13 Серпня 2022

Вплив кислотності та засоленості ґрунту на врожай пшениці

Підвищена кислотність або лужність ґрунтів обмежують розвиток рослин пшениці та отримання високих урожаїв. З цією проблемою стикаються фермери у всьому світі.

Ступінь кислотності або лужності – це відносна кількість іонів водню Н+, що містяться у ґрунті, виражена в одиницях рН за шкалою теоретичних (можливих) значень від 1 до 14. Оскільки шкала логарифмічна, зміна рН всього лише на одну одиницю означає десятикратну зміну кислотності або лужності. Наприклад, кислотність ґрунту з рН = 5 в 10 разів вища, ніж ґрунту, рН якого становить 6, а ґрунту з рН = 4 в 100 більша, ніж ґрунту з рН = 6.

Ґрунти зі значенням рН = 7 вважаються нейтральними, ті, в яких це значення нижчі, – кислими, вище – лужними. Ґрунти з рН до 6,6 у сільськогосподарському виробництві вважаються кислими. Для пшениці значення рН між 5,5 і 7,5 найбільш сприятливі для росту та розвитку. Але названі значення рН можуть бути різними для різних ґрунтів, різних місць вирощування та різних сортів пшениці (рис. 1).

Rys1
Рис. 1. Вплив рН ґрунту на врожай пшениці, виражений у відсотковому відношенні до можливого врожаю, якщо кислотність не буде обмежуючим чинником

У кислих ґрунтах концентрація обмінних кислотних катіонів алюмінію та марганцю буде більшою, ніж основних катіонів кальцію, магнію, калію та натрію, а в лужних ґрунтах – навпаки. Вважається, що для рослин пшениці поживні речовини будуть оптимально доступними при значеннях рН у межах 6–7 (рис. 2). При нижчому значенні рН доступність ключових поживних елементів може або істотно знизитися, або ж, навпаки, виявитися токсичною для рослини.

Rys2
Рис. 2. Вплив pH ґрунту на доступність макро- і мікроелементів у ґрунті

Кислотність і лужність також впливають на багато біологічних процесів, що протікають у ґрунті, включаючи розвиток хвороботворних організмів, які завдають шкоди пшениці, бульбочкових бактерій, що розвиваються на коренях бобових рослин і здатні поглинати азот з атмосфери. Слід зазначити, що зв’язування азоту бульбочковими бактеріями протікає добре в нейтральних або лужних ґрунтах, а в кислих цей процес пригнічується.

КИСЛІ ҐРУНТИ

Кислотність ґрунту завжди була потенційним обмежуючим чинником урожаю пшениці в регіонах, де ґрунт у своєму природному стані кислий. Однак це явище також стало проблемою і для інших регіонів, в яких ґрунт тривалий час підкислювався азотними добривами. Застосування вапна для підвищення рН на таких ґрунтах, а також для зниження алюмінієвої токсичності та підвищення доступності поживних речовин стало нормальним явищем.

ПРИЧИНИ ЗМІНИ КИСЛОТНОСТІ ҐРУНТУ

Хімічний склад матеріалу, з якого формується ґрунт, є визначальним чинником його кислотності. Наприклад, ґрунти, сформовані на вапняних сланцях або вапняку, мають більш високе початкове значення рН. Щоб вони стали кислими, потрібно більше часу, ніж для тих, що утворилися на гранітах та піщанику. Крім того, на кислотно-лужний баланс (рН) ґрунту впливає геологічний вік ландшафту – час, впродовж якого з вихідного матеріалу сформувався ґрунт. Чим довший період впливу погодних умов і чим інтенсивніший цей процес, тим більше буде видалено з ґрунту вихідного матеріалу і, отже, буде нижчим рН. Там, де річний рівень опадів перевищує річну норму випаровування і волога накопичується у ґрунті, існує високий потенціал вилуговування розчинних солей і основних мінералів вниз по профілю ґрунту, за межі кореневої зони. Поступово ґрунт стає більш кислим. Вилуговування у процесі зрошення може також стати причиною підвищення кислотності ґрунту залежно від інтенсивності застосування води та її лужного балансу (рН).

Амонійний азот (NH+4), внесений у ґрунт або отриманий в результаті розкладання пожнивних решток та органічної речовини, перетворюється на нітратний азот (сіль азотної кислоти NО3). В результаті такого перетворення вивільняються два іони водню Н+, що призводить до підвищення кислотності ґрунту. До того ж іони амонію, змішані в концентрованій формі з поверхневим шаром ґрунту, можуть бути заміщені іншими основними іонами, такими як кальцій і калій, які згодом поступово опускаються вниз по профілю ґрунту в процесі вилуговування. Кілька останніх десятиліть цей процес вважається причиною збільшення кислотності ґрунту в тих місцях, де він спочатку був нейтральним або злегка лужним.

Активне використання азотних добрив для вирощування пшениці та інших культурних рослин розпочалося з 1950-х років. З появою у 1960-ті роки нових високоврожайних карликових сортів пшениці, які мають властивість позитивно реагувати на застосування високих доз азотних добрив, тобто без загрози вилягання стебел, інтенсивність використання азотних добрив зросла іще більше.

Винесення з урожаєм кальцію, калію та магнію також певною мірою впливає на підкислення ґрунту. Стебла та листя містять у 3–4 рази більше основних мінералів, ніж насіння. Використання рослин як фуражу або видалення соломи з поля впродовж багатьох років також призводить до ще більшого виносу мінералів із поля порівняно з варіантом, коли забирають тільки насіння.

Ще однією причиною збільшення кислотності ґрунту є розкладання органічного матеріалу, особливо у дуже вологих ґрунтах. Якщо розкладання відбувається за відсутності достатньої кількості кисню, звільняються іони Н+ багатьох органічних кислот, і навіть великий обсяг вуглекислого газу (СО2). Вуглекислий газ реагує з водою, внаслідок чого утворюється вугільна кислота.

У цілому внесок розкладання органічної матерії в окислення ґрунту невеликий, і знадобиться чимало років, щоб настали незначні зміни.

ВПЛИВ КИСЛОТНОСТІ ҐРУНТУ НА СТАН І ПРОДУКТИВНІСТЬ ПШЕНИЦІ

Урожай пшениці починає зменшуватися зі зниженням рН ґрунту до 5,5–6. Рівень зниження врожаю при підвищенні кислотності ґрунту залежить від сорту пшениці, типу ґрунту і погодних умов у конкретному регіоні. Прогресуюче зниження врожаю зі зниженням значення рН відбувається через більш високу концентрацію іонів водню в кислішому ґрунті. Прямий вплив кислотності з боку високої концентрації водню на зростання пшениці спостерігається лише за значення рН нижче 3. Причиною зниження продуктивності пшениці з підвищенням кислотності ґрунту є зміна розчинності багатьох іонів, що містять поживні елементи. Розчинність одних іонів підвищується настільки, що вони стають токсичними для пшениці. Інші ж іони, навпаки, стають настільки нерозчинними, що рослина відчуває їх нестачу.

Висока концентрація алюмінію або марганцю в нейтральних ґрунтах не виявляє токсичності, але призводить до різкого зниження врожайності на кислих ґрунтах. Алюміній не відіграє суттєвої ролі у зростанні пшениці, а ось марганець, мідь і цинк помітно впливають на цей процес.

Читати по темі: Алгоритми гербіцидного захисту озимої пшениці від бур’янів

Низьке значення рН може призвести до того, що такі елементи, як мідь, цинк і бор, стануть токсичними. При цьому висока концентрація цих іонів може спричинити прояви на рослинах симптомів дефіциту поживних речовин. Висока концентрація розчинного алюмінію та марганцю може бути перешкодою при поглинанні, транспортуванні або використанні рослиною деяких поживних речовин, а саме: кальцію, калію, фосфору, магнію та молібдену. Це призводить до дефіциту в ґрунті цих елементів, хоча за інших умов цієї кількості поживних елементів було б достатньо для пшениці. Дефіцит фосфору є важливим чинником на кислих ґрунтах, оскільки він зв’язується із залізом і алюмінієм у нерозчинні сполуки. Дефіцит доступного фосфору може спостерігатися, якщо значення рН знаходиться в іншого краю шкали рН, тобто в лужних ґрунтах, де фосфор теж утворює малорозчинні сполуки. Прикладом цього може бути фосфат кальцію.

КОРИГУВАННЯ КИСЛОТНОСТІ ҐРУНТУ

Кислотність ґрунту можна знизити шляхом внесення вапняного матеріалу (рис. 3). Сільськогосподарське вапно (карбонат кальцію, карбонат магнію або їх суміш) – найбільш поширений засіб для нейтралізації кислоти. Інші вапняні матеріали включають кальцієві та магнієві закиси й окиси водню, а також інші побічні продукти гірничого видобутку.

Rys3
Рис. 3. Хімічна реакція вапна (карбонат кальцію СаСO3) з кислотними частинками ґрунту, внаслідок якого значення рН стає нейтральним

Вапняний матеріал має бути перемішаний із ґрунтом на глибину 10–15 см. Погане перемішування може призвести до утворення цілої мережі затікань із високим вмістом лугу, які чергуються із кислотними затіканнями. При поганому перемішуванні ґрунту з вапном у верхньому шарі, де розташоване коріння, також може сформуватися шар із високим вмістом лугу.

ЛУЖНІ ҐРУНТИ

Лужні ґрунти також впливають на стан пшениці та її продуктивність через зменшення доступності наявних у ґрунті поживних речовин (рис. 2). Коли значення рН дорівнює або перевищує 8, особливо дефіцитним стає фосфор. Дефіцит таких мікроелементів, як цинк та мідь, також можливий, але це менше впливає на врожайність культури (якщо наявність зазначених елементів не буде надто малою в кореневій зоні). Стрічкове внесення фосфору в лужний ґрунт, особливо разом з амонійним азотом, може допомогти утримати ці поживні мікроелементи в ньому; воно зменшує ступінь контакту фосфору із ґрунтом, і це сприяє меншому утворенню малорозчинних солей, таких як фосфат кальцію.

Ще одним важливим впливом лужного ґрунту на зростання, розвиток і врожайність пшениці є наявність солей у ґрунтовому розчині.

ЗАСОЛЕНИЙ ҐРУНТ

Засоленість ґрунту визначається вмістом у ньому розчинних солей. Солі утворюються в основному натрієвими, кальцієвими та магнієвими катіонами із хлорними та сірчаними аніонами. Незначну частину становлять калійні катіони, бікарбонатні, карбонатні та нітратні аніони, хоча за певних умов вони можуть бути основними складовими ґрунтів.

Як кислотність, так і засоленість ґрунту може бути результатом успадкованих або залишкових властивостей геологічного вихідного матеріалу ґрунту; процесу формування ґрунту, ландшафту; природного дренажу або підґрунтових розмежувальних шарів. У інших випадках головною причиною підвищення рівня засоленості ґрунту є сільськогосподарська практика використання ґрунту в посушливих місцях, де інтенсивно застосовується зрошення.

Для вимірювання вмісту солі у ґрунті традиційно використовуються три види аналізів: електропровідність (ЄС), відсоток заміщення натрію (ESP) та абсорбуючий коефіцієнт натрію (SAR). Показник рН ґрунту також використовується як індикатор наявності натрію в ґрунті. Звичайний ґрунт має електропровідність до 4 mmho/cm, відсоток заміщення натрію – менше ніж 10%, абсорбуючий коефіцієнт – менше ніж 13 і рН – до 8,3.

ВПЛИВ СОЛІ НА РОСЛИНУ

Основний вплив солі на рослину – обмеження споживання води корінням. При збільшенні концентрації солі у ґрунтовому розчині корінню стає важче поглинати воду із сольового розчину. Водний стрес, включаючи відсутність тургору, внаслідок чого рослини припиняють ріст, спостерігається на ґрунтах із високою концентрацією солей. Особливо часто це буває при зниженні вологості ґрунту, оскільки призводить до різкого збільшення концентрації солі у ґрунтовому розчині.

Реагуючи на засоленість, рослина спрямовує енергію не так на ріст, як у збереження можливості кореневої системи поглинати воду. Це виявляється насамперед у зміні розмірів клітин. Клітини продовжують ділитися, але у розмірах збільшуються не суттєво. Відповідно, пшениця, вирощена на засоленому ґрунті, завжди буде невеликого розміру. Клітини обмеженого розміру з’являються також у великій кількості в частини рослин, що зазнали водного стресу: зазвичай вони мають темний синьо-зелений колір.

Засолення ґрунту залежно від кількості та типу наявної солі також може бути причиною дисбалансу поживних речовин у рослині. Наприклад, високий вміст натрію може призвести до дефіциту в рослині кальцію і, можливо, навіть магнію.

Рослина більш чутлива до наявності солі в період проростання насіння та появи сходів, ніж у пізніші фази. На ранніх стадіях розвитку ушкодження рослин і зниження густоти стояння починаються при електропровідності, що дорівнює 4 mmho/cm.

ПРОБЛЕМА СОЛОНЧАКІВ

У багатьох регіонах є землі, на яких раніше велося землеробство, але вони були втрачені через солончаки. Часто такий ґрунт у своєму природному стані був насичений розчинними солями, здебільшого у вигляді сульфатів натрію, кальцію та магнію. Утворення солончаків відбувається в результаті того, що надлишкова вода, яка проникає вниз по профілю ґрунту, містить розчинні солі. Вона формує ґрунтові води над водонепроникними шарами (глина, сланець або скельний ґрунт) чи концентрується у високопроникних шарах (пісок, вугільні пласти), під якими лежить водонепроникний шар породи.

Згодом така вода піднімається до рівня 1,2–1,5 м. Потім ґрунтовими капілярами ґрунтова вода піднімається до поверхні ґрунту, внаслідок чого можуть формуватися ділянки засолення. Випаровування води призводить до збільшення концентрації солі на поверхні ґрунту.

Час, необхідний для формування солончакової плями, залежить від кількості опадів, глибини непроникного чи переважно проникного шару, його підґрунтової топографії й навіть від системи землеробства. Деякі солончакові плями збільшуються відносно швидко, але це тривалий процес – близько 20 років і більше. Як не дивно, солончакові плями можуть бути проблемою навіть у місцях із річним рівнем опадів, що дорівнює 250 мм. Основною причиною утворення неглибоких ґрунтових вод, які формують солончакові плями, є система землеробства, при якій неефективно використовуються опади.

У підсумку в ґрунті накопичується більше води, ніж вона може утримати у коренежитній зоні. Глибоке проникнення води нижче за цю зону виявляється у зниженні фактичного врожаю культур і солончакових плямах.

Першим кроком на шляху до проведення превентивних заходів та відновлення солончакових ґрунтів має бути припинення глибокого проникнення води у ґрунтові води. Цього можна досягти за допомогою інтенсивного землеробства з набором культур, здатних максимально використовувати опади, що випадають у конкретному регіоні.

Одним із підходів може бути висівання культур на основі наявного ґрунтового запасу вологи та передбачуваних опадів у період їх росту. Протиерозійна обробка ґрунту, що забезпечує збільшення збереження запасів ґрунтової води, може сприяти вирощуванню культур, які споживають більше води. Рослини із глибокою кореневою системою, що споживають велику кількість води (наприклад, люцерна, соняшник, сафлор), у таких ґрунтах пришвидшують відновлення солончаків. При цьому рівень ґрунтових вод знижується, і солончакові плями висихають. Опади поступово переміщуватимуть солі в більш глибокі шари ґрунту, підвищуючи, таким чином, його родючість.

СОЛОНЧАКИ, ЩО З’ЯВИЛИСЯ ВНАСЛІДОК ІРРИГАЦІЇ

Іригація може також стати причиною високого рівня ґрунтових вод і появи солончаків. Ситуація, коли вода підходить до поверхні й випаровується, призводить до накопичення солей. Таке явище може виникнути внаслідок просочування води з каналів, траншей, застосування більшої кількості води, ніж її може увібрати в себе ґрунт і ніж це потрібно рослинам.

Висока концентрація солі в поливній воді також збільшує засоленість ґрунту на зрошуваному полі незалежно від дренажу та рівня ґрунтових вод.

Запобігання засоленості ґрунту в процесі зрошення включає кілька практичних прийомів. Це забезпечення адекватного дренажу, використання якісної води, запобігання витоку води з систем під час її підведення до поля. Полив слід проводити так, щоб не виливати зайву воду, – це допоможе уникнути підвищення рівня ґрунтових вод.

Джеймс Кук, Роджер Дж. Фесет, сільськогосподарська дослідницька служба, Вашингтонський державний університет

Опубліковано в журналі “Агроном”

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

0 Коментарі
Вбудовані Відгуки
Переглянути всі коментарі

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Вирощування пшениці на змитих чорноземах

Прибутковість вирощування пшениці значною мірою залежить від...

Вилягання зернових – велика небезпека

У процесі вирощування зернових культур на рослини...

Септоріоз озимої пшениці: що треба знати про хворобу?

Останніми роками на території України фітопатологічна ситуація...

Погода

Kyiv
уривчасті хмари
23.3 ° C
23.7 °
22.6 °
82 %
0.9kmh
28 %
Сб
23 °
Нд
32 °
Пн
32 °
Вт
27 °
Ср
29 °