Глава III

ХІМІЧНІ МЕЛІОРАЦІЇ

Статус хімічних меліорацій неоднозначний. З одного боку, вони є складовою частиною культуртехнических робіт, рекультивації і водних меліорацій, з іншої - багато провідних меліораторів і географів (б. С. Маслов, А. М. Шульгин та ін.) виділяють їх у відносно самостійний тип. У цій главі розглянуто необхідність проведення хімічних меліорацій, її основні види і способи.

Ш. 1. ОБГРУНТУВАННЯ НЕОБХІДНОСТІ ХІМІЧНИХ МЕЛІОРАЦІЙ

Природна родючість грунтів в більшості випадків не може забезпечити отримання високих стійких урожаїв. Тому потрібне створення відповідного агрохімічного фону, що включає забезпеченість грунтів органікою і елементами мінерального живлення.

Потреба в проведенні хімічних меліорацій виникає при порушенні балансу поживних речовин в системі грунт-рослина у вигляді відхилення від оптимальних параметрів.

Під балансом поживних речовин розуміється кількісне вираження зміни їх запасу в грунті за певний час в результаті надходження добрив, рослинних залишків і т.п. і витрат шляхом винесення рослинами, вимивання і інших втрат. Порушення балансу поживних речовин може відбуватися в результаті збіднення грунту, коли винесення продуктів живлення перевищує їхпоступання ззовні, а також накопичення окремих речовин в кількостях, що перевищують їх зміст, необхідний для повного зростання, розвитку рослин і підтримки нормального функціонування усього природного комплексу.

Агрохімічна розбалансованість виражається показниками їх агрохімічної характеристики і агрохімічних властивостей.

Агрохімічна характеристика - це частина агрономічної характеристики грунтів, що включає зміст поживних речовин (азоту, фосфору, калію і мікроелементів), гумусу: і кислотність. Дані агрохімічної характеристики служать основою для складання агрохімічних картограм : забезпеченості грунтів азотом, фосфором, калієм, мікроелементами; потреби грунтів у вапнуванні; зміст в грунті гумусу. Агрохімічні властивості грунтів - це місткість поглинання, міра насиченості основами, буфферность, окислювально- відновний потенціал, кислотність та ін. Вони включають сукупність показників, що визначають режим поживних речовин, умови живлення рослин і перетворення внесених добрив.

Методика розрахунку балансу поживних речовин в грунті висвітлена в роботах Д. Н. Прянишникова, А. В. Петербурзького, Н. А. Сапожникова, Т. Н. Кулаковской та ін. Вона грунтується на строгому обліку статей поступання в грунт і витрати поживних речовин з грунту. Методику можна продемонструвати наступною схемою розрахунку балансу азоту: поступання азоту в грунт з мінеральними і органічними добривами; фіксація атмосферного азоту клубневими бактеріями; фіксація атмосферного азоту свободиоживущими азотфіксаторами; поступання з осіданнями.; поступання з насінням. Вітчуження азоту - це винесення з урожаєм; газоподібні втрати і вимивання з кореневого шару азоту мінеральних добрив, необмінне поглинання амонію; перехід азоту органічних добрив до складу гумусу, втрати при мінералізації азоту органічних добрив; втрати в результаті ерозії грунтів.

Принципово близькими до розглянутої є схеми, використовувані при розрахунках балансу інших поживних речовин, у тому числі макро- і мікроелементів.

Розрахунок балансу поживних речовин є складною операцією, що вимагає проведення багаторічних стаціонарних польових досліджень. По-перше, хімічні елементи як продукти живлення рослин знаходяться в грунті в різних формах (рухливих, обмінних, поглинених, водно-, кислотно- і лужно-розчинних, легко- і трудногидролизуемых та ін.). Різні форми поживних речовин мають неоднакову міру доступності рослинам, а за окремих умов вони можуть переходжувати з однієї форми стани в іншу, чим утруднюється можливість оцінки долі їх засвоюваності, а також найближчого і віддаленішого резерву. По-друге, умови, що створюються в грунтовому середовищі і визначають міру, доступності елементів живлення рослин, характеризуються великою різноманітністю не лише в межах типів, але і окремих різновидів грунтів, оскільки залежать від безлічі природних і господарсько-економічних чинників. По-третє,, індивідуальні параметричні характеристики елементів живлення знаходяться в динамічному стані і багато в чому визначаються не стільки фізико-хімічними особливостями самого елементу, скільки співвідношенням інших елементів, що містяться в грунті, і агрохімічними властивостями останніх. По-четверте, поступання елементів в грунт і їх спад пов'язані з рядом процесів дуже динамічних і таких, що важко піддаються контролю і обліку.

Балансовий метод дослідження змісту хімічних речовин в грунтах має велике не лише економічне, але і екологічне значення, оскільки дозволяє бачити і контролювати частину речовини, випадну з біологічного кругообігу і мігруючу з грунтовими, поверхневими або дренажними водами у водоймища і потоки.

Розглянемо особливості формування балансів основних елементів живлення рослин (азоту, фосфору, калію і деяких мікроелементів).

Азот має велике значення в житті рослин. Він входить до складу білків, хлорофілу, багатьох вітамінів і ферментів. Загальний запас азоту в земній корі складає близько 1>4Х Ю16 т, у тому числі в осадовій оболонці літосфери - 4Х Ю15, в атмосфері - 3,8Х Ю15 т. На суші елемент знаходиться в основному у фітомасі (1,7х Ю10 т) і в грунтах (8,4Х Ю10 т). Запас його в океані рівний приблизно 0,9х Ю12 т.

Джерелом утворення газоподібного азоту на поверхні землі служить ЫН3, дегазований з мантії Землі і згодом окислений киснем атмосфери до N або оксидів N0, Ы02, N03, N205 та ін. Згідно з розрахунками А. М. Алпатьева, маса азоту річної продукції біомаси дорівнює 5,4X X Ю9 т, у тому числі в річній продукції суші - 3,6Х 109 і океану - 1,8Х109 т.

Біологічна фіксація азоту в природі здійснюється, бактеріями, синьо-зеленими водоростями і іншими азотфіксаторами. Загальна маса азоту, що фіксується цим шляхом, дорівнює 110 млн т/рік. Техногенна фіксація, що щорічно збільшується, викликана в основному виробництвом азотних добрив, нині значно перевищує 30 млн т/рік. Загальна маса річною біологічною, техногенною і атмосферною фіксацій складає 150 млн т. Щорічний поступання в біосферу фіксованого азоту перевищує повернення його в атмосферу в основному із-за консервації в торфах, грунті, підстилці і гумусі. Сказане є головною причиною утворення органічної речовини на Землі - процесу що нині посилюється антропогенною діяльністю, що виразно проявляється в евтрофікації водоймищ із-за попадання в них азоту мінеральних добрив.

Баланс азоту як в окремих компонентах природи, так і в конкретних природних комплексах, і особливо природи в цілому, відрізняється великою складністю розрахунку. Показовим в цьому відношенні являється вивід, зроблений Д. Делвичем. За його словами, з безлічі отриманих результатів тільки два виявилися точними: запас азоту в атмосфері і кількість азоту, що щорічно фіксується хімічною промисловістю..

У поступанняі азоту найбільшу долю участі мають мінеральні добрива, оскільки, згідно А. В. Петербурзькому, до 40% внесеного з мінеральними добривами азоту бере участь в активному балансі. За рахунок фіксації клубеневими бактеріями поступає до 4 кг азоту на 1 га ріллі і до 10 кг на 1 т сіна. В результаті ерозії з грунту втрачається близько 10 кг азоту на 1 га. З атмосферними осіданнями поступає приблизно 5 кг/га, з висіваним насінням - близько 3 кг/га. На меліорованих територіях винесення азоту з дренажними водами складає 10-15 кг/га. За рахунок вимивання атмосферними осіданнями на легких грунтах може втрачатися від 25 до 60, на важких - від 5 до 10 кг/га.

Непродуктивні втрати азоту, як і інших елементів, живлення, необхідно розглядати в екологічному аспекті, оскільки винесення невживаного рослинами азоту з грунтовими і дренажними водами викликає збільшення концентрації нітратів і веде до забруднення вод озер, річок, водосховищ і ставків.

Фосфор відіграє важливу роль в життєдіяльності рослин як регулювальник енергетичного балансу, здатний утворювати сполуки з великим запасом енергії, яка звільняється в результаті гідролізу цих з'єднань. Він входить до складу нуклеїнових кислот і тим самим чинить вплив на синтез білку. Особливо велике його значення в початкових фазах зростання рослин. Забезпечення їх фосфором прискорює утворення органів плодоносіння і скорочує період дозрівання.

Нині встановлено близько 200 різних мінеральних з'єднань фосфору в грунтах. Вони мають різну розчинність, рухливість і доступність рослинам. Слаборозчинним є фосфор, що входить до складу мінералів, рухливіші і растворимы сполуки фосфору з алюмінієм, залізом, кальцієм та ін. В різних по механічному складу грунтах від 10 до 40% фосфору міститься в органічних фосфатах, у міру того, що обважнює грунту кількість послед-них зростає. Окрім механічного складу на співвідношення форм фосфатів чинять вплив добрива, що вносяться ., характер рослинності і агрохімічні властивості грунтів.

Оптимальний рівень кислотності грунтів для доступності фосфору грунту рослинам дорівнює рН 6-6,5. В більшості випадків причиною слабкої доступності фосфору рослинам являється підвищена кислотність грунтів.

Фосфор має можливість накопичуватися в грунті в засвоюваній формі, т. е. має ефект тривалої дії, що дозволяє вирішувати проблему підвищення його вмісту шляхом створення позитивного балансу. Дослідження балансу фосфору в сівозмінах на дерново-підзолистому грунті, проведені Т. Н. Кудаковской, показують, що у варіантах без внесення фосфорсодержащих мінеральних добрив баланс був негативним, а з внесенням фосфору - позитивним з підвищенням вмісту Р20з в орному горизонті на 3- 5 міліграм/100 р. Наприклад, в умовах Білорусії поступання фосфору в грунт перевищує його винесення з урожаєм на 17 кг/га.

Оптимальний рівень забезпеченості грунтів фосфором на дерново-підзолистих грунтах Білорусії - 25-30 міліграм Р205 на 100 г грунту, на торф'яно-болотяних - 70-90 міліграм. Цей рівень може бути узятий за мінімальну міру агрохімічною раз- балансированности таких грунтів по фосфору.

Калій міститься в рослинах в мінеральній формі, не входивши до складу органічних сполук. Він грає велику роль, особливо для розвитку протоплазми, сприяє синтезу простих вуглеводів і пересуванню їх з листя в корені, стимулює підвищення змісту в рослинах крохмалю, бере участь в енергетичному обміні як переносник електронів. Близько 4/5 загального змісту калію доводиться на клітинний сік, інша частина адсорбована колоїдами. Калій в основному концентрується в молодих пагонах рослин.

Під його впливом збільшується стійкість рослин проти грибкових захворювань, посухи, заморозків і інших несприятливих явищ. Недолік калію - призводить до утруднення синтезу крохмалю, глікогену, білків і зрештою - до зниження якості продукції.

Вміст калію в мінеральних грунтах пов'язаний з материнськими породами і мірою їх вивітрювання і зазвичай перевищує наявність інших мікроелементів. У орному горизонті дерново-підзолистих суглинних грунтів міститься до 50- 60 т/га К2О. Забезпеченість грунтів необхідною для рослин кількістю калію є актуальною проблемою.

Калій, що міститься в грунті, можна розділити иа три категорії: обмінний, необмінний і водорозчинний. Основна маса калію знаходиться в необмінній формі.

Серед калійвмісних мінералів виділяються дві головні групи: польові шпати і слюда. Рівень засвоюваності калію збільшується із збільшенням міри дисперсності мінералів.

Калій, як і фосфор, має здатність не лише переходити з однієї форми в іншу, але і закріплюватися в грунті в міцних сполуких і служити надалі резервом доступного рослинам калію. Проте збільшення забезпеченості грунтів калієм понад оптимальну міру веде до зниження біологічної цінності зерна.

Основними витратними статтями в балансі калію є: винесення з урожаєм, вимивання водами і винесення в результаті ерозійних процесів.

Дослідження, проведені в БелНИИПА, показали, що зміст обмінного калію в межах 18-20 міліграма на 100 г грунту легкого механічного складу і 23-25 міліграм на 100 г грунту важкого складу є оптимальною величиною.

Таким чином, аналіз результатів досліджень балансу азоту, фосфору і калію свідчить, що є оптимальні величини їх вмісту в грунтах. Всяке відхилення вмісту у бік зменшення або збільшення по відношенню до оптимальної величини буде показником міри агрохімічної розбалансованості.

Великий інтерес і значення мають баланси мікроелементів, використовуваних рослинами для свого зростання і розвитку.

Добре вивчені мікроелементи: титан, нікель, ванадій, хром, стронцій, барій, марганець, мідь, цинк, кобальт, йод, бор і деякі інші.

Наявність мікроелементів в грунті в основному визначається їх кількістю в грунтотвірних породах, а варіювання - головним чином різноманітністю грунтоутворюючих порід. Отже, грунтоутворюючі породи є головною прибутковою статтею мікроелементів в природних умовах. Далі йде поступання елементів з грунтовими водами, рослинним опадом і атмосферними осіданнями. Останнім часом все ширше застосовуються мікродобрива. Частково мікроелементи потрапляють в грунт при внесенні органічних і мінеральних мікродобрив, а також з насінням рослин.

Основними витратними статтями мікроелементів є: винесення з урожаєм сільськогосподарських культур, вимивання водами атмосферних опадів, перенесення з твердими частками та ін.

Інтенсивність поглинання і винесення мікроелементів рослинами як основна витратна стаття балансу не має прямої залежності від змісту їх рухливих форм і валової кількості в грунтах. Тісніший зв'язок виявлений між поступанняом мікроелементів (Мп, Сі, 2п, З, Мо) в рослини і механічним складом грунтів. Із збільшенням дисперсності середовища поступання цих елементів в рослини знижується. Важчі грунти багатше поживними речовинами, у тому числі і мікроелементами, проте рослини витягають їх в менших кількостях. Це пояснюється зростаючою адсорбцією елементів при збільшенні кількості глинистих часток, присутністю в поживному середовищі заліза, кальцію. Одні і ті ж рослини виносять мікроелементи з різних грунтів в різних кількостях. Так, ячмінь, вирощений на дерново- підзолистим грунтам, містить цинку на 15-20% більше, ніж на торф'яно-болотяній. Проте загальне винесення елементу ячменем на торф'яно-болотяному грунті набагато вище завдяки вищому урожаю.

Не усі рослини однаково чутливі до кислотності грунтів. По відношенню до кислотності грунтів, а відповідно і чуйності на вапнування, культурні рослини можна розділити на наступні групи: 1) пшениця озима, буряк цукровий, буряк їдальня, капуста, лук, часник, конюшина, люцерна, буркун, райграс, їжака збірна, вогнище і смородина - найбільш чутливі до реакції середовища орного горизонту, оптимальне зростання і розвиток при рН 5,8-6,5; 2) пшениця ярова, ячмінь, горох, кукурудза, бруква, турнепс, огірки, салат, вівсяниця лугова, мятлик, яблуня, слива, вишня і суниця - чутливі до підвищеної кислотності, такі, що добре відгукуються на вапнування, оптимальне зростання і розвиток при рН 5,3-6; 3) овес, жито, гречка, тимофіївка і груша - менш чутливі до підвищеної кислотності, положитель але відгукуються на вапнування, оптимальне зростання і розвиток при рН 4,5-6; 4) льон, картопля, люпин, морква, помідори і соняшник - що легко переносять помірну кислотність" але погано - порушення співвідношення між кальцієм, калієм, магнієм і бором, оптимальне зростання і розвиток при рН 4,8- 5,7; 5) щавель, серадела і агрус - що переносять повы-шенную кислотність і що слабо потребують вапнування, оптимальне зростання і розвиток при рН 4,5-5.

Негативна дія кислого середовища на культурні рослини посилюється надмірною вологістю грунтів. Тому осушувальні меліорації перезволожених земель зменшують негативні дії підвищеної кислотності.

Динаміку кислотності можна простежити через баланс кальцію і магнію. Основними прибутковими статтями цих елементів є внесення вапняних матеріалів, фосфоритного борошна і органічних добрив, витратними - винесення з урожаєм сільськогосподарських культур, вимивання йодами атмосферних опадів, витрата елементів, на нейтралізацію фи-зиологически кислих мінеральних добрив.

Мікроелементи мають дуже складну територіальну закономерность поширення. Це викликано передусім великою різноманітністю чинників, що визначають як їх загальний зміст, так і форми знаходження в грунті.

Оцінка агрохімічної розбалансованості грунтів показала, що в різних ПТК залежно від міри агрохімічної невлаштованості втрати урожаю досягають 30% і більше .

Порівняння оцінки рівня продуктивності грунтів, отриманої шляхом обліку коефіцієнта окультуренности і агрохімічній розбалансованості, вказує на порівнянність результатів і можливості їх використання для визначення сучасного стану грунтів окремих господарств районів.

Таким чином, узагальнивши усі підвиди агрохімічною раз-балансированности грунтів, можна скласти комплексну карту агрохімічної невлаштованості грунтів досліджуваної території, відбиваючу міру необхідності проведення хімічної меліорації.