Химическая мелиорация
Хими́ческая мелиора́ция, комплекс мелиоративных мероприятий по улучшению химических и физических свойств почв с применением химических веществ с целью создания благоприятных условий для развития сельскохозяйственных культур и повышения плодородия почвы. Приёмы химической мелиорации известны давно и успешно применялись благодаря трудам российских учёных (И. А. Стебут, Д. И. Менделеев, А. Н. Энгельгардт, П. А. Костычев, Д. Н. Прянишников, П. С. Коссович, К. К. Гедройц, О. К. Кедров-Зихман и др.). Научные основы химической мелиорации заложены К. К. Гедройцем в его теории о поглотительной способности почвы. Химическая мелиорация направлена на регулирование реакции почвенной среды, её кислотности и щёлочности, улучшения структуры почвы и плодородия. При приведении химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для сельскохозяйственных растений соли и поступают полезные: в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах – натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе (ППК) ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие. Поступающие соли кальция, фосфора улучшают питательный режим и структуру почвы. Потребность в проведении химической мелиорации определяется наличием в России кислых почв, которые занимают 73 млн га, засолённых и осолонцованных – 40 млн га, в том числе солонцов более 15 млн га, почв с низким содержанием фосфора – 36 млн га, загрязнённых выбросами предприятий – 62 млн га, радиационно загрязнённых – 5 млн га.
Различают следующие способы химической мелиорации:
известкование почв – внесение кальцийсодержащих веществ (кальцита, гашёной извести, известковистой и доломитовой муки) для замены в ППК ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы;
гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) – внесение гипса, нитратов кальция или веществ, содержащих гипс, сульфат железа, кальций которых замещает в ППК натрий для снижения щёлочности почвы;
кислование применяют на почвах содового засоления с целью разрушения соды азотной, серной кислотами и железным купоросом и образования нетоксичных солей натрия с последующей промывкой почвенного слоя;
фосфоритование почв направлено на повышение содержания подвижного фосфора в кислых почвах путём применения высоких доз (не менее 1 т/га) фосфоритной муки как фосфорного удобрения, представленного в основном Са3(РО4)2, для питания растений.
Известкование почв проводят на кислых почвах, особенностями которых являются недостаток ионов кальция и избыток ионов водорода в пахотном горизонте, что отрицательно влияет на усвоение растениями элементов питания, обмен веществ, развитие корневой системы. Кислотность подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, не развиваются аммонифицирующие и нитрофицирующие микробы, азобактерии, бактерии, разрушающие фосфорорганические соединения. Важным показателем необходимости известкования является величина обменной кислотности. Обменная кислотность рНKCl определяется наличием в почвах ионов водорода и алюминия, которые находятся в поглощённом состоянии, и представляет собой небольшую, но наиболее опасную часть почвенной кислотности. Она наблюдается в почвах, в которых процесс выщелачивания оснований осуществляется весьма интенсивно, и почва нуждается во внесении извести. Установлено, что при рНKCl < 4,5 почва сильно нуждается в известковании; при рНKCl от 4,5 до 5,5 – средняя нуждаемость; при рНKCl > 5,5 – известкование становится ненужным. Дозы внесения извести зависят от гранулометрического состава почвы и повышаются с увеличением глинистых частиц от 5 до 10 т/га при рНKCl < 4,5 и 3 до 6 т/га при рНKCl от 4,5 до 5,5.
В качестве известковых удобрений используют гашёную известь (пушёнка), известняковую и доломитовую муку, сыромолотый доломит, мергель, а также известковые отходы промышленности, содержащие значительное количество СаСО3. Внесение известковых материалов проводится после уборки основного и побочного урожая возделываемой культуры и проведения пахоты. Повторное известкование пахотных почв и перезалужаемых земель разрешается не ранее чем через 4 года после проведения их агрохимического обследования. Внесение порошкообразных химмелиорантов осуществляется путём разбрасывания по поверхности почвы разбрасывателями минеральных удобрений РУ-1000, РУ-1600, РУ-3000, МТТ-4У с последующей заделкой тяжёлой дисковой бороной БДТ-3,0, БДТ-7,0 и др. Основное требование к качеству работ – равномерный рассев по поверхности поля.
Известкование оказывает многостороннее положительное действие на свойства почвы, её плодородие – усиливается жизнедеятельность микроорганизмов и мобилизация ими азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества. В известкованных почвах интенсивнее протекают процессы аммонификации и нитрификации, лучше развиваются азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), обогащающие почву азотом за счёт азота воздуха, в результате чего улучшается азотное питание растений.
Гипсование почв применяют для улучшения агрофизических свойств солонцовых почв, которые отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в ППК значительного количества ионов натрия. Эти почвы имеют высокую вязкость, липкость, сильно набухают во влажном состоянии и уплотняются при иссушении, что приводит к физиологической недоступности влаги. Внесение гипса и других кальцийсодержащих веществ приводит к вытеснению из ППК катионов Na+ и заменой их на Са2+, в результате чего улучшаются её неблагоприятные физико-химические и биологические свойства и повышается плодородие. Дозы гипса (устанавливают по количеству натрия в корнеобитаемом слое почвы, который необходимо заместить кальцием) от 3–4 до 10–15 т/га, наибольшие – на содовых солонцах. Гипс вносят в 2 приёма: перед вспашкой и после неё под культивацию. На солонцеватых почвах, содержащих меньшее количество натрия, чем солонцы, гипс (3–4 ц/га) вносят в рядки вместе с семенами. Гипсование почв проводят в комплексе с агротехническими мероприятиями: глубокая вспашка (на 40–50 см) или мелиоративное рыхление на глубину 60–70 см с перемешиванием солонцового слоя; орошение; внесение органических удобрений; посев многолетних трав.
Для гипсования почв применяют в основном сыромолотый гипс (CaSО4 не менее 85 %), фосфогипс – отходы производства удобрений, отходы содовой промышленности. Внесение гипса эффективно совмещать с проведением мелиоративного рыхления агрегатом РС-0,8. Продолжительность перехода солонцов под действием гипса в культурную почву составляет 8–10 лет в неорошаемых условиях и 5–6 лет при орошении. Средняя прибавка урожая зерна при внесении гипса составляет в чернозёмной зоне (без орошения) 3–6 ц/га, в зоне каштановых почв 2–7 ц/га. На орошаемых землях эффективность гипсования почв повышается.
Кислование почв применяют на почвах с содовым засолением. Сода даже в малых концентрациях отрицательно влияет не только на растения, но и вызывает диспергацию почв, резкое ухудшение их физических свойств. Внедрение натрия в поглощающий комплекс повышает набухаемость почв, их трещиноватость, плотность, вызывает диспергацию агрегатов и понижение водопроницаемости. К. К. Гедройц ещё в 1920-х гг. выдвинул положение о том, что для освоения карбонатных щелочных почв содового засоления необходимо их кислование 1–2%-й серной кислотой. Этот способ мелиорации карбонатных щелочных почв в условиях крупномасштабного сельскохозяйственного производства с помощью серной кислоты и железного купороса был разработан Институтом почвоведения, агрохимии и мелиорации Армении под руководством Г. П. Петросяна и успешно применён в Араратской долине. Кислование и внесение в почву железного купороса оказывают многофакторное мелиорирующее действие на карбонатные почвы содового засоления.
Во-первых, под влиянием кислоты происходит нейтрализация соды и образование легкорастворимого сульфата натрия.
Во-вторых, в результате взаимодействия извести и серной кислоты формируются значительные массы мелкодисперсного гипса, способного к более активному взаимодействию, чем гипс из природных залежей.
В-третьих, в результате гидролиза железного купороса в почве накапливается оксид железа, улучшающий её структурное состояние, а также возникают дополнительные количества серной кислоты, способствующие дальнейшему улучшению щелочных почв.
Фосфоритование почв направлено на повышение содержания подвижного фосфора на кислых и слабокислых почвах путём внесения высоких доз (не менее 1 т/га) фосфоритной муки с периодичностью 1 раз за ротацию севооборота. Для производства фосфоритовой муки используют размолотые до порошковидного состояния фосфориты, которые в кислых почвах растворяются и, нейтрализуя среду, обогащают её фосфором и кальцием. Процесс сопровождается блокированием токсичных Аl, Mg, Fе и Cu. Под влиянием почвенной кислотности фосфоритовая мука превращается в усваиваемый растениями СаНРО4. Чем больше гидролитическая кислотность, тем выше эффективность фосфоритовой муки. Однако действие её зависит не только от величины кислотности почвы, но и от ёмкости поглощения и степени насыщенности основаниями. При одной и той же гидролитической кислотности действие фосфоритовой муки тем выше, чем меньше ёмкость поглощения почвы. Дозу фосфоритовой муки устанавливают в зависимости от степени кислотности почвы. На сильно- и среднекислых почвах (pH = 5 и менее) вносят ту же дозу фосфоритовой муки, что и суперфосфата, а на слабокислых двойную или тройную дозу. Действие фосфоритовой муки благоприятно для развития сельскохозяйственных культур, так как при этом в почве повышается содержание фосфора, кальция и магния, снижается концентрация токсичных Al, Mg, Fe и Cu и улучшается соотношение между токсичными элементами и их антагонистами. К фосфорным удобрениям относят в том числе суперфосфат и преципитат. При интенсивном многолетнем фосфоритовании почв большими дозами необходимость в известковании снижается.
К химической мелиорации относят также внесение минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв.