АГРОХИМИЯ, 2012, № 10, с. 79-94
ОБЗОРЫ
УДК 631.821
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ИЗВЕСТКОВЫХ МЕЛИОРАНТОВ В ПОЧВАХ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ИЗВЕСТКОВАНИЯ
© 2012 г. А.В. Литвинович1, З.П. Небольсина2
Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН 196601 Санкт-Петербург-Пушкин, шоссе Подбельского, 7, Россия 2Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства 188338 Ленинградская обл., Гатчинский р-н, пос. Белогорка, ул. Институтская, 1, Россия E-mail: avlavr@rambler.ru
Поступила в редакцию 21.11.2011 г.
Обобщены материалы отечественных исследователей о продолжительности и эффективности действия известковых удобрений в почвах. Перечислены известковые материалы, являющиеся перспективными для известкования почв в Северо-Западном регионе России. Рассмотрены механизмы взаимодействия мелиорантов с почвами и факторы, влияющие на скорость их растворения. Установлено, что влияние известкования характеризуется устойчивым и очень длительным положительным воздействием на агрохимические свойства почв. Однако разовое известкование кислых почв не может изменить факторы, под воздействием которых почва становится кислой. Это приводит к повторному подкислению, поэтому известкование как прием необходимо систематически повторять. Ключевые слова: мелиоранты, почва, известкование.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы известкования почв России определяется наличием в стране большого количества кислых почв. Кислые почвы обладают целым рядом неблагоприятных свойств, лимитирующих получение на них высоких и устойчивых урожаев. На сельскохозяйственных угодьях с повышенной кислотностью в России ежегодно недобирают 16-18 млн. т продукции растениеводства в пересчете на зерно [1].
Активная практика известкования в 19701990 гг. привела к тому, что впервые на крупных массивах сельскохозяйственных почв реакция стала оптимальной. Средневзвешенный показатель рНкс1 достиг уровня 5.5-5.8. В подавляющем большинстве угодий была устранена наиболее агрессивная обменная форма кислотности [2].
Глубокий системный кризис, поразивший нашу страну в 90-е годы прошлого века, привел к обвальному сокращению сельскохозяйственных площадей и практически полному отказу от известкования. Начался процесс подкисления почв. В настоящее время остро встает проблема восстановления известкования. В связи с этим пред-
ставляется актуальным рассмотрение проблемы темпов растворения химических мелиорантов, продолжительности их воздействия на почву и эффективности известкования.
ИЗВЕСТКОВЫЕ УДОБРЕНИЯ И ИХ СОСТАВ
В Северо-Западном регионе России перспективными для известкования являются 3 группы мелиорантов:
1. Известковые удобрения, получаемые в результате промышленной переработки карбонатных пород (известняковая и доломитовая мука);
2. Рыхлые (легкие) карбонатные породы (мел, туф, гажа);
3. Известьсодержащие отходы промышленности (цементная пыль, сланцевая зола, шлаки и др.) [3].
В составе промышленных известковых удобрений кальций и магний присутствуют чаще всего в виде карбонатов (известняковая и доломитовая мука, туф, гажа), силикатов (частично в составе цементной пыли и сланцевой золы), оксидов
(частично в составе цементной пыли и сланцевой золы).
Перечисленные известковые материалы обладают различным химическим составом, плотностью и пористостью, поэтому скорость их растворения и продолжительность действия на почвы различаются.
МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗВЕСТКОВЫХ УДОБРЕНИЙ С ПОЧВОЙ
Согласно современным представлениям, взаимодействие известковых материалов с почвой происходит при помощи 2-х механизмов:
1. За счет постепенного перехода оснований в почвенный раствор с последующей реакцией с почвенным поглощающим комплексом;
2. За счет контактного обмена поверхностных частиц извести и почвы. В процессе обмена не затрагиваются внутренние слои гранул. Роль этого процесса невелика [3].
По растворимости все формы известковых удобрений можно расположить в убывающий ряд: оксид кальция > карбонат кальция > силикат кальция [4].
По мнению [5], при попадании карбоната кальция в почву происходят следующие реакции:
растворение - СаС03 ^ Са2+ + СО32-;
гидролиз - С032- + Н20 ^ НС03 + ОН-;
нейтрализация обменной кислотности -[ППК-2п-т]пСа2+^2+),
тН+ + 2ОН- + Са2+ ^ ^ [ППК-2п-т](п+1)Са2+^2+), (т - 2)Н+ + Н2О;
связывание Н+-гидролитической кислотности - ^(СООН)к] + 4ОН- + 2Са2+ ^ ^ ^(СООН)к - 4 (СОО)4]4-2Са2+ + 4Н2О.
Процесс растворения размолотых до размера <0.25 мм мартеновских шлаков и известняковой муки в 2%-ной лимонной кислоте, имитирующей кислотность корневых выделений, изучен в работе [6]. С помощью петрографических исследований установлено, что мартеновские шлаки имели порфировую структуру, в которой выделялись зерна периклаза (MgO) размером 1020 мк, округлые зерна двухкальциевого силиката 2(СаО • SiO2) 1-й генерации размером 10-35 мк и 2-й генерации размером 2-5 мк. При растворении шлака четко проявилось влияние 2%-ной лимонной кислоты на отдельные минералы. Периклаз мало поддавался растворению и выкрашивался из шлака в виде отдельных песчинок. Стекловидный
мелинит (2СаО^О^Ю) • (2СаО-А12О3 ^Ю2) растворялся постепенно и равномерно по трещинам и по всей поверхности.
Известняковая мука состоит в основном из кальцита (СаСО3), который содержится в отдельных полисинтетических двойниковых зернах. При растворении известняковой муки кальций исчезает почти полностью. Остаются реликты зерен кальцита, окруженные мелкозернистыми новообразованиями Са3(Са6Н5О7)2, которые препятствуют дальнейшему растворению, но с увеличением продолжительности воздействия кислоты также полностью исчезают. Схемы взаимодействия извести с почвой приведены также в работах [7, 8].
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ РАСТВОРЕНИЯ МЕЛИОРАНТОВ В ПОЧВАХ
Скорость растворения мелиорантов зависит от количества осадков, химического состава мелиорантов, дозы их внесения, плотности сложения, тонины помола, равномерности распределения в почвах, применения удобрений, микробиологической активности почв и т. д.
Степень увлажнения и окультуренность почв. Существенное, если не определяющее влияние на скорость реакции между известью и почвой оказывает отношение почвы и раствора. Опыты [7] показали, что при изменении соотношения почва : почвенный раствор в сторону сужения скорость растворения извести в почве замедляется. Таким образом, следует ожидать более энергичного растворения известковых материалов в почвах избыточного увлажнения, чем в почвах авто-морфного ряда. Действительно, в опытах [9] при компостировании почв с известью известкование в условиях избыточного увлажнения было более эффективным, чем при нормальном увлажнении. В экспериментах [10] получены аналогичные результаты.
Карбонат кальция слабо растворим в воде (в 1 л дистиллированной воды растворяется всего 1315 мг СаСО3). Однако даже незначительное количество Н2СО3 в воде повышает растворимость извести в 60 раз. Почвенный воздух в естественных условиях, по сравнению с атмосферным, содержит в 10-100 раз больше углекислоты за счет дыхания живых организмов и разложения органических веществ [11]. Следовательно, в почвах с высокой микробиологической активностью, что характерно для окультуренных почв, где количество продуцированной СО2 возрастает, будет увеличиваться и скорость взаимодействия извести с почвой.
Процессу растворения извести способствует также наличие в почвенном растворе анионов, способных образовывать с кальцием и магнием хорошо растворимые соединения (неспецифические органические кислоты, фульвокислоты). Анионы удобрений - N03", С1-, S0,2- - также активно участвуют в процессе растворения извести в почве [12, 13].
Влияние химической активности известковых материалов на скорость их взаимодействия с почвами. Применяемое для удобрения почв известковое сырье, пригодное с точки зрения химического состава, является неодинаковым с точки зрения химической активности, т. е. скорости, с которой оно нейтрализует почвенную кислотность.
В литературе описаны несколько подходов к определению химической активности мелиорантов. Химические методы определения активности основаны на определении скорости и степени растворимости известняков в различных растворителях: в воде, насыщенной С02, в растворе смеси уксусной кислоты различной концентрации, ацетатных буферах, в растворе смеси уксусной и щавелевой кислот и их солей, а также в растворах других кислот - фосфорной, соляной, фталиевой, стеариновой, муравьиной, "растворе" углекислого кальция. Подробная сводка этих методов, разработанных до 1966 г., приведена в [14].
В работе [6] проведено изучение растворимости шлаков в 2%-ной лимонной кислоте и серии буферных растворов рН 3.95, 4.56, 4.96, 5.29, 6.24. Установлено, что с уменьшением величины рН среды происходит более сильное растворение шлаков. Нейтрализующая способность шлаков, их влияние на урожай растений и свойства почвы зависели от структуры, которая обусловлена образованием в них стекловидной и кристаллической фазы. По степени растворимости шлаки расположены в ряд: ферросплавной > электросталеплавильный > мартеновский > доменный. Такая же последовательность отмечена для влияния шлаков на урожай зерна ячменя, сена клевера и агрохимические свойства почвы.
Химическую активность широкого набора известковых удобрений в исследовании [3] измеряли по количеству мелиоранта, растворившегося в течение 5 ч в 1 н. СН3С00№. Показано, что все изученные мелиоранты по химической активности можно выстроить в следующий ряд по возрастанию: доломитизированный известняк > доломитовая мука > мартеновский шлак > белитовый шлам > известняковая мука > цементная пыль > сланцевая зола = известковый туф > гажа. Коэффициенты корреляции между активностью мелиорантов, установленной этим методом,
и снижением гидролитической кислотности почв (ДНг), произвесткованных дозами, выровненными по нейтрализующей способности, составили 0.69-0.71.
Активность известковых материалов, определенная в 1 н. CH3COONa, удовлетворительно коррелировала с результатами вегетационных опытов, проведенных с перечисленными мелиорантами [15].
В работе [14] предложен метод, основанный на измере
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.