Вапнування в Україні

Кислі ґрунти України, особливості їх поширення
та заходи хімічної меліорації

Коваленко Є.С., директор ТОВ «СЛАВУТА-КАЛЬЦІЙ»

Ткаченко М.А., доктор с.-г. наук, завідувач відділу агроґрунтознавства і ґрунтової мікробіології ННЦ «Інститут землеробства НААН»

Борис Н.Є., кандидат с.-г. наук, старший науковий співробітник відділу агроґрунтознавства і ґрунтової мікробіології ННЦ «Інститут землеробства НААН»

Однією із основних проблем орних земель України і не тільки (більшість країн Європи – Білорусія, Польща, Данія, Англія, Великобританія, Німеччина) є зниження родючості, викликане внаслідок кислотної деградації, або декальцинації ґрунтів, в результаті чого відбувається істотне погіршення фізико-хімічних властивостей ґрунту, зниження доступних форм біогенних та лужноземельних елементів для рослин. За даними державної служби статистики України (http://www.ukrstat.gov.ua/) площі кислих ґрунтів складають більше 10 млн га, із них близько половини (4,7 млн га) це слабокислі ґрунти (рН 5,1–5,5), дещо меншу площу займають ґрунти з близькою до нейтральної (рН 5,6–6,0) та середньокислої (рН 4,6–5,0) реакції ґрунтового розчину, що складають відповідно 21 та 18 % від загальної площі. Особливо небезпечними та низькопродуктивними є сильнокислі (рН 4,1–4,5) та дуже сильнокислі (рН ≤4,0) ґрунти, площа яких складає разом 15 %. За вирощування на кислих малобуферних ґрунтах втрати продуктивності сільськогосподарських культур можуть складати від 20 до 45 %, а для сильно чутливих культур до реакції ґрунтового середовища і відповідно дефіциту кальцію в ґрунті (капуста білокачанна та цвітна, конюшина, люцерна, картопля, люпин) та надмірної кількості Н+, Al3+ та Мn2+ (жито озиме, пшениця озима, горох, вика), дефіциту Мо6+ (горох, вика) втрати можуть сягати й більше 50 %.

Кислотність – властивість ґрунтів, зумовлена наявністю в ґрунтовому розчині іонів водню Н+ та обмінних іонів Fe2+, Al3+ і Мn2+ у ґрунтовому вбирному комплексі (ГВК). Ґрунти, які з обмінним кальцієм і магнієм у ГВК мають водень та алюміній, називають ненасиченими основами, або кислими. Кислотність та особливості її утворення в ґрунті:

Площі сильнокислих та середньокислих ґрунтів в основному поширені у Лісостеповій та Поліській зонах – зокрема це дерново-підзолисті оглеєні, торф’янисто- і торфовоглейові, дерново-буроземні кислі, підзолисто-дернові, ясно-сірі та сірі лісові, темно-сірі лісові оглеєні, дерново-борові, чорноземи опідзолені, вилужені та реградовані, дернові, чорноземи типові та звичайні, лучно-чорноземні, коричневі та ін (http://wdc.org.ua/atlas/4100100.html). Домінуючими чинниками, що викликають порушення рівноваги реакції ґрунтового середовища в сторону зростання кислотності є:

гідротермічні умови – промивний (річна сума опадів перевищує випаровування – ґрунти поліської зони) та періодично промивний (річна кількість опадів і випарування близькі між собою – опідзолені та вилуговані чорноземи лісостепу) тип водного режиму з річною кількістю опадів відповідно до ≤ 600 і ≥ 650 мм;
властивості материнської ґрунтотворної породи які безпосередньо формують потенціальні властивості та впливають на склад і фізико-хімічні характеристики ґрунту, а також на тривалість та інтенсивність ґрунтових процесів. Зокрема на карбонатних породах утворились нейтральні, або карбонатні ґрунти, а на водно-льодовикових (флювіогляціальні відклади), моренових та алювіальних відкладах в складі яких більше оксиду кремнію (SiO2) кислі ненасичені основами ґрунти. У таких породах низька забезпеченість або взагалі немає основ, які могли б нейтралізувати кислоти, що утворюються в процесі ґрунтоутворення. Колоїдна фракція ґрунтів, зокрема частинки які утворились в процесі подрібнення мінералів та гірських порід під впливом вивітрювання і ґрунтоутворення, розкладанні органічних речовин на таких породах, диспергується, набуває рухомості та вимивається в середню частину ґрунтового профілю. Верхні горизонти ґрунтів збіднюються на колоїди та стають кислими. На таких ґрунтових породах та бідних кислих ґрунтах потрібно, щоб переважали гідрофільні колоїди, що здатні утримувати велику кількість води, насичені Na+, К+, Са2+, Mg2+;
антропогенні чинники впливу на сьогодні є ключовими, зокрема це порушення рекомендацій щодо застосування органічних добрив які сьогодні є в дефіциті, норма яких за останні 5-ть років складає лише 500–700 кг/га, часткова взаємозаміна органічних на мінеральними добрива, із застосування необґрунтованих доз фізіологічно- і хімічно кислих мінеральних добрив. Переважна більшість яких застосовується не в оптимальному співвідношенні (найпоширенішою схемою є таке співвідношення N:P:K – 65–70:15–18:12–15), що порушує частку участі кожного із елементів. В той же час істотне домінування азотних добрив призводить до посилення процесів підкислення ґрунтів, зниження їх потенційної та ефективної родючості.

Для розкислення та розширеного відтворення родючості кислих ґрунтів необхідно проводити хімічну меліорацію застосовуючи вапно та вапнякові матеріали, дозу внесення яких необхідно розраховувати на основі показника гідролітичної кислотності(Нг) 0–20, а окремих випадках і 20–40 см шару ґрунту. Під дією хімічних меліорантів в ґрунтовому вбирному комплексі (ГВК) відбувається заміщення іонів водню (Н+) і рухомого алюмінію (Al3+) іонами кальцію (Са2+) та магнію (Мg2+) в результаті чого знижується кислотність (актуальна, обмінна і гідролітична) та збільшується насиченість основами. Внесення повної дози СаСО3 за Нг забезпечує, стабільну і пролонговану меліоративну дію, оптимізуючи фізико-хімічні властивості ґрунту. Після внесення меліорантів залежно від реакції ґрунтового середовища та ґрунтових властивостей стійкість та реакція культур є досить різною, адже більшість сільськогосподарських культур має низьку, або взагалі відсутня стійкість до рухомих іонів алюмінію.

Статистичні дані щодо проведення меліоративних заходів на кислих ґрунтах свідчать про різну їх інтенсивність та масштабність як по роках так і по регіонах. Зокрема у 1985–1990 рр. провапновано 1,49 млн га та внесено близько 7,37 млн т меліорантів. Вже у наступні п’ять років (1991–1995 рр.) провапнована площа сільськогосподарських угідь знизилась практично в 6 разів, а в наступні 15-ть років (з 2000 по 2015 рр.) площа, де проводили хімічну меліорацію кислих ґрунтів не перевищувала 100 тис. га. з внесенням вапнякових меліорантів в середньому 338 тис. т. Істотне зростання площ кислих ґрунтів в останні роки, що перевищує 10 млн га, викликано передусім відсутністю хімічної меліорації на фоні порушення системи удобрення сільськогосподарських культур, що проявляється в наслідок дефіциту органічних добрив та істотного навантаження фізіологічно кислих мінеральних добрив із домінуванням частки азотних – аміачна вода (NH4OH – 20,5 %), аміачна селітра (NH4NO3 – 34,4 %), та досить низьким застосуванням кальцієвої селітри, де вміст Са 16–19 %). Ефективність цього добрива проявляється в поглинанні іонів кальцію, магнію, калію та інших катіонів завдяки нітратному азоту, який входить до складу добрива, та досить високому вмісту водорозчинного кальцію який є легкодоступний для живлення рослин. Слід відмітити, що площі де було проведено меліорацію з 2016 по 2018 рр. зросли до 350 тис. га, однак загальна кількість внесення вапнякових меліорантів залишається досить низькою і не перевищує 500 тис. т. В 2017 р. на території України було проведено щорічну планову хімічну меліорацію кислих ґрунтів, яку здійснювали шляхом внесення вапняного борошна та інших вапнякових матеріалів. В результаті було провапновано всього 119,8 тис. га та внесено 450,8 тис. т вапнякових матеріалів. Особливості застосування меліорантів виражено у фізичній вазі по областях представлено графічно на рис. 1.

Рис. 1 Особливості застосованого вапняного борошна та інших вапнякових матеріалів, тис. т

Провівши розрахунки (табл. 1) на основі матеріалів Державної служби статистики України (http://www.ukrstat.gov.ua/) та наукових рекомендацій (http://ep3.nuwm.edu.ua/6703/1/05-01-51.pdf) вважаємо, що для оптимізації фізико-хімічних показників кислих ґрунтів в якості хімічних меліорантів необхідно застосовувати висококонцентровані кальцієво-магнієві мінеральні добрива природного походження. Першочергово інтенсивну меліорацію необхідно здійснювати на дуже сильнокислих (рН ≤ 4,0) та сильнокислих
(рН 4,1–4,5) ґрунтах, що складатиме 15–20% від загальної площі, де потрібно провести вапнування. Це дозволить за найближчі 5–7 років знизити рівень ґрунтової деградації до мінімуму та запобігти зниженню втрат продуктивності сільськогосподарських культур, отримуючи при цьому екологічно безпечну та конкурентоздатну продукцію.

Таблиця 1. Площі кислих ґрунтів та орієнтовні норми застосування меліоранта на прикладі крейди гранульованої «СЛАВУТА–КАЛЬЦІЙ»

В основному насичення кислих ґрунтів основами кальцію та магнію відбувається під час внесення органічних і мінеральних добрив (з азотними – кальцієва селітра, фосфорними – суперфосфат простий і подвійний, фосфоритне борошно та ін.), мікродобривами (боратовий, молібденовий та марганізований суперфосфати) а також з рослинною продукцією (коренями і побічною продукцію), однак їх кількість, що надходить в ґрунт зазвичай є не достатньою і необхідно додатково вносити кальцієві і магнієві мінеральні добрива. Поширені та застосовуються в більшій мірі сьогодні такі добрива – доломітове, або вапнякове борошно, крейда мелена, або гранульована, вапно. Слід також пам’ятати та враховувати при застосування меліорантів, що ефективність їх дії буде залежати від вмісту та принципу дії діючої речовини, адже в кожного із мінеральних добрив буде різний період та принцип дії на кислотність ґрунту, як в перші так і в останні роки.

Вплив вапнування на доступність та засвоєння азотних, фосфорних та калійних добрив буде досить різним. Зокрема дія азотних добрив на ґрунт є досить специфічною, адже аміачні добрива не лише підкислюють ґрунт але і беруть активну участь у відновлені малорозчинних з’єднань заліза і марганцю в рухомі двовалентні, в той же час збільшення вмісту останніх призводить до зниження нітрифікаційної здатності ґрунту, а відповідно чисельності та активності ґрунтових мікроорганізмів. Щодо впливу вапнування на вміст рухомих форм фосфору, необхідно зазначити, якщо в ґрунті домінують фосфати алюмінію та заліза то відбуватиметься перетворення цих важкорозчинних форм у фосфати кальцію, які в слабокислому середовищі (рН 5,1–5,5) в більшій мірі доступними для рослин. Калій є антагоністом кальцію тому після проведення меліорації однозначно відбудеться зменшення його доступної форми для рослин. Також відбувається перерозподіл, між формами калію, частка обмінного збільшується порівняно із водорозчинним. Однак такі зміни будуть не тривалими (орієнтовно 4–5 рр.), що є наслідком антагонізму.

Відомо, що фізико-хімічні показники і реакція ґрунтового розчину зокрема істотно впливають на ріст та розвиток культур, активність ґрунтових мікроорганізмів, проходження хімічних і біохімічних процесів, розкладання ґрунтових мінералів і розчинення різноманітних важкорозчинних сполук, доступність для рослин та ефективність засвоєння ними елементів живлення, мінералізацію органічної речовини, коагуляцію і пептизацію колоїдів та інше. Оптимальні інтервали для продуктивного росту і розвитку культур є досить різними і базуються на фізіологічних особливостях кожної рослини. Так переважна їх більшість потребує близької до нейтральної (рН 5,6–6,0 ), або нейтральної (рН 6,1–7,0) реакції ґрунтового розчину, однак це не дії однаково для усіх культур, тому слід враховувати індивідуально для кожного біологічного виду та сорту оптимальні умови, які забезпечують найвищий рівень реалізації генетичної продуктивності (рис. 2).

Рис. 2 Оптимальні інтервали реакції ґрунтового середовища для росту та реалізації генетичного потенціалу с.-г. культур

За сучасного інтенсивного землеробства, відбувається досить значний винос Ca2+ і Mg2+ з ґрунту, в наслідок чого змінюється іонна рівновага в ґрунтовому розчині. При цьому зростають актуальна і потенціальна кислотність, що призводить до зниження вмісту кальцію та магнію, особливо на ґрунтах легкого гранулометричного складу, зменшення ступеня насичення основами, активізації рухомого Al3+, що в комплексі призводить до зниження продуктивності та втрати урожайності. Повноцінну реалізацію генетичного потенціалу сільськогосподарських культур можливо отримати за сприятливих ґрунтово-кліматичних умов. Так, гідротермічні умови є неконтрольованим чинником, в той же час регулювання певних ґрунтових процесів та управління ними можливе завдяки різним агротехнічним заходам. Коли ж завдання передбачає оптимізацію фізико-хімічних властивостей кислих ґрунтів основним заходом є хімічна меліорація на основі вапнякових матеріалів. Ефективність цього заходу підтверджена рядом наукових досліджень та проявляється не лише в оптимізації фізико-хімічних властивостей ґрунту, а й підвищує ефективність використання рослинами, як мінеральних так і органічних добрив.

Сьогодні асортимент кальцієво-магнієвих мінеральних добрив досить великий, однак їх вартість та якість не завжди є відповідними. Переважно застосовують такі форми меліорантів: простий однокомпонентний з домінуванням Са у вигляді борошна чи гранул. Сьогодні поширення набули комплексні меліоранти у гранульованій та рідкій формах на основі Са, Mg та S, в той же час при домінуванні сірки можливо застосовувати в якості фунгіцидного препарату. Для рідкої форми характерним є насичення не лише основними макроелементами а й оптимальне поєднання мікроелементів –
Zn, Мо, Mn, Si, В, Сu та ін.

ТД «УКРАЛЬЯНС» сьогодні представляє сучасні комплексні висококонцентровані гранульовані мінеральні добрива характерною особливістю яких є оптимальне співвідношення діючої речовини природного походження. Основним завданням яких є:

• оптимізація фізико-хімічних, агрофізичних та біологічних властивостей кислих ґрунтів, нейтралізація потенційної кислотності фізіологічно кислих мінеральних добрив перешкоджаючи подальшому підкисленню ґрунту;
• зниження напруженості мікробіологічних процесів, підвищення ефективності мінеральних добрив збільшуючи вміст доступних форм N та P, і поліпшенню магнієвого живлення рослин;
• підвищення стресостійкості рослин до несприятливих гідротермічних умов викликаних дефіцитом вологи чи зростанням температури повітря;
• нормалізація процесів, які відбуваються у клітинах рослин, синтез вуглеводів, біосинтез хлорофілу, підвищення вмісту білка на 1–2 % та якості клейковини в зернових колосових, жиру в насінні олійних культур, та цукру і крохмалю у коренеплодах і бульбах картоплі;

В цілому відбувається відтворення та регулювання родючості кислих ґрунтів, зростає рівень продуктивності зернових колосових культур на
0,15–0,40, соняшнику 0,3–0,4, бульб картоплі на 2,5–3,0 т/га.

Рис. 3. Зовнішній вигляд вихідного матеріалу та гранульованої форми мінеральних добрив від ТД «УКРАЛЬЯНС»

Враховуючи площу кислих ґрунтів в Україні та інтенсивність застосування фізіологічно кислих азотних добрив (частка яких може складати й 70 %) обов’язковим елементом інтенсивної технології вирощування сільськогосподарських культур слід вважати вапнування, яке проводити на основі показників Нг ґрунту, або щорічно вносити Са та Мg, дозу яких розраховувати виходячи із норми для нейтралізації фізіологічно кислих азотних добрив, зміщення показника рН до оптимального значення для культури та річної кількості Са, що вимивається ґрунтовими водами.