Известкование почв

Известкование почвы на поле в Девоне, Англия, Великобритания.

Известкова́ние почв — агрохимический приём, заключающийся во внесении в кислые почвы известковых материалов (мела, известняка, доломитовой муки, известняковых туфов и др.) для снижения их кислотности и улучшения условий питания растений.

Избыточная кислотность почвы (низкий показатель pH) препятствует усвоению питательных веществ, угнетает деятельность полезных микроорганизмов и ухудшает структуру грунта. Поэтому известкование относят к способам химической мелиорации — мероприятий, направленных на коренное улучшение химических свойств почвы.

Исторический ракурс

Известкование полей. 1960 год

Разбрасывание известковых удобрений на поле. 1960 год

В качестве первого известкового удобрения люди использовали мергель. Ещё в XVII книге «Естественной истории» римский учёный Гай Плиний Старший в трактате о мергеле описывал, как его применяли для улучшения почв в Галльских провинциях и на Британских островах более двух тысяч лет назад. Позже широкое распространение получили жжёная (негашёная) известь, мел и различные известняки, которые тоже использовали для раскисления и окультуривания земель.

Фермер Микко Поутанен удобряет пастбище на берегу реки Куркийоэн в Сяркиярви в конце 1930-х годов.

В России первая статья «Об удобрении земли жжёной известью» была опубликована в 1771 году Андреем Андреевичем Нартовым, одним из основателей Вольного экономического общества. В ней подчёркивалась необходимость известкования кислых почв. Но этот приём мелиорации практически не применяли вплоть до первой половины XX века.

Одним из тех, кто инициировал систематические практические работы по известкованию, стал почвовед Давид Львович Аскинази. В 1930 году он вместе с агрохимиком Дмитрием Васильевичем Дружининым и почвоведом Нилом Петровичем Ремезовым подготовил и издал первую «Инструкцию по известкованию почв», которая заложила основу для широкого внедрения этого метода в сельском хозяйстве.

Исследования почвоведов и агрохимиков активно публиковались научным институтом по удобрениям СССР, научно-техническим отделом ВСНХ СССР и другими издательствами. Примеры публикаций первой половины XX века в СССР:

• Д. В. Дружинин «Известкование почв в связи с их свойствами и свойствами возделываемых растений» (1929 год);
• Д. Л. Аскинази «Формы кислотности и ёмкость поглощения почв в связи с их известкованием и фосфоритованием» (1926 год);
• Д. Л. Аскинази «Фосфатный режим и известкование почв с кислой реакцией» (1949 год).

Область применения

Подзолистая почва

Известкование проводят главным образом на дерново-подзолистых, подзолистых, оподзоленных чернозёмах, краснозёмах, глеевых и серых лесных почвах, где кислотность повышена. В более засушливых районах известь сочетают используют для мелиорации солонцов — щелочных почв, содержащих избыток натрия.

В регионах, подвергшихся радиационному загрязнению (Тульская, Орловская, Брянская и Калужская области после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году), известкование применяли для снижения содержания радионуклидов, прежде всего цезия-137, одновременно внося органические и фосфорно-калийные удобрения.

Механизм действия

С точки зрения химии самым эффективным веществом для снижения кислотности почвы считается карбонат кальция (CaCO₃). Когда его вносят в кислую почву, он вступает в реакцию с кислотными катионами в почвенном поглощающем комплексе. Карбонат кальция нейтрализует избыточные кислоты в почвенном растворе. При этом снижается концентрация ионов водорода (H⁺), а pH повышается до оптимальных значений (5,5—6,5).

Почвенный поглощающий комплекс (ППК) — это совокупность глинистых частиц и гумуса, на поверхности которых «держатся» катионы (заряженные частицы) — водорода, алюминия, кальция, магния и др. Именно состав этих катионов во многом определяет кислотность и плодородие почвы.

При известковании (внесении карбоната кальция) происходит замещение:

• ионов водорода (H⁺) на ионы кальция (Ca²⁺):

[ППК] 2H + CaCO₃​ → [ППК] Ca₂ + H₂​O+CO₂​,

• ионов алюминия (Al³⁺) на ионы кальция:

[ППК] 2Al₃ + 3CaCO₃ ​+ 3H₂​O → [ППК] 3Ca₂ + 2Al(OH)₃​ + 3CO₂​.

То есть кальций «вытесняет» из ППК водород и алюминий, в результате чего кислотность снижается, а в системе появляется больше обменного кальция, полезного для растений. Алюминий при этом переходит в форму гидроксида алюминия Al(OH)₃.

Однако важно учитывать, что из только что образовавшегося гидроксида алюминия часть алюминия всё равно может попадать в растения, особенно если среда остаётся достаточно кислой. Поэтому режим известкования нужно рассчитывать так, чтобы на длительное время устанавливался стабильный уровень кислотности, благоприятный для роста культур, а не просто кратковременное нейтрализование кислоты.

Магний из известковых удобрений (например, доломитовой муки) ведёт себя подобным образом: его ионы Mg²⁺ также могут замещать в ППК ионы водорода и алюминия. Кроме того, при известковании в почвенном поглощающем комплексе наряду с H⁺ и Al³⁺ постепенно вытесняются ионы железа (Fe²⁺ / Fe³⁺) и марганца (Mn²⁺), а их место занимают ионы кальция или магния, что тоже влияет на химический состав почвы и её реакцию.

Известь также способствует поступлению в почву кальция и магния — элементов, необходимых растениям для роста и развития, и улучшает структуру почвы, делая её более рыхлой и воздухопроницаемой.

Известковые удобрения

В настоящее время в качестве известковых удобрений используют широкий спектр природных и техногенных материалов. К природным относят молотый известняк, известковый туф, известковую и доломитовую муку, мергель, негашёную известь, мел, озёрную известь, магнезиальную муку, а также удобрения, изготовленные на основе природных серпентинитов.

Наряду с ними применяются и промышленные отходы: конверсионный мел (побочный продукт производства азофоски и нитроаммофоски), сланцевая зола, образующаяся при сжигании горючих сланцев, доменные, мартеновские и электросталеплавильные шлаки, возникающие при выплавке чугуна и стали, мраморная крошка как отход мраморной промышленности, гашёная известь — продукт производства хлорной извести, а также дефекат (отходы сахарного производства) получаемый при переработке сахарной свёклы. Дополнительно рассматривается возможность использования биоуглей, которые получают из органических остатков.

Эффективность всех этих материалов во многом зависит от степени их измельчения: чем тоньше помол, тем быстрее и результативнее происходит нейтрализация кислотности почвы.

Известковые удобрения относятся к группе минеральных удобрений (в отличие от органических), наряду с азотными, калийными, фосфорными и комплексными.

Известковые удобрения выполняют несколько важных функций:

• главное — нейтрализуют избыточную кислотность почвы;
• обогащают её доступным кальцием (а в случае доломитовой муки — ещё и магнием);
• улучшают физико-химические свойства и структуру почвы;
• повышают общее плодородие и создают благоприятные условия для роста и развития растений.

Виды известковых удобрений

Название	Состав	Применение	Изображения
Гашёная известь	калий, кальций, магний	Гашёную известь используют не только для раскисления почвы, но и в других целях: для отпугивания и уничтожения многих вредителей (в том числе слизней, проволочника, личинок хруща); как стимулятор роста зелёной массы (особенно при внекорневых обработках); для побелки стволов деревьев (защита от солнечных ожогов и растрескивания коры).	Гашёная известь (гидроксид кальция) Ca(OH)2
Известь негашёная	оксид кальция	Удобрение применяют как гербицид для подавления и уничтожения сорняков, особенно на тяжёлых глинистых и суглинистых почвах.	Негашёная известь (оксид кальция) CaO
Доломитовая мука	карбонаты кальция и магния	Данное удобрение: значительно повышает урожайность культур; стимулирует развитие мощной корневой системы; нейтрализует избыточную кислотность почвы, переводя её в слабокислую или близкую к нейтральной реакцию, благодаря чему резко возрастает плодородие. Вносить можно как весной, так и осенью. Особенно эффективно для свёклы, моркови, картофеля, томатов, ягодных кустарников и плодовых деревьев.
Мел	до 96 % кальция	Мел используют как многофункциональное средство: повышает иммунитет растений к болезням (в том числе к серой гнили) и вредителям (тля и другие); укрепляет корневую систему; эффективно раскисляет почву; обогащает грунт кальцием, кремнием и магнием. Вносить можно как весной, так и осенью.	Мел (карбонат кальция), разновидность известняка СаСО3
Известковый туф	около 80—98 % кальциевой соли угольной кислоты Ca(HCO3)2	Применяют для устранения избыточной кислотности и улучшения свойств подзолистых, серых лесных почв и краснозёмов.	Известковый туф (травертин) CaCO3
Известь озёрная	90 % извести, в примесях также может быть песок, глина и торф	Регулирует кислотность грунта

Расчёт доз известковых удобрений

С химической точки зрения основным веществом для снижения кислотности почвы служит карбонат кальция (CaCO₃). Дозу внесения извести рассчитывают по гидролитической кислотности почвы. Под гидролитической кислотностью понимают количество кислотных катионов (прежде всего ионов водорода и алюминия), которые удерживаются почвенным поглощающим комплексом и могут переходить в раствор. Принято считать, что для полной нейтрализации 1 миллиэквивалента (мэкв) водорода на 100 г почвы требуется 50 мг CaCO₃.

В упрощённом расчётном варианте исходят из того, что мощность пахотного слоя составляет 20 см, а плотность почвы — около 1,5 г/см³. Тогда полную дозу извести (в тоннах CaCO₃ на гектар) можно получить, если величину гидролитической кислотности (в мэкв на 100 г почвы) умножить на 1,5.

Для оподзоленных и выщелоченных чернозёмов тяжёлого гранулометрического состава (то есть с высоким содержанием ила и глины) чаще всего рекомендуют не полную, а частичную нейтрализацию — примерно 0,5—0,75 от гидролитической кислотности, чтобы не «перещелочить» почву и сохранить благоприятную структуру.

Метод расчёта доз извести по гидролитической кислотности принят в России как основной для таких почв, как дерново-подзолистые, серые лесные, а также оподзоленные и выщелоченные чернозёмы.

Для почв с определённым гранулометрическим составом (то есть известным соотношением песчаных, пылеватых и глинистых фракций) между значением гидролитической кислотности и показателем pH солевой вытяжки (рН_КСl) установлены достаточно чёткие корреляции. рН_КСl — это кислотность почвы, измеренная в суспензии с раствором хлорида калия, более надёжный индикатор потенциальной кислотности, чем pH в воде. Поэтому дозу извести можно подбирать по справочным таблицам, где для данного механического состава почвы и заданных исходного и желаемого значений рН_КСl указано, сколько CaCO₃ нужно внести.

Ещё более точный способ — расчёт по кривым буферности почвы. Буферность показывает, насколько почва «сопротивляется» изменению pH при добавлении щёлочи или кислоты. Строят зависимость pH почвенной суспензии от количества внесённого щёлочного реагента (например, карбоната кальция), и по этой кривой выбирают дозу, которая обеспечит заранее запланированный сдвиг рН_КСl.

На практике полные дозы извести обычно лежат в пределах 2—14 т/га:

• минимальные — на лёгких песчаных почвах,
• максимальные — на тяжёлых суглинистых и глинистых почвах.

Известкование считают однозначно необходимым, если рН_КСl ниже 5,0. При рН_КСl 6,1 и выше известкование обычно не проводят, за исключением особых случаев:

• рекультивация почв, загрязнённых тяжёлыми металлами или радионуклидами;
• выращивание некоторых требовательных овощных культур (для которых нужен более высокий, близкий к нейтральному pH).

Единого «идеального» значения рН_КСl для всех случаев не существует. Желаемый диапазон кислотности после известкования обычно лежит в пределах 5,5—7,5 и зависит от:

• типа почвы и её гранулометрического состава;
• содержания гумуса;
• обеспеченности элементами питания.

Главный фактор, от которого в итоге зависит выбранное целевое значение рН_КСl и доза извести, — чувствительность основных культур севооборота к кислотности.

Чувствительность отдельных сельскохозяйственных культур к кислотности почвы

Сельскохозяйственные культуры, наиболее чувствительные к повышенной кислотности и требующие более высоких доз известкования	Сельскохозяйственные культуры, которые сравнительно легко переносят умеренную кислотность и могут выращиваться при более низких дозах извести или даже без известкования
сахарная свёкла; капуста белокочанная; лук, чеснок, перец; кукуруза; озимая пшеница, ячмень; клевер, люцерна, донники и другие многолетние бобовые.	картофель; рожь; овёс; люпин; лён.

Таким образом, подбор дозы известковых удобрений — это всегда сочетание агрохимического расчёта (по кислотности и буферности почвы) и биологических требований культур, которые планируется выращивать.

Нормы внесения

Нормы внесения известковых удобрений определяются несколькими факторами:

• степенью кислотности почвы,
• её гранулометрическим составом (на тяжёлых глинистых и суглинистых почвах дозы увеличивают),
• биологическими особенностями выращиваемых культур (например, люпин плохо реагирует на сильное раскисление).

Дозы должны обеспечивать поддержание слабокислой или близкой к нейтральной реакции почвенного раствора.

Известковые удобрения обычно вносят один раз за ротацию севооборота — летом или осенью, с обязательной глубокой заделкой в почву. Для планового известкования проводят агрохимическое обследование полей, закладывают полевые опыты, составляют картограммы кислотности и картограммы потребности в известковании.

Дозы известковых материалов зависят от степени кислотности и механического состава почвы:

• Для сильно кислых тяжёлых почв (pH < 5) — 5—6 т/га;
• Для лёгких супесчаных и суглинистых почв — 3—4 т/га;
• Для умеренно кислых почв (pH 5,1-5,5) — 2—4 т/га.

Материалы равномерно распределяют по поверхности и заделывают в пахотный слой. Эффект известкования сохраняется 6—8 лет.

Влияние известкования на почвенные свойства

Когда вносят полную дозу известковых материалов (прежде всего карбонатов кальция и магния), в почве происходят сразу несколько процессов:

• исчезает избыточная актуальная кислотность (то, что видно по pH раствора) и обменная кислотность (кислые катионы H⁺ и Al³⁺, удерживаемые почвой и легко переходящие в раствор);
• гидролитическая кислотность (то есть общий запас потенциально кислотных катионов в поглощающем комплексе) заметно снижается;
• увеличивается содержание кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺) в почвенном растворе;
• растёт степень насыщенности основаниями — доля поглощающего комплекса, занятая «полезными» катионами (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺), а не кислотообразующими (H⁺, Al³⁺).

В результате известкование многогранно улучшает агрохимические свойства почвы:

1. Биологические свойства почвы
   • увеличивается количество азотфиксирующих бактерий, которые связывают атмосферный азот;
   • активизируются нитрифицирующие бактерии, переводящие аммонийный азот в нитратный, более доступный растениям;
   • возрастает численность микроорганизмов, расщепляющих органические фосфаты, то есть переводящих фосфор в доступную форму;
   • усиливается развитие силикатных бактерий, разрушающих труднодоступные калийсодержащие минералы и высвобождающих калий;
   • лучше развиваются клубеньковые бактерии на корнях бобовых культур;
   • угнетается рост многих грибных фитопатогенов (болезнетворных грибов).
2. Физико-химические свойства
   • заметно улучшается структура почвы (почва становится более комковатой, менее пылеватой),
   • повышается водопроницаемость и аэрация. Важная причина этого — образование в почве гуматов кальция и магния (соединений гумусовых веществ с Ca²⁺ и Mg²⁺), которые способствуют «склеиванию» частиц в устойчивые агрегаты.
3. Поведение токсичных элементов
   • снижается подвижность алюминия (Al³⁺), тяжёлых металлов и радионуклидов;
   • соответственно уменьшается их токсичность и способность накапливаться в растениях.
4. Эффективность удобрений
   • повышается отдача минеральных и органических удобрений, особенно фосфорных и азотных, потому что в менее кислой, структурной и биологически активной почве питательные элементы лучше переходят в доступные формы и меньше фиксируются в труднорастворимых соединениях.

Возможные минусы известкования

У известкования есть и обратная сторона, если дозы завышены или не учтён баланс питательных веществ:

• заметно снижается доступность калия для растений;
• хуже становятся доступны большинство микроэлементов (железо, марганец, цинк, медь и другие), кроме молибдена (его, наоборот, при ощелачивании становится больше в доступной форме);
• при слишком щелочной реакции почвы (pH сильно выше нейтрального) ускоряется разложение органического вещества почвы, что ведёт к потере гумуса.

Поэтому при известковании обязательно:

• равномерно распределять известь по поверхности поля и хорошо её заделывать;
• дополнительно вносить калийные удобрения, чтобы компенсировать снижение доступности калия;
• использовать органические удобрения (навоз, компосты) и при необходимости микроэлементы.

Продолжительность последействия

• Максимальный эффект от полных доз извести проявляется в первые 2-3 года после внесения.
• Последействие (сохранение полезного эффекта) на средне- и тяжёлосуглинистых почвах может длиться 8—10 лет, а на лёгких (песчаных и супесчаных) — около 6—8 лет.
• Если вносить половинные дозы, срок последействия примерно вдвое короче.

Со временем почвы снова начинают подкисляться. Это связано с двумя основными причинами:

1. Вымывание кальция и магния вниз по почвенному профилю (выщелачивание) и их удаление с урожаем.
2. Применение физиологически кислых минеральных удобрений — например, аммиачной селитры, сульфата аммония и других. При их превращении в почве в раствор переходят анионы сильных кислот (нитрат NO₃⁻, хлорид Cl⁻, сульфат SO₄²⁻), раствор подкисляется, возрастает подвижность оснований (Ca²⁺ и Mg²⁺), и они легче вымываются из пахотного слоя.

По оценкам, вымывание кальция из кислых почв может составлять от 71 до 390 кг/га в год (в пересчёте на CaO), а магния — до 30 кг/га в год (в пересчёте на MgO).

Дополнительно с растительной продукцией уносится 1,5—60 кг карбонатов кальция и магния на 1 тонну урожая, что в пересчёте на площадь даёт 20—500 кг/га ежегодно.

Чтобы компенсировать эти потери (и вымывание, и вынос с урожаем), необходимо проводить поддерживающее известкование примерно раз в 2—3 года, подбирая дозу в зависимости от типа почвы, структуры севооборота и данных агрохимического анализа.

Площадь почв, нуждающихся в известковании (Россия)

В России площадь избыточно кислых почв оценивается примерно в 35,1 млн гектаров, то есть около 30 % всей пашни. Под избыточно кислой понимают такую почву, где кислотность уже заметно ограничивает рост большинства культур и требует обязательного известкования.

Наибольшие массивы пашни, где нужно проводить известкование, приходятся на Дальневосточный федеральный округ. Очень сильнокислые и сильнокислые почвы с показателем рН_КСl = 4,1—4,5 наиболее характерны для Центрального, Северо-Западного, Приволжского и Дальневосточного округов.

Средне- и слабокислые почвы с рН_КСl = 4,6—5,5 преобладают в Северо-Западном, Приволжском, Уральском и Сибирском округах. Показатель рН_КСl здесь — это кислотность, измеренная в суспензии почвы с раствором хлорида калия. Он лучше отражает потенциальную кислотность, чем обычный pH в воде, и именно по нему чаще всего решают, нужно ли и в каком объёме проводить известкование.