3.2.3 Оцінка кислотної деградації (декальцинації) ґрунтів

Зростаюча кислотність ґрунтового покриву - одна з найгостріших проблем сучасності та найближчого майбутнього. Процес підкислення ґрунтів набуває глобальних масштабів, спричинюю­чи негативні агрогеохімічні наслідки.

Особливу тривогу викликає те, що явище підкислення ґрунтів має прихований і в багатьох випадках вторинний характер. Спо­чатку відбувається процес декальцинації, а потім, значно пізніше, спостерігається підкислення ґрунту. Нерідко вже провапновані ґрунти знов стають кислими. З'являються кислі ґрунти і в райо­нах, де їх раніше не було.

Причин, що обумовлюють підкислення, багато. Найістотні­шими з них є кислотні дощі, низький рівень удобрювання ґрунтів органікою, необґрунтовано інтенсивне застосування засобів хімізації в землеробстві. Отже, вторинне підкислення ґрунтів має переважно антропогенне походження.

За даними ЮНЕСКО, в атмосферу надходить 10⁹ т/рік кис­лотних агентів газового та аерозольного характеру. Це насамперед сполуки сірки, азоту, вуглецю і хлору. При їх окисленні та кон­денсації утворюються сірчана, соляна, вугільна й азотна кислоти, які випадають на ґрунти з дощовою водою.

Найбільше кислотних дощів випадає у країнах Скандинав­ського п-ова. Нині добре відомо, що підкислення ґрунтів - це проблема східних районів США, Канади, Німеччини, Великої Британії, Бельгії, Польщі, України, Молдови, країн Прибалтики, низки областей Росії.

За останні 50 - 60 років спостерігається загальнопланетарне підвищення кислотності дощових опадів. Кислі талі та дощові води, потрапляючи у ґрунт, спричинюють підкислення всього профілю ґрунту, а нерідко підкислюють і підґрунтові води. Кислоти, потрапляючи в грунт, взаємодіють з його органічною та мінеральною частинами. При цьому відбуваються такі реакції:

[ГВК^-]Са²⁺ + Н₂SО₄ = [ГВК^-]2H²⁺ + СаSO₄;

[ГВК^- ]Mg²⁺ + HNO₃ = [ГВК^- ]Н²⁺ + Mg(NO₃ )₂

СаСО₃ + Н₂SО₄ = СаSО₄ + CO₂ + H₂O

СаСО₃ + Н₂ CО₃ = Са(НСО₃)₂.

Встановлено, що гідроліз і нітрифікація однієї грам-молекули NH₄NO₃ дає в результаті дві грам-молекули НNО₃. Тому темпи вапнування ґрунтів повинні перевищувати вне­сення мінеральних добрив. Невиконання цього правила призведе до вторинного підкислення ґрунтів.

В Україні є понад 11 млн. га дерново-підзолистих, бурозем­них, сірих опідзолених ґрунтів і чорноземів опідзолених з підви­щеною кислотністю, з яких 7,8 млн. га припадає на ріллю, по­над 3 млн. га - на природні кормові угіддя.

На основі дослідів НАУ встановлено, що внесення мінераль­них добрив без вапнякових матеріалів спричинює підкислення чорноземів типових (табл. 3.10), початкова реакція яких була близь­кою до нейтральної. При тривалому внесенні підвищених доз міне­ральних добрив спостерігається зростання активної кислотності. Внесення азотних добрив ще більш підвищує активну кислотність ґрунту порівняно з внесенням фосфорно-калійних добрив. Най­більша активна кислотність відмічається при внесенні 157 кг/га азоту. Аналогічні зміни при внесенні мінеральних добрив відбу­ваються і з обмінною кислотністю, але найбільш істотно збіль­шується обмінна титрована та гідролітична кислотність. Перша зростає у 2 - 2,3 рази, друга - у 2,5 - 3,8 рази.

Таблиця 3.10 - Зміна реакції ґрунтового розчину, обмінної та гідролітичної кислотності у чорноземі типовому під впливом тривалого застосування мінеральних добрив, 1980 - 1987 рр.

Добрива на 1 га	Глибина, см	рНводний	pHKCl	Кислотність, мг-екв на 100 г ґрунту
				обмінна	гідролітична
Без добрив	0 - 20 20 - 40	6,02 5,96	5,27 5,52	0,21 0,15	1,91 1,40
Р87К83 - фон	0 - 20 20 - 40	5,52 5,90	5,05 5,45	0,22 0,17	2,85 1,48
Фон + N46	0 - 20 20 - 40	5,50 5,87	5,00 5,32	0,24 0,18	3,05 1,62
Фон + N74	0 - 20 20 - 40	5,40 5,82	4,85 5,30	0,27 0,23	3,40 1,90
Фон + N120	0 - 20 20 - 40	5,30 5,80	4,70 5,19	0,35 0,24	4,06 2,46
Фон + N157	0 - 20 20 - 40	5,20 5,40	4,65 5,10	0,43 0,30	4,71 3,19

фосфорно-калійних добрив. Най­більша активна кислотність відмічається при внесенні 157 кг/га азоту. Аналогічні зміни при внесенні мінеральних добрив відбу­ваються і з обмінною кислотністю, але найбільш істотно збіль­шується обмінна титрована та гідролітична кислотність. Перша зростає у 2 - 2,3 рази, друга - у 2,5 - 3,8 рази.

Під впливом підвищених норм мінеральних добрив змінюєть­ся також склад обмінних катіонів. Знижується сума увібраних ос­нов (табл. 3.11). Ємність катіонного обміну чорнозему типового дещо зростає під впливом внесення добрив, але збільшення її відбу­вається за рахунок гідролітичної кислотності. До негативного впливу підвищених доз азотних добрив слід віднести і різке зниження буферної ємності ґрунту.

Таблиця 3.11 - Зміна вмісту увібраного кальцію чорнозему типового легкосуглинкового під впливом зростаючих доз азотних добрив (експериментальні дані та прогнозні розрахунки) (М. Карінка, 1989)

Доза N, кгN/га	Са, одержані у досліді	мг-екв/100 г	Доза N, кг N/га	Са, одержані у досліді	мг-екв/100 г
0 46 74	15,8 15,4 15,3	15,8 15,5 15,3	120 157	15,0 15,7	15,0 14,7

Наведені дані свідчать, що навіть на чорноземах типових за наявності високих норм мінеральних добрив потрібно вносити вапнякові матеріали. За існуючими рекомендаціями, на кожен центнер фізіологічно кислих туків слід вносити від 0,4 до 3 ц СаСО_3.

Таблиця 3.12 - Дози СаСО₃ для нейтралізації фізіологічно кислих добрив,

ц на 1 ц туків

Добриво	Доза СаСОз
Хлористий амоній NH4Cl	1,40
Сульфат амонію (NN4) SO4	1,20
Сульфат амонію, натрію (NN4) SO4, Na2SO4	1,90
Аміачна селітра NH4 NO3	0,75
Аміачна вода NH3 + H2O	0,40
Аміак безводний NH3	2,9 - 3,0
Сечовина СО(NH2)2	0,80
Амофос NН4Н2РО4	0,65

Істотний вплив на кислотність ґрунту можуть мати промислові викиди, що містять сульфіди та оксиди металів. У ґрунті вони утворюють сірчану кис­лоту, яка обумовлює підкислення. На освоєних болотних ґрунтах підкислення може бути спричинене окисненням сульфідів заліза та мангану. На цих ґрунтах дренажними водами виносяться спо­луки кальцію, магнію та калію, тому для підвищення їх родючості слід проводити вапнування.

Динаміка достатньо точно описана простими диференціальними рівняннями першого порядку. Рівняння «природного росту» добре описує розвиток у часі чи під впливом зростаючих доз мінеральних добрив процесів підкислення чорноземних ґрунтів:

або (3.7)

де Н - гідролітична кислотність ґрунту;

t - час (кількість років спостережень);

N - доза азоту на 1 га сівозміни, кг;

К_t та К_N - сталі коефіцієнти.

Рівняння радіоактивного розпаду добре описує розвиток у часі чи під впливом певного чинника процес декальцинації (зменшення вмісту в ґрунті обмінного кальцію) чи загального зниження суми увібраних основ:

або (3.8)

де Са – вміст у ґрунті обмінного кальцію.

Загальний розв'язок рівняння (3.7) або (3.8) такий:

; (3.9)

Далі виконують інтегрування обох частин рівняння (3.9):

, (3.10)

де lп Сa - стала інтегрування.

Після перетворень одержуємо

; ; (3.11)

Для опису процесу зменшення вмісту обмінно­го кальцію в ґрунті під впливом зростаючих доз азоту потрібні так звані тимчасові умови, тобто значення Са_N при N = 0. Це дасть змогу відшукати значення константи К_N який може описати динаміку декальцинації.

Результати застосування розглянутого методу моделювання процесів декальцинації та підкислення чорнозему типового мало-гумусного під впливом зростаючих доз азоту наведені в табл. 3.14.

Таблиця 3.13 - Моделювання процесів декальцинації та підкислення чорнозему типового малогумусного, зумовлених внесенням зростаючих доз азоту на фоні систематичного

Доза N, кг N на 1 га сіво- зміни	Вміст обмінного Са, мг-екв/100 г ґрунту		Сума увібраних основ, мг-екв/100 г ґрунту		Гідролітична кислотність, мг-екв/100 г ґрунту
	дослідні дані	дані, розрахо-вані за моделлю	дослідні дані	дані, розрахо-вані за моделлю	дослідні дані	дані, розрахо-вані за моделлю
0	15,8	15,8	19,00	19,0	2,85	2,85
46	15,4	15,47	18,50	18,6	3,05	3,30
74	15,3	15,27	18,30	18,4	3,40	3,61
120	15,1	14,95	18,0	18,0	4,06	4,18
157	14,7	14,70	17,70	17,7	4,71	4,71

Згідно з розрахунками, аналогічними до наведених, для при­пинення процесу декальцинації, зменшення суми увібраних ос­нов на 1 ц аміачної селітри у даний грунт слід вносити 48 кг СаСО₃. Для припинення процесу зростання гідролітичної кислот­ності кожен центнер NН₄NО₃ потребував внесення 55 кг СаСО₃. Отже, загальну рекомендацію щодо подолання декальцинації і підкислення чорнозему типового малогумусного під впливом зро­стаючих доз азоту можна сформулювати так: кожен центнер амі­ачної селітри, що вноситься на 1 га сівозміни на чорноземі типовому.

Таким чином, своєчасне виявлен­ня, моделювання динаміки і прогнозування декальцинації і підкис­лення таких цінних за своєю продуктивністю ґрунтів, як чорнозе­ми, має виключно важливе значення.