РОЗДІЛ 4. ХІМІЧНА МЕЛІОРАЦІЯ ҐРУНТІВ

Внаслідок цих реакцій у ґрунтовому розчині збільшується концентрація іонів Са2+ і ОН-, причому іони Са2+ витісняють іони Н+ з ГВК та нейтралізують кислотність ґрунту.

Карбонати кальцію і магнію також безпосередньо взаємодіють з органічними та мінеральними кислотами і нейтралізують їх:

Отже, після внесення у кислий ґрунт повної норми вапна усувається активна й обмінна кислотність, значно знижується гідролітична кислотність. Вважають, що найсприятливіші умови для росту і розвитку більшості культурних рослин і засвоєння ними елементів живлення складаються за pH ґрунтового середовища близького до нейтрального і нейтрального, тобто від 5,5 до 7,0.

Ступінь взаємодії між обмінним кальцієм і кислотністю ґрунту оцінюють вапняним потенціалом, який визначають як зміну вільної енергії Гіббса в процесі реакції обміну між катіонами кальцію та водню в системі ґрунтовий вбирний комплекс – рідка фаза ґрунту і записують як pH – 0,5рСа.

Максимальна дія вапна на зміщення показника pH ґрунту досягається у перші 2 роки. Впродовж наступних 5 років знову відбувається поступове підкислення ґрунту і втрачається до 30 % досягнутого рівня нейтралізації. Через 7–8 років втрати досягають 50 % отриманого в перші 2 роки рівня pH. У зв'язку з цим перспективним є створення вапнувальних матеріалів пролонгованої дії, що пов'язано з вмістом широкого спектра часточок різного діаметра. Сировиною можуть бути, наприклад, відходи щебеневого виробництва. Застосування таких матеріалів дасть змогу підтримувати постійний рівень реакції ґрунтового середовища впродовж тривалого часу.

Перехід кальцію і магнію в ҐВК триває більш як 3 роки і залежить від кількості опадів, хімічного складу меліорантів, дози їх внесення, щільності складення, тонини помелу, рівномірності розподілу в ґрунті, застосовуваних добрив, мікробіологічної активності ґрунтів і т. д.

Карбонат кальцію слабко розчинний у воді (в 1 л дистильованої води розчиняється всього 13–15 мг СаСO3), але навіть незначна кількість вуглекислого газу підвищує розчинність вапна в 60 разів. Ґрунтове повітря порівняно з атмосферним містить у 10–100 разів більше СO2, який виділяється під час дихання живих організмів і розкладання органічних речовин. Отже, в ґрунтах із високою мікробіологічною активністю, де кількість виділення вуглекислого газу збільшується, зростає і швидкість взаємодії вапна з ґрунтом.

Хімічна активність вапнякових матеріалів великою мірою визначається розміром фракцій, з яких вони складаються, тобто тониною помелу або сумою поверхні їх часточок. Певне значення при цьому має щільність їх складення. Проте зі збільшенням дози меліоранту вплив тонини помелу знижується.

Структура кислотності провапнованих ґрунтів значно відрізняється від невапнованих: за однакових значень pH у провапнованих повною нормою ґрунтах тривалий час на дуже низькому рівні знаходяться обмінна кислотність і вміст рухомого алюмінію за високого ступеня насиченості ґрунту основами. Внесення повної норми вапна на кислих суглинкових і особливо важкосуглинкових ґрунтах іноді може бути недостатнім для досягнення оптимального значення pH.

На динаміку рівня і структуру кислотності ґрунту впливають також форми вапняних добрив. Так, на дерново-підзолистому ґрунті максимальна дія вапнякового борошна на його агрохімічні показники виявляється на 2–3-й рік, а доломітового борошна – на 5–6-й рік. Слід зазначити, що чим виший рівень pH, досягнутий після вапнування (особливо за pH >6), тим швидше відбувається наступне підкислення ґрунту, що зумовлено збільшенням втрат кальцію і магнію у разі внесенні високих норм меліоранта. Тому вапнування високими нормами неефективне та екологічно шкідливе, оскільки призводить до посилення втрат кальцію, магнію та інших елементів живлення внаслідок вимивання. Перевапновані (завапновані) ґрунти без урахування їхніх кислотно-основних буферних властивостей мають підвищену лужність. Це пригнічує ацидофільні рослини і призводить до непродуктивних витрат добрив, дефіциту рухомих форм мікроелементів тощо.

Екологічно небезпечними наслідками перевапнування кислих ґрунтів є:

– посилення процесів мінералізації органічних речовин;

– інтенсифікація процесів вимивання нітратів, кальцію і водорозчинних органічних речовин у підґрунтові води, емісія газоподібних сполук вуглецю й азоту в атмосферу;

– різке зміщення кислотно-основної рівноваги малобуферних ґрунтів несприятливе для вирощування традиційних для зони культур (люпину, жита, льону, картоплі тощо); знижується стійкість цих культур до хвороб;

– перевапнування нерідко є причиною виникнення дефіциту для рослин низки мікроелементів (міді, цинку, кобальту та ін.) через їх трансформацію в малодоступні для рослин форми та антагоністичний взаємовплив.

Післядія явища перевапнування кислих ґрунтів може тривати 2–3 і більше років.

Поряд зі зниженням кислотності, вапнування підвищує вміст кальцію в ґрунтовому розчині та ступінь насиченості ґрунту основами, впливає на інші властивості ґрунту. Кальцій, внесений з меліорантом, сприяє утворенню ґрунтових колоїдів, поліпшенню структури ґрунту, підвищує його водостійкість. Після вапнування поліпшуються водний і повітряний режими ґрунту та обробіток важких ґрунтів після дощу, на поверхні рідше утворюється кірка, посилюється життєдіяльність мікроорганізмів і мобілізація ними азоту, фосфору та інших елементів живлення з органічних речовин ґрунту. Вапнування сприяє розвитку азотфіксувальних бактерій (вільноіснуючих і бульбочкових). Крім того пригнічуються шкідливі мікроорганізми та знижується зараженість сільськогосподарських культур різними хворобами: капусти та інших капустяних – килою; картоплі й помідора – фітофторозом; ячменю – гельмінтоспорозом; коренеплодів – коренеїдом. Проте слід пам'ятати, що високі норми вапна можуть спричинити посилений розвиток деяких шкідливих мікроорганізмів, наприклад збудників парші картоплі, фузаріозу льону тощо.

Після вапнування ґрунтів поліпшується живлення рослин фосфором. Під дією вапна важкорозчинні фосфати алюмінію і заліза переходять у доступніші для рослин фосфати кальцію, посилюється життєдіяльність мікроорганізмів, які мінералізують органічні сполуки фосфору. Калій важкорозчинних мінералів інтенсивніше перетворюється на рухомі сполуки, а поглинений ґрунтом – витісняється в розчин, але засвоєння його рослинами внаслідок антагонізму між катіонами К+ і Са2+ не збільшується.

Крім того, вапнування впливає на рухливість та доступність для рослин мікроелементів. Сполуки молібдену переходять у більш засвоювані форми, а рухливість сполук бору, міді, цинку і мангану, навпаки, зменшується й рослини можуть відчувати їх нестачу. Тому на провапнованих ґрунтах ефективним є застосування мікродобрив, особливо під чутливі до них культури – буряк, конюшину, люцерну, льон, картоплю, гречку, цибулю та ін.

Збільшення pH ґрунту на 1,5-2,0 одиниці знижує рухливість кадмію у 4-8 разів, свинцю – в 3–6 разів, а рівень pH, що забезпечує найнижчу розчинність важких металів дорівнює 6,5. Внесення вапна в дозі 5 т/га знімає фітотоксичний ефект (здатність ґрунту пригнічувати ріст і розвиток рослин) (Μ. М. Овчаренко, 1995). Вапнування ґрунтів з підвищеним вмістом хрому може призвести до утворення рухомих і надзвичайно токсичних його сполук та навіть зробити їх непридатними для вирощування сільськогосподарських культур (А. І. Фатєєв, В. Л. Самохвалова, 2012). Тому перед вапнуванням необхідно обстежити ґрунти на ймовірний вміст у них підвищених кількостей хрому і молібдену, що є рухомими за нейтральної і слабколужної реакцій ґрунту.