Масштабные научно-практические работы по применению извести в качестве основного средства устранения высокой кислотности почв, используемых в земледелии о. Сахалин, были проведены в период наиболее активной интенсификации сельскохозяйственного производства – 1980-х гг.
На основе проведенных опытов на наиболее используемых в производстве типах почв (лугово-дерновых, бурых лесных, торфяных) островной агрохимической лабораторией были предложены варианты доз извести, рассчитываемых по разным долям гидролитической кислотности (от 0,25 до 2,5). На очень кислых почвах количество извести доходило до 35 т/га. Последействие известкования характеризовалось положительно, базируясь на благоприятных изменениях агрохимических показателей и росте урожайности культур, выращиваемых на известкованном фоне. Подчеркивалась продолжительность действия извести во времени, поскольку, следуя результатам отчетов, кислотность почвы (кислой бурой лесной) сохранялась на уровне слабокислой-близкой к нейтральным категориям. При этом согласно рекомендациям агрохимической службы, повторное (поддерживающее) известкование следовало проводить через интервал в 5-6 лет. Экономическая и экологическая стороны влияния мелиоранта не обсуждались.
Основной посыл наших рекомендаций – учет выявленных особенностей последействия мелиоранта, установленных при определении агрохимических, микробиологических свойств почвы, и внесение коррективов в процесс известкования островных почв с целью сохранения их плодородия и стабилизации продуктивности выращиваемых культур.
Своеобразие экологических условий формирования почв юга Сахалина оказывает существенное влияние на состав и особенности жизнедеятельности микробных ассоциаций в них. Достаточная напряженность минерализационных процессов в этих почвах обусловливает их невысокую гумусированность. Антропогенное воздействие существенно влияет на весь комплекс микроорганизмов, меняя его состав и структуру. Применение мелиоранта в лугово-дерновой почве способствует значительному изменению микрофлоры. Резкий всплеск численности микроорганизмов в почве с неустойчивыми процессами синтеза-минерализации органического вещества после внесения извести обусловливает дисбаланс в экологии микробов-редуцентов. Усиливается интенсивность минерализационных процессов, что неблагоприятно сказывается на органическом веществе почвы. После применения извести совместно с минеральными удобрениями в дозе N60P108K108, N120P216K216в первые два года происходит некоторое улучшение в функционировании микробного ценоза. В последующие годы идет резкое ухудшение микробиологических свойств почв, наблюдается значительное уменьшение форм лабильного органического вещества. Высокие дозы NPK на фоне извести оказывают депрессирующее действие на все физиологические группы микроорганизмов. Происходит накопление в почве болезнетворных микроорганизмов. Несбалансированное развитие определенных групп в микробоценозе в почвах большинства вариантов является одним из признаков неблагоприятной экологической обстановки. Высокий коэффициент минерализации, низкий показатель биологической продуктивности микрофлоры, слабая устойчивость к патогенным микроорганизмам указывают на их экологическою нарушенность. Ухудшенная экологическая обстановка по обеспеченности микробного комплекса свежим органическим веществом складывается в почвах со всеми дозами минеральных удобрений. Вследствие этого при внесении в почву минеральных удобрений только по известкованному фону будут наблюдаться серьезные нарушения в ритме отдельных микробиологических процессов с нежелательными последствиями, вплоть до деградации почвы до урбанозема. Таким образом, для сахалинских почв внесение минеральных удобрений после известкования и в условиях недостаточного количества дополнительного органического вещества может иметь негативные последствия.
За прошедшие годы исследований четко определены различия по влиянию минеральных, органических и смешанных удобрений на биологические процессы, характеризующие почвенное плодородие лугово-дерновой почвы Сахалина. Органические удобрения (навоз и торфонавозный компост (далее - ТНК) в сочетании с минеральными туками при совместном применении с известью существенно увеличивают общую численность микроорганизмов, активность аммонификации, нитрификации, энергию разрушения целлюлозы. Возрастает в первые два года бактериальная составляющая почв. Анализ численности агрономически ценной микрофлоры, участвующей в трансформации азотных соединений почвы и органических остатков, свидетельствует о высокой биогеохимической активности микробоценоза. Сбалансированное развитие трофических групп в микробоценозе почвы, получившей дополнительное органическое вещество, свидетельствует о благоприятной экологической обстановке. На это указывает низкий коэффициент минерализации, высокий показатель эвтрофности микрофлоры. Применение органических удобрений обеспечивает достаточное количество источников углерода и азота для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов в первые два-три года после внесения. В целом, по суммарному показателю, объединяющему все изученные биологические характеристики, самое благоприятное влияние на почву оказывает совмещение разных видов удобрений и мелиоранта. В произвесткованной почве после применения органоминеральных систем наблюдается более высокое содержание спорообразующих бактерий, а также разнообразие состава бактерий, актиномицетов, педотрофов. При совместном внесении мелиоранта, одинарной и двойной доз минеральных удобрений в комплексе с 20 и 40 т/га навоза, п/д (и отдаленном последействии 100-200 т/га ТНК) сложилось наиболее сбалансированное развитие эколого-физиологических групп в микробном комплексе. Внесение органики способствует развитию микроорганизмов, обладающих антагонистической активностью в отношении болезнетворных микроорганизмов. Активное развитие таких форм и групп микроорганизмов значительно сдерживает распространение патогенов в почве на протяжении всего периода исследований. Безусловно, по прошествии 12-и лет положительное влияние навоза на развитие основных групп микроорганизмов азотного цикла в ходе ротации значительно ослабевает. Внесенное ранее органическое вещество престает быть энергетическим материалом для микроорганизмов, источником энергии для биологических процессов. В то же время, на протяжении всего опытного периода наблюдали, что известкование, проведенное в комплексе со свежим органическим веществом (навозом) способствует созданию более благоприятного микробиологического режима со сбалансированными процессами трансформации азота и углерода. Наибольшее разнообразие спороносной микрофлоры, всех групп изучаемых микроорганизмов установлено при совместном внесении мелиоранта, дозы 2NРК + 20-40 т/га навоза (последействие). В почве этих вариантов сохраняется наиболее благоприятная фитосанитарная, экологическая обстановка. Выделенные дозы минеральных и органических удобрений являются наиболее эффективными для сохранения стабильного функционирования микробоценоза почвы при известковании.
Для сахалинских почв характерна интенсивная аэробная биологическая деятельность, в результате которой как их собственное органическое вещество, так и вносимые органические удобрения активно минерализуются. Потеря плодородия в островных почвах происходит достаточно быстро. Восстановление функционирования микробоценоза, обеспечивающего плодородные свойства почвы, происходит очень медленно, поэтому любые агрохимические воздействия, тем более известкование, которое приводит к потерям продуктов минерализации и не дает развиваться продуктам гумусонакопления, должны иметь четкое агрохимическое и микробиологическое обоснование.
Согласно результатам стационарных наблюдений СахНИИСХ, повторное известкование кислой лугово-дерновой старопахотной почвы при закладке опыта дозой извести 20 т/га привело к определенному снижению кислотности почвы с высоким содержанием гумуса, но к заметным потерям урожайности картофеля.
Повторное моноизвесткование дозой в 12 т/га (средневзвешенная ГК × 1,5) в последействии не принесло ожидаемого длительного снижения кислотности почвы. В течение 3-4-х лет показатели кислотности (рН, ГК, Аl) вернулись на уровень категории кислых почв. Этот результат может быть объяснен несколькими причинами. Об очень высоком содержании в островных почвах обменного алюминия, подвижных форм железа и марганца, фульватном типе гумуса говорилось выше в отчете. Почвенный поглощающий комплекс насыщен ионами водорода, судя по цифрам гидролитической кислотности, которые значительно выше показателей почв материка при почти равных значениях актуальной кислотности (рН). Вследствие этого возникает вопрос изменений в расчетах норм внесения известковых удобрений. Для возможных корректировок стоит обратиться к выводам дальневосточных агрохимиков, которые пришли к выводу о недостаточности доз извести, рассчитываемых приведенным выше способом, для получения необходимого эффекта – практически полной нейтрализации кислотности почвы. Следуя их выводам, при расчете доз извести результат ГК необходимо умножать на более высокие коэффициенты (2-2,6). Однако внесение значительных количеств извести в складывающихся экономических условиях остается только на уровне пожеланий, а с экологических позиций – небезопасно, что подтверждают наблюдения за изменениями микробиологической деятельности в почве после применения извести и выводах о возникновении дисбаланса между питательными элементами (Са и К, Са и Mg, Са и Р, Р и Zn, Са и микроэлементы), ликвидировать который необходимо дополнительным внесением требующихся для растений питательных веществ. По рекомендациям агрохимической службы необходимо вместе с известью вносить 80-140 кг/га магнийсодержащих и 9-12 кг/га борных удобрений, а также микроэлементы в соответствии с их нормативами (справочники). Потери калия компенсируют повышением доз его внесения.
Быстрый возврат к неблагоприятному уровню кислотности и зависящих от неё свойств почвы, сопутствующие существенные потери урожайности картофеля и кормовых травосмесей обусловили поиск причин подобного действия и последействия извести.
В стационарном эксперименте установлено, что продление благоприятного последействия мелиоранта возможно при его внесении в сочетании с органическими удобрениями. В опыте доза извести 14,4 т/га (ГК × 1,5) была применена по фону 20 и 40 т/га полуперепревшего навоза. Данные агрохимические комплексы позволили более длительный период сдерживать рост кислотности почвы по сравнению с моноизвесткованием, стабилизировать урожайность многолетнего травостоя. Положительное последействие указанных сочетаний продолжается 12 лет. На их фоне кислотность почвы сохраняется на уровне средних значений рН. Наиболее существенным фактором является сдерживание подвижности обменного алюминия.
Таким образом, усиливать и продлевать положительное действие известкования островных почв следует при применении извести в комплексе с достаточным объемом качественных органических удобрений (не менее 40 т/га навоза или ТНК на старопахотных, 80-100 т/га и > – на деградирующих и малоплодородных почвах). Применение на созданных фонах оптимальных доз минеральных удобрений (3NK, 2NPK) позволяет стабилизировать продуктивность наиболее значимых для областного земледелия сельскохозяйственных культур и сохранять на оптимальном уровне основные показатели плодородия пахотной почвы.
Существующие рекомендации содержат предупреждение о том, что органические удобрения и известь вносят в один год, но в разные периоды во избежание потерь азота. Лучшие сроки для внесения органики – вторая половина вегетационного периода и осенние месяцы, под зяблевую вспашку (20-22 см). Соответственно известкование переносится на весенние сроки под дискование или культивацию. При наличии необходимого комплекта с/х орудий и средств – под глубокое безотвальное рыхление зяби весной. Лучший вариант внесения извести – послойный (то есть по 0,5 ГК) – для полного обеспечения ею пахотного слоя: половину – под дискование + вспашку с оборотом (на меньшую глубину, чем запахан навоз – 16-18 см), вторую половину – под дискование.
В научных источниках предлагается вариант и одновременного применения этих компонентов: сначала на поверхность поля вносят органические удобрения, затем – известковые и сразу запахивают. Подобный способ рекомендуют при поверхностном улучшении лугов и пастбищ, но без запахивания. Он может быть также применен в процессе омолаживания старовозрастных травостоев с помощью дискования.
При благоприятных условиях процесс нейтрализации кислотности протекает быстро, особенно в условиях хорошего перемешивания сухой извести с достаточно влажной почвой, что для островных почв является характерным свойством. Считается, что действие извести имеет длительный период (5-15 лет и более), который зависит от нормы её применения. По мере мобилизации кальция в почвенные комплексы, частичного вымывания его из почвы, применения физиологически кислых форм минеральных удобрений и прохождения других процессов кислотность начинает восстанавливаться.
Определение потребности почв в известковании. В наибольшей степени в известковании нуждаются минеральные почвы, рН которых меньше 4,5. Дозы извести при равном значении рН изменяются в зависимости от гранулометрического состава почвы: чем он тяжелее (тяжелые суглинки, легкие и тяжелые глины), тем более высокое количество мелиоранта необходимо для нейтрализации кислотности. Сахалинские почвы в бытовом смысле часто называют глинами, что совершенно не соответствует их гранулометрии. В основном по гранулометрическому составу (мехсоставу) они относятся к тяжелым суглинкам или легким глинам. Их бесструктурность и высокая плотность являются причиной ошибочной характеристики. Разуплотнению и оструктуриванию таких почв способствует применение больших доз органических удобрений в совокупности с мелиорантами (известью, известьсодержащими материалами).
Для торфяных почв рекомендуют дифференцировать дозы извести в соответствии с характеристикой торфяной массы: Для верховых болот со слаборазложившимся торфом они могут составлять 8-10 т/га; для тех же болот, но среднеразложившимся торфом – 6-8 т/га. Для переходных болот с большой надслойкой сфагнового очеса – 5-6 т/га; тех же болот, но слабо засфагнованных, с рН сол. меньше 4,8 – 3-4 т/га; для низинного болота с рН сол. меньше 4,8 – 2-3 т/га.
Торфяные почвы низинных болот, имеющие рН 4,8 и выше, не нуждаются в известковании; при рН 4,2-4,6 нуждаемость слабая. Средняя и сильная нуждаемость в извести возникает при рН ниже 4,2.
Известковые материалы. Основной материал для нейтрализации кислотности почвы, используемый в земледелии Сахалинской области – известняковая мука, доставляемая на остров с материковой части ДВ. Это обусловливает транспортные сложности, увеличивает ценовую составляющую процесса известкования. Дополнительным источником обменных оснований могут быть отходы некоторых производств (цементных, др.), однако они незначительны.
Несмотря на высокие агрохимические характеристики местного известкового материала (Смирныховский район), полученные ГЦАС «Сахалинский», масштабное производство муки для нужд островного земледелия не состоялось. Анализ образцов из этого месторождения, отобранных на производстве для определения агрохимического и гранулометрического состава (ФГБНУ СахНИИСХ), выявил содержание СаСО3, равное 85 %, и практически не размолотую породу, которую требовалось дополнительно доводить до состояния муки.
Тонина помола имеет большое значение в эффективности известкования. Нейтрализация и снижение почвенной кислотности наиболее активно происходят при использовании пылевидных известковых материалов.
В случае неоднородности помола конкретного известкового удобрения, наличия примесей и влаги при установлении дозы вносят поправки по формуле:
Д = Н × (100 × 100 × 100) ÷ (100-В) × (100-К) × П,
где Д – количество известкового удобрения, которое нужно внести с учетом его влажности, примесей и содержания крупных частиц (> 1 мм); Н – доза чистого и сухого СаСО3 (в т/га); В – влажность удобрения (%); К – крупные частицы; нейтрализующая способность в расчете на СаСО3 (в %).
В качестве напоминания приводим сведения о потребности в нейтрализции кислотности почвы и реакции культур на известкование.
Растения по-разному относятся к кислотности почв и поступлению в них извести. В соответствии с этим культуры разделили на 4 группы.
1.К наиболее чувствительным к кислотности почвы и активно отзывающимся на известкование культурам, возделываемым в Сахалинской области на больших площадях, относятся столовая и кормовая свекла, капуста кочанная, в травосмесях – клевер красный, люцерна. В меньших долях представлены лук, чеснок, зеленные культуры; из трав – донник и горчица; из плодовых кустарников – смородина. Они требуют нейтральной или слабощелочной реакции (рН 5,5-7,0).
2.Хорошо отзываются на известкование культуры, мало представленные в полевом производстве: кольраби, капуста цветная, брюква, турнепс, салат, лук-порей, фасоль, горох. Огурцы – продукт закрытого грунта и особенностями технологии. Кукуруза и ячмень занимают небольшие площади, но требуют благоприятных почвенных условий. Клевер шведский, лисохвост, костер безостый, вика – составляющие готовых травосмесей, высеваемых на пахотных, но часто мало соответствующих их требованиям почвах. К числу отзывчивых на известкование плодовых культур отнесены яблоня, слива, вишня. Необходима слабокислая и близкая к нейтральной реакция почвенного раствора (рН 5,1-5,5).
3.Растения, переносящие умеренную кислотность почвы. Для их выращивания необходимо внесение полных доз извести: овес, рожь, тимофеевка; гречиха пока не возделывается. Плохо переносят избыток кальция в почве такие полевые культуры, как картофель, морковь. Менее представлены петрушка, репа, редька, тыква, кабачки, петрушка, ревень. Томаты в открытом грунте в небольших объемах выращивают в частном секторе. Характеризуемое отношение к известкованию необходимо учитывать при закладке долголетних плодовых посадок малины, груши, земляники, крыжовника. Известкование почвы под вышеперечисленные культуры проводится пониженными дозами, либо внесение извести необходимо предусмотреть под предшествующие культуры севооборота (плодосмена).
4.Растения, малочувствительные к кислотности почвы, слабо нуждающиеся в известковании или не нуждающиеся в нем совсем: люпин, сераделла, щавель.
Приведенные сведения по известкованию почвы под посадки сельскохозяйственных культур на почвах необходимо учитывать, однако, наблюдения в опытах ФГБНУ СахНИИСХ свидетельствуют о том, что даже самые требовательные к низкой кислотности растения (капуста, клевер, люцерна, донник, горчица и др.) формируют достаточно высокие урожаи при её среднекислом уровне, а иногда и кислом. Как правило, это происходит на старопахотных почвах с высоким насыщением органическим веществом (гумусом). Однако это не отменяет необходимости в применении известкования, хотя и установлено, что прямое влияние рН на рост растений незначительно или вообще отсутствует. Изменения концентраций ионов Н+ и ОН– малозначимы, по мнению исследователей, пока другие факторы остаются благоприятными. Однако косвенные влияния разнообразны и сильны. Наиболее опасна токсичность алюминия и марганца, которая возникает в условиях высокой кислотности. Самое чувствительное влияние оказывает рН на питание растений: растворимость и доступность питательных элементов, необходимых растениям.
Эффективным по длительности влияния на продуктивность многолетних трав оказалось последействие систем удобрения: 100 т/га ТНК (отдалённое последействие) + Са + 20 т/га Н (п/д) + 3NРК, 2-3NРК + Са. Основные кормовые и энергетические компоненты с увеличением возраста травостоев становились ниже нормативных.
Всё вышесказанное во многом может остаться невостребованной теорией, поскольку ситуация с известкованием в Сахалинской области складывается критично. Из 27,64 тыс. га, которые требуется произвестковать, в 2022 г. произвесткована 1,21 тыс. га (сведения ФГБУ ГЦАС «Сахалинский»). За 2021-2022 гг. известкование проведено только в южной части острова: на полях АО «Совхоз «Тепличный» и в двух фермерских хозяйствах. Дозы внесения извести 6-10 т/га. Органические удобрения вносили (2022 г.) в количестве 200 т/га, однако, площадь пахотных почв, где были применены эти удобрения, составила всего 516 га.
При таких темпах известкования достичь планируемых рН 5,1-5,5 невозможно. Наиболее реальный средневзвешенный уровень кислотности, который в настоящее время необходимо удержать, это верхняя граница средней кислотности – нижняя граница слабокислой почвы. Для достижения планируемых показателей кислотности (слабокислой) следует активизировать процессы известкования в разработанных ФГБУ ГЦАС «Сахалинский» дозах (от 6,0 до 17,5 т/га в зависимости от состояния кислотности почвы), совмещая его с применением органических удобрений (40-100 т/га навоза или ТНК).