Agricultural Consulting Service

Бізнес консалтинг. Створення сучасного бізнесу під ключ. Технічний аудит. Як отримати додатковий прибуток? Консультаційні послуги з сільського господарства, аквакультури, природних ресурсів, навколишнього середовища, безпечної енергії в промисловості та будівництві...

Home     Про нас     Реалізовані проекти агроконсалтингу

Дослідження впливу кислотності й лужності ґрунтів на розвиток рослин

Під редакцією

кандидата с.г. наук, PhD, Олексія Орлова

Знання кислотності і лужності грунтів, дуже важливо для сучасного сільського господарства. Так як кислотність і лужність ґрунтів впливає на ріст і розвиток рослин - на можливість вирощування тієї чи іншої культури, на рівень врожайності, на суму витрат і на прибутковість аграрного бізнесу.

Що таке кислотність лужність ґрунтів?

Кислотність й лужність ґрунтів - властивість ґрунтів, зумовлена наявністю в ґрунтовому розчині водневих (Н⁺) іонів. Представляється через показник рН.

PH грунту - це показник кислотності або лужності грунту. pH визначається як негативний логарифм (підстава 10) активності іонів водню / гидроксонія (H⁺ або, точніше, H₃O⁺_aq) в розчині.

Photo © Dr. Oleksii Orlov

Чорноземи зазвичай мають нейтральну реакцію, зазвичай з рН біля 7,0.  pH чорноземів коливається від 6,5 до 7,5

pH грунту зазвичай буває від 3 до 10, де 7 є нейтральним показником:

• нейтральні грунти мають pH 7

• кислі грунти мають pH нижче 7, а лужні грунти мають pH вище 7

• ультракислі грунту (pH <3,5) і дуже сильно лужні грунти (pH> 9) зустрічаються рідко

Класифікація грунтів за рівнем pH

Карта pH грунту: червоним – кислі грунти, жовтим – нейтральні грунти, блакитним – лужні грунти, чорним – нема данних. Photo source: Center for Sustainability and the Global Environment (SAGE)

Як вимірюють кислотність й лужність ґрунтів?

pH грунту вимірюється в рідкому розчині грунту, змішаному з водою (або в розчині солі, наприклад 0,01 M CaCl₂). Агрономи, найчастіше вимірюють кислотність грунту за допомогою спеціальних приладів.

Photo source: Stepsystems

Професійний прилад для вимірювання pH грунту pH meter COMBI-5000

Таким чином існує декілька практичних способів вимірювання кислотності та лужності грунтів:

• в лабораторії

• за допомогою індикаторного папера

• за допомогою професійних приладів - pH метрів

• за допомогою повністю автоматичних систем моніторингу грунтів та зрошення

Photo source: Stepsystems

Самий доступний метод – це вимірювання pH грунту за допомогою індикаторного папера

Photo source: Jxctiot

Професійна станція - повністю автоматична система моніторингу грунтів та зрошення для вимірювання pH грунту

Фактори, що впливають на pH грунту

PH природного ґрунтового покриву, залежить від мінерального складу вихідного матеріалу грунту (твердої частини грунту) і реакцій вивітрювання, яким піддається цей вихідний матеріал. У теплому і вологому середовищі з плином часу відбувається підкислення грунту, оскільки продукти вивітрювання вимиваються водою, що рухається через грунт. Однак в посушливому кліматі процеси вивітрювання та вимивання грунту менш інтенсивні, а pH грунту часто буває нейтральною або лужною.

Джерела кислотності грунтів

Багато процесів сприяють підкисленню грунту. А також ці процеси діють спільно. До таких процесів відносяться:

• Опади: кислі грунту найчастіше зустрічаються в районах з високим рівнем опадів. Дощова вода має слабокислий pH (зазвичай близько 5,7) через реакцію з CO₂ в атмосфері з утворенням вугільної кислоти. Коли ця вода протікає через грунт, це призводить до вимивання основних катіонів з грунту у вигляді бікарбонатів; це збільшує процентний вміст Al₃⁺ і H⁺ в порівнянні з іншими катіонами

• Дихання коренів: при диханні коренів і розкладанні органічної речовини мікроорганізмами виділяється CО₂, який збільшує концентрацію вугільної кислоти (H₂CO₃) і подальше вилуговування

• Ріст рослин: рослини поглинають поживні речовини у вигляді іонів (наприклад, NO₃^-, NH₄⁺, Ca₂, H₂PO₄^-), і вони часто поглинають більше катіонів, ніж аніонів. Однак рослини повинні зберігати нейтральний заряд в своє коріння. Щоб компенсувати додатковий позитивний заряд, вони вивільняють іони H + з кореня. Деякі рослини також виділяють в грунт органічні кислоти, які підкислюють зону навколо свого коріння і сприяють розчиненню металевих поживних речовин, які нерозчинні при нейтральному pH, таких як залізо (Fe).

• Використання добрив: амонійні (NH₄⁺) добрива вступають в реакцію в грунті в процесі нітрифікації з утворенням нітрату (NO₃^-) і в процесі вивільняють іони H^+.

• Кислотні дощі: при спалюванні викопного палива в атмосферу виділяються оксиди сірки і азоту. Вони реагують з водою в атмосфері з утворенням сірчаної та азотної кислоти під дощем.

• Окислювальне вивітрювання: окислення деяких первинних мінералів, особливо сульфідів і мінералів, що містять Fe₂⁺, викликає кислотність. Цей процес часто прискорюється діяльністю людини:

• Шахтні відвали: У грунтах біля деяких гірських виробок можуть утворюватися сильно кислі умови через окислення піриту.

• Кислі сульфатні ґрунти, що утворилися природним чином в заболочених прибережних і гирлових водах, можуть стати дуже кислими при осушенні або виїмки грунту.

Джерела лужності грунтів

Загальна лужність грунту збільшується з:

• Вивітрювання силікатних, алюмосилікатних і карбонатних мінералів, що містять Na⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺ і K⁺

• Додавання в грунту силікатних, алюмосилікатних і карбонатних мінералів; це може статися в результаті відкладення матеріалу, яка зазнала ерозії в іншому місці вітром або водою, або шляхом змішування грунту з менш вивітрені матеріалом (наприклад, додаванням вапняку до кислому ґрунті)

• Додавання води, що містить розчинені бікарбонати (як це відбувається при зрошенні водою з високим вмістом бікарбонатів).

• Накопичення лужності в грунті (у вигляді карбонатів і бікарбонатів Na, K, Ca і Mg) відбувається, коли через грунт протікає недостатньо води для вилуговування розчинних солей. Це може бути пов'язано з посушливими умовами або поганим внутрішнім дренажем ґрунту; в цих ситуаціях велика частина води, що потрапляє в грунт, випаровується (поглинається рослинами) або випаровується, а не проходить через грунт

• PH грунту зазвичай збільшується при збільшенні загальної лужності, але баланс доданих катіонів також виявляє помітний вплив на pH грунту. Наприклад, збільшення кількості натрію в лужному ґрунті має тенденцію викликати розчинення карбонату кальцію, що збільшує pH. PH вапняних грунтів може варіюватися від 7,0 до 9,5, в залежності від того, в якій мірі Ca₂⁺ або Na⁺ домінують над розчинними катіонами.

Дослідження впливу кислотності й лужності ґрунтів на ріст та розвиток рослин

PH грунту вважається головним показником в грунті, оскільки він впливає на багато хімічні процеси. Він особливо впливає на доступність поживних речовин для рослин, контролюючи хімічні форми різних поживних речовин і впливаючи на хімічні реакції, яким вони піддаються. Оптимальний діапазон pH для більшості рослин складає від 5,5 до 7,5; проте багато рослин пристосувалися до росту при значеннях pH за межами цього діапазону.

Організми, які надають перевагу кислим ґрунтам, називаються оксилофітами (рослини) та оксилофілами (археи, бактерії, гриби).

Вплив кислотності ґрунту на рослини

Підвищена кислотність грунту негативно позначається на рості більшості культурних рослин за рахунок зменшення доступності ряду макро- і мікроелементів, і збільшення розчинності токсичних з'єднань марганцю, алюмінію, заліза, бору та інших елементів, які стають фітотоксичну. А також кислотність погіршує властивості грунту властивостей.

Photo © Dr. Oleksii Orlov

На фото сильне пригнічення рослин соняшнику, який росте на ділянці з кислими ґрунтами.   Звертайтесь для цього в Agricultural Consulting Service!

Рослини, вирощені в кислих грунтах, можуть зазнавати різноманітних стресів, включаючи токсичність алюмінію (Al), водню (H) та / або марганцю (Mn), а також дефіцит поживних речовин кальцію (Ca) та магнію (Mg).

Токсичність алюмінію є найпоширенішою проблемою в кислих грунтах. Алюміній присутній у всіх грунтах, але розчинений Al₃⁺ токсичний для рослин; Al₃⁺ є найбільш розчинним при низькому рН; вище рН 5,0, у більшості ґрунтів мало розчину Al у розчинній формі.

Алюміній не є рослинною поживною речовиною, і як такий, рослини його активно не забирають, а пасивно потрапляє в коріння рослин через осмос.

Алюміній стримує ріст коренів; бічні коріння і кінчики коренів потовщуються, а коріння не мають тонкого розгалуження; кореневі кінчики можуть набути коричневий колір.

У корені початковим ефектом Al₃⁺ є гальмування розширення клітин ризодерми, що призводить до їх розриву; після цього відомо, що він перешкоджає багатьом фізіологічним процесам, включаючи засвоєння та транспорт кальцію та інших важливих поживних речовин, поділ клітин, формування клітинної стінки та активність ферментів.

Протонний (H⁺ іонний) стрес також може обмежити ріст рослин. Протонний насос, Н⁺ -АТФаза, плазмалеми клітин кореня працює для підтримки майже нейтрального рН їх цитоплазми. Висока активність протонів (рН у межах 3,0–4,0 для більшості видів рослин) у зовнішньому середовищі росту долає здатність клітини підтримувати рН цитоплазми і ріст рослин припиняється.

У грунтах з високим вмістом марганцевмісних мінералів токсичність Mn може стати проблемою при рН 5,6 і нижче. Марганець, як і алюміній, стає все більш розчинним, коли рН падає, а симптоми токсичності Mn можна спостерігати при рівнях рН нижче 5,6. Марганець є необхідною рослиною поживною речовиною, тому рослини транспортують Mn у листя. Класичні симптоми токсичності Mn - це зморшкування або складання листя.

При пошкодженні коріння, рослини хворіють та більш уражуються хворобами.

Photo © Dr. Oleksii Orlov

На кислих та лужних грунтах може посилюватися фітотоксичність гербіцидів, треба правильно планувати систему застосування добрив, гербіцидів і іншої агрохімії а також треба правильно планувати сівозміни та ротацію культур. На фото фітотоксичність гербіциду на соняшнику, який росте на кислих ґрунтах. Звертайтесь для цього в Agricultural Consulting Service!

Доступність поживних речовин для рослин залежить від рН ґрунту.

РН ґрунту впливає на доступність деяких рослинних поживних речовин.

Токсичність алюмінію безпосередньо впливає на ріст рослин; однак, обмежуючи ріст коренів, це також зменшує доступність поживних речовин для рослин. Оскільки коріння пошкоджені, поглинання поживних речовин зменшується. Дефіцит макроелементів (азоту, фосфору, калію, кальцію та магнію) часто зустрічається на дуже сильно кислих до надкислих грунтах (рН <5,0).

Доступність молібдену збільшується при вищому рН; це пов’язано з тим, що іон молібдату сильніше адсорбується частинками глини при нижчих значеннях рН.

Цинк, залізо, мідь та марганець демонструють знижену доступність при вищому рН (підвищена сорбція при вищому рН).

Вплив рН на доступність фосфору значно варіюється залежно від умов ґрунту та врожаю, про який йде мова. У 1940–1950-х рр. переважала думка, що доступність Р була максимальною майже до нейтрального значення (рН ґрунту 6,5–7,5) і знижувалась при вищому та нижчому рН. Взаємодія фосфору з рН у помірному та слабокислому діапазоні (рН 5,5–6,5) є, однак, набагато складнішими, ніж передбачається цим поглядом. Лабораторні випробування, випробування в теплицях і польові випробування показали, що підвищення рН в цьому діапазоні може збільшуватись, зменшуватися або не мати впливу на доступність Р рослинам.

Photo © Dr. Oleksii Orlov

Доступність поживних речовин для рослин залежить від рН ґрунту

Доступність води для рослин залежить від рН ґрунту

Сильно лужні ґрунти є дерновими та дисперсійними, з повільною інфільтрацією, низькою гідравлічною провідністю та низькою доступною водою. Ріст рослин сильно обмежений, оскільки аерація погана, коли грунт вологий; в сухих умовах вода, доступна рослинам, швидко виснажується, а ґрунти стають твердими та грудними (висока міцність грунту).

Натомість багато сильнокислих ґрунтів мають сильну агрегацію, хороший внутрішній дренаж і хороші водоутримуючі характеристики.

Для багатьох видів рослин токсичність алюмінію на кислих грунтах сильно обмежує ріст коренів, і стрес від нехватки вологи може виникнути навіть тоді, коли ґрунт відносно вологий.

Які культури потребують яких показників pH ґрунтів?

Загалом різні види рослин пристосовані до ґрунтів з різним діапазоном рН. Для багатьох видів відповідний діапазон рН ґрунту досить відомий. Однак рослина може не переносити певний рН в деяких ґрунтах в результаті дії певних процесів, але такі процеси може не відбуватися, або йти по-іншому в інших ґрунтах.

Наприклад, ґрунт з низьким вмістом молібдену може бути непридатним для рослин сої при рН 5,5, але ґрунти з достатньою кількістю молібдену дозволяють оптимально рости при такому рН. Подібним чином, деякі кальцифуги (рослини, які не переносять грунтів з високим рН), можуть переносити вапняні ґрунти, якщо надходить достатньо фосфору.

Селекціонери можуть використовувати це для розведення сортів, які можуть переносити умови, які в іншому випадку вважаються непридатними для цього виду - приклади - це проекти з вирощування стійких до алюмінію та марганцю сортів зернових культур для виробництва їжі на сильнокислих грунтах.

Деякі види переносять лише вузький діапазон рН ґрунту, тоді як інші переносять дуже широкий діапазон рН.

Критичний рівень рН, нижче якого сільськогосподарські культури значно знижують врожайність

* - на кислих ґрунтах відбувається інгібіювання розвитку бульбочкових бактерій

Як змінити кислотність й лужність ґрунтів?

Як знизити рівень кислотності грунту / як підвищіти pH кислого грунту?

Для зниження кислотності застосовують вапнування ґрунтів. Для цього у грунт вносять садове вапно.

Photo source Epic Gardening

Вапнування грунтів - це внесення садового вапна у грунт для зменьшення кислотності грунта. Зазвичай зразу після внесення, вапно заробляють у грунт.

Photo source Kuxmann

Вапнування грунтів - поверхневе розкидання вапна звичайним приціпним спредером

Вапнування ґрунтів - це метод хімічної меліорації кислих грунтів, що полягає у внесенні в них вапняних добрив: гашеного вапна, кальциту, доломіту, вапняку, відходів цукрового виробництва, і т. д. Ефект вапнування заснований на заміщення іонів водню і алюмінію на що містяться в добриві кальцій або магній.

Video source Kuxmann Landmaschinen

Вапнування грунтів - поверхневе розкидання вапна спеціальним спредером

Сільськогосподарське (промислове)  вапно дрібного помелу часто застосовується в кислих грунтах для підвищення pH грунту (вапнування). Кількість вапняку або крейди, необхідне для зміни pH, визначається розміром частинок вапна (наскільки дрібно воно подрібнено) і буферної здатністю грунту. Великий розмір частинок (до 0,149 - 0,25 мм) вказує на подрібнене вапно, яке швидко реагує з кислотністю грунту.

Photo source Terra Gator

Вапнування грунтів - загрузка та поверхневе розкидання вапна самохідним спредером TerraGator

Буферна здатність грунту залежить від вмісту глини в грунті, типу глини і кількості присутньої органічної речовини і може бути пов'язана з ємністю катіонного обміну грунту.

Ґрунти з високим вмістом глини матимуть вищу буферну здатність, ніж грунти з невеликим вмістом глини, а грунти з високим вмістом органічної речовини матимуть вищу буферну здатність, ніж грунти з низьким вмістом органічної речовини.

Для грунтів з більш високою буферною здатністю потрібна більша кількість вапна для досягнення еквівалентного зміни pH.

Photo source: Department of Primary Industries and Regional Development

Вапнування підґрунтового шару дуже важливо для освоєння вологи з нижніх шарів грунту, та дуже доцільно при точному висіві та використанні Strip-Till та CTF

Інші матеріали, крім сільськогосподарської вапна, які можна використовувати для підвищення pH грунту (кальцит, доломіт, вапняк, відходи цукрового виробництва, деревна зола, промисловий оксид кальцію (негашене вапно), оксид магнію, основний шлак (силікат кальцію) і подрібнені раковини). Ці матеріали підвищують pH грунту за рахунок різних кислотно-основних реакцій. Силікат кальцію нейтралізує активну кислотність грунту, реагуючи з іонами H⁺ з утворенням монокремніевой кислоти (H₄SiO₄), нейтрального розчиненого речовини.

Солі натрію для вапнування непридатні, так як в результаті погіршуються фізичні властивості грунту. Також непридатні кальцієві солі сильних кислот, наприклад гіпс, які навпаки призводять до підкислення грунту і використовуються у випадку засолення грунтів на содових (натрієвих) грунтах, для гіпсування солонців і солонцюватих грунтів (для видалення з грунту надлишку обмінного натрію).

Якщо ви хочете збільшити прибутковість бізнесу в умовах кислих, лужних або засолених грунтів, звертайтеся до нас - ми допоможемо!

Зниження pH лужного грунту

Не сильно pH лужного грунту можна знизити шляхом додавання агентів або кислих органічних матеріалів, що підкисляють грунт.

Елементарна сірка (90-99% S) використовувалася в дозах 300-500 кг/га - вона повільно окислюється в грунті з утворенням сірчаної кислоти.

Добрива, що підкисляють грунт, такі як сульфат амонію, нітрат амонію і сечовина, можуть допомогти знизити pH грунту, оскільки амоній окислюється з утворенням азотної кислоти. Підкисляючі органічні матеріали включають торф або сфагновий торф'яний мох. У таких випадках часто більш ефективно додавати замість них фосфор, залізо, марганець, мідь і / або цинк, тому що дефіцит цих поживних речовин є найбільш частою причиною поганого росту рослин в вапняних ґрунтах.

При наявності крапельного зрошення, особливо у садах, ягідниках, теплицях, та при вирощуванні овочів, можна додавати спеціальні препарати та домішки, що підкисляють грунт, у поливну воду що сприяє доброму розвитку рослин та зменшенню лужності грунту у зоні коренів.

Однак в грунтах з високим pH і високим вмістом карбонату кальцію (більше 2%) спроби знизити pH за допомогою кислот можуть виявитися дуже дорогими і / або неефективними.

Тому у промисловому сільському господарстві якщо грунт є лужним або нейтральним, то змінити його на кислий практично неможливо.

При вирощуванні культур, яким потрібен кислий грунт, наприклад - лохина, чорниця, або родендрони, кислий грунт завозять з тих регіонів де він є, а рослини висаджують у траншеї або у горшики, наповненні кислим грунтом. Но зміна грунта - це дуже дорогий метод.

Вирощування лохини високорослої на гідропоніці в горщиках / контейнерах у плівкових тунелях - найбільш поширений метод промислового вирощування лохини без ґрунту. Цей метод дозволяє вирощувати лохину там, де взагалі немає кислих ґрунтів!

Також дивись:

Рослинництво в умовах критичних рівнів рН і засолення ґрунтів

Звертайтеся до нас з питань консалтингу та створення прибуткового аграрного бізнесу!

Гарантуємо якість послуг найвищого міжнародного рівня !

Контакти

Дисклеймер

© Всі права захищені. Захист авторських прав та правила сайту

© Agricultural Consulting Service. Бізнес консалтинг. Створення сучасного бізнесу під ключ. Технічний аудит. Як отримати додатковий прибуток? Консультаційні послуги з сільського господарства, аквакультури, природних ресурсів, навколишнього середовища, безпечної енергії в промисловості та будівництві...

www.farming.org.ua