Влияние хлорида кальция на хими-ческие свойства черноземных почв

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

УДК 631.41

Л. А. Воеводина

ВЛИЯНИЕ ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ

В статье рассмотрено влияние внесенного в осенний период мелиорирующего вещества хлорида кальция в дозе 2,4 т/га на свойства черноземных почв. По результатам почвенных анализов к концу первого года последействия было установлено влияние мелиоранта на такие показатели, как рН, щелочность, содержание хлоридов, обменных катионов и карбонатов. В течение зимнего периода с количеством осадков 200-300 мм хлориды, входящие в состав мелиорирующего вещества, вымываются на глубину до 50 см. Внесение мелиоранта способствует уменьшению суммы обменных катионов на 2,9 ммоль-экв./100 г почвы в весенний период и 9,2 ммоль-экв./100 г почвы в слое 0-20 см к концу первого года последействия. Содержание обменного кальция в абсолютных единицах не увеличивается, а в верхнем слое 0-20 см даже снижается на 10 % по сравнению с исходными значениями. В то же время повышается содержание карбонатов до 3,6 %, что согласуется с повышенными значениями рН, находившимися к концу первого года последействия в диапазоне от 7,93 до 8,31. В целом, внесение данного мелиорирующего вещества в чистом виде не решает проблему повышения содержания обменного кальция в почвенном поглощающем комплексе черноземных почв, хотя и положительно влияет на уменьшение содержания поглощенного натрия.

Ключевые слова: хлорид кальция, мелиорант, чернозем, рН, щелочность, хлориды, обменный кальций, поглощенный натрий.

L. A. Voyevodina

CALCIUM CHLORIDE INFLUENCE ON THE CHEMICAL PROPERTIES OF CHERNOZEM SOILS

The paper considers the influence on chernozem soil properties after the fall application of calcium chloride as an amendment at the rate of 2.4 t/ha. At the end of the first year of aftereffect the results of soil analyses have shown the influence on such indices as pH, alkalinity and content of chloride, exchangeable cations and carbonates. During the winter period with 200-300 mm of precipitation chlorides from said amendment are leached to the depth of 50 cm. The application of this amendment enables decreasing of the sum of exchangeable cations by 2.9 mmol of equivalents per 100 g of soil in spring and 9.2 mmol of equivalents per 100 g of soil in the upper layer 0-20 cm at the end of the first year of aftereffect. The content of exchangeable calcium in absolute units doesn’t increase, and in the upper layer 0-20 cm decreases by 10 % from the initial data. Simultaneously at the end of the first year of aftereffect carbonate content increases up to 3.6 % what agreed with the higher values of pH from 7.93 to 8.31. In tote the application of this amendment per se doesn’t solve the problem of increasing the content of exchangeable calcium in soil exchange complex of chernozem soils, although it has positive influence on exchangeable sodium decreasing.

Keywords: calcium chloride, amendment, chernozem, рН, alkalinity, chlorides, exchangeable calcium, exchangeable sodium.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

Изменение свойств черноземных почв во многом обусловлено недостаточным содержанием кальция в почвенном поглощающем комплексе (ППК). По данным ряда авторов [1] оптимальное содержание кальция в черноземных почвах должно составлять не менее 85 % от суммы обменных катионов (кальция и магния). Исследования, проведенные ранее [2] на черноземных почвах, показали, что зачастую содержание обменного кальция находится значительно ниже этого значения. Так, согласно наших исследований в Ростовской области в ЗАО «Нива» Веселовского района и ЗАО им. Фрунзе Сальского района, на опытных участках в ст. Кривянская и ст. Красюковская Октябрьского сельского района и других содержание обменного кальция, в основном, находилось ниже 85 % (таблица 1).

Таблица 1 - Содержание обменного кальция

Слой почвы, см Содержание обменного кальция, % от суммы обменных катионов кальция и магния

ЗАО «Нива» ЗАО им. Фрунзе ст. Кривянская ст. Красюковская

0-20 86 ± 2 71 ± 5 68 ± 4 78 ± 3

20-40 86 ± 2 69 ± 3 65 ± 3 77 ± 3

40-60 84 ± 2 73 ± 3 65 ± 3 79 ± 3

60-80 81 ± 2 76 ± 5 65 ± 4 79 ± 3

80-100 74 ± 2 79 ± 6 62 ± 1 81 ± 3

Для увеличения содержания кальция применяются кальцийсодержащие мелиоранты. Наиболее известными и распространенными веществами являются гипс (фосфогипс) и хлористый кальций. Гипс - наиболее традиционный мелиорант, применяющийся для улучшения почвенных свойств, так как химическая формула этого вещества содержит сульфаты, которые являются наименее токсичными для растений и могут содержаться в количествах, значительно превосходящих вредные концентрации других анионов (гидрокарбонатов и хлоридов). Так, пороговой концентрацией для С032- является 0,03, для С1- - 0,3, для НСО3 - 1,0, для БО^" -1,6 ммоль-экв./100 г почвы (мг-экв./100 г почвы) [3]. Однако, сульфаты являются менее подвижными ионами по сравнению с хлоридами, а образующийся при вытеснении натрия из ППК сульфат натрия снижает свою

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] растворимость при понижении температуры, что затрудняет удаление сульфатов из почвы в течение зимнего периода. К тому же, с поливными водами сульфатно-натриевого состава вносятся значительные количества этого иона. Например, в ст. Красюковская при поливах минерализованной водой 3,02 г/л оросительной нормой около 10000 м /га за вегетационный сезон вносится с поливной водой около 9 т/га сульфатов. Поэтому нами была исследована возможность применения хлористого кальция в качестве кальцийсодержащего мелиоранта.

При принятии решения о целесообразности применения этого вещества мы руководствовались следующими соображениями:

- вещество очень хорошо растворимо, при 20 °С растворяется 74,5 г на 100 г воды [4], следовательно в почве будет создан сильно концентрированный раствор кальция, а более концентрированный раствор будет способствовать более интенсивному вытеснению натрия из ППК и замещению кальцием;

- хлориды, содержащиеся в данном веществе, значительно вымываются в течение зимнего периода, что было отмечено нами в 2009-2010 гг. [5]. Так, содержание хлоридов в зимний период в слое 0-60 см снизилось в среднем с 0,69 до 0,19 ммоль-экв./100 г почвы;

- данное вещество может быть внесено в жидком виде, в том числе с использованием оборудования для капельного орошения.

Материал и методы.

Опыты проводились с осени 2009 года по 2012 годы в ст. Красюков-ская Октябрьского района Ростовской области в пленочных теплицах на солнечном обогреве при выращивании томатов. На осенне-зимний период пленка с теплиц снималась. Почвы опытного участка согласно классификации 1977 года [6] принадлежат к черноземам обыкновенным карбонатным среднемощным малогумусным иловато-крупно-пылеватым тяжелым суглинкам.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

В годы исследований в период с ноября по март выпало от 200 до 300 мм осадков.

Отбор проб почвы проводился на грядках осенью по окончанию поливного сезона и весной перед посадкой рассады на постоянное место. Глубина взятия проб равна 0-1,0 м, их отбор поводился через 0,20 м.

Поливная вода хлоридно-сульфатно-натриевого состава с минерализацией 3,02 г/л. Электропроводность - 3,34 дСм/м, SAR - 7,56. Содержание кальция в поливной воде составило 0,27 г/дм3 или 13,5 ммоль-экв./дм3, что составило 26,6 % от суммы катионов, содержащихся в воде. Подробная оценка поливной воды была представлена ранее [5]. Полив осуществлялся с использованием капельного орошения. Оросительная норма за период вегетации с апреля по октябрь составила около 1000 мм.

Доза хлористого кальция рассчитывалась для полной нейтрализации поглощенного натрия, содержащегося в почве в весенний период, и составила 2,4 т/га. Внесение проводилось осенью разбрасыванием гранулированного хлористого кальция по поверхности почвы с последующей заделкой его в верхний десятисантиметровый слой почвы.

Определение содержания основных ионов в водной вытяжке проводилось по ГОСТ 26423-26428, измерения рН были проведены в водной суспензии при соотношении почва : вода, равном 1 : 2,5, обменного кальция и магния - по ГОСТ 26487, поглощенного натрия - по ГОСТ 26950, карбонатов - по методу Голубева в модификации Исаева.

Результаты и обсуждение.

Результаты определения рН водной суспензии показали, что после внесения мелиоранта в весенний период рН снизилась по сравнению с данными, полученными на участках без внесения мелиоранта (БМ), и составила в верхнем слое 0-20 см 8,21 против 8,41. В слоях почвы, расположенных ниже значения показателя рН, были примерно одинаковыми или несколько повышенными на участках с внесением мелиоранта. К осени

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] значения рН на участках, где был внесен мелиорант, превосходили значения на участках без мелиоранта в среднем на 0,24 единицы. Однако, показатель рН на мелиорированных участках не превышал 8,31 (рисунок 1).

8,60

8.40 8,20 8,00 7,80 7,60

7.40 7,20

7,00 0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

♦ до внесения, осень 8,41 8,49 8,09 7,79 7,78

без мелиоранта, весна 8,41 7,97 7,55 7,51 7,58

• • -к • без мелиоранта, осень 7,91 7,92 8,02 7,85 7 77

— - с мелиорантом, весна 8,21 8,05 7,76 7,58 7,64

— - с мелиорантом, осень 8,17 8,31 8,20 8,05 7,93

Рисунок 1 - рН водной суспензии при соотношении почва : вода, равном 1 : 2,5

Щелочность вычислялась по результатам анализа водной вытяжки, по разности между суммой карбонатных и гидрокарбонатных анионов и суммой катионов кальция и магния. В целом, щелочность не превышала 0,258 ммоль-экв./100 г почвы, что характеризует почвы как нещелочные (рисунок 2). В весенний период показатели щелочности в верхнем слое 0-20 см составляли 0,258 ммоль-экв./100 г почвы на участках без внесения мелиоранта и 0,224 ммоль-экв./100 г почвы - на участках с внесением мелиоранта. В слоях 20-40 см и 40-60 см показатели щелочности имели близкие значения. В слоях почвы, расположенных глубже 60 см на участках, где был внесен мелиорант, щелочность практически отсутствовала.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

0,500 0,000 л -0,500 5 с о -1,000 о е ? -1,500 л к о * -2.000 — —. —

Н1- «•- "

Ж"'' /

0-20 СМ 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

♦ до внесения, осень -0,440 -0,090 -0,020 -0,040 -0,080

без мелиоранта, весна 0,258 0,130 -0,150 -0,140 0.030

• • А • без мелиоранта, осень -1,630 -0,300 0,000 -0.040 0,020

— - с мелиорантом, весна 0,224 -0,010 -0,165 -0,485 -0,405

— - с мелиорантом, осень -0,727 -0,040 0,230 0,140 0,090

Рисунок 2 - Щелочность по результатам анализа водной вытяжки

Осенью наиболее низкие показатели щелочности были отмечены на участках без внесения мелиоранта в верхнем слое 0-20 см. На участках, где вносили мелиорант, щелочность в верхнем слое почвы 0-20 см также снижалась. В слоях почвы глубже 40 см отмечено повышение щелочности на участках с внесением мелиоранта до 0,230 ммоль-экв./100 г почвы в слое 40-60 см. Показатели щелочности на участках без внесения мелиоранта в слоях почвы глубже 40 см не зависели от времени отбора проб и имели стабильные значения.

Содержание хлоридов в водной вытяжке показало, что в весенний период верхний слой почв 0-20 см был промыт водой зимних осадков, содержание хлоридов находилось на уровне 0,067 ммоль-экв./100 г почвы, глубже 20 см отмечено превышение содержания хлоридов на участках с внесением мелиоранта, разница составила 0,145 ммоль-экв./100 г почвы (рисунок 3). В слое 40-60 см отмечено наибольшее содержание хлоридов в весенний период, которое доходило до 1,28 ммоль-экв./100 г почвы,

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] что на 0,73 ммоль-экв./100 г почвы превышало значения, полученные для участков без внесения мелиоранта. Следовательно, внесенный в качестве мелиоранта хлорид кальция проник до глубины 60 см.

1,800 1.600 1,400 1,200 $ 1,000 0 Е 0,800 о 2 0,600 | 0.400 1 | 0,200 ^ 0,000 А

щ.

_ ...Г """

. . Л - *Ы

,** — — -Щ - м Ж

^ .. ш ШҐ"

0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

—♦— до внесения, осень 1,095 0,900 0,800 0,810 0,900

без мелиорант а, весна 0,066 0.200 0,550 0,655 0,450

• • -А • без мелиорант а, о сень 1,713 0.687 0,440 0,560 0,500

— - с мелиорантом, весна 0,068 0.345 1,280 1,010 0,900

— с мелиорантом, осень 0,600 0,570 0,440 0,380 0,400

Рисунок 3 - Содержание хлоридов в водной вытяжке

Осенью на участках с внесением мелиоранта содержание хлоридов было наибольшим в верхнем слое 0-20 см, но не превышало 0,600 ммоль-экв./100 г почвы. Содержание хлоридов в среднем находилось в диапазоне от 0,380 до 0,600 ммоль-экв./100 г почвы.

На участках без внесения мелиоранта в верхнем слое почвы осенью отмечено наиболее высокое содержание хлоридов - 1,713 ммоль-экв./100 г почвы. В слоях, расположенных ниже, содержание хлоридов составило 0,687-0,440 ммоль-экв./100 г почвы.

Содержание кальция в водной вытяжке в весенний период было приблизительно равным на участках как с внесением, так и без внесения мелиоранта, а по сравнению с исходными данными снизилось до 0,346-0,368 ммоль-экв./100 г почвы (рисунок 4). В осенний период

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] содержание водорастворимого кальция составляло в верхнем слое 0-20 см на участках с внесением мелиоранта 0,727 ммоль-экв./100 г почвы, на участках без внесения мелиоранта - 1,567 ммоль-экв./100 г почвы.

1.800 1.600 1.400 1.200 13 ” 1.000 о 5 0,800 0 ~ 0,600 §  ^ 0.400 К 1 0.200 А А ААА

А

ЧЛ ^ ^ N - ~гтЩгтх—

0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

♦ до внесения, осень 0,800 0,550 0,550 0,550 0,500

без мелиоранта, весна 0,368 0,480 0,540 0,475 0,415

•к- без мелиоранта, осень 1.567 0.603 0,300 0.600 0,300

— - с мелиорантом, весна 0,346 0.390 0.490 0,690 0,555

—  с мелиорантом, осень 0,727 0,600 0,480 0,280 0,350

Рисунок 4 - Содержание ионов кальция в водной вытяжке

Вероятно, большее содержание кальция в водной вытяжке на участках без внесения мелиоранта обусловлено значительными количествами хлорида натрия, который способствует растворению сульфата кальция. При связывании ионов водной вытяжки в гипотетические соли в осенний период было обнаружено наибольшее количество хлорида натрия (до 2,79 ммоль-экв./100 г почвы) и сульфата кальция (до 3,03 ммоль-экв./100 г почвы) в верхнем слое почвы 0-20 см на участках без внесения мелиоранта. Значительные количества ионов, входящих в эти соединения, содержатся в поливной воде, а при режиме увлажнения, который присущ для теплиц, происходит их накопление на поверхности почвы.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

Содержание обменного кальция в весенний период на участках с внесением мелиоранта в верхнем слое почвы 0-20 см снизилось по сравнению с исходным (рисунок 5). К окончанию поливного сезона содержание обменного кальция продолжало снижаться и составило 16,260 ммоль-экв./100 г почвы. На участках без внесения мелиоранта содержание обменного кальция в верхнем слое 0-20 см в течение вегетационного периода повышалось и достигло 21,587 ммоль-экв./100 г почвы. В слое 20-40 см также наблюдалось превышение на 11 % содержания обменного кальция на участках без внесения мелиоранта. В слое почвы 40-60 см изменения в содержании обменного кальция были незначительными как на участках с внесением, так и без внесения мелиоранта и в весенний, и в осенний периоды.

22,000 21,000 20,000

3

§ 19,000

О

С

О 18,000

0

в 17,000

1 16,000

1

15,000 0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

♦ до внесения, осень 17,930 17,640 19,370 18,720 19,640

без мелиоранта, весна 19.160 19.330 19,850 18,690 17.840

А- без мелиоранта, осень 21,587 19,020 19,200 17,820 17,460

— -с мелиорантом, весна 17.160 17,180 20,090 19,300 19,000

— • с мелиорантом, осень 16,260 17,480 19,940 18,720 17.980

Рисунок 5 - Содержание обменного кальция

Содержание поглощенного натрия на участках с внесением мелиоранта в весенний период снизилось и находилось в слоях почвы 0-20 и

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] 20-40 см на уровне 1,982 и 2,450 ммоль-экв/100 г почвы соответственно (рисунок 6). В этих слоях почвы на участках без внесения мелиоранта содержание поглощенного натрия весной также было пониженным по сравнению с данными, полученными перед внесением мелиоранта, и составило 2,234 и 2,580 ммоль-экв./100 г почвы соответственно. В слое почвы 40-80 см на участке с внесением мелиоранта содержание поглощенного натрия было выше по сравнению с участком, где мелиорант не вносился, что, вероятно, указывает на его вымывание из верхних слоев почвы.

3.500 3 1». § Г) 1 Л 1=! О 3 1.500 » *

/*" —ЯҐ^ ^у-к Г

0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

• до внесения, осень 3,170 3,115 3,285 3,030 2,775

без мелиоранта, весна 2,234 2,580 2,675 2,650 2,775

к- без мелиоранта, осень 3,610 3,610 2,890 2,300 2,180

— -с мелиорантом, весна 1,982 2,450 2,935 3,220 2,815

- -с мелиорантом, осень 2,067 2,327 2,210 2,440 1,990

Рисунок 6 - Содержание поглощенного натрия

В осенний период на участках без внесения мелиоранта содержание поглощенного натрия повысилось и достигало 3,610 ммоль-экв./100 г почвы, содержание поглощенного натрия на участке с внесением мелиоранта оставалось на уровне весенних значений в слоях почвы 0-20 и 20-40 см, а в слое почвы 40-60 см было на 23 % меньше по сравнению с немелиори-рованными участками.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28]

Внесение мелиоранта способствовало уменьшению суммы обменных катионов в верхнем слое 0-20 см на 2,9 ммоль-экв./100 г почвы в весенний период и 9,2 ммоль-экв./100 г почвы к концу первого года последействия.

Содержание карбонатов (рисунок 7) в весенний период в верхних слоях почвы 0-20 и 20-40 см было примерно одинаковым как на участках с внесением, так и без внесения мелиоранта и составило от 1,490 до 2,560 %. Причем большие значения характерны для верхнего слоя почвы 0-20 см. В слое почвы 40-60 см отмечено превышение содержания карбонатов в пробах почвы с мелиорированных участков.

4.000 чр О 3.000 2.000 1,000 0,000

Л • • • 'А V", Ч \

0-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см 80-100 см

♦ до внесения, осень 1,531 1,316 0,435 0,290 0,253

без мелиоранта, весна 2,560 1,770 0,320 0,220 0,240

-к.  без мелиоранта, осень 2,613 2,787 1,402 0,367 0,100

— - с мелиорантом, весна 2,480 1,490 1,140 0,300 0,270

-НИ - с мелиорантом, осень 3,602 2,214 0,859 0,000 0,159

Рисунок 7 - Содержание карбонатов

В осенний период наибольшее накопление карбонатов было обнаружено в верхнем слое почвы 0-20 см на участке с внесением мелиоранта,

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] которое достигало 3,602 %. На участке без внесения мелиоранта содержание карбонатов осталось на уровне весенних показателей.

Характер распределения карбонатов типичен для участков в пленочных теплицах с длительным применением капельного орошения, при котором наибольшее скопление карбонатов отмечается в верхнем слое почвы с постепенным снижением содержания карбонатов с глубиной.

Выводы.

Таким образом, внесение в качестве мелиорирующего вещества хлорида кальция в дозе 2,4 т/га определенным образом влияет на показатели свойств черноземных почв. Хлориды, входящие в состав этого соединения, в течение зимнего периода с количеством осадков 200-300 мм вымываются на глубину до 50 см. Внесение мелиоранта способствовало уменьшению суммы обменных катионов на 2,9 ммоль-экв./100 г почвы в весенний период и 9,2 ммоль-экв./100 г почвы к концу первого года последействия. Содержание обменного кальция в абсолютных единицах не увеличивается, а в верхнем слое 0-20 см даже снижается на 10 % по сравнению с исходными значениями. В то же время повышается содержание карбонатов до 3,6 %, что также согласуется с повышенными показателями рН, находившимися к концу первого года последействия в диапазоне от 7,93 до 8,31. Снижение содержание обменного кальция происходит в связи с переходом части ионов кальция в состав карбонатов, повышение содержания которых приводит к повышению рН до 8,31.

В целом, внесение данного мелиорирующего вещества в чистом виде дозой 2,4 т/га не решает проблему повышения содержания обменного кальция в почвенном поглощающем комплексе черноземных почв, хотя и положительным образом влияет на уменьшение содержание поглощенного натрия в ППК.

Список использованных источников

1 Методические указания по комплексной оценке мелиоративного

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(06), 2012 г., [16-28] состояния и плодородия орошаемых земель в степной и сухостепной зонах Северного Кавказа. - Новочеркасск, 1987. - 26 с.

2 Воеводина, Л. А. Особенности влияния капельного орошения на почвенное плодородие / Л. А. Воеводина // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр. / ФГНУ «РосНИИПМ». -Вып. 41.- Новочеркасск: Геликон, 2009. - С. 68-74.

3 Зайдельман, Ф. Р. Мелиорация почв / Ф. Р. Зайдельман. - М.: Изд-во МГУ, 2003. - 448 с.

4 Кальция хлорид [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://www.xumuk.ru/ spravochnik/558.html.

5 Воеводина, Л. А. Влияние капельного орошения на засоление почв [Электронный ресурс] / Л. А. Воеводина, Ю. Ф. Снипич, А. Н. Чекунов // Научный журнал КубГАУ: политематический сетевой электрон. журн. / Кубанский гос. аграрн. ун-т. - Электрон. журн. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - № 64(10). - 20 с. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/10/ pdf/20.pdf.

6 Классификация и диагностика почв СССР. / Л. Л. Шишов [и др.]-М.: Колос, 1977.- 224 с.

Воеводина Лидия Анатольевна - кандидат сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», старший научный сотрудник.

Контактный телефон: 8 (8635) 266500. E-mail: vovteh@rambler.ru

Voyevodina Lidiya Anatolyevna - Candidate of Agricultural Sciences, Federal State Budget Scientific-Research Establishment “Russian Scientific-Research Institute of Land Improvement Problems”, Senior Researcher.

Contact telephone number: 8 (8635) 266500. E-mail: vovteh@rambler.ru