ПРАКТИКУМ АГРОПОЧВОВЕДЕНИЕ. Практикум по агропочвоведению Учебное пособие
 Скачать 17.78 Mb.
|
9. Реакция почв и способы ее мелиорации(практическое занятие № 9)Основные теоретические положенияРеакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов водорода (H+) и гидроксила (OH-). Концентрацию водородных ионов в растворе принято выражать условно символом рН, который обозначает отрицательный десятичный логарифм активности этих ионов (ан+): рН = -lg аН+ Таким образом, рН - это обратный десятичный логарифм активности или концентрации ионов водорода в растворе. Символ рН позволяет выразить активность водородных ионов (аН+) в кислой и в щелочной среде, то есть представить аН+ в пределах 100 – 10-14. С увеличением концентрации водородных ионов (подкисление раствора) активность ионов водорода так же повышается, значение рН понижается; при подщелачивании раствора происходит обратное. Например, при активности аН+ равной 10-3, отрицательный логарифм 10-3=3 и рН=3; если аН+=10-9, то –lg 10-9=9 и рН=9. В зависимости от величины рН реакция почв может изменяться от сильнокислой до сильнощелочной (табл. 44). Таблица 44. Уровни кислотности и щелочности почв
Наличие в поглощенном состоянии в кислых почвах большого количества ионов водорода и алюминия, а в солонцовых почвах катионов натрия резко ухудшает физические, физико-химические и биологические свойства этих почв, их плодородие. Для коренного улучшения кислых и солонцовых почв необходима химическая мелиорация их в сочетании с другими агротехническими приемами. Величина рН является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование рН в границах типичных значений составляет 5-10%. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования. Ряд почвенных процессов имеет строгую приуроченность к определенным пределам водородного показателя. Это солонцовый процесс, оподзоливание, пептизация и коагуляция коллоидов, микробиологические явления и т.д. Антропогенетические изменения рН происходят при окультуривании или деградации почв. Для всех почв величина их рН считается существенным диагностическим критерием. Кислотность почв – это способность почвы подкислять почвенный раствор. Она обусловлена катионами H+ и Al3+, а также иногда Fe3+. Различают актуальную и потенциальную кислотность:1. Актуальная кислотность – обусловлена ионом H+ в почвенном растворе. Определяется концентрацией ионов H+ в почвенном растворе в грамм-эквивалентах (моль) на 1 литр. Выражается рНН2О (читается – рН водной вытяжки). Показатель рНН2О не является собственно характеристикой поглотительной способности почв как таковой, но позволяет составить программу ее изучения. Так, например, рН солевой вытяжки (рНKCl) и другие показатели титровальной обменной кислотности принято определять в почвах с рНН2О < 7. Важнейшую роль в формировании актуальной кислотности в большинстве почв играет угольная кислота. В зависимости от термодинамических условий и биологической активности почв она поддерживает рН почвы в пределах от 3,9 до 5,7. Режим углекислоты в почвах тесно связан с суточно-сезонными ритмами погоды и активностью микроорганизмов. Кислотность почвенных растворов может быть обусловлена наличием в них свободных органических кислот, в том числе и гумусовых, а также различных компонентов, проявляющих кислотные свойства. 2. Потенциальная кислотность – обусловлена ионами водорода и алюминия, находящимися в обменно-поглощенном состоянии в ППК (диффузном слое коллоидной мицеллы). В зависимости от того, как будут вытеснены эти ионы из почвы, потенциальную кислотность подразделяют на обменную и гидролитическую: Обменная кислотность - это та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой раствора гидролитически нейтральной соли, например KCl. При этом катион калия вытесняет из ППК обменно-поглощенные катионы, среди которых водород, алюминий и железо подкисляют солевую вытяжку, образуя кислоту – HCl.П  ПК) Н+, Al3+, Fe3+ + 7 KCl ППК)7 KCl + HCl + AlCl3 + FeCl3Уровень обменной кислотности определяется значением рН солевой вытяжки – рНKCl. В кислых почвах, имеющих ион водорода в ППК, обменная кислотность всегда больше актуальной, т.е. величина рНKCl меньше величины рНН2О. Как правило, в малогумусных горизонтах (А2, А2В, В1, В2) кислых почв (подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных) обменная кислотность в основном обусловлена обменными ионами Al3+ нежели Н+. Наоборот, в гумусовых горизонтах обменный Н+ преобладает над обменным Al3+, причем обменный Al3+ может вообще отсутствовать, т.е. обменная кислотность будет полностью обусловлена ионами Н+. Гидролитическая кислотность - это та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой раствора гидролитически щелочной соли СН3СООNa (ацетата натрия) с рН 8,2.В этом случае катион натрия вытесняет обменно-поглощенный водород, алюминий и другие катионы в процессе эквивалентного обмена. При этом щелочная реакция раствора соли уксуснокислого натрия способствует более интенсивному вытеснению из ППК обменно-поглощенных катионов: ППК) Н+, Al3+ + 4СН3СООNa + 3Н2О → ППК) 4Na+ + Al(OH)3 + 4CH3COOH Гидролитическая кислотность, как правило, больше обменной. Ее рассматривают как суммарную кислотность почвы, состоящую из актуальной и потенциальной кислотности, и выражают в мг-экв/100 г почвы. Величину гидролитической кислотности используют для нахождения дозы извести, необходимой для устранения кислотности, и расчета степени насыщенности почв основаниями. Щелочность почв – способность почв нейтрализовывать компоненты кислой природы и подщелачивать воду. Различают актуальную и потенциальную щелочность: Актуальная щелочность – обусловлена присутствием в почве гидролитически щелочных солей: Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2, MgCO3, Mg(HCO3)2 и др. Na2CO3 + 2НОН - H2CO3 + 2Na + 2OH- Эти соли увеличивают концентрацию ионов ОН- в почвенном растворе, рН становится щелочной. Потенциальная щелочность – определяется содержанием обменно-поглощенного натрия в ППК, который переходя в раствор, подщелачивают его. Потенциальную щелочность отдельно не оценивают, и щелочность почвы выражают по значению актуальной щелочности. 9.1 Мелиорация солонцовых почв Мелиорация (от лат. мelio – улучшать) – это система мероприятий по улучшению свойств и режима почв в благоприятных производственном и экологическом направлениях. Мелиорация обеспечивает создание важнейших условий для получения высоких и устойчивых урожаев, рациональное использование почв, совершенствует производство, качественно меняет условия и производительность труда. Следует иметь ввиду, что мелиорация представляет собой лишь часть сложного комплекса мероприятий, направленных на оптимизацию процесса сельскохозяйственного производства, общего объема продуктивности почв. Объектами химической мелиорации являются ионообменные и коллоидно-химические свойства почвы, ее кислотно-основные характеристики, солевой и микроагрегатный состав, которые в своей взаимосвязи определяют химико-мелиоративное состояние почвы и могут быть улучшены с помощью различных приемов и методов. Поглотительной способностью обладают почвенные коллоиды – наиболее реакционноспособная высокодисперсная часть почвы, в состав которой входят нерастворимые в воде алюмосиликаты, гумусовые вещества и органоминеральные соединения. Весь этот сложный конгломерат соединений, способный обменивать содержащиеся в нем катионы кальция, магния, натрия, водорода, алюминия и др. на любые катионы естественных и искусственных растворов, называют почвенным поглощающим комплексом. Солонцеватыми почвами и солонцами называют почвы, содержащие повышенное количество обменного натрия (либо магния) в ППК одного из горизонтов почвенного профиля – иллювиального или переходного горизонта B, расположенного под самым верхним почвенным горизонтом А. Процесс накопления поглощенного натрия в поглощающем комплексе почвы называют процессом осолонцевания. Обычно солонцы встречаются в комплексе с зональными почвами – бурыми, каштановыми, черноземными, образуя пятна размером от нескольких квадратных метров до десятков гектар. Около 20% солонцовых почв приходится на зону черноземов, а основные их площади находятся в зоне каштановых почв, т.е. на территории с наиболее плодородными почвами. Однако крайне неблагоприятные агрономические показатели солонцов не позволяют использовать благоприятные природно-климатические условия и резко снижают общую продуктивность зональных почв. Солонцовые почвы отличаются низким естественным плодородием. Это объясняется, прежде всего, их отрицательными водно-физико-механическими свойствами. Повышается их набухаемость. В сухой период глинистая масса солонцов сжимается, подвергается консолидации, превращается в плотную, твердую массу, не поддающуюся обработке. Солонцовый горизонт препятствует проникновению вглубь корневой системы растений. Кроме отрицательных агрофизических качеств, солонцам свойственна повышенная щелочность в горизонте В, губительно действующая на культурные растения и большинство почвенных микроорганизмов. В результате обменной реакции между поглощенным натрием и бикарбонатом кальция или угольной кислотой в почвенном растворе солонцовых почв образуются углекислые соли натрия, которые будучи гидролитически щелочными, создают повышенную щелочность раствора: (П.П.К.)2Na+ + Ca(HCO3)2 ←→ (П.П.К.)Ca2+ + 2NaHCO3. Cода, присутствующая в поверхностных горизонтах профиля, соль сильного основания и слабой кислоты, подвергается активному гидролизу: Na2CO3 + 2H2O → 2NaOH +H2CO3 . При щелочной реакции нарушается обмен веществ в растениях, уменьшается растворимость и доступность соединений железа, марганца, бора, фосфорнокислых солей кальция и магния в почве, угнетаются процессы фотосинтеза. Гигроскопичность солей резко уменьшает количество почвенной влаги, доступной растениям. Все эти отрицательные черты солонцовых почв приводят к замедлению развития растений, резкому снижению урожая, а зачастую к гибели сельскохозяйственных растений. К улучшению солонцовых почв следует подходить дифференцированно, в зависимости от их степени солонцеватости, от количества выпадающих осадков, наличия или отсутствия орошения. В зависимости от величины солонцеватости почвы подразделяются на следующие группы: несолонцеватые - содержащие поглощенного натрия не более 5% от емкости поглощения; слабосолонцеватые – 5-10%; среднесолонцеватые – 10-20% и сильносолонцеватые (поглощенного натрия более 20%), сюда относятся солонцы. Определение потребности почвы в гипсовании и расчет дозы гипса Потребность почв в гипсовании устанавливают по степени их солонцеватости, которая обусловлена долей обменного натрия (Nа) от общего количества обменных катионов (EKO). Расчет ведется по формуле: Nа, % = Nа / EKO ×100. Полученные результаты оцениваются по таблице 45. В гипсовании нуждаются почвы, содержащие более 10 % Nа от емкости катионного обмена. Таблица 45. Градации почв по степени солонцеватости
Коренным способом улучшения этих почв является их гипсование, т.е. внесение в почву в качестве мелиорирующего средства - гипса CaSO4 ×2H2O. Теоретическое обоснование гипсования солонцов было дано в работах академика К.К. Гедройца. При внесении в почву гипса в почвенном растворе устраняется сода, поглощенный натрий вытесняется и замещается кальцием с образованием хорошо растворимой нейтральной соли – сульфата натрия: ППК]2Na++ CaSO4 ×2H2O →ППК] Сa2+ + Na2SO4 . Таким образом, данный прием устраняет щелочную реакцию солонцовой почвы. Расчет дозы гипса: Дозу гипса устанавливают по содержанию обменного натрия и определяют по формуле: CaSO4 ×2H2O = 0,086 (Na – 0,1 × ЕКО) ×h×d, где Na – содержание в почве обменного натрия, мг-экв. на 100 г почвы; 0,1 × ЕКО – количество натрия (свыше 10%), на которое гипс не вносится, мг-экв. на 100 г почвы; 0,086 – эквивалентная масса гипса, мг; h – высота мелиорируемого слоя, см; d – плотность сложения мелиорируемого слоя. Непременным условием успешной мелиорации является удаление побочных продуктов реакции гипсования (Na2SO4) из корнеобитаемых горизонтов почвы, во избежание ее вторичного засоления, а это достигается при достаточном естественном увлажнении. Поэтому гипсование целесообразно сочетать с мероприятиями, усиливающими промывание почвы (снегозадержание, дренирование), особенно эффективно в условиях орошения. Орошение способствует удалению натриевых солей из почвенной толщи и предотвращает возможность вторичного осолонцевания или засоления почвы. Мелиорирующее действие гипса зависит от степени перемешивания его с почвой. Поэтому гипс обязательно заделывают под глубокую зяблевую вспашку, чтобы солонцовый горизонт лучше перемешать с ним и верхним надсолонцовым горизонтом. Причем, способы внесения гипса зависят от глубины залегания солонцового горизонта. Гипсовые мелиоранты Гипсование является дорогостоящим мероприятием, а малорастворимый гипс – мелиорантом медленного действия. Среди природных соединений, содержащих кальций, в мелиорации солонцов наибольшее распространение получили глиногипс, карбонатно-гипсовая порода, фосфогипс, сыромолотый гипс. Глиногипс содержит 70-90% гипса, до 11% карбоната кальция, примеси магния, натрия, калия, ряд микроэлементов: медь и марганец. Глиногипс является эффективным мелиорантом, особенно в условиях орошения, и оказывает положительное действие на почву и ее плодородие в течение 5-6 лет после внесения. Аналогичное воздействие на солонцовые почвы оказывает карбонатно-гипсовая порода. Она легко добывается открытым способом и не нуждается в предварительной подготовке и переработке, а по мелиоративному действию не уступает гипсу. Фосфогипс является крупнотоннажным отходом производства двойного суперфосфата и преципитата. Представляет собой очень тонкий порошок серого или белого цвета, содержащий 75-85% гипса, 0,5-0,6% фосфорной кислоты, 5-6% глины и воду. Фосфогипс гораздо дешевле гипса, обладает более высокой растворимостью, а присутствие в нем водорастворимого фосфора усиливает мелиорирующий эффект. Его использование несколько осложняется высокой гигроскопичностью, поэтому фосфогипс рекомендуется подсушивать и гранулировать в заводских условиях, чтобы он содержал не более 15% свободной влаги. Сыромолотый гипс получают путем размола природных залежей гипса. Это белый или серый порошок, содержит 71-73% гипса, в воде растворяется слабо. Важное значение имеет тонина его размола. Согласно принятому стандарту, все частицы гипса должны проходить через сито с отверстием 1мм и не менее 70-80% через сито с отверстиями 0,25мм. Влажность молотого гипса не должна превышать 8%, иначе он слеживается, при хранении превращается в глыбы и комки. Агротехнические и агробиологические способы улучшения солонцовых почв Изучение генетических особенностей солонцовых почв, своеобразное строение их профиля позволило разработать методы коренного улучшения солонцов без внесения химических мелиорантов извне путем использования внутренних ресурсов сомой почвы. В солонцах второй группы поглощенного натрия немного и нет соды. На этих почвах наиболее эффективен агробиологический способ освоения солонцов. Он заключается в сочетании механического, химического и биологического воздействий на солонцовые почвы с целью их улучшения и состоит из комплекса мероприятий: 1) мелиоративная обработка почв, направленная на создание глубокого пахотного и корнеобитаемого слоя с вовлечением в него углекислого кальция или гипса из нижележащих горизонтов, за счет которых осуществляется самомелиорация солонцов; 2) система применения органических и минеральных удобрений; 3) система влагонакопительных мероприятий; 4) посев культур-освоителей. Агробиологическая мелиорация включает в себя накопление влаги, введение черных и кулисных паров, напахивание снежных полос, лиманное орошение. Благодаря этому создаются условия для увеличения запасов и выноса вредных солей в нижележащие горизонты. Мелиоративную обработку солонцов осуществляют в раннем или черном пару. При обработке раннего пара основную мелиоративную вспашку на 45-50 см проводят весной, летом его культивируют. Ранней весной следующего года боронуют и высевают культуры – освоители солонцов. При обработке черного пара основную мелиоративную вспашку проводят осенью. На следующий год осуществляют уход за паром (ранневесеннее боронование, культивация, осеннее глубокое рыхление). Отрицательные свойства сильнозасоленных почв и солончаков могут быть ослаблены в результате биологической мелиорации. Этот вид мелиорации осуществляется путем возделывания на засоленных почвах галофитов. Галофиты способны поглощать до 25-50% солей от собственной сухой массы. Скашивание и удаление солянок позволяет освободить поверхностные горизонты от части солей. Кроме того, солянки затеняют почву, обогащают ее верхние горизонты органическим веществом. Такими растениями в зоне каштановых почв являются тамариск, лох, скумпия, акация желтая, клены татарский и ясенелистный. Своей корневой системой они благоприятно влияют на физические и химические свойства почвы. Дополнительная аккумуляция снега не только улучшает их водный режим, но и способствует промывке солей Землевание как способ мелиорации заключается в искусственном создании мощного плодородного пахотного горизонта на поверхности солонца или сильносолонцовой почвы. С этой целью скреперами срезают тонкий (1-2см) слой поверхностного горизонта окружающей солонец плодородной несолонцовой почвы, который и будет пахотным горизонтом нового профиля. Этот прием наиболее эффективен для мелиорации солонцов черноземной зоны, поскольку срезка поверхностных слоев при тщательном выполнении этого приема не вызывает заметного изменения плодородия черноземов. Срезанный мелкозем гумусового горизонта в буртах складируют на поверхности мелиорируемых солонцовых участков, а затем разравнивают грейдерами по полю. Н.В. Орловский, впервые предложивший этот прием мелиорации солонцов в черноземной зоне Западной Сибири, считал достаточным нанесение слоя мощностью 6-9 см в несколько приемов. Землевание должно сочетаться с интенсивной системой мероприятий по восстановлению плодородия почв на срезанных участках поверхности. Большое значение приобретает внесение удобрений, особенно органических, посев сидератов. Содержание работы 1. Познакомиться с особенностями солонцовых почв и способами их улучшения по данным конспекта теории; 2. каждый студент получает индивидуальное задание, по материалам которого необходимо определить:
Задачи и упражнения 1. Почва – южный чернозем, ЕКО – 26 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 7,4 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,3 г/см3, глубина мелиорируемого слоя 0–20см. Определить степень солонцеватости почвы и дозу гипса. 2. Почва – карбонатный чернозем, ЕКО – 31 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 8,1 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,25 г/см3, глубина мелиорируемого слоя 0–20см. Определить степень солонцеватости почвы и дозу гипса? 3. Определите степень нуждаемости в мелиорирующем веществе и рассчитайте его дозу по следующим показателям:
4. Почва – солонец корковый, ЕКО – 30 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 7,4 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,35 г/см3, глубина мелиорируемого слоя 0–22см. Определить степень солонцеватости почвы и дозу гипса. 5. Рассчитайте норму гипса, необходимую для мелиорации солонца высокостолбчатого, если S – 31,7 ммоль /100 г, содержание обменного натрия – 6,2 ммоль/100 г, плотность почвы – 1,4 г/см3, глубина мелиорируемого слоя 0 –32 см. 6. Определите степень солонцеватости и рассчитайте норму гипса для мелиорации каштановой почвы с содержанием гумуса 3,9%, если содержание обменного натрия – 2,9 ммоль/100 г, ЕКО – 16 ммоль /100 г, плотность почвы – 1,25 г/см3, глубина мелиорируемого слоя 0–15 см. 7. По представленным данным, выраженным в ммоль на 100 г почвы определите: нуждается ли почва в химической мелиорации; если нуждается, то в какой? а) ЕКО=15,5; Нr=8; б) S=8,5; Нr=4,6; в) Nа+=5; S=20; г) ЕКО=28; Са2+ + Мg2+=22; рНН2О > 7; д) S=12; ЕКО=20; рНН2О < 7; е) Са2+ + Мg2+=35; ЕКО=40; рНН2О > 7; ж) Са2+ =8 ; Мg2+=3; Нr=6. 8. Для создания культурного пахотного слоя (0-20см) требуется узнать, нуждается ли почва в мелиорирующем веществе и в какой дозе по следующим показателям:
9. Что можно сказать о почве с точки зрения состава поглощенных катионов почвенного поглощающего комплекса по следующим данным, выраженным в ммоль на 100г почвы? а) Са2+ =29 ; Мg2+=5,8; Nа+=1,9; б) Nа+=2; S=22; в) Nа+=9; ЕКО=28; г) Са2+ =7,8 ; Мg2+=2,4; S=17; д) ЕКО=30; Nа+=6; 9.2. Мелиорация кислых почв Территориально кислые почвы в крае распространены широко. Большая их часть сосредоточена в Ачинской лесостепной зоне – 46% от общей площади кислых почв края. В Центральной пригородной и Канской лесостепной зонах их площади практически равны (16,2 и 16,3%). Несколько больше их в Северной подтаежной зоне – 18,5%. Незначительная доля – всего лишь 3% приходится на Южную лесостепную зону (Танделов, 1997). Следует заметить, что в отличие от своих европейских аналогов кислые почвы Красноярского края менее оподзолены, что объясняется в основном карбонатностью почвообразующих пород. Характерной особенностью этих почв является низкая оструктуренность. Они быстро распыляются, образуют корку. У них слабая водопроницаемость. Вследствие этого во время снеготаяния и в периоды интенсивного выпадения осадков развивается водная эрозия. Основной особенностью кислых почв является недостаток ионов кальция и избыток ионов водорода в пахотном горизонте, что обусловливает их крайне неблагоприятные агрохимические свойства. Прежде всего, кальций – важный элемент питания растений и его недостаток вызывает их кальциевое голодание: растения плохо развивается и плодоносит, не переносит перезимовки. Понижение реакции почвенного раствора отрицательно влияет на усвоение растениями азота, фосфора, калия и других элементов. Высокая концентрация ионов водорода затрудняет рост и развитие корневой системы растений, резко снижается, а иногда полностью прекращается усвоения кальция, затормаживается поступление фосфора, поскольку частично изменяет состав протоплазмы корневых клеток. В кислой среде в растениях нарушаются процессы обмена с накоплением промежуточных соединений (нитритов, простых углеводов, органических кислот) вместо завершенных (белков, жиров, крахмала). Растения теряют морозо- и жаростойкость, устойчивость к засухе, к болезням и вредителям, задерживается прохождение отдельных фаз роста и развития. В почвах с повышенной кислотностью подавляется жизнедеятельность полезных микроорганизмов, почти не развивается аммонифицирующая и нитрифицирующая микрофлора, что тормозит образование нитратов и фиксацию атмосферного азота. В результате нарушается азотное питание растений. В то же время отдельные формы грибов (пеницилиум, фузариум, триходерма), которые выделяют вещества, ядовитые для растений, в кислых почвах развиваются, что создает неблагоприятные условия для жизни и развития растений. Повышенная кислотность уменьшает растворимость соединений ряда микроэлементов, необходимых растениям (молибден, бор, цинк и медь). Поэтому, растения, культивируемые на почвах элювиального ряда, существенно уступают по содержанию белковых соединений, чем культуры, выращиваемые на почвах черноземного типа. Напротив, в кислой среде повышается растворимость и, следовательно, содержание подвижных форм алюминия, марганца, токсичных для растений. Кислые почвы отличаются и неблагоприятными физическими свойствами. При недостатке кальция и магния, которые образуют нерастворимые гуматы, гумусовые вещества плохо удерживаются в почве, отчего не только уменьшается запас питательных элементов, но и ухудшается структура почвы. Почвы элювиального ряда обладают, как правило, тонко – пылеватым гранулометрическим составом и бесструктурны, бедны коллоидными частицами и гумусом, что сопровождается нарушением благоприятного водно-воздушного режима. Определение нуждаемости почв в известковании и расчет дозы извести Установление потребности почвы в известковании и определение необходимых доз известковых материалов основываются на изучении почвенной кислотности. 1. Важным показателем необходимости известкования является наличие и величина обменной кислотности. Обменная кислотность своим происхождением обязана совместному наличию в почвах ионов водорода и алюминия, которые находятся в поглощенном состоянии, и представляет собой небольшую, но наиболее опасную часть почвенной кислотности. Она наблюдается в почвах, в которых процесс выщелачивания оснований осуществляется весьма интенсивно и почва нуждается во внесении извести. Таким образом, общее представление об обменной кислотности можно получить, определяя рН солевой вытяжки. Установлено, что при рН KCl <4,5 почва сильно нуждается в известковании, при рН KCl от 4,5 до 5,5 средняя нуждаемость, при рН KCl > 5,5 известкование становится ненужным. Степень кислотности почвы – важный, но не единственный показатель, характеризующий потребность почв в известковании. 2. Наиболее надежно необходимость известкования диагностируется по величине степени насыщенности основаниями (V, %): V, % = S×100/S+HГ, где S – сумма поглощенных оснований, мг-экв на 100 г почвы; HГ - величина гидролитической кислотности, мг-экв на 100 г почвы. Потребность почв в известковании в зависимости от их насыщенности основаниями, установленная эмпирически, выражается следующей шкалой (Возбуцкая, 1968). Почвы, у которых V < 50%, сильно нуждаются в извести, от 50 до 70% - в средней степени нуждаются во внесении извести, V > 80% - не нуждаются в известковании. Растения, подвергаясь постоянному и длительному воздействию специфических условий, характерных для тех или иных почвенных провинций, отражают эти условия в своих биологических свойствах и особенностях. В процессе естественного и искусственного отбора в различных эколого-географических районах земледелия постепенно формировались так называемые эколого-географические типы растений, для которых одним из существенных являлось различное и специфическое отношение к реакции почвенного раствора. «Оптимальный интервал pH» носит неопределенный характер в связи со сложностью взаимоотношений в системе почва – растения. Поэтому значение pH почв само по себе не может быть диагностическим признаком химической мелиорации кислых почв. Культурные растения генетически приспособлены к определенным условиям произрастания. По отношению к реакции среды они могут быть сгруппированы следующим образом. К первой группе относят культуры, характеризующиеся очень высокой чувствительностью к кислой реакции среды почв. Они хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной реакции и характеризуются высокой отзывчивостью на их известкование – это люцерна, эспарцет, клевер, сахарная и столовая свекла. Во вторую группу входят культуры, отличающиеся умеренной чувствительностью к кислотности почв (произрастают при слабокислой или нейтральной реакции) и хорошо отзываются на известкование – яровая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, подсолнечник, лук. К третьей группе относят растения, удовлетворительно растущие в широком интервале рН - слабочувствительные к кислотности почв (рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка). Они положительно реагируют на применение высоких доз извести. Четвертую группу составляют культуры: а) не переносящие избытка кальция в почве – лен; б) удовлетворительно переносящие кислотность почв и не нуждающиеся в их известковании – картофель. По отношению к реакции среды почв различаются не только виды растений, но и разные сорта одного и того же вида. Наивысшей отзывчивостью на известкование отличаются сорта, выведенные на почвах, имеющих нейтральную и щелочную среду. Агроэкологические условия растений, произрастающих на кислых почвах, во многом определяются в них отдельными «кислотоопределяющими» элементами. Расчет дозы извести При проведении известкования очень важно установить оптимальную дозу извести в соответствии с особенностями почвы и возделываемых растений. Расчет дозы извести, необходимой для нейтрализации почвы, зависит от величины гидролитической кислотности, выраженной в мг-экв. на 100 г почвы. Дозу извести вычисляют по формуле: CaCO3 = HГ × 0,05× D×ГП, где HГ – величина гидролитической кислотности, мг-экв /100 г почвы; 0,05 – количество извести в граммах, соответствующее 1 мг-экв почвенной кислотности; h – высота мелиорируемого слоя, см; d – плотность сложения мелиорируемого слоя. Устанавливая дозу извести, учитывают гранулометрический состав почвы, биологические особенности растений и степень нуждаемости почвы в известковании. При сильной нуждаемости применяется полная расчетная доза извести, при средней -1/2 или ¾, при слабой - 1/3 или 1/4 дозы. При выборе места извести в севообороте, учитывается отношение культур к мелиорации. Основное известковое удобрение – известняк CaCO3 – практически нерастворимо в воде, однако под влиянием содержащейся в почвенном растворе углекислоты карбонат кальция постепенно превращается в растворимый бикарбонат кальция: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (HCO3)2. Бикарбонат кальция диссоциирует на ионы Ca2+ и 2 HCO3- и частично подвергается гидролизу: Ca (HCO3)2 + H2O = Ca (OH)2 +2H2O + 2CO2; Ca (OH)2= Ca2+ + 2 OH-. В почвенном растворе, содержащем бикарбонат кальция, повышается концентрация ионов Ca2+ и OH- . Катионы кальция вытесняют ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса, и кислотность нейтрализуется: ППК]H+ + Ca2+ + 2 HCO3- → ППК] Ca2+ + 2H2O +2CO2; ППК]3H++ Ca2+ + 2ОН- → ППК]H+Ca2+ + 2 H2O. Химические мелиоранты – удобрения длительного действия. При многократных механических обработках почвы они тщательно перемешиваются со всей массой пахотного слоя. Полная доза извести оказывает положительное действие на урожай полевых культур на средне- и тяжелосуглинистых почвах в течение 15-20 лет, а на почвах легкого гранулометрического состава 8-10 лет. Главное условие – необходимо, чтобы максимальный сдвиг показателя pH в сторону щелочного интервала по времени совпал с размещением на известкованном поле культуры, наиболее отзывчивой на это мероприятие. И наоборот, культуры, на которые известкование оказывает отрицательное действие, должны размещаться на этом поле в момент затухания действия мелиоранта. Известковые удобрения Известковые удобрения подразделяются на твердые (требующие размола), мягкие или рыхлые (не требующие размола) и отходы промышленности. Твердые известковые породы содержат разное количество CaCO3 и MgCO3, различаются по количеству нерастворимого остатка (глина и песок). По содержанию CaO и MgO эти породы делятся на следующие группы: известняки содержат 55-56% CaO и до 0,9% MgO; известняки доломитизированные – 42-55% CaO и 0,9-9% MgO; доломиты – 32-30% CaO и 18-20% MgO. Известняки и мел – осадочные породы преимущественно морского происхождения. Известняки состоят в основном из минерала кальцита, но чаще они доломитизированы и, кроме CaCO3, содержат MgCO3. Присутствие MgCO3 повышает прочность и твердость известковых пород и уменьшает их растворимость. Твердые известковые породы являются исходным материалом для производства промышленных известковых удобрений – известняковой и доломитовой муки, жженой и гашеной извести. Известняковая или доломитовая мука получается при размоле и дроблении известняков и доломитов на заводах. Известняковая мука состоит из CaCO3 и небольшого количества MgCO3; в пересчете на CaCO3 содержит 85-100%. Доломитизированную муку следует применять на почвах легкого гранулометрического состава, особенно при возделывании в севооборотах культур, чувствительных к недостатку магния, - картофеля, льна, бобовых. Быстрота взаимодействия с почвой и эффективность молотого известняка и доломита в сильной степени зависит от тонины помола. Частицы известняка и доломита крупнее 1мм плохо растворяются и очень слабо уменьшают кислотность почвы. Чем тоньше размол известняка и доломита, тем лучше она перемешивается с почвой, скорее и полнее растворяется, быстрее действует и тем выше ее эффективность. Жженая и гашеная известь. При обжиге твердых известняков карбонаты кальция и магния теряют углекислоту и превращаются в окись кальция или окись магния, получается жженая (комовая) известь. При взаимодействии ее с водой образуется гидроокись кальция или магния, то есть так называемая гашеная известь «пушенка» - тонкий рассыпающийся порошок. Гасить жженую известь можно непосредственно в поле, присыпая влажной землей. Гашеная известь получается как отход на известковых заводах и при производстве хлорной извести. Пушенка - наиболее быстродействующее известковое удобрение, особенно ценное для глинистых почв. Мягкие известковые породы - вторичные пресноводные известковые отложения. К ним относят известковые туфы, мергели, природная доломитовая мука. Залежи их обычно более мелкие, но они расположены часто вблизи полей, что делает их применение экономически целесообразным, они не требует размола, а только высушивания и просеивания. Известковые туфы называют еще ключевой известью, так как они встречаются главным образом в местах выхода ключей в притеррасных поймах; содержат от 80 до 90% CaCO3. Мергели содержат в основном CaCO3 , иногда вместе с примесью глины. Поэтому содержание здесь колеблется от 25 до 50 %. Мергели могут быть рыхлые и плотные, требующие измельчения. Доломитовая мука - естественная рыхлая порода, состоящая из MgCO3 и CaCO3, с общим содержанием в перерасчете на CaCO3 95-108%. Не требует размола. Залежи встречаются редко. Хорошее известковое удобрение для почв легкого гранулометрического состава, бедных магнием. Известковые отходы промышленности. К ним относятся: сланцевая зола, дефекат, белитовая мука. Сланцевая зола. Получается при сжигании горючих сланцев на промышленных предприятиях и электростанциях. Состоит из силикатов, окисей и карбонатов кальция и магния с общим содержанием в пересчете на CaCO3 – 65- 80%. Кроме того, содержит небольшое количество калия и серы. По действию близка к известняковой муке. Сланцевая зола пригодна для большинства полевых культур, в том числе для бобовых, картофеля, льна. Дефекат – отход свеклосахарного производства. Содержит CaCO3 с примесью Ca (OH)2 с общим содержанием в пересчете на CaCO3 до 70%. Хорошее известковое удобрение для применения вблизи сахарных заводов. Кроме извести, дефекат содержит 0,3-0,5 % азота, 1-2% фосфора, 0,6-0,9% калия, до 15% органического вещества. Белитовая мука – отход алюминиевой промышленности, имеет следующий химический состав: CaO – 45-50%, Na2O+ K2O- 2,05, SiO3 - 30, Fe2O3 – 2,9, MnO -0,04, Al2O3 - 3,4% , а также небольшое количество фосфора, серы и некоторых микроэлементов. Содержание работы При выполнении практической работы каждый студент получает индивидуальное расчетное задание, по которому следует:
Задачи и упражнения1. Рассчитайте дозу извести под картофель на дерново-подзолистой почве, если: S = 21 ммоль/100 г, Нг = 9,0 ммоль/100 г. 2. Установите необходимость применения известковых мелиорантов на дерново-подзолистой почве со следующими агрохимическими показателями: S = 10,4 ммоль/100 г, ЕКО = 14,2 мг-экв/100 г? 3. Сколько необходимо внести извести под клевер, если Нг = 5 ммоль /100 г, V = 70%? 4. Определите дозу извести под яровую пшеницу на почвах со следующими показателями, выраженными в ммоль на 100 г почвы: а) озимая рожь на дерново-подзолистой почве, если S = 8,2, Нг = 7, dv = 1,3 г/см3; б) овес на серой лесной среднесуглинистой почве, если S = 5,5, Нг = 7,85, dv = 1,39 г/см3; в) ячмень на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, если S = 57,9, Нг = 10,8, dv = 1,28 г/см3; 5. Рассчитайте дозу внесения извести под галегу восточную на светло-серой лесной почве, если S = 15,5, Нг = 8, dv = 1,2 г/см3; 6. Для создания культурного пахотного слоя (0-20 см) требуется узнать, нуждаются ли почвы в мелиорирующем веществе и в какой дозе по следующим показателям:
7. По приведенным данным, выраженным в ммоль/100г почвы, определите: нуждаются ли почвы в химической мелиорации; если нуждаются, то в какой? а) Са2+ = 2,5; Мg2+=1; Нr=8; б) S=12; Нr= 4; в) ЕКО=21; Нr=5; г) Са2+ = 4,6; Мg2+=1,3; ЕКО=7,4; д) S=10,4; EKO=14,2; e) S= 4,4; Hr = 3,5; ж) Са2+ =2,9; Мg2+= 0,7; Нr =7,3; 8. Определить место и очередность известкования следующих звеньев севооборотов на светло-серой лесной почве при S = 28 ммоль/100 г, Нг = 5,8 ммоль/100 г, pHKcl = 5,1: а) пар – озимая рожь – ячмень; б) картофель – пшеница – овес + клевер – клевер - ячмень; в) кукуруза (на силос)– пшеница – корнеплоды – овес на зеленую массу; г) кормовая свекла – пшеница – овес; д) яровой рапс – пшеница – овес + горох – пшеница; е) овсяница + тимофеевка – пшеница – ячмень + (овсяница + тимофеевка); 9. Дайте прогноз применения известкового удобрения. Почвы: дерново-подзолистая, при S = 14 ммоль/100 г, Нг = 6,0 ммоль/100 г; серая лесная при S = 25 ммоль/100 г, Нг = 4,8 ммоль/100 г. 10. Определите степень нуждаемости почв в химической мелиорации и дозу внесения извести для пахотного слоя (0-20 см) почвы по следующим показателям:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||