Проблема химической мелиорации почв в земледелии РФ

В последние десятилетия в земледелии Российской Федерации сложился отрицательный баланс кальция, магния и фосфора, что приводит не только к снижению продуктивности земледелия, но и к неустойчивости урожайности растений при неблагоприятных климати­ческих условиях. Мировой и отечественный опыт зем­леделия свидетельствует о том, что на почвах с про­мывным режимом увлажнения вследствие миграции с инфильтрационными водами происходила потеря осно­ваний из корнеобитаемого слоя, без компенсации кото­рой подкисляется почвенная среда и снижается содер­жание в почвенном поглощающем комплексе кальция и магния.

Увеличение кислотности почв приводит к снижению продуктивности растений и отрицательным экологиче­ским последствиям: возрастает активность в почве ток­сичного алюминия, увеличивается подвижность тяже­лых металлов и радионуклидов, а также загрязнение ими сельскохозяйственной продукции, уменьшается биологическая активность почвы и снижается содержа­ние полезных компонентов в растениях.

При существующем крайне низком уровне известко­вания почв по нашему прогнозу в 2020 г. площадь кис­лых пахотных почв увеличится в 1,5-1,6 раза и достиг­нет 55-56 млн га. При этом площадь почв, нуждающих­ся в первоочередном известковании (с pH 5,0 и менее) возрастет до 55 %. Из-за увеличения площади кислых почв и ухудшения структуры кислотности средний ежегодный недобор урожая в стране возрастет с 16-18 до 24-27 млн т в пересчете на зерно [1].

Для компенсации потерь оснований из почвы и под­держания существующего уровня реакции среды необ­ходимо вносить ежегодно 30 млн т известковых удоб­рений при среднем содержании в них 66-68 % СаСОз. Только дополнительно внесенные к этому количеству известковые удобрения создадут положительный ба­ланс кальция и приведут к снижению кислотности почв.

В настоящее время имеются большие площади почв, загрязненных радионуклидами в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях. Для их рекультивации необходимо применять известковые удобрения в дозах, соответствующих величинам, рассчитанным по 2-2,5 гидролитической кислотности, с целью доведения pH почвы до 6,3-6,5 и степени насыщенности основаниями почвенного поглощающего комплекса до не менее 90 % [2].

При условии пятилетнего цикла известкования сред­негодовая потребность в известковых удобрениях для оптимизации реакции среды на всех загрязненных ра­дионуклидами почвах составляет около 4 млн т/год, а на сельскохозяйственных угодьях — 2,1 млн т/год. Эта экономически- и хозяйственно-выгодная работа выпол­няется неудовлетворительно, так как в российском зем­леделии ежегодно применяют около 1 млн т известко­вых материалов и никаких мер по стимулированию хи­мической мелиорации почв не принимается.

В отличие от Российской Федерации в Республике Беларусь ранее были приняты и продолжаются в настоящее вре­мя, но в меньшем масштабе, работы по детоксикации загрязненных радионуклидами почв. И.М. Богдевич показал, что «За послеаварийный период на Черно­быльской АЭС существенное улучшение реакции почв можно видеть повсеместно, особенно по районам Го­мельской области, наиболее загрязненной радионукли­дами». 

Здесь доля сильно- и среднекислых почв уменьшилась с 14,7-18,9 до 1,6-3,9 % от площади пашни. Доля пахотных и луговых почв с оптимальным диа­пазоном реакции, наоборот, увеличилась и составляет теперь 80-88 % от общей площади [3]. Для сравнения в расположенной по соседству Брянской области доля почв с pH 5,0 и менее составляет 16,7 %, а с оптималь­ным pH — 58,2 %.

Проведенные в Беларуси защитные меры показали высокую эффективность. Несмотря на периодическое ужесточение санитарно-гигиенических нормативов, производство молока с превышением допустимого со­держания 137Cs в общественном секторе снизилось с 525 тыс. т в 1986 г., до 1,4 тыс. т — в 2000 г. и до 37-60 т — за 2010-2011 г., т.е. в 10000 раз. Практически все зерно, картофель и овощи соответствуют нормативам безо­пасности по содержанию 137Cs.

На загрязненных радионуклидами почвах поддержи­вающее известкование проводят по мере подкисления почв. Такая саморегулирующая система известкования позволила на порядок сократить расход известковых материалов и в 7-8 раз уменьшить площади известко­ванных по сравнению с 1987 г. Следствием этой работы явилось признание органами ЕЭС высокого качества сельскохозяйственной продукции, производимой в Бе­лоруссии, половина которой экспортируется в страны Западной Европы.

Потребность Беларуси в известковых удобрениях для нейтрализации загрязненных радионуклидами почв за последние 25 лет снизилась в 10 раз и составляет небольшую долю от общего количества, необходимого для поддержания оптимальной реакции среды в земле­делии.

Положительный опыт известкования почв имеется и в земледелии Российской Федерации. Например, в шес­тидесятых годах прошлого столетия кислые почвы за­нимали в Московской области около 80 % пахотных земель, из них сильнокислых и среднекислых около 57 %. За период с 1966 по 1989 г. в области было произ­вестковано 5 млн га, в результате площадь кислых почв уменьшилась с 710 до 490 тыс. га. 

К 2003 г. площадь кислых почв снизилась до 247 тыс. га и средневзвешен­ный показатель рН составил 5,8, т.е. находился в опти­мальном для большинства сельскохозяйственных рас­тений интервале [4]. Являясь важнейшим фактором урожайности, за ротацию 6-8-польного севооборота 1 т CaCO3 обеспечивает прибавки урожая сельскохозяйст­венных культур 6-8 ц/га з. е. Известкование в 2-3 раза снижает отрицательное действие засухи на продуктив­ность растений.

Однако за последние годы объем работ по известко­ванию почв резко сократился, баланс кальция стал от­рицательным, реакция среды в почве изменяется в сто­рону подкисления. Этот негативный процесс связан не только с естественными потерями оснований из почвы вследствие вымывания кальция из корнеобитаемого слоя почвы и выносом растениями, но и с преобладаю­щим односторонним применением азотных удобрений. 

Данные длительных полевых опытов, проведенных на супесчаных и тяжелосуглинистых почвах, свидетельст­вуют о том, что одностороннее применение азотных удобрений и в сочетании с калийными, способствует резкому росту обменной кислотности и содержания активного алюминия, приводящему не только к сниже­нию их эффективности, но и к отрицательному влия­нию на урожай. В производственных условиях в на­стоящее время применяют преимущественно азотные удобрения, имеющие наиболее высокую окупаемость урожаем. 

В этих условиях весьма перспективно исполь­зование фосфоритной муки, которая не только обога­щает почву подвижными соединениями, но и резко снижает отрицательное действие подвижного алюми­ния на рост и развитие растений. Однако, несмотря на низкую себестоимость фосфора, фосфоритной муки, ее использование очень мало.

Председатель Комитета Госдумы РФ по природным ресурсам, природопользованию и экологии академик РАН В.И. Кашин на Всероссийском совете работников агропромышленного комплекса отметил, что «за 25 лет уровень государственных расходов на сельское хозяй­ство сократился в 10 раз — до 1,48 % расходов феде­рального бюджета, запланированных на 2016 г. [5, 6]». В этих условиях рассчитывать на серьезную государст­венную поддержку химической мелиорации кислых почв не приходится. Поэтому следует обратить внима­ние на самые дешевые, но в то же время высокоэффек­тивные известьсодержащие отходы промышленности и в первую очередь на металлургические шлаки.

Металлургические шлаки, в сравнении со стандарт­ными 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. Благодаря алюмосиликатной части шлаков могут улуч­шаться физико-механические и физико-химические свойства почв, особенно песчаных и супесчаных, может увеличиваться коллоидная часть почв, повышаться по­глощение, нарастать их связность и влагоемкость.

Обогащение почвы коллоидной SiO2 в результате внесения силикатных известковых удобрений приводит к увеличению отношений SiO2 : R2O3 в поглощающем комплексе, что уменьшает активность полутораоксидов почвы, которые, в особенности ионы алюминия, могут оказывать непосредственное вредное влияние на разви­тие растений, а также переводить в малоподвижное и малодоступное для растений состояние почвенные фосфаты [7].

Результаты длительного полевого опыта ВНИИА по­казали, что в течение 30 лет положительное действие металлургического шлака на урожай сельскохозяйст­венных культур было выше, чем известняковой муки. Окупаемость урожаем применения 1 т активно дейст­вующего вещества металлургического шлака составила 1,45 т з. е., а известняковой муки — 1,01 [8].

Одна из причин более эффективного действия сили­катов, по сравнению с карбонатными формами извест­няковых удобрений, состоит в том, что полнее 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 оксида алюминия, получающиеся при внесении Са(ОН)2 [9].

С увеличением отношения SiO2 : И2О3 в поглощаю­щем комплексе повышается подвижность почвенных фосфатов, уменьшается поглощение фосфора (Р2О5) почвой, вносимого с удобрениями, и увеличивается доступность его растениями. Поэтому полагаем весьма перспективным создание на основе металлургического шлака известково-фосфорного удобрения путем введе­ния в его состав дешевых фосфоритов. 

При этом себе­стоимость единицы Р2О5 будет в 3-4 раза ниже, чем в производимых сложных удобрениях — нитрофоске, азофоске, аммофоске. Такой комплексный состав за один прием внесения может на 8-12 лет устранить не­обходимость внесения как известковых, так и фосфор­ных удобрений. Добавление калия делает шлаки уни­версальным удобрением. В этих целях можно исполь­зовать цементную пыль (отход цементных заводов) с высоким содержанием калия.

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 десятки тысяч гектаров плодородных земель. Имеется большое количество известьсодержащих отходов промышленности: цементная пыль, слан­цевая зола, карбонат кальция химического синтеза, зола электростанций и другие, которые можно использовать в земледелии без дополнительной доработки. Необхо­дима только государственная поддержка химической мелиорации почв [10].

В 2013 г. правительство утвердило разработанную Министерством экономического развития программу развития сельских территорий на 2014-2020 гг. Объем финансирования составляет 292,2 млрд. руб. [11]. Предполагается достигнуть роста объемов производст­ва сельскохозяйственной продукции на 55,5 млрд. руб.

В сравнении в США ежегодная помощь своему сель­скому хозяйству составляет 74 млрд долларов, а в Рос­сии вся программа — менее 300 млрд руб. В деревнях сегодня проживает 37-38 млн человек. Следовательно, на одного жителя в месяц выделяют 8 руб. Что можно сделать в рамках такого финансирования? Основными проблемами на селе являются безработица и низкая заработная плата.

В Российской Федерации 193 млн га земельных уго­дий, включая 115 млн га пашни, из них более 40 млн га выведено из продуктивного пользования, зарастают мелколесьем и не используются. В то же время в стра­нах ЕЭС засевают зерновыми и зернобобовыми 37 млн га, полностью обеспечивая население продуктами пита­ния. 

Там решена проблема с оптимизацией физико­химических свойств почв, что является одной из глав­ных составляющих плодородия почвы и стабильного получения высоких урожаев. И в России без аналогич­ного пути нельзя выполнить продовольственную про­грамму. Государственная поддержка масштабной хи­мической мелиорации почв позволила бы решить ряд стратегических задач обеспечения жизнеспособности страны в условиях кризиса и поступательного развития в послекризисный период.

1.    Шильников И.А., Аканова Н.И., Баринов В.Н. Методика прогнози­рования кислотности почв и расчет баланса кальция и магния в зем­леделии Нечерноземной зоны. — М., 1998. — 22 с.

2.    Овчаренко М.М., Шильников И.А., Поляков Д.К., Графская ГА. Влияние известкования и кислотности почвы на накопление в расте­ниях тяжелых металлов // Агрохимия. — 1997. — №1. — С.74-84.

3.    Прудников П.В. Использование агрономических руд и новых ком­плексных удобрений на радиоактивно загрязненных почвах.- Брянск, 2012. — 295 с.

4.    Сычев В.Г., Шильников И.А., Аканова Н.П. Рекомендации по из­весткованию кислых почв в Московской области, 2008. — 68 с.

5.    Кашин В.И. Десять шагов к продовольственной безопасности // Правда,- №82,- 2016.

6.    Кашин В.И. Агропромышленный комплекс должен стать локомо­тивом экономического развития страны // Правда. — 2013.

7.    Васильева С.Н. Эффективность металлургических шлаков в качест­ве известковых удобрений в зависимости от их химического, грану­лометрического и минералогического составов// Автореф. канд. дисс.  — М., 1975. — 25 с.

8.    Шильников И.А., Аканова НИ. Использование металлургических шлаков в земледелии // Рынок вторичных металлов. — №6. — 2002. — С.20-23.

9.    Алямовский Н.И. Известковые удобрения в СССР. — М., 1966. — 258 с.

10.    Сычев В.Г., Шильников И.А., Аканова НИ. Состояние и эффек­тивность химической мелиорации почв в земледелии Российской Федерации // Плодородие, — 2013, — №1, — С.9-12.

11.    Гурвич В.Г. Развитие стагнации // Экономическая и философская газета. — № 33-35. — 2013.