Зачем известковать кислую почву?

О пользе кальцийсодержащих удобрений на кислых почвах известно давно. В Беларуси до начала работ по интенсивному известкованию недостаток кальция и магния в обменной форме на более чем 90% почв пашни существенно лимитировал урожайность культурных растений. Однако, несмотря на все знания, в последние годы этим мероприятием все чаще пренебрегают. В результате, по данным РУП «Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси», недобор растениеводческой продукции в республике на среднекислых почвах (с рН 4,5-5,0) составляет 4-8 ц/га к.ед., а на кислых (с рН 5,01-5,50) — 3-4 ц/га к.ед., при оптимальном уровне кислотности среды для большинства сельскохозяйственных культур рН 5,5-6,5 (слабокислая — близкая к нейтральной).

Климат Центральной Европы, в котором располагается Беларусь (гумидный), обусловливает естественную повышенную кислотность почв. Совместно с дождевой водой, имеющей рН в среднем около 5,6, в почву попадают кислоты, которые просачиваются в нижние горизонты. Это приводит к невосполнимым потерям кальция — вымыванию его из верхних слоев почвы и нейтрализации. Кальций вымывается в виде сульфатов кальция, хлорида кальция или нитрата кальция. Таким образом, кальций не просто «теряется» в почве, а перераспределяется в ее горизонтах. Проходя через толщу почвы, кальций оказывает положительное влияние на ее структуру.

В различных погодно-климатических условиях ежегодные потери кальция могут составлять от 100 до 700 кг/га СаО, что создает ложное впечатление о его неэффективном использовании. В разных регионах и на разных почвах скорость процесса подкисления почв будет различаться.

Потери кальция только частично компенсируются выпадающими осадками, типом почвы и целевым использованием участка (табл. 1).

Совместно с необратимыми потерями кальция применение различных агротехнических мероприятий при возделывании полевых и луговых культур усиливает подкисление почвы. Этому процессу способствует поступление в почву органических веществ, образование CO₂ и внесение физиологически кислых минеральных удобрений.

Таблица 1. Ежегодные потери кальция (кг/га СаО) за счет вымывания и нейтрализации (Германия, 2003)

В период уборки культур СаО выносится с частью урожая, отчуждаемой с поля. Величина выносимого с урожаем кальция зависит от вида культуры и урожайности. Например, зерновые культуры мало выносят кальция, а вот с урожаем рапса, сахарной свеклы, кукурузы на силос или луговых трав его вынос значительно выше (табл. 2).

В разных известковых мелиорантах кальций отличается не только количеством, но и формой связи (оксиды СаО, гидрооксиды или карбонаты CaCO₃), поэтому за базовую единицу содержания кальция принято считать его количество в форме СаО, а для пересчета СаО в CaCO₃ пользуются коэффициентом 1,785.

Таблица 2. Вынос кальция с урожаем культур (Petter, 2001)

В общем объеме используемых в республике известковых мелиорантов преобладает доломитовая мука, которая содержит в своем составе кальций и магний в форме карбонатов — CaMg(CO₃)₂, за счет чего она обладает медленным действием. Длительное систематическое применение доломитовой муки обогащало преобладающие на территории республики легкие почвы обменными формами кальция и магния. В сырьевых зонах сахарных заводов в качестве мелиоранта используют более дешевый в применении отход свеклосахарного производства — дефекат, а возле мест добычи возможно применение карбонатного сапропеля и мела. Эти формы известковых удобрений действуют быстрее доломитовой муки, снижая почвенную кислотность уже в год внесения.

С 1998 года в Беларуси перешли на поддерживающее известкование, целью которого является обеспечение относительно благоприятного уровня кислотности для культур и поддержание положительного баланса кальция в почве, что особенно важно на фоне применения повышенных доз азотных удобрений, способных подкислять почвенный раствор.

По расчетам отечественных ученых-агрохимиков, средние потери CaCO₃ из почв республики за счет вымывания и выноса с отчуждаемой частью урожая превышают 300 кг/га в год. За 5 лет потери CaCO₃ могут составлять 2,5-3,0 т/га, что снизит рН почвы на 0,4-0,6. Для компенсации потерь оснований и устойчивого положительного баланса кальция и магния в почве необходимо поступление не менее 400 кг/га CaCO₃ в год. При этом навоз и атмосферные осадки способны обеспечить около 150 кг/га CaCO₃. В итоге, для положительного баланса оснований в почвах республики требуется среднегодовое внесение около 250 кг/га CaCO₃. Другими словами, общий уровень ежегодного внесения мелиорантов должен составлять не менее 1,8 млн тонн CaCO₃ (Клебанович Н.В., Василюк Г.В., 2003).

В условиях интенсивно используемых сельскохозяйственных земель Беларуси периодичность известкования кислых почв в среднем составляет 1 раз в 6-8 лет после их агрохимического обследования и не раньше, чем через 4 года. Излишняя известь почве также вредна, поскольку затрудняет поступление минеральных веществ в растения, вызывая заболевание хлорозом и снижение продуктивности.

По результатам последнего, 12-го тура агрохимического обследования сельскохозяйственных земель (2009-2012) установлена слабая тенденция подкисления пахотных почв республики (снижение средневзвешенной рН с 5,91 до 5,89). Причина — уменьшение ежегодных объемов известкования. Сегодня более 30% кислых почв пашни и 26% почв сенокосов и пастбищ нуждаются в известковании (Богдевич. И.М., 2015).

Наряду с почвенным гумусом, кальций напрямую и косвенно участвует в формировании плодородия, так как является не только поставщиком питательных веществ. Обменный кальций удерживается почвой сильнее других катионов (Mg и K) и занимает в некислых почвах 75-85% общей емкости катионного обмена. Поэтому от его содержания зависит регулирование уровня кислотности почвенной среды (рН) и большое число происходящих в ней процессов, проявляющихся через физическое, химическое и биологическое действие.

Физическое действие кальция отражается на структуре почвы, которая является важнейшей характеристикой уровня плодородия. Под структурой почвы подразумевается взаимное расположение в ней твердых частиц и системы пор, которые, в свою очередь, зависят от размера и формы минеральных и органических частиц почвы. Понятие структуры почвы часто отождествляют с видимым гранулометрическим составом почвы, что сужает его значение. На структуру почвы влияет ее влагообеспеченность, аэрация, тепловой режим и гранулометрический состав. Значение структуры почвы особенно важно в период прорастания и раннего развития растений, от чего зависит дальнейшая интенсивность роста и развития растений.

Без достаточного насыщения почвенно-поглощающего комплекса кальцием (60-80%) в профиле почвы сначала формируются частицы, которые впоследствии склеиваются, образуя связную, плотную структуру, которая плохо пропускает воду и воздух.

При включении кальция в почвенно-поглощающий комплекс создается более пористая структура почвы за счет коагуляции (слипания мелких частиц в более крупные). Углы пор при высыхании почвы заполняются кальцием (карбонатом или силикатом кальция), который уплотняется и препятствуют распаду структуры. За счет кальция стабилизируется не только структура минеральных частиц, но и гумуса. Оксид кальция образует «мостик» между минеральными частицами почвы и гумусом, формируя минерально-гумусовый комплекс. За счет создания стабильной системы пор улучшается водный обмен и аэрация почвы.

Благодаря коагуляту и образованию минерально-гумусового комплекса стабилизируются почвенные связи, образуется ценная комковатая структура почвы, что повышает долю воздухопроводящих крупных пор, а сама система пор превращается в совокупность крупных, средних и тонких пор почвы. Это улучшает водообмен в почве и ее аэрацию. Водопоглощающая и водонакапливающая способность почвы повышаются, снижая растекание воды по поверхности почвы. Кроме того, снижается риск заиливания и эрозии почвы. При обильном выпадении осадков поглощающая способность известкованной почвы гораздо выше, чем неизвесткованной.

За счет стабилизации структуры снижается риск переуплотнения почвы. Вместе с этим улучшенная аэрация и водный обмен приводят к тому, что почва быстрее высыхает ранней весной и быстрее прогревается. Поэтому на известкованных участках весенние полевые работы можно начинать раньше. «Окно» между обработкой почвы и севом расширяется, что позволяет более гибко и качественно планировать весенние полевые работы. Время начала роста культур в таких условиях также сдвигается, что благотворно влияет на формирование их урожайности.

Химическое действие кальция. Кальций нейтрализует в почве вредные кислоты, повышая тем самым уровень рН. Однако недостаток кальция в почве может приводить к кислотным повреждениям — переизбытку алюминия и марганца, что часто возникает после влажной зимы.

Известно, что корневая система растений может усваивать как питательные, так и вредные вещества только в определенной форме. Поэтому для оптимального питания растений важно не только общее количество, но и доступность (растворимость) питательных веществ, которая повышается или снижается в зависимости от количества кальция.

Подкисление почвы вначале может оказывать лишь незначительное влияние на рост и развитие растений. Намного важнее то, что при подкислении ухудшается усвояемость растениями питательных веществ из почвы.

Большинство питательных веществ почвы растворяется и становится доступным растениям при уровне рН 5,5-6,5. На фоне такого рН увеличивается усвояемость растениями азота, серы, калия, кальция, магния и молибдена. При этом доступность микроэлементов, таких как железо, марганец, бор, медь и цинк, напротив, снижается. Поэтому при уровне рН более 7,0 явно проявляются признаки их дефицита.

Особенно сильно в кислой среде (при низких значениях рН) снижается доступность фосфатов, так как оптимальным для их растворимости в почве является уровень рН 6-7. Результаты исследований немецких ученых (Kerschberger, Preusker, 2009) свидетельствуют о том, что практически на всех почвах с уровнем рН ниже оптимальных значений (ниже класса С) за счет внесения извести содержание доступных растениям фосфатов в почве возрастает. Установлено, что уже на третий год после известкования (внесения 60-100 ц/га СаО) уровень в почве подвижного фосфора увеличивался на 50-70 мг P₂O₅/кг почвы. В то же время высокие дозы извести приводят к избыточному насыщению почвы кальцием, что в итоге снижает растворимость фосфатов. Таким образом, только при оптимальной обеспеченности кальцием содержащиеся в почве питательные вещества могут лучше использоваться культурами, что дает возможность не повышать нормы внесения минеральных удобрений.

В Евросоюзе наибольшие жесткие требования экологов к сельхозпроизводителям касаются применения азотных и фосфорных удобрений. В качестве примера можно привести изменения в Законе о внесении удобрений, согласно которому в ближайшей перспективе внутрихозяйственная разница по азоту (сальдо) ограничивается 60 кг N/га. Поэтому, если почвы не будут иметь оптимального рН, сельхозпредприятия не смогут соблюдать эти предписания.

Уровень кислотности почвы влияет не только на растворимость питательных веществ, но и на подвижность в ней тяжелых металлов, которые оказывают негативное действие на рост и развитие растений (фитотоксичны), качество продукции. Известкование кислых почв позволяет существенно снижать доступность тяжелых металлов и радионуклидов, уменьшая их перенос в урожай, улучшая его качество. Если возделываются культуры с относительно высокой способностью к аккумуляции тяжелых металлов (виды овощей и озимая пшеница), то при значительном подкислении почвы это может привести к накоплению токсичных элементов в урожае (особенно кадмия).

Биологическое значение кальция — поддержание жизнедеятельность в почве. Живущие в почве микроорганизмы (бактерии, грибы) и особенно дождевые черви оказывают значительное влияние на многочисленные процессы обмена. Оптимальными условиями для их размножения и жизнедеятельности является реакция рН от слабокислой до нейтральной (табл. 3).

Только в благоприятных для жизнедеятельности условиях среды они быстро размножаются, расщепляют органические остатки, участвуют в процессах формирования гумуса.

Таблица 3. Оптимальный диапазон рН почвы для обитающих в ней микроорганизмов (Stoeven, 2002)

При подкислении почв активность микроорганизмов значительно снижается, что приводит к замедлению процесса распада органических удобрений и пожнивных остатков. Поэтому использовать технологию посева по мульче с большим количеством соломы можно только на участках с оптимальным уровнем рН, что позволит избежать риска негативного влияния неразложившейся соломы на новый урожай.

Дождевые черви участвуют в образовании комков почвы, а их ходы являются необходимым элементом в системе образования пор.

Возрастающая активность микробов приводит к насыщению почвы низкомолекулярными соединениями, которые также улучшают структуру почвы. При оптимальных значениях рН происходит минерализация — разложение органических остатков с высвобождением питательных веществ для растений (азота, калия, серы и др.).

О взаимодействии извести с минеральными удобрениями. Быстродействующие известковые мелиоранты способны быстро понизить кислотность и повысить уровень рН почвы, поэтому небольшой временной разрыв в сроках внесения извести и содержащих аммоний азотных удобрений может привести к потерям (улетучиванию) аммиака из удобрения. Если по производственным причинам нет возможности разнести по времени известкование почвы и внесение азотных удобрений, в этом случае сначала следует глубоко запахать известь. Аналогично поступают с известью и перед внесением жидких органических удобрений или навоза.

Одновременное внесение фосфорных удобрений с известью также недопустимо. Водорастворимая фракция фосфорного удобрения при повышенном содержании в почве кальция и высоком значении рН превращается в малодоступные растениям формы.

Затраты на известкование кислой почвы рассчитывают, как инвестиции на средне- и долгосрочную перспективу. Если общие затраты на известкование можно легко посчитать, то вот упущенную выгоду при задержке или отказе от известкования определить достаточно сложно. Нормативный средневзвешенный показатель окупаемости известкования пахотных земель Беларуси за цикл от 1 т CaCO₃ сегодня составляет около 0,7 т к.ед.

1. Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных земель Республики Беларусь (2009-2012) / И. М. Богдевич [и др.]. — Минск: Ин-т почвоведения и агрохимии, 2015.
2. DLG-Merkblatt: Hinweise zur Kalkdüngung. — 5. korrigierte Auflage, 2012.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2016 г., № 17).