В состав растений входит свыше 74 химических элементов. Однако, только 16 из них крайне необходимы для жизни растений. Сухой состав 4растительной массы содержит 45% углерода, 42% кислорода, 6,5—7,0% водорода. Следовательно, органические элементы поступают в растения вследствие поглощения углекисло­го газа и воды и составляют около 94% сухих веществ. Доля остальных элементов, которые поглощаются корнями растений, составляет 6%. Из них азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо содержатся в растениях в значительных количествах: от сотых долей процента до нескольких процентов сухой массы. Они представляют группу макроэлементов. Содержание бора, марган­ца, молибдена, меди, цинка и кобальта в растениях невелико и составляет тысячные и стотысячные доли процента. Они получили название микроэлементов.

Разные культуры в разных почвенно-климатических зонах выносят из почвы с урожаем разное количество элементов питания.

Потребность в элементах питания зависит от биологических особенностей самого растения и условий внешней среды. Ее определяют по выносу элементов питания из почвы с урожаем сельскохозяйственных культур. Так, с 1 т основной продукции с учетом побочной яровая пшеница выносит (кг): N — 38,  Р₂0₅ — 12, К₂О — 26; картофель —N —5, Р₂0₅ —2; К₂О — 9; кормовая свекла — N —2,5, Р₂0₅ —0,9, К₂0 — 4,5. Каждому из элементов питания присуща своя физиологическая роль, кото­рую он выполняет в организме растения.

Во время вегетации растения так же неравномерно потребляют элементы минерального питания. Так, например, у озимой пшеницы отмечаются два периода усиленного потребления азота: в начале роста и во время налива зерна. Наибольшая потребность в фосфоре отмечается со времени появления всходов до цветения. Фосфорные удобрения наиболее энергично используются в течение 4—5 недель роста (фаза кущения). Калий необходим с первых дней роста растений до цветения, однако наибольшее его потребление наблюдается в фазы выхода озимой пшеницы в трубку и колошения. Растения гороха к началу цветения используют до 36% азота, 60—64% фосфора, 37—53% калия. К периоду формирования и налива зерна растения гороха используют от общего потребляе­мого количества фосфора 85—94%, калия 79—81%. Поступление азота продолжается вплоть до созревания семян.

В процессе эволюции различные виды растений наряду с общими отношениями и требованиями к внешней среде выработали и специфические, присущие данному виду растений. Поэтому нормальное развитие растений возможно при сочетании, как общих условий внешней среды, так и частных, свойственных конкретному виду.

Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде. Ориентиро­вочные величины рН могут иметь значи­тельный разброс для каждой культуры в зависимости от многих факторов. Например, повышенное содержание Са²⁺ в почвенном растворе ослабляет вредное действие кислой реакции вследствие существующего антагонизма между Са²⁺ и Н⁺. Кроме того, чувстви­тельность к кислой реакции одного и того же растения с возрастом меняется. Наиболее чувствительны к кислой среде они в начальный период развития.

Реакция почвенного раствора оказывает на растение прямое и косвенное действие. При прямом действии реакция почвенного раствора изменяет количество ионов Н⁺, НСО₃^-, ОН ^– на поверхности корневых волосков, что не может не влиять на концентрацию этих ионов в клеточном соке. В результате этого изменяется характер поступления питательных веществ из почвы. Повышенная кислот­ность или щелочность почвенного раствора нарушает физиологическую уравновешенность ионов, что ухудшает питание растений, в частности нарушается углеводный, белковый и фосфорный обмен. Косвенное действие заключается в том, что увеличение концентрации водородных ионов сопровождается повышением содержания подвиж­ных форм алюминия, марганца, а иногда и железа, которые оказывают на растение токсическое действие.

Известь оказывает многостороннее положительное действие на почву. Внесение высоких доз извести не оказывает существенного влияния на содержание гумуса в почве, но значительно улучшает его качество. В органическом веществе при этом сужается соотношение углерода и азота, увеличивается содержание наиболее ценных гуминовых кислот. Внесенные в почву органические материалы, такие, как навоз, зеленое удобрение, корневые остатки и стерня в почве, обеспеченной известью, быстрее разлагаются. Однако при этом образуются более стойкие гуминовые вещества, чем на неизвесткованной почве.

Известкование приводит к лучшему обеспечению растения не только азотом, но и зольными элементами вследствие усиления активности бактерий, разлагающих органические фосфорные со­единения почвы, а также и перехода фосфатов железа и алюминия в более доступные растениям фосфорнокислые соли кальция.

При известковании кислых почв в результате усиления микро­биологических и биохимических процессов увеличивается количество нитратов, усвояемых форм фосфора и калия. С известкованием увеличивается количество кальция, а при внесении в почву доломи­товой муки – и магния. При этом подвижные токсические формы алюминия и марганца переходят в нерастворимую, осажденную форму, доступность железа, меди, цинка и марганца снижается, а азота, серы, калия, кальция, магния, фосфора и молибдена возрастает. В интервале рН 5,5-7 получаются наиболее благоприятная агрономи­ческая структура почвы, самое высокое качество гумуса, оптимальный водный режим. Поэтому закрепление отдельных питательных элементов в почве при известковании до рН 5,5-7 рекомендуется возмещать путем внесения соответствующих удобрений.

Известкование полностью удовлетворяет потребность всех растений в кальции как элементе минерального питания, что для некоторых культур имеет большое значение, повышает эффектив­ность физиологически кислых минеральных удобрений, особенно аммиачных и калийных. Без внесения извести положительное действие физиологически кислых удобрений затухает, а со временем переходит даже в отрицательное действие, т.е. на участках с применением минеральных удобрений урожай оказывается даже ниже, чем на неудобренных. Поэтому важно, чтобы вносимые дозы известковых материалов обеспечивали бы нейтрализацию не только почвенной кислотности, но и кислотности физиологически кислых форм минеральных удобрений. В этом случае эффективность мине­ральных удобрений значительно возрастает. Сочетание известкова­ния с применением удобрений повышает их эффективность на 25-50%.

Расходы на известкование окупаются обычно в течение двух лет, а действие извести длится много лет. Значение известкования кислых почв намного возрастает в связи с переходом на интенсивные системы земледелия, где ведущими культурами являются пшеница, кукуруза, сахарная свекла, горох и другие, получить высокий урожай которых на этих почвах без внесения извести невозможно.

Известкование активизирует ферментативные процессы в почве, по которым косвенно можно судить об ее плодородии. При известковании снижается гибель озимых культур и многолетних трав, улучшается качество сельскохозяйственных растений, особенно бобовых культур. У бобовых содержание белка возрастает в связи с увеличением клубеньковых бактерий, фиксирующих азот воздуха, а у небобовых – из-за устранения излишней кислотности почвы, а также связывания подвижных форм алюминия, отрицательно влияющих на синтез белка. На известкованных почвах получают растительную продукцию с содержанием белка на 2-5% выше, чем на кислых. Качество продукции возрастает также за счет иммобилизации в почве токсических элементов и радионуклидов.

Химическая мелиорация почв.

Мелиорация — коренное улучшение почвы регулированием вод­но-воздушного режима (орошение и осушение); проведением культур-технических мероприятий (уборка камней, корчевка пней и деревьев, удаление кустарниковой растительности, разделка кочек и первичная обработка почвы), химических мелиорации (известкование кислых и гипсование солонцовых земель), а также выращиванием полезащитных лесных полос.

В нашей республике разработана и планомерно развивается комплексная программа улучшения почвы и ее охраны. Главные ее направления следующие: высокоэффективное использование всех орошаемых и осушаемых земель с достижением каждым хозяйством в установленные сроки проектной урожайности; ускорение развития орошаемого земледелия в степной зоне страны для гарантированного производства сельскохозяйствен­ной продукции, особенно зерна.

Известкование кислых почв. Известкование — прием коренного улучшения кислых почв в результате обогащения почвенного поглощающего комплекса кальцием. В известковании нужда­ются пашня, сенокосы и пастбища подзолистых, дерново-под­золистых и красноземных почв. Его проводят один раз в пять лет.

Под действием известкования урожайность зерновых культур увеличивается на 0,4—0,6 т/га, сахарной свеклы — на 5—6, кукурузы (зеленая масса) — на 5—9 и сена злаково-бобовых многолетних трав — на 5—6 т/га. За ротацию севооборота из­весть увеличивает выход продукции не менее чем на 600— 800 корм. Ед. с 1 га. Эффективность минеральных удобрений повышается на 35—50 %. Длительное применение минеральных удобрений без известкования, даже на слабокислых почвах, резко ухудшает их плодородие и снижает эффективность удоб­рений. Особенно чувствительны к пониженной кислотности ози­мая, яровая пшеница, сахарная, кормовая свекла, люцерна, клевер, эспарцет, горох и вика.

Чтобы полностью нейтрализовать потенциальную кислот­ность почвы, известкуют в дозах, рассчитанных по гидролити­ческой кислотности.

Поскольку известь за один год не может нейтрализовать кислотность во всем пахотном слое, наиболее чувствительные к ней культуры (свеклу, люцерну, пшеницу и др.) высевают на второй-третий год после известкования.

Наиболее целесообразно распределять полную дозу извести послойно. При этом 60—70 % ее вносят под вспашку, а осталь­ное количество — под предпосевную культивацию.

При известковании дозы калийных удобрений увеличивают на 20—30 %, так как в связи с изменением в почвенном рас­творе соотношения между кальцием и калием последний хуже используется растениями. В результате известкования сни­жается подвижность бора, меди, цинка и др. Это следует учи­тывать, возделывая лен, сахарную и кормовую свеклу.

Норму известковых материалов лучше устанавливать по гидролитической кислотности (Нг), принимая во внимание, что в большинстве севооборотов сле­дует вносить полные нормы, соответствующие гидролитической кислотности почвы. При этом полная норма (в т СаСОз на 12 га) определяется по формуле:

СаСОз = Н r х 1,5.

Норму внесения извести можно определить по величине рН солевой вы­тяжки с учетом механического состава почвы. Для этого используют справоч­ные таблицы, разрабатываемые научно-исследовательскими учреждениями.

При определении норм по Нr и pH_kcl могут иметь расхождения. В таких случаях принимают более высокую норму внесения из­вести.

При определении нормы внесения известковых материалов (физическая масса) делается поправка на содержание в них действующего вещества (СаСОз), количество примесей, влажность известкового материала.

Для этого используют следующую формулу:

Н = X * (100 * 100 * 100) / П * (100 – В) * (100 – Ч)

где: Н – норма внесения известкового удобрения, т на 1 га;

X – норма внесения чистого и сухого СаСОз, установленная по значению гидролитической или обменной кислотности, т на 1 га;

В – влажность известкового материала, %;

Ч – количество частиц крупнее 1 мм для известняковой и доломитовой муки и более 4 мм для гажи, туфа, %;

Качество известкования зависит от равномерности распре­деления материалов по площади. Для разбрасывателей центро­бежного типа (КСА-3, РУМ-5, РУМ-8, РУМ-16) по ширине раз­брасывания допустимы отклонения до ±25%, для пневмати­ческих (АРУП-8; РУП-8; РУП-14) — до ±30%. Отклонение фактически вносимой дозы от заданной — не более ±10 %.

Гипсование солонцеватых почв. Внесение в почву гипса (CaS0₄-2H₂O) для химической мелиорации солонцеватых почв называют гипсованием. Солонцеватые почвы характеризуются большим количеством натрия в поглощающем комплексе и ще­лочной реакцией почвенного раствора.

Чтобы улучшить физические, физико-химические и биологи­ческие свойства солонцеватых почв, необходимо устранить по­глощенный натрий, заменить его кальцием, а образующийся сульфат натрия удалить промыванием. Следует гипсовать со­лонцы и солонцеватые почвы, содержащие более 10 % погло­щенного натрия от общей емкости поглощения. Слабосолонце­ватые почвы (натрия менее 10 %) улучшают, внося большие дозы органических удобрений, высевая засухо- и солонцово-устойчивые культуры. Солонцеватые почвы подразделяют на две группы, отличающиеся по способам мелиорации.

Степные солонцы. Преимущественно распространены в зоне каштановых и бурых почв. Они характеризуются ней­тральной реакцией почвенного раствора и глубоким залеганием грунтовых вод, поэтому соли не поступают в верхний корнеобитаемый слой. Улучшить эти почвы можно и без внесения гипса: вовлекать в мелиорирующий процесс кальций нижележа­щего слоя, применять плантажную вспашку плугами ППУ-50А, ППН-50, ППН-40 и мелиоративную вспашку трехъярусным плу­гом ПТН-3-40А.

Луговые, или содовые, солонцы. Распространены в зоне черноземных почв. Имеют щелочную реакцию почвен­ного раствора и близкий уровень стояния грунтовых вод, по­этому подвержены вторичному осолонцеванию. Для улучшения указанных почв необходимо вносить гипс. Наиболее быстрый и эффективный способ — гипсование в сочетании с глубокой обработкой и высевом многолетних травосмесей (донник белый и желтый, житняки узкоколосые и ширококолосые, кострец, люцерна желтая и др.).

Обычно доза гипса колеблется в пределах 3—10 т/га. Поло­жительное действие гипса проявляется в течение восьми – де­сяти лет. Важное условие быстрой мелиорации солонцов под влиянием гипса — достаточная влажность почвы. В сухой почве растворение гипса, замещение кальцием поглощенного натрия и удаление последнего из верхнего слоя не происходит или со­вершается очень медленно. В условиях неполивного земледелия гипсование сочетают с глубокой вспашкой, снегозадержанием. При орошении эффективность данного приема повышается.

В результате гипсования урожай зерновых на черноземных землях без орошения увеличивается на 0,3—0,6 т/га, на каштано­вых почвах — на 0,2—0,7 т/га. Гипс вносят с помощью раз­брасывателей РУМ-5, РУМ-16, КСА-3. Гипсование. Это прием, предусматривающий внесение в пахотный слой химических мелиорантов извне. Такой способ — единственное средство повышения плодородия со­лонцов с глубоким залеганием карбонатов и гипса (глубже 40 — 50 см), широко распространенных в лесостепной зоне.