Вплив вапняних та структурних меліорантів на кислотно-основний стан і продуктивність ґрунтів з різною активністю іонів гідрогену

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр

«Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського»

Вплив вапняних та структурних меліорантів на кислотно-основний стан і продуктивність ґрунтів з різною активністю іонів гідрогену

Ю.Л. Цапко, д-р біол. наук., ст. науч. співроб.

К.О. Десятник, канд. біол. наук., науч. співроб.

А.І. Огородня, молод. науч. співроб.

Бахаа Мефреф Радван, аспірант

Прогресуюче глобальне підкислення педосфери, яке пов'язано зі зміною клімату на земній кулі, особливо в гумідній зоні планети, є однією з актуальних проблем світового ґрунтознавства. Згідно даних FAO, на четвертій частині поверхні ґрунтів продуктивність рослин лімітує кислотність, а різні форми стресу, пов'язані з надлишковою кислотністю, властиві для 40 % ґрунтів світу. В окремих регіонах Європи за останні 50 років кислотність підвищилася на 1,5 одиниці рН. В Україні розповсюджено близько 8,5 млн га ґрунтів, характерною особливістю яких є підвищена кислотність ґрунтового розчину. Крім глобальних впливових чинників на процеси ацидизації ґрунтів, необхідно враховувати ще й той факт, що в Україні, починаючи з 1990 р., через брак коштів, обсяг вапнування кислих ґрунтів різко скоротився. Усе це призвело до зменшення врожайності сільськогосподарських культур, в першу чергу, кальцієфільних. Необхідно звернути увагу й на те, що кисле середовище ґрунту сприяє підвищеному вимиванню важких металів і радіонуклідів у підґрунтові води, зниженню біологічної активності та порушенню екологічного стану на територіях розповсюдження кислих ґрунтів (Авдонін, 1976; Артюшин, 1980; Цапко, 2011). Тому меліорація, у різних її проявах (хімічна, структурна) є особливо важливим заходом докорінного покращення кислих ґрунтів, який крім підвищення врожайності, має й природоохоронне значення.

Визначення ефективності різних за походженням вапняних та структурних меліорантів на ґрунтах з кислою реакцією середовища, з практичного погляду, є важливим питанням. У запропонованій статті на підставі власних досліджень, проведених у лабораторних умовах, зроблено спробу надати відповідь на зазначене питання.

Мета досліджень - установлення ефективності вапняних і структурних меліорантів на кислотно-основний стан ґрунтів з різною активністю іонів гідрогену та масу проростків ячменю.

Об'єкти, методи та умови досліджень. Об'єктами досліджень було обрано такі ґрунти: чорнозем опідзолений важкосуглинковий (рН_водн - 5,9) , дерново-підзолистий супіщаний (рН_водн - 5,4) та ясно-сірий поверхнево- оглеєний (рН_водн - 4,0). Лабораторно-модельні дослідження проведено у склянках з 0,5 кг ґрунту. Повторність трикратна. Тест культура - ячмінь, сорт «Фенікс». Дози кальцієвмісних меліорантів було пораховано за кривими рН- буферності, рівень рН доводили до оптимального (6,8) для гармонійного росту ячменю. Схема досліду 1: контроль; гашене вапно; доломіт; дефекат; цементний пил; вапняк флюсовий; червоний шлам. Схема досліду 2: контроль (без меліорантів); торф низинний (15 т/га); глина-1 (5 т/га); глина-2 (5 т/га); мергель (5 т/га); лес (5 т/га); торф (15 т/га) + лес (5 т/га); глина-1 (5 т/га) + торф (5 т/га); глина-2 (5 т/га) + торф (5 т/га); торф (15 т/га) + мергель (5 т/га); мергель (5 т/га) + лес (5 т/га).

Визначення рН і активності кальцію проводили на початку та в кінці досліду. Досліджували структурні меліоранти різного походження, їх коротку характеристику наведено нижче (табл. 1). Торф низинний: зольність - 15,7 %; рН_водн. - 6,8; середньо-розкладений і середньогуміфікований.

Таблиця 1. Характеристика досліджуваних структурних меліорантів

Примітка: глина-1 - глина Хмельницького місцявидобування, глина-2 - глина Дружківського місцявидобування.

Результати досліджень. Кислотно-основні властивості ґрунтів обумовлені наявністю в ґрунтовому розчині катіонів гідрогену, алюмінію, кальцію, магнію і натрію. Взаємодія між гідрогеном і кальцієм визначається як вапняний потенціал, оптимальні значення якого за вирощування ячменю на чорноземі опідзоленому становлять 4,8-5,2; на ясно-сірому лісовому ґрунті - 4,4-5,1 та на дерново-підзолистому - 4,2-4,7 (Трускавецький, 2003). За рівнозначних показників кислотності, але різних показників активності кальцію ґрунти по-різному впливають на рослини. Кращі умови зростання створюються там, де вапняний потенціал урівноважений і в ґрунтовому розчині міститься достатня кількість кальцію, присутність якого істотно загальмовує негативний, а іноді навіть і токсичний вплив підвищеного вмісту гідрогену, алюмінію чи натрію на рослини. Тому за вапняним потенціалом можливо оцінити агроекологічний стан досліджуваного ґрунту.

На ясно-сірому ґрунті на варіантах з гашеним вапном та доломітом уже через сім днів компостування рН ґрунту підвищився до 6,7 при 5,4 на контролі й наприкінці досліду становив 6,8 та 6,7 відповідно, що свідчить про високу швидкість дії цих меліорантів. Швидка дія гашеного вапна пов'язана з тим, що в ньому кальцій знаходиться у вигляді гідрооксиду - Са(ОН)₂. Саме наявність гідроксилів у цьому меліоранті обумовлює його високу розчинність, а як наслідок і швидкість дії (табл. 2).

Доломіт складається з оксидів та карбонатів кальцію і магнію, при цьому вміст останньої форми значно переважає. За умов внесення до ґрунту доломіту як меліоранту його карбонати, реагуючи з водою, перетворюються на швидкорозчинні гідрооксиди кальцію та магнію. На варіанті з цементним пилом, де після компостування також досягнуто оптимального рівня рН - 6,7, наприкінці досліду спостерігалося зниження значення цього показника до 6,4. Останнє може відбуватися за рахунок підвищення біологічної активності ґрунту, що сприяє значному продукуванню аніонних форм сірки та азоту. У подальшому відбувається зв'язування катіону кальцію новоутвореними аніонами з утворенням солей, наприклад сульфатів і нітратів. Крім цього, зниження рН та активності кальцію наприкінці досліду пов'язано з високим приростом біомаси ячменю на цьому варіанті 43,3 %, оскільки наслідок і вищим виносом кальцію. Подібним чином цей меліорант подіяв і на дерново- підзолистому ґрунті, за умови підвищення біомаси рослин ячменю на 50,5 %, активність кальцію протягом досліду знизилася з 2,4 до 0,8 ммоль/дм³, та все ж рН ґрунту залишився на оптимальному рівні. Водночас на чорноземі опідзоленому, де було отримано найвищий приріст біомаси 53,3 %, показники рН та активності кальцію, залишалися стабільними протягом усього досліду, що пов'язано перш за все з високою буферною здатністю згаданого ґрунту. Слід також зазначити, що для чорнозему кальцій є генетично спорідненим елементом, а тому й краще затримується в ґрунті, на відміну від ясно-сірого лісового та дерново-підзолистого ґрунтів, які сформувалися під впливом кислих продуктів розкладу лісової підстилки і головним чином на материнських породах, бідних на вапно, у зв'язку з чим поглинутого кальцію в них недостатньо, щоб наситити навіть їх невелику поглинальну ємність, а в поглинутому стані знаходиться іон гідрогену, тому кальцій який потрапляє до ґрунту разом з меліорантами, закріплюється гірше (Соколовський, 1956; Трускавецький, 2003; Цапко, 2011).

Таблиця 2. Зміна рН, активності кальцію та вапняного потенціалу ґрунтів з різною кислотно-основною рівновагою під впливом вапняних меліорантів різного походження (І -- на початку, ІІ -- наприкінці проведення досліду)

На варіанті з внесенням червоного шламу на дерново-підзолистому та ясно-сірому ґрунтах, рН ґрунтового середовища протягом досліду не досягнув оптимальних рівнів, а активність кальцію наприкінці досліду була нижчою, ніж на контролі. На дерново-підзолистому ґрунті після внесення вказаного меліоранту спостерігалося менш інтенсивне, порівняно з іншими меліорантами, підвищення рН, але до кінця досліду цей показник уже мав оптимальні значення, а як наслідок це сприяло отриманню 43,6 % приросту біомаси рослин ячменю, тоді як на чорноземі опідзоленому та ясно-сірому ґрунті він становив 7,3 та 6,3 % відповідно. Таку відмінність дії червоного шламу ми пов'язуємо з генетичними особливостями ґрунтів, адже дерново-підзолистий ґрунт є бідним не лише відносно насиченості кальцієм, а й стосовно інших елементів живлення, зокрема й мікроелементів, на які багатий червоний шлам, тому надходження їх до ґрунту разом з меліорантами найбільше відобразилося на продуктивності рослин саме на цьому ґрунті.

Стосовно зміни рН ґрунтового середовища під впливом червоного шламу, найвищою стабільністю виділяється чорнозем опідзолений, де рН_водн. наближався до бажаного 6,8 (оптимальний рівень рН для ячменю) та залишався на цьому рівні протягом усього досліду, що підтверджує ефективність визначення норм вапняних меліорантів за графіками буферності.

Засвідчено істотне підвищення активності кальцію у провапнованих варіантах на всіх ґрунтах. На ясно-сірому та дерново-підзолистому ґрунтах зміни активності були істотно більшими, ніж на чорноземі опідзоленому. На наш погляд, зазначені зміни пов'язані з більшою буферністю чорнозему опідзоленого.

На чорноземі опідзоленому та ясно-сірому ґрунті вапняний потенціал на контролі був нижчим за оптимальний, а на дерново-підзолистому взагалі мав критичні рівні (< 3,3). За умов внесення меліорантів цей показник наближається до оптимальних значень.

Вивчення впливу вапняних меліорантів на масу проростків ячменю на ґрунтах з різною кислотно-основною рівновагою показало найвищу ефективність від вапнування на дерново-підзолистому ґрунті, адже цей ґрунт характеризується найвищою кислотністю та низькою буферністю. Тому внесення кальцієвмісних меліорантів на цьому ґрунті супроводжується поліпшенням його продуктивної функції.

Проведеними дослідженнями встановлено, що на продуктивну функцію дерново-підзолистого ґрунту найбільш позитивно вплинув доломіт, при цьому досліджувані меліоранти, у порядку послаблення ефективності, розташувалися таким чином: доломіт > цементний пил > червоний шлам > гашене вапно > вапняк флюсовий. Установлена ефективність цементного пилу пояснюється не тільки його високою нейтралізуючою здатністю, але й тим, що в його складі міститься до 4 % К₂О, 1 % MgO та до 4 % сірки. Тобто, у цьому випадку ефективність меліоранту обумовлена не тільки його суто нейтралізуючою кислотність дією, але й безпосередньо поліпшенням поживного режиму дерново-підзолистого ґрунту.

На ясно-сірому ґрунті ефективність дії меліорантів, у порядку послаблення, змінюється таким чином: цементний пил > вапняк флюсовий > доломіт > гашене вапно > червоний шлам.

У порядку зменшення ефективності на чорноземі опідзоленому досліджувані меліоранти розташовані так: цементний пил > доломіт > вапняк флюсовий > гашене вапно > червоний шлам. Як свідчать отримані нами результати досліджень, на чорноземі опідзоленому найбільш ефективно діє доломіт, вапняк флюсовий та цементний пил. Позитивний вплив доломіту, на наш погляд, зумовлений тим, що в ньому міститься до 35 % MgСОз, якому притаманна краща за СаСО₃ розчинність, тому він діє ефективніше за гашене вапно.

Пояснення такої високої ефективності ми бачимо в тому, що чорнозему опідзоленому притаманний високий рівень біологічної активності, що значно підсилює кінетику взаємодії між меліорантом та ґрунтом. Останнє сприяє переходу карбонату кальцію у гідрокарбонат, який діє у напрямку зрушення кислотно-основної рівноваги у бік нейтралізації кислотності. Крім цього, у чорноземі опідзоленому доволі високий уміст органічної речовини (уміст гумусу у шарі 0-20 см дорівнює 3,5-3,7 %), що також сприяє більш повній взаємодії доломіту з колоїдними частками ґрунту і, як наслідок, кращому забезпеченню ґрунту на кальцій.

Установлено, що на всіх варіантах досліду із застосуванням структурних меліорантів, порівняно з контрольним варіантом (рН 5,4) рівень кислотності знижується. Винятком були варіанти із внесенням торфу як у чистому вигляді, так і сумісно з глинами.

Найбільше зниження кислотності до рН 6,3-6,4, зафіксовано за внесення мергелю і лесу як у чистому вигляді, так і у комплексі. На нашу думку, це пов'язано із значним умістом кальцію у цих меліорантах (18-24 %), який є головним антагоністом іонів гідрогену у ґрунтовому розчині. Зазначимо, що за умов внесення даних меліорантів у чистому вигляді підвищення активності кальцію відбувається менш інтенсивно (з 5,4 ммоль/дм³ на контролі до 16,6 - лес, 28,9 - мергель), ніж за внесення їх сумісно з торфом (63,3 та 77,8 ммоль/дм³ відповідно). Наведене вище засвідчує, що для підвищення ефекту від застосування структурних меліорантів необхідним є поєднання їх з органічними добривам чи в органо-мінеральні комплекси.

На фоні кислотності й активності кальцію внесення структурних меліорантів веде до зміни й вапняного потенціалу. На варіантах досліду з внесенням глини і торфу як окремо, так і в поєднанні, вапняний потенціал набув оптимальних значень 4,3-4,6 одиниць (оптимум 4,2-4,7), а на інших варіантах він був дещо вищим за оптимальний, але при цьому досягає допустимих рівнів у лужному інтервалі.

Вивчення впливу структурних меліорантів на масу проростків ячменю на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті доводить високу ефективність від їх застосування. Проведеними дослідженнями встановлено, що на продуктивну функцію дерново-підзолистого ґрунту найбільш позитивно вплинуло сумісне внесення торфу з мергелем і торфу з лесом, де приріст маси проростків складав 70,7 % та відповідно 68,3 %. Найменша маса проростків ячменю зафіксована на варіантах з внесенням глин у чистому вигляді та глини-2 у поєднанні з торфом (28,1 %). Проте внесення глини-1 у комплексі з торфом сприяло підвищенню продуктивності маси проростків у два рази, що доводить різницю впливу цих глин у поєднанні з торфом на продуктивну здатність дерново-підзолистого ґрунту.

Висновки. Внесення вапняних меліорантів у дозах, визначених за графіками буферності, сприяє встановленню оптимальних показників рН для обраної сільськогосподарської культури та поліпшенню кальцієвого живлення на дерново-підзолистому, ясно-сірому ґрунтах та чорноземі опідзоленому. Найвищий приріст біомаси ячменю досягнуто за умов застосування доломіту, вапняку флюсового та цементного пилу.

Установлено позитивний вплив структурних меліорантів на фізико-хімічні показники та продуктивність дерново-підзолистого супіщаного ґрунту. Найвищий ефект досягається під час застосування мергелю та лесу сумісно з торфом.

Список літератури

ґрунт меліорант проросток

1. Авдонин Н.С. Известкование кислых почв / Н.С. Авдонин, А.В. Петербургский, С.Т. Шредеров. - М.: Колос, 1976. - 380 с.

2. Avdonin N.S., Peterburgskiy А.V., Shrederov S.Т., 1976, "Acid soil liming", Moscow, Kolos, 380 p.

3. Артюшин А.М. Известкование кислых почв и процессы его трансформации: монография / А.М. Артюшин, М.Е. Яковлева. - Л.: Наука. 1980. - 286 с.

4. Artyushin A.M., Yakovleva M.Ye., 1980, "Acid soil liming and the processes of lime transformation", monography, Leningrad, Nauka, 286 p.

5. Соколовський О.Н. Сільськогосподарське ґрунтознавство / О.Н. Соколовський. - М., 1956. - 329 с.

6. Sokolovskiy O.N., 1956, "Agricultural soil science", Moscow, 329 p.

7. Цапко Ю.Л. Ресурсозбережувальне окультурювання кислих ґрунтів як чинник їх ефективного функціонування: автореф. дис. на здобуття наук. ступ. докт. біол. наук: спец. 03.00.18 «Ґрунтознавство» / Ю.Л. Цапко. - Чернівці, 2011. - 37 с.

8. Tsapko Yu.L., 2011, "Resourse saving cultivation of acid soils as their effective functioning factor», abstrac of dissertation for the degree of doctor of the biologicak sciences, speciality 03.00.18 "SoilScience", Chernivzi, 37p.

9. Трускавецький Р.С. Буферна здатність ґрунтів та їх основні функції. - Харків: Нове слово, 2003. - 228 с.

10. Truskavetskiy R.S., 2003, "Buffer ability of soils and their main functions", Kharkiv, Nove slovo, 228 p.

Размещено на Allbest.ru