CC BY
61
УДК 631.8:631.821
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ИЗВЕСТКОВАНИЯ КИСЛЫХ ПОЧВ
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
1 2 И. А. Шильников , доктор с.-х. наук, профессор; Г. Е. Гришин , доктор с.-х. наук, профессор;
Н. И. Аканова1, доктор биол. наук, профессор; Н. А. Зеленое1, канд. с.-х. наук, докторант;
В. Н. Темников3, канд. с.-х. наук, доцент
ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова, г. Москва, Email: [email protected]; 2ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», г. Пенза, Email: [email protected]; 3Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина,
г. Москва, E-mail: [email protected]
Показаны результаты полевых экспериментов по эффективности разных доз и форм химических мелиорантов. Приводится прогноз изменения кислотности почв по областям и баланс кальция в земледелии Российской Федерации.
Ключевые слова: известкование, продуктивность севооборотов, известьсодержащие материалы, баланс кальция.
Как показали многолетние исследования и более чем столетний мировой опыт ведения земледелия, первым и необходимым мероприятием при разработке системы удобрения в севообороте является известкование кислых почв. В популярных рекомендациях США при составлении плана работ в земледелии указывают на то, что «первый доллар надо вложить в известкование». В большинстве стран мира известкование почв, как прием коренной их химической мелиорации, субсидируется государством. Это связано не только с высокой окупаемостью затрат на это мероприятие приростом урожая сельскохозяйственных культур (за период своего действия каждая тонна СаСО3 в среднем окупается тонной сельскохозяйственной продукции в пересчете на зерно), но и с широким спектром природоохранного действия на окружающую среду, а также высоким качеством растительной продукции. Положительное влияние известкования на качество кормовых растений проявляется, например, в увеличении содержания в них сырого белка, сахаров, кальция и витаминов. Известкование кислых почв является обязательным мероприятием при производстве высококачественной диетической продукции.
Как природоохранному фактору известкованию почв уделяется гораздо меньше внимания, хотя в современных условиях это не менее важно. Ещё в 1931 году К. К. Гедройц писал: «В самом деле, на известкование нельзя смотреть лишь как на меру поднятия урожайности почвы: значение его гораздо шире: как мною доказано и много раз указывалось, углекислый кальций, внесённый в почву в достаточном количестве (во всяком случае в количестве,
большем, чем это нужно для создания оптимальных условий урожайности), предохраняет почву (в условиях достаточно влажного климата) от неминуемого в противном случае разрушения почвы и именно её наиболее ценной для человека части -поглощающего комплекса» [1].
Вопрос положительного влияния известкования на агрохимические свойства почвы, урожайность полевых культур, эффективность применения удобрений в Нечерноземной полосе Европейской части России бесспорно доказан. Опыт мирового земледелия показывает, что во всех странах с промывным режимом увлажнения почв, в результате которого идет процесс обеднения почвы основаниями и, главным образом, кальцием, химическая мелиорация в различной степени, но обязательно поддерживается государством. Это связано с тем, что, являясь одним из фундаментальных показателей почвенного плодородия, реакция среды и степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса основаниями во многом определяют эффективность комплекса технологических приёмов по возделыванию сельскохозяйственных культур, и в первую очередь применения удобрений и внедрения новых высокоурожайных сортов растений [2, 3].
Как установлено многолетними исследованиями, кислая реакция почвенной среды является одной из главных причин низких урожаев сельскохозяйственных культур, массовой гибели зерновых и многолетних трав при перезимовке, низкого содержания белка в зерне и кормах, недостаточной эффективности минеральных удобрений. Результаты проведенных исследований, особенно в последние 20-30 лет,
установили исключительно большое значение известкования почв как природоохранного и экологического фактора. Следует также подчеркнуть, что диетическую продукцию можно получать только на почвах с оптимальными физико-химическими свойствами.
Известкование кислых почв - это высокорентабельное мероприятие, затраты на которое окупаются, как правило, прибавками урожая двух-трех культур севооборота при использовании недорогих известьсо-держащих материалов (шлаков, зол, сла-бопылящей известняковой муки и др.).
Площадь пахотных почв с избыточной кислотностью в Центральном округе России составляет около 11,0 млн. га. Луга и пастбища также имеют кислые почвы:
1,9 млн. га при 53 % обследованных угодий. Прогнозные расчеты изменения структуры кислотности почв по Центральному округу и трём наиболее представительным областям свидетельствуют о потенциальном росте площадей с избыточной кислотностью. При этом в 2-2,5 раза увеличиваются площади почв с pH=5,0 и менее, то есть нуждающиеся в первоочередном известковании (табл. 1).
Расчет баланса кальция в земледелии страны за период 1965-2009 годов свидетельствует о том, что лишь кратковременный период с середины 80-х до начала 90-х годов прошлого столетия он был положительным, что привело к снижению площадей кислых почв (рисунок). В настоящее время количество поступающего с
Таблица 1
Прогноз структуры кислотности пахотных почв
Группа почв по pH 2005 г. (исходный) 2010 г. 2015 г.
тыс. га % тыс. га % тыс. га %
Центральный федеральный округ
6,1 и более 4074,0 20,7 1222,2 6,2 0 0
5,6...6,0 5064,9 25,7 5384,2 27,3 4074,0 20,7
5,1...5,5 6824,5 34,6 7309,6 37,0 7794,7 39,5
4,6...5,0 3205,0 16,2 4771,6 24,2 6338,2 32,1
4,5 и менее 561,1 2,8 1041,9 5,3 1522,6 7,7
Всего 19729,5 100,0 19729,5 100,0 19729,5 100,0
В т. ч. pH <5,5 10590,6 53,6 13123,1 66,5 15655,5 79,3
Средневзвеш. pH 5,53 5,32 5,12
Смоленская область
6,1 и более 150,6 14,7 45,2 4,4 0 0
5,6...6,0 227,2 22,1 219,0 21,3 150,6 14,7
5,1...5,5 281,3 27,4 310,5 30,3 339,7 33,1
4,6...5,0 242,8 23,6 290,8 28,3 338,8 33,0
4,5 и менее 124,9 12,2 161,3 15,7 197,7 19,2
Всего 1026,8 100,0 1026,8 100,0 1026,8 100,0
В т. ч. рН<5,5 649,0 63,2 762,6 74,3 876,2 85,3
Средневзвеш. pH 5,32 5,15 4,98
Костромская область
6,1 и более 56,7 10,5 17,0 3,1 0 0
5,6...6,0 130,5 24,1 104,9 19,4 56,7 10,5
5,1...5,5 145,1 26,8 166,9 30,9 188,5 34,8
4,6...5,0 114,1 21,1 140,5 26,0 167,0 30,9
4,5 и менее 94,5 17,5 111,6 20,6 128,7 23,8
Всего 540,9 100,0 540,9 100,0 540,9 100,0
В т. ч. рН<5,5 353,7 65,4 419,0 77,5 484,2 89,5
Средневзвеш. pH 5,25 5,09 4,94
Владимирская область
6,1 и более 68,7 13,2 20,6 4,0 0 0
5,6...6,0 276,6 53,2 186,4 35,8 68,7 13,2
5,1...5,5 142,7 27,5 238,2 45,8 333,7 64,2
4,6...5,0 25,4 4,9 64,4 12,4 103,4 19,9
4,5 и менее 6,4 1,2 10,2 2,0 14,0 2,7
Всего 519,8 100,0 519,8 100,0 519,8 100,0
В т. ч. рН<5,5 174,5 33,6 312,8 60,2 451,1 86,8
Средневзвеш. pH 5,66 5,44 5,21
I
с;
40 -
30 -
8 20
10 -
0
1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2007 2009
—а—поставки известковых удобрений —«—линия баланса
Баланс кальция в земледелии Российской Федерации за 1965-2009 гг.
известковыми материалами кальция компенсирует только 6...8 % естественных потерь этого элемента вследствие вымывания из корнеобитаемого слоя с инфильтрацион-ными водами и выноса растениями.
Возникла острейшая необходимость восстановления известкования почв в земледелии и доведения его до оптимального уровня по количеству вносимых известковых материалов и периодичности. Периодическое известкование является важнейшим агрономическим, энерго- и ресурсосберегающим, а также природоохранным мероприятием, без которого высокопродуктивное отечественное земледелие невозможно. Из-за избыточной кислотности недобор урожая в стране в настоящее время составляет 16. 18 млн. т в пересчете на зерно, а в перспективе возрастет до 20.22 млн. т.
Обобщенные результаты лизиметрических исследований за 25 лет показали, что для компенсации естественных потерь кальция и магния из почвы необходимо ежегодное их поступление в размере не менее 400.450 кг/га в пересчете на Са-СО3. К аналогичным выводам пришли и в Белорусском НИИ почвоведения и агрохимии. Эти данные стали основным аргументом при расчете потребности в известковых удобрениях в России и Белоруссии [6].
Высокая эффективность повторного известкования установлена в ряде многолетних полевых опытов. Так, в Смоленском НИИСХ в пятой и шестой ротациях севооборота общая прибавка урожая от извест-
кования 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. (табл. 2). Через 16 лет 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. Данные свидетельствуют также о том, что внесение высоких доз извести при повторном известковании приводит к снижению окупаемости СаС03 урожаем и резкому увеличению вымывания Са из почвы [4].
На ячмене прибавка от периодического известкования составила 8,4.13,6 ц/га, от повторного в 1977 и 2002 годах - от 4,3 до 10 ц/га зерна. Наибольшей она была при внесении двукратно дозы по 1,5 г. к. в 1968 и 1977 годах. Высокая эффективность металлургического шлака отмечена при более низких значениях рН почвы (табл. 2).
Низкие темпы известкования почв при отсутствии государственной поддержки этого мероприятия связаны с высокими затратами на его проведение. Остроту проблемы можно смягчить за счёт использования известковых удобрений с низкой стоимостью. Применение известняковой муки из малопрочных пород и известьсодержащих отходов промышленности позволяет на 30.40 % снизить общие затраты при равном эффекте с известняковой пылевидной мукой, получаемой путём размола пород высокой прочности. Это положение можно проиллюстрировать данными полевого опыта, проведенного в течение 7 лет на Калужской опытной станции (табл. 3).
Таблица 2
Эффективность повторного известкования (Смоленский НИИСХ)
Вариант опыта Среднегодовой урожай за 5-ю ротацию севооборота, ц/га з. ед. Прибавка от известкования, ц/га з. ед. Среднегодовой урожай за 6-ю ротацию севооборота, ц/га з. ед. Прибавка от известкования, ц/га з. ед. Общая прибавка от повтор. известкования, ц/га з. ед. Окупаемость 1 т СаС03, т з. ед. рН почвы после повторного известкования
общая повтор. общая повтор. в 1-й год через 16 лет
1. Без извести 37,4 - - 30,9 - - 4,3 4,4
2. Основное известкование по 1,0 г. к. 40,1 2,7 - 33,8 2,9 - 5,5 4,8
3. Основное + повторно СаС03 0,5 г. к. 43,2 5,8 3,1 35,8 4,9 2,0 62,8 2,7 5,5 4,9
4. Основное + повторно СаС03 1,0 г. к. 44,4 7,0 4,3 37,2 6,3 3,4 96,8 2,0 6,2 5,0
5. Основное + повторно СаС03 1,5 г. к. 46,4 9,0 6,3 36,8 5,9 3,0 121,6 1,7 6,4 5,1
6. Основное + повторно СаС03 2,0 г. к. 45,7 8,3 5,6 37,0 6,1 3,2 113,8 1,3 6,7 5,1
Металлургические шлаки, как правило, равноценны по эффективности стандартной пылевидной муке или превосходят её [4, 5].
В длительном опыте окупаемость 1 т СаС03 дополнительной продукцией при основном известковании зависела от времени последействия и формы известкового материала [8]. Для известняковой муки она составила: за 9 лет 1,1 ц. зерн. ед., за 16 лет - 5,7, за 23 года - 7,8 и за 30 лет -10,1. Самая высокая окупаемость оказалась у металлургического шлака - 14,5 ц. зерн. ед. за 30 лет. Виды металлургических шлаков при соответствующем гранулометрическом составе также не уступают по эффективности известняковой муке
(табл. 4).
По данным многолетних исследований установлено, что эффективность металлургических шлаков в качестве известковых удобрений определяется модулем их основности, нейтрализующей способностью, гранулометрическим и минералогическим составом. Нейтрализующая способность и растворимость кальция и магния шлаков и минералов со стекловидной структурой выше, чем у кристаллических. Например, нейтрализующая способность мервинита со стекловидной структурой составила 108 %, а с кристаллической -89 %; мартеновского шлака стекловидного - 83 %, кристаллического - 72 % [5, 8, 9].
Вариант опыта Продуктивность севооборота, ц/га корм. ед.
Контроль 144,2
ЫРК - фон 220,0
Фон + известняковая мука тонкого помола
Са 0,25 г. к. 15,8
Са 0,5 г. к. 44,1
Са 1,0 г. к. 61,9
Прибавки, фон + известняковая мука обычного помола
Са 0,25 г. к. 15,0
Са 0,5 г. к. 42,5
Са 1,0 г. к. 63,5
Таблица 3
Влияние известняковой муки из малопрочных пород различного гранулометрического состава на продуктивность полевого севооборота
Таблица 4
Действие шлаков на урожай сельскохозяйственных культур, ц/га
К степени помола шлаков предъявляют более жесткие требования, чем к известняковой и доломитовой муке, так как частицы крупнее 1 мм не оказывают существенного влияния на агрохимические свойства почвы и урожай сельскохозяйственных культур.
К сожалению, вероятная токсичность многих элементов, содержащихся в отходах, и в частности тяжёлых металлов, крайне слабо или совершенно не исследована. Об их поведении в почве и поступлении в растения часто судят по аналогии с другими веществами, имеющими нейтральную или кислую реакцию среды, например фосфорными удобрениями. Известно, что при избытке кальция и слабощелочной реакции среды большинство тяжёлых металлов неактивны и их поступление в растения резко ослабевает. Опыт зарубежных стран свидетельствует о широком применении при известковании изве-стьсодержащих отходов промышленности. Например, в ассортименте известковых удобрений Германии % представлены различными видами металлургических шлаков. Отечественные исследования показали, что путём направленного воздействия при образовании шлаков можно менять их структуру, минералогический состав, увеличивая содержание активнодействующего вещества и химическую активность. 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 [9].
Запасы апатитов в нашей стране практически исчерпаны. В ближайшей перспективе основным фосфорным удобрением станет фосфоритная мука. Поскольку известковать почвы всё равно придётся, то известь и фосфорит неизбежно будут попадать на одни и те же поля. Вегетацион-
ные опыты, проведенные в прошлом столетии, показали, что при совместном внесении известь резко снижает эффективность фосфоритной муки. Данные полевых опытов опровергли эту закономерность. Впервые это установил В. Н. Прокошев. Наши исследования в полевом опыте за 40 лет также показали, что периодическое внесение полной дозы известняковой муки (три раза, в сумме 22,5 т/га) не оказало отрицательного действия на эффективность фосфоритной муки. Действие суперфосфата и фосфоритной муки на фоне извести было равноценным. Аналогичные данные получены и по выносу фосфора культурами севооборота (10).
Высокая эффективность фосфоритной муки на фоне извести в полевых (в отличие от вегетационных) опытах объясняется длительностью неравномерного (очагового) 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.
Литература
1. Гедройц, К. К. Известкование почвы и отношение между количествами обменного кальция и магния в почве / К. К. Гедройц. -М.: ГИЗ с.-х. литературы, 1955. - Т. 3. -С. 457-461.
2. Шильников, И. А. Потери элементов из почвы / И. А. Шильников, М. Н. Мельникова, Е. А. Пименов // Химизация сельского хозяйства. - 1990. - № 6. - С. 12-15.
3. Петрова, И. С. Агроэкономическая эффективность сочетания возрастающих доз минеральных и известковых удобрений / И. С. Петрова // Бюл. ВИУА. - 1987. -№ 82. - С. 68-72.
4. Шильников, И. А. Баланс кальция и динамика кислотности пахотных почв в условиях известкования / И. А. Шильников, С. А. Ермолаев, Н. И. Аканова. - М., 2006. -155 с.
5. Васильева, С. Н. Эффективность металлургических шлаков в качестве известковых удобрений в зависимости от химического, гранулометрического и минералогического составов: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / С. Н. Васильева. - М., 1975. - 25 с.
6. Клебанович, Н. В. Известкование почв Беларуси / Н. В. Клебанович, Г. В. Васи-люк. - Минск: БГУ, 2003. - 179 с.
7. Глобальные проявления изменения климата в агропромышленной сфере /
Культура Урожай без известкования Прибавки урожая от
известняковой муки шлаков
ферросплавных электросталеплавильных мартеновских
Ячмень 15,0 2,8 3,2 2,1 2,6
Пшеница 16,0 3,2 4,1 4,0 2,5
Клевер, сено 25,0 11,6 13,2 12,0 11,6
А. Л. Иванов, О. Д. Сиротенко, Р. М. Алек-сахин и др. - М., 2004. - 330 с.
8. Аканова, Н. И. Агроэкологическая и энергетическая эффективность сочетания известкования с минеральными удобрении-ями: автореф. дис. ... доктора с.-х. наук. -М.: ВИУА, 2001. - 45 с.
9. Шильников, И. А. Известкование как
фактор урожайности и почвенного плодородия: монография / И. А. Шильников, В. Г. Сычёв, Н. А. Зеленов, Н. И. Аканова, Л. С. Федотова. - М.: ВНИИА, 2008. - 331 с.
10. Кирпичников, Н. А. Приемы оптимизации фосфорного режима почв в агротех-нологиях / Н. А. Кирпичников, В. Г. Сычев. -М.: ВНИИА, 2009. - 176 с.
