Кальцій та вапнування ґрунтів: як узяти максимум?

У попередній частині мова йшла про те, яке значення має кислотність ґрунтів та що про це має знати фермер.

А от нині розкажемо, які практичні поради аграріям давав відомий ґрунтознавець Ніл Кінсі під час Міжнародної науково-практичної конференції «Точне ґрунтознавство та управління зональністю полів». Цей захід для вітчизняних аграріїв провела наприкінці грудня 2019 року компанія Тревелайт MICE&Travel.

Тож навіщо вносити кальцій у ґрунт та який результат можна отримати?

Вапнування ґрунтів

Традиційно для того, щоб розкислити кислі та вторинно підкислені ґрунти, застосовують вапнування. Це хімічна меліорація, яка передбачає внесення в ґрунт вапнякових матеріалів із метою усунення зайвої кислотності, зв’язування рухомих форм алюмінію, гальмування процесу нагромадження в надземній масі рослин важких металів, радіонуклідів та інших токсинів.

Вапнування ґрунтів покращує фізико-хімічні та агрофізичні властивості кислих ґрунтів, позитивно впливає на розвиток корисної мікрофлори і біологічну активність кореневмісного шару ґрунту, забезпечує зростання обсягів та підвищує якість врожаю.

«Внести вапняк — найбільш економічний шлях для розкислення. Але надзвичайно важливо знати, який саме вапняк фермер планує вносити: карбонатно-кальційний чи доломітовий», — наголошує спеціаліст із родючості ґрунтів Ніл Кінсі.

Найперше, що має зробити фермер: зробити аналіз вмісту вапняку, оскільки існує багато його видів і кожен із них матиме різний вплив на ґрунт. Так, наприклад, у Новій Зеландії є близько 25 видів вапняку і кожен може бути використаний на різних типах ґрунтів.

Ніл Кінсі каже, що при проведенні будь-яких операцій задля покращення родючості ґрунтів фермеру потрібно достеменно розуміти, як це працює. При аналізі, за словами експерта, необхідно обов’язково звернути увагу на вміст кальцію та магнію, а також на розмір фракції. Дрібний «помел», наприклад, дозволить кальцію і магнію глибше проникати в землю. Тож завжди варто співвідносити потребу ґрунту з вмістом вапна у витратному матеріалі, що дозволить оптимізувати процес.

Також варто пам’ятати, що рослини можуть використовувати водночас не всі поживні речовини. Велика частина залишається доступною в ґрунтах та, ймовірно, послугує для наступного врожаю. Такі речовини часто називають «годівницями ґрунту».

«Зазвичай так називають кальцій і магній у ґрунтах. Часто рослини не використовують їх повною мірою — елементи залишаються наявними в ґрунті для наступного врожаю. Навіть якщо ми не будемо сприяти перетворенню їх у не доступну для рослин форму», — каже фахівець.

Ніл Кінсі говорить, що дефіцит кальцію рідко проявляється «в полі», і дуже складно встановити це під час простого огляду посівів. На це безпосередньо можуть впливати такі вторинні фактори як висока кислотність ґрунту. Зазвичай вона обмежує ріст рослин і ускладнює оцінку. Отож, щоб виявити можливий дефіцит кальцію, фермеру потрібно проаналізувати саму рослину.

«Потреба в кальцію на багатьох ґрунтах говорить про низький рівень рН. Американські фермери точно знають: осока на пасовищах або сінокосах вказує на низький рівень рН, а відтак — на потребу ґрунтів у більшій кількості кальцію. Якщо внести достатню кальцію, то осока висохне і просто перестане рости», — про такий лайфхак розказав ґрунтознавець.

Які переваги вапнування ґрунтів?

У дуже кислих ґрунтах (рН 4-5,5) залізо, алюміній і марганець переходять у легкодоступні форми, а їхня концентрація сягає токсичного рівня. Надлишок цих металів порушує вуглеводний і білковий обміни рослин та утворення органів розмноження, що значно знижує врожай і може навіть спричинити загибель. При високій кислотності ґрунту погіршується його фільтраційна здатність, капілярність і проникність. Високу чутливість до алюмінію проявляють буряк, горох і квасоля. До надлишку марганцю чутливі майже всі овочі та буряки.

Однією з переваг вапнування ґрунтів є зменшення кількості токсичних речовин.

«Якщо ми відкорегували кальцієм ґрунт із підвищеним вмістом алюмінію або марганцю, то ці елементи більше не шкодитимуть рослинам», — запевняє Ніл Кінсі.

Іншою важливою перевагою вапнування ґрунтів є покращення активності для розкладання пожнивних решток.

Зі свого досвіду роботи за програмою доктора Вільяма Альбрехта (William Albrecht) Ніл Кінсі розповідає, що пожнивні рештки на поверхні ґрунту фактично виступають індикатором проблем із кальцієм.

«Якщо у ґрунті кальцію достатньо, то решток не повинно бути. Вони мають вже розчинитися або розкластися», — наголошує доповідач.

На практиці рівень рН може бути оптимальним, але низький вміст кальцію (наприклад, 50% кальцію замість 60%) обов’язково «дасть про себе знати» пожнивними рештками на поверхні. Тож якщо згідно аналізу ґрунту є дефіцит кальцію, його додаткове внесення збільшить мікробіологічну активність ґрунту, а отже, це сприятиме розкладанню рослинної речовини.

З іншого боку, вапнування природно несе потенційний брак кальцію або магнію.

«Пам’ятайте: рівень рН насправді не вкаже точно, чи ви побороли нестачу кальцію або магнію. », — зауважує Ніл Кінсі.

Вапнування кислих ґрунтів збільшує симбіотичну фіксацію на бобових культурах, тобто підвищує ефективність бульбочкових бактерій. Якщо на сої утворюється недостатньо «вузликів», то, у першу чергу, треба оцінювати вміст кальцію в ґрунті. Однак, коли навіть при вмісті кальцію 60% на бобових все ще є недостатнє вузлоутворення, то варто оцінити вміст сірки в ґрунті. Адже без сірки неможливе формування білкових сполук: вона є незамінним компонентом однієї з вісьмох амінокислот, що входять у структуру білка.

Не менш важлива перевага вапнування кислих ґрунтів — збільшення доступності фосфору та молібдену для рослин. Саме фосфор сприяє інтенсивному перебігу процесів синтезу органічних речовин, а також швидкому утворенню кореневої системи рослин. При цьому рослини краще засвоюють воду і поживні речовини з ґрунту, швидше формують надземну масу.

Молібден, у свою чергу, мінімізує вміст нітратів у рослинній тканині, зменшуючи поглинання рослиною нітратного нітрогену та збільшуючи поглинання нітритного і включення його до білка. Для бобових культур молібден є каталізатором фіксації нітрогену з повітря бульбочковими бактеріями та накопичення цього елементу на поверхні кореневої системи.

«Коли ми вносимо вапняк на низькокальційних ґрунтах, то рослинам часто достатньо вже наявних фосфору та молібдену. Вони виростають, і відпадає потреба вносити ці елементи додатково. Але якщо є серйозний дефіцит фосфату в ґрунті, то вапнування буде недостатньо», — додає експерт.

Як вапнування ґрунтів впливає на мікроелементи?

Фермер має пам’ятати важливу особливість при вапнуванні: кальцій зв’язує певну кількість заліза, марганцю, цинку і міді. Отож, хоч внесення кальцію дозволяє «вирівняти» рН, залишається ризик залізодефіциту в ґрунті. Але, на щастя, рН не зупинить аграрія у нарощуванні біологічної активності в ґрунті.

«Якщо ми додатково внесемо залізо, то фактично можемо підтримати лише наявний рівень. Коли у ґрунті є дефіцит цього елемента і ви хочете його підняти, то вам потрібно його ще більше вносити», — говорить Ніл Кінсі.

Спеціаліст наголошує: коли рН піднімається, то це впливає на наявність або доступність інших поживних речовин у цьому ґрунті, тобто тільки на ті елементи, які вже там є.

Так, при оптимальному значенні рН 6,5 рівень заліза буде зменшуватися. На думку ґрунтознавця, саме в такій ситуації найчастіше люди роблять помилку. Вони думають так: «Ми можемо додати більше заліза, тому що це зв’язує залізо». Але насправді залізо, яке вже там є, буде зв’язане з результатами заліза і зросте його доступність у ґрунті. На ґрунтах, які мають значення рН 7-9, можна навіть збільшити доступність заліза, якщо використати його належне джерело.

Отож, аби підтримувати рівень заліза в таких ґрунтах, завбачливі фермери на кожні 660 кг кальцію вносять 55 кг 20-відсоткового сульфату заліза.

рН у нормі: чи можна бути спокійним?

Відмінний рівень кислотності, на думку вчених, далеко не завжди означає, що рослинам буде комфортно рости. Гарний рівень рН переважно свідчить про те, що ґрунт належним чином збалансований і має достатньо поживних речовин. Але іноді можуть бути винятки.

Ніл Кінсі каже: багато ґрунтів на заході США, як і в більшій частині світу, мають дуже високий рівень рН, але все-таки страждають від серйозного дефіциту кальцію.

«Кожен раз, коли у вас насичення основами кальцію в ґрунтовій пробі нижче 60%, то цей ґрунт не має достатньо цього елемента для найкращого врожаю», — переконаний фахівець.

Більшість професорів в університетах запевняють, що вносити кальцій у ґрунт із високим рівнем рН не можна. За їхніми словами, кальцій і магній в ґрунті не роблять ніякої відмінності рівно до того моменту, коли відсоток магнію не починає перевищувати відсоток кальцію.

Але Ніл Кінсі переконує: у таких рідкісних випадках, коли рівень магнію вищий за рівень кальцію, рослини просто не можуть вижити. Отож, ґрунтознавець каже: завжди треба зважати не на сам показник кислотності, а на відсоткове співвідношення кальцію. Тобто якщо рівень насичення менше 60%, то ґрунту, однозначно, потрібен кальцій незалежно від рівня рН.

Це знання давно використовують на практиці, наприклад, фермери з Каліфорнії. Кілька господарств спеціалізуються на вирощуванні салату та полуниці. Рівень кальцію на їхніх ґрунтах коливається у межах лише 40-45%. Але фермери навчилися виходити з такої ситуації і подають рослинам кальцій через зрошення. Без нітрату та сульфату кальцію у водному розчині рослини на їхніх полях просто не виживатимуть.

«Каліфорнійські фермери кажуть, якщо цього робити не будуть, жодна культура на їхніх полях не виросте. Вони чудово розуміють: найважливішим моментом є те, скільки кальцію і магнію знаходиться в водяному розчині навколо волосків коріння», — уточнює Ніл Кінсі.

Поки фермер не досягне насичення кальцієм у водному розчині навколо кореневих волосків на рівні 60%, то він не зможе забезпечити максимальне споживання рослиною кальцію, азоту, фосфору і калію. Коли агровиробник отримає насичення більше 60%, то це максимізує вміст NPK, яким можна «нагодувати» рослину.

Тож ґрунти, які мають принаймні 60% насичення кальцієм, при збільшенні цього насичення хоча б на 5% навколо кореневих волосків покажуть величезну різницю у продуктивності, а рослини — хороший приріст врожаю. При цьому дуже важливо, щоб кальцій був легко- і швидкодоступний для культур.

У визначений момент фермер, маючи низький показник кальцію у ґрунті, може дещо схитрити і зробити хоча б найменшу корисну відмінність. Для цього на першому етапі буде досить збільшити саме швидкодоступний кальцій у ґрунті.

Так, наприклад, зробило господарство, що спеціалізується на вирощуванні овочів, у канадській провінції Саскачеван. Ніл Кінсі розповідає, що згідно аналізів ґрунту насичення кальцієм складало близько 40-50%. На думку фермера, це був досить непоганий показник, але ґрунтознавці рекомендували йому внести по 7,7 т/га карбонатно-кальційного вапняку.

Через низку причин зробити вапнування згідно рекомендації фермер не встиг, але йому вдалося внести принаймні по 330 кг/га подрібненого гранульованого вапна, яке швидко розпадається в ґрунті.

Невдовзі фермер розповів, що неозброєним оком можна було помітити різницю між полями, де було внесено хоч трохи вапна, і які не отримали нічого. А відтак такий агротехнічний прийом дозволив йому ще й відчути збільшення врожайності.

«Чому така невелика кількість вапна зробила таку велику відмінність? Тому що вона збільшила насичення основи кальцію навколо кореневих волосків у розчині. Це не відкоригувало пористість чи структуру ґрунту, але допомогло рослинам спожити більше поживних речовин», — уточнює Ніл Кінсі.

Дуже схожою була ситуація у фермера з Центральної Каліфорнії, який вирощував салат на одних із найважчих ґрунтів у тому регіоні. При рівні рН 8,2-8,3 фахівці порадили внести 8,8 т/га карбонато-кальційного вапняку. Попри, здавалося, абсурдність такої рекомендації та скептичні оцінки інших фермерів, він таки здійснив експеримент і провів вапнування.

«Разом ми пішли оцінити результат. Там, де вапно не вносили, фермер дістав жменю дуже липкого глиняного бруду і почав здавлювати в руці. Ґрунт вилазив з-поміж пальців стрічкою і тримався так. Зовсім поряд були ділянки, де провели вапнування. Грудка землі просто почала розсипатися в руці. Отож, результат був очевидним і згодом підтвердився станом рослин та показниками врожайності», — з усмішкою каже фахівець.

Так, на таких ґрунтах фермери, як мінімум, мали проблеми з величезними глибами ґрунту та підготовкою зернового ложа до сівби. Але коли ґрунт став більш «толерантним», то достатньо було одного обробітку культиватором там, де раніше треба було три.

Повний ефект від внесення вапняку каліфорнійський фермер відчув через три роки: рівень рН на його полях упав з 8,2-8,3 до 7,7-7,8.

Ніл Кінсі каже, так сталося тому, що надлишок магнію і натрію у тих ґрунтах мав набагато більший вплив на рівень рН. Ці мікроелементи піднімали показник кислотності так само, як і кальцій. Але коли фермер почав вносити кальцій, то через це зменшувалась доступність магнію і натрію в тих ґрунтах, а це вплинуло на зниження рівня рН.

Сучасна наука запевняє, що насправді «налаштувати» верхній родючий шар землі та отримати хороший урожай не так і складно. Головне, будь-який фермер має щодня вчитися, експериментувати з ґрунтом, адже його потенціал складно переоцінити!

© Катя Капустіна, 2020 р., Kurkul.com

Рівень кислотності ґрунту: вплив вмісту певних поживних елементів

У першій частині статті доктора біологічних наук Сергія Хаблака було висвітлено можливі негативні впливи на ґрунт азотних, фосфорних і калійних добрив та яких властивостей вони набувають залежно від насичення кальцієм та магнієм. У другій частині мова піде про залежність рівня кислотності від вмісту певних елементів у ґрунті.

Типи ґрунтів та їхні властивості у різних природних зонах України

Підвищений вміст кальцію і магнію характерний для ґрунтів Степу (чорноземи звичайні, південні, темно-каштанові), середній — ґрунтів Лісостепу (чорноземи типові), низький — ґрунтів Полісся (дерново-підзолисті). Високий вміст кальцію і магнію мають глинисті ґрунти. Особливо бідні на кальцій і магній сильноопідзолені кислі ґрунти легкого гранулометричного складу.

Вплив мінеральних добрив на властивості ґрунту та ҐВК

Головною рисою більшості ґрунтів зони Лісостепу є однорідність материнських порід (леси) та суглинковий гранулометричний склад. ґрунти Лісостепу (чорноземи типові), на відміну від ґрунтів Полісся, містять більше гумусу (1,5-4,5%), поживних речовин (середній вміст рухомого фосфору, середній вміст рухомого калію), неглибоке залягання карбонатів, близько до нейтральної реакцію ґрунтового розчину, мають кращі водно-фізичні та біологічні властивості. Реакція ґрунтового розчину слабокисла або близька до нейтральної (рНсол 5,6-6,8). Ґрунти насичені основами кальцію і магнію. Ємність обмінних катіонів досить висока (26-35 мг-екв на 100 г ґрунту), ступінь насиченості основами 90-95%.

Ґрунти Степу (чорноземи звичайні, південні та темно-каштанові) утворилися внаслідок розкладання рослинних решток в умовах непромивного режиму (рис. 1). Гранулометричний склад чорноземів звичайних важкосуглинкові та легкосулинкові види. Сума вбирних основ становить від 20 до 50 мг-екв./100 г ґрунту. Вміст гумусу в основних ґрунтах цієї зони становить від 2,3 до 4,5%, реакція ґрунтового розчину близька до нейтральної, насиченість основами висока. Ґрунти мають низький вміст рухомого фосфору, високий вміст рухомого калію.

Поліська і лісостепова зони забезпечені рухомими фосфатами краще, ніж степова. Низький вміст рухомого фосфору у ґрунтах Степу залежить від складу катіонів у ґрунтовому вбирному комплексі і пов’язаний з зав’язуванням фосфат-іонів (Н 2 РО _{4 –} , НРО _{4 –} , РО _{4 –} ) іонами Са, Мg, Fe і АI. У кислих дерново-підзолистих ґрунтах утворюються малорозчинні фосфати Fe і АI. В нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи, сіроземи) основними фіксаторами фосфору є кальцій і магній. Фосфор, зв’язаний з АI, в 1-6 разів доступніший для рослин, ніж фосфати Fe, а фосфати Fe у 8-18 разів доступніші, ніж фосфати Са. В темно-каштанових ґрунтах вміст обмінного натрію не перевищує 3-5%, однак у засолених ґрунтах він значно вищий. Чорноземи звичайні мають високу потенційну родючість, проте нестача опадів обмежує їх широке використання. Для більшості ґрунтів зони найефективнішим є фосфорні добрива, після них — азотні, а найнижча дія калійних.

Обсяги втрат кальцію і магнію ґрунтами залежить від багатьох факторів: гранулометричного складу ґрунту, суми опадів, доз мінеральних добрив, кислотності, вмісту кальцію та магнію в ґрунті, видового складу вирощуваних культур у сівозмінах та інших умов.

Найбільше кальцію і магнію втрачається з ґрунту внаслідок вимивання і виносу урожаєм. На різних за складом ґрунтах із ґрунту за рік може бути вимито від кількох десятків до 200-400 кг/га і більше кальцію. Щорічні витрати магнію можуть досягати 20-40 кг/га. Кальцій та магній в 1,5-2 і більше разів вимивається з легких за гранулометричним складом ґрунтів порівняно із важкими. Втрати карбонатів з орних ґрунтів значною мірою залежать від їх гранулометричного складу, зменшуючись від піщаних до глинистих ґрунтів.

Вплив виносу елементів живлення рослинами на формування системи удобрення

Немає жодного елементу, який у підзолистому ґрунті виносився б із нього в таких величезних кількостях, як кальцій. Вимивання обмінних основ із орних ґрунтів нерідко сягає 300-400 кг/га СаСО 3 і до 100 кг/га МgСО3, що набагато перевищує втрати азоту, фосфору, калію та інших елементів живлення. На супіщаних ґрунтах втрати становили 0,9-1,0 кг СаО і 0,14-0,19 кг МgО, а на суглинкових — 0,5 СаО і 0,06-0,07 кг МgО на 1,0 кг поживних речовин, внесених із мінеральними добривами.

Великі втрати кальцію з фільтруючими водами, які досягають декілька сотень кілограмів елементу з 1 га в рік, відмічені в країнах Західної Європи (Німеччина, Англія, Франція), де випадає велика кількість атмосферних опадів. Цей фактор, безумовно, є вирішальним у процесі збіднення ґрунтів основами. В Англії і Уельсі внаслідок вимивання із ґрунту щорічно втрачається близько 2 млн. тонн СаСО₃, що приблизно відповідає загальній кількості внесених вапнякових добрив. При цьому втрати кальцію з гектара орних земель у 1,4 раза більше, ніж на луках і пасовищах. В Англії щорічно вилуговується від 56 до 336 кг/га кальцію (у середньому до 168 кг/га), що в перерахунку на карбонат складає 420 кг. Піщаний ґрунт щорічно втрачав з дренажними водами від 380 до 1000 кг/га СаСО₃ у залежності від дози внесеного вапна.

Однією з основних причин підкислення ґрунтів є вимивання обмінних основ атмосферними опадами у нижні горизонти. Також збільшення втрат кальцію з ґрунту, його підкислення, руйнування структури відбувається за впливу кислотних опадів, які утворюються в результаті викидів в атмосферу оксидів сірки і азоту промисловими підприємствами.

У Поліссі та на більшій частині території Лісостепу відновлення кислотності у провапнованих ґрунтах з часом пов’язане як з виносом обмінних основ Ca₂₊ і Mg₂₊ врожаями сільськогосподарських культур (150-180 кг/га щорічно), так і з підкисленням ґрунтів атмосферними опадами й особливо фізіологічно кислими азотними добривами (витрачається від 40 кг до 300 кг СаСО₃ на 100 кг добрив). Підкислююча дія азотних добрив виявляється не тільки в негативному впливі на реакцію ґрунтового середовища, але й у посиленні процесу вилуговування обмінних основ кальцію і магнію з ґрунту. Так, у західних районах ясно-сірі лісові ґрунти, залежно від системи удобрення культур і доз вапна, щорічно втрачали від 230 до 570 кг/га карбонату кальцію. Від 400 до 600 кг/га СаСО₃ втрачалося з орних ґрунтів північно-західної частини території Росії. У всіх наведених прикладах мова йде лише про орний шар ґрунту і про втрати за рахунок вилуговування опадами.

Тримай руку на пульсі важливих агрономічних новин та подій

Втрати кальцію і магнію з ґрунту від застосування мінеральних добрив ведуть до порушення ґрунтових процесів у вигляді підвищення кислотності та погіршення фізичних, фізико-хімічних і мікробіологічних його властивостей. На сірому лісовому ґрунті встановлено, що при збільшенні дози азотного добрива з 60 кг діючої речовини до 240 кг/га інтенсивність вилуговування кальцію збільшилась у 4 рази. Це, насамперед, пов’язано з обмінними фізикохімічними реакціями добрив з твердою фазою ґрунту, що зумовлює надходження у ґрунтовий розчин значної кількості аніонів сильних кислот. Ґрунт підкислюється, що зумовлює підвищення рухомості поживних речовин та інших простих солей і винесення їх низхідним просоченням води у нижні шари і за межі ґрунтового профілю.

Крім того, значна кількість обмінних основ кальцію і магнію виноситься врожаями сільськогосподарських культур (150–180 кг/га щорічно). Лише цукрові буряки за врожаю 400 ц/га виносять з ґрунту 70,0 кг/га кальцію і 25,0 кг магнію. Менше споживають кальцій з ґрунту зернові культури і льон (20–40 кг СаО на 1 га), дуже багато виносять капуста, конюшина, люцерна, люпин (до 250 кг СаО і більше), багато потребує його картопля (85-170 кг СаО). Потреба рослин у магнії також залежить від культур сівозміни. Багато виносять його із ґрунту цукрові і кормові буряки (60-70 кг), картопля (40-60 кг МgО на 1 га). Зернові культури потребують 10-14 кг, злакові трави — 20-30 кг, бобові трави — 33-49 кг і люпин — 20-40 кг МgО на 1 га. Бідні цим елементом піщані і супіщані ґрунти, у яких запаси його в орному шарі складають 30-180 кг МgО на 1 га. Тому важливою умовою є застосування кальцієвих і магнієвих добрив для досягнення оптимального співвідношення Ca:Mg. За внесення одних кальцієвмісних меліорантів може скластися несприятливе співвідношення, унаслідок чого погіршується засвоєння магнію рослинами, виникає його дефіцит.

На фото нижче показано поле сої з дерново-підзолистими кислими ґрунтами, що мають низький уміст рухомих сполук калію, кальцію і магнію, але містять високий вміст водню та алюмінію та до середньої кількості доступного фосфору.

Ґрунти характеризуються вкрай несприятливими фізичними властивостями і поживним режимом. Це пухка, незв’язна маса піску, яка розпадається на окремі механічні елементи, а тому повністю позбавлена структури. При цьому водопроникність їх висока, а вологоємність — низька. Атмосферні опади в них не затримуються, вони легко просочуються вниз, ґрунт швидко висихає до стану критичної вологості, внаслідок чого він не може створити необхідний для рослин запас продуктивної вологи. На фотографії видно пожовтіння країв листової пластинки сої. Це типовий недолік калію у ґрунті. При чому спостерігається крайній ступінь нестачі калію в ґрунті, що значною мірою позначається на зменшенні врожайності.

Роль Ca i Mg у підвищенні кислотності ґрунту

Кальцій і магній є найважливішими елементами у складі катіонів ҐВК. Перш ніж починати будь-яку програму удобрення культур, слід встановити не вміст рН ґрунту, не кількість макро- і мікроелементів, а відсоток насичення ґрунту основами Са та Mg відносно повної обмінної ємкості.

Для більшості типів ґрунтів оптимальний середній відсоток насиченості ґрунту кальцієм повинен бути 65%, а магнієм — 15%. При цьому не лише важливо усунути як дефіцит цих двох елементів у складі ҐВК, так і їх надлишок. Багато господарств через велику вартість фосфорних та калійних добрив вносять у ґрунт тільки азотні добрива. При цьому під впливом азоту ґрунт втрачає кальцій, що призводить до змін в оптимальному складі катіонів ҐВК, погіршення родючості і важливих властивостей ґрунту. Кальцій витісняється з ґрунту надмірною кількістю азоту. Азот у вбирному комплексі ґрунту призводить до зменшення вмісту кальцію і зростання вмісту магнію. Це одна із причин, чому вважається, що азот з безводного аміаку підвищує щільність ґрунту.

Гроші на вітер. Чому точне землеробство без аналізу ґрунту безглузде

Насправді, саме надмірна кількість магнію через зменшення кількості кальцію і збільшення його вмісту ущільнює ґрунт. На кожен відсоток кальцію, втраченого під впливом азоту, на 1% зростає кількість магнію. Виведення із ґрунту 10% кальцію під дією азоту призводить до підвищення рівня магнію на 10%. Якщо вміст магнію або кальцію у ґрунті зависокий, рослини не можуть засвоїти достатньо калію. За підвищенням вмісту кальцію або магнію іони К + , Na + , H + витісняються з вбирного комплексу і вимиваються з ґрунту. Кальцій і магній є антагоністами калію, водню і натрію в ҐВК. Надмірне внесення кальцієвих або магнієвих добрив може спричинити нестачу не тільки катіонів Н, Na, але і калію у ґрунті. Тому надмірне внесення кальцію у ґрунт і досягнення рН ґрунтового середовища вище 6,5 потребує також внесення калію у ґрунт при його низького вмісту невеликими дозами добрив через можливість вимивання данного катіону із вбирного комплексу. Внаслідок антагонізму кальцію і калію виникає потреба збільшення доз калійних добрив за низького його вмісту під час вапнування на ґрунтах з реакцією, близькою до нейтральної. Одночасно з поліпшенням калійного режиму ґрунту підвищується також ефективність вапнування.

Регулювання вмісту калію та магнію у ґрунті

Чорноземні ґрунти Лісостепу і Степу містять значну кількість доступного для рослин калію. Вони також багаті на необмінний калій, який активно переходить у рухомі форми, тому ефективність калійних добрив на цих ґрунтах незначна. Особливо чітко це простежується на ґрунтах важкого гранулометричного складу. Проте перехід необмінного калію у рухомі форми до складу ҐВК при його низькому вмісті на ґрунтах важкого гранулометричного складу при рН ґрунту вище 6,5 значно ускладнений. ґрунти Полісся мають низький вміст рухомого калію. В ґрунтах легкого гранулометричного складу калій у значній кількості мігрує по його профілю.

Специфіка і секрети стартових мінеральних добрив

Є думка, що надмірне внесення калійних добрив може спричинити нестачу магнію. Потрапивши у ґрунтовий розчин, іони магнію сильно гідратуються, тому слабко поглинаються ґрунтом і, на відміну від калію, легко вимиваються атмосферними опадами. Через це у разі внесення калію хлористого збільшуються втрати магнію внаслідок вимивання. Проте катіони Mg 2+ несуть подвійний позитивний заряд і є сильнішими по силі витіснення у порівнянні з катіонами К + , які мають один позитивний заряд, і здатні в ҐВК виштовхувати катіони з одним позитивним зарядом.

Надлишок катіонів магнію із ґрунту можна вивести за допомогою достатньої кількості кальцію під час вапнування, а також внесення у ґрунт сірки. У першому випадку внесене у ґрунт вапнякове добриво сприяє насиченню ҐВК катіонами обмінного кальцію, який витісняє більш слабші катіони Mg, котрі поступово надходять у водний розчин з наступною їх інфільтрацією вниз по ґрунтовому профілю. У другому випадку негативно заряджені аніони сірки (SO4 2- ) притягуються до позитивно заряджених катіонів магнію вбирного комплексу, і здатні їх рухати вниз з дренажними водами та вимивати в підземні води. Речовини, що мігрують в ґрунті (негативно заряджені аніони), здатні виводити надмірну кількість увібраних катіонів з ҐВК. Азот в нітратній формі зазвичай здатен виводити із ґрунту катіони кальцію, а сірка — усі основні обмінні катіони ҐВК (Са ₂₊ , Mg ₂₊ , Na + , H + , К + ). Проте сірка в ущільненому ґрунту буде витісняти Са, а не зможе знизити вміст магнію або калію, натрію, водню до тих пір, поки кальцію не буде принаймні 60% насичення вбирного комплексу. Доки не буде досягнуто насичення ґрунту кальцієм 60%, азот і сірка сприятимуть втратам кальцію. Після коригування у вбирному комплексі вмісту кальцію, магнію, калію, натрію, водню, сірка буде знижувати необхідні рівні всіх увібраних катіонів. Тому важливо припинити внесення сірки за відсутності надлишку катіонів у складі насиченості ґрунту основами.

Підвищення кислотності внаслідок вимивання кальцію

Головне джерело втрат кальцію з ґрунту — вимивання його з фільтрувальними водами. Середньорічні втрати кальцію з орного шару ґрунту внаслідок його вимивання коливаються від 50 до 250 кг/га в перерахунку на СаО. Більші втрати спостерігаються на дерново-підзолистих ґрунтах і менші — на опідзолених та вилугуваних чорноземах. Внесення мінеральних добрив призводить до значного збільшення втрат кальцію внаслідок вимивання. Застосування кислих мінеральних добрив зумовлює збільшення вмісту кальцію в ґрунтовому розчині та міграцію його з кореневмісного шару ґрунту. На втрати кальцію з фільтрівними водами найбільше впливають азотні добрива, особливо сульфат амонію. Після внесення 100 кг/га азоту у формі сульфат амонію з орного шару може вимиватися близько 250-290 кг/га СаО, а після внесення такої самої кількості азоту у формі нітрату амонію — 70-90 кг/га СаО. Втрати кальцію внаслідок вимивання збільшуються при внесенні фізіологічних кислих азотних добрив разом з калійними. Легкорозчинні аніони SO₄ 2- , NO _{3 –} , Сl – , які не сорбуються з ґрунтом і зав’язують еквіваленту кількість катіонів, здебільшого Ca ₂₊ , Mg ₂₊ , призводять до підвищення вимивання цих катіонів з фільтрівними водами з ҐВК та підвищення кислотності ґрунту. Підвищення кислотності ґрунту та потреба проведення повторного або підтримувального вапнування не завжди зумовлюється переважно втратами кальцію внаслідок виносу його з урожаєм рослин і вимиванням з орного шару ґрунту опадами у більш глибокі шари, але залежить також від складу і кількості інших катіонів в ҐВК.

Водень у складі ҐВК повинен дорівнюватися між 10-15% насичення ґрунту основами. В межах такого рівня рН ґрунту водень дає більше кислотності ґрунту, в результаті фосфати, калій ті інші поживні речовини стають більш доступними. Водень в цьому інтервалі дещо підвищує кислотність, щоб рослини могли краще поглинати елементи живлення. Наприклад, фосфор зазвичай поглинається рослинами при рН сол. 5,6-7, рН вод. 6,1-7 у вигляді Н ₂ РО _{4 –} та НРО ₄ 2- . Коли рН ґрунту перевищує 7, фосфор фіксується у ґрунті за рахунок кальцію в нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи). При нижчих рівнях реакції ґрунтового середовища (рН сол. менше 5,6, рН вод. менше 6,1) фосфор зазвичай зв’язується з розчинним алюмінієм та залізом в кислих дерново-підзолистих ґрунтах.

Наступна, остання частина статті буде більш детально присвячена темі кислотності ґрунту, але з іншого боку — а саме її впливу на доступність поживних елементів і, відповідно, на урожайність культур. Дочекайтеся.

Підтримайте наші агромедіа

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

Кальцій і магній – стражи родючості ґрунту

Минулої осені до всіх негараздів воєнного часу та до низьких цін на вирощений врожай, додалися більш ніж серйозні проблеми зі збиранням та досушуванням кукурудзи. Як ми пригадуємо, у вересні почалися затяжні дощі. Водночас через те, що рашисти знищили, пошкодили чи викрали тисячі зернозбиральних комбайнів, продуктивність збирання кукурудзи істотно знизилася.

Для більшості агрономів кальцій і магній вважаються другорядними елементами живлення для рослин порівняно з азотом, фосфором і калієм, але, насправді, для ґрунту вони є першорядними елементами з точки зору їхньої кількості та біохімічної ролі. Кальцій є головним елементом родючості і агрономічних властивостей ґрунту через великий вміст масової частки обмінного Са у складі ґрунтового вбирного комплексу (ҐВК).

ҐВК – це сукупність мінеральних, органічних і органо-мінеральних компонентів твердої частини ґрунту (колоїди), які володіють іонообмінною здатністю. У ҐВК входять і здатні до обмінних реакцій катіони, які в еквівалентній кількості можуть обмінюватися на катіони ґрунтового розчину. Вбирна здатність ґрунту залежить від вмісту найдрібніших ґрунтових часточок (колоїдів), які утворюють ґрунтовий вбирний комплекс. Колоїди – це частинки твердої фази ґрунту розміром від 0,1 до 0,001 мк. Вони складають одну із фракцій гранулометричних елементів ґрунту. Колоїдна фракція у різних ґрунтів міститься від 2% – в легких до 30-50% – у важких.

Ґрунтові колоїди негативно заряджені, а хімічні елементи, що утримуються в них, мають позитивний заряд. Негативно заряджені глинисті та гумусні колоїдні часточки притягують та утримують позитивно заряджені частини. Чим більше глинистих та гумусних колоїдів у ґрунті, тим більше є негативно заряджених частинок для притягування позитивно заряджених часточок за принципом магніту. Поглинання добрив залежить від ґрунтових колоїдів. Щоб утримуватись ґрунтовим колоїдом, добрива повинні бути позитивно зарядженими.

Позитивно заряджені елементи утворюють катіони. Негативно заряджені, такі як азот (нітрати), фосфор і сірка, формують аніони. Негативні іони не притягуються до ґрунтового колоїду. Це пояснює високу рухливість у ґрунті нітратів (NO₃-) та інших аніонів, які не адсорбуються його колоїдними частинками і легко вимиваються з ґрунту, якщо нітратні азотні добрива внести заздалегідь.

Ґрунтові колоїди легко втрачаються із ґрунту. Грудочки ґрунту більше 1 мм є вітростійкими, а менше 1 мм – ерозійнонебезпечними. Коли у верхньому шарі ґрунту часточок менше 1 мм стає понад 50%, то починається ерозія. Це поріг вітростійкості ґрунту. А саме під час оранки утворюється значна кількість часточок менше 1 мм в діаметрі. До того ж, з оборотом пласта стерня і рослинні рештки знищуються і ґрунт стає незахищеним. Якби можна було для аналізу зібрати пил, який розносить по полю вітер або змиває вода, то виявилося б, що в ньому найвищий вміст поживних речовин з поміж усіх складових ґрунту. Найродючіша частина ґрунту (колоїдні частинки) завжди втрачається найпершою під дією водної або вітрової ерозії. Чим довше триває ерозія, тим гіршим стає ґрунт.

Низька ділянка поля практично завжди має найбагатший вміст поживних речовин, оскільки там збирається більша частина легкого колоїдного пилу, який розносить по полю вітер або змиває вода. На буграх та вищих ділянках поля, незалежно від того, куди стікає вода або дує вітер, більш інтенсивно видуваються та вимиваються колоїди ґрунту, що містять елементи живлення. Такі ділянки ґрунту поля мають гіршу родючість і менший вміст поживних речовин (рис. 1).

Нагромадження у ґрунті елементів живлення рослин пов’язане з фізико-хімічною (обмінною) поглинальною здатністю ґрунту. Суть її полягає в тому, що увібрані катіони або аніони, закріплені колоїдною частинкою, можуть замінюватися іншими катіонами або аніонами з розчину. Від того, які саме катіони розміщені на поверхні колоїдної частинки і яка їх кількість, залежать агрономічні властивості та родючість ґрунту (вміст поживних речовин, кислотність і лужність ґрунтового середовища). Вбирання і обмін відбуваються тільки на поверхні колоїдних частинок. Чим більша поверхня, тобто більше колоїдів у ґрунті, тим більше увібраних катіонів. У зв’язку з цим у глинистих ґрунтах вбирний комплекс більший, а в піщаних – менший. В обмінному стані в ґрунтах зазвичай знаходяться: Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH 4+ , Na + , Н + , Al 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ . За наявності у складі ґрунтового вбирного комплексу значної кількості Н + і Al 3+ колоїди легко руйнуються в результаті кислотного гідролізу, а ґрунти погано оструктурені. Якщо у складі обмінних катіонів значна частка належить Na + (солонці, солонцюваті ґрунти), то колоїди легко пептизуються, ґрунти характеризуються лужною реакцією, погано оструктурені, мають несприятливі водно-фізичні властивості – підвищену щільність, погану водопроникність, слабку водовіддачу, низьку доступність ґрунтової вологи.

Узагальнюючим показником ҐВК та вбирних властивостей ґрунту є ємність катіонного обміну (або сума вбирних основ). В англомовній літературі ємність катіонного обміну позначають СЕС (the cation exchange capacity). Ємність катіонного обміну ґрунтів (ЄКО ґрунтів) – це сумарна кількість позитивних зарядів обмінних катіонів, що нейтралізують негативний заряд ґрунтово-вбирного комплексу. Ємність катіонного обміну в ґрунтах залежить від гранулометричного, хімічного складу, вмісту та якості гумусу, кислотно-основних умов. Тому ємність поглинання в різних типах ґрунтів неоднакова. Найбільша ЄКО характерна для чорноземів типових високогумусованих, де в складі обмінних катіонів переважають іони кальцію та магнію, що складає 50 мг-екв/100 г ґрунту і вище. Для дерново-підзолистих, сірих лісових ґрунтів, жовтоземів, червоноземів з кислою реакцією середовища ємність катіонного обміну низька і рівна 4,0-40,0 мг-екв/100 г ґрунту.

Між значенням СЕС, органічною речовиною і текстурою ґрунту повинна спостерігатися кореляція. При низькому значенні органічної речовини і легкій структурі не повинно бути високих значень СЕС. Важкі глинисті ґрунти повинні мати високе значення органічної речовини і хороше значення СЕС.

На фізичні і фізико-хімічні властивості ґрунту впливають не тільки величина вбирного комплексу і кількість увібраних катіонів, а й їх склад. Різні типи ґрунтів містять неоднаковий склад увібраних катіонів в ҐВК. Кожному типу ґрунту властиві певні катіони. Наприклад, у чорноземах і каштанових ґрунтів багато Са ++ і Mg ++ , підзолистих – Н + і Аl +++ , засолених – Na + , у болотних – Fe +++ . Ґрунти в природному стані містять найбільше таких катіонів, як кальцій, магній, натрій, водень, калій.

Показником складу катіонів в ҐВКє насиченість основами. Насиченість основами (base saturation, BS) – параметр, що характеризує процентний вміст основних обмінних катіонів ґрунту (кальцій, магній, калій, натрій і водень) в ҐВК. Ступінь насічення основами, % – відношення суми обмінних основ до ємкості вбирання. При високих значеннях BS (%) деяких катіонів можна зробити наступні висновки: Н більше 33% – велика проблема з кислотністю ґрунту, необхідно вапнувати, Na більше 5% – потрібно гіпсувати, Mg більше 33% – необхідно гіпсувати.

Окремі увібрані катіони в ҐВК дуже помітно впливають на ґрунтоутворювальний процес, фізичні властивості і родючість ґрунту. Залежно від складу увібраних катіонів, всі ґрунти можна поділити на насичені і не насичені основами. До першої групи належать ґрунти, у вбирному комплексі яких переважають катіони кальцію, магнію, натрію, а до другої – ті, в яких разом з кальцієм і магнієм у вбирному комплексі є й катіони водню і алюмінію. Насичені кальцієм і магнієм ґрунти сприятливі для розвитку рослин, мають найкращі фізичні властивості і добре виражену структуру.

Оптимальний відсоток насиченості ґрунту кальцієм повинен бути в діапазоні від 60-70%. На піщаних ґрунтах 60 % катіонів кальцію має бути приєднано до колоїдів ҐВК. На глинистих ґрунтах 70 % обмінних катіонів кальцію повинно знаходитися у складі вбирного комплексу. Для досягнення максимального поглинання рослинами поживних речовин у ґрунті навколо кореневих волосків повинно бути насичення кальцієм на менше 60%. При досягненні кальцієм у ҐВК показання 85% насичення основами, залізо, магній, калій, бор, цинк і мідь блокується. При відсотку насиченості ґрунту основами Са більше 80% вапнування проводити не потрібно, а при відсотку насиченості менше 50% – потреба в ньому висока (рис. 2).

Порівняно з кальцієм, уміст магнію в ґрунтах менший. Магній разом з кальцієм є дуже важливим катіоном для доступу повітря і води у ґрунт. Він допомагає утримувати часточки ґрунту разом. Магній займає друге місце після кальцію по вмісту насичення ґрунту основами. Катіони магнію у складі ҐВК повинні бути в інтервалі від 10 до 20%. На важкому глинистому ґрунті оптимальним буде цей показник 10%, а на легкому піщаному ґрунті – 20%. Ідеальний сумарний вміст кальцію і магнію у складі ГВК повинен рівнятися 80%. На ґрунтах з високим вмістом глини він повинен становити Са+Mg = 70+10=80 %, тоді як на легкому піщаному ґрунті – Са+Mg = 60+20=80%.

Важкий глинистий ґрунт повинен мати більше кальцію, а легкий піщаний ґрунт – більше магнію. Чим вищий рівень кальцію у ґрунті, тим більше пористості він має і тим легше волога залишає ґрунт. Двовалентні катіони Са 2+ викликають склеювання елементарних ґрунтових частинок у грудочки, внаслідок чого покращуються фізичні властивості ґрунту. Кальцій називають «вартовим ґрунтової родючості», оскільки він сприяє утворенню структури та зменшенню кислотності ґрунту. Магній ущільнює ґрунт. Збільшення вмісту магнію веде до збільшення кількості води, що утримується ґрунтом. Чим вище вміст магнію в глинистому ґрунті, тим більше в’язким та ліпким він буде коли мокро, і тім твердішим – коли сухо. Натрій робить ґрунт твердішим.

Підвищений вміст кальцію і магнію характерний для ґрунтів Степу (чорноземи звичайні, південні, темно-каштанові), середній – ґрунтів Лісостепу (чорноземи типові), низький – ґрунтів Полісся (дерново-підзолисті). Високий вміст кальцію і магнію мають глинисті ґрунти. Особливо бідні на кальцій і магній сильноопідзолені кислі ґрунти легкого гранулометричного складу. Найбільше кальцію і магнію втрачається з ґрунту внаслідок вимивання і виносу урожаєм. На різних за складом ґрунтах із ґрунту за рік може бути вимито від кількох десятків до 200-400 кг/га і більше кальцію. Щорічні витрати магнію можуть досягати 20-40 кг/га. Кальцій та магній в 1,5-2 і більше разів вимивається з легких за гранулометричним складом ґрунтів порівняно із важкими.

Кальцій і магній є найважливішими елементами у складі катіонів ҐВК. Перше ніж починати будь-яку програму удобрення культур, слід встановити не вміст рН ґрунту, не кількість макро- і мікроелементів, а відсоток насичення ґрунту основами Са та Mg відносно повної обмінної ємкості. Для більшості типів ґрунтів оптимальний середній відсоток насиченості ґрунту кальцієм повинен бути 65%, а магнієм – 15%. При цьому не лише важливо усунути як дефіцит цих двох елементів у складі ҐВК, так і їхній надлишок. Багато господарств через велику вартість фосфорних та калійних добрив вносять у ґрунт тільки азотні добрива. При цьому під впливом азоту ґрунт втрачає кальцій, що призводить до змін в оптимальному складі катіонів ҐВК, погіршення родючості і важливих властивостей ґрунту. Кальцій витісняється з ґрунту надмірною кількістю азоту. Азот у вбирному комплексі ґрунту призводить до зменшення вмісту кальцію і зростання вмісту магнію. Це одна із причин, чому вважається, що азот з безводного аміаку підвищує щільність ґрунту. Насправді, надмірна кількість магнію через зменшення кількості кальцію і збільшення його вмісту ущільнює ґрунт. На кожен відсоток кальцію, втраченого під впливом азоту, на 1% зростає кількість магнію. Виведення із ґрунту 10% кальцію під дією азоту призводить до підвищення рівня магнію на 10%. Якщо вміст магнію або кальцію у ґрунті зависокий, рослини не можуть засвоїти достатньо калію. За підвищенням вмісту кальцію або магнію іони К + , Na + , H + витісняються з вбирного комплексу і вимиваються з ґрунту. Кальцій і магній є антагоністами калію, водню і натрію в ҐВК. Надмірне внесення кальцієвих або магнієвих добрив може спричинити нестачу не тільки катіонів Н, Na, але і калію у ґрунті. Тому надмірне внесення кальцію у ґрунт і досягнення рН ґрунтового середовища вище 6,5 потребує також внесення калію у ґрунт при його низького вмісту невеликими дозами добрив через можливість вимивання данного катіону із вбирного комплексу. У наслідок антагонізму кальцію і калію виникає потреба збільшення доз калійних добрив під час вапнування на ґрунтах з реакцією, близькою до нейтральної. Одночасно з поліпшенням калійного режиму ґрунту підвищується також ефективність вапнування (рис. 3).

Чорноземні ґрунти Лісостепу і Степу містять значну кількість доступного для рослин калію. Вони також багаті на необмінний калій, який активно переходить у рухомі форми, тому ефективність калійних добрив на цих ґрунтах незначна. Особливо чітко це простежується на ґрунтах важкого гранулометричного складу. Ґрунти Полісся мають низький вміст рухомого калію. В ґрунтах легкого гранулометричного складу калій у значній кількості мігрує по його профілю.

Є думка, що надмірне внесення калійних добрив може спричинити нестачу магнію. Потрапивши у ґрунтовий розчин, іони магнію сильно гідратуються, тому слабко поглинаються ґрунтом і, на відміну від калію, легко вимиваються атмосферними опадами. Через це у разі внесення калію хлористого збільшуються втрати магнію внаслідок вимивання. Проте катіони Mg 2+ несуть подвійний позитивний заряд і є сильнішими по силі витіснення у порівнянні з катіонами К + , які мають один позитивний заряд, і здатні в ҐВК виштовхувати катіони з одним позитивним зарядом.

Надлишок катіонів магнію із ґрунту можна вивести за допомогою достатньої кількості кальцію під час вапнування, а також внесення у ґрунт сірки. У першому випадку внесене у ґрунт вапнякове добриво сприяє насиченню ҐВК катіонами обмінного кальцію, який витісняє більш слабші катіони Mg, котрі поступово надходять у водний розчин з наступною їх інфільтрацією вниз по ґрунтовому профілю. У другому випадку негативно заряджені аніони сірки (SO4 2- ) притягуються до позитивно заряджених катіонів магнію вбирного комплексу, і здатні їх рухати вниз з дренажними водами та вимивати в підземні води. Речовини, що мігрують в ґрунті (негативно заряджені аніони), здатні виводити надмірну кількість увібраних катіонів з ГВК. Азот в нітратній формі зазвичай здатен виводити із ґрунту катіони кальцію, а сірка – усі основні обмінні катіони ҐВК (Са 2+ , Mg 2+ , Na + , H + , К + ). Проте сірка в ущільненому ґрунту буде витісняти Са, а не зможе знизити вміст магнію або калію, натрію, водню до тих пір, поки кальцію не буде принаймні 60% насичення вбирного комплексу. Доки не буде досягнуто насичення ґрунту кальцієм 60%, азот і сірка сприятимуть втратам кальцію. Після коригування у вбирному комплексі вмісту кальцію, магнію, калію, натрію, водню, сірка буде знижувати необхідні рівні всіх увібраних катіонів. Тому важливо припинити внесення сірки за відсутності надлишку катіонів у складі насиченості ґрунту основами.

Водень у складі ҐВК повинен дорівнюватися між 10-15% насичення ґрунту основами. В межах такого рівня рН ґрунту водень дає більше кислотності ґрунту, в результаті фосфати, калій ті інші поживні речовини стають більш доступними. Водень в данному інтервалі дещо підвищує кислотність, щоб рослини могли краще поглинати елементи живлення. Наприклад, фосфор зазвичай поглинається рослинами при рН сол. 5,6-7, рН вод. 6,1-7 у вигляді Н₂РО₄– та НРО₄ 2- . Коли рН ґрунту перевищує 7, фосфор фіксується у ґрунті за рахунок кальцію в нейтральних і карбонатних ґрунтах (чорноземи). При нижчих рівнях реакції ґрунтового середовища (рН сол. менше 5,6, рН вод. менше 6,1) фосфор зазвичай зв’язується з розчинним алюмінієм та залізом в кислих дерново-підзолистих ґрунтах.

Найсприятливіші умови для росту і розвитку більшості культурних рослин і засвоєння ними елементів складають 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 і 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 буде складати 6,3, а при 15% насиченості ґрунту увібраними катіонами водню рН ґрунтового середовища буде рівнятися 6.

Показник рН ґрунту немає 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 ГВК. Ґрунт з 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 вище, 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 основних обмінних катіона: 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.

Показник увібраних катіонів калію в складі ҐВК має бути від 2 до 5%, а натрію – 0,5-3%. Відповідно інші основи повинні складати 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.

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 з дефіцитом певного катіону 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. Із складу насиченості ґрунту основами катіони К +, Na + , H + мають лише один позитивний заряд “+”, а катіони Са 2+ , Mg 2+ несуть подвійний позитивний заряд “++”. Са 2+ , Mg 2+ – 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: Са 2+ , Mg 2+ , К + , Na + , H + . При рівні 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 потрібно розглядати програму підтримки вмісту К₂О в ґрунті невеликими дозами добрив через його можливість вимивання із вбирного комплексу. Не потрібно працювати на підвищення рівня калія у складі ҐВК 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 Са 2+ , Mg 2+ , К + в ҐВК збільшується вміст водню, який підвищує кислотність. На піщаних ґрунтах, що потребують вапнування, за внесення калійних добрив посилюється нейтралізація грантової кислотності, оскільки калій витісняє в розчин іони H + ,Al 3+ і Mn 2+ , 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.

Кожен тип ґрунту характеризується своїм гранулометричним складом, специфічним профільним розподілом фракцій і певним складом насиченості ґрунту основами (рис. 4). На основі багаторічних досліджень були запропоновані моделі ґрунту з оптимальним поєднанням поглинутих обмінних катіонів у складі ҐВК. Для більшості типів ґрунтів правильні середні відсотки насиченості ґрунту увібраних катіонів повинні бути такими: кальцій – 60-70%, магній – 10-20%, калій – 2-5%, натрій – 0,5-3%, водень – 10-15%, інші основи – 2-4%. На легких піщаних ґрунтах оптимальні відсотки насиченості ґрунту основами мають бути наступними: 60 % – кальцію, 20 % – магнію, 2 до 5% – калію, 10-15 % – водню, 0,5-3% – натрій, 2-4% – інші основи. Відповідно на важких глинистих ґрунтах показники оптимальних відсотків насиченості ґрунту основами повинні бути такими: 70 % – кальцію, 10 % – магнію, 2 до 5% – калію, 10-15 % – водню, 0,5-3% – натрій, 2-4% – інші основи. По деяким даним 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- і 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- і 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 в 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.