Моделі родючості ґрунту: оптимальне поєднання поглинутих обмінних катіонів у складі ҐВК

Чи є оптимальний рівень рН ґрунту гарантією правильного балансу увібраних катіонів?

Найсприятливіші умови для росту і розвитку більшості культурних рослин і засвоєння ними елементів складаються за рН ґрунтового середовища та колоїдів ґрунту дуже слабокислого і нейтрального (рН сол. 5,6-7, рН вод. 6,1-7). Бактерії надають перевагу нейтральній і лужній реакції, а гриби — кислій. При рН сол. нижче 5,6 та рН вод. нижче 6,1 у ґрунті більше розростаються гриби, при високій рН сол. і вод. більше 7,1 починають з'являються бактерії. За рН сол. 5,6-7 і рН вод. 6,1-7 створюється ґрунтове середовище, в якому бактерії і гриби функціонують разом добре.

Коли у ґрунті рівень обмінної кислотності дорівнює 7 або вище, то вміст водню у складі ҐВК буде нульовим. При спусканні нижче від рівня рН обмінної 7, вміст увібраних катіонів Н+ в ґрунті буде збільшуватися й обмінний водень почне зростати. Якщо рН обмінної буде в межах 7-6,9, то водень зросте до 1,5%. При рН 6,8 обмінний водень у складі вбирного комплексу збільшиться до 3%. На кожне зменшення рН на 0,1 нижче від рН 7 обмінний водень зростатиме на 1,5% до досягнення рівня рН 6. При 10,5% насиченості ґрунту катіонами Н+ рівень обмінної кислотності становитиме 6,3, а при 15% насиченості ґрунту увібраними катіонами водню рН ґрунтового середовища дорівнюватиме 6.

Показник рН ґрунту не має слугувати індикатором щодо потреби внесення кальцієвих добрив і бути, як вважають більшість агрономів, однією з головних характеристик родючості ґрунту та його важливих властивостей, яка суттєво впливає на продуктивність. Оптимальний рівень рН ґрунтового середовища не гарантує правильного балансу увібраних катіонів у складі ҐВК.

Як залежить pH від балансу Ca, Mg, Na, R, H, Al  

Ґрунт із високим вмістом магнію і низьким вмістом кальцію може показати нормальний рН 6,5 та містити абсолютно недостатню кількість кальцію. Надлишок будь-якого з основних катіонів (кальцію, магнію, калію і натрію) може призвести до підвищення рН, а брак будь-якого з них — до зниження рівня ґрунтового розчину. Магній більше впливає на рН ґрунту, ніж кальцій. Як тільки магнію в ґрунті стає забагато, рівень рН різко зростає. Магній, якщо порівнювати його дію з однаковою кількістю кальцію, може підвищити рН в 1,67 разів більше, ніж кальцій. Калій може вплинути на рН навіть більше, ніж кальцій і магній. Надзвичайно високий вміст натрію веде до надзвичайно високого рівня рН ґрунтового середовища.

На рівень рН ґрунту впливають усі чотири основні обмінні катіони: кальцій, магній, калій і натрій. Потрібна рівновага обмінних катіонів вбирного комплексу ґрунту, інакше рівень рН не матиме значення. Рівень ґрунтового середовища регулюється самостійно, коли кальцій, магній, калій і натрій перебувають у стані належної рівноваги. Рівновага рН в межах 6,2 або 6,3 для культур, в основі якої покладений баланс цих чотирьох елементів, сприятиме росту та належної врожайності відповідно до виду рослин та характеру ґрунту.

Ґрунти, в яких до складу увібраних основ входять катіони водню й алюмінію, вважаються ненасиченими основами (кислими). До ненасичених ґрунтів належать підзолисті та частково сірі опідзолені ґрунти Полісся і опідзолені чорноземи лісостепової зони. У підзолистих ґрунтах вміст увібраних катіонів водню коливається у великих межах і часто досягає 40-70%. ґрунти з увібраними іонами водню і, алюмінію найбільш кислі, безструктурні, мають несприятливі фізичні властивості і легко запливають.

Підвищена кислотність ґрунту: в чому мінуси

Підвищена кислотність погіршує фізичні й фізико-хімічні властивості ґрунту, пригнічує діяльність ґрунтових мікроорганізмів (особливо нітрифікаторів, азотфіксаторів), знижує родючість ґрунту та засвоєння рослинами елементів живлення, погіршує ефективність використання добрив на 20-40%, зменшує урожайність культур на 20-30%, а то й на 50-60%. В рослинах вплив кислотності ґрунту проявляється в порушенні ферментативних процесів, вуглеводного та білкового обміну, синтезу хлорофілу, зміні в кислий бік реакції клітинного соку. Підвищена кислотність ґрунту зменшує ріст коренів, негативно вливає на фізико-хімічні властивості плазми клітин коренів, на їх проникність для поживних речовин.

Ґрунти з підвищеною кислотністю та низькою здатністю протидіяти явищам підкислення (низька буферність ґрунту) найбільш поширені на Поліссі, в західних регіонах Лісостепу та Карпатській буроземно-лісовій області. Найбільш розповсюдженими ґрунтами в Поліссі є дерново-підзолисті. Основну частину становлять піщані та глинисто-піщані ґрунти. Дерново-підзолистим ґрунтам властива низька родючість, зумовлена невеликим вмістом гумусу (0,7-2%), середнім вмістом рухомогоо фосфору, низьким вмістом рухомого калію, незначним вмістом мікроелементів. Для всіх дерново-підзолистих ґрунтів характерна висока кислотність і незадовільні фізико-хімічні властивості. Величина рН сольової витяжки дерново-підзолистих ґрунтів коливається в межах 4.4-6,0. Розчинні форми макро- і мікроелементів вимиваються водою. У ҐВК ґрунтів високий вміст водню та алюмінію, низький вміст кальцію і магнію.

Регіони поширення кислих ґрунтів достатньо забезпечені вологою (ГТК більше 1) з переважанням промивного, застійно-промивного типу ґрунтоутворення. У південних регіонах, навпаки, переважає дефіцит вологи та непромивний тип ґрунтових процесів. ґрунти Лісостепу займають проміжне положення — їм притаманний як промивний, так і непромивний типи ґрунтоутворення. Вони займають майже 35% загальної площі сільськогосподарських угідь і мають різну здатність протидіяти явищам підкислення або підлуження.

Оптимальні показники насиченості ґрунту основами

Показник увібраних катіонів калію в складі ҐВК має бути від 2 до 5%, а натрію — 0,5-3%. Відповідно інші основи повинні становити від 2 до 4%. Вони потрібні в ґрунті в дуже малих кількостях. Коли у ґрунті натрію більше, ніж калію, він буде викликати розширення клітинних стінок. При сумарному відсотку К і Na понад 10% рослина не зможе поглинати достатньо марганцю. Марганець дуже важливий для формування зерна.

Найбільше калію міститься в глинистих чорноземних ґрунтах з нейтральною реакцією ґрунтового середовища. У засолених його вміст значно вищий, тому досить часто немає потреби у застосуванні на них калійних добрив. У ґрунтах легкого гранулометричного складу (піщаних і супіщаних) з високою кислотністю вміст калію значно менший. Найбідніші на калій торф'яні ґрунти, де вміст цього елемента від 0,03 до 0,15%. Вміст у ґрунті рухомого калію, який є основною формою для живлення рослин, становить лише 0,5-2% валового.

У природі досить поширені, особливо в зоні сухих степів, ґрунти, які у вбирному комплексі містять від 10 до 40, а інколи навіть і до 50% катіонів натрію. Ґрунти, які містять натрій у вбирному комплексі, мають лужку реакцію, безструктурні; в них, як і в підзолах, колоїди вимиті з верхніх горизонтів у нижчі і добре виражені елювіальний та ілювіальний горизонти. Фізичні властивості їх також несприятливі для рослин. Лужна реакція ґрунту через високий вміст в ҐВК катіонів натрію несприятлива для вирощування більшості культур, знижує доступність для рослин фосфору, заліза, мангану й бору. Основною причиною загибелі рослин на засолених ґрунтах є високий осмотичний тиск ґрунтового розчину, який перевищує тиск їх клітинного соку, внаслідок чого зменшується надходження води в окремі тканини, збільшується транспірація, погіршується асиміляція, дихання та утворення цукрів, що призводить до висихання й загибелі рослин.

Потреба у меліорації солончакових ґрунтів зростає (від слабкої до середньої і сильної) зі збільшенням частки натрію в ҐВК з 5 до 20%. Тому гіпсування більше потребують солончакові ґрунти (містять 10-20% іонів Na) і солонці (містять більше як 20% іонів Na у ҐВК). Солонцеві і повторно осолонцьовані ґрунти трапляються майже в усіх регіонах Лівобережної України, але найбільші їх площі в Південному Степу. Отже, склад катіонів вбирного комплексу зумовлює важливі агрономічні властивості ґрунту (структура, фізико-хімічні властивості, механічний склад, вміст речовин тощо).

Карта ґрунтів

Інтерактивна карта ґрунтового покриву України

Знову про баланс. Тепер катіонів

Вищенаведені параметри оптимальних відсотків насиченості ґрунту основами в агрохімічному аналізі ґрунту дають інформацію про відсутність або наявність проблем у складі увібраних катіонів ҐВК, які викликають небажані зміни в реакції ґрунтового розчину, рухливості поживних речовин і їх доступності рослинам, фізичних й фізико-хімічних властивостях ґрунту, ефективності використання добрив. Ґрунт із дефіцитом певного катіона у складі вбирного комплексу обов'язково матиме забагато другого увібраного катіону. Потрібно розуміти, що, наприклад, насичуючи ґрунт калієм до 7,5% і маючи у складі ҐВК 10% магнію і 70% кальцію, якийсь катіон повинен витіснитись із вбирного комплексу і звільнити місце для нього. Це може бути водень, якщо рівень рН нижче 7. Зі складу насиченості ґрунту основами катіони К+, Na+, H+ мають лише один позитивний заряд «+», а катіони Са₂+, Mg₂+ несуть подвійний позитивний заряд «++». Са₂+, Mg₂+ — сильні катіони, які здатні виштовхувати катіони з одним позитивним зарядом “+”. По силі витіснення із ҐВК катіони від сильного до слабшого можна розташувати у такому порядку: Са₂+, Mg₂+, К+, Na+, H+. 

За рівня рН вище 6,5 у складі ҐВК залишаються дуже мало колоїдів з негативним зарядом. При цьому катіони калію не зможуть виштовхнути достатню кількість водню і прикріпитися до ґрунтових колоїдів. Рідко можна спостерігати підвищення вмісту калію в ґрунті при рН вище 6,5. При рН ґрунтового середовища 6,5 рівень насиченості ґрунту катіонами H+ буде складати 7,5%. При рівні рН вище 6,5 за низької кількості калію потрібно розглядати програму підтримки вмісту К₂О в ґрунті невеликими дозами добрив через його можливість вимивання із вбирного комплексу. Не потрібно працювати на підвищення рівня калію у складі ҐВК та вносити великі дози калійних добрив за його низького вмісту у ґрунті до тих пір, поки не відбудеться зниження рН нижче 6,5. За рівня рН нижче 6,5 калій утримується в ґрунтовому колоїді. Це частково пояснює, чому калій не затримується в глинистому ґрунті, коли рівень рН вище 6,5.

Не можна вносити калійні добрива у великих дозах про запас в депозит на декілька років наперед також на піщаних і супіщаних кислих ґрунтах, з яких калій вимивається, а потрібно їх вносити невеликими нормами. На легких піщаних ґрунтах через вимивання катіонів Са₂+, Mg₂+, К+ в ҐВК збільшується вміст водню, який підвищує кислотність. На піщаних ґрунтах, що потребують вапнування, за внесення калійних добрив посилюється нейтралізація ґрунтової кислотності, оскільки калій витісняє в розчин іони H+, Al₃+ і Mn₂+, що призводить до зменшення рН ґрунту. Ще більшого значення калійні добрива набувають після вапнування кислих ґрунтів. Значно легше за допомогою мінеральних добрив насичувати калієм хороший піщаний ґрунт, ніж важкий ґрунт. У середніх або важких за гранулометричним складом ґрунтах за умови застосування мінеральних добрив при низькому вмісті калію можна його вносити тоді, коли в ґрунті достатньо простору для утримування цього елемента глинистими колоїдами при рН нижче 6,5.

Моделі родючості ґрунту

Кожен тип ґрунту характеризується своїм гранулометричним складом, специфічним профільним розподілом фракцій і певним складом насиченості ґрунту основами. На основі багаторічних досліджень були запропоновані ефективні моделі родючості ґрунту з оптимальним поєднанням поглинутих обмінних катіонів у складі ҐВК. Для більшості типів ґрунтів правильні середні відсотки насиченості ґрунту увібраних катіонів повинні бути такими:

• кальцію — 60-70%,
• магнію — 10-20%,
• калію — 2-5%,
• натрію — 0,5-3%,
• водню — 10-15%,
• інших основ — 2-4%.

На легких піщаних ґрунтах оптимальні відсотки насиченості ґрунту основами мають бути такими:

• кальцію — 60%,
• магнію — 20%,
• калію — від 2 до 5%,
• водню — 10-15%,
• натрію — 0,5-3%,
• інших основ — 2-4%.

Відповідно на важких глинистих ґрунтах показники оптимальних відсотків насиченості ґрунту основами мають бути такими:

• кальцію — 70%,
• магнію — 10%,
• калію — від 2 до 5%,
• водню — 10-15%,
• натрію — 0,5-3%,
• інших основ — 2-4%.

За деякими даними ідеальні показники складу катіонів вбирного комплексу ґрунту мають бути в таких відсоткових інтервалах:

• кальцій — 65-80%,
• магній — 10-15%,
• калій — 1-5%,
• натрій — 0-1%,
• інші основи — до 5%.

Є інші пропозиції типових діапазонів насичення ґрунту основами:

• кальцій — 60-75%,
• магній — 10-20%,
• калій — 2-7%,
• натрій — 0-10%,
• водень — 0-10%.

На основі моделей ґрунту з оптимальним поєднанням поглинутих обмінних катіонів у складі ҐВК можна охарактеризувати різні типи ґрунтів, ґрунтоутворювальний процес, фізичні й фізично-хімічні властивості і їх родючість.

Ґрунти за підвищенням родючості можна розташувати у такій послідовності: дерново-підзолисті, сірі й темно-сірі лісові ґрунти, чорноземи типові, чорноземи звичайні та південні, каштанові ґрунти.

У степових районах вологозабезпечення є основним лімітуючим чинником для формування урожаю, а в Поліссі — кислотність та низька родючість ґрунтів. Чорноземні ґрунти Лісостепу і Степу та каштанові ґрунти містять значну кількість доступного для рослин калію, але мають невеликий вміст доступного фосфору та близько до нейтральної рН ґрунту і кращі водно-фізичні та біологічні властивості. Дерново-підзолисті, сірі й темно-сірі лісові ґрунти Полісся характеризуються високою кислотністю і незадовільними фізико-хімічними властивостями, низьким умістом рухомих сполук калію та мають середню кількість доступного фосфору. Калій в кислих ґрунтах легкого гранулометричного складу значній кількості мігрує по профілю. У дерново-підзолистих ґрунтах рухомий фосфор більш доступний до рослин, ніж в чорноземних ґрунтах. В нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи) утворюються менш розчинні фосфати кальцію і магнію, а в кислих дерново-підзолисті ґрунтах формуються більш розчинні фосфати алюмінію та заліза.

Найбідніші на мікроелементи зональні ґрунти Полісся, а максимальний уміст валових і рухомих форм характерний для ґрунтів Степової зони. Вміст заліза, цинку, міді і кобальту знижується від ґрунтів легкого гранулометричного складу з підвищеним рівнем кислотності до ґрунтів важкосуглинкових і глинистих із нейтральною реакцією ґрунтового розчину, тоді як вміст мангану, бору і молібдену навпаки збільшується від ґрунтів малобуферних до ґрунтів високобуферних від Полісся до Лісостепу і Степу. Зменшення вмісту заліза, цинку, міді і кобальту на карбонатних ґрунтах Степу і Лісостепу пов'язано з фіксацією їх кальцієм. Дефіцит міді спостерігається на торф'яниках, молібдену — на кислих дерново-підзолистих і сірих лісових ґрунтах, бору і молібдену — на червоноземах, мангану, заліза і цинку — на карбонатних ґрунтах.

Фосфорні добрива найефективніше застосовувати в умовах недостатнього зволоження на чорноземах звичайних і південних та на каштанових ґрунтах. Калійні добрива найліпше діють на торф'яних, потім на дерново-підзолистих і сірих лісових ґрунтах. На легких за гранулометричним складом ґрунтах зазвичай ефективніші азотні, калійні та мікродобрива, на важких — фосфорні добрива.

Сергій Хаблак, доктор біологічних наук

Підтримайте наші агромедіа

Будь-яка сума допоможе працювати на інформаційному аграрному фронті для вас