Лекція 5. Хімічна меліорація 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.