CC BY
58
УДК 631.47+631.95
ПРИРОДООХРАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ ПОЧВ
И. А. Шильников*, Г. Е. Гришин, Н. И. Аканова*
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», г. Пенза;
*ВНИИА, г. Москва
Агрономическое значение известкования почв как фактора урожайности и оптимизации реакции среды в почве общеизвестно. Этот приём широко внедрён в практику мирового земледелия, и наука постоянно ищет пути его совершенствования и повышения эффективности. 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).
Результаты длительных полевых опытов и практика земледелия свидетельствуют о постоянном восстановлении устраняемой известкованием избыточной кислотности почвы. Этому способствуют процессы разложения в ней органических остатков, приводящие к образованию органических кислот. Например, по расчётам специалистов в Германии, при разложении ботвы свеклы образуется такое количество органических кислот, для нейтрализации которых необходимо более 1 т СаСО3. Корневые выделения растений, а также многие биохимические процессы в почве приводят к подкислению почвенной среды.
Во многих странах, в том числе и нашей, начали выпадать «кислые» дожди, которые хотя и не очень сильно, но влияют на повышение избыточной кислотности почвы. С ростом интенсификации земледелия резко возрастают процессы обеднения почвы основаниями вследствие выноса кальция и магния урожаями , но
главным образом из-за их миграции из корнеобитаемого слоя инфильтрацион-ными водами.
Многолетние исследования показали, что применение физиологически кислых форм минеральных удобрений и возросшая агрессивность атмосферных осадков резко увеличивают концентрации кальция и магния в лизиметрических водах и, как следствие, их потери из корнеобитаемого слоя.
По нашим данным, в период 1980-1990 годов содержание окислов серы в атмосферных осадках Подмосковья возросло в 1,5 раза. Изменился химизм процесса вымывания элементов из почвы, возросло вымывание легкоподвижных несорбируе-мых почвой анионов ЭО42-, Ы03-, С1-, увлекающих за собой эквивалентное количество катионов, главным образом Са2+, Мд2+. Ежегодно из дерново-подзолистых пахотных почв вымывается до 180...200 кг/га Са и 25.40 кг/га Мд (2). Миграция этих элементов на выщелоченных и оподзоленных чернозёмах изучена недостаточно, но имеющиеся данные свидетельствуют о том, что и в этой зоне обеднение почв основаниями идёт так же интенсивно: миграция кальция - 140.380 кг/га в год (3). Практически только известкование способно компенсировать естественные потери оснований из корнеобитаемого слоя. Органические удобрения эту функцию могут выполнить лишь при внесении высоких доз - не менее 25....30 т/га ежегодно.
Исследования показали, что известкование почвы полными дозами снижает подвижность органического вещества. Это проявилось на минеральных и торфяных почвах при обработке их не только 0,1 н, но и 0,02 н растворами ЫаОН. После удаления кальция из известкованной почвы подвижность органических веществ в ней восстанавливается. Следовательно, известкование - приём, регулирующий интенсивность и направленность процессов разложения органического вещества в почве, предохраняющий гумус от выщелачивания из пахотного слоя, так как кальций переводит гуминовые кислоты в более устойчивые соединения - гуматы кальция. Это приводит к консервированию некоторой части органического вещества и накоплению гумуса в почвах (4).
Важнейшая природоохранная функция известкования почв состоит и в том, что при оптимизации реакции среды в почве улучшаются её фосфатный и азотный режимы. Кроме того, из произвесткованных почв на 20.40 % уменьшается вымывание калия с инфильтрационными водами. При-
Нива Поволжья № 1(6) февраль 2008
17
чём это действие, особенно касающееся улучшения фосфатного режима, очень продолжительно. Поэтому на произвесткованных полными дозами почвах можно на 15...20 % снижать нормы азотных и фосфорных удобрений. Улучшение азотного питания на произвесткованных почвах настолько существенно, что его нужно учитывать при расчёте доз азота.
На почвах с очень кислой реакцией среды, содержащих много активного алюминия, применение минеральных удобрений без известкования не только неэффективно, но и опасно: могут загрязниться поверхностные и инфильтрационные воды, так как содержащиеся в них питательные вещества растения используют очень слабо.
Об эффективности сочетания известкования с удобрениями можно судить по результатам полевого опыта Костромской опытной станции (5). Они свидетельствуют о том, что без известкования урожай на таких почвах вообще может погибнуть, а эффективность ЫРК при оптимальной реакции среды в почве может удваиваться и утраиваться. Поэтому применение минеральных удобрений на почвах с очень кислой реакцией без предварительного известкования недопустимо.
Таблица 1
Влияние сочетания известкования с минеральными удобрениями на урожай озимой пшеницы и ячменя, ц/га
Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют о том, что на слабоокультурен-ной почве с сильной степенью кислотности и высоким содержанием алюминия (рН 4,0; Нг 6,5 мэкв, подвижный алюминий 11,7 мг на 100 г почвы) эффективность известкования в 1,5-2,0 раза превышает действие минеральных удобрений.
В условиях техногенного загрязнения почв токсическими элементами, особенно тяжелыми металлами, известкование высокими дозами карбоната кальция может в
5-10 раз снижать их поступление в растения. Интенсивное известкование имеет большое значение в системе мероприятий по снижению поступления в корневую систему растений радиоактивного стронция из-за антагонизма между кальцием и этим элементом. По данным Б. С. Пристера (1990), при изменении величины рН почвы от 4,1 до 7,2 коэффициенты перехода 1370э из почвы в растения уменьшаются в 2-10 раз (7). Исследования Н. М. Белоуса показали, что оптимизация реакции среды в почве на фоне минеральных удобрений сокращает поступление радионуклидов в растения на 60.80 % (8).
Начато применение известковых удобрений в рыбоводном хозяйстве для нейтрализации кислотности атмосферных осадков и поддержания в водоёмах оптимальной реакции воды. На очереди известкование лесных угодий, так как «кислые» дожди могут нанести непоправимый вред древесной растительности.
Природоохранная роль известкования и в том, что используются многие миллионы тонн известьсодержащих отходов и побочных продуктов металлургической, горнорудной, перерабатывающей промышленности и тепловых электростанций, отвалы которых занимают десятки тысяч гектаров плодородных почв. При этом сокращается и необходимость строительства карьеров по добыче и заводов по переработке известняков. Резкий дефицит известковых удобрений вынуждал сельское хозяйство использовать любые отходы промышленности, обладающие хорошей нейтрализующей способностью. Во многих из них содержатся токсические элементы и соединения. Поэтому перед использованием этих материалов в качестве мелиорантов необходима их тщательная агрохимическая, технологическая, токсикологическая и радиологическая оценка.
К сожалению, вероятная токсичность многих элементов, содержащихся в отходах, и в частности тяжёлых металлов, крайне мало 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. Многие отходы промышленности обладают высокой нейтрализующей способностью, хотя достоверной научной информации, подтверждающей их действительную токсичность нет.
Озимая пшеница Ячмень
Прибавка Прибавка
Вариант и т и т
опыта го & о общая с е т з и К о_ ^ го & о общая с е т з и К о_ ^
£ т о т о > т о т о
Контроль без удобр. 3,1 - - - 11,1 - - -
Известь 12,8 9,7 9,7 - 21,3 10,2 10,2 -
Ы1Р1К1 7,1 4,0 - 4,0 16,4 5,3 - 5,3
1\11Р1К1+известь 14,5 11,4 7,4 - 26,1 15,0 9,7 -
Ы2Р2К2 7,5 4,4 - 4,4 18,5 7,4 - 7,4
И2Р2К2+известь 23,1 20,0 15,6 23,5 12,4 5,0 -
В настоящее время при резком сокращении масштабов известкования (в 20032005 годах в среднем ежегодно известь вносилась на площади 350...400 тыс. га при необходимых 7.8 млн. га) обеднение почв основаниями достигло предельного уровня. В результате происходит рост площадей кислых почв, которые, по нашим расчётам, достигают 54.56 млн. га (средняя ежегодная интенсивность подкисления среды в почве составляет 0,02.0,03 рН). Больше половины пахотных почв Нечернозёмной зоны имеют избыточную кислотность, которая вследствие отрицательного баланса кальция постоянно возрастает. Так, например, за последние годы площади почв с избыточной кислотностью увеличились: в Смоленской области на 8,2, Владимирской - на 4,3, Московской - на 3,8 процента.
Процесс увеличения кислотности почв ещё интенсивнее происходит в зоне обыкновенных чернозёмов. Так, в Белгородской области за период с 1979 по 2003 годы площадь кислых почв увеличилась почти в 3 раза (с 12,4 до 35,6 %), а площадь почв с сильнокислой реакцией среды - в 7,6 раза.
I
ш Ч
О
1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Дозы СаСО3, т/га
Рис. 1. Влияние доз извести (СаСО3, т/га) на сдвиг рН дерново-подзолистых почв:
1. У=0,2787х-0,00919х2; Я=0,7 - супесчаная
2. У=-0,361+0,51х 0,5; Н=0,61 - суглинистая
3. У=-0,468+0,454х0,5; И=0,61 - тяжелосуглинистая
Нами были обобщены результаты многолетних полевых опытов (11), выявившие закономерности динамики кислотности произвесткованных почв (рис.1, табл. 2) и составлен прогноз состояния кислотности почв на 2010 год (табл. 3), из материалов которого следует, что площадь кислых почв к 2010 году увеличится на 16,4 млн. га, площадь почв, нуждающихся в первоочередном известковании (рН 5,0 и мень-
Нива Поволжья № 1(6) февраль 2008
ше), возрастет на 15,5 млн. га и составит более трети всей пашни.
Таблица 2
Прогноз структуры кислотности пахотных почв на 2010 год
Группа почв по рН Исходная (2003 год) Через 7 лет (2010 год)
млн. га % млн. га %
5,6...6,0 24,03 40,9 7,21 12,3
5,1...5,5 22,51 38,2 29,88 51,2
4,6.5,0 9,54 16,2 16,99 29,2
4,5 и менее 2,72 4,6 4,27 7,3
Всего 58,8 58,4
в т.ч. с рН 5,5 и менее 34,8 59,2 51,2 87,7
Средневзвешенный показатель рН пахотных почв уменьшится на 0,24 и составит 5,14. Среднегодовое изменение показателя активной кислотности в сторону снижения составит 0,034, что согласуется с данными многолетних полевых опытов (табл. 3).
Таблица 3
Изменение средневзвешенного показателя рН пахотных почв в зоне известкования с 2003 по 2010 годы
Средневзвешенный показатель рН Изменение средневзвешенного показателя рН
2003 год 2010 год за 7 лет за один год
5,38 5,14 0,24 0,034
В результате обмена научной информацией с Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии осуществлён прогноз изменения кислотности почв для Белоруссии, в котором структура рН связана с уровнем применения удобрений и интенсивностью известкования (табл. 4). Из него следует, что только известкование сохраняет благоприятную реакцию среды в почве.
Таблица 4
Прогноз кислотности пахотных почв Республики Беларусь на 2020 год при различной интенсивности применения известковых и минеральных удобрений
Год СаСОэ в год, млн. т ИРК, кг/га Гр> уппа почв по кислотности, % Средневзвешенный рН
<4,51 4,51.5,0 5,01.5,5 5,1.6,0 6,01.6,50 6,51.7,0 7,0 и более
2000 - - 1,3 4,4 13,1 28,0 36,9 13,6 2,8 5,99
2020 2,5 250 0,8 3,2 10,5 30,0 43,0 10,0 2,5 6,00
2020 2,5 150 0,8 3,0 10,0 29,0 44,7 10,0 2,5 6,02
2020 1,5 250 1,0 4,3 13,0 35,0 34,2 10,0 2,5 5,95
2020 1,5 150 1,0 4,0 12,5 33,0 37,0 10,0 2,5 5,97
2020 0 0 5,0 11,0 30,0 30,0 13,5 8,0 2,5 5,81
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 СаСО3. К аналогичным выводам пришли и в Белорусском НИИ почвоведения и агрохимии. Эти данные легли в качестве основного аргумента при расчете потребности в известковых удобрениях России и Белоруссии.
В последние годы большое внимание уделялось балансу углерода в почвах (10). Потенциально карбонатные формы известковых удобрений могут быть источником выделения СО2 в атмосферу, так как содержат в СаСО3 12 % углерода. Если же сравнивать возможное количество углерода, которое может быть произведено только двумя видами топлива - нефтью и углём - с известковыми удобрениями, то оказывается, что доля последних составляет всего лишь 0,31 % (табл. 5).
Таблица 5
Количество углерода в топливе и известковых удобрениях (1985 год)
При этом следует иметь в виду, что в 1985 году баланс кальция в земледелии был положительным и происходило накопление в почве примерно 25 % внесённых с известковыми удобрениями карбонатов, остальные лишь компенсировали потери кальция за счёт вымывания из корнеоби-таемого слоя с инфильтрационными водами и выноса растениями. Нами по данным многолетних лизиметрических опытов установлено, что при низком уровне применения минеральных удобрений кальций мигрирует вследствие вымывания, главным образом, в форме бикарбонатов, которые содержат 14,8 % углерода. В последние 5 лет уровень поставок известковых удобрений настолько низок, что вследствие миграции оснований (Са, Мд, К, Ыа) из почвы убывает в 8-10 раз больше углерода, чем вносится с карбонатными формами извести. Кроме того следует иметь в виду, что с каждой тонной СаСО3 в почву поступает 120 кг С, а в прибавке урожая с органической массой связывается примерно 340.350 кг С, то есть каждая тонна Са-
СО3 в урожае поглощает из атмосферы 224 кг углерода. Приведённые выше материалы свидетельствуют о том, что известкование почв не является фактором загрязнения атмосферы оксидом углерода-СО2.
Таким образом, известкованию почв как природоохранному фактору нет альтернативы. Мировой опыт ведения сельского хозяйства свидетельствует об активной роли государственной поддержки химической мелиорации почв. Нам же следует восстановить прежний опыт, когда известкование почв осуществлялось за счёт государства. Иначе мы будем ежегодно терять 20 млн. т сельскохозяйственной продукции в пересчёте на зерно, качество урожая резко снизится, и может происходить загрязнение растений и грунтовых вод различными токсичными веществами.
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. Ивойлов, А. В. Влияние известкования и минеральных удобрений на продуктивность зернопропашного севооборота и плодородие выщелоченного чернозема: автореф. дис... канд. с.-х. наук / А. В. Ивойлов. - М., 1988. - 20 с.
4. Шедеров, С. Г. Влияние извести на органическое вещество почвы и удобрений / С. Г. Шедеров // Вопросы известкования дерново-подзолистых почв: труды ВИУА. - М.,1961. -Вып. 38. - С. 117-127.
5. Петрова, И. С. Агроэкологическая эффективность сочетания возрастающих доз минеральных и известковых удобрений / И. С. Петрова // Бюлл. ВИУА. - 1987. - № 82. - С. 68-72.
6. Смирнова, А. В. Влияние известкования на урожайность сельскохозяйственных культур: информ. листок № 90-86 / А. В. Смирнова, И. С. Петрова, А. К. Тараканов. - Кострома, 1986. - 4 с.
7. Пристер, Б. С. Миграция радионуклидов в почве и переход их в растения / Б. С. Пристер, Н. П. Омельяненко, Л. В. Перепелятникова // Почвоведение. - 1990. - № 10. - С. 51-60.
8. Белоус, Н. М. Продуктивность пашни и реабилитация песчаных почв / Н. М. Белоус, В. Ф. Шаповал. - Брянск, 2006. - 430 с.
9. СССР в цифрах и фактах в 1985 году. -М.: Финансы и статистика, 1986. - 254 с.
10. Иванов, А. Л. Глобальные проявления изменений климата в агропромышленной сфере / А. Л. Иванов, О. Д. Сиротенко, Р. М. Алексахин и др. - М., 2004. - 330 с.
11. 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.
Потенциальные источники СО2 Произведено млн. т Содержание С,% С
млн. т %
Нефть 595 85,5 509,0 45,7
Уголь каменный 495 94,1 466,0 41,8
Уголь бурый 153 88,4 135,0 12,2
Известковые материалы 50 12х0,65 3,9 0,3
