Известкование кислых почв в России: проблемы и актуальные подходы

В 2019 г. в правительстве инициировали новое направление государственной поддержки аграриев: химическую мелиорацию кислых почв (известкование, гипсование, фосфоритование). Проект дополнений в госпрограмму развития сельского хозяйства утвердили в министерстве сельского хозяйства РФ. В итоговой версии документа речь идет о субсидировании аграрных работ по известкованию сельскохозяйственных земель. Планируется, что эти новации начнут действовать в 2020 г.

Прослушать полную аудиоверсию этой статьи

При возмещении 30% стоимости проведенных мероприятий (для Дальнего Востока — 50%) бюджетные затраты в 2020 г. будут в размере 3,1 млрд руб., в 2021 г. — 5,9 млрд руб., в 2022 г. — 7 млрд руб. Как отмечается, при учете субсидий из региональных бюджетов компенсация будет составлять не более 90% понесенных аграриями расходов на мероприятия по известкованию.

К истории вопроса

История сельского хозяйства разных стран знает много примеров как столетиями  улучшали почву и повышали урожайность возделываемых культур при помощи известкования. Так, в Англии еще во времена Плиния (при господстве римлян) употребляли мергель, в котором видели как бы концентрацию всех богатств почвы — «ее тучность». В Германии при возделывании земель также употребляли мергель с XII века. В XVI веке эту природную смесь глины и мелкодисперсных соединений кальция сплавляли на судах по Рейну в другие германские провинции. С XVII века обожженный известняк начинает применяться в целом ряде областей Германии, включая Силезию.

В России первые данные об удобрениях появляются в трудах Императорского Вольного Экономического Общества (ИВЭО). 7 сентября 1771 г. Андрей Нартов, член этого общества, публикует статью, где особенно отмечает актуальность известкования почв на примере Англии. С 1964 г. в РФ приступают к созданию агрохимической службы, в задачу которой входило обследование почвы колхозов и совхозов, а также проведение опытов с различными видами удобрений. В те же годы (1969 г.) разрабатывается программа известкования, согласно которой за два десятилетия создают положительный баланс кальция в почвах и многократно уменьшают площади сильнокислых почв.

Для сравнения следует отметить, что в Западной Европе известь в сельском хозяйстве используется более 200 лет, а США вышли на стабильный уровень применения известковых материалов 55 лет назад.

Кислые почвы в России сегодня

В России в 2019 г. из 50 млн га избыточно кислых почв сильно- и среднекислые занимают от 25 до 35 млн га. Это общие площади пашни с кислой реакцией почвенной среды (рН меньше 5,5). Получается, что исходя из общей площади пашни в РФ в 117 млн га, часть кислых почв составляет около 30%. Процесс подкисления почв в стране увеличивается, также растут площади почв, которым требуется известкование.

В 2019 г. в РФ возникла необходимость восстановления известкования почв в земледелии и приведения его к оптимальному уровню по количеству вносимых известковых элементов и периодичности исполнения. Это отмечается, в частности, в работах Шильникова И.А., Акановой Н.И. и Зеленова Н.А. Регулярное известкование —  это важнейшее агрономическое, энерго- и ресурсосберегающее, а также природоохранное мероприятие. Без него невозможна высокая продуктивность отечественного земледелия. Из-за избытка кислотности недоборы урожаев в РФ к 2019 г. составляют 16-18 млн т в пересчете на зерно, а в перспективе возрастут до 20-22 млн т.

По расчетам Осипова А.И. и Якушева В.П., с учетом пятилетнего цикла известкования, для создания оптимальной реакции среды нужно каждый год вносить мелиорант на площади 10 млн га в дозе 10 т. Однако наибольшие объемы известкования — 6,5 млн га — вносились в далеком 1990 г.

Формирование урожайности на возделываемой почве осуществляется в основном за счет почвенного плодородия. Так, в процессе сбора урожаев различных культур из почвы ежегодно выносится 5-7 млн т азота, 3-5 млн т фосфора, до 10 млн т калия. Эти утерянные элементы возмещаются со значительным дефицитом за счет внесения навоза и минеральных удобрений, а также в процессе биологической фиксацией азота при помощи клубеньковых бактерий бобовых растений.

Что показали исследования?

Как отмечается в работах Шильникова И.А., Гришина Г.Е. и Акановой Н.И., обобщенные результаты лизиметрических исследований за 25 лет показали, что для компенсации естественного выноса магния и кальция из почв необходимо ежегодное их поступление в размере не менее 400-450 кг/га в пересчете на СаСО3. В ряде многолетних полевых опытов была установлена высокая эффективность повторного процесса известкования. 

Так, в Смоленском НИИСХ в пятой и шестой ротациях севооборота общая прибавка урожая от известкования составила от 5 до 9 ц/га з. ед. в год. Окупаемость тонны СаСО3 урожаем составила от 1,3 до 2,7 т з. ед. Через 16 лет в 2011 г. среда в почве резко подкислилась до рН 4,9...5,1. Среднегодовое снижение рН по дозам 2,0, 1,5, 1,0 и 0,5 г. к. составило соответственно 0,038, 0,075, 0,081 и 0,1. Полученные выводы свидетельствуют о том, что внесение высоких доз извести при повторном известковании приводит к снижению окупаемости CaCO3 урожаем и резкому увеличению вымывания Са из почвы.

Азотные удобрения — не выход!

Итоги многолетних полевых опытов, которые проводились на супесчаных и тяжелосуглинистых почвах, говорят о том, что одностороннее применение азотных удобрений в сочетании с калийными, приводит к резкому росту величины обменной кислотности и содержания активного алюминия, приводящих не только к снижению их эффективности, но и к отрицательному действию на урожайность. Об итогах этих опытов пишут  Шильников И.А., Гришин Г.Е., Аканова Н.И., Зеленов Н.А. и Темников В.Н. 

В сельском хозяйстве сегодня преимущественно применяются азотные удобрения, так как их применение  отличается наиболее высокой окупаемостью урожаем. В этих реалиях особенно перспективным видится применение фосфоритной муки. Ее применение не только вносит в почву подвижные соединения фосфора, но и резко ослабевает негативное действие подвижного алюминия на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Однако, несмотря на низкую себестоимость фосфора фосфоритной муки, ее используют далеко не во всех хозяйствах.

Подробнее о фосфоритах

По мнению специалистов ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, в ближайшей перспективе основным фосфорным удобрением призвана стать фосфоритная мука. Потребность в известковании почв все равно останется актуальной, известь и фосфорит в любом случае будут попадать на одно и то же поле. Вегетационные опыты, проведенные в ХХ веке, первоначально показали, что при совместном внесении известь сильно снижает эффективность фосфоритной муки. Данные полевых опытов опровергли этот вывод. Впервые это установил В.Н. Прокошев.

 Исследования ученых ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова в полевых опытах за 40 лет также показали, что регулярное внесение полной дозы известняковой муки (три раза, в сумме 22,5 т/га) не повлекло отрицательного воздействия на эффективность фосфоритной муки. Действие суперфосфата и фосфоритной муки на фоне извести было равнозначным. 

Высокая эффективность фосфоритной муки на фоне извести в полевых (в отличие от вегетационных) опытах объясняется длительностью неравномерного размещения известкового удобрения в пахотном слое при имеющихся орудиях обработки почвы. Следовательно, в произвесткованной почве длительное время остаются условия для разложения фосфорита. Способствует этому также положительное влияние известкования на биологическую активность почвы.

Доказанные преимущества доломитовой муки

В агрофизическом научно-исследовательском институте (Санкт-Петербург), начиная с 2013 г., в Ленинградской области провели серию опытов по совершенствовании технологий известкования кислых почв с применением сыромолотой доломитовой муки с тониной помола менее 5 мм. Ученые подготовили и зарегистрировали документацию на этот мелиорант. Еще в 2012 г. на Меньковском филиале АФИ был проведен производственный опыт по влиянию доломитовой муки грубого помола на кислотные свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы и урожаи козлятника восточного. В опытах применялся отсев доломитовой муки тониной помола менее 20 мм в дозах 3,2-6,4 т/га.

Итоги проведенных опытов показали, что спустя 2 года проведения исследований почва из градации среднекислой (рНксl 4,6) перешла в градацию слабокислой (рНксl 5,2) на одинарной дозе извести и рНксl 5,6 на двойной. Полученные выводы подтвердили предположение ученых о пролонгированности действия сыромолотой доломитовой муки.

Опыт верхневолжских агрономов о свойствах доломитовой муки и гипса

Ученые Верхневолжского федерального аграрного научного центра изучили в процессе целую серию лабораторных опытов: влияние доломитовой муки, гипса и их сочетания на изменение физико-химических свойств почв разных градаций кислотности. Как показали опыты, в основе взаимодействия доломитовой муки с поглощающим комплексом почв лежит гидролиз карбонат-ионов мелиоранта, зависящий от кислотности и агрегированности почвы. Агенты кислотности связываются ионами гидроксила в малодиссоциированные (Н2О) и малорастворимые (Al(OH)3) соединения. Мелиоративный эффект гипса в несколько раз более низкий, чем доломитовой муки. Добавленный к доломитовой муке гипс повышал степень гидролиза карбонат ионов жидкой фазы и увеличивал коэффициент использования доломитовой муки на снижение гидролитической кислотности.

По итогам проведенных исследований доктор с.-х. наук Окорков В.В. предложил для пахотных кислых почв рассчитывать дозу содержащего известь мелиоранта на мелиорацию слоя 0-30 см почвы с учетом его Кисп (0,5) и безвредной доли гидролитической кислотности, зависящей от гранулометрического состава почвы. По выводам специалистов, повысить эффективность применения известкового удобрения можно путем комплексной мелиорации, включающей дополнительное внесение гипса (фосфогипса) по точным расчетам доз. 

Шлаки — в помощь агроному!

В свою очередь, Осипов А.И. рекомендует также обратить внимание на самые дешевые, но в то же время высокоэффективные известьсодержащие отходы промышленности и в первую очередь металлургические шлаки. Такие шлаки, в сравнении со стандартным известковыми карбонатными формами известковых удобрений оказывают специфическое воздействие на почву и растения, которое связано с наличием в них кремниевой кислоты в виде силиката кальция. Кроме того, имеют значение и другие составные части шлаков. 

Опыт известкования почв за рубежом свидетельствует о том, что, например, в Германии до 70% известковых удобрений изготавливается из металлургических шлаков, которые выведены из категории отходов и представляют конкретную продукцию предприятий. В ЕЭС создана специализированная межгосударственная организация «Еврошлак», решающая проблемы эффективного применения металлургических шлаков в промышленности, строительстве, дорожном и сельском хозяйстве. В результате принятых мер в Германии полностью ликвидированы все отвалы шлаков. 

В Российской Федерации отвалы металлургических шлаков занимают около 1 млн га. Имеется большое количество известьсодержащих отходов промышленности: цементная пыль, сланцевая зола, карбонат кальция конверсионный, золы электростанций и другие, которые можно использовать в земледелии без дополнительной доработки. Необходима только государственная поддержка химической мелиорации почв.

Есть и опытные доказательства преимуществ металлургических шлаков в процессе известкования почв. Результаты длительного полевого опыта ФГБНУ «ВНИИ агрохимии» показали, что в течение 30 лет положительное действие металлургического шлака на урожайность сельскохозяйственных культур было выше, чем известняковой муки. Окупаемость урожаем применения 1 т активнодействующего вещества металлургического шлака составила 1,45 т зерновых единиц, а известняковой муки — 1,01.

Силикаты и фосфориты

Одна из причин лучшего действия силикатов, по сравнению с карбонатными формами известняковых удобрений, состоит в том, что более полно и на более продолжительный срок устраняется вредное действие в почве активного алюминия, так как при применении силикатов в почве образуются алюмосиликаты, обладающие меньшей растворимостью, чем гидранты окиси алюминия, получающиеся при внесении Са(ОН)2.

Специалисты ФГБНУ «ВНИИ агрохимии» утверждают, что весьма перспективно создание на основе металлургического шлака известково-фосфорного удобрения путем введения в его состав дешевых фосфоритов. При этом себестоимость единицы пятиокиси фосфора будет в 3-4 раза ниже, чем в производимых сложных удобрениях — нитрофоске, азофоске, аммофосе. Такой комплексный состав за один прием внесения может на 8-12 лет снимать необходимость внесения как известковых, так и фосфорных удобрений. Добавление калия сделает шлаки универсальным удобрением. В этих целях можно использовать цементную пыль (отход цементных заводов) с высоким содержанием калия.

К слову, вероятное негативное влияние металлургических шлаков на почву и растения длительное время связывали с наличием хрома в некоторых из них. Результаты проведенных в последние годы исследований не подтвердили предполагаемых опасений.

Многолетние исследования доказали, что известкование не имеет альтернатив. Известковые мелиоранты при нейтрализации избыточной кислотности в почвах, приводят к повышению коэффициентов использования минеральных удобрений. Установлено, что коэффициенты использования азота из удобрений и их рентабельность на сильнокислых почвах в 1,4-2,7 раза ниже, чем на слабокислых и нейтральных. При разбросном внесении фосфорных удобрений на сильнокислых почвах коэффициенты использования их составляют всего 1,7-2,0%. На почвах с благоприятной реакцией — 10-15%, а при локальном внесении — 30%. И что немаловажно, в процессе известкования улучшается еще и экологическая обстановка окружающей среды. 

Подготовил Михаил Воробьев по материалам:

1. И.И. Аканова, И.А. Шильников О ПРОБЛЕМЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ ПОЧВ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ / ФГБНУ «ВНИИ агрохимии».
2. А.И. Осипов, В.П. Якушев ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ КИСЛЫХ ПОЧВ И ПУТИ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ / Агрофизический научно-исследовательский институт.
3. А.И. Осипов СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗВЕСТКОВАНИЮ КИСЛЫХ ПОЧВ.
4. И.А. Шильников, Г.Е. Гришин, Н.И. Аканова Н.А. Зеленов, В.Н. Темников. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ИЗВЕСТКОВАНИЯ КИСЛЫХ ПОЧВ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ / ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова.
5. В.В. Окорков К ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ КИСЛЫХ ПОЧВ / Верхневолжский федеральный аграрный научный центр.