Кислі ґрунти
ВСТУП
В умовах ринкових відносин та переходу на нові форми господарювання, загострилися проблеми ресурсо- та енергозбереження, підтримання екологічної стабільності і підвищення продуктивності кислих ґрунтів. Перед науковцями та агровиробниками постала невідкладна задача з розробки та упровадження у виробництво таких агрозаходів, які об’єднують, здавалося б несумісні принципи підвищення продуктивності зі стабілізацію екологічного стану кислих грунтів та одночасною економією енергетичних і матеріальних ресурсів.
Враховуючи широке розповсюдження кислих грунтів як у світі, так і у державі, стає зрозумілим важливість екологічної і соціальної значимості розробки і застосування сучасних агрозаходів з підвищення їх родючості та запобігання деградації. Ці занадто важливі агрозаходи повинні гармонійно поєднувати застосовані навантаження (системи обробітку, використовуємі добрива і меліоранти, речовини захисту рослин) з підтриманням агроекологічного стану самих грунтів на певному рівні, який забезпечує нормальний розвиток і зростання рослин.
Особливо важливе значення ці агрозаходи мають при застосуванні їх на опідзолених кислих грунтах Полісся та Лісостепу, більшості яких притаманний слабо розвинений органо-мінеральний комплекс, з переважно грубим гранулометричним складом і, відповідно, низьким вмістом гумусу та кислою реакцією середовища.
Усунення надлишкової ґрунтової кислотності шляхом хімічної меліорації відомо з часів зародження землеробської культури. Водночас сучасний агрохімічний моніторинг засвідчує, що призупинення реалізації агрозаходів з вапнування кислих ґрунтів є особливо небезпечним через те, що кисле середовище ґрунту, як відомо, не тільки обмежує отримання якісного і прибуткового урожаю, але й сприяє інтенсифікації процесів накопичення важких металів і радіонуклідів у рослинницькій, а за трофічним ланцюгом і у тваринницькій продукції, підвищеному їх вимиванню у підгрунтово-дренажні води. В цілому названі явища ускладнюють агроекологічну ситуацію в регіонах розповсюдження кислих ґрунтів, що унеможливлює поступовий перехід цих регіонів на сталий соціально-економічний розвиток.
В сучасних умовах реформації сільськогосподарського виробництва, коли в аграрному секторі значно збільшилась частка приватних господарств, проводити агромеліоративні заходи з відтворення родючості кислих ґрунтів за існуючими традиційними і часто екологонебезпечними та енерговитратними технологіями меліорації недоцільно. Відродження хімічної меліорації кислих ґрунтів повинно базуватись на принципово нових підходах з використанням новітніх ресурсозбережувальних технологій.
1. Розповсюдження кислих грунтів (площі, номенклатура, властивості, продуктивність).
1.1 Розповсюдження та площі.
На Україні ґрунти з надлишковою кислотністю, яка лімітує нормальний розвиток та зростання сільськогосподарських культур, широко розповсюджені в зоні Полісся, Прикарпаття, гірських Карпат, Закарпаття та на півночі Лісостепу. Серед земель сільськогосподарського використання майже 21 %, або 8,5 млн. га займають кислі ґрунти.
За даними ННЦ „Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” в Україні нараховується біля 9,7 млн. га ґрунтів з кислою реакцією. З них 4 млн 790 тис. га орні землі, в тому разі сильнокислі (рНсол. £4,5) – 382 тис. га, середньокислі (4,5 < рНсол. £5,0) – 1 млн 307 тис. га і слабокислі (5,0 < рНсол. £5,5) – 3 млн 101 тис. га (табл..1). Під пасовиськами, сіножатями та іншими природними угіддями зайнято ще біля 4 млн. га кислих ґрунтів. Крім цього, за даними Держводгоспу України, серед осушуваних земель біля 860 тис. га займають кислі ґрунти.
Таблиця 1
Площа орних ґрунтів за ступенем кислотності, тис. га
| Область | Площа, тис. га | У тому числі | ||||
| загальна площа | площа земель с.-г. використання | усього кислих ґрунтів (в ріллі) | сильнокислі рНсол. £4,5 | середньокислі 4,5£ рНсол .£5,0 | слабокислі5,0£рНсол.£5,5 | |
| Вінницька | 2651 | 2038 | 675 | 19 | 196 | 460 |
| Волинська | 2014 | 1050 | 125 | 13 | 48 | 64 |
| Житомирська | 2981 | 1617 | 388 | 52 | 128 | 208 |
| Закарпатська | 1275 | 415 | 116 | 48 | 38 | 30 |
| Івано-Франківська | 1393 | 498 | 230 | 59 | 76 | 95 |
| Київська | 2894 | 1703 | 278 | 18 | 82 | 178 |
| Кіровоградська | 2459 | 2043 | 55 | - | 12 | 43 |
| Львівська | 2183 | 1262 | 247 | 46 | 80 | 121 |
| Полтавська | 2875 | 2177 | 355 | 2 | 51 | 302 |
| Рівненська | 2005 | 897 | 172 | 36 | 69 | 67 |
| Сумська | 2384 | 1715 | 415 | 14 | 92 | 309 |
| Тернопільська | 1382 | 1055 | 292 | 13 | 83 | 196 |
| Харківська | 3141 | 2112 | 263 | 1 | 35 | 227 |
| Хмельницька | 2063 | 1568 | 369 | 25 | 136 | 208 |
| Черкаська | 2092 | 1421 | 220 | 2 | 33 | 185 |
| Чернівецька | 810 | 473 | 59 | 2 | 18 | 39 |
| Чернігівська | 3192 | 2077 | 531 | 32 | 130 | 369 |
| Всього:
|
37794 | 24121 | 4790 | 382 | 1307 | 3101 |
Більшість грунтів з надлишковою кислотністю середовища зосереджена на Поліссі. Дерново-підзолисті ґрунти, характерною відмінністю яких є кисла реакція грунтового розчину (рН сольове 4,2-5,5), займають тут близько 1,4 млн. га орних земель. Ще більш підкислені оглеєнні різновиди цих грунтів займають в структурі орних земель Поліської зони ~ 0,5 млн. га.
У передгір’ї Карпат та Закарпатті поширені буроземи кислі, буроземи підзолисті, дернові опідзолені і інші різновидності кислих грунтів, характерною рисою яких є висока кислотність та ненасиченість основами.
До ґрунтів з кислою реакцією належить і група опідзолених суглинкових ґрунтів, які розповсюджені переважно в зоні Лісостепу та частково на Поліссі. За ступенем опідзоленості вони розташовані в ряду: ясно-сірі, сірі, темно-сірі, та чорноземи опідзолені. Чорноземи опідзолені разом із темно-сірими лісовими ґрунтами мають, як правило, слабокислу реакцію грунтового розчину, рН сольовий дорівнює 5,5-6,2. Кислотність сірих і ясно-сірих опідзолених грунтів більш виражена ‑ рН сольовий коливається в межах 4,5-5,5. Глибина залягання карбонатів у ясно-сірих ґрунтах сягає 120-200 см, що обумовлює кислу реакцію у верхніх шарах цих ґрунтів.
Крім цього, в останні роки на Україні, як і всьому світі, поширились процеси вторинного підкислення грунтів, які обумовлені кислотними опадами та незбалансованим застосуванням мінеральних добрив, через що підкислюються навіть нейтральні за своєю природою чорноземи.
Внаслідок їх негативної дії особливо гостро постає проблема закислення природного середовища і значних екологічних змін на території цілих регіонів. Якщо за норму вважають атмосферні опади, рН яких дорівнює 5,6-5,7 одиниць, то зараз часто він становить менше 4,5. Спостереження за зміною рН дощових вод, які були проведені в США, Норвегії та Швеції на протязі майже 60 років, засвідчили зниження цього показника, і зараз доволі часто фіксують дощі з рН 3,5-4,0. В Росії під Москвою відмічено випадки, коли рН опадів становив 2,5-3,0. На північному сході США були випадки, коли рН опадів становив навіть 2,1. В Україні частіше за все спостерігаються кислотні опади з рН біля 4,5.
Негативна дія кислих атмосферних опадів полягає у підвищенні кислотності ґрунту, що обумовлює більш інтенсивне вимивання поживних речовин, руйнування агрономічно цінної структури, порушення газового режиму, пригнічення біоти ґрунту і т. ін.
При випаданні кислих дощів, саме природні ґрунтові процеси, такі як дихання, нітрифікація, поглинання основних катіонів рослинами, утворення і вимивання розчинних органічних кислот спричинюють підвищення кислотності ґрунтів. Додатковий негативний вплив кислотних опадів на агроекологічний стан грунтів пов’язаний з тим, що при просоченні крізь грунт вони здатні вилуговувати алюміній та важкі метали. У нормі присутність цих елементів не шкідлива, оскільки вони зв’язані у нерозчинних сполуках і не можуть поглинатися організмами. При низьких значеннях рН ці сполуки переходять у розчин, стають доступними організмам і чинять сильний токсичний вплив як на рослинні, так і на тваринні організми.
1.2 Номенклатура кислих грунтів.
Номенклатуру кислих грунтів наведено у таблиці 2.
Таблиця 2
Номенклатура кислих грунтів України
| Шифр грунту | Назва грунтів |
| 1 | 2 |
1. 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3. 1.4.4. 1.4.5. 1.5. 1.5.1. 1.5.2. |
Дерново-підзолисті Рихлопіщані на рихлих пісках на пісках та супісках, що підстеляються ближче 1 м мореною на супісках із прошарками суглинку Зв’язнопіщані на зв’язних пісках, що переходять із глибини 0,5-0,7 м у рихлі на піщаних відкладах, що підстеляються ближче 1 м мореною на пісках із прошарками суглинку і заляганням морени глибше 1,0–1,5 м Супіщані глибокі на морені ближче 1 м на морені глибше 1,0-1,5 м на супісках, що підстеляються піском ближче 1 м на супісках, що підстеляються піском глибше 1 м на супісках, що підстеляються суглинком Легко- та середньосуглинкові на глибоких лесовидних суглинках на лесовидних суглинках, що підстеляються щільними карбонатами на моренних суглинках на лесовидних суглинках, що підстеляються мореною на лесовидних суглинках, що підстеляються піском Важкосуглинкові та глинисті на моренних глинах і важких суглинках на озерно-льодовикових глинах і суглинках |
2. 2.1. 2.2. |
Дерново-підзолисті і буроземно-підзолисті поверхнево оглеєні Суглинкові Важкосуглинкові і глинисті |
3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.3. 3.4. |
Сірі лісові та чорноземи опідзолені поверхнево оглеєні на лесовидних суглинках Ясно-сірі та сірі лісові поверхнево оглеєні суглинкові Ясно-сірі та сірі лісові поверхнево оглеєні важкосуглинкові та глинисті Темно-сірі лісові та чорноземи опідзолені поверхнево оглеєні суглинкові Темно-сірі лісові та чорноземи опідзолені поверхнево оглеєні важкосуглинкові та глинисті |
| 1 | 2 |
4. 4.1. 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. |
Дернові глейові Зв’язнопіщані на глибоких піщаних відкладах на піщаних відкладах, що підстеляються мореною на піщаних відкладах з прошарками суглинку Супіщані на піщаних відкладах на піщано-супіщаних відкладах, що підстеляються піском Важкосуглинкові та глинисті на важких суглинках і глинах на важких суглинках і глинах, що підстеляються піском |
5.0. 5.1. 5.2. |
Дернові та буроземні опідзолені поверхнево оглеєні Суглинкові Важкосуглинкові та глинисті |
1.3 Властивості кислих грунтів.
Кисле середовище є генетичною ознакою дерново-підзолистих, ясно-сірих, сірих та темно-сірих ґрунтів. Вони відрізняються кислою реакцією ґрунтового середовища (рНсол. 4,0-5,0), низькою ємністю поглинання та ненасиченістю на кальцій (20-50 % для пісків та супісей, 50-80 % ‑ для суглинків), а також низьким вмістом гумусу (0,5-1,5 %). Кисла реакція ґрунтового розчину також притаманна чорноземам опідзоленим, бурим лісовим та торфовим ґрунтам.
Характерною особливістю дерново-підзолистих ґрунтів є їх різко диференційований профільний поділ на горизонти вимивання і вмивання колоїдів та окислів, підвищена кислотність, ненасиченість вбирного комплексу основами, незначна буферність і низька біологічна активність
Низька природна родючість кислих дерново-підзолистих грунтів грубої гранулометрії обумовлена високою фільтрацією грунто-підгрунтя, низькою ємністю вбирання та водоакумуляційною здатністю, переважанням низхідних потоків вологи, що сприяє високій міграції водорозчинних речовин і меліорантів та вимиванню їх за межі кореневмісного шару. Як свідчить історичний досвід розвитку землеробства, основним чинником докорінного покращання агрохімічних, фізико-хімічних і фізичних властивостей кислих грунтів є їх меліорація або вапнування.
Кисла реакція буроземних та лучно-буроземних ґрунтів обумовлена невеликим вмістом у ґрунтотворній породі карбонату кальцію, промивним водним режимом, лісовою рослинністю, тощо. Вважається, що через надзвичайно розвинений кислотний гідроліз алюмосилікатів, високу біологічну активність цих ґрунтів та низький рН ґрунтового розчину, в них зосереджується відносно велика кількість рухомого алюмінію.
Реакція ґрунтового середовища (активна кислотність) прямо впливає на засвоєння рослинами поживних речовин, процеси гуміфікації-мінералізації органічних речовин, розкладу ґрунтових мінералів і коагуляції-пептизації колоїдів, мікробіологічні процеси тощо. Хоча сама по собі токсичність іонів гідрогену не є вирішальним фактором відносно родючості ґрунту, але вплив низького значення рН на живлення рослин є дуже виразним. Провідними факторами, які обмежують зростання культурних рослин при низьких значеннях pH є токсичність гідрогену, алюмінію та марганцю, дефіцит основних елементів живлення рослин (N P K) і макроелементів (Ca, Mg і Zn), підвищена рухомість важких металів, несприятливий агрофізичний стан ґрунтів (безструктурність, злитість, низька аерація і т. і.), порушення процесів білкового та вуглеводного обміну, що негативно впливає на активність ферментних систем, та мікроорганізмів.
Слід зазначити, що надлишкова кислотність суттєво погіршує загальний агроекологічний стан грунтових систем. Агроекологічна небезпека функціонування кислих ґрунтів часто пов’язана зі збідненням їх на рухомі поживні елементи, які стають дефіцитними для рослин і тварин. Особливо відчувається дефіцит такого важливого органогенного елементу, як кальцій. Через це дикі і домашні тварини відрізняються малими розмірами, часто страждають на рахіт та захворювання кісток. Птахи несуть мало яєць, а самі яйця здебільшого мають тонку і крихку шкаралупу. В регіонах розповсюдження кислих ґрунтів спостерігається дефіцит багатьох інших макро- та мікроелементів, що також негативно впливає на флору і фауну та здоров’я людей. Наприклад, через нестачу фтору спостерігається широке поширення карієсу у людей та тварин, дефіцит кобальту викликає у них таке тяжке захворювання як недокрів’я.
1.4 Продуктивність кислих грунтів.
Зростання і розвиток рослин, перебіг ґрунтових процесів, швидкість і спрямованість хімічних та біологічних процесів у великій мірі залежать від реакції ґрунтового середовища. Надлишкова кислотність ґрунтів, яка суттєво обмежує урожайність сільськогосподарських культур, ефективно усувається хімічною меліорацією, і зокрема, вапнуванням.
Найбільш сприятливі умови для засвоєння рослинами основних елементів живлення складаються при рН ґрунтового середовища, який близький до нейтрального, тобто від 5,5 до 7,0.
Багатогранність позитивної дії від внесення вапнякових меліорантів у кислі ґрунти полягає в поліпшенні їх фізико-хімічних властивостей і, перш за все, у зниженні кислотності ґрунтового розчину, підвищенні насиченості ґрунтового колоїдного комплексу іонами кальцію, збільшенні водотривкої структури, поліпшенні водного і повітряного режимів.
Систематичне окультурювання кислих ґрунтів забезпечує отримання високих та сталих врожаїв сільськогосподарських культур, рівень яких залежить від типу ґрунту, величини кислотності та гранулометричного складу (табл. 3).
Таблиця 3
Продуктивність основних типів кислих ґрунтів
| Ґрунти
|
Урожайність озимої пшениці, ц/га | ||
| середня | середня з високих | максимальна | |
| Дерново-підзолисті супіщані | 26,2 | 47,0 | 64,9 |
| Дерново-підзолисті суглинкові | 32,3 | 53,5 | 68,0 |
| Дерново-підзолисті глеюваті супіщані | 25,1 | 43,3 | 53,9 |
| Дерново підзолисті глеюваті суглинкові | 32,3 | 54,0 | 61,8 |
| Дерново-підзолисті глеєві супіщані | 19,9 | 29,5 | 31,5 |
| Дерново-підзолисті глеєві суглинкові | 30,4 | 39,9 | 46,0 |
| Дерново-опідзолені супіщані | 24,5 | 34,3 | 36,7 |
| Дерново-опідзолені суглинкові | 32,8 | 40,7 | 44,8 |
| Ясно-сірі лісові супіщані | 26,3 | 38,1 | 41,9 |
| Ясно-сірі лісові суглинкові | 30,5 | 44,5 | 54,0 |
| Сірі лісові супіщані | 33,0 | 58,3 | 66,3 |
| Сірі лісові суглинисті | 38,2 | 56,9 | 72,3 |
| Темно-сірі лісові суглинисті | 34,6 | 51,9 | 65,0 |
| Темно-сірі лісові глеюваті суглинкові | 28,0 | 43,3 | 49,8 |
| Чорноземи опідзолені суглинисті | 38,8 | 60,9 | 76,9 |
| Чорноземи опідзолені глеюваті суглинкові | 22,8 | 31,6 | 34,6 |
Вапнування позитивно впливає на агроекологічний стан кислих грунтів, що відображується у:
• нейтралізації ґрунтової кислотності і заміщені поглинутого іону гідрогену на іон кальцію вапняного меліоранту;
• поліпшенні азотного режиму грунтів через підсилення процесів нітрифікації та фіксацію азоту атмосфери мікроорганізмами, активізацію діяльності корисних мікроорганізмів, особливо азотфіксуючих і нітрифіцируючих бактерій, що сприяє покращенню умов для розвитку бульбочкових мікроорганізмів;
• запобіганні виникнення мікробного токсикозу при застосуванні мінеральних добрив;
• покращенні умов життєдіяльності дощових черв’яків (через створення нейтральної реакції грунтового середовища), які сприяють аерації, фільтрації й утворенню стійких водостійких агрегатів;
• перешкоджанні надходження важких металів і радіонуклідів до рослин;
• стимуляції розвитку мікроорганізмів, які мають важливе агрономічне значення, в першу чергу амоніфікаторів і нітрифікаторів
• сприянні процесів денатуралізації залишків деяких форм гербіцидів і фунгіцидів;
• зниженні забур’яненості посівів та пошкоджуваності рослин через хвороби;
• підвищені ефективності дії внесених добрив та якості отриманої продукції.
Внесене у ґрунт вапно діє і як поживна речовина, оскільки в ньому міститься кальції, четвертий за значенням із десяти найважливіших макроелементів у живленні рослин.
Позитивна дія вапнування кислих ґрунтів чітко проявляється в прирості урожаїв сільськогосподарських культур. За даними наукових закладів, застосування вапна в оптимальних нормах (5-6 тонн на один га сівозмінної площі) на сильно та середньокислих ґрунтах забезпечує прибавку врожаїв: зерна озимої пшениці – 2-4; ячменю – 3; коренів цукрового буряку 22,5-30; зеленої маси кукурудзи – 25-45 ц/га.
За умов систематичного вапнування кислих ґрунтів держава щорічно отримувала додаткової продукції у перерахунку на зернові одиниці майже 650 тис. тонн на рік (табл. 4).
Таблиця .4
Приріст урожаю основних сільськогосподарських культур на кислих ґрунтах під впливом вапнування
| pH сол. | Площа ріллі, тис.га | Середні прирости врожаю, ц/га | Додаткова продукція, тис.т |
| в перерахунку на зернові одиниці | |||
| 4,5 | 359 | 3,4 | 122,1 |
| 4,5-5,0 | 1187 | 2,6 | 308,6 |
| 5,0-5,5 | 2891 | 0,75 | 216,8 |
| Всього | 4427 | 1,46 | 647,5 |
Отже, радикальним заходом підвищення родючості кислих ґрунтів є їх хімічна меліорація (вапнування). Цей меліоративний захід значно покращує агрохімічні, фізико-хімічні та фізичні властивості кислих ґрунтів, що сприяє підвищенню врожаїв сільськогосподарських культур.
2. Напрями окультурювання кислих грунтів.
2.1 Заходи з окультурювання кислих грунтів.
При відсутності відповідних меліоративних і агротехнічних заходів відбувається погіршення агрофізичних, фізико-хімічних і біологічних властивостей ґрунтів та їх продуктивності. Тому для відновлення родючості кислих ґрунтів та отримання на них сталих врожаїв сільськогосподарських культур конче необхідна хімічна меліорація кислих і вторинно підкислених ґрунтів.
За традиційними технологіями меліорації
кислих ґрунтів, які панували в Україні у період широкомасштабних меліорацій (60-80 роки минулого сторіччя), на слабо-кислих ґрунтах вносять 3-4 т вапна на 1 га (з розрахунку на СаСО3
за гідролітичною кислотністю) і на середньо-кислих – 5-6 т/га, врозкид по поверхні ґрунту з подальшим заорюванням.
Вапняні добрива рекомендується вносити під попередники тих культур, які найбільш чутливі на внесення меліоранту (цукровий буряк, люцерна, конюшина, ячмінь, озима пшениця, горох тощо).
Крім цього передбачено щорічно вносити на 1 га сівозмінної площі 10-12 тонн органічних добрив, та мінеральних добрив у дозах N90
P60
K120
за діючою речовиною і їх окреме внесення один від одного врозкид, на всю орну масу ґрунту.
Відмічаючи позитивні сторони хімічної меліорації кислих ґрунтів, все ж таки необхідно звернути увагу істотні недоліки які мають місце при застосуванні традиційних технологій за якими вона здійснювалась.
При цьому ефективність вапнування у значному ступеню залежить від якості меліоранту, рівномірності його розкидання та загортання в ґрунт.
Соціально-економічна доцільність хімічної меліорації кислих грунтів, яка домінувала у минулі роки, не завжди гармоніювала з екологічною. Крім того, низький рівень культури проведення агрозаходів з хімічної меліорації (внесення низькоякісних меліорантів, недосконалість агротехнічних засобів з їх внесення тощо) не сприяв їх ефективному застосуванню.
Як показала багаторічна практика окультурювання кислих ґрунтів, особливо грубого гранулометричного складу, традиційна система відтворення їх родючості не забезпечує прогресивного (еволюційного) розвитку процесів ґрунтоутворення та досягнення оптимальних параметрів родючості.
До екологічно небезпечних факторів, що мають місце за таких умов на кислих ґрунтах, належать:
– вилуговування у підгрунтові води кальцію та магнію майже до 30 % від внесеного і, через це, різке підвищення жорсткості води у прилеглих водоймах, річках, колодязях тощо;
– перевантаження ставків та озер кальцієвмісними речовинами, що призводить до їхньої евтрофікації, яка часто стає причиною загибелі риби та іншої ставкової та озерної фауни;
– надмірна нітрифікація і підвищення непродуктивних витрат азоту;
– спалах процесів мінералізації та розкладу органічної речовини, що призводить до втрати потенційної родючості;
– надмірна емісія двооксиду вуглецю і газоподібних сполук азоту з ґрунту в атмосферу;
– погіршення умов живлення рослин макро- та мікроелементами;
– підвищення захворюваності культур, які здатні витримувати відносно високий рівень кислотності (льону, картоплі, озимого жита тощо).
Традиційні технології хімічної меліорації кислих ґрунтів, які проводяться ізольовано від загальної системи відтворення їх родючості, призводять до неефективного використання дефіцитних і коштовних удобрювальних ресурсів, тобто є нерентабельними і енерговитратними. На даний і перспективний періоди ринкових трансформацій агровиробництва вони не можуть задовольнити землекористувачів через високу потребу і дорожнечу удобрювальних і енергетичних ресурсів, їх дефіцитність. Зараз конче необхідні принципово нові підходи щодо вирішення проблеми окультурювання кислих ґрунтів з обов‘язковою розробкою і широким впровадженням у виробництво нових ресурсозбережувальних і екологобезпечних технологій.
Серед багатьох існуючих технологій окультурювання кислих грунтів в останні роки широкого розповсюдження набула технологія компенсуючої (підтримувальної) меліорації
. Вона відрізняється від існуючої технології спрямованістю на ресурсо- та енергозбереження.
За цією технологією спочатку проводять меліоративні агрозаходи з метою досягнення прийнятного рівня рН для сталого ведення землеробства на сильно- і середньо кислих ґрунтах. Для цього під час основного внесення добрив і меліорантів за рахунок відносно великих доз вапна суттєво змінюють рН ґрунту у бік його нейтралізації.
Другий етап передбачає проведення безпосередньо заходів з підтримувальної меліорації (вапнування), при цьому витрати вапна у порівнянні з традиційною технологією зменшують у 3-5 разів, а за рахунок його постійного щорічного внесення у невеликих дозах відбувається стабілізація рН ґрунту на досягнутому рівні. Тобто на кожен гектар вносять не 5-6 тонн вапна, а лише 1,0-1,5 тонни.
Застосування технології підтримувального вапнування дозволяє тривалий час зберігати рН у інтервалі значень, які притаманні слабокислим і близьким до нейтральних за реакцією середовища ґрунтам. За таких умов суттєво зменшують норми застосування вапна, через що досягають значної економії коштів. Тобто, технологія підтримувальної меліорації передбачає внесення вапняних матеріалів у дозах розрахованих саме на стабілізацію кислотно-лужної рівноваги ґрунтів без істотної зміни їх буферних механізмів. Цю технологію доцільно застосовувати як з метою запобігання вторинного підкислення і заощадження коштів, так і з метою нейтралізації підкислюючої дії на ґрунт мінеральних добрив Підтримувальні заходи найкраще застосовувати на слабокислих і вторинно підкислених ґрунтах.
Традиційні і компенсуючи технології об’єднує те, що вони передбачають внесення вапняних добрив окремо від органічних, врозкид на всю орну площу і заорення у грунт, з намаганням створити гомогенний (однорідний) орний шар. Останнє часто не досягається через низьку якість меліорантів, відсутність спеціальної сільгосптехніки. Крім цього, суцільна гомогенізація орного шару не сприяє стабілізації екологічної складової грунтових систем. Справа в тому, що кожне обертання пласту ґрунту, кожний прохід сільгосптехніки, зрушення кислотно-основної рівноваги по всій товщині орного шару, різка зміна поживного режиму хибно впливають на існуючий біоценоз ґрунту і, перш за все, на корисні мікроорганізми, мезофауну тощо.
Внесення меліорантів здійснюють у два і більше проходів сільгосптехніки, спочатку вносять вапно, а потім його заорюють, що робить цей агротехнічний захід високо коштовним і економічно невигідним.
Національним науковим центром “Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” розроблена нова технологія локального окультурювання (меліорації) кислих грунтів
, яка дозволяє підвищити продуктивність грунтів, ефективно і економно використовувати добрива та меліоранти і різко знизити енерговитрати (паливо-мастильні матеріали). Дана технологія пройшла всебічне теоретичне та експериментальне обґрунтування і виробничу апробацію у Волинській, Чернігівській та Харківській областях. Вона показала високий рівень економії ресурсів та екологічної безпеки.
Докорінна відміна технології локальної меліорації від існуючих полягає в тому, що вона не передбачає кардинальної зміни кислотно-основної природи ґрунту.
Згідно цієї технології на межі оброблюваного (орного) і необроблюваного (підорного) шарів ґрунту створюються локальні висококомфортні для розвитку кореневої системи рослин стрічки діаметром 7-10 см з міжстрічковими відстанями 35 см. Високородючі грунтові стрічки формуються за допомогою спеціально заготовленого комплексного меліоранту з високими адсорбційно-десорбційними і буферними характеристиками. Основою комплексного меліоранту є добре гуміфіковані органічні добрива (торф, перегній, сапропель, вермикомпост і т. ін.), а також мінеральні добавки до них (вапно, суперфосфат або фосфорити, калімагнезія, аміачні форми азотних добрив і т ін.). Композиція даного меліоранту корегується в залежності від агрохімічних особливостей конкретного ґрунту. Тому при його заготівлі, з метою досягнення заданих оптимальних фізико-хімічних параметрів в невеликому об’ємі кореневмісного шару ґрунту, підбирають відповідні компоненти і їх співвідношення. Локальні осередки утворюють гетерогенний за фізіологічною потребою рослин кореневмісний шар у відношенні реакції ґрунту і величини трофності. Коренева система рослин, в залежності від їх біології, сама знаходить найбільш комфортну для себе екологічну нішу в цьому шарі ґрунту. Ці меліоруючи осередки мають високу пролонговану дію – до 4-5 років, а сам меліорант перемішується зі 150-180 тонами ґрунту на кожному гектарі, а не з 2500-3000 тонн, як це має місце за традиційними технологіями. Для створення в усьому орному шарі ґрунту такого ж рівня комфортності, як і в локальних осередках, необхідно було б замість 15-20 т комплексного меліоранту вносити не менше 240-290 т/га. Нова технологія дозволяє знизити нормативи застосування органічних добрив у 4-5 разів, хімічних меліорантів (вапна) в 8-10 раз і на 20-30 % дози мінеральних добрив. Це дозволяє відносити рекомендовану технологію до розряду ресурсозбережувальних.
Вельми важливим є те, що технологія локального окультурювання кислих грунтів позитивно впливає на агроекологічний стан кислих грунтів через:
• істотне зменшення непродуктивних витрат біогенних елементів через їх вимивання та „випаровування” з ґрунту в навколишнє середовище;
• усунення негативного впливу агрохімікатів і різного роду забруднювачів на перебіг ґрунтових процесів, формування урожаю та його якість;
· інтенсифікацію і збалансування процесів саморегуляції родючості та основних агроекологічних функцій ґрунтів.
У концептуальному плані зосередження основних біогенних елементів у невеликому обсязі кореневмісного шару дозволяє годувати рослини, а не удобрювати всю ґрунтову масу.
Дуже важливим є й те, що нова технологія відрізняється від існуючих тим, що меліорація, або окультурення ґрунтів проводиться в невеликому об’ємі ґрунту з внесенням вапна не окремо, а в комплексі з іншими видами добрив.
Окремим і дуже важливим ланцюгом ресурсозберігаючих технології є фітомеліораці
я. Вона включає підбір і розташування в сівозміні сільськогосподарських культур, що витримують і непогано розвиваються в кислому середовищі ґрунту, тобто більш толерантних до високої кислотності. В подальшому треба утримуватися від вирощування на кислих ґрунтах особливо чутливих до кислої реакції культур – коренеплодів, ярої та озимої пшениці, ячменю тощо. На цих ґрунтах перевагу слід надавати вирощуванню вівсу, озимого жита, моркви, проса, люпину, злакових трав і т. ін.
На сірих лісових ґрунтах та на чорноземах опідзолених з близьким заляганням карбонатів (леси) дуже важливо в систему чергування культур включати такі фітомеліоранти як люцерна, конюшина, люпин тощо, які здатні “перекачувати” кальцій з нижніх шарів ґрунту у верхні, поліпшуючи при цьому вапняковий потенціал кореневмісного шару, що сприяє нормалізації кислотно-лужної рівноваги ґрунтів.
Підсумовуючи вищеперелічене треба зазначити, що зараз за умов реформування сільськогосподарського виробництва до застосування хімічної меліорації (вапнування) на кислих ґрунтах треба підходити більш зважено. По-перше, вапнування треба обов’язково поєднувати з гармонійним внесенням органічних і мінеральних добрив, по-друге, треба відмовлятись від суцільного внесення меліорантів і добрив врозкид на поверхню ґрунту з подальшим їх заорюванням, як було прийнято за існуючими технологіями меліорації ґрунтів, бо це призводить до значних втрат матеріальних та енергетичних ресурсів.
2.2 Площі вапнування
Докорінне покращання агрохімічних, фізико-хімічних і фізичних властивостей кислих ґрунтів досягається проведенням хімічної меліорації провідною ланкою якої є вапнування. Недостатність використання на кислих ґрунтах цього ефективного агрозаходу в останні 10-15 років сприяє інтенсифікації процесів накопичення важких металів і радіонуклідів у рослинницькій, а за трофічним ланцюгом і тваринницькій продукції. В кінцевому результаті, це є впливовим, негативним чинником на здоров’я людей.
За даними Державного технологічного центру охорони родючості ґрунтів „Центрдержродючість” у 2005-2006 роках в Україні було провапновано відповідно, 41,7 та 43,9 тис.га кислих ґрунтів з внесенням на цій площі 243,1 та 283,4 тис тонн вапнякових меліорантів.
Практично, така мізерна за обсягом меліорація не вплинула на загальну ситуацію у державі з вирішення проблеми підвищення родючості кислих ґрунтів і отримання екологічно безпечної сільськогосподарської продукції.
Починаючи з 1990 року обсяги вапнування кислих грунтів, що проводилося за рахунок держбюджету, різко знизилися. Якщо наприкінці восьмидесятих років у республіці обсяги хімічної меліорації кислих грунтів досягли апогею, то починаючи з 2000 року вони різко знизилися і досягли абсолютного перигею у 2004 році (табл. 5).
Таблиця 5
Обсяги внесення вапнякових меліорантів на кислих грунтах
протягом 1990-2006 років
| Показник | Роки | |||||
| 1990 | 2000 | 2001 | 2004 | 2005 | 2006 | |
| Площа провапнованих земель, тис. га | 1564,0 | 23,9 | 32,6 | 23,6 | 41,7 | 43,9 |
| Внесення кальцієвмісних речовин, тис. тонн | 7993,0 | 170,0 | 221,7 | 152,3 | 243,1 | 283,4 |
| Середня доза, т/га | 5,1 | 7,1 | 6,8 | 6,4 | 5,8 | 6,4 |
Багато в чому такий стан справ обумовлений тим, що за останній період у республіці взагалі різко знизилося застосування удобрювальних ресурсів через скорочення поголів‘я скота, подорожчання мінеральних добрив та меліорантів.
В останні роки проявляться лише дуже слабка тенденція щодо збільшення обсягів внесення вапнякових меліорантів на кислих грунтах. Втім, така мізерна за обсягом меліорація не вплинула на загальну ситуацію у державі з вирішення проблеми підвищення родючості кислих ґрунтів і отримання екологічно безпечної сільськогосподарської продукції.
2.3 Ефективність використовуємих агрозаходів з окультурювання кислих грунтів.
Отримання достовірної інформації про рівень економічної ефективності різних технологій окультурювання кислих ґрунтів у сучасних умовах пов’язано з певними труднощами. Це обумовлено нестабільністю цін на паливно-мастильні матеріали, добрива та меліоранти, невідповідністю між закупівельними цінами на сільськогосподарську продукцію і вартістю сільськогосподарської техніки, інфляційними процесами тощо. Втім, якщо взяти за основу існуючи ціни у певному відрізку часу, наприклад, на протязі періоду вегетації рослин або на протязі одного року, то можна отримати відносно достовірну інформацію. Економічну ефективність різних технологій окультурювання кислих ґрунтів встановлено на підставі існуючих у 2006 році цін на енергоносії, матеріали та послуги.
При встановленні економічної ефективності враховано такі показники: урожайність, умовно-чистий прибуток, собівартість, рівень рентабельності і окупності витрат, які було вкладено у покупку і внесення добрив та меліорантів, а також паливно-мастильних матеріалів. Також враховано й витрати на збирання та транспортування врожаю.
Проведеними дослідженнями встановлено, що за приростом урожаю технологія локального окультурювання кислих ґрунтів не поступається традиційній, а за приростом урожаю, що припадає на 1 тонну внесених органічних добрив, перевищує останню у 3,5-4 рази. За цих умов ефективніше використовуються мінеральні добрива та хімічні меліоранти: приріст урожаю в розрахунку на 1 кг діючої речовини мінеральних добрив збільшується у 2 рази (табл. 6).
Таблиця 6
Ефективність технології локального окультурювання
дерново-підзолистого супіщаного ґрунту (в середньому за три роки)
| Технології | Одержано ц.к.о. | Приріст урожаю | |||
| ц.к.о. на 1 га | % | на 1 тонну гною, ц.к.о. | на 1 кг д.р. міндобрив, ц.к.о. | ||
| Абсолютний контроль | 34,5 | - | - | - | - |
| Традиційна технологія | 68,7 | 34,2 | 99 | 0,57 | 0,13 |
| Ресурсозбережувальна технологія локального окультурювання | 74,2 | 39,7 | 115 | 2,28 | 0,29 |
Економічна ефективність різних технологій окультурювання дерново-підзолистого ґрунту свідчить, що традиційна система його окультурювання є економічно невигідною (табл. 7). Встановлено, що за економічною ефективністю технологія локального окультурення дерново-підзолистого ґрунту суттєво переважає традиційну технологію окультурення цього ґрунту. За традиційною технологією окультурювання дерново-підзолистого ґрунту сумарні витрати на одержання додаткової продукції становлять біля 431 гривні, а за технологією локального окультурювання лише 254 гривні на кожний гектар ґрунту. За ресурсозбережувальної технології підтримувального окультурення цей показник складає майже 354 грн/га.
Таблиця 7
Економічна ефективність різних технологій застосування добрив.
| Технології | Вартість додатково отриманої продукції, грн/га | Сумарні витрати на одержання додаткової продукції, грн/га | Чистий прибуток, грн/га | Коефіцієнт економічної ефективності |
| Традиційна | 519,5 | 431,2 | 88,3 | 1,2 |
| Підтримувальна | 531,2 | 353,7 | 177,5 | 1,5 |
| Локального окультурювання | 589,3 | 253,7 | 335,6 | 2,3 |
Треба зазначити, що скорочення витрат на отримання додаткової продукції дозволяє отримати чистий прибуток за технологією локального окультурювання на рівні майже 336 гривень з кожного гектара.
За традиційною технологією окультурювання ґрунту вартість додатково отриманої продукції значно менша, ніж витрати на її одержання, внаслідок чого коефіцієнт економічної ефективності (Кек.еф) становить лише 1,2. При використанні технології підтримувального окультурювання коефіцієнт економічної ефективності дещо підвищується і становить 1,5.
При застосуванні технології локального окультурювання вартість додатково отриманої продукції переважає витрати на її одержання, а коефіцієнт економічної ефективності перевищує одиницю і становить 2,3.
Таким чином, за результатами проведеної нами економічної оцінки застосування різних технологій окультурювання визначено переваги нової ресурсозбережувальної технології локального окультурювання кислих ґрунтів перед існуючою традиційною технологією і ресурсозбережувальною технологією підтримувального окультурювання. За коефіцієнтом економічної ефективності технологія локального окультурювання в середньому перевищує традиційну майже у 2 рази, а технологію підтримувального окультурювання практично в 1,5 рази.
Враховуючи сучасний стихійний стан формування цінової політики, окрім економічного аналізу, проведено оцінку енергетичної ефективності різних технологій окультурювання кислих ґрунтів. При цьому враховано, що енергетичні еквіваленти є стабільними і не залежать від кон’юнктури цін на сільськогосподарську продукцію, добрива та меліоранти.
Кількісним виразом енергоаналізу є співвідношення енергії, яка акумульована за рахунок фотосинтезу до сумарних витрат (прямих і непрямих) енергії. Оцінка енергетичної ефективності виконана шляхом підрахунку балансу витраченої і накопиченої енергії, яка міститься у прибавці врожаю.
У якості основного оціночного критерію енергетичної ефективності різних технологій окультурювання кислих грунтів нами використано коефіцієнт енергетичної ефективності (Кее).
Вміст енергії в рослинницькій продукції розраховували, виходячи з фактичної урожайності вирощуваних сільськогосподарських культур, досягнутої при різних технологіях, а також енергоємності продукції.
Розрахунки енергетичних витрат за різними технологіями окультурювання кислих грунтів у ланках сівозміни, які застосовують на Поліссі наведено у таблиці 8. Встановлено, що сумарні енерговитрати за традиційною технологією окультурювання у порівнянні з технологією локального окультурювання вище у 2,6 рази.
Таблиця 8
Енергетичні витрати за різними технологіями окультурювання кислих грунтів
| Технології | Внесення органічних добрив, т/га |
Внесення вапна, т/га |
Ланки сівозміни | N | P | K | Загальні енерговитрати, ГДж |
| кг діючої речовини/га | |||||||
| Традиційна технологія | 60 на 4 роки |
5 на 4 роки |
кукурудза на силос | 90 | 60 | 120 | 740,8 |
| картопля | 60 | 45 | 120 | ||||
| однорічні трави | 60 | 45 | 120 | ||||
| ячмінь | 60 | 45 | 120 | ||||
| Енергетичні затрати, ГДж | 252 | 190 | 234,4 | 24,6 | 39,8 | ||
| Ресурсозбережувальна технологія локального окультурювання | 15 на 4 роки |
0,5 на 4 роки |
кукурудза на силос | 60 | 45 | 90 | 282,0 |
| картопля | 30 | 30 | 60 | ||||
| однорічні трави | 30 | 30 | 60 | ||||
| ячмінь | 30 | 30 | 60 | ||||
| Енергетичні затрати, ГДж | 63 | 19 | 156,2 | 18,9 | 24,9 | ||
Технологія локального окультурювання дає змогу істотно зекономити енергетичні ресурси і підвищити окупність затраченої енергії приростом урожаю. За енергетичною ефективністю дана технологія істотно перевищує існуючі технології, а її широке впровадження дозволить істотно заощадити енергоресурси і гармонізувати екологовідтворні й продуктивні функції ґрунтового покриву.
Отже, проведеними дослідженнями засвідчено перевагу ресурсозбережувальної технології локального окультурювання кислих грунтів перед традиційною технологією і технологією підтримувального окультурювання. Вона полягає в економії енергетичних, матеріальних і людських ресурсів, а також у підвищенні ефективності (пролонгації) органічних, мінеральних добрив та меліорантів.
Отримані результати свідчать про перевагу (за енергетичними показниками) запропонованої ресурсозбережувальної технології локального окультурювання кислих грунтів перед традиційною загальноприйнятою. Підсумовуючи вищезазначене можна зробити основний висновок про те, що в умовах ринкової економіки перевагу у землеробстві на кислих грунтах слід надавати технологіям, які забезпечують високу віддачу від вкладених матеріальних ресурсів і, в першу чергу, маловитратним ресурсозбережувальним технологіям.
2.4 Нормативна окупність хімічної меліорації кислих грунтів.
Вважається, що вапнування є одним з найбільш економічно вигідних засобів підвищення врожайності сільськогосподарських культур на кислих ґрунтах. Втім, здебільшого рентабельність цього агрозаходу вираховують за прибавкою урожаю. Дійсно, завдяки поліпшенню кислотно-основної рівноваги у ґрунтовому середовищі при внесенні вапняних меліорантів, сільгоспвиробники отримують додатковий урожай. Але на практиці приріст врожаїв від вапнування здебільшого значно менший за той, який забезпечує рентабельність цього агрозаходу (див. табл. 4).
При цьому практично обминається той факт, що меліорація кислих ґрунтів згідно переважної більшості існуючих рекомендацій, вимагає значних витрат енергії на заготівлю та внесення вапнякових матеріалів. За нашими обрахунками енергоємність однієї тонни внесеного вапна становить 5-7 Гдж, а коефіцієнт енергетичної ефективності, як правило, складає всього лише 0,8-1,2.
При нормі вапнування 5 т/га витрати енергії складають майже 25-35 ГДж/га, що еквівалентно 12,4-20,0 ц/га зернових одиниць (табл. 9).
Тобто при внесенні таких доз вапна для підтримки рентабельності цього агрозаходу, треба отримувати прибавки врожаїв на 30-50 % вищі за вказані величини.
Уникнути зайвих витрат енергоносіїв та внесених добрив і меліорантів, отримати максимальний прибуток дозволяє застосування ресурсозбережувальних технологій окультурювання кислих грунтів.
Таблиця 9
Витрати енергії на вапнування і їх еквівалент у зернових одиницях на 1 га
| Доза вапна,т/га | Витрати енергії на вапнування, ГДж/га | Еквівалент витрат в зернових одиницях, ц/га |
| 0,5 | 2,6 | 1,4 |
| 1 | 4,9 | 2,6 |
| 3 | 14,3 | 7,5 |
| 5 | 23,6 | 12,4 |
| 8 | 37,7 | 19,8 |
На підставі проведених польових досліджень встановлено, що ресурсозбережувальна технологія окультурення ґрунтів дозволяє використовувати у 6-7 разів менше вапна, у 4-5 разів менше органічних і на 20-30 % мінеральних добрив порівняно з традиційною технологією. У сукупності все це дозволяє істотно скоротити енерговитрати за новою технологією у порівнянні з традиційною (табл. 10).
Таблиця 10
Порівняння ресурсо- та енерговитрат за різних технологій окультурювання грунтів
| Показники оцінки | Традиційна технологія | Технологія локального окультурювання |
| Внесення добрив: | ||
| органічних | 50-60 т/га | 10-15 т/га |
| мінеральних | залежно від ґрунтових умов 1 доза NPK | для тих самих ґрунтових умов 0,7 дози NPK |
| вапна | 3-8 т/га | 0,5-1 т/га |
| Окупність добрив приростом урожаю, центнерів зернових одиниць: | ||
| 1 тонни органічних добрив | 0,15-0,22 | 1,1-1,8 |
| 1 ц мінеральних туків | 1,6-2,4 | 3,2-4,4 |
| 1 тонни вапна | 0,8-1,3 | 9,0-11,0 |
При цьому окупність одного центнеру туків за рахунок приросту урожаю завдяки технології локального окультурювання підвищується з 1,6-2,4 до 3,2-4,4 ц, а однієї тонни гною з 0,15-0,22 до 1,1-1,8 ц зернових одиниць, а енерговитрати зменшуються у 1,5-2,0 рази.
Застосування ресурсозбережувальних технологій окультурювання кислих грунтів дозволяє уникнути невиправданих енерговитрат і отримувати максимальний прибуток.
2.5 Методичні підходи до розрахунків доз меліорантів
Поліпшення агроекологічних властивостей і підвищення родючості кислих ґрунтів залежить від оптимізації в них кислотно-лужного та кальцієвого режимів. Одним з вирішальних факторів зі створення сприятливих умов для нормального розвитку і росту сільськогосподарських культур є нейтралізація кислої реакції ґрунту, що досягають внесенням відповідної кількості вапна, тобто вапнуванням ґрунтів. Проте, незважаючи на давність застосування цього агрозаходу на кислих ґрунтах, питання про дози вапна ще повною мірою не обґрунтоване і до кінця не вирішене.
За існуючими загальновідомими схемами розрахунку доз вапняних меліорантів враховують такі властивості ґрунтів, що підлягають вапнуванню, як ступінь кислотності, насиченість основами, вміст рухомого алюмінію, гранулометричний склад тощо. Хоча на практиці найбільш частіше використовують показник гідролітичної кислотності, а також рН сольової витяжки і гранулометричний склад ґрунту.
Слід зазначити, що головною методичною помилкою при розрахунку норм вапняних меліорантів є неможливість у лабораторних умовах відтворити ті ґрунтові умови, які притаманні безпосередньо конкретним кислим ґрунтам. Наприклад, за умов встановлення обмінної кислотності кінцевим продуктом є соляна кислота, а при визначенні гідролітичної кислотності в розчині утворюється відносно слабка оцтова кислота, але ж, незважаючи на це, за обома методами прийнято розраховувати дози вапна. Тобто вочевидь простежується недосконалість розрахунків норм вапняних меліорантів за існуючими методиками. На практиці це призводить до перевапнування грунтів і, в цілому, до погіршення агроекологічної ситуації у регіонах розповсюдження кислих грунтів.
Серед багатьох існуючих нині методів розрахунку доз вапна найбільш поширеним в Україні є метод розрахунку кількості меліоранту за показником гідролітичної кислотності (Нг), який використовують як у практиці землеробства, так і наукових дослідженнях.
Розрахування доз вапна за гідролітичною кислотністю пов’язано з багатьма недоліками і помилками, зумовленими ланцюгом розбіжностей і протиріч, на що ми звертаємо особливу увагу.
У класичному розумінні під гідролітичною кислотністю розуміють різницю між значеннями рН, які встановлюють при обробці ґрунту розчином оцтовокислого натрію (СН3
СООNa) та розчином КCl. Тобто гідролітичною вважається тільки прирощення кислотності за рахунок використання солі, що містить аніон слабкої кислоти та катіон сильного лугу замість гідролітично нейтральної солі. На практиці, і це увійшло у розрахункові формули, гідролітичну кислотність приймають рівною кількості вільної оцтової кислоти, яку отримують у витяжці після взаємодії ґрунту з 1 н. СН3
СООNa.
Одноразова взаємодія розчину СН3
СООNa з ґрунтом витискає не всю кількість протонів (Н+
), в зв’язку з чим при розрахунках використовують додаткове множення на повноту витискання (1,75). Крім цього, розрахунки доз вапняних меліорантів за показником гідролітичної кислотності не враховують фізіологічні особливості окремих видів сільськогосподарських культур, для абсолютної більшості яких найбільш сприятливі умови досягаються при значеннях рН ґрунтового розчину від 5,5 до 7,5.
З іншого боку, використання за цим методом лужного розчину ацетату натрію з рН 8,2 викликає дисоціацію навіть у слабких органічних кислот ґрунту, які безпосередньо не беруть участі в утворенні ґрунтової кислотності через невелику концентрацію та постійну взаємодію з лужними основами, які звільняються при розкладі рослинного опаду з утворенням відповідних солей. Крім цього, лужний розчин ацетату натрію здатен депротонізувати фенольні гідроксили та амідні групи органічних речовин. Наприклад, відомо, що в органічних горизонтах, особливо в лісових ґрунтах, вміст оксалатів кальцію – вівеліту та віделіту, які мають лужну реакцію, сягає відносно значних величин. Тобто лужний розчин оцтовокислого натрію здатен витягти з ґрунту навіть ті протони, які не мають ніякого відношення до утворення ґрунтової надлишкової кислотності і до якої сільськогосподарські культури індиферентні. Але ж на їх нейтралізацію теж розраховуються дози вапна за цим методом, а це вже пряма похибка, яка призводить до перебільшення доз вапна.
Відомо, що серед органічних речовин ґрунту присутні сполуки, яким притаманні властивості слабких кислот, які із більш сильними кислотами можуть вести себе як основи, тобто нейтралізувати надлишкову кислотність.
Тобто, гідролітична кислотність, або як її ще називають - прихована кислотність, окрім потенційно кислотних іонів гідрогену та алюмінію одночасно містить в собі і протони слабких кислот, які в природному стані не відіграють вирішальної ролі в утворенні кислотності ґрунтів.
Незважаючи на такі обставини, у практичному землеробстві розрахунок доз вапна проводять на нейтралізацію прихованої кислотності. Негативні наслідки від цього спостерігаються у зайвому витрачанні матеріальних, технічних та енергетичних ресурсів. Унаслідок перевапнування ґрунтів різко погіршуються їх фізико-хімічні властивості, знижується засвоювання рослинами поживних речовин, що негативно відображається на загальному агроекологічному стані ґрунтів. Щоб уникнути цих негативних явищ на практиці часто користуються не нормою вапна (1 н), розрахованою за гідролітичною кислотністю (Нг), а різними нормами від 0,25н до 2,5н за Нг.
Некоректність та помилковість розрахунку норм вапнякових матеріалів за Нг можна підтвердити на такому прикладі. Наприклад, у низинних торфових ґрунтах гідролітична кислотність може досягати 40-60 мекв/100г ґрунту, але ж добре відомо, що ці ґрунти не потребують вапнування у таких, занадто високих дозах внесення вапна, які підраховані за гідролітичною кислотністю.
Суттєвим недоліком встановлення доз вапна за цим методом є те, що він не враховує потреби у вапні окремих сільськогосподарських культур. Але ж навіть якщо орієнтуватися тільки на ґрунт, то і в цьому випадку цей захід виявляється помилковим. Дійсно, для встановлення потреби ґрунту у вапні береться результат, який отримують при взаємодії ґрунту з 1н розчином оцтовокислого натрію, тоді як для регулювання кислотності в ґрунт вносять твердий (молотий) порошок СаСО3
. Реакція ґрунту з СН3
СООNa і СаСО3
йде неоднаково, і кінцеве значення рН суттєво відрізняється від розрахункового. Крім цього, дози вапна, розраховані за гідролітичною кислотністю, не гарантують досягнення оптимальних значень рН через те, що цей метод не враховує повністю основних властивостей ґрунтів, що значно впливають на потребу їх у вапні (вміст гумусу, гранулометричний склад, вміст обмінних основ). Тому орієнтування лише на величину гідролітичної кислотності, навіть з урахуванням гранулометричного складу ґрунту, не дозволяє об’єктивно і точно встановити дози вапна через те, що за однакової величини Нг та деяких інших показників ґрунти мають зовсім різну природу (наприклад, різний склад глинистих мінералів, гумусу, органо-мінерального колоїдного комплексу, наявність солей тощо).
Розраховані за цим методом і внесені у ґрунт дози вапна часто призводять до перевапнування ґрунтів. Розкидне внесення вапняних меліорантів, окремо від органічних та мінеральних добрив, на ґрунтах грубого (легкого) гранулометричного складу призводить до їх значних втрат за рахунок вимивання (від 30 до 50 %). Наслідком зайвого “витрачання” вапнякових матеріалів є не тільки матеріальні втрати, але й значне погіршення екологічної рівноваги навколишнього середовища.
Отже, підсумовуючи вищенаведене, зазначимо, що розрахунки доз вапна, необхідного для нейтралізації кислотності ґрунту, проведені за гідролітичною кислотністю, часто не співпадають з реальними потребами кислих ґрунтів.
Суттєві недоліки і прорахунки має й методика розрахунку нормативів витрат вапнякових меліорантів за зрушенням рН сольового на 0,1 одиниці. Справа в тім, що для такого зрушення в різних інтервалах рН ґрунту треба застосовувати різну кількість вапна. Наприклад, при доведенні ґрунту з вихідного рН 4,5 до рН 5,0 для зрушення рН на 0,5 (DрН=0,5) потрібно вдвічі більше вапна, ніж при зрушенні рН із 5,5 до 6,0.
Існує спосіб визначення доз вапна за кількістю рухомого алюмінію у ґрунтовій витяжці. Головним недоліком цього методу є те, що рухомий алюміній присутній не в усіх типах кислих ґрунтів. Тому його застосування не набуло широкого розповсюдження.
Відомий спосіб розрахунків доз кальцієвмісних меліорантів за показником активності іонів кальцію - рСа, який характеризує стан іонів кальцію у ґрунтовому розчині, а також іх співвідношення з рН.
Також розраховують потребу ґрунту у вапні виходячи із типу сівозміни, величини рН, ступеню зволоження, вмісту гумусу, фосфору і інших агрохімічних характеристик. Такий диференційований підхід, за визначенням автора, дозволяє зекономити до 20 % вапняних матеріалів.
На підставі багаторічних досліджень було встановлено, що зміни кислотності ґрунту під впливом різних доз вапна безпосередньо залежать від властивостей самого ґрунту і, особливо від його буферності ‑ здатності протидіяти зовнішнім навантаженням. Враховуючі вищеперелічене стає зрозумілим, що дози вапна найдоцільніше визначати за допомогою моделей рН-буферності ґрунтів.
У Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” розроблено спосіб визначення доз вапнякових меліорантів, який дозволяє здійснювати більш точне їх визначення з урахуванням особливостей сільськогосподарських культур відносно реакції ґрунтового середовища (патент 10093 Україна, МКИ 7 С05D 3/02, № 20041109491; Заявл. 19.11.04; Опубл. 15.11.05. Бюл. № 11. – 4 с.).
Розрахунки витрат вапнякових матеріалів за рН-буферністю позбавлені багатьох недоліків, які існують нині при визначені норм внесення вапняних меліорантів. Крива рН-буферності ґрунту – інтегральний показник усіх його складників, які впливають на активну кислотність, а саме: гранулометричний склад, рухомий алюміній, сума увібраних основ тощо. Методологія визначення норм вапняних меліорантів за графічною моделлю рН-буферності, на відміну від існуючих способів, дає змогу врахувати особливості сільськогосподарських культур, які вирощують у сівозміні ґрунту, стосовно їхніх вимог до актуальної кислотності та значно спростити аналітичні роботи.
Встановлення доз вапна за кривою рН-буферності дозволяє здійснювати більш точне їх визначення, а відтак і заощадливе використання, сприяти стабілізації екологічного стану кислих грунтів та навколишнього середовища.
3. Міжнародний досвід окультурювання кислих грунтів
За останні роки, у зв‘язку з інтенсифікацією техногенного підкислення ґрунтів, значимість застосування вапнякових матеріалів в багатьох країнах світу підвищилась. Так, наприклад, у США застосування вапна у 80-90 рр. збільшилось майже втричі і становить 86 млн. т на рік. Обсяги внесення вапна, в залежності від реакції ґрунтового розчину (рН водної витяжки), тут коливаються від 6 до 12 т/га СаСО3
. У Німеччині щорічно вапнується майже третина сівозмінної площі; виходячи з агрономічних вимог, тут вносять від 5 до 53 т/га СаСО3
під час докорінної меліорації кислих ґрунтів, а при підтримуючому вапнуванні - близько 1 т/га СаСО3
. В Англії, в країні з добре розвинутими традиціями щодо вапнування ґрунтів, вносять в середньому по 4,4 т/га вапна.
В Австралії максимальний ефект від вапнування кислих ґрунтів було досягнуто при поєднанні цього агрозаходу з іншими агрозаходами по підвищенню родючості ґрунтів, зокрема вирощуванні багаторічних трав з глибокою кореневою системою.
В Словакії через мозаїчність кислого середовища ґрунтів рекомендують спосіб поконтурної меліорації кислих ґрунтів, що дає можливість зекономити меліоранти.
З іншого боку, в деяких працях відмічається можливий розвиток негативних явищ в сучасному ґрунтоутворенні при вапнуванні ґрунтів. Так, роботами шведських і німецьких вчених встановлено, що високі норми внесення вапна на середньо- та сильнокислих ґрунтах і різке зрушення рН сприяє надлишковому розвитку нітрифікаційних процесів і посиленню вторинного підкислення, підвищенню непродуктивних втрат газоподібного азоту, дегуміфікації ґрунту тощо.
4. Сучасний стан використання кислих грунтів
В останні 10-12 років у зв’язку з різким зниженням, а в більшій частині взагалі повною відсутністю вапнування, баланс кальцію в ґрунтах знаходиться на рівні 70-80 рр. минулого століття. Зараз через відсутність вапнування спостерігається вторинне підкислення ґрунтів. В деяких областях Полісся рН сольовий понизився на 0,1-0,3 одиниці. Таке явище повинно стримуватися буферними механізмами грунтів, але ж ці механізми в ґрунтах Полісся слабо виражені, що призводить до швидкого підкислення ґрунтів.
Водночас в умовах незбалансованого застосування мінеральних добрив, поширились процеси вторинного підкислення грунтів, навіть нейтральних за своєю природою чорноземів. Розповсюдження цього явища пов‘язане з техногенним забрудненням грунтів, з більш частим випаданням кислотних атмосферних опадів, використанням фізіологічно кислих мінеральних добрив, особливо азотних, на нейтралізацію яких треба використовувати вапняні добрива.
Незважаючи на позитивні сторони окультурювання кислих грунтів, засоби і методи, якими воно здійснювалось мають істотні недоліки. Великої шкоди навколишньому середовищу, економіці господарств завдавало перевапнування кислих грунтів, особливо грунтів грубого гранулометричного складу, що поширені в зоні Полісся. Методично невірний був підхід до розрахунку доз вапна (переважно за гідролітичною кислотністю). При цьому недостатньо враховувались фізично-хімічні показники ґрунту, нормативи внесення органічних та мінеральних добрив, співвідношення між воднем і кальцієм. Наслідками перевапнування було вилуговування у підгрунтові води кальцію та магнію майже до 30 % від внесеного, а через це й різке підвищення жорсткості води у прилеглих водоймищах та річках, колодязях тощо. Перевантаження ставків і озер кальцієвмісними речовинами призводить до їх евтрофікації, яка часто становиться причиною масової загибелі риби та іншої ставкової та озерної фауни. Перевапнування ґрунтів також сприяє надмірній нітрифікації і підвищенню непродуктивних витрат азоту, емісії двооксиду вуглецю і газоподібних сполук азоту із ґрунту в атмосферу, спалаху процесів розкладу та мінералізації органічної речовини кислих ґрунтів, погіршенню умов живлення рослин мікроелементами, підвищенню захворюваності культур, які здатні витримувати відносно високий рівень кислотності (льону, картоплі, озимого жита тощо).
5. Пропозиції щодо вирішення проблеми меліорації кислих грунтів
Традиційні технології меліорації ґрунтів з кислою реакцією, як свідчить реальна практика землеробства, дуже часто бувають неефективними через їх високу затратність, енергоємність та екологічний ризик. Притаманні цим ґрунтам такі властивості як висока фільтрація ґрунто-підґрунтя, низька ємність вбирання та водоакумуляційна здатність, панування низхідних потоків вологи тощо, сприяють надлишковій міграції водорозчинних сполук, внесених добрив і вимиванню їх за межі кореневмісного шару ґрунту.
Відродження хімічної меліорації кислих ґрунтів потребує державної підтримки, як на законодавчому, так на виконавчому рівні. Термінова потрібно розробити і профінансувати державну програму з хімічної меліорації кислих грунтів. Ця програма повинна передбачати впровадження у виробництво передових досягнень вітчизняної науки з обов’язковим застосуванням ресурсозбережувальних технологій. Наприклад, технології підтримувального вапнування, яка дозволяє вносити у 5 разів менше вапна у порівнянні з традиційною технологією хімічної меліорації, фітомеліорації. Потребує широкого впровадження у виробництво розроблена в ННЦ “ІГА ім. О.Н. Соколовського” ресурсозбережувальна технологія локальної меліорації, яка дозволяє істотно знизити норми внесення органічних добрив (у 4-5 разів), вапнякових меліорантів (у 8-10 разів) і на 25-30% скоротити дози мінеральних добрив, при істотній економії паливо-мастильних матеріалів.
На першому етапі відродження хімічної меліорації кислих ґрунтів (2008-2010 рр.) треба застосувати вапнування щонайменше на 40 % загальної площі ґрунтів, які підлягають вапнуванню з доведенням цього показника у 2011-2015 рр. до 100 % (табл. 11).
Враховуючи те, що ґрунтова кислотність – це генетично притаманна конкретним ґрунтам природна властивість, невелику частку сильнокислих орних ґрунтів 380 тис. га найбільш доцільно перевести під пасовиська та сіножаті із спеціальним підбором травосумішок, які стійкі і найбільш адаптовані до кислого ґрунтового середовища. В цьому випадку витрати на меліорацію таких ґрунтів будуть зведені до мінімуму.
На середньо- та слабокислих ґрунтах на початковому етапі відродження хімічної меліорації доцільно проводити так зване “підтримувальне” вапнування, яке спрямоване на нейтралізацію підкислючої дії на ґрунт мінеральних добрив і гальмування процесів підкислення ґрунтів, з поступовим нарощуванням доз вапнування до об’ємів, прийнятих за звичайними нормами. За “підтримуючою” технологією значно скорочуються норми вапнякових меліорантів ‑ до 1,0–1,5 т СаСО3
на 1 га. Названа технологія передбачає перед внесенням у ґрунт ретельне перемішування вапна з відповідними дозами органічних добрив, що сприяє його більш тривалій, або пролонгованій дії нейтралізації фізіологічно кислих мінеральних добрив і запобігає подальшому підкисленню ґрунтів. Обов’язковою складовою цієї технології є фітомеліорація, яка включає підбір і розташування в сівозміні сільськогосподарських культур, що витримують і непогано розвиваються в кислому середовищі ґрунту, тобто більш толерантних до високої кислотності.
Таблиця 11
Передбачувані об’єми проведення хімічної меліорації кислих ґрунтів у 2008-2015 рр., тис. га
| Області | Загальна площа ґрунтів, які підлягають вапнуванню (середньо-та слабокислі) | 2008 | 2009 | 2010 | 2008-2010 | 2011-2015 |
| Вінницька | 656 | 69 | 99 | 107 | 275 | 656 |
| Волинська | 112 | 13 | 17 | 20 | 50 | 112 |
| Житомирська | 336 | 36 | 47 | 52 | 135 | 336 |
| Закарпатська | 68 | 7 | 9 | 11 | 27 | 68 |
| Івано-Франківська | 171 | 21 | 23 | 24 | 68 | 171 |
| Київська | 260 | 26 | 33 | 41 | 100 | 260 |
| Кіровоградська | 55 | 4 | 7 | 9 | 20 | 55 |
| Львівська | 201 | 23 | 27 | 30 | 80 | 201 |
| Полтавська | 353 | 37 | 49 | 54 | 140 | 353 |
| Рівненська | 136 | 13 | 17 | 20 | 50 | 136 |
| Сумська | 401 | 46 | 56 | 58 | 160 | 401 |
| Тернопільська | 279 | 30 | 37 | 43 | 110 | 279 |
| Харківська | 262 | 26 | 33 | 41 | 100 | 262 |
| Хмельницька | 344 | 36 | 43 | 49 | 128 | 344 |
| Черкаська | 218 | 26 | 28 | 31 | 85 | 218 |
| Чернівецька | 57 | 4 | 7 | 9 | 20 | 57 |
| Чернігівська | 499 | 52 | 66 | 82 | 200 | 499 |
| Всього:
|
4408 | 468 | 590 | 681 | 1740 | 4408 |
Незалежно від технологій вапнування в подальшому треба утримуватися від вирощування на кислих ґрунтах особливо чутливих до кислої реакції культур – коренеплодів та озимої пшениці і ячменю. На цих грунтах перевагу слід надавати вирощуванню вівсу, озимого жита, моркви, проса, люпину, злакових трав тощо.
На сірих лісових грунтах та на чорноземах опідзолених з близьким заляганням карбонатів (леси) дуже важливо в систему чергування культур включати такі фітомеліоранти як люцерна, конюшина, люпин тощо, які здатні “перекачувати” кальцій з нижніх шарів ґрунту у верхні, поліпшуючи при цьому вапняковий потенціал кореневмісного шару, що сприяє нормалізації кислотно-лужної рівноваги грунтів.
В найближчу і віддалену перспективи доцільно повністю перейти на освоєння нової розробленої нами ресурсозбережувальної технології локальної меліорації кислих грунтів, як високорентабельної і прибуткової. В масштабах держави це дозволить зекономити енергетичні і матеріальні ресурси щонайменше на 60-80 % і підвищити продуктивність земель на 35-40 %.