что более благоприятно для растений кислотность или щелочность
рН почвы, удобрения и будущий урожай
Многие сельхозпроизводители мало обращают внимание на рН почвенного раствора. И зря. Ведь этот показатель непосредственно оказывает влияние на рост и развитие сельхозкультур, а также выбор удобрений. А кроме того, активная кислотность, как и активная щелочность почвы, напрямую влияют на урожайность и доход аграриев. Как это происходит – давайте разберемся.
Негативное влияние избыточной кислотности
Активная кислотность почвенного раствора обусловлена повышенной концентрацией в нем ионов водорода и наличием свободных минеральных кислот, таких как угольная кислота и водорастворимых органических кислот, а также кислых солей. Активная щелочность обусловлена содержанием в почвенном растворе щелочных солей таких, как карбонаты и гидрокарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Кислотность снижает доступность фосфора растениям, приводит к закупорке сосудов корневой системы и снижает поступление элементов питания. Кроме этого негативного воздействия происходит разрушение структуры почвы, что вызывает ухудшение ее водно-физических свойств, угнетение растений и жизнедеятельности микроорганизмов.
Негативное влияние кислотности на растения проявляется через недостаток кальция и повышенную концентрацию токсичных для растений ионов алюминия, марганца и водорода. При избытке этих элементов продуктивность растений резко снижается за счет нарушения обмена веществ, формирования генеративных органов и оплодотворения; торможения развития корневой системы. Высокая кислотность понижает доступность молибдена.
Кислая среда угнетающе действует на процессы аммонификации, нитрификации, фиксации азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы. Оптимальные условия для развития микрофлоры, определяющей эти процессы, лежат в пределах рН 6,5 – 8,0. Особое внимание на эти показатели должны обращать те сельхозпроизводители, кто выращивает такую маржинальную культуру, как соя.
Кислая среда способствует накоплению патогенной микрофлоры в почве и большему проявлению болезней на растениях: корневых и прикорневых гнилей и листовых пятнистостей. Вместе с коллегами мы выявили зависимость в условиях Саратовской и Волгоградской областей: чем кислее почва, тем больше в ней патогенов (по фитоэкспертизе почв) и тем сильнее развиваются заболевания на озимой и яровой пшенице, ячмене, подсолнечнике. Важно учитывать этот фактор и вовремя защищать свои растения.
Отрицательное воздействие излишней щелочности почв
Высокая щелочность почв неблагоприятна для большинства растений и сельскохозяйственных культур. В условиях щелочной среды в растениях нарушается обмен веществ, снижается растворимость и доступность фосфатов, соединений железа, меди, марганца, бора и цинка. При щелочной реакции в почвенном растворе появляются токсичные для растений вещества, в частности сода и алюминаты натрия. В случае резкого повышения рН корневые волоски растений испытывают щелочной ожог, что негативно отражается на их дальнейшем развитии и может привести к отмиранию. Сильнощелочные почвы характеризуются ярко выраженными отрицательными агрофизическими свойствами, что связано с пептизацией почвенных коллоидов и растворением гумусовых веществ. Такие почвы обесструктуриваются, приобретают высокую липкость, связность во влажном состоянии; отличаются плохой фильтрацией, водопроницаемостью и неудовлетворительным водно-воздушным и питательным режимами. Сильнощелочные почвы малоплодородны. Но щелочность почвы менее вредна, чем кислотность.
Агрономам, конечно, известна общепринятая шкала оценки уровня рН почвы:
Что такое кислотность почвы и как она влияет на растения
Внимательные огородники замечают, что иногда овощные и плодовые культуры не спешат радовать богатым урожаем и постоянно страдают от каких-то болезней и вредителей. И все это — несмотря на заботу и регулярно вносимые подкормки. В чем причина? Один из факторов, имеющих основополагающее влияние на рост и развитие растений, — кислотность почвы.
Дачник поневоле становится специалистом в выращивании растений
Кем бы ни был по профессии и образованию огородник в основной жизни, на своих сотках он поневоле становится агрономом и специалистом в области физиологии растений, химиком и фитопатологом. А как же по-другому? Количество и качество плодов, декоративность цветников и долгая жизнь деревьев зависят от условий, создаваемых владельцем сада. Разберемся, что такое кислотность, как она влияет на растения, а также каковы предпочтения разных культур относительно этой почвенной характеристики.
Пундус гидрогениум: кислая, щелочная или нейтральная?
Наверное, у всех на слуху буквосочетание pH (произносится [пэ áш]). Чаще всего про него говорят в рекламных роликах косметических продуктов. Водородный показатель pH (аббревиатура от латинского pondus Hydrogenii — «вес водорода») — важная характеристика кислотно-основных свойств различных водных растворов и биологических жидкостей. Множество химических процессов в природе и живых организмах зависят от уровня кислотности среды.
Множество химических процессов зависят от уровня кислотности
Пундус гидрогениум — это количественная мера соотношения ионов H⁺ и OH⁻, образующихся при диссоциации (разложении) молекул воды. Если количество H⁺ и OH⁻ равно (так бывает в идеально чистой дистиллированной воде), то говорят о нейтральной реакции. Если преобладают свободные ионы водорода (H⁺), то среда кислая. И наоборот: если в растворе больше гидроксид-ионов (OH⁻), то это щелочь.
pH — важная характеристика кислотно-основных свойств растворов
Относительное количество ионов водорода H⁺ выражает степень кислотности или щелочности раствора в единицах pH. Кислотность и щелочность измеряют по специальной шкале со значениями от 0 до 14, где 7 соответствует нейтральным растворам. То, что имеет показатель кислотности ниже 7, кислое, а выше — щелочное. Шкала кислотности — логарифмическая. Это значит, что кислотность, увеличиваясь на единицу, изменяется десятикратно. Например, концентрация H⁺ в растворе с pH = 5 в 10 раз больше, чем у раствора с pH = 6, и в 100 раз больше чем в дистиллированной воде с pH = 7.
Уровень pH характеризует кислотную, нейтральную или щелочную среду
Водородный показатель имеет огромную важность для живых организмов — pH влияет на протекание всех биохимических процессов. Так, например, мы чувствуем боль от пореза или ожога «благодаря» катионам водорода H⁺. Они изменяют кислотность нейтрального раствора межклеточного пространства, попадая туда из внутриклеточной жидкости поврежденных клеток. Изменение кислотности и «чувствуют» нервные окончания.
Влияние кислотности почвенных растворов на растения
Как и прочие живые организмы, растения тоже зависят от кислотно-щелочного баланса. Их процесс питания, помимо фотосинтеза, основан на ионно-катионном обмене между клетками растения и почвенным раствором. Поглощение зеленым организмом из почвы ионов питательных веществ зависит от реакции среды (кислой или щелочной). Наиболее сильное действие кислая среда оказывает на растения в их юном возрасте.
Влияние кислотности на развитие растения. Фото с сайта floragrowing.com
Кому не кисло?
Различные растения по-разному реагируют на рН почвы. Именно поэтому наша планета зеленая, несмотря на повышенную кислотность или щелочность в некоторых регионах: дикорастущие виды адаптируются к любым условиям. Ботаники составили специальные списки (экологические шкалы Л.Г. Раменского, Д.Н. Цыганова, Г. Элленберга и Э. Ландольта), в которых классифицировали растения по потребностям во влажности, количестве азота, освещенности и кислотности почвы. Однако садовые и огородные культуры в большинстве своем предпочитают слабокислую или нейтральную (pH 6-7) реакцию почвы.
Вереск обыкновенный (Calluna vulgaris) предпочитает сильнокислые почвы
Кстати, на большей части нашей страны почвы именно кислые: в умеренно-холодном поясе количество осадков преобладает над испарением и транспирацией (движением воды сквозь растение). Поэтому соли кальция, магния, калия и натрия, необходимые для нейтрализации кислых продуктов разложения листового опада, вымываются из корнеобитаемого слоя в нижележащие слои.
Выше вы можете посмотреть таблицу оптимальной кислотности для наиболее распространенных овощных и плодово-ягодных культур. Некоторые растения могут нормально существовать в разных категориях, при этом изменяя свои свойства в зависимости от кислотности среды. Наиболее яркий пример — гортензия крупнолистная. Она меняет окраску своих цветков от голубой в кислой почве (pH = 4,5-5) на бело-бежевую в нейтральной (pH = 6-7) и розовую в щелочной (pH = 6,5-8).
Таблица оптимального рН для декоративных культур
Очевидно, что знать реакцию вашей почвы весьма важно для успешного огородничества и садоводства. Правда, определенный рН — еще не приговор. В следующей публикации рассмотрим, как определить уровень кислотности почвы, а также — как изменить его, чтобы выращивать растения на любой вкус.
От уровня кислотности грунта зависит будущий урожай
Кислотно–щелочной баланс
Почва бывает разной: глинистая, суглинистая, песчаная, супесчаная, торфяная. А еще кислая, нейтральная и щелочная. У вас на участке какая? Без знания такого показателя, как кислотность грунта, не стоит даже мечтать об урожаях. От ее уровня поистине зависит многое. Большинство культур предпочитают слабокислую и нейтральную среду. Кислотность — очень важный момент для земледельца. Ведь она существенно влияет на плодородие грунта и соответственно на урожай. Доцент кафедры овощных культур Белорусской государственной сельскохозяйственной академии, кандидат сельскохозяйственных наук Анна Гордеева в этом уверена на сто процентов.
— Реакция среды почвы — это своеобразный пропускной пункт, определяющий, смогут ли растения жить в данных условиях, — объясняет Анна Петровна. — В кислой почве повышено содержание ионов железа, молибдена и алюминия, которое токсично и болезненно для одних растений и в то же время благоприятно для других. Полезные бактерии, усваивающие и накапливающие необходимый для растений азот, в такой среде погибают.
От уровня кислотности также зависит степень проникновения имеющихся в почве тяжелых металлов в ткани растений. Если показатель рН находится в пределах нейтральной области, тяжелые металлы остаются связанными в почве и лишь незначительная их часть попадает и накапливается в растениях. Такая же картина и с радионуклидами: именно от показателя рН зависит, в какой степени они впитаются растениями.
Кислотность почвы определяется количеством содержащейся в ней извести. Чем ее меньше, тем она кислее. И наоборот: чем больше извести, тем она щелочнее. Степень кислотности может варьироваться от 0 до 14. В Беларуси рН, как правило, находится в пределах от 4,5 (кислые почвы) до 7,0 и выше (нейтральные и слабощелочные).
При распаде органического вещества, при дыхании корней растений и микроорганизмов выделяется углекислый газ. В соприкосновении с водой он образует угольную кислоту, которая подкисляет почвенный раствор. При переувлажнении из пахотного горизонта вымываются ионы кальция и магния. Их место на частичках почвы занимают ионы водорода, и почва закисляется. Там, где ежегодно выпадает более 500 мм осадков в год, с 1 кв. м вымываются до 55 г кальция. Приблизительно такое же его количество выносится из почвы и с хорошим урожаем. Несколько закисляют почву хвоя, свежий навоз, а также некоторые минеральные удобрения. В частности, «Сернокислый аммоний», сера, «Карбамид» (или «Мочевина»), «Хлористый аммоний».
В кислых почвах в значительных количествах содержатся алюминий, железо и марганец в форме соединений, неблагоприятных для большинства культур. Приходится вносить намного больше и удобрений, что, естественно, снижает эффективность полезных микроорганизмов и повышает количество патогенной микрофлоры и бактерий, оказывающих негативное влияние на растения. Чем кислее грунт, тем хуже развивается и корневая система, из–за чего слабо усваиваются питательные вещества, необходимые для роста и развития.
Какая почва самая благоприятная для садовых участков? Однозначно ответить нельзя: смотря что на них растет. У каждой культуры — свои вкусы (смотрите таблицу № 1). Можно и на глаз определить кислотность грунта, если присмотреться к растениям, поселившимся на огороде. Они — самый верный индикатор состава почвы.
Но иногда на участках растут и мята, и клевер, и крапива с лебедой. И все они — «показатели» разных типов почв. Чтобы разрешить ситуацию, есть несколько методов.
Первый — при помощи лакмусовой бумаги. Выкопайте на участке яму глубиной 30 — 35 см. С вертикальной стенки в трех–четырех местах возьмите 15 — 20 г почвы. Засыпьте ее в стакан, добавьте 50 мл дождевой или дистиллированной воды (в соотношении 1 к 2) и хорошо смешайте. Дайте немного настояться и опустите лакмусовую бумагу. Если она окрасилась в красный цвет — почва сильнокислая (рН 4 — 4,5), в розовый — кислая и слабокислая (рН 5 — 6), в желтый — близкая к нейтральной (рН 6,1 — 6,5), в зеленовато–голубой — нейтральная (рН 6,51 — 7). Щелочная реакция даст насыщенный сине–зеленый цвет. Слабощелочные рН 7 — 8, среднещелочные рН 8 — 8,5, сильнощелочные рН 8,5 и более.
А можно проверить кислотность иначе. Прокипятите землю в воде, раствор охладите и профильтруйте через плотную ткань, чтобы он стал прозрачным. После этого добавьте сок из цветов, имеющих фиолетовую окраску (ирис, ромашка). Если раствор окрасится в зеленый цвет, значит, у почвы щелочная реакция, в красный — кислая.
Если нет ни лакмусовых бумажек, ни ирисов, то воспользуйтесь листьями смородины или вишни. Положите их 3 — 4 штуки в стакан с доведенной до кипения дистиллированной или дождевой водой. Настой остудите и опустите в него кусочек почвы. По цвету раствора и определите реакцию среды: красный — кислая, синий — слабокислая, зеленый — нейтральная.
В домашних условиях можно определить кислотность по–другому. 1 ч.л. грунта высыпьте на стекло, которое положите на любую темную поверхность. Полейте землю небольшим количеством обычного 9–процентного уксуса и наблюдайте за пеной. Если ничего не произойдет — это признак повышенной кислотности (поскольку уксус — это кислота, то бурной реакции при смешивании с кислым грунтом ждать не стоит). Если же пенообразование сильное, значит, почва щелочная, умеренное — нейтральная.
Некоторые кислотность почвы определяют с помощью обычного мела. Горсть земли засыпьте в бутылку, на которую наденьте соску или напальчник, и залейте водой. Ее должно быть раза в 1,5 — 2 больше, чем грунта. Затем добавьте 0,5 — 1 ч.л. мела и тут же закройте бутылку предварительно скрученной соской (чтобы убрать из нее воздух). После того как наденете ее, она расправится. Но из–за нехватки воздуха внутри бутылки соска все равно будет сжатой. Затем 3 — 5 минут энергично потрясите бутылку. Внимательно следите за соской! Если кислотность почвы высокая, то при взбалтывании между мелом (щелочью) и кислотой в почве произойдет реакция нейтрализации и выделится углекислый газ, который создаст давление в бутылке — и соска расправится. При нейтральной почве соска останется в начальном положении, а при среднекислой — раскроется лишь наполовину.
Определяют тип почвы и по пахотному слою земли. Если в верхних 20 — 25 см видна белесая прослойка, похожая на золу, можно смело говорить о кислой почве. Показатель повышенной кислотности — и позеленение земли, особенно если участок находится не в тени.
Для более точного определения используют прибор Алямовского, который можно приобрести в магазинах. Или же сдают образцы почвы в агрохимлаборатории, которые есть в каждой области.
Итак, мы определили: на участке почва кислая. Что делать дальше? Надо ли раскислять? Все зависит от того, какие культуры вы собираетесь выращивать. Дело в том, что некоторые растения предпочитают именно кислые грунты. Это гортензии, рододендроны, люпин многолетний, вереск, эрика, папоротник, лапчатка, голубика, клюква, брусника. А вот среди овощных культур любителей кислых почв практически не встречается. Капуста поражается килой, морковь — фомозом, свекла — гнилью сердечка, лук — шейковой гнилью. Да и по срокам созревания овощи запаздывают. Кроме того, полно вредителей, которым кислый грунт по душе. Проволочник, например.
Кислотность почвы снижают, добавляя в нее мел, известь, доломитовую и фосфоритную муку. А также всем известную и вполне доступную для каждого огородника древесную золу (1 кг равнозначен 0,5 — 0,6 кг извести), которая одновременно обогащает почву кальцием, калием, фосфором и микроэлементами. Снижает кислотность и внесение подстилочного навоза или компоста. Поскольку большинство растений не выносит свежей извести, то известкование лучше проводить осенью, используя как гашеную, так и негашеную известь.
Кислотность почвы меняется не сразу. В зависимости от внесенной дозы слабокислая или нейтральная реакция устанавливается через 1 — 2 и даже 3 года. Количество извести, которое надо внести, чтобы исправить ситуацию, зависит от кислотности почвы. Как правило, на минеральных землях вносят от 100 до 600 г извести, мела, доломитовой или известняковой муки на 1 кв. м или 1 — 6 кг на сотку. При рН 4,5 — 5,0 дают 200 — 600 г известковых удобрений на 1 кв. м; при рН 5,0 — 5,5 — 100 — 400 г на 1 кв. м, при рН более 6,0 известкование вообще не проводят (смотрите таблицу № 2).
При внесении извести ее надо хорошенько перемешать с пахотным слоем. А потому можно пустить под перепашку или культивацию. Весной, если это необходимо, известкование проводят за 2 — 3 недели до посева под неглубокую перекопку.
Поскольку известь ускоряет процесс разложения органического вещества в почве, то для поддержания плодородия вместе с нею надо вносить навоз или другую органику. Но ни в коем случае нельзя совмещать ее с азотными и фосфорными удобрениями. В первом случае увеличатся потери азота, во втором — снизится доступность фосфора для растений. Если не знаете, можно ли смешивать известь с какими–то минеральными удобрениями, то вносите все по отдельности. Осенью — известь, а весной — «минералку».
Известь раскисляет почву, улучшает ее физические свойства, усиливает деятельность полезных микроорганизмов, а также снижает подвижность вредного для культур элемента — алюминия. С известью в почву поступает необходимый растениям кальций, который стоит на 4–м месте по важности после азота, фосфора и калия. К плюсам известкования также можно отнести и повышение рыхлости почвы — такой грунт будет хорошо впитывать влагу и удерживать ее недалеко от поверхности. Так корни растений получат оптимальную пропитку даже в жаркую погоду. Если известкование проведено правильно, то в несколько раз повышается урожай овощей, ягод и плодов, растения становятся более устойчивыми к заболеваниям.
Но известью не стоит злоупотреблять: во всем важна мера. Чрезмерное известкование приведет к дефициту в почве меди и бора, снизит поступление калия. Растения начнут чаще болеть. К тому же почва станет щелочной и в ней увеличится количество молибдена, который в переизбытке вреден для культур.
В каком виде вносить известь в почву? Поскольку она должна хорошо перемешаться с почвой, то использовать ее лучше как порошок. Негашеная известь не подходит: она комковатая. Поэтому ее нужно погасить, то есть залить водой — на 100 кг извести 4 ведра воды. После того как вода впитается, известь примет порошкообразный вид и ее можно использовать. Гашеная известь (или пушонка) в первые несколько лет нейтрализует почву быстрее, чем обычная известковая мука.
После внесения извести почву необходимо перекопать на глубину 15 — 20 см. Иначе эффективность известкования снижается. Осеннее известкование позволяет более точно отрегулировать соотношение кислот и щелочей в почве, причем результат сохранится на более длительный срок, чем при внесении извести весной.
СОВЕТ «СБ»
Для закисления почвы, предназначенной под выращивание овощей, лучше всего использовать компост или навоз. В среднем для понижения кислотности на 1 рН на 1 кв.м почвы достаточно внести 9 кг компоста или 3 кг навоза.
На средне– и сильнокислых почвах вы наверняка найдете сфагнум, пушицу, подбел, кошачью лапку, щавель, марьянник дубравный, подорожник большой,
кислицу обыкновенную, лютик ползучий, хвощ, фиалку трехцветную, веронику дубравную, белоус, щучку дернистую, мокрицу.
На слабокислых и нейтральных почвах великолепно растут ромашка непахучая, мать–и–мачеха обыкновенная, клевер, донник белый, пырей ползучий, калужница болотная, сушеница, лютик ядовитый, толокнянка, седмичник европейский, белозор болотный, фиалка собачья, сердечник луговой, вейник наземный, осот полевой.
Щелочные почвы выдадут смолевка белая, живокость, мак–самосейка, пупавка красильная, люцерна серповидная, осока мохнатая, лядвенец рогатый, гусиная лапка, крапива, пырей и клевер.
Кислотность и щёлочность почвы. Влияние на урожай. Рост и развитие здорового пшеничного растения
Например, почва с рН = 5 в 10 раз превышает кислотность почвы, рН которой составляет 6, а почва с рН = 4 в 100 превышает кислотность почвы с рН = 6. Почвы со значением рН = 7 считаются нейтральными, а те, в которых это значение ниже, – кислыми, выше – щелочными. Почвы с рН ниже 6,6 в сельскохозяйственном производстве считаются кислыми. Для пшеницы значение рН между 5,5 и 7,5 является самым благоприятным для роста пшеницы и формирования высокого урожая. Но указанные значения рН могут быть разными для разных почв, разных мест выращивания и разных сортов пшеницы (рис. 1).
В кислых почвах концентрация обменных кислотных катионов алюминия и марганца будет больше, чем концентрация основных катионов кальция, магния, калия и натрия, а в щелочных почвах наоборот. Считается, что для растения пшеницы питательные вещества оптимально доступны при значениях рН от 6 до 7 (рис. 2). При снижении указанного значения рН доступность ключевых питательных элементов либо очень снижается, либо повышается настолько, что элементы становятся токсичными для растения.
Кислотность и щелочность также влияют на многие биологические процессы, протекающие в почве, а также на болезнетворные организмы, причиняющие вред пшенице, клубеньковые бактерии, которые развиваются на корнях бобовых растений и способны поглощать азот из атмосферы. Азот хорошо связывается клубеньковыми бактериями в нейтральных или щелочных почвах, а в кислых почвах этот процесс угнетается.
Кислые почвы
Кислотность почвы всегда была потенциальным ограничивающим фактором урожая пшеницы в регионах Северной Америки, где почва в своем естественном состоянии кислая. Однако это явление стало проблемой и для других регионов, в которых почва подкислялась азотными удобрениями. Применение извести для повышения рН почвы в регионах, где оно упало на две единицы, а также для снижения алюминиевой токсичности и повышения доступности питательных веществ стало нормальным явлением (фото 1).
Фото 1. Влияние кислой почвы (штат Оклахома)
Причины изменения кислотности почвы
Химический состав материала, из которого формируется почва, – определяющий фактор ее кислотности. Например, почвы, сформированные на известковых сланцах или известняке, имеют высокое изначальное значение рН. Для того чтобы они стали кислыми, нужно больше времени, чем для тех, которые образовались на гранитах и песчанике. Кроме того, на кислотно-щелочной баланс (рН) почвы влияет геологический возраст ландшафта – время, в течение которого из исходного материала формировалась почва. Чем длиннее период воздействия погодных условий и чем интенсивнее этот процесс, тем больше будет удалено из почвы исходного материала и, следовательно, будет ниже рН. Там, где годовой уровень осадков превышает годовую норму испарения и влага накапливается в почве, существует высокий потенциал выщелачивания растворимых солей и основных минералов вниз по профилю почвы, за пределы корневой зоны. Постепенно почва становится более кислой. Выщелачивание в процессе орошения может также стать причиной повышения кислотности почвы, в зависимости от интенсивности применения воды и ее щелочного баланса (рН).
Аммонийный азот (NH+4), внесенный в почву или полученный в результате разложения пожнивных остатков и органического вещества почвенными бактериями, превращается в нитрат азот (соль азотной кислоты N03+). Это преобразование аммония в нитрат азота происходит благодаря микроорганизмам. В результате такой реакции высвобождается два иона водорода Н+, что приводит к повышению кислотности почвы. Кроме того, ионы аммония, смешанные в концентрированной форме с поверхностным слоем почвы, могут быть замещены другими основными ионами, такими как кальций и калий, которые впоследствии постепенно опускаются вниз по профилю почвы в процессе выщелачивания. В течение последних нескольких десятилетий этот процесс считается причиной увеличения кислотности почвы в тех местах, где почвы изначально были нейтральными или слегка щелочными.
Азотные удобрения начали активно использоваться для выращивания пшеницы и других культурных растений с 1950 годов. С появлением в 1960 годах новых высокоурожайных карликовых сортов пшеницы, которые имеют свойство положительно реагировать на применение высоких доз азотных удобрений, то есть без угрозы полегания стеблей, интенсивность использования азотных удобрений увеличилась еще больше.
Вынос с урожаем кальция, калия и магния также в некоторой степени влияет на подкисление почвы. Стебли и листья содержат в 3-4 раза больше основных минералов, чем семена. Использование растений в качестве фуража или удаление соломы с поля в течение многих лет, в свою очередь, приводит к еще большему удалению минералов с поля по сравнению с вариантом, когда убираются только семена.
Еще одна причина увеличения кислотности почвы – разложение органического материала, особенно в очень влажных почвах. Если разложение происходит при отсутствии достаточного количества кислорода, освобождаются ионы Н+, много органических кислот и большой объем углекислого газа (С02). Углекислый газ реагирует с водой, в результате чего образуется угольная кислота. Если осуществляется дренаж почвы и восстанавливается поступление в почву кислорода, много кислоты удаляется из почвы с помощью микроорганизмов или в результате других химических процессов. Вклад в окисление почвы со стороны разложения органической материи будет небольшим. Для незначительных изменений, которые наступают в результате этого процесса, понадобится много лет.
Влияние кислотности почвы на физическое состояние и продуктивность пшеницы
Урожай пшеницы начинает уменьшаться с понижением рН почвы до 5,5-6. Уровень снижения урожая при повышении кислотности почвы зависит от сорта пшеницы, типа почвы и погодных условий в данном регионе. Прогрессирующее снижение урожая с понижением значения рН происходит не из-за более высокой концентрации ионов водорода в более кислой почве. Прямое влияние кислотности со стороны высокой концентрации водорода на рост пшеницы наблюдается только при значении рН ниже 3. Причиной снижения продуктивности пшеницы с повышением кислотности почвы является изменение растворимости многих ионов, содержащих питательные элементы.
Растворимость одних ионов повышается настолько, что они становятся токсичными для пшеницы. Другие же ионы, наоборот, становятся до такой степени нерастворимыми, что растение испытывает недостаток в них. Высокая концентрация алюминия или марганца в нейтральных почвах не проявляют токсичности, но приводит к резкому снижению урожайности на кислых почвах. Алюминий не играет существенной роли в росте пшеницы, а вот марганец, медь и цинк существенно влияют на этот процесс.
Низкое значение рН может также привести к тому, что медь, цинк и бор станут токсичными. При этом высокая концентрация этих ионов может стать причиной проявления на растениях симптомов дефицита питательных веществ. Высокая концентрация растворимого алюминия и марганца может быть помехой в поглощении, транспортировке или использовании растением некоторых питательных веществ, а именно кальция, калия, фосфора, магния и молибдена. Это приводит к дефициту в почве этих элементов, хотя при других условиях этого количества питательных элементов было бы достаточно для пшеницы. Дефицит фосфора является существенным фактором на кислых почвах, поскольку он связывается с железом и алюминием в нерастворимые соединения. Дефицит доступного фосфора может наблюдаться, если значение рН находится у другого края шкалы рН, то есть в щелочных почвах, в которых фосфор также образует малорастворимые соединения. Примером в данном случае может служить кальциевый фосфат.
Корректировка кислотности почвы
Кислотность почвы может быть снижена путем внесения известкового материала (рис. 3). Сельскохозяйственная известь (карбонат кальция, карбонат магния или их смесь) – самое распространенное средство для нейтрализации кислоты. Другие известковые материалы включают в себя кальциевые и магниевые закиси и окиси водорода, а также другие побочные продукты горной добычи.
Чистота продукта обычно оценивается по кальциево-углеродному эквиваленту (ССЕ) либо по содержанию кальциевого карбоната (ЕСС). Большинство штатов, где кислые почвы ограничивают урожайность пшеницы, определили основные направления тестирования почвы для выявления потребности в извести, чтобы помочь производителям правильно корректировать кислые почвы. Известковый материал должен быть перемешан с почвой на глубину 4-6 дюймов. Плохое перемешивание может привести к образованию целой сети затеков с высоким содержанием щелочи, которые будут чередоваться с кислотными затеками. При плохом перемешивании кислой почвы в верхнем слое может сформироваться слой с высоким содержанием щелочи.
Рис. 3. Химическая реакция извести (карбонат кальция СаСO3) и кислотных частиц почвы, в результате которой значение рН почвенного раствора становится нейтральным (Г. Джонсон, Р Узстерман, и Д. Минтер, 1988)
Щелочные почвы
Щелочные почвы влияют на состояние пшеницы и ее продуктивность через уменьшение доступности имеющихся в почве питательных веществ (рис. 2). Когда значение рН равно или больше 8, особенно дефицитным становится фосфор. Дефицит таких микроэлементов, как цинк и медь, также может иметь место, но это не очень сильно влияет на урожайность культуры (если наличие указанных элементов не будет слишком малым в корневой зоне). Ленточное внесение фосфора в щелочную почву, особенно вместе с аммонийным азотом, может помочь удержать эти питательные микроэлементы в ней. Ленточное внесение фосфора уменьшает степень его контакта с почвой, и это способствует меньшему образованию растворимых солей, таких как кальциевый фосфат. Другим важным путем влияния щелочной почвы на рост, развитие и урожайность пшеницы является наличие лишней соли в почвенном растворе.
Засоленная почва и почва с высоким содержанием натрия
Засоленность почвы определяется содержанием в ней растворимых солей. Соли образованы в основном натриевыми, кальциевыми и магниевыми катионами с хлорными и серными анионами. Незначительную часть составляют калийные катионы, бикарбонатные, карбонатные и нитратные анионы, хотя при определенных условиях они могут быть основными составляющими частями почв.
Как кислотность, так и засоленность почвы может быть результатом унаследованных или остаточных свойств геологического исходного материала почвы, результатом процесса формирования почвы, ландшафта, результатом естественного дренажа или разграничивающих подпочвенных слоев. Иногда же главной причиной повышения уровня засоленности почвы является сельскохозяйственная практика использования почвы в засушливых местах, где интенсивно применяется орошение.
Cчитается, что для растения пшеницы питательные вещества будут оптимально доступны при значениях рН в пределах 6,0-7,0. Если уровень рН ниже, то ключевые питательные элементы будут либо менее доступны, либо наоборот, станут для растения токсичными
Натриевая (содовая) почва – это почва с высокой концентрацией натрия. Она создает дополнительные трудности для освоения почв из-за плохой структурированности и недостаточной пористости по сравнению с другими засоленными почвами.
Традиционно используются три вида анализов для измерения содержания соли в почве: электропроводимость (ЕС), процент замещения натрия (ESP) и абсорбирующий коэффициент натрия (SAR). Показатель рН почвы также используется как индикатор наличия натрия в почве. Обычная почва имеет электропроводимость меньше 4 mmho/cm, процент замещения натрия – меньше 10%, абсорбирующий коэффициент – меньше 13 и рН – меньше 8,3. Самозасаливающая почва обычно делится на три категории: засоленная, засоленная натриевая, незасоленная натриевая.
Много солей – водный стресс
Основное влияние соли на растение – ограничение потребления воды корнями. При увеличении концентрации соли в почвенном растворе корням становится труднее поглощать воду из солевого раствора. На почвах с высокой концентрацией солей у растений наблюдается водный стресс, вследствие чего растения прекращают рост. Особенно это наблюдается при снижении влажности почвы, так как это приводит к резкому увеличению концентрации соли в почвенном растворе.
Реагируя на засоленность, растение направляет энергию не на рост, а на сохранение способности корневой системы поглощать воду. Это выражается в первую очередь в изменении размеров клеток. Клетки продолжают делиться, но не увеличиваются в размерах в значительной степени. Cоответ‑ственно, пшеница, выращенная на засоленной почве, всегда будет небольших размеров. Клетки с ограниченным размером также появляются в большом количестве у части растений, получивших водный стресс, обычно они имеют темный сине-зеленый цвет. Засоленность почвы в зависимости от количества и типа имеющейся соли также может быть причиной дисбаланса питательных веществ в растении. Высокий уровень содержания натрия может привести к дефициту в растении кальция и, возможно, даже магния.
Растение более чувствительно к наличию соли в период прорастания семян и появления всходов, чем в более поздние фазы. На ранних стадиях развития повреждение растений и снижение густоты стояния начинаются при электропроводности, равной 4 mmho/cm.
Солончаки на сухих землях
Обрабатываемые площади полузасушливых земель на севере Великой Равнины и в других местах были утеряны из-за солончаков (фото 2). Многие из этих почв, а также их материнская порода в своем естественном состоянии были насыщены растворимыми солями, в основном в виде сульфатов натрия, кальция и магния. Солончаки образуются в результате того, что избыточная вода, проникающая вниз по профилю почвы, содержит в себе растворимые соли. Она формирует почвенные воды над водонепроницаемыми слоями (глина, сланец или скальный грунт) или концентрируется в высокопроницаемых слоях (песок, угольные пласты), под которыми лежит водонепроницаемый слой породы. Место, где происходит глубокое проникновение воды, называется участком перезарядки.
Со временем такая вода поднимается до уровня 1,2-1,5 м, причем в других местах уровень грунтовых вод может составлять 4-5 м от поверхности. Затем по почвенным капиллярам грунтовая вода поднимается к поверхности почвы, в результате чего может сформироваться небольшой участок засоления. Испарение воды приводит к увеличению концентрации соли на поверхности почвы.
Время, необходимое для формирования солончакового пятна, зависит от количества осадков, глубины непроницаемого или в большой степени проницаемого слоя, его подпочвенной топографии, а также от системы земледелия. Некоторые солончаковые пятна увеличиваются относительно быстро, но все-таки это длительный процесс – около 20 лет и больше. Удивительно, что солончаковые пятна могут быть проблемой даже в местах с годовым уровнем осадков, равным 10 дюймам (250 мм). Основной причиной образования неглубоких грунтовых вод, которые формируют солончаковые пятна, является система земледелия, при которой неэффективно используются имеющиеся осадки. Овощной севооборот является основным фактором просачивания воды и формирования солончаковых источников. В почве накапливается больше воды, чем может удержать почва в корнеобитаемой зоне. Глубокое проникновение воды под корнеобитаемую зону выражается не только в низком фактическом урожае культур и солончаковых пятнах, но и в снижении урожая из-за недостатка влаги для растений.
Когда значение рН равно или больше 8, особенно дефицитным становится фосфор. Ленточное внесение фосфора в щелочную почву, особенно вместе с аммонийным азотом, может помочь удержать в ней питательные микроэлементы
Перед ремонтом крана сначала надо перекрыть воду. Точно так же перед проведением превентивных мер и восстановлением солончаковых почв нужно прекратить глубокое проникновение воды в грунтовые воды. Этого можно добиться с помощью интенсивного земледелия с набором культур, способных максимально использовать имеющиеся в данном регионе осадки. Одним из подходов может быть использование летних паров в засушливые годы и посев культур исходя из имеющегося почвенного запаса влаги и предполагаемых осадков в период их роста и развития. Противоэрозийная обработка почвы, обеспечивающая увеличение сохранения запасов почвенной воды, может позволить выращивать культуры, потребляющие много воды. Растения с глубокой корневой системой, потребляющие большое количество воды (например люцерна, подсолнечник, сафлор), на таких почвах ускоряют восстановление солончаков. При этом уровень грунтовых вод понижается, и солончаковые пятна высыхают. Выпадающие осадки будут постепенно перемещать соли в глубину почвы. В результате плодородность почвы повышается. Посев в солончаковых местах растений, которые хорошо выдерживают засоленность, способствует дренажу и восстановлению этой почвы. В некоторых ситуациях может быть необходимо осушение солончаков. Если почва имеет высокое содержание натрия, то, возможно, будет необходимо внести кальций. Для этого, как правило, используют гипс.
Солончаки, появившиеся вследствие ирригации
Проблема солончаков, возникших вследствие ирригации, может также стать причиной высокого уровня грунтовых вод. Ситуация, когда вода подходит к поверхности и испаряется, приводит к накоплению солей. Такое явление может возникнуть в результате просачивания воды из каналов, траншей, применения воды больше, чем ее может вобрать в себя почва, и в большем количестве, чем необходимо растениям, либо полив по слишком длинным для данной почвы и для данного культурного растения бороздам. Высокая концентрация соли в поливной воде увеличивает засоленность почвы на орошаемом поле независимо от дренажа и неглубокого уровня грунтовых вод.
Во избежание вторичной засоленности почвы в результате орошения рекомендуется обеспечивать адекватный дренаж, использовать качественную воду, предотвращать утечку воды из систем при ее подводе к полю. Полив следует осуществлять так, чтобы не выливать лишнюю воду. Кроме того, следует предотвращать повышение уровня грунтовых вод.
Усовершенствованный дренаж почвы необходим для восстановления засоленной почвы на орошаемых площадях. Поливная вода и осадки переместят излишнюю соль ниже, в корневую зону. При этом, если концентрация натрия высокая, для замены замещаемого в почве натрия необходимо добавлять кальций, в большинстве случаев в виде гипса.
Фото 2. Влияние просачивания соли на поверхность почвы (штат Монтана)
Справка
Солончаковые почвы имеют электропроводность (ЕС)4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – меньше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – меньше 13, а рН – меньше 8,3 (см. таблицу 1). Появление на поверхности белой корки – обычное явление после высыхания солончаковой почвы. Поскольку концентрация натрия относительно небольшая, структура почвы и коэффициент фильтрации сравнимы с несолончаковыми почвами.
Несолончаковые натриевые почвы имеют электропроводность (ЕС) меньше 4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – больше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – больше 13, а рН – обычно между 8,5 и 10.
Большое количество насыщенного натрия становится причиной депрессии частиц почвы и органической материи. Такие почвы имеют плохую структуру, низкую пористость, низкий коэффициент фильтрации воздуха и воды, а также склонны к образованию блюдец на поверхности. Из-за низкого коэффициента фильтрации доступность воды для растения пшеницы со временем уменьшается. Содовые (натриевые) почвы часто встречаются небольшими площадями в регионах с малым количеством выпадения дождей, эти места часто называют «блестящими пятнами». Высота пшеницы, сила роста растений и достижимый урожай в таких местах обычно намного меньше, чем на прилегающих к ним полях.
Солончаковые натриевые почвы имеют электропроводность (ЕС) больше 4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – больше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – больше 13, а рН – меньше 8,3 при наличии избытка растворимой соли. Но если соли выщелачиваются в подпочвенный профиль без добавления кальция, рН может увеличиться до 8,5, потому что натрий становится доминантным катионом. Тогда почва может стать натриевой, а натрий будет влиять на структуру и другие свойства почвы.
Р. Джеймс Кук,
Министерство сельского хозяйства США, исследовательская сельскохозяйственная служба, Госуниверситет Вашингтона
Роджер Дж. Фесет,
Служба по корпоративному распространению