Кислотность и щелочность почв. Методы их регулирования

Для жизнедеятельности растений большое значение имеет концентрация почвенного раствора и соотношение в нем свободных ионов Н⁺ и ОН^–. Концентрация почвенного раствора зависит от почвообразующих пород и климатических условий. Почвы с высокой концентрацией раствора считаются засоленными.

Если в почвенном растворе концентрации ионов Н⁺ и ОН^–одинаковы, то реакция будет нейтральной, если ионов Н⁺ больше чем ОН^– – кислой, меньше – щелочной.

Так как абсолютные концентрации ионов водорода очень малы, и пользоваться ими неудобно, для обозначения реакции почвы введен показатель рН – десятичный отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в граммах на 1 л раствора, взятый с обратным знаком.

Так, например если концентрация иона Н⁺ в 1 л раствора равна 0,001 г, то величина рН=3; если 0,0001 ,то рН=4 и т.д. Реакцию почв определяют с помощью приборов рН-метров.

Реакция различных почв колеблется от рН 3,5 до 8–10 и выше. Например, торф верховых болот имеет сильнокислую реакцию (рН менее 4), подзолистые и дерново-подзолистые почвы – кислую (рН 4–5), черноземы – близкую к нейтральной (рН 6,6–7,1), солонцы – щелочную (рН 8–10).

Для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур благоприятна нейтральная и близкая к нейтральной (слабокислая и слабощелочная) реакция. Сильнокислая и особенно сильнощелочная реакция угнетающе действуют на растения (табл.1.12).Уровни кислотности и щелочности почв приведены в табл.1.11

Исходя из биологических особенностей сельскохозяйственных культур, их объединяют в группы для оценки нуждаемости в изменении режима кислотности и щелочности почв (приложение 1).

Таблица 1.11. Уровни кислотности и щелочности почв.

Примечание. Для кислых почв – вытяжка 1н. КСl, для щелочных–водная

Таблица 1.12 Отношение культурных растений к рН среды

(по Прянишникову)

Способность подкислять почвенный раствор или растворы солей называется кислотностью.

Различают следующие виды кислотности: актуальная (активная) и потенциальная. Потенциальная кислотность в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую.

Актуальная (активная) кислотность – это кислотность почвенного раствора. И обусловлена она присутствием в нем растворов кислот и солей. Для определения актуальной кислотности к почве приливают дистиллированную воду в соотношении 5 частей воды на 1 часть почвы. При этом все свободные ионы водорода не связанные с твердой фазой почвы переходят в раствор. Ионы водорода, извлекаемые водной вытяжкой, составляют незначительную часть всех водородных ионов, содержащихся в почве.

Потенциальная кислотность – это кислотность твердой фазы почвы. Она характеризуется общим количеством ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. Составными частями потенциальной кислотности являются обменная и гидролитическая.

Обменная кислотность проявляется при воздействии на почву раствора нейтральной соли (КСl). Для определения обменной кислотности почву взбалтывают с раствором хлористого калия, при этом ионы калия вытесняют ионы водорода, находящиеся в почвенном поглощающем комплексе и занимают их место. Перешедшие в раствор ионы водорода взаимодействуют с оставшимися ионами хлора и образуют соляную кислоту. По количеству образовавшейся соляной кислоты, которую можно определить с помощью рН-метра, судят о величине обменной кислотности. Реакция протекает по схеме:

(ППК^–)Н⁺ + КСl= (ППК^–)К⁺ + НСl

Обменную кислотность почвы наряду с ионами водорода обусловливают ионы алюминия. Процесс подкисления имеет следующий химизм:

(ППК^–)Аl³⁺ + 3КСl=(ППК^–)3К⁺+АIСl₃

АlСl₃ + 3Н₂О=Аl³⁺(ОН^–)₃ + 3НСl.

Гидролитическая кислотность обусловлена как обменными, так и прочно связанными ионами Н⁺, находящимися в твердой фазе почвы. Так как, при воздействии на почвенный поглощающий комплекс нейтральной соли ,прочно связанные ионы водорода не извлекаются, для определения гидролитической кислотности используют растворы солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой. Такие соли имеют повышенную активность катиона и называются гидролитически щелочными. Реакция протекает по схеме:

(ППК^–)Н⁺ +СН₃СООNа = (ППК^–)Nа⁺ +СН₃ СООН

О величине гидролитической кислотности судят по количеству образовавшейся уксусной кислоты, которое определяют титрованием щелочью. Выражают гидролитическую кислотность в м‑экв/100г почвы. По ее величине определяют полные дозы известковых материалов, необходимых для полной нейтрализации кислотности.

СаСО₃ (т/га) + Нг (м‑экв/100г) х 1,5

Химизм процесса известкования кислых почв можно представить следующей реакцией.

(ППК^–)2Н⁺ + СаСО₃ = (ППК^–)Са²⁺ + Н₂О + СО₂

В зависимости от величины кислотности почвы различаются в нуждаемости в известковании (рис.1.34)

При определении нуждаемости почв в известковании учитывают также степень насыщенности почв основаниями (V,%).

Под степенью насыщенности почв основаниями понимают отношение суммы обменных оснований к емкости катионного обмена, выраженное в процентах.

Рис. 1.34Оценка нуждаемости почв в известковании

Если степень насыщенности менее 50%,то почвы сильно нуждаются в известковании, 50–70% – средне, 70–80% – слабо нуждаются и более 80% –известкование не проводят.

Более точно нуждаемость в известковании устанавливают в зависимости от гранулометрического состава и степени насыщенности почв основаниями (табл. 1.13)

Таблица 1.13 Определение нуждаемости почв в известковании по величине кислотности и степени насыщенности почв основаниями

(по Корнилову)

Щелочность почв – повышенное содержание в почве щелочных солей, главным образом карбонатов натрия или магния. Характерна для почв лесостепной и степной зон при большой испаряемости и слабой дренированности, (токсична) для большинства растений, так как способствует солонцеватости или содовому засолению.

По величине рН различают следующие градации ще­лочности почвенных растворов: слабощелочные - рН 7-8; среднещелочные - рН 8-8,5; сильнощелочные - рН – 8,5 и более.

Улучшить щелочные почвы, а в особенности солонцы и сильно солонцеватые почвы, можно только коренными мелиорационными мероприятиями с внесением сернокислого кальция — гипса, отходов фосфородобывающей промышленности – фосфогипса. Кальций вытесняет поглощенный натрий, в результате солонцовые горизонты становятся более структурными, водопроницаемыми. В практике чаще используют.

Плодородие почв.

Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие почвы – ее способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаги и воздуха, а также обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физико-химической средой для нормальной жизнедеятельности. Человек при использовании земли оценивал почву в первую очередь с точки зрения способности производить урожай сельскохозяйственных культур.

Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.

Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы и является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве – еще и результатом окультуривания.

Уровень плодородия почвы зависит от ряда параметров, важнейшими из которых являются конкретные показатели почвенных режимов: температурный, водно-воздушный, питательный, физико-химический, биохимический, солевой и др.

Для большинства свойств и режимов выявлены количественные показатели, позволяющие дать оценку почвенного плодородия в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур. Причем, для каждой почвенной разновидности эти показатели будут иметь свою специфику. На основании учета этих показателей создаются модели почвенного плодородия.

Виды плодородия почв.

Различают следующие виды плодородия: естественное, искусственное (природное), эффективное (экономическое), потенциальное.

Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Оно формируется в результате природного почвообразовательного процесса. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.

Искусственное плодородие – то плодородие, которое обусловлено количественными и качественными изменениями в свойствах и режимах почв, вызванных воздействием человека. В чистом виде оно возникает при создании искусственных субстратов для выращивания растений в культивационных сооружениях (теплицах, фитотронах и др.).

С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. Искусственноеплодородие формируется в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию) и свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное(экономическое) плодородие.

Эффективное (экономическое) плодородие – то плодородие, которое реализуется в урожае сельскохозяйственных культур. Оно зависит не только от уровня природного плодородия, но в большой степени от условий использования почв в производстве, развития науки и техники и реализации их достижений, тесно связано с социально-экономическими отношениями. Эффективное плодородие – результат реализации потенциального плодородия.

Потенциальное плодородие – это плодородие почвы, определяемое её свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными человеком. Оно характеризуется общими запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях удовлетворять потребности растений.

Высоким потенциальным плодородием обладают, например, болотные торфяные почвы низинного типа, которые обладают значительными запасами элементов питания и способны после осушительных мелиораций обеспечить высокий урожай.

Проявляется плодородие почвы как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния ее свойств и режимов. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации приведены в приложении 2.

Воспроизводство почвенного плодородия.

Почвенное плодородие является весьма динамичным, так как оно связано с процессами превращения и аккумуляции веществ, что в свою очередь является причиной количественных и качественных изменений факторов и условий плодородия. За определенный период времени (вегетационный, годичный, цикл севооборота и др.) происходит изменение плодородия почвы, его воспроизводство.

Изменения свойств почвы могут протекать в направлении благоприятном для развития плодородия, то есть приводить к его повышению. Формирование плодородия почвы выше исходного уровня представляет собой расширенное.

Важнейшая задача рационального использования почв – обеспечение расширенного воспроизводства почвенного плодородия.

Почвенное плодородие может формироваться так, что за определенный период времени оно возвращается к исходному уровню. Такое воспроизводство называется простым.

Формирование почвенного плодородия ниже первоначального уровня называется неполным.

Под воздействием естественных и антропогенных факторов при сельскохозяйственном использовании почв развивается культурный почвообразовательный процесс. Специфичность его заключается в том, что он развивается под направленным воздействием человека. Естественная растительность заменяется культурной, на почвообразование воздействуют новые факторы: обработка почвы, применение удобрений и других средств химизации, мелиорация др.

Направленное развитие культурного почвообразовательного процесса позволяет обеспечить определенные уровни (модели) почвенного плодородия.

Под моделями почвенного плодородия следует понимать совокупность агрономически значимых свойств почв и их режимов, обеспечивающих определенную продуктивность растений. Сочетание количественных показателей (и режимов) почвы, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для растений факторы, наиболее полно реализованы потенциальные возможности возделываемых культур и обеспечен максимальный урожай при его высоком качестве называют оптимальными параметрами свойств почв.

Модели почвенного плодородия должны учитывать:

1) гумусное состояние почв – содержание и состав гумуса, его запасы, мощность гумусового слоя;

2) параметры, характеризующие питательный режим почв – содержание питательных элементов;

3) показатели оптимальных физических свойств – плотность, агрегированность, влагоемкость, водопроницаемость, аэрация;

4) показатели, характеризующие строение почвенного профиля;

5) показатели физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями.

Кроме вышеперечисленных показателей для некоторых почв при составлении моделей плодородия учитывают наличие токсических веществ, солей и т.п.

Особую актуальность приобретает разработка экологических моделей управления плодородием почвы, которая базируется на комплексных исследованиях условий произрастания культурных растений с учетом их требований, состава и свойства почв, а также других экологических факторов, влияющих на продуктивность агроценозов.