Диференційне вапнування кислих грунтів

Різна природна кислотність ґрунтів — це така сама даність життя, як сонце, дощ, хвороби чи смерть. Деякі ґрунти із часом стають ще кислішими, і цю тенденцію фермери та агрономи повинні контролювати, якщо вона впливає на виробництво.

Майлз Дайк, професор ґрунтознавства в Університеті Альберти, і Лінда Горім спільно очолюють дослідницький проєкт RDAR і Western Grains Research Foundation з управління кислотністю ґрунту в Альберті, Канада, вивчаючи агрономічні переваги вапнування і його вплив на здоров’я ґрунту.

Кислотність — це властивість, обумовлена наявністю в ґрунтовому розчині водневих (Н+) іонів. Представляється через рН зі значеннями від 0 до 14. рН 7,0 є нейтральним, рН ґрунту нижче ніж 7,0 є кислим, а вище ніж 7,0 — лужним. рН ґрунту 6,0 у 10 разів кисліший, ніж 7,0, а рН 5,0 — у 100 разів кисліший, ніж рН 7,0.

Якщо ви любите пиво чи келих вина, ви п’єте кислоту з рН 4,0. Дощова вода має рН 5,2, молоко має рН 6,5, а дистильована вода нейтральна із показником 7,0. Натомість океанічна вода має рН 8,0, а харчова сода — 9,0.

Нейтральний pH 7,0 має рівні концентрації іонів водню (H+) та іонів гідроксиду (OH-). За рН нижче 7,0 концентрація іонів водню зростає, і ґрунт стає більш кислим.

Деякі ґрунти природно кислі. Однак у деяких кислотність підвищується внаслідок впливу господарювання. Сьогодні найпоширенішою причиною підкислення ґрунтів є внесення амонійних добрив із високим умістом азоту (N). Елементарна сірка (S), мінералізація ґрунтового органічного азоту та сірки, активне поглинання рослинами азоту та вивітрювання мінералів також сприяють підкисленню ґрунту. Піщані ґрунти більш схильні до закислення, ніж глинисті.

Культури по-різному реагують на pH. Оптимальний рН для вирощування пшениці, ріпаку, ячменю та кукурудзи становить від 5,5 до 7,0, ці культури досить добре ростуть на підкислених ґрунтах. Аналогічно овес і тимофіївка добре ростуть на ґрунті з рН 5,0–6,5. Бобові культури та цукрові буряки добре ростуть на ґрунтах із рН 6,0–7,0, тоді як люцерна менш толерантна до закислення: її оптимальний рН 6,25–8,0, оскільки виживання бактерій Rhizobium і утворення бульбочок можуть бути порушені, коли рН нижче ніж 5,5.

Нижче оптимального рівня рН поглинання поживних речовин порушується і відбувається зниження рівня доступності поживних речовин у ґрунті. Зменшується стабільність структури ґрунту, а також може посилитися токсичність алюмінію. Також спостерігається підвищена чутливість рослин до хвороб.

З чого почати

Виробники та агрономи мають відстежувати поточний рН ґрунту та його зміни шляхом щорічного тестування ґрунтових зразків.

Професор Майлз Дайк говорить, що рН може варіюватися в межах поля та на різній глибині ґрунту. Кислотність зазвичай найвища у верхніх 5–10 см на більшості полів, де вносять високі норми азотних добрив. Відбір проб на глибині від поверхні ґрунту до 7,5 см, від 7,5 до 15 та від 15 до 30 см забезпечить найкраще розуміння рН на різних рівнях, тоді як один зразок на глибині від 0 до 15 см може замаскувати підвищену кислотність у верхніх 5 см. Наприклад, після багатьох років нульового обробітку зазвичай спостерігають розшарування (стратифікація) поживних речовин, і аналогічно можливе розшарування pH на різній глибині.

Польові середні значення також можуть маскувати проблеми з pH. Дайк говорить, що польове картування pH може бути цінним для розуміння просторової мінливості в межах поля. Крім того, воно може стати основою для внесення вапна зі змінною нормою.

Датчики ґрунту (наприклад, SoilOptix, EM38), які використовують багато постачальників послуг точного землеробства, можна використовувати для картографування pH та інших властивостей ґрунту на полі. Після створення карти поля на основі значення рН можна використовувати меншу кількість щорічних зразків для того, щоб відстежувати зміни в кислотності й підтверджувати правильність даних на створеній карті.

Дайк наводить приклад мінливості поля і показує кореляцію між органічною речовиною ґрунту та pH, а також рельєфом і pH. На полі найвищі значення pH від 6,5 до 7,5 були пов’язані з найвищим умістом органічної речовини в ґрунті (12 і 13,75%) і найнижчими висотами.

Найнижчі значення pH (від 4,5 до 5,0) спостерігали на найвищих горбах та за нижчого умісту органічної речовини (<8%). Хоча поля в інших місцевостях можуть мати протилежне значення рН.

Вапнування для підвищення pH

Вапнування (внесення карбонату кальцію; CaCO3) може підвищити рівень pH ґрунту, коли рівень кислотності починає впливати на вирощування сільськогосподарських культур. Наприклад, на ділянках Університету Альберти середня врожайність пшениці з 2010 по 2021 рік була значно збільшена за допомогою вапнування. Ділянки, які не отримували вапно з 1930-х років, мали рН 5,3 і врожайність 3,9 т/га. Ділянки, які після цього були вапновані, мали рН 6,0 і середню врожайність пшениці 5,4 т/га. На вапнованих ділянках у період з 1972 по 2001 роки було внесено приблизно 11,5 т/га, у 1972, 1986 та 2001 роках відповідно приблизно 2,0, 5,5 та 4,0 т/га.

«Спостерігалося доволі значне зниження врожайності, й поглинання поживних речовин також було набагато нижчим на невапнованому ґрунті, — говорить Дайк. — Поглинання азоту було приблизно на 20–25% нижчим на ділянках, на які не внесли вапно».

Карбонат кальцію (CaCO3), який вносять у ґрунт, виділяє вуглекислий газ (CO3 -> CO2), залишаючи кальцій у ґрунті. Кальцій зв’язує обмінну кислотність, і ця реакція триває доти, допоки карбонат кальцію не буде використано або кислотність не буде нейтралізована. Процес може тривати кілька років.

Існує багато типів матеріалів для вапнування, зокрема подрібнений вапняк (аглім), доломіт, мергель (вапнякову глину), дефекат, деревна зола, пил з печі для обпалювання цементу (CKD), гашене та негашене вапно. Кількість вапна, необхідного для підвищення рН, залежить від рН ґрунту до вапнування, буферної здатності ґрунту (катіонообмінної здатності), а також розчинності, здатності до нейтралізації кислоти та інших особливостей матеріалу для вапнування.

Норми вапна виражають в еквівалентах карбонату кальцію (ССЕ). Щебінь має CCE 1, негашене вапно 1,8, гашене вапно 1,35, доломіт 1,1. Рекомендовані норми вапна можна отримати в більшості комерційних лабораторій, які проводять аналіз ґрунту. CCE інших матеріалів, таких як CKD і деревна зола, коливається в межах від 0,5 до 0,8 і потребує тестування для визначення відповідних показників.

Слід враховувати, що більш дрібне вапно швидше розчиняється в ґрунті, тобто воно швидше вплине на зміну кислотності. Гашене та негашене вапно є дуже їдкими речовинами, тому надмірне їх внесення може погіршити якість ґрунту, що вкрай не рекомендується. Як варіант, можна розглянути одноразове внесення цих матеріалів на полях. Найкраще робити це восени, коли культури вже зібрані, поле відпочиває, а низькі температури будуть стримувати хімічні реакції.

«Змінна норма або внесення вапна за зонами лише там, де це найбільше потрібно, може допомогти компенсувати витрати», — говорить Майлз Дайк.

Надалі після внесення можна контролювати рН ґрунтового розчину за допомогою тест-смужок, щоб оцінити зміни кислотності та можливу реакцію культури.

«Вапнування слід розглядати як довгострокову інвестицію. Довгострокові втрати, пов’язані з бездіяльністю, набагато більші, ніж витрати, пов’язані з внесенням вапна, — стверджує Майлз Дайк. — Ви не побачите значних змін у перший рік після внесення, але одне внесення вапна матиме позитивний вплив на здоров’я ґрунту протягом наступних п’яти-десяти років».