Значение известкования и потребность в известковых удобрениях

ЗНАЧЕНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И ПОТРЕБНОСТЬ В ИЗВЕСТКОВЫХ УДОБРЕНИЯХ

И.А. Шильников, Н.И. Аканова

ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова В.Н. Темников

ФГУП «ГВЦМинсельхоза России»

Значение известкования как фактора урожайности и оптимизации реакции среды в почве общеизвестно. Этот прием широко внедрен в практику мирового земледелия, и наука постоянно ищет пути его совершенствования и повышения эффективности. Как природоохранному фактору известкованию почв уделяется гораздо меньше внимания, хотя в современных условиях это не менее важно.

К.К. Гедройц (1931) писал: «В самом деле на известкование нельзя смотреть лишь как на меру поднятия урожайности почвы: значение его гораздо шире. Как мною доказано и много раз указывалось, углекислый кальций, внесенный в почву в достаточном количестве (во всяком случае в количестве большем, чем это нужно для создания оптимальных условий урожайности), предохраняет почву (в условиях достаточно влажного климата) от неминуемого в противном случае разрушения и именно наиболее ценной части почвы - поглощающего комплекса».

Результаты длительных полевых опытов и практика земледелия свидетельствуют о постоянном восстановлении устраняемой известкованием избыточной кислотности почвы. Этому способствуют процессы разложения в ней органических остатков, приводящие к образованию органических кислот. По расчетам специалистов Германии (АшЬе^ег А., Schneiger Р., 1991) при разложении ботвы свеклы образуется такое количество органических кислот, для нейтрализации которых необходимо более 1 т СаСО3. Корневые выделения растений, а также многие биохимические процессы в почве приводят к подкисле-нию почвенной среды.

Во многих странах, в том числе и в нашей, начали выпадать «кислые» дожди, которые, хотя и не очень сильно, влияют на повышение избыточной кислотности почвы. С ростом интенсификации земледелия резко возрастают процессы обеднения почвы основаниями вследствие выноса кальция и магния урожаями, но главным образом, из-за миграции их из корнеобитаемого слоя с инфильтрационными водами.

Применение физиологически кислых форм минеральных удобрений и возросшая агрессивность атмо-

сферных осадков резко увеличивают концентрации кальция и магния в лизиметрических водах и, как следствие, их потери из корнеобитаемого слоя.

По нашим данным в 1980-1990 гг. содержание окислов серы в атмосферных осадках Подмосковья возросло в 1,5 раза. Изменился химизм процесса вымывания элементов из почвы, возросло вымывание легкоподвижных несорбируемых почвой анионов SО42-, МО3-, С1-, увлекающих за собой эквивалентное количество катионов, главным образом Са2+ и Mg2+. Ежегодно из дерновоподзолистых пахотных почв вымывается до 180-200 кг/га Са и 25-40 кг/га Mg [1]. Миграция этих элементов на выщелоченных и оподзоленных черноземах изучена недостаточно, но имеющиеся данные свидетельствуют о том, что и в этой зоне обеднение почв основаниями идет также интенсивно и составляет около 140-380 кг/га в год (Ивойлов, 1988). Практически только известкование способно компенсировать естественные потери оснований из корнеобитаемого слоя. Органические удобрения эту функцию могут выполнить лишь при внесении высоких доз не менее 15-20 т/га ежегодно.

Исследования (Шедерова, 1961) показали, что известкование почвы полными дозами снижает подвижность органического вещества. Это проявилось на минеральных и торфяных почвах при обработке их не только

0,1н, но и 0,02н растворами №ОН. После удаления кальция из известкованной почвы подвижность органических веществ в ней восстанавливается. Известкование

- прием, регулирующий интенсивность и направленность процессов разложения органического вещества в почве, оно предохраняет гумус от выщелачивания из пахотного слоя, так как кальций переводит гуминовые кислоты в более устойчивые соединения - гуматы кальция. Это приводит к консервированию некоторой части органического вещества и накоплению гумуса в почвах.

Важнейшая природоохранная функция известкования почв состоит в том, что при оптимизации реакции среды в почве улучшаются ее фосфатный и азотный режимы. Кроме того, из произвесткованных почв на 20-

1. Влияние сочетания известкования с минеральными удобрениями на урожай озимой

пшеницы и ячменя

Вариант Озимая пшеница Ячмень

урожай прибавка урожай прибавка

общая от извести от №К общая от извести от №К

ц/га

Контроль 3,1 - - - 11,1 - - -

Известь, 1 г. к. 12,8 9,7 9,7 - 21,3 10,2 10,2 -

М1Р1К1 7,1 4,0 - 4,0 16,4 5,3 - 5,3

^Р^! + известь, 1 г.к. 14,5 11,4 7,4 - 26,1 15,0 9,7 -

М2Р2К2 7,5 4,4 - 4,4 18,5 7,4 - 7,4

М2Р2К2 + известь, 1 г.к. 23,1 20,0 15,6 - 23,5 12,4 5,0 -

40% уменьшается вымывание калия с инфильтрацион-ными водами. Причем это действие, особенно касающееся улучшения фосфатного режима, очень продолжительно. Поэтому на произвесткованных полными дозами почвах можно на 15-20% снижать нормы азотных и фосфорных удобрений. Улучшение азотного питания на таких почвах настолько существенно, что его нужно учитывать при расчете доз азота, иначе неизбежно ухудшение качества продукции (полегание зерновых, образование более грубого волокна у льна, снижение содержания крахмала в клубнях картофеля и др.).

На почвах с очень кислой реакцией среды, содержащих много активного алюминия, применение минеральных удобрений без известкования не только не эффективно, но и опасно: могут загрязниться поверхностные и ин-фильтрационные воды, так как содержащиеся в них питательные вещества растения используют очень слабо.

Результаты полевого опыта Костромской опытной станции (Петрова, 1987) свидетельствуют, что без известкования урожай на таких почвах вообще может погибнуть, а эффективность КРК при оптимальной реакции среды в почве может удваиваться и утраиваться. Поэтому применение минеральных удобрений на почвах с очень кислой реакцией без предварительного известкования должно быть запрещено.

Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что на слабоокультуренной почве с сильной степенью кислотности (рН 4,0, Нг 6,5 мг-экв/100 г почвы) и высоким содержанием алюминия (11,7 мг/100 г почвы) эффективность известкования в 1,5-2,0 раза превышает действенность минеральных удобрений.

Экологическая роль известкования проявляется в активизации деятельности полезных микроорганизмов, особенно азотфиксаторов и нитрификаторов и улучшении развития клубеньковых бактерий, что в итоге улучшает азотное питание растений. Повышение биологической активности почвы - фактор, способствующий переводу трудно растворимых соединений фосфора почвы и фосфоритной муки в усвояемые формы. Результаты опытов показали, что сочетание известкования с фосфо-ритованием и культурой клевера позволяет без азотных удобрений получать 40-45 ц/га зерна озимой пшеницы.

Близкая к нейтральной реакция среды в пахотном и подпахотном слоях необходима для жизнедеятельности дождевых червей, улучшающих условия аэрации, фильтрации и способствующих образованию водопрочных агрегатов.

В условиях техногенного загрязнения почв токсическими элементами, особенно тяжелыми металлами (ТМ), известкование высокими дозами может в 5-10 раз снижать их поступление в растения. Интенсивное известкование имеет большое значение в системе мероприятий по снижению накопления в растительной продукции радиоактивного стронция из-за антагонизма между кальцием и этим элементом.

По данным Б.С. Пристера и Н.П. Омельяненко (1990), при изменении величины рН почвы от 4,1 до 7,2 коэффициенты перехода 137Сб из почвы в растения уменьшаются в 2-10 раз [2]. Исследования Н.М. Белоуса и В.Ф. Шапо-вала показали, что оптимизация реакции среды в почве на фоне минеральных удобрений сокращает поступление радионуклидов в растения на 60-80% [3].

Природоохранная роль известкования заключается и в том, что используют многие миллионы тонн известьсодержащих отходов и побочных продуктов металлургической, горнорудной, перерабатывающей промышленности и тепловых электростанций, отвалы которых занимают десятки тысяч гектаров плодородных почв. При этом сокращается и необходимость строительства карьеров по добыче известняков и по их переработке. Резкий дефицит известковых удобрений вынуждал сельское хозяйство использовать любые отходы промышленности, обладающие хорошей нейтрализующей способностью. Во многих из них содержатся токсические элементы и соединения. Поэтому перед использованием этих материалов в качестве мелиорантов им должна предшествовать тщательная оценка: агрохимическая, технологическая, токсикологическая и радиологическая.

К сожалению, вероятная токсичность многих элементов, содержащихся в отходах, и в частности ТМ, крайне слабо или совершенно не исследована. Об их поведении в почве и поступлении в растения часто судят по аналогии с другими веществами. Например, фосфорными удобрениями, имеющими нейтральную или кислую реакцию среды. При избытке кальция и слабощелочной реакции среды большинство ТМ неактивны и их поступление в растения резко ослабевает. Многие отходы промышленности обладают высокой нейтрализующей способностью, хотя достоверной научной информации, подтверждающей их действительную токсичность нет. Следует продолжить исследования по токсикологической оценке потенциально высокоэффективных известьсодержащих отходов промышленности, иначе для сельского хозяйства они будут потеряны.

В ассортименте известковых удобрений Германии % представлены различными видами металлургических шлаков. Отечественные исследования (Васильева, 1975) показали, что путем направленного воздействия при образовании шлаков можно менять их структуру, минералогический состав, увеличивая содержание активнодействующего вещества и химическую активность.

При резком сокращении масштабов известкования в 2000-2006 гг. в среднем ежегодно известь вносили на площади 350-400 тыс. га при необходимых 7-8 млн. га, обеднение почв основаниями достигло катастрофического уровня. В результате происходит рост площадей кислых почв, которые по нашим расчетам достигают 5456 млн. га (средняя ежегодная интенсивность подкисле-ния среды в почве составляет 0,02-0,03 рН). Больше половины пахотных почв Нечерноземной зоны имеет избыточную кислотность, которая вследствие отрицательного баланса кальция постоянно возрастает. Так, за последние годы площадь почв с избыточной кислотностью в Смоленской области возросла на 8,2 %, Владимирской

- на 4,3 и Московской - на 3,8 %.

Процесс увеличения кислотности почв еще интенсивнее происходит в зоне не только выщелоченных и оподзоленных, но и обыкновенных черноземов. Так, в Белгородской области с 1979 по 2003 г. площадь кислых почв увеличилась почти в 3 раза (с 12,4 до 35,6%), а площадь почв с сильнокислой реакцией среды - в 7,6 раза. Выявлены площади кислых почв там, где их раньше не фиксировали (Саратовская область, Краснодарский край).

Рис. Изменение сдвига рН в зависимости от срока последействия известковых удобрений

2. Прогноз структуры кислотности пахотных почв на 2010 г.

Группа почв по рН Исходная

млн. га % млн. га %

5,6-6,0 24,0 40,9 7,2 12,3

5,1-5,5 22,5 38,2 29,9 51,2

4,6-5,0 9,6 16,2 17,0 29,2

4,5 и менее 2,72 4,6 4,3 7,3

Всего 58,8 58,4

в т.ч. с рН 5,5 и менее 34,8 59,2 51,2 87,7

с рН 5,0 и менее 12,3 20,9 21,3 36,4

3. Изменение средневзвешенного показателя рН пахотных почв при известковании

Средневзвешенный показатель рН Изменение средневзвешенного показателя рН

2003 г. 2010 г. за 7 лет за 1 год

5,38 5,14 0,24 0,034

Результаты многолетних полевых опытов (Шильни-ков, Ермолаев, Аканова, 2006) выявили закономерность динамики кислотности произвесткованных почв (рисунок) и на их основании был составлен прогноз состояния кислотности почв, из материалов которого следует, что площадь кислых почв к 2010 г. увеличится на 16,4 млн. га, площадь почв, нуждающихся в первоочередном известковании (рН 5,0 и меньше) возрастет на 15,5 млн. га и составит более трети всей пашни (табл. 2).

Средневзвешенный показатель рН пахотных почв уменьшится на 0,24 и составит 5,14. Среднегодовое изменение показателя активной кислотности в сторону снижения составит 0,034, что согласуется с данными многолетних полевых опытов (табл. 3).

В результате обмена научной информацией с Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии [4] приводим прогноз изменения кислотности почв для Белоруссии, в котором структура рН связана с уровнем применения удобрений и интенсивностью известкования (табл. 4). Из чего следует, что только интенсивное известкование сохраняет благоприятную реакцию среды в почве. Широкое использование в Белоруссии доломитовой муки позволило решить проблему магния. Среднее содержание подвижной формы этого элемента в почве удвоилось и достигло оптимального уровня.

В последние годы большое внимание уделялось балансу углерода в почах, эмиссии СО2 и ее накоплению в атмосфере [5]. Потенциально карбонатные формы известковых удобрений могут быть источником выделения СО2 в атмосферу, так как в сухом и чистом СаСО3 содержат 12% углерода. Если же сравнивать возможное количество углерода, которое может быть произведено только двумя видами топлива (нефть и уголь) с известковыми удобрениями, то оказывается, что доля последних составляет всего лишь 0,31% (табл. 5).

При этом следует иметь в виду, что в 1985 г. баланс кальция в земледелии был положительным, и происходило накопление в почве примерно 25% внесенных с

4. Прогноз кислотности пахотных почв Республики Беларусь на 2020 г. при различной ин-____________тенсивности применения известковых и минеральных удобрений _________________

Год СаСО3 в год, №К, Наличие почв по группам кислотности, % Средневзве-

млн. т кг/га <4,51 4,51-5,0 5,01-5,5 5,1-6,0 6,01-6,50 6,51-7,0 7,0 и более шенный рН

2000 - - 1,3 4,4 13,1 28,0 36,9 13,6 2,8 5,99

2020 2,5 250 0,8 3,2 10,5 30,0 43,0 10,0 2,5 6,00

2020 2,5 150 0,8 3,0 10,0 29,0 44,7 10,0 2,5 6,02

2020 1,5 250 1,0 4,3 13,0 35,0 34,2 10,0 2,5 5,95

2020 1,5 150 1,0 4,0 12,5 33,0 37,0 10,0 2,5 5,97

2020 0 0 5,0 11,0 30,0 30,0 13,5 8,0 2,5 5,81

5. Количество углерода в топливе и известковых удобрениях _________(СССР в цифрах и фактах в 1985 г.) ___________

Потенциальные источники СО2 Произведено, млн. т Содержание углерода, % Углерод

млн. т %

Нефть 595 85,5 509,0 45,7

Уголь каменный 495 94,1 466,0 41,8

Уголь бурый 153 88,4 135,0 12,2

Известковые материалы 50 12 х 0,65 3,9 0,3

известковыми удобрениями карбонатов, остальные лишь компенсировали потери кальция за счет вымывания из корнеобитаемого слоя с инфильтрационными водами и выноса растениями. Нами по данным многолетних лизиметрических опытов установлено, что при низком уровне применения минеральных удобрений кальций мигрирует вследствие вымывания, главным образом, в форме бикарбонатов, которые содержат 14,8% углерода. В последние 5 лет уровень поставок известковых удобрений настолько низок, что вследствие миграции оснований (Са, Mg, К, №) из почвы убывает в 8-10 раз больше углерода, чем вносится с карбонатными формами извести. Кроме того, следует иметь в виду, что с каждой тонной СаСО3 в почву поступает 120 кг углерода, а в прибавке урожая с органической массой связывается примерно 340-350 кг, то есть каждая тонна СаСОз в урожае поглощает из атмосферы 224 кг углерода. Все это свидетельствуют о том, что известкование почв не загрязняет атмосферу оксидом углерода (СО2).

Изучение динамики кислотности в полевых опытах и потерь оснований в лизиметрах, а также потерь кальция и магния в пересчете на СаСО3 составляют в среднем 300-350 кг/га в год. Анализ практики известкования показал, что только применение более 0,5 т/га известкового удобрения в физической массе при содержании активно действующего вещества около 65% позволяло динамично снижать площади кислых почв. Исходя из этих данных и учитывая то, что зона известкования почв в стране составляет 60-65 млн. га, следует принять количество известковых материалов в объеме 30-35 млн. т, как сохраняющее существующее состояние с реакцией среды в почве для отечественного земледелия. Для того чтобы снижать площади кислых почв и изменять в благоприятную сторону реакцию среды нужно вносить известковые удобрения сверх указанного количества. Но сколько?

Ответ на этот вопрос зависит от времени, за которое предполагается создать оптимальный уровень реакции среды в почве. В середине восьмидесятых годов прошлого столетия была поставлена задача определить количество известковых материалов, необходимое для оптимизации реакции среды в почве в течение 5 лет. В результате проведенной работы с привлечением всех научных учреждений и использовании экспериментальных материалов 575 длительных полевых опытов [6] среднегодовая потребность в известковых удобрениях для пахотных почв составила 76,3 млн. тонн в пересчете на СаСО3, а с учетом сенокосов, пастбищ и многолетних насаждений 91 млн. тонн. Эта цифра, безусловно завышенная, скорее характеризует гипотетическую потребность и в настоящее время совершенно не приемлема. Хотя опыт Московской области 80-х годов XX века свидетельствует о том, что при внесении 1,2 т СаСО3 за 5

лет средневзвешенный показатель рН достиг уровня 5,86,0 и к 2003 г. сохранялся до значения рН 5,7.

Максимальный уровень применения известковых удобрений в земледелии России в прошлом столетии достигал 45-47 млн. т в год. При этом агрохимическая служба фиксировала снижение площадей кислых почв. Этот уровень соответствующий примерно 45 млн. т известковых удобрений, по-видимому, следует принять за ориентир при определении потребности в известковых удобрениях. Указанный объем позволит в среднем за год увеличивать средневзвешенный показатель рН на 0,250,35 и резко сократить площади почв с рН 5,0 и менее, то есть нуждающихся в первоочередном известковании из-за наиболее высокой токсичности избыточной кислотности [7]. Для сравнения в Белоруссии, где площадь пашни почти в 20 раз меньше, чем в России и структура кислотности намного благоприятнее, среднегодовая потребность в известковых удобрениях при четырехлетнем цикле известкования определена в 2,2 млн. т [4]. Этот объем применения известковых удобрений подтверждает приведенный нами расчет минимальной годовой потребности для отечественного земледелия 45 млн. т извести.

Таким образом, известкованию почв как агрономическому и природоохранному фактору нет альтернативы. Мировой опыт ведения сельского хозяйства свидетельствует об активной роли государственной поддержки химической мелиорации почв. Поэтому следует восстановить опыт СССР, в котором известкование почв осуществляли полностью за счет государства. Иначе мы будем ежегодно терять 20 млн. т сельскохозяйственной продукции в пересчете на зерно, качество урожая резко снизится и может происходить загрязнение растений и грунтовых вод различными токсичными веществами.

Литература

1. Шильников И.А., Мельникова М.Н., Пименов Е.А. Потери элементов из почвы // Химизация сельского хозяйства, № 6 - 1990.

2. Пристер Б.С., Омельяненко Н.П., Перепелятникова Л.В. Миграция радионуклидов в почве и переход их в растения // Почвоведение, № 10 - 1990.

3. Белоус Н.М., Шаповал В.Ф. Продуктивность пашни и реабилитация песчаных почв // Брянск, 2006. - 430 с.

4. Клебанович Н.В., Василюк Г.В. Известкование почв Беларуси // Минск. - БГУ, 2003. - 179 с.

5. Иванов А.Л., Сиротенко О.Д., Алексахин Р.М. и др. Глобальные проявления изменения климата в агропромышленной сфере. М., 2004 - 330 с.

6. Шильников И.А., Колесов А.И., Башкин В.Н. Использование известковых удобрений в сельскохозяйственном производстве Московской области // М., 1990. - 67 с.

7. Нормы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв // М., 1986 - 74 с.