характеризує обмін іонів водню, міцно зв'язаних колоїдним комплексом ґрунту, на катіони солі слабкої кислоти і сильного лугу (pH 8,3), тобто лужний розчин ацетату натрію здатний витягувати з ґрунту навіть ті протони, які не мають жодного відношення до утворення надлишкової кислотності і до якої сільськогосподарські культури байдужі.

Некоректність розрахунку норм вапна за повною гідролітичною кислотністю підтверджує такий приклад: у низинних слабкокислих торфових ґрунтах гідролітична кислотність сягає 40–60 смоль/кг, отже, норма вапна має бути 70–100 т/га. Проте відомо, що ці ґрунти вапнувати взагалі немає потреби.

З огляду на світовий досвід нормативи вапнування піддають точному розрахунку й ретельному аналізу щодо економічної та екологічної доцільності його проведення. За останні роки увага до хімічної меліорації ґрунтів зросла. Так, у США обсяги внесення вапна залежно від реакції ґрунтового розчину коливаються від 6 до 12 т/га. У Німеччині щорічно вапнують майже третину сівозмінної площі; тут вносять від 5 до 10 і більше т/га СаСO3 під час докорінної меліорації ґрунтів, а за підтримувального вапнування – не більш як 1 т/га СаСO3. В Англії – країні з добре розвиненими традиціями вапнування ґрунтів – у середньому вносять по 4,4 т/га СаС03. Вчені Австралії вважають, що за розкидного внесення вапна не слід застосовувати більш як 2,5 т/га, оскільки знижуватиметься доступність для рослин магнію і мікроелементів.

Норм вапна для меліорації кислих ґрунтів у світовій практиці традиційно визначають з урахуванням їх гранулометричного складу. Основною передумовою цього є той факт, що буферність ґрунтів, їх опірність порушенню рівноваги реакції при внесенні вапна пов'язана з вмістом у ґрунті мулистої фракції: чим більше в ньому мулистих часточок, тим більше потрібно вапна для зміни реакції.

Нині у виробництві дедалі частіше (поряд із вищеописаним методом) норми вапна розраховують за нормами його витрат на зміщення рНсол:

де ΔρΗ – заплановане зміщення pH (pH оптимальне – pH фактичне); А – витрати СаСО, для зміщення pH на 0,1" т/га; 10 – коефіцієнт для перерахунку в тонни на 1 га.

Вибір методу визначення норм вапняних добрив залежить від матеріально-технічного забезпечення господарства і кваліфікації спеціалістів.

З часом відбувається вторинне підкислення ґрунтів під впливом розбалансованої системи землеробства і техногенних викидів. Це пов'язано з інтенсивним застосуванням мінеральних добрив, особливо азотних, випаданням кислих опадів, високою часткою в сівозмінах культур, що виносять з ґрунту з урожаєм значну кількість кальцію.

Для визначення потреби ґрунтів у повторному вапнуванні проводять додаткове агрохімічне обстеження. Отримані дані порівнюють з показниками, наведеними в таблиці.

Щодо строків проведення повторного вапнування існують різні думки. Так, Н. С. Авдонін (1969) при систематичному застосуванні мінеральних добрив рекомендував проводити вапнування через 6 років, а без них – через 12. Тривалість дії меліоранту обумовлена неминучими втратами кальцію в результаті вилучення з урожаями сільськогосподарських культур і вимиванням атмосферними опадами.

Кількість кальцію, поглиненого рослинами залежить від біологічних особливостей культур, їх урожайності і становить у середньому 25–100 кг/га за рік. І тільки при вирощуванні окремих культур (люцерни, конюшини, соняшнику, овочевих) вилучення вапна з ґрунту може досягати кількох центнерів з одного гектара. Вапнування збільшує винесення основ на 15–20 %.

З усіх катіонів, здатних мігрувати в ґрунтах, кальцій має найбільшу рухливість. Особливо це стосується ґрунтів з промивним типом водного режиму. Втрати кальцію з поверхневим стоком порівняно з вертикальною міграцією значно менші.

Найбільше даних про втрати кальцію (від 10 до 500 кг/га за рік) у результаті вимивання отримано в лізиметричних дослідах. Встановлено, що інтенсивність вимивання залежить від початкового вмісту кальцію в ґрунтах, кількості опадів, гранулометричного складу ґрунтів, дози вапнувального матеріалу, доз і форм мінеральних добрив і т.д.

Оскільки сільськогосподарські культури по-різному відносяться до реакції ґрунтового розчину, вапно у ґрунт вносять з таким розрахунком, щоб його максимальна дія виявлялася на культурах першої і другої груп та меншою мірою – на культурах третьої і четвертої груп. У Лісостепу вапно найліпше вносити під попередники тих культур, які добре реагують на проведене вапнування. Практики віддають перевагу внесенню високої норми вапна в два строки (два роки підряд) для забезпечення високої рівномірності розподілу добрив як по поверхні поля, так і по профілю орного шару ґрунту. Це давало змогу на другий рік після їх внесення досягти оптимальної кислотності без імовірного перевапнування окремих ділянок поля.

При безплужному обробітку ґрунту і монокультурі кукурудзи вапнування проводять удвічі частіше половинними нормами. Пересичення ґрунту вапном знижує доступність для рослин мікроелементів, зокрема для кукурудзи – цинку, для сої – магнію і заліза.

Дуже важливою складовою енергозбережного землеробства є фітомеліорація, тобто зниження фітотоксичності земель і ґрунтів за допомогою рослин. Фітотоксичність ґрунту – його властивість пригнічувати ріст і розвиток рослин.

Фітомеліорація включає добір і розміщення в сівозміні сільськогосподарських культур, що задовільно ростуть на ґрунтах із кислою реакцією середовища, тобто толерантніших до ґрунтової кислотності. На кислих ґрунтах у першу чергу треба утримуватися від вирощування особливо чутливих до кислої реакції культур (коренеплодів, пшениці, ячменю тощо). При цьому перевагу слід віддавати вирощуванню вівса, жита, моркви, люпину, злакових трав, картоплі та інших ацидофільних культур.

На сірих лісових ґрунтах і чорноземах опідзолених з близьким заляганням карбонатів (леси і лесоподібні суглинки) в сівозміну потрібно включати такі фітомеліоранти, як люцерна, конюшина, люпин тощо, які здатні переміщувати кальцій з нижніх шарів ґрунту у верхні, поліпшуючи при цьому вапняний потенціал кореневмісного шару. Це певною мірою оптимізує кислотно-основний режим ґрунтів.

Хімічні меліоранти кислих ґрунтів поділяють на три групи: 1) промислового виробництва(отримують розмелюванням твердих карбонатних порід, наприклад вапнякове і доломітове борошно); 2) відходи промисловості з високим умістом вапна (металургійні шлаки, цементний пил, дефекат, сланцева зола та ін.); 3) місцеві меліоранти з пухких (легких) карбонатних порід (туф, гажа, мергель та ін.), які зазвичай не потребують розмелювання.

У меліорантах промислового виробництва кальцій і магній містяться зазвичай у вигляді карбонатів (вапнякове і доломітове борошно, туф, гажа), силікатів і оксидів (частково в складі цементного пилу і сланцевої золи). Ці меліоранти мають різні хімічний склад, щільність і пористість, тому швидкість їх розчинення і тривалість дії на ґрунт різна.

Якість вапнувального матеріалу оцінюють не лише за вмістом сполук, які нейтралізують кислотність ґрунту, а й за тониною (тонкістю) помелу. Чим тонший помел добрива, тим швидше і повніше воно взаємодіє з ґрунтом та швидше нейтралізує кислотність ґрунту. Кожна часточка вапна діє на ґрунт у радіусі 2 мм, тому збільшення кількості часточок подрібненням і ліпший їх просторовий розподіл у ґрунті підвищує рівень реакції вапнувального матеріалу.

Тверді карбонатні породи залежно від вмісту кальцію і магнію називають вапняками (50–55 % СаО і до 1 % MgO), доломітизованими вапняками (40–55 % СаО і до 9 % MgO) та доломітами (25–32 % СаО і до 14–20 % MgO). За вмісту до 5 % домішок (глина, пісок та ін.) породу називають чистою.

Найм'якішою із твердих порід є крейда (СаС03), яка містить до 55 % СаО і до 0,6 % MgO. Це осадова тонкозерниста гірська порода білого кольору. Складається в основному з карбонату кальцію з незначною домішкою піску та глини. Вона легко розмелюється, тому трохи ефективніша порівняно із вапняком, особливо у перший рік внесення.

Вапняне борошно отримують розмелюванням вапняків. У воді воно важкорозчинне, тому ефективність його значно залежить від тонини помелу. Вапняне борошно має містити карбонатів кальцію і магнію в перерахунку на СаСO3 не менш як 85 %; вологість – не менш як 2 %; вміст часточок розміром 0,25 мм – не менш як 60 %; понад 1 мм – не більш як 10 %. За дією на властивості ґрунту і врожай сільськогосподарських культур на ґрунтах, добре забезпечених магнієм, воно наближається до доломітового борошна.

Доломітове борошно отримують розмелюванням доломіту (суміш СаСO3 + + MgCO3 з СаО + MgO), який має містити карбонатів кальцію і магнію в перерахунку на СаСO3 – 80–110 %. Сірого або темно сірого кольору, належать до твердих вапнякових матеріалів. Якщо в карбонатній породі мінералу доломіту міститься 50–90 %, то її називають вапнистим доломітом, за меншого вмісту доломіту – доломітизованим вапняком.Меліоративна дія висока. Особливо ефективне доломітове борошно на бідних на магній піщаних і супіщаних ґрунтах. При внесенні повної норми доломітового борошна негативний вплив вапнування на картоплю і льон відсутній або значно менший, ніж при внесенні повної норми інших вапняних меліорантів.

Відходи промисловостіза обсягами застосування займають значну частку серед вапняних добрив і за ефективністю не поступаються вапняному борошну, оскільки до їх складу в значній кількості входять органічні речовини, фосфор, сірка, різні мікроелементи. Проте деякі з відходів містять домішки, що негативно впливають на розвиток рослин, зокрема на початку росту. Це слід враховувати при застосуванні їх для вапнування ґрунтів, особливо у високих нормах.

Палене і гашене вапно. У результаті випалювання твердих вапняних порід добувають палене вапно, основою якого є оксиди кальцію і магнію.

За тривалого відкритого зберігання палене вапно взаємодіє з вологою й утворює гідроксид – гашене вапно:

СаО + Н2O → Са(ОН)2.

Гашене вапно як відхід виробництва отримують на вапняних заводах та під час виробництва хлорного вапна. За нейтралізуючою здатністю 1 т гашеного вапна еквівалентна 1,35 т СаСO3.

Розчинність гашеного вапна Са(ОН)2 у 100 разів більша, ніж СаСO3, тому це швидкодійне вапняне добриво найліпше використовувати для вапнування глинистих і важкосуглинкових ґрунтів. Вносять його за два тижні до сівби сільськогосподарських культур. Унаслідок швидшого вимивання кальцію післядія гашеного вапна менша, ніж вапняного борошна.

Дефекат – відходи цукрових заводів після перероблення коренеплодів буряку цукрового. Порошок сірого кольору, розсипчастий, розчинність у воді менша ніж гіпсу, але більш як крейди. Сухий дефекат вологістю не більше ніж 20 % містить 60–75 СаСO3, 10–15 – органічних речовин, 0,2-0,7 – N, 0,2-0,9 – Р2O5, 0,3-1,0 % К2O та інші елементи живлення. Тому за ефективністю для всіх культур дефекат значно переважає вапняне борошно. Дефекат ефективний на ґрунтах з гідролітичною кислотністю не менш як 2 смоль/кг ґрунту.

Серед відходів промислових підприємств для вапнування кислих ґрунтів також можна використовувати перелічені нижче.

Металургійні шлаки – мартенівські, доменні й електроплавильні крім кальцію містять магній, сірку, фосфор, манган та інші елементи живлення, тому вони ефективніші, ніж вапняне борошно.

Цементний пил – відходи цементних заводів. Порошок темно-сірого або сірого кольору, який вловлюється електрофільтрами в процесі виготовлення цементу. Дуже пилить. Містить 45-48 % СаО і 10-15 % К2O. Кальцій міститься у формі оксиду, гіпсу, півтораоксидів, калій – у формі карбонатів, гідрокарбонатів, сульфатів і силікатів.

Флотаційні відходи – відходи промислового добування сірки. Містять близько 80 % СаСO3 і 8-12 % сірки, тому ефективні на бідних на сірку ґрунтах.

Зола сланців утворюється під час факельного спалювання розмелених горючих сланців на електростанціях.

Зола кам'яного вугілля утворюється під час спалювання вугілля на теплових електростанціях.

Зола торфу утворюється в результаті використання торфу на паливо. Нейтралізуюча здатність 30-35 %. Часто застосовують як калійне добриво під картоплю та інші культури, які негативно реагують на вміст у добриві хлору.

Доломітовий пил утворюється в процесі випалювання доломітів. Нейтралізуюча здатність в 1,5 раза вища, ніж карбонату кальцію.

Дунітове борошно – залишок після збагачення платинової руди. Містить 40-50 % MgO.

Газове вапно утворюється на газових заводах. Нейтралізуюча здатність до 70 %.

Содове вапно СаС03 + СаС12 – відходи содових заводів. Порошок білого кольору, містить до 50 % СаО і MgO. Після висушування розсипчастий, не потребує додаткового подрібнення.

Підзол – відходи шкіряного виробництва. Нейтралізуюча здатність до 60 %.

Відходи целюлозно-паперового виробництва – містять до 50 % СаО і MgO.

Карбідне вапно – відходи виробництва ацетилену з карбіду кальцію. Нейтралізуюча здатність 140 %.

Місцеві вапняні добрива –пухкі (м'які) карбонатні породи, які не потребують розмелювання. Вони швидше діють, тому ефективніші, за мелені вапняки. До них належать вапняні туфи, гажа, мергелі, торфотуфи, природне доломітове борошно.

Вапняний туф (джерельне вапно) – пухка, добре розсипчаста порода сірого кольору, що містить 70–90 % СаС03 з органічними і мінеральними домішками. Трапляється у знижених елементах рельєфу – долинах, балках, ярах у місцях виходу на поверхню джерел. Перед внесенням туфу породу просіюють, а великі грудки подрібнюють.

Гажа (озерне вапно) утворюється після висихання озер, що заповнювалися багатими на карбонати водами, або після очищення дна існуючих водойм. При вивезенні на поля потребує підсушування або проморожування, після чого легко розсипається на дрібні часточки (<0,25 мм). Часто ефективніше за вапняне борошно.

Мергель – містить 25-50 % СаСO3, до 2 – MgCO3 та 25 % домішок глини, піску та ін. Тонкозерниста, землиста, щільна або сланцювата осадова гірська порода. Колір сірий, зеленкуватий, жовтий або бурий. Після провітрювання, висихання та промерзання стає розсипчастим і добре розтирається в порошок. Щільний мергель доцільно вивозити на поля взимку для проморожування, що сприяє його подрібненню. За ефективністю не поступається вапняному борошну.

Торфотуфи (торфогажа, карбонатизований торф) – багаті на вапно (містять 10–20, іноді 50 % СаСO3) низинні торфи. Добриво-меліорант, найбільш придатне для бідних на органічні речовини ґрунтів, які знаходяться неподалік від місця його покладів.

Природне доломітове борошно – пухка вапняно-борошниста маса із вмістом близько 80 % карбонатів кальцію і магнію. За впливом на властивості ґрунту і продуктивність сільськогосподарських культур, особливо на слабозабезпечених магнієм ґрунтах, наближається до доломітового борошна, але енерговитрати на його виробництво на 40 % нижчі порівняно з доломітовим борошном. Це добриво має також деякі екологічні переваги – знижується запиленість повітря та втрати кальцію і магнію від вимивання. Тому його можна вносити відцентровими розкидачами мінеральних добрив. Вміст магнію робить це вапняне добриво ціннішим для застосування на легких за гранулометричним складом ґрунтах при вирощуванні картоплі, коренеплодів, льону і багаторічних трав.

Лесові та лесоподібні карбонатні породи з вмістом СаО від 10 до 30 % – нашаровані пористі (48–50 %) карбонатні осадові породи сіро-жовтого чи палевого кольору. Ефективні на кислих ґрунтах легкого гранулометричного складу.

Фосфорити Са3(РO4)2 – сірий або бурий порошок різних відтінків, не злежується. За вмістом Р2O5 розрізняють багаті фосфорити (понад 24 %), середньої якості (18–24 %) та бідні (5–18 %). В Україні є шість основних фосфоритоносних районів: Придніпровський, Харківсько-Донецький, Чернігівський, Сумський, Закарпатський і Кримський.

Кальцій також входить до складу деяких фосфорних та азотних добрив. Зокрема суперфосфат гранульований містить близько 20 % Са (1/3 водорозчинного і 2/3 нерозчинного і важкодоступного для рослин). Найліпшими кальцієвими добривами вважають кальцієву і вапняково-аміачну селітри.

5. Групи солонцевих ґрунтів

Групи солонцевих ґрунтів

Залежно від генезису і властивостей різних видів солонцевих ґрунтів здійснюють диференційований комплекс заходів з підвищення їх родючості. Доцільність меліорації, її вид, технологія визначаються агрокліматичними ресурсами, еколого-меліоративним станом ґрунтів, потребами й ресурсозабезпеченням аграрного виробництва. З урахуванням цього виділяють п'ять меліоративно-технологічних груп солонцевих ґрунтів.

I група – солонцеві ґрунти, які нині за умов дефіциту ресурсозабезпечення не потребують докорінної витратної меліорації. їх родючість підвищують внесенням підвищених норм органічних і мінеральних добрив, запровадженням травосіяння та солестійких культур. До цієї групи належать чорноземи і темно-каштанові слабосолонцюваті ґрунти з плямами солонців до 10 %, а також раніше плантажовані солонцеві ґрунти.

II група – солонцеві ґрунти, що потребують хімічної меліорації. Це чорноземи і каштанові солонцюваті ґрунти з питомою часткою солонців відповідно 10–30 і 30–50 %, зрошувані обмежено придатними водами повторно осолонцьовані ґрунти.

III група – солонцеві ґрунти, придатні для меліоративної плантажної оранки. До цієї групи належать темно-каштанові і каштанові солонцюваті ґрунти з неглибоким (до 40–50 см) заляганням карбонатів і (або) гіпсу.

IV група – солонцеві ґрунти. Обмежено придатні для сільськогосподарського використання. Вони потребують поліпшення безвідвальним обробітком, хімічною та фітомеліорацією. До них належать лучно-чорноземні й лучно-каштанові солонцюваті ґрунти та їх комплекси із солонцями (25–50 %).

V група – солонцеві ґрунти, непридатні для меліорації й обробітку. До цієї групи входять лучно-чорноземні й лучно-каштанові солонцюваті ґрунти та їх комплекси з лучними солонцями (понад 50 %). Якщо вони були розорані, їх необхідно вивести з обробітку для створення культурних сіножатей і пасовищ.

6. Гіпсування ґрунтів

Гіпсування ґрунтів

Метод хімічної меліорації передбачає внесення у солонцеві ґрунти кальцієвмісних речовин (гіпс, фосфогіпс, крейда, вапно, хлорид кальцію), кислот чи кислих форм меліорантів (сульфати заліза й алюмінію, пірит). Серед прийомів хімічної меліорації найпоширенішим є гіпсування.

Гіпсування – внесення гіпсу з метою хімічної меліорації солонцюватих і солончакуватих ґрунтів, які мають велику частку натрію в ҐВК і лужну реакцію, що й зумовлює несприятливі фізичні, хімічні, фізико-хімічні та біологічні властивості й низьку родючість ґрунту.

Теоретичною основою гіпсування є концепція К. К. Гедройца про провідну роль обмінного натрію в солонцевому процесі ґрунтоутворення. Дія гіпсу виявляється в тому, що внесений кальцій витісняє обмінний натрій з ГВК, створюючи переважання іонів кальцію в ґрунтовому розчині, внаслідок чого зменшується рухливість ґрунтових колоїдів (гумусу, глини та ін.), нейтралізується лужність і створюються умови для окультурення ґрунту.

Гіпс ефективно діє лише в тому разі, коли підґрунтові води лежать глибше за 1,2–1,5 м, інакше продукти обмінних реакцій (зокрема сульфат натрію) не виносяться вниз по ґрунтовому профілю й розсолювання не відбувається.

Лужна реакція ґрунту несприятлива для вирощування більшості сільськогосподарських культур, знижує доступність для рослин фосфору, заліза, мангану й бору. Основною причиною загибелі рослин на засолених ґрунтах є високий осмотичний тиск ґрунтового розчину, який перевищує тиск їх клітинного соку, внаслідок чого зменшується надходження води в окремі тканини, збільшується транспірація, погіршуються асиміляція, дихання та утворення цукрів, що призводить до висихання й загибелі рослин.

Потреба у хімічній меліорації солончакуватих ґрунтів зростає (від слабкої до середньої і сильної) зі збільшенням частки натрію в ГВК з 5 до 20 %. Тому гіпсування більше потребують солончакуваті ґрунти (містять 10–20 % іонів Na+) і солонці (містять більш як 20 % іонів Na+ у ГВК).

Властивості слабкосолонцюватих ґрунтів поліпшують за допомогою землю- вання і фітомеліорації.

Землювання – це засипання солонцюватих плям родючим (зазвичай чорноземом) шаром ґрунту 15–20 см.

Фітомеліорація – раціональний добір культур та оптимальних технологій їх вирощування. Частка пару та інших культур у сівозміні (люцерна, буркун, багаторічні злакові трави тощо) мають сприяти розсоленню і розсолонцюванню із застосуванням інших видів меліорації (гіпсування, кислування, землювання, самоусування). Наприклад, конюшина і люцерна, мають глибоку кореневу систему, тому кальцій переміщується з глибоких шарів ґрунту (материнської породи) й накопичується в орному шарі. Він витісняє з ГВК натрій, що сприяє розсоленню ґрунту, а його лужна реакція зміщується в бік нейтральної.

У контексті проведення земельної реформи в районах поширення солонцевих ґрунтів передбачено виведення з ріллі сильносолонцюватих ґрунтів і солонцевих комплексів, де плями солонців займають 50 % і більше, для запровадження на них культурних сіножатей і пасовищ. Для їх створення залучають адаптовані до ґрунтових умов соле- та солонцестійкі культури (таблиця 7).

Таблиця 7. Групи сільськогосподарських культур за соле- та солонцестійкістю (Π. М. Чапко, Μ. Г. Нагарний, 1987; М. 1. Чайка, 2010)

У посушливих районах Степу, де під солонцевим горизонтом на глибині 30–50 см залягають багаті на гіпс і карбонати кальцію шари ґрунту, гіпсування здійснюють за методом самогіпсування. Для цього проводять плантажну оранку на глибину 50–60 см (залежно від глибини залягання гіпсоносного шару ґрунту). Багатий на кальцій шар ґрунту під час оранки виноситься на поверхню і перемішується із солонцевим горизонтом. Глауберова сіль Na2SO4 • 10Н2О, що утворюється внаслідок взаємодії кальцію гіпсу з ГВК, поступово вимивається у нижні шари ґрунту, а кислотність ґрунтового розчину зміщується у бік нейтральної. Плантажна оранка солонців також сприяє руйнуванню досить щільного водонепроникного мулуватого горизонту, в якому гальмуються всі мулувато-пилуваті часточки, що переважно розміщені на глибині 18–20 см. Крім того, поліпшуються фізичні, фізико- хімічні властивості і водний режим солонців, створюються сприятливі умови для збагачення ґрунту рухомими формами елементів живлення та для вимивання легкорозчинних солей. Післядія плантажної оранки виявляється впродовж 50 років.

Меліоративну плантажну оранку не рекомендується проводити на солонцях солончакових і солончаках приморських, на солонцях лучно-каштанових оглеєних і солонцях оглеєних, на солонцевих ґрунтах, що мають глибину скипання карбонатів нижчу за 55 см, на ґрунтах з карбонатними ґрунтоутворювальними породами нелесового генезису (мергелізованими й червоно-бурими глинами, вапняками, морськими третинними глинами та ін.), на мочаристих солонцевих ґрунтах.

 Норми гіпсу визначають за еквівалентною кількістю натрію в ГВК. який має бути замінений на кальцій. Різниця між загальною кількістю обмінного натрію і безпечною його кількістю в ґрунті (зазвичай 5–10 % ємності катіонного обміну) становить кількість натрію, яку потрібно замінити на кальцій. Для заміщення 1 г натрію за еквівалентною масою потрібно 0,086 г CaSO4 • 2Н2O. Виходячи з цього, норму гіпсу Н (т/га) розраховують за такою формулою:

де 0,086 – 1 смоль CaSO4 • 2Н2O, г; Na – вміст натрію у ґрунті, смоль/кг; К – частка допустимого вмісту натрію в ємності катіонного обміну ґрунту (0,05–0,10), за якої гіпсування не проводять; Т – ємність катіонного обміну, смоль/кг ґрунту; h – товщина меліорованого шару ґрунту, см; d – об'ємна маса меліорованого шару ґрунту, г/см3.

Для підвищення економічної ефективності хімічної меліорації вчені ННЦ "Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О. Н. Соколовського" рекомендують вносити кальцієвмісні меліоранти на солонцях Лісостепу в нормі 8–10 т/га, лучно-чорноземних солонцюватих ґрунтах – 3–4, на солонцюватих ґрунтах Степу – 4–6 т/га.

Гіпс, потрапивши в ґрунт, знешкоджує в ґрунтовому розчині соду, шкідливу для розвитку рослин:

а кальцій поступово витісняє натрій із ГВК:

Сульфат натрію, що утворюється, є нейтральною сіллю. У невеликих кількостях він нешкідливий для рослин, але при гіпсуванні солонців, де вміст натрію в ГВК понад 20 %, його потрібно видаляти вимиванням із кореневмісного шару ґрунту.

Взаємодіючи з ґрунтом, гіпс одночасно діє на рослини, оскільки є додатковим джерелом кальцію та сірки і може бути ефективним добривом на будь-яких (а не лише на лужних) ґрунтах.

Для гіпсування ґрунтів використовують гіпс та інші відходи хімічної промисловості.

Гіпс (CaS04 • 2Н3O) – безбарвний і прозорий, а за наявності домішок має забарвлення від сірого до бурого. Містить 71–73 % CaSO4.

Фосфогіпс – побічний продукт виробництва фосфорних добрив – суперфосфату подвійного і преципітату. Містить 70–75 % CaSO4 і 2–4 % Р2O5 тому ефективніший, ніж гіпс, при внесенні в еквівалентних нормах.

Глиногіпс – природні поклади пухкої породи, що не потребує розмелювання. Містить 60-90 % CaSO4.

Нині як меліоранти використовують хлорид кальцію, сірку, сульфат заліза, сульфат алюмінію, дефекат, неорганічні кислоти (сірчану, соляну, азотну) тощо. Вибір меліоранта визначається ефективністю його впливу на ґрунт та відповідною властивістю ґрунту.

Якщо замість гіпсу застосовують інший меліорант, то при визначенні його норми, враховують вміст меліоруючих речовин, еквівалентний 1 т гіпсу. Для цього використовують коефіцієнти перерахунку цих речовин на гіпс: гіпс (CaSO4 • 2Н2O) – 1,0; хлорид кальцію (СаС12 • 2Н2O) – 0,85; сірка (S) – 0,19; сірчана кислота (H2SO4) – 0,57; сульфат заліза (FeSO4 • 7Н2O) – 1,62; сульфат алюмінію (A12(SO4)3 • 18Н20) – 1,29; полісульфід кальцію (CaS5) – 0,77; вапняк (СаСO3) – 0,58; глиногіпс (60 % CaSO4 • 2Н20) – 1,67.

Ефективність гіпсування солонців у лісостеповій зоні досить висока. Після одноразового внесення гіпсу в нормі 10 т/га приріст урожаю зерна колосових культур щорічно впродовж 7–8 років становить 0,5 т/га, однорічних трав – 2,5, а багаторічних – 3,5 т/га. В середньому за 8–10 років у степовій зоні він дещо нижчий – 0,3-0,4 т/га.

Плантажна оранка забезпечує середньорічний приріст урожаю зернових культур у межах 0,4-1,0 т/га.

У богарних (незрошуваних) умовах меліорант повільніше взаємодіє з ґрунтом, тому його дія триваліша, а повний ефект досягається лише на 4-5-й рік. Отже, для підвищення ефективності гіпсування потрібно сприяти збільшенню вологозабезпеченості ґрунту.

Ефективність гіпсування ґрунтів зростає за поєднаного внесення органічних і мінеральних добрив. Серед мінеральних добрив у цьому разі ефективніші фізіологічно та гідролітично кислі форми.

Зміна агрохімічних і фізичних властивостей солончакуватих ґрунтів відбувається доволі повільно, але зберігається тривалий час. Тому повторну меліорацію за потреби проводять не раніше, ніж через 10 років.