Роль гуматів в підвищенні родючості грунтів
Грунт - верхній шар земної кори, що володіє родючістю. Родючість грунту є не що інше, як її здатність одночасно забезпечувати рослини водою, необхідними елементами живлення, повітрям, а також створювати для них сприятливі умови для зростання і розвитку, підсумком яких є урожай рослин. Основний показник родючості грунту - вміст гумусу - найважливішої складової частини органічної речовини грунту.
Починаючи з 1991 року, положення з родючістю грунтів України стрімко погіршується, хоча і в попередній період стан орних земель в Росії в цілому не можна було визнати навіть задовільним. Ось кілька цифр. У 1970 році в країні було завершено перший цикл агрохімічного обстеження орних земель. З 124,3 млн. Га ріллі 62,7 млн. Га мали низький вміст рухомого фосфору; 18,1 млн. Га - низький вміст обмінного калію, 23 млн. Га - сильно і среднекіслих грунтів, понад 30 млн. Га - низький вміст гумусу. Період з 1979 по 1990-ті рр. - Час становлення і підйому агрохімічної служби України. Але навіть в ці роки органіка в середньому вносилася в кількості 3,3 - 4,3 тонни на 1 га. Це дуже мало для підтримки родючості грунтів. З мінеральними добривами справи йшли дещо краще. Азотних, фосфорних і калійних добрив в сумі в кінці 80-х рр. в країні вносилося 122 кг на 1 га ріллі. У наявності був явний перекіс в сторону мінеральних добрив, що нерідко призводило до їх невиправданих втрат, грунт і рослини їх не засвоювали, велика частина їх йшла в грунтові води, забруднюючи навколишнє середовище і збільшуючи площі кислих грунтів. Це - підсумок ігнорування законів ґрунтоутворення, сутності грунту, а вона, за висловом академіка В.І. Вернадського в її «биокосная», в тому, що біологічна і мінеральна (відстала) складові грунту утворюють діалектичну єдність, але не замінюють одна одну. Іншими словами, підтримання родючості грунту можливо тільки при строгому дотриманні і підтримці в грунті певного балансу органічних і неорганічних речовин.
Економічна криза 90-х рр. поставив сільське господарство України і головне її багатство - грунт - на грань катастрофи. Застосування мінеральних добрив знизилося в 10 разів, а в окремих зонах України - в 20 - 30 разів, органічних добрив - в 3,6 рази. За останні 11 років відзначено зменшення вмісту гумусу в середньому по Україні на 0,4%. Зниження цього показника тільки на 0,1% призводить при інших рівних природно-економічних умовах до зменшення врожайності зерна на 0,8-1 ц з 1 га. Протягом тривалого періоду господарського використання грунтів під обробіток с / г культур в РФ, з верхніх шарів ріллі використано в середньому 50% ґрунтових запасів гумусу. На окремих територіях цей показник ще вище. При цьому на кожен відсоток гумусу рослини мають можливість використовувати 20-30 кг азоту на 1 га.
Негативний баланс поживних речовин за останні 4 роки виріс з 72 кг на 1 га в 1997 р до 104 кг на 1 га в 2001 р Порушується об'єктивний закон землеробства - закон повернення, сформульований ще Ю.Ф. Лібіх: «Грунт повинна отримувати назад повністю все те, що у неї береться, і що не забезпечено постійним поповненням з природних джерел». При сьогоднішній ситуації в землеробстві більша частина врожаю формується за рахунок мобілізації грунтового родючості без компенсації виносяться з урожаєм елементів живлення; а як наслідок, постійний негативний баланс поживних речовин виснажує грунт, руйнує гумус. Це ж підтверджують дані останнього агрохімічного обстеження, проведеного в кінці 90-х рр. Ґрунти з низьким вмістом гумусу становлять 42 млн. Га, в тому числі, кожен 6-й га ріллі має критично низький його вміст (а це приблизно 20 млн. Га). Таким чином, з моменту попереднього агрохімічного обстеження площа грунтів з недостатнім вмістом гумусу збільшилася на 12 млн. Га, а за останні 10 років - на 5 млн. Га (з 37 млн. Га до 42 млн. Га). Площі з недостатнім вмістом рухомих форм фосфору склали 68 млн. Га (в порівнянні з 1970 р вони збільшилися більш ніж на 5 млн. Га).
Така важка ситуація на землях с / г призначення в Україні не тільки за основними поживними елементами - азоту, фосфору і калію, а й за основними мікроелементів. ПО даними агрохімічного обстеження орні землі з низьким вмістом рухомого марганцю становлять 10% від обстеженої площі; міді - 20%; бору - близько 30%; молібдену - 52%; цинку - 82%; кобальту - 90% обстеженої площі.
Збіднення грунтів органічною речовиною значно посилило процеси міграції основних поживних елементів в нижележащие горизонти, особливо на легких за механічним складом грунтах - піщаних, супіщаних, а також ґрунтових зонах з промивним водним режимом. Значно розширилися території, де активно розвиваються ерозійні процеси. Такі землі не тільки містять менше гумусу, але і мають укорочений гумусовий горизонт.
Ґрунти бідні органічною речовиною (гумусом) стають менш стійкими до постійного активного впливу грунтообробних знарядь в умовах інтенсивного їх використання і швидше втрачають такі агрономически цінні властивості, як структурність, щільність, пористість, капілярність, водопроникність, вологоємність, які теж є показниками ґрунтової родючості.
А якщо ще врахувати, що саме гумус є основним джерелом поживних речовин, так як в його склад входить майже весь азот грунту - 98-99%; близько 60% фосфору і сірки, а також значна частина інших поживних елементів, то тривога фахівців сільського господарства з приводу різкого скорочення запасів гумусу в різних грунтах на території України зрозуміло. Де ж вихід? Можливості розширення орних угідь різко обмежені. До того ж, при освоєнні нових земель потрібні великі витрати на розкорчування, осушення, видалення каменів, розсоленням, подальше окультурення грунтів. При цьому зовсім не факт, що знову освоєні грунту будуть відрізнятися високою родючістю. Навіть в природних умовах в тій же нечорноземної зоні і ряді інших територій України, в залежності від спрямованості гумусообразовательного процесу, кількість органічної речовини в грунті може повільно збільшуватися, утримуватися на постійному рівні або зменшуватися. На землях с / г-го призначення при обробленні культурних рослин, навіть при високому рівні агротехніки в грунті переважають, як правило, процеси розкладання органічної речовини, внаслідок чого грунт збіднюється гумусом. Підтримувати родючість земель традиційними методами неможливо. Через складне фінансове становище переважної більшості с / г виробників всіх форм власності, а також високу вартість мінеральних добрив, обсяги їх застосування в сільському господарстві в осяжному майбутньому не збільшаться. У кращому випадку залишаться на нинішньому рівні. До того ж, мінеральні добрива, поповнюючи запаси поживних речовин в грунті і покращуючи круговорот поживних елементів, не впливають на динаміку вмісту загального гумусу. Для того щоб вести землеробство не на шкоду родючості, мати бездефіцитний баланс гумусу, крім мінеральних добрив, кожен гектар російських полів в середньому повинен отримувати 6-7 тонн органічних добрив. Сьогодні ця цифра становить близько 1 тонни на 1 га ріллі. Для часткового забезпечення органікою орних земель російському тваринництву за найсприятливіших обставин буде потрібно не менше 8-10 років, і тоді кожен га ріллі отримає лише половину від нормативних обсягів. Брак традиційних форм органічних добрив змушує шукати нові види органічних матеріалів і включати їх в сучасні агротехнології. Один з них - органо-мінеральні добрива (гумати). Гумінові препарати у вигляді гуматів натрію, калію, амонію дозволені до застосування в сільському господарстві починаючи з 1984 р З огляду на високу ефективність зазначеного добрива, прийнято рішення про застосування гумінових препаратів. У поєднанні з наявними обсягами органічних і мінеральних добрив гумати здатні відновити родючість наших земель.
Родючість грунту визначається кількістю поживних елементів внесених в неї, їх динамікою; обмінів речовин в грунті і його інтенсивністю. Внесені в грунт гумінові добрива - потужні каталізатори біохімічних процесів протікають в грунті, її біологічної активності, в першу чергу за рахунок того, що органічна речовина гуматов використовується мікрофлорою грунту як джерело енергії і поживних речовин. Гумати сприяють зростанню чисельності спорових бактерій, цвілевих грибів, актномецетов, целюлозних бактерій. Чисельність останніх на дослідних ділянках, оброблених гуматом, зросла в 2-5раз в порівнянні з контролем. В результаті розкладання органічних і деревних залишків (целюлози, геміцелюлози, протеїнів, лігніну) протікає більш інтенсивно, прискорюються процеси гуміфікації, грунт збагачується гумусом. Причому, застосування гумінових добрив в умовах польового мелкоделяночного досвіду викликало зміни в змісті гумусу не тільки в орному горизонті, але і по всьому грунтовому профілю. Застосування гумінових добрив вже через рік викликає не тільки кількісні, а й якісні зміни гумусу. Новоутворена гумус має високу біологічну активність, наявність його покращує фізичні та хімічні властивості грунту.
У справі підтримки родючості грунтів важливо повністю задіяти потенціал внесених в неї гумінових добрив. Для цього чергування культур в сівозміні і склад культур повинні бути підібрані таким чином, щоб запасів органічної речовини у вигляді пожнивно-кореневих залишків було досить для «роботи» гумінових добрив. Це забезпечується використанням в сівозмінах багаторічних і однорічних бобових трав, багаторічних злакових трав, зернобобових культур, кукурудзи на силос. Солома злаків має високий коефіцієнт гуміфікації. У господарствах, де є надлишки некормове соломи необхідно залишати її в подрібненому вигляді, рівномірно розподіливши по всій площі поля і обробивши гумату калію з розрахунку 5-6 літрів на 1 га до оранки на зяб, закривши потім в грунт. Одним з кращих місць внесення соломи, обробленої гумату, в сівозміні є поле, що йде під кукурудзу на силос. У разі використання соломи в якості підстилки на фермах або на корм худобі гумат в тих же дозах внести по стерні і переорати. Спалювання стерні, чим зараз займаються багато сільгоспвиробників, завдає величезної шкоди сільському господарству. Розрахунки показують, що спалюванням стерні озимої пшениці один раз за ротацію при врожаї 25-30 ц з 1 га знищується така кількість органічної речовини стерні і поверхневого шару грунту, яке можна компенсувати тільки внесенням 15 тонн гною на кожен гектар. При спалюванні стерні за ротацію 9-10-ти-пільної сівозміни буквально знищується щорічний працю господарств по вивезенню та внесенню 4-5тонн гною на 1 га ріллі.
За даними ряду галузевих інститутів, щоб знизити деструкцію гумусу, необхідно залишати покритими рослинними залишками не менше 30% грунту. У структурі посівних площ питома вага багаторічних трав повинен становити не менше 16-20% ріллі, зернобобових культур - гороху, вики і т.д. - Не менше 15-16%, чистих парів - не менше 10%.
Обробка гуматами сидеральних культур по вегетації: люпину, буркуну, гороху, ріпаку, гірчиці, гречки і т.д., з їх наступною глибокою закладенням в грунт, забезпечить значне накопичення гумусу.
Дія гумата калію в грунті не обмежується впливом на мікроорганізми, «відповідають» за накопичення гумусу. Внесення гуматів в грунт значно інтенсифікує діяльність різних груп мікроорганізмів, з якими тісно пов'язана мобілізація поживних речовин грунту і перетворення потенційної родючості в ефективне. За рахунок зростання чисельності силікатних бактерій, відбувається постійне поповнення засвоєного рослинами обмінного калію. Гумат калію збільшує в грунті чисельність мікроорганізмів, що розкладають важкорозчинні мінеральні та органічні сполуки фосфору. Після внесення торфогумінових добрив поліпшується забезпеченість ґрунту засвоєними запасами азоту: чисельність аммоніфіцірующіх бактерій зростає в три - п'ять разів, в окремих випадках фіксувалося десятикратне збільшення аммонификаторов; нитрифицирующих бактерій - в 3-7 разів. За рахунок поліпшення умов життєдіяльності вільноживучих бактерій при внесенні гумата калію майже в 10 разів зростає їх здатність до фіксації молекулярного азоту з атмосфери. Встановлено стимулюючу дію гумату на бульбочкові бактерії роду Rhizobium trifoli, що живуть в симбіозі (співжитті) з бобовими рослинами (люцерна, люпин, конюшина, горох, вика, квасоля), а також на різосферноие мікроорганізми, які живуть в зоні кореневих виділень небобових рослин. Таким чином, внесення гумату калію в ґрунт стимулює діяльність всіх типів мікроорганізмів, які фіксують азот атмосфери і роблять його засвоюваним для культурних рослин.
Гумати сприяють значній активізації тих груп мікроорганізмів, які беруть участь в мінералізації органічних речовин. В результаті цього грунт збагачується доступними поживними елементами. При розкладанні органічної речовини утворюється багато органічних кислот і вуглекислоти. Під їх впливом важко доступні мінеральні сполуки фосфору, кальцію, калію, магнію переходять в доступні для рослини форми. При цьому важливо пам'ятати, що внесення гумінових добрив забезпечує «перевага» накопичення органічної речовини в грунті над його розкладанням. Хоча вміст гумусу в грунті зазвичай менше 10% від ґрунтової маси, саме за рахунок гумусових речовин у грунті підтримується різноманітна мікробна популяція.
Внесення гумінових добрив покращує фізичні, фізико-хімічні властивості ґрунтів, її повітряний, водний і тепловий режим. Гумінові кислоти разом з мінеральними і органо-частинками грунту утворюють грунтовий поглинаючий комплекс, який зумовлює її поглинальну здатність. Внесення гумінових добрив призводить до того, що гумусові речовини, огортаючи, склеюючи між собою мінерали ґрунту, сприяють створенню дуже цінною водопрочной грудкувате-зернистої структури, яка поліпшує водопропускную і водоутримуючу здатність грунтів, її повітропроникність.
Молекули гуматов входять в грунтову структуру, в їх присутності різко зростає обмінна ємність грунтів. Адсорбовані форми поживних речовин не зв'язуються з грунтом, що не вимиваються водою, знаходяться в доступному для використання рослинами стані. Надалі рослини використовують ці адсорбовані речовини, причому інтенсивніше, ніж з ґрунтового розчину. Відзначено здатність гумусових речовин запобігати фіксацію глинистими мінералами калію в результаті утворення сполук типу хелатів. Всі корисні мікроелементи, будучи металами утворюють з гуматами в грунті хелатні комплекси і далі проникають в рослини, забезпечуючи їх харчування, а залізо і марганець, за авторитетним думку ряду вчених-ґрунтознавців, засвоюються виключно у вигляді гумінових комплексів.
Гумусові речовини перешкоджають незворотною сорбції фосфатів, зв'язуючи в комплекси іони заліза і алюмінію, особливо на тих грунтах, які містять їх в надлишку.
Гумінові речовини, внесені в грунт, сприяють закріпленню в ній поживних елементів і більш раціонального їх споживання. Так, за даними Орловського інституту зернобобових та круп'яних культур гумат калію підвищує ступінь використання фосфору з грунту на 20-25%, калію - на 23-25%. За іншими даними, використання на чорноземних грунтах гумінових добрив підвищувало вміст рухомого фосфору в ґрунті в 1,5-2 рази, аміачного азоту - в 2-2,5 рази. За даними американських вчених гумати сприяють поліпшенню постачання рослин поживними елементами з грунту, запобігаючи вимивання легко розчинних солей калію, азоту і збільшуючи доступність для рослин фосфатних солей кальцію, магнію алюмінію, заліза. В їх дослідах було встановлено, що 0,1% екстракту гумата вивільняє з грунту фосфор зі швидкістю 100 мг фосфору в тиждень на 100 г грунту. Наведені результати наукових дослідів остаточно підтвердили наступне припущення вчених: при внесенні гумінових добрив спостерігається чітка тенденція збільшення вмісту рухомого фосфору, обмінного калію, засвоюваного азоту в орному шарі грунту.
Вчені встановили: навіть при високих дозах внесення мінеральних добрив під запланований урожай зернових, овочевих та інших культур, безпосередньо з добрив для формування біомаси рослини беруть лише одну третину необхідних поживних речовин, а дві третини поживних елементів рослини беруть з грунту. Це ще один вагомий аргумент на користь цілеспрямованої роботи по внесенню гумінових добрив в грунт.
На родючості ріллі негативно позначається збільшення площ кислих і лужних грунтів. У порівнянні з даними агрохімічного обстеження 1970 року вони збільшилися майже в два рази. На сьогодні більше третини орних земель РФ (43 млн. Га) - це кислі, солонцовиє, засолені грунти. Навіть в чорноземних областях грунту, що вимагають вапнування складають не менше третини площі ріллі. Один з основних джерел, що надають істотний вплив на підкислення ґрунтового розчину, - мінеральні добрива. Питома вага фізіологічно кислих форм добрива становить понад 40% загальної кількості мінеральних добрив. Вчені Всеросійського НДІ добрив і агропчвоведенія ім. Д. Н. Прянишникова встановили: на нейтралізацію кислотності від дії цих добрив витрачається карбонат кальцію грунту, що викликає щорічну втрату кальцію до 3-4 ц з 1 га. Крім того, значна частина кальцію в грунті відчужується з врожаями і виключається з кругообігу в системі грунт - рослини. Викладені обставини створюють певні передумови прискорення процесу вилуговування грунтів і зниження їхньої родючості. Ситуація ускладнюється ще й тим, що якщо фізико-хімічні та біологічні властивості ґрунтів погіршилися наступним вапнуванням не вдається повністю відновити колишнє родючість грунту, так як зруйнований грунтовий комплекс не набуває колишню структуру. Швидко підкисляє ґрунт малогумусні, що мають невелику ємність поглинання і слабку буферність. Постійне внесення в ґрунт органо гумінових добрив як в «чистому вигляді» так і в суміші з мінеральними добривами або «на їх фоні» дозволяє уникнути вапнування, підвищує ефективність застосовуваних мінеральних добрив. Гумінові добрива, що використовуються в овочевих, зернопропашной сівозмінах знижують рівень кислотності, що дає згодом можливість висівати на цих полях культури чутливі до підвищеної кислотності - цукровий буряк, соняшник, кукурудзу, яру пшеницю і т.д.
Ряд культур - цукрові буряки, соняшник, капуста, льон, конюшина при тривалому вирощуванні на одному полі (монокультура) значно знижують свою врожайність. Це явище широко відомо в землеробстві під терміном «грунтовтома». Воно обумовлюється рядом причин, що викликають погіршення властивостей грунту, таких як: одностороннє фосфорне, калійне виснаження ґрунту, а також зниження рівня мікроелементів; зараження грунту патогенної інфекцією, кореневими виділеннями самих рослин. Внесення в грунт гумінових добрив послаблює, а потім і повністю усуває шкідливий вплив на рослини «причин» ґрунтовтоми, причому набагато швидше, ніж традиційний метод сівозміни. При сівозміні використовується здатність грунту до природної самоочіщаемості за рахунок діяльності її мікрофауни. Щоб прискорити процес очищення грунту, збільшують її біологічну активність шляхом внесення гумінових добрив (в тому числі спільно з гноєм, мінеральними добривами, сидератами). І тоді, той же соняшник або цукрові буряки повертається на колишнє полі не через 5-6 років, а, скажімо, на третій або четвертий рік. Внесення гуматів особливо важливо для земель з низьким вмістом гумусу при тривалій монокультурі.
Для грунтових зон РФ з холодним і помірним кліматом істотне значення має здатність гумата фарбувати грунт в темний колір. Формуючи забарвлення, гумати змінюють її тепловий режим. Холодні глинисті грунти стають теплішими.
Гумусові кислоти, що є основною діючою речовиною гумінових добрив мають здатність до гелеутворення. Завдяки цій якості, після обробки ґрунтів гуматами, підвищується її влагоудерживающая здатність. Якщо врахувати, що більше трьох четвертих сільгоспугідь в країні знаходяться в посушливій зоні, це властивість гумінових добрив стає особливо актуальним. З іншого боку, саме за рахунок внесення гуматів ті ж грунту довше зберігають задовільні властивості при інтенсивному зрошенні, в тому числі і при поливі, з використанням високих доз мінеральних добрив.
Грунти, де регулярно вносяться гумінові добрива, більш стійкі до дії хімічних забруднюючих речовин: радіонуклідів, важкий металів (свинець, ртуть, хром, кадмій і ін.), Пестицидів, ніж грунту малогумусні. В епоху урбанізації та обробітку с / г культур на орних землях поблизу великих промислових районів це більш ніж актуально. Гумати пов'язують ці шкідливі сполуки, утворюючи нерозчинні в грунтовому розчині комплекси, стає неможливим їх надходження в рослини, грунтово-грунтові води, атмосферу. У техногенних зонах полив грунту розчином гумату (в концентрації від однієї десятої до однієї сотої відсотка) різко підвищує біологічну активність грунту і сприяє стійкості рослин до шкідливих викидів підприємств.
Сучасне рослинництво неможливо без застосування різних отрутохімікатів, необхідних для боротьби з бур'янами, шкідниками і хворобами рослин. Однак застосування цих препаратів викликає цілий ряд негативних явищ через їх накопичення в грунті: гине мікрофлора грунту, порушуються фізіологічні функції рослин. Отрути накопичуються в с / г продукції, негативно впливаючи на життя людини. Внесення гумінових добрив в грунт стимулює діяльність мікроорганізмів і сприяє більш прискореному розкладанню пестицидів в грунті. Одночасно підвищується стійкість рослин до дії даних хімічних препаратів, зростає швидкість розкладання отрут в клітинах самої рослини.
Внесення органо гумінових добрив в грунт знімає негативний вплив високих доз мінеральних добрив, особливо азотних.
Постараємося дати більш повну відповідь на наступне питання: на яких ґрунтах можливе використання гумінових добрив? На думку ряду вчених і фахівців сільського господарства, як вітчизняних, так і зарубіжних, застосування гуматів необхідно:
1) на лужних грунтах з низьким вмістом заліза;
2) на піщаних, супіщаних грунтах з низьким вмістом органіки (гумусу);
3) на кислих, підзолистих грунтах з низьким вмістом гумусу одночасно з вапнуванням;
4) на засолених грунтах (солончаки);
5) на вапняних грунтах
По кожному з перерахованих типів грунтів внесення гуматів дало позитивні результати. Так, досліджуючи можливість використання гуматів для зняття токсикозу у рослин, викликаного засміченням середовища кореневого харчування, вчені встановили, що гумати нейтралізують токсичну дію засолення в 6-10 разів перевищує норму. У ряді областей РФ були проведені експерименти по обробці гуматами засолених грунтів, що дали згодом значне зростання врожаю, багаторічних трав. Комплексний вплив органо гумінових добрив на властивості піщаної підзолистого грунту виразилося в збільшенні загальної приріст і вологоємності, зниженні щільності ґрунту, збільшення вмісту загального азоту, кальцію, магн6ія, поліпшенні її сорбційних і кислотноосновного властивостей. На піщаному грунті було отримано десятикратне збільшення влагоудерживающей здатності. Випробування комплексних органо гумінових добрив на чорноземах Ростовської області, в тому числі в посушливі роки дало підвищення вмісту гумусу на цих грунтах, поліпшило структуру і фізико-хімічні властивості, справила значний меліорірующее дію на грунт. Відзначено повільна мінералізація органо гумінових добрив, гальмівну дію ОмГУ на процес вимивання поживних речовин, що сприяло зниженню доз внесення мінеральних добрив і підвищенню коефіцієнта їх використання.
Поруч вчених висловлювалися припущення, що внесення гуматів ефективно на грунтах, де вміст гумусу не перевищує 2%, а такі грунти як чорноземи, де вміст гумусу 8-12% в додатковому внесенні гумінових препаратів не потребують. Більш детальне вивчення цього питання показує: гумінові добрива необхідно вносити на всіх грунтах, щоб підтримувати бездефіцитний баланс гумусу, так як грунту, що знаходяться в сільськогосподарському обороті не можуть розраховувати на природне накопичення гумусу. На цих грунтах, в тому числі і чорноземних, виробник змушений «штучно» підтримувати кількість органічної речовини (гумусу). Навіть удобрені великою кількістю гною або компосту грунту все одно потребують внесення гумінових добрив. По-перше, гумати сприяють зростанню мікрофлори, прискорюючи процеси природного накопичення гумусу. По-друге, незважаючи на високий вміст поживних елементів у відходах тваринництва, вони занадто міцно пов'язані з органічною масою, і тому з працею засвоюються, в той час як гумінові добрива сприяють швидшому їх засвоєнню.
Загальний висновок: гумінові добрива визначають структуру і родючість ґрунтів, беруть участь в регулюванні практично всіх найважливіших її властивостей.
