Рівень кислотності ґрунту: вплив вмісту певних поживних елементів

Типи ґрунтів та їхні властивості у різних природних зонах України

Підвищений вміст кальцію і магнію характерний для ґрунтів Степу (чорноземи звичайні, південні, темно-каштанові), середній — ґрунтів Лісостепу (чорноземи типові), низький — ґрунтів Полісся (дерново-підзолисті). Високий вміст кальцію і магнію мають глинисті ґрунти. Особливо бідні на кальцій і магній сильноопідзолені кислі ґрунти легкого гранулометричного складу.

Головною рисою більшості ґрунтів зони Лісостепу є однорідність материнських порід (леси) та суглинковий гранулометричний склад. ґрунти Лісостепу (чорноземи типові), на відміну від ґрунтів Полісся, містять більше гумусу (1,5-4,5%), поживних речовин (середній вміст рухомого фосфору, середній вміст рухомого калію), неглибоке залягання карбонатів, близько до нейтральної реакцію ґрунтового розчину, мають кращі водно-фізичні та біологічні властивості. Реакція ґрунтового розчину слабокисла або близька до нейтральної (рНсол 5,6-6,8). Ґрунти насичені основами кальцію і магнію. Ємність обмінних катіонів досить висока (26-35 мг-екв на 100 г ґрунту), ступінь насиченості основами 90-95%.

Ґрунти Степу (чорноземи звичайні, південні та темно-каштанові) утворилися внаслідок розкладання рослинних решток в умовах непромивного режиму (рис. 1). Гранулометричний склад чорноземів звичайних важкосуглинкові та легкосулинкові види. Сума вбирних основ становить від 20 до 50 мг-екв./100 г ґрунту. Вміст гумусу в основних ґрунтах цієї зони становить від 2,3 до 4,5%, реакція ґрунтового розчину близька до нейтральної, насиченість основами висока. Ґрунти мають низький вміст рухомого фосфору, високий вміст рухомого калію.

Поліська і лісостепова зони забезпечені рухомими фосфатами краще, ніж степова. Низький вміст рухомого фосфору у ґрунтах Степу залежить від складу катіонів у ґрунтовому вбирному комплексі і пов'язаний з зав'язуванням фосфат-іонів (Н2РО_4-, НРО_4-, РО_4-) іонами Са, Мg, Fe і АI. У кислих дерново-підзолистих ґрунтах утворюються малорозчинні фосфати Fe і АI. В нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи, сіроземи) основними фіксаторами фосфору є кальцій і магній. Фосфор, зв'язаний з АI, в 1-6 разів доступніший для рослин, ніж фосфати Fe, а фосфати Fe у 8-18 разів доступніші, ніж фосфати Са. В темно-каштанових ґрунтах вміст обмінного натрію не перевищує 3-5%, однак у засолених ґрунтах він значно вищий. Чорноземи звичайні мають високу потенційну родючість, проте нестача опадів обмежує їх широке використання. Для більшості ґрунтів зони найефективнішим є фосфорні добрива, після них — азотні, а найнижча дія калійних.

Обсяги втрат кальцію і магнію ґрунтами залежить від багатьох факторів: гранулометричного складу ґрунту, суми опадів, доз мінеральних добрив, кислотності, вмісту кальцію та магнію в ґрунті, видового складу вирощуваних культур у сівозмінах та інших умов. 

Найбільше кальцію і магнію втрачається з ґрунту внаслідок вимивання і виносу урожаєм. На різних за складом ґрунтах із ґрунту за рік може бути вимито від кількох десятків до 200-400 кг/га і більше кальцію. Щорічні витрати магнію можуть досягати 20-40 кг/га. Кальцій та магній в 1,5-2 і більше разів вимивається з легких за гранулометричним складом ґрунтів порівняно із важкими. Втрати карбонатів з орних ґрунтів значною мірою залежать від їх гранулометричного складу, зменшуючись від піщаних до глинистих ґрунтів.

Немає жодного елементу, який у підзолистому ґрунті виносився б із нього в таких величезних кількостях, як кальцій. Вимивання обмінних основ із орних ґрунтів нерідко сягає 300-400 кг/га СаСО3 і до 100 кг/га МgСО3, що набагато перевищує втрати азоту, фосфору, калію та інших елементів живлення. На супіщаних ґрунтах втрати становили 0,9-1,0 кг СаО і 0,14-0,19 кг МgО, а на суглинкових — 0,5 СаО і 0,06-0,07 кг МgО на 1,0 кг поживних речовин, внесених із мінеральними добривами.

Великі втрати кальцію з фільтруючими водами, які досягають декілька сотень кілограмів елементу з 1 га в рік, відмічені в країнах Західної Європи (Німеччина, Англія, Франція), де випадає велика кількість атмосферних опадів. Цей фактор, безумовно, є вирішальним у процесі збіднення ґрунтів основами. В Англії і Уельсі внаслідок вимивання із ґрунту щорічно втрачається близько 2 млн. тонн СаСО₃, що приблизно відповідає загальній кількості внесених вапнякових добрив. При цьому втрати кальцію з гектара орних земель у 1,4 раза більше, ніж на луках і пасовищах. В Англії щорічно вилуговується від 56 до 336 кг/га кальцію (у середньому до 168 кг/га), що в перерахунку на карбонат складає 420 кг. Піщаний ґрунт щорічно втрачав з дренажними водами від 380 до 1000 кг/га СаСО₃ у залежності від дози внесеного вапна.

Однією з основних причин підкислення ґрунтів є вимивання обмінних основ атмосферними опадами у нижні горизонти. Також збільшення втрат кальцію з ґрунту, його підкислення, руйнування структури відбувається за впливу кислотних опадів, які утворюються в результаті викидів в атмосферу оксидів сірки і азоту промисловими підприємствами.

У Поліссі та на більшій частині території Лісостепу відновлення кислотності у провапнованих ґрунтах з часом пов’язане як з виносом обмінних основ Ca₂₊ і Mg₂₊ врожаями сільськогосподарських культур (150-180 кг/га щорічно), так і з підкисленням ґрунтів атмосферними опадами й особливо фізіологічно кислими азотними добривами (витрачається від 40 кг до 300 кг СаСО₃ на 100 кг добрив). Підкислююча дія азотних добрив виявляється не тільки в негативному впливі на реакцію ґрунтового середовища, але й у посиленні процесу вилуговування обмінних основ кальцію і магнію з ґрунту. Так, у західних районах ясно-сірі лісові ґрунти, залежно від системи удобрення культур і доз вапна, щорічно втрачали від 230 до 570 кг/га карбонату кальцію. Від 400 до 600 кг/га СаСО₃ втрачалося з орних ґрунтів північно-західної частини території Росії. У всіх наведених прикладах мова йде лише про орний шар ґрунту і про втрати за рахунок вилуговування опадами.

Ми у Telegram

Тримай руку на пульсі важливих агрономічних новин та подій

Втрати кальцію і магнію з ґрунту від застосування мінеральних добрив ведуть до порушення ґрунтових процесів у вигляді підвищення кислотності та погіршення фізичних, фізико-хімічних і мікробіологічних його властивостей. На сірому лісовому ґрунті встановлено, що при збільшенні дози азотного добрива з 60 кг діючої речовини до 240 кг/га інтенсивність вилуговування кальцію збільшилась у 4 рази. Це, насамперед, пов’язано з обмінними фізикохімічними реакціями добрив з твердою фазою ґрунту, що зумовлює надходження у ґрунтовий розчин значної кількості аніонів сильних кислот. Ґрунт підкислюється, що зумовлює підвищення рухомості поживних речовин та інших простих солей і винесення їх низхідним просоченням води у нижні шари і за межі ґрунтового профілю.

Крім того, значна кількість обмінних основ кальцію і магнію виноситься врожаями сільськогосподарських культур (150–180 кг/га щорічно). Лише цукрові буряки за врожаю 400 ц/га виносять з ґрунту 70,0 кг/га кальцію і 25,0 кг магнію. Менше споживають кальцій з ґрунту зернові культури і льон (20–40 кг СаО на 1 га), дуже багато виносять капуста, конюшина, люцерна, люпин (до 250 кг СаО і більше), багато потребує його картопля (85-170 кг СаО). Потреба рослин у магнії також залежить від культур сівозміни. Багато виносять його із ґрунту цукрові і кормові буряки (60-70 кг), картопля (40-60 кг МgО на 1 га). Зернові культури потребують 10-14 кг, злакові трави — 20-30 кг, бобові трави — 33-49 кг і люпин — 20-40 кг МgО на 1 га. Бідні цим елементом піщані і супіщані ґрунти, у яких запаси його в орному шарі складають 30-180 кг МgО на 1 га. Тому важливою умовою є застосування кальцієвих і магнієвих добрив для досягнення оптимального співвідношення Ca:Mg. За внесення одних кальцієвмісних меліорантів може скластися несприятливе співвідношення, унаслідок чого погіршується засвоєння магнію рослинами, виникає його дефіцит.

На фото нижче показано поле сої з дерново-підзолистими кислими ґрунтами, що мають низький уміст рухомих сполук калію, кальцію і магнію, але містять високий вміст водню та алюмінію та до середньої кількості доступного фосфору.

Ґрунти характеризуються вкрай несприятливими фізичними властивостями і поживним режимом. Це пухка, незв'язна маса піску, яка розпадається на окремі механічні елементи, а тому повністю позбавлена структури. При цьому водопроникність їх висока, а вологоємність — низька. Атмосферні опади в них не затримуються, вони легко просочуються вниз, ґрунт швидко висихає до стану критичної вологості, внаслідок чого він не може створити необхідний для рослин запас продуктивної вологи. На фотографії видно пожовтіння країв листової пластинки сої. Це типовий недолік калію у ґрунті. При чому спостерігається крайній ступінь нестачі калію в ґрунті, що значною мірою позначається на зменшенні врожайності.

Роль Ca i Mg у підвищенні кислотності ґрунту

Кальцій і магній є найважливішими елементами у складі катіонів ҐВК. Перш ніж починати будь-яку програму удобрення культур, слід встановити не вміст рН ґрунту, не кількість макро- і мікроелементів, а відсоток насичення ґрунту основами Са та Mg відносно повної обмінної ємкості. 

Для більшості типів ґрунтів оптимальний середній відсоток насиченості ґрунту кальцієм повинен бути 65%, а магнієм — 15%. При цьому не лише важливо усунути як дефіцит цих двох елементів у складі ҐВК, так і їх надлишок. Багато господарств через велику вартість фосфорних та калійних добрив вносять у ґрунт тільки азотні добрива. При цьому під впливом азоту ґрунт втрачає кальцій, що призводить до змін в оптимальному складі катіонів ҐВК, погіршення родючості і важливих властивостей ґрунту. Кальцій витісняється з ґрунту надмірною кількістю азоту. Азот у вбирному комплексі ґрунту призводить до зменшення вмісту кальцію і зростання вмісту магнію. Це одна із причин, чому вважається, що азот з безводного аміаку підвищує щільність ґрунту. 

Насправді, саме надмірна кількість магнію через зменшення кількості кальцію і збільшення його вмісту ущільнює ґрунт. На кожен відсоток кальцію, втраченого під впливом азоту, на 1% зростає кількість магнію. Виведення із ґрунту 10% кальцію під дією азоту призводить до підвищення рівня магнію на 10%. Якщо вміст магнію або кальцію у ґрунті зависокий, рослини не можуть засвоїти достатньо калію. За підвищенням вмісту кальцію або магнію іони К+, Na+, H+ витісняються з вбирного комплексу і вимиваються з ґрунту. Кальцій і магній є антагоністами калію, водню і натрію в ҐВК. Надмірне внесення кальцієвих або магнієвих добрив може спричинити нестачу не тільки катіонів Н, Na, але і калію у ґрунті. Тому надмірне внесення кальцію у ґрунт і досягнення рН ґрунтового середовища вище 6,5 потребує також внесення калію у ґрунт при його низького вмісту невеликими дозами добрив через можливість вимивання данного катіону із вбирного комплексу. Внаслідок антагонізму кальцію і калію виникає потреба збільшення доз калійних добрив за низького його вмісту під час вапнування на ґрунтах з реакцією, близькою до нейтральної. Одночасно з поліпшенням калійного режиму ґрунту підвищується також ефективність вапнування.

Регулювання вмісту калію та магнію у ґрунті

Чорноземні ґрунти Лісостепу і Степу містять значну кількість доступного для рослин калію. Вони також багаті на необмінний калій, який активно переходить у рухомі форми, тому ефективність калійних добрив на цих ґрунтах незначна. Особливо чітко це простежується на ґрунтах важкого гранулометричного складу. Проте перехід необмінного калію у рухомі форми до складу ҐВК при його низькому вмісті на ґрунтах важкого гранулометричного складу при рН ґрунту вище 6,5 значно ускладнений. ґрунти Полісся мають низький вміст рухомого калію. В ґрунтах легкого гранулометричного складу калій у значній кількості мігрує по його профілю.

Є думка, що надмірне внесення калійних добрив може спричинити нестачу магнію. Потрапивши у ґрунтовий розчин, іони магнію сильно гідратуються, тому слабко поглинаються ґрунтом і, на відміну від калію, легко вимиваються атмосферними опадами. Через це у разі внесення калію хлористого збільшуються втрати магнію внаслідок вимивання. Проте катіони Mg2+ несуть подвійний позитивний заряд і є сильнішими по силі витіснення у порівнянні з катіонами К+ , які мають один позитивний заряд, і здатні в ҐВК виштовхувати катіони з одним позитивним зарядом.

Надлишок катіонів магнію із ґрунту можна вивести за допомогою достатньої кількості кальцію під час вапнування, а також внесення у ґрунт сірки. У першому випадку внесене у ґрунт вапнякове добриво сприяє насиченню ҐВК катіонами обмінного кальцію, який витісняє більш слабші катіони Mg, котрі поступово надходять у водний розчин з наступною їх інфільтрацією вниз по ґрунтовому профілю. У другому випадку негативно заряджені аніони сірки (SO42-) притягуються до позитивно заряджених катіонів магнію вбирного комплексу, і здатні їх рухати вниз з дренажними водами та вимивати в підземні води. Речовини, що мігрують в ґрунті (негативно заряджені аніони), здатні виводити надмірну кількість увібраних катіонів з ҐВК. Азот в нітратній формі зазвичай здатен виводити із ґрунту катіони кальцію, а сірка — усі основні обмінні катіони ҐВК (Са₂₊, Mg₂₊, Na+, H+, К+). Проте сірка в ущільненому ґрунту буде витісняти Са, а не зможе знизити вміст магнію або калію, натрію, водню до тих пір, поки кальцію не буде принаймні 60% насичення вбирного комплексу. Доки не буде досягнуто насичення ґрунту кальцієм 60%, азот і сірка сприятимуть втратам кальцію. Після коригування у вбирному комплексі вмісту кальцію, магнію, калію, натрію, водню, сірка буде знижувати необхідні рівні всіх увібраних катіонів. Тому важливо припинити внесення сірки за відсутності надлишку катіонів у складі насиченості ґрунту основами.

Підвищення кислотності внаслідок вимивання кальцію

Головне джерело втрат кальцію з ґрунту — вимивання його з фільтрувальними водами. Середньорічні втрати кальцію з орного шару ґрунту внаслідок його вимивання коливаються від 50 до 250 кг/га в перерахунку на СаО. Більші втрати спостерігаються на дерново-підзолистих ґрунтах і менші — на опідзолених та вилугуваних чорноземах. Внесення мінеральних добрив призводить до значного збільшення втрат кальцію внаслідок вимивання. Застосування кислих мінеральних добрив зумовлює збільшення вмісту кальцію в ґрунтовому розчині та міграцію його з кореневмісного шару ґрунту. На втрати кальцію з фільтрівними водами найбільше впливають азотні добрива, особливо сульфат амонію. Після внесення 100 кг/га азоту у формі сульфат амонію з орного шару може вимиватися близько 250-290 кг/га СаО, а після внесення такої самої кількості азоту у формі нітрату амонію — 70-90 кг/га СаО. Втрати кальцію внаслідок вимивання збільшуються при внесенні фізіологічних кислих азотних добрив разом з калійними. Легкорозчинні аніони SO₄^2-, NO_3-, Сl- , які не сорбуються з ґрунтом і зав'язують еквіваленту кількість катіонів, здебільшого Ca₂₊, Mg₂₊, призводять до підвищення вимивання цих катіонів з фільтрівними водами з ҐВК та підвищення кислотності ґрунту. Підвищення кислотності ґрунту та потреба проведення повторного або підтримувального вапнування не завжди зумовлюється переважно втратами кальцію внаслідок виносу його з урожаєм рослин і вимиванням з орного шару ґрунту опадами у більш глибокі шари, але залежить також від складу і кількості інших катіонів в ҐВК.

Водень у складі ҐВК повинен дорівнюватися між 10-15% насичення ґрунту основами. В межах такого рівня рН ґрунту водень дає більше кислотності ґрунту, в результаті фосфати, калій ті інші поживні речовини стають більш доступними. Водень в цьому інтервалі дещо підвищує кислотність, щоб рослини могли краще поглинати елементи живлення. Наприклад, фосфор зазвичай поглинається рослинами при рН сол. 5,6-7, рН вод. 6,1-7 у вигляді Н₂РО_4- та НРО₄^2-. Коли рН ґрунту перевищує 7, фосфор фіксується у ґрунті за рахунок кальцію в нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи). При нижчих рівнях реакції ґрунтового середовища (рН сол. менше 5,6, рН вод. менше 6,1) фосфор зазвичай зв'язується з розчинним алюмінієм та залізом в кислих дерново-підзолистих ґрунтах.

Наступна, остання частина статті буде більш детально присвячена темі кислотності ґрунту, але з іншого боку — а саме її впливу на доступність поживних елементів і, відповідно, на урожайність культур. Дочекайтеся.

Підтримайте наші агромедіа

Будь-яка сума допоможе працювати на інформаційному аграрному фронті для вас