4 лекция Химическая мелиорация. Лекция 4 Химическая мелиорация
 Скачать 44.08 Kb.
|
|
Лекция 4 Химическая мелиорация Виды кислотности почв. Характеристика кислотности пахотных почв Кемеровской области в динамике. Принципы химической мелиорации почв. Известкование как прием улучшения кислых почв. Расчет доз извести. Длительность действия извести. Площадь кислых почв и потребность в известковых удобрениях в Кемеровской области. Действие кальция при известковании и гипсовании. Химическая мелиорация щелочных почв (гипсование и кислование) Эффективность известкования почв. Кислотность - один из основных показателей плодородия почвы, оказывающий влияние на урожайность, качество продукции и эффективность применения удобрений. Кислотность почв определяется величиной концентрации ионов водорода в почвенном растворе. Вода, в слабой степени подвергаясь электролитической диссоциации, распадается на два иона: Н+ и ОН-. Концентрация этих ионов ничтожная; произведение концентрации [Н+] [ОН-] = 10-14. В абсолютно чистой воде должно находиться равное количество [Н+] = [ОН-] = 10-7. Кислоты, присутствующие в почвенном растворе, повышают концентрацию Н+ -ионов ([Н+] > 10-7) и создают кислую реакцию. Присутствие оснований или щелочей повышает концентрацию ОН+ -ионов и создает щелочную реакцию ([Н+] <10-7). Поскольку иметь дело с такими малыми показателями неудобно, оперируют с отрицательным десятичным логарифмом величин концентраций Н+-иона. Этот логарифм обозначается через рН. Следовательно, рН = -Ig [Н]+. В нейтральных растворах величина рН = 7, в щелочных рН> 7, в кислых - рН <7. Величина рН почвенного раствора изменяется от 3 до 9. Степень кислотности почв является чрезвычайно важным показателем, так как определяет многие генетические и производственные качества почвы. В зависимости от степени кислотности почвенных растворов в почве растворяются различные легко- и средне растворимые соединения. В кислых почвах отсутствуют хлориды, сульфаты, карбонаты. В нейтральных почвах присутствуют карбонаты и следы сульфатов. В почвах с щелочной реакцией накапливаются не только карбонаты, но и сульфаты и хлориды. Различные растения на протяжении многовекового процесса естественного отбора приспособились к определенной концентрации элементов в разных почвах. Каждое растение имеет определенный интервал кислотности, при котором оно может нормально развиваться. Различают активную (актуальную), обменную и гидролитическую кислотность почвы. Активная кислотность зависит от концентрации ионов водорода в почвенном растворе и определяется при помощи водных вытяжек из почвы растворами нейтральных солей (обычно раствором хлористого калия). Полное вытеснение поглощенных ионов водорода достигается воздействием на почву раствором гидролитически щелочной соли (обычно раствором уксусно-кислого натрия). В этом случае кислотность называется гидролитической (Практикум..., 2001). Реакция почвенного раствора (рНс) в различных почвах колеблется от 3,5 до 8-9 и выше. В России более 48% почв характеризуется очень низким, низким и средним содержанием кальция. Эти данные свидетельствуют о существовании на значительной территории страны большой проблемы кальциевого питания сельскохозяйственных культур и необходимости её решения комплексом агрохимических приёмов. Кислотность почвы оказывает влияние на доступность фосфора. Работами многих ученых К.К. Гедройца, Д.Н. Прянишникова, A.B. Соколова, Авдонина Н.С, Д. Кука, Н.М. Глазуновой, Н.П. Карпинского, К.А. Блэка, Л.А. Лебедевой и др., установлено, что известкование кислых почв сопровождается мобилизацией фосфатов почвы и улучшением фосфорного питания растений. В то же время при слишком высоком значении рН и малом количестве свободного водорода фосфаты так же будут превращаться в недоступные для растений формы. При снижении кислотности повышается необменное поглощение калия, увеличивается калийный потенциал и снижается содержание доступного для растений калия. Поэтому на известкованных почвах резко возрастает эффективность калийных удобрений. Мобилизация фосфатов в почве при известковании происходит путём перехода фосфатов полуторных окислов в более доступные растениям фосфаты кальция и уменьшением связывания почвой фосфатов удобрения. При этом улучшаются условия для деятельности микроорганизмов, под влиянием которых фосфор из органической формы переходит в соединения преимущественно минерального характера, усваиваемые растениями. Кислые почвы (рНс<5,5) занимают 31,8% от обследованной площади в России. В Сибирском округе по состоянию на 01.01 2001 года пахотные почвы, подлежащие известкованию, занимают 26,4% площади. В Кемеровской области кислые почвы занимают более 50% площади пашни. Средневзвешенный показатель кислотности почв (рНс) варьирует от 5,2 в расчлененной лесостепи до 5,7 в степном ядре Кузнецкой котловины (табл. 1). Таблица 1 - Динамика средневзвешенного значения кислотности (pHс) пахотных почв Кемеровской области
Тенденция подкисления почв связана с незначительными объёмами известкования и внесения органических удобрений, утратой кальция в связи с выносом полевыми культурами. Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде – реакции почвенного раствора (табл. 2). Таблица 2 - Влияние внешней среды на питание растений и эффективность удобрений (В.Г. Минеев, 2004)
Неблагоприятное влияние кислой реакции на питание растений весьма многосторонне (рис. 1). Прямое вредное действие повышенной концентрации ионов водорода сочетается с косвенным влиянием ряда сопутствующих кислой реакции факторов (В.Г. Минеев, 2004). На большинство сельскохозяйственных культур повышенная кислотность почвы оказывает отрицательное действие, и они положительно отзываются на известкование. При повышенной кислотности почвенного раствора ухудшаются рост и ветвление корней, проницаемость клеток корня, поэтому ухудшается использование растениями воды и питательных веществ почвы и внесенных удобрений. При кислой реакции нарушается обмен веществ в растениях, ослабляется синтез белков, подавляются процессы превращения простых углеводов (моносахаров) в другие более сложные органические соединения. Особенно чувствительны растения к повышенной кислотности почвы в первый период роста, сразу после прорастания. Помимо непосредственного отрицательного действия, повышенная кислотность почвы оказывает на растение многостороннее косвенное действие. Почвы, в коллоидном комплексе которых значительное количество занимают катионы водорода и алюминия (кислые почвы) или натрия (щелочные почвы), отличаются плохими агрономическими свойствами и нуждаются в химической мелиорации. В условиях кислых почв важнейшая составная часть системы (СУ) - известкование. Внесение извести коренным образом изменяет свойства почвы: приводит к обогащению почвы элементами питания и оптимизации кислотности как пахотного, так и подпахотного горизонтов, улучшению агрофизических свойств почв. Известкование — это приём внесения извести, доломитовой муки, дефеката и других известковых материалов на кислых почвах. Замена водорода и алюминия в ППК на кальций происходит по следующей схеме: H+ Сa2+ [ППК]Al3+ +2CaCO3 + 2H2O → [ППК]Сa2+ + Al(OH)3 +2H2CO3↓→H2O H+ H+ CO2 Образующаяся при этом слабая угольная кислота легко распадается на воду и диоксид углерода. Известкование, как приём улучшения кислых почв, известно давно. Помимо перечисленного положительного влияния на почву оно, устраняя избыточную кислотность, также снижает подвижность и токсичность алюминия, повышает эффективность удобрений. Нормы извести зависят от степени кислотности почв, их механического состава и особенностей возделываемых культур. Полная норма - количество извести, необходимое для уменьшения повышенной кислотности пахотного слоя почвы до близкой к нейтральной реакции (до значения рН солевой вытяжки 5,6—5,8), благоприятной для большинства культур и полезных микроорганизмов. Ориентировочные нормы извести можно определить по величине рН солевой вытяжки с учётом механического состава. В зависимости от этих показателей ВИУА рекомендует вносить в дерново-подзолистые почвы, содержащие не более 3% органического вещества, следующие нормы извести (табл. 4). Таблица 4 - Нормы извести (СаС03, т/га) в зависимости от рН солевой вытяжки и механического состава почвы
Более точный расчёт доз извести или известкового материала проводят по гидролитической кислотности. Для вычисления дозы извести (в тоннах CaCO3 на 1 га) умножают величину гидролитической кислотности (Нг), выраженную в мг-экв. на 100 г почвы, на коэффициент 1,5. Доза CaCO3 = Нг×1,5. При использовании известковых материалов, в которые входит значительное количество примесей, делают соответствующую поправку по следующей формуле:  .Дозы извести можно также определить приблизительно по величине рН солевой вытяжки из почвы. По рекомендации лаборатории известкования почв ВИУА, при известковании почв надо ориентироваться на реакцию почвы, соответствующую примерно рН водной вытяжки 6,2-6,5 или рН солевой вытяжки 5,6-5,8, т.к. в севообороте выращивают разные растения, отличающиеся друг от друга по своему отношению к почвенной кислотности Длительность действия извести зависит от дозы, вида и качества известковых удобрений, погодных условий и количества применяемых минеральных удобрений. При внесении извести в малых дозах (2-4 т/га) эффективное действие известкования прослеживается в течение 5 лет, в средних дозах (4-8 т/га) – от 7 до 9 лет, в высоких дозах (9-12 т/га) – 12 лет. В условиях интенсивного применения минеральных удобрений, устойчивое действие извести продолжается 5-6 лет, затем при понижении величины рНс известкование повторяют. В Кемеровской области при периодичности известкования кислых почв один раз в семь лет ежегодный объём первоочередной химической мелиорации составит 21,9 тыс. га сильно- и среднекислых почв (табл. 5). Таблица 5 - Потребность в известковых удобрениях в Кемеровской области
Дозы СаСОз на планируемый сдвиг реакции почвенной среды с целью достижения заданного уровня рассчитывают по следующей формуле: Д=10 х ΔрН х а, где: Д – доза СаСОз, т/га; ΔрН – планируемый сдвиг рН; а – норматив расхода СаСОз для сдвига рН на 0,1, т/га; 10 – коэффициент Наиболее точно нормы извести устанавливают по результатам полевых опытов в конкретных почвенно-климатических условиях. По данным Центра агрохимической службы, известкование на производственных площадях Кемеровской области показало, что для сдвига рН на 0,1 единицы на серых лесных почвах расход извести составляет 0,75-1,37 т/га СаСОз; на чернозёмах выщелоченных 0,85-1,50 т/га и на лугово-чернозёмных – 1,0-1,5 т/га. Все почвы имеют тяжелосуглинистый механический состав, но разное содержание гумуса: от 4,8% на серых лесных почвах до 9,0% на лугово-чернозёмных (О.И. Просянникова, 2005, 2006). Химическая мелиорация щелочных почв (гипсование). Кальций, входя в коллоидный комплекс солонцовых почв, обусловливает коагуляцию почвенных коллоидов, улучшает агрофизические и химические свойства, а вытесненный натрий образует с анионом SO2-4 гидролитически нейтральную и хорошо растворимую соль. В результате снижается щёлочность почвенного раствора, а натрий вымывается. Расчёт доз гипса для мелиорации солонцовых почв проводят по содержанию обменно-поглощённого натрия аналогично расчёту доз извести по содержанию водорода (гидролитическая кислотность) с той лишь разницей, что количество кальция определяют на полное вытеснение обменно-поглощённого водорода, а для натрия за исключением 5% от ёмкости катионного обмена (ЕКО). Для химической мелиорации щелочных почв помимо гипсования нередко используют кислование — внесение пиритных огарков, кислот и т.д. Эффективность известкования в большой степени зависит от равномерного внесения извести в почву и тщательного перемешивания её с почвой. Известь должна быть хорошо измельчена и перед заделкой равномерно рассеяна по поверхности почвы, что лучше всего достигается с помощью известковых сеялок и разбрасывателей. Пылевидные известковые удобрения — известняковая мука, сланцевая зола, цементная пыль и пылевидные отходы металлургической промышленности вносят цементовозами или другими машинами этого типа. Необходимо применять такой способ заделки извести, при котором обеспечивается хорошее перемешивание её со всем пахотным слоем почвы — под плуг с осени под зяблевую вспашку или весной под перепашку зяби, лучше всего вместе с органическими удобрениями — навозом, торфом, компостами. С организационно-хозяйственной точки зрения наиболее удобно проводить известкование в парующих полях. В севооборотах с клевером объектом первоочередного известкования является покровная культура. В пропашных севооборотах известь в первую очередь необходимо вносить под кукурузу и корнеплоды, а в овощных — под капусту и свеклу. На естественных сенокосах и пастбищах известь вносят поверхностно. Известкование кислых почв резко повышает продуктивность кормовых угодий, при этом не только возрастает урожай, но и улучшаются состав травостоя, кормовые достоинства сена и пастбищного корма. Система удобрения кислых почв состоит из двух основных приёмов: известкования и применения органических и минеральных удобрений. Известь устраняет избыточную кислотность почвы, удобрения обеспечивают растения питательными элементами. Известкование почв не может заменить удобрения, удобрения не заменяют известкования (И.А. Шильников, Н.И. Аканова, 2001). Экономическую эффективность известкования рассчитывают по формуле: Д = (С – З) – (З1 + З2), где Д – чистый доход с известкованной площади, руб.; С – стоимость дополнительно полученной продукции от применения извести за весь период действия извести, руб.; З – затраты на уборку, транспортировку и хранение дополнительного урожая, полученного за весь период действия извести, руб.; З1– затраты на приобретение извести и транспортировку в хозяйство, руб.; З2 – затраты по внесению извести в почву. Затраты на известкование кислых почв состоят из следующих элементов: погрузка извести в железнодорожные вагоны; стоимость извести с железнодорожным тарифом; стоимость поставки вагонов в железнодорожный тупик; выгрузка извести россыпью из вагонов; погрузка извести в автомобиль; доставка извести в хозяйство; буртовка извести; погрузка извести в транспортное средство; доставка извести в поле; погрузка извести в разбрасыватель; внесение извести разбрасывателем; заделка извести; разработка проектно-сметной документации на известкование. Ориентировочная стоимость одной тонны извести в Кемеровской области (в 2007 г.) с железнодорожным тарифом – 346 руб., стоимость транспортировки и внесения одной тонны извести – 468 руб. В опытах, проведенных в условиях расчленённой лесостепи Кемеровской области на среднекислых тёмно-серых лесных почвах, прибавка от известкования составила в среднем 2,2 ц/га зерновых единиц в год. Рентабельность известкования на среднекислых почвах составляет в среднем 80%, по почвенно-агрохимическим районам рентабельность варьирует от 50 до 100%. На известкованных почвах эффективность минеральных удобрений, по нашим расчётам, увеличивается на 23-30%, что позволит дополнительно получить 100-150 млн. руб. валового дохода. Известкование – один из наиболее экономически выгодных приемов повышения урожая сельскохозяйственных культур на кислых почвах. Список литературы: Минеев В.Г. Агрохимия. 2-е издание переработанное. – М. – «КолосС», 2004. – 719 с. Ягодин Б.А. Агрохимия: учебник / Б.А. Ягодин, Ю.П. Жуков, Б.И. Кобзаренко; под общ. ред. Б.Я. Ягодина. – М.: Колос, 2002. – 584 с. Просянникова О.И. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии: учебное пособие / сост. О.И. Просянникова, М.Т. Логуа, Т.И. Григорьева. – Кемерово: ИИО Кемеровского ГСХИ, 2011. – 197 с. Дополнительная литература: Державин Л.М. Интегрированное применение удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии в нечерноземной зоне Европейской части России: практическое руководство.- М.: ВНИИА, 2005.- 160 с. Минеев В.Г. Биологическое земледелие и минеральные удобрения / В.Г. Минеев, Б. Дебрецени, Т. Мазур. - М.: Колос, 1993. – 415 с. Просянникова О.И. Почвенно-агрохимическое районирование и применение удобрений в Кемеровской области. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2007. - 212 с. Контрольные вопросы и задания: 1. Назовите группы культур по отношению к реакции почв. 2. В чем проявляется отрицательное действие кислотности почв на растения? 3. Каковы роль и значение кальция и магния в питании растений? 4. Каково влияние кальция и магния на агрохимические и физические свойства почв? 5. Каковы критерии нуждаемости почв в известковании? 6. Расскажите о методах определения доз извести и способах ее внесения. 7. Что вы знаете о реакциях взаимодействия извести с почвой? 8. Каковы статьи прихода и расхода в балансе кальция? 9. Что можно определить по результатам баланса кальция? 10. Чем отличаются мелиоративное и поддерживающее известкования? 11. Назовите виды и формы известковых удобрений. 12. Каковы требования к качеству удобрений и известкованию почв? 13. Как определить эффективность известкования почв? 14. Есть ли способы и приемы повышения эффективности известкования? 15. В чем особенности известкования почв в севооборотах со льном и картофелем? 16. Какие почвы и по каким показателям нуждаются в гипсовании? 17. Как определить нуждаемость в мелиорации и дозу гипса? 18. Назовите материалы и приемы для гипсования почв. 19. Какие процессы происходят в почве при гипсовании? 20. Каковы приемы повышения эффективности гипсования? 21. Что вы знаете о применении гипса на кислых и нейтральных почвах? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||