Кислотность почвы

Карта кислотности почв. Коричневый — кислые почвы. Синий — щелочные.

Кисло́тность почвы — свойство, которое приобретает почва при определённой концентрации в почвенном растворе ионов водорода, один из ключевых биохимических показателей плодородия и главный регулятор продуктивности в земледелии.

В процессе обмена ионов водорода с почвенными минералами и органическими веществами в плодородном слое образуются кислоты и основания (щёлочи). Помимо ионов водорода в почвенном растворе, в почвенном поглощающем комплексе идут обменные процессы водорода и алюминия, влияющие на уровень кислотности. Кислотность обозначается сочетанием букв pH (лат. pondus Hydrogenii — «вес водорода») и числами от 1 до 14. Чем ниже числовое обозначение pH, тем кислее среда.

Кислотность показывает, насколько почвенный раствор отклоняется от нейтрального состояния, и как эта среда будет влиять на растения, микроорганизмы и поведение питательных веществ. Закисление является одной из распространённых форм деградации почв. Самые распространённые почвы с повышенной кислотностью — подзолистые. Для сокращения площадей с кислыми почвами проводят мелиорацию, главным образом — известкование почв.

Реакция почвенной среды

Профиль подзолистой почвы. Подзол — ясно выраженный белёсый горизонт, а под ним коричневый или охристо-бурый иллювиально-алюмо-железисто-гумусовый горизонт

Профиль дерново-подзолистой почвы. Отличается большей мощностью верхнего гумусового горизонта

Серая лесная почва. Верхняя часть профиля

Чернозём. Верхняя часть профиля

Профиль каштановой почвы

Кислотность почвы с составе реакции почвенной среды входит в группу основных агрохимических показателей плодородия наряду с поглотительными свойствами почвы, содержанием гумуса и питательных веществ. Измерение этих показателей проводят при агрохимическом анализе почв в лабораторных условиях. Проведение агрохимического анализа почвы позволяет:

• следить за изменениями свойств почвы, которые влияют на рост и развитие растений;
• определять, достаточно ли в почве доступных питательных веществ для растений;
• оценивать характер и особенности взаимодействия почвы с применяемыми удобрениями и поступающими из атмосферы веществами;
• рассчитывать количество удобрений и мелиорантов, которое необходимо внести в почву.

Реакцию почвы характеризуют два главных показателя: актуальная (активная) и потенциальная кислотность. Потенциальная, в свою очередь, делится на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность Это концентрация свободных ионов водорода (свободных кислот) и оснований прямо в почвенном растворе. Измеряется как pH водной вытяжки потенциометрически (физико-химический анализ электролитного состава растворов). Именно она непосредственно влияет на корни растений и почвенную микрофлору. Актуальная кислотность может заметно меняться даже в течение одного сезона под влиянием осадков, удобрений, температуры и дыхания корней.

Более стабильный показателем кислотности является — pH солевой вытяжки. Оптимальный диапазон для большинства культур по солевому pH: 5,5—7,0. Растения чувствительны к повышенному кислотному или щелочному фону. При pH < 5 (повышенная кислотность) и при pH > 8 (повышенная щёлочность) резко нарушается физиологическое равновесие в почвенном растворе, тормозится усвоение элементов питания, страдает белковый, углеводный и фосфорный обмен.

Потенциальная кислотность определяется количеством ионов водорода, находящихся в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Потенциальная кислотность проявляется только при добавлении нейтральной соли (KCl). Включает в себя обменную и гидролитическую кислотность. Обменная кислотность связана с ионами водорода и алюминия, закреплёнными на частицах почвы. Гидролитическая кислотность служит главным показателем для расчёта доз извести при известковании почв.

Группировка почв по степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке (потенциометрически)

Степень кислотности	рНКСl
Очень сильнокислые	Менее 4,0
Сильнокислые	4,1—4,5
Среднекислые	4,6—5,0
Слабокислые	5,1—-5,5
Близкие к нейтральным	5,6—6,0
Нейтральные	Более 6,0

Для нормального роста растений, активной работы почвенных микроорганизмов и правильного течения биохимических процессов в почве наиболее комфортна слабокислая, нейтральная или слабощелочная реакция (pH ≈ 6,0—7,5).

• Очень кислую реакцию — pH 2,5-4,0
• Кислую реакцию (pH 4,0—6,0) имеют подзолистые и дерново-подзолистые почвы, болотные почвы тайги.
• Слабокислую (pH 5,5—6,5) — серые лесные почвы.
• Нейтральную (pH ≈ 6,5—7,2) — чернозёмы.
• Слабощелочную (pH 7,2—8,5) — серозёмы, каштановые почвы
• Щелочную (pH 8,0—9,0 и выше) — карбонатные и засолённые почвы
• Сильнощелочную (pH до 10,0—11,0) — солонцы и содовые солончаки.

Такая классификация помогает оценить необходимость известкования и подобрать культуры, которые лучше всего будут расти на данной почве.

Значение pH определяют двумя основными способами:

• колориметрическим (ме­то­ды из­ме­ре­ния цве­та и цве­то­вых раз­ли­чий с индикаторами и шкалами цветов);
• электрометрическим (самый точный — с помощью pH-метра)

Как кислые, так и щелочные почвы с показателями реакции почвенной среды менее pH 5,0 и более pH 7,0 вредны для растений и микроорганизмов. В кислых почвах не накапливаются должным образом питательные вещества, и почва становится скудной и малоплодородной. При реакции почвы pH 9—10, она становится рыхлой, водянистой, медленно затвердевает и характеризуется потерей пористости, необходимой для дыхания корней.

Причины формирования кислотности почвы

Кислотность почвы формируется при сочетании природных и антропогенных факторов.

Среди природных причин важны:

• химический и минеральный состав почвообразующей породы (например, песчаные и подзолистые почвы на кислых породах обычно более кислые);
• климат (в зоне избыточного увлажнения из профиля вымываются основания кальция и магния, остаются кислые компоненты);
• природное выщелачивание (пе­ре­дви­же­ние по поч­вен­но­му про­фи­лю и вы­мы­вание за его пре­де­лы рас­тво­ри­мых со­лей);
• тип растительности (хвойный опад, вересковые сообщества и т. п. подкисляют верхние горизонты).

К антропогенным факторам относят:

• длительное применение физиологически кислых минеральных удобрений (сульфат аммония, аммиачная селитра и другие);
• кислотные атмосферные осадки и промышленные выбросы;
• вынос кальция и магния с урожаем без компенсации известкованием;
• интенсивная обработка почвы, приводящая к разрушению структуры почвы.

Корректировка агротехники приводит к быстрому отклику урожая. Задача — снизить избыточную кислотность и восстановить ферментативные процессы, углеводный и белковый обмен в растении и другие показатели продуктивной почвы.

Методы определения кислотности почвы

Базовый лабораторный pH-метр

Универсальная индикаторная бумага

В лаборатории

В лабораторной практике кислотность определяют в водных и солевых вытяжках с использованием pH-метра или индикаторной бумаги. Общая схема процесса:

1. Отбирают и высушивают образец почвы.
2. Готовят суспензию «почва — вода» или «почва — раствор KCl» в заданном соотношении.
3. Измеряют pH потенциометрически (стеклянным электродом) или приближённо по индикаторной шкале.

Для более точной оценки гидролитической кислотности используют титрование вытяжек щёлочью до заданного значения pH. Это точный лабораторный метод количественного химического анализа, с помощью которого определяют концентрацию вещества в растворе. Далее идёт пересчёт результата в миллиграмм-эквиваленты на 100 г почвы.

pH-метр — это прибор для быстрого и автоматического контроля кислотности. Он измеряет активность ионов водорода. Принцип работы измерителя рН метра основан на разности потенциалов, которая создается в исследуемой среде между электродами прибора (электродвижущая сила).

В домашних условиях

Необходимое оснащение:

• кухонные электронные весы;
• одноразовые пластиковые стаканы объёмом 100 мл;
• универсальная индикаторная бумага (диапазон измерения — не менее 2—12 ед. pH);
• 6 грамм поваренной соли;
• 200 мл воды (желательно дистиллированной);
• 40 г высушенного грунта, который нужно проанализировать.

Определение кислотности почвы в домашних условиях (упрощённо)

№	Этапы	Описание
1	Подготовка образцов	Отобрать плодородный слой земли из верхних 20 см грунта. Для правильного отбора существует специальная инструкция лаборатории МГУ им. М. В. Ломоносова. 50—70 граммов (горсть земли) надо хорошо просушить в проветриваемом помещении в течение 2—3 дней при комнатной температуре.
2	Взятие навесок	Поставить на весы по очереди пустые пластиковые стаканы и насыпать туда по 20 граммов высушенной почвы.
3	Приготовление реагентов	В 100-граммовый стакан насыпать 6 граммов поваренной соли (в бытовых условиях она равноценна KCl) и налить 50 граммов дистиллированной воды. Перемешать.
4	Приготовление суспензий	В стакан с 20-ю граммами почвы (навеска) добавить приготовленный раствор соли (реагент). Перемешать. Оставить для оседания взвеси на дне и образования относительно прозрачного слоя жидкости сверху. В другой стакан с 20-ю граммами почвы добавить 50 граммов воды без соли. Перемешать. Оставить для оседания взвеси на дне и образования относительно прозрачного слоя жидкости сверху.
5	Измерение уровня pH	Приготовить две полоски индикаторной бумаги. Опустить по одной в каждый стакан не более, чем на 1 секунду. Касаться полоской осадка не рекомендуется. Полоски изменят цвет, который надо сравнить со стандартной шкалой согласно инструкции к универсальной индикаторной бумаге. Записать полученные данные. Результаты в стакане с почвой и соляным раствором — это обменная кислотность, а в стакане почвой и водой — актуальная.
6	Интерпретация результатов	Колбы с растворами разной кислотности, окрашенные индикатором Используя таблицу узнать степень кислотности почвы, которую исследовали. О регулировании кислотности стоит задуматься, если показатели pH менее 5,0. Далее надо вычесть из показателя водного раствора почвы значение рНКСl. Если разница будет более 2 единиц pH, провести известкованиие. После известкования надо провести аналогичное исследование. Чтобы рассчитать дозу внесения извести (карбонат кальция), надо воспользоваться формулой: m(CaCO3) = 0,15 · (pHводный — рНКСl) (кг на 1 м²) Классификация почв по степени кислотности (Кидин В. В.) pH KCl Степень кислотности <4,0 очень сильнокислая 4,1-4,5 сильнокислая 4,6-5,0 среднекислая 5,1-5,5 слабокислая 5,6-6,0 близкая к нейтральной >6,0 нейтральная

Другие способы определения кислотности почв

Определение подручными средствами

Столовый уксус. Для приблизительного понимания степени закисления почв садоводы используют столовый уксус. Для этого набирают в разных частях дачного участка по горсти земли, подсушивают и кладут на плёнку. Далее на подготовленные образцы почвы капают столовый уксус (6 или 9 %). Нейтральная почта при реакции с уксусной кислотой «вскипает», появляются пузырьки. Кислая почва такой реакции не даст.

Чай из листьев вишни или смородины. Заваривают кипятком несколько листочков вишни или смородины. Дают настояться 15—20 минут. Затем добавляют в ёмкость с «чаем» горсть земли. Изменение цвета на зёлёный — говорит о нейтральной или щелочной реакции. Если раствор стал синеватым — почва кислая.

Сода. Смешивают небольшое количество почвы и воды до кашицеобразного состояния. Сверху обильно присыпают пищевой содой. Если грунт кислый, смесь зашипит.

Определение по растениям-индикаторам

Сорные растения — индикаторы кислотности почвы

Кислые почвы	Слабокислые и нейтральные почвы	Щелочные почвы
щавель конский; подорожник большой и ланцетный; хвощ полевой; мята обыкновенная; иван-да-марья; мокрица; вереск; мхи; осока; полевица тонкая; лапчатка; горец почечуйный; люпин синий; лютик ползучий.	мать-и-мачеха; полевой вьюнок; редька полевая; василёк полевой; ромашка; клевер луговой и горный; овсяница луговая; пырей; лебеда; крапива жгучая; бодяк огородный; мыльнянка лекарственная; смолёвка поникшая; чина луговая; синеголовник плосколистный.	живокость; дикий мак; чистец пушистый; фасоль.

Регулирование кислотности

Известкование почвы на поле в Девоне, Англия, Великобритания.

Реакция сельскохозяйственных культур на внесение извести в кислые почвы в ЮАР. Почва на заднем плане была известкована, на переднем — осталась с прежней сильнокислой реакцией.

Если почва слишком кислая, применяют известкование — внесение материалов, содержащих карбонат кальция и/или магния (известняк, доломитовая мука, мергель и др.). Эти вещества нейтрализуют избыточные ионы водорода и алюминия, повышая pH и насыщенность почвы основаниями. Дозу извести рассчитывают по величине гидролитической кислотности и требуемому целевому диапазону pH для основных культур севооборота.

При работе с щелочными почвами (pH > 7,5-8,0) могут, наоборот, применять приёмы лёгкого подкисления — использование физиологически кислых удобрений, внесение органики, улучшение дренажа. Главная задача агронома — поддерживать оптимальную реакцию среды для данного типа почвы и культур, а не обязательно стремиться к строго нейтральным значениям.

Для восстановления кислотно-щелочного баланса существует множество веществ, таких как известь и доломитовая мука, мел, травертин, мергель и другие. Для известкования, в том числе, используют отходы промышленности, богатые известью, такие как сланцевая зола и дефекаты свекловичного производства.

В подсобных хозяйствах повышает показатели рH почвы древесная зола. Она быстро действует и оказывает на почву благотворное влияние в том числе за счёт содержания фосфора, кальция, калия и многих других микроэлементов.

Энергетическое состояние почвы

Доля кислых почв в общей площади
пахотных земель в России на 2016 год

кислые
почвы
(34,7%)

незакисленные
земли
(65,3%)

Доступность питательных веществ в зависимости от кислотности почвы

При оценке степени деградации почв используется понятие «Энергетическое состояния почвы», которая через специальный коэффициент позволяет оценить утраченную почвой энергию и определить количество органического вещества, необходимого для её восстановления. В качестве средства, помогающего вернуть продуктивное состояние почвы рассматривают специальные удобрительно-мелиолирующие смеси на базе сапропеля и торфа с добавлением минеральных веществ и специальных компонентов.

Закисление почв — один из самых распространённых видов антропогенной деградации. По данным о состоянии плодородия пахотных угодий Российской Федерации в 2016 году из 97,2 млн га обследованной пашни, кислые почвы занимали 34,7 %, или 33,7 млн га.

Для восстановления энергетического состояния подзолистых почв (как наиболее закисленных в зоне земледелия), согласно исследованиям и расчётам агроэкологов требуется внесение органических удобрений (торф, навоз, сидераты), минеральных удобрений и кальцийсодержащих мелиорантов в объёме от 14 до 27 тонн на один гектар в зависимости от степени деградации.

Восстановление водно-солевого баланса почвы приводит к повышению усвояемости растениями питательных веществ, макро и микроэлементов, таких как калий, фосфор, железо, азот, медь, марганец, магний и другие. Как следствие — улучшается состояние растений и повышается урожайность.

Уровень поглощения питательных веществ растениями в зависимости от рН почвы, %

рН	4,5	5	5,5	6	6,5
N	30	43	77	89	100
P2O5	23	31	48	52	100
K2O	33	52	77	100	100