4.2. КАЛЬЦИЙ И МАГНИЙ В ПИТАНИИ РАСТЕНИЙ И ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОЧВОЙ

Кальций и магний играют непосредственную роль как необходимые питательные элементы для растений и одновременно косвенно влияют на их питание через почву, регулируя реакцию, со-

став поглощенных катионов, а также солевой и ионный состав почвенного раствора.

Кальций необходим для растений уже потому, что при его недостатке нарушается физиологическая уравновешенность почвенного раствора и, следовательно, сбалансированное потребление всех элементов. Непосредственно в растениях кальций усиливает фотосинтез и обмен веществ, регулирует кислотно-основное равновесие клеточного сока, влияет на построение оболочек клеток, передвижение углеводов, превращение азотистых веществ, в частности, ускоряет распад запасных белков семян при прорастании.

В растениях кальций может находиться в виде карбонатов, фосфатов, сульфатов, а также в форме солей пектиновой и щавелевой кислот. До 65 % кальция в растениях извлекается водой, а остальное количество можно извлечь обработкой слабой уксусной и соляной кислотами.

Растения потребляют разное количество кальция. Так, хозяйственный вынос СаО при урожайности зерна 2—3 т/га у зерновых колосовых составляет 20—40 кг/га, у зернобобовых — 40—60 кг/га. Картофель, сахарная свекла (20—30 т/га) выносят 60—120 кг СаО/га, клевер, люцерна (20—30 т/га), подсолнечник (2—3 т/га) — 120— 250 кг СаО/га, капуста (50—70 т/га) — 300—500 кг СаО/га. Потребность некоторых культур в кальции и устойчивость их к кислотности не всегда совпадают. Например, все зерновые колосовые потребляют кальция мало, хотя рожь и овес устойчивы, а пшеница и ячмень чувствительны к кислотности почвы.

Картофель и люпин еще более устойчивы к кислотности, но потребляют кальция значительно больше, чем зерновые культуры.

Потери кальция из почвы происходят и в результате вымывания осадками. В зависимости от гранулометрического состава почв, количества осадков, вида растительности, доз и форм извести и минеральных удобрений потери кальция из пахотного слоя колеблются от нескольких десятков до 200—400 кг/га и более. Фильтрующиеся через почву осадки обогащены продуктами постоянно протекающих в ней физико-химических, химических и биологических процессов, а также водорастворимыми солями удобрений и мелиорантов, причем на долю кальция приходится по эквивалентам 50—65 % и магния 30—35 % всех вымываемых катионов.

Обработка почвы изменяет ее водно-воздушный режим, приводит к ускорению окислительных процессов, повышению содержания органических кислот, увеличению содержания в почвенном растворе анионов SO^~~, Cl~, NO3 и уменьшению концентрации НСО3. Еще больше на состав и соотношение ионов в почвенном растворе влияют удобрения и мелиоранты. Известкование ускоряет процессы аммонификации и нитрификации азота почвы, органических и минеральных удобрений и, следовательно, концентрацию нитратов, а хлорсодержащие удобрения — и хлоридов. Эти одновалентные анионы не сорбируются почвой и мигрируют с вытесненными из ППК кальцием и магнием в эквивалентных соотношениях. Именно поэтому концентрация кальция и магния в почвенном растворе под влиянием высоких доз удобрений может возрастать в десятки раз.

Насыщенность фильтрационных вод кальцием и магнием возрастает в почвах с увеличением степени их окультуренности.

Вымывание кальция и магния уменьшается с увеличением глубины слоя почвы, причем часть вымытых из пахотного слоя почвы катионов в сухие периоды года возвращается с токами воды по капиллярам. По результатам опытов ВИУА с хроматографическими колонками, в пахотный слой поднималось 14—35% кальция и 22—34 % магния.

Максимальные потери кальция и магния наблюдаются в чистых парах, под посевами они снижаются, достигая минимума под многолетними культурами сплошного посева. При прочих равных условиях наиболее значительно (в 1,5—2,0 раза и более) возрастает вымывание кальция при переходе от тяжелых к легким почвам. Поэтому на легких песчаных и супесчаных почвах при возделывании капусты, люцерны, клевера иногда возникает потребность во внесении кальция для улучшения питания им этих культур.

Магний входит в состав молекулы хлорофилла (до 10 %), а также фитина и пектиновых веществ. Он содержится в основном в растущих органах и семенах и в отличие от кальция может реути-лизироваться (повторно использоваться) в растениях. В семенах его больше, а в листьях меньше, чем кальция, поэтому недостаток его сильнее сказывается на снижении товарной продукции возделываемых культур.

Магний в растениях участвует в передвижении фосфора, активирует некоторые ферменты (фосфатазы), ускоряет синтез углеводов, регулирует окислительно-восстановительные процессы, усиливая восстановление эфирных масел, жиров и других соединений, повышает содержание аскорбиновой кислоты и снижает активность пероксидазы.

Хозяйственный вынос магния (MgO) разными культурами колеблется от 10 до 80 кг/га. Максимальное количество магния выносится с увеличением урожайности картофеля, сахарной и кормовой свеклы, табака, зернобобовых и бобовых трав. Чувствительны к недостатку магния конопля, просо и кукуруза.

Известкование кислых почв повышает обеспеченность растений кальцием и магнием, а благодаря устранению кислотности — дополнительно почвенным азотом, фосфором и молибденом. Практически нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния при взаимодействии с угольной кислотой почвенного раствора постепенно превращаются в растворимые бикарбонаты, являющиеся гидролитически щелочными солями:

СаСОз + Н₂0 + СО, = Са(НСОз),;

Са(НСОз), + 2Н,0 = Са²⁺ + 20Н' + 2Н,0 + 2С0₂.

В почвенном растворе повышается концентрация катионов Са²⁺(Mg²⁺), которые вытесняют из ППК катионы водорода, алюминия, железа, марганца и нейтрализуют почву:

Са Са

А1 Са

[ППК] +ЗСа(ОН)₂ —>[ППК] +А1(0Н)₃!+ЗН₂0.

НН Cci

Н Са

Карбонаты кальция и магния непосредственно взаимодействуют с гуминовыми, фульвокислотами, аминокислотами и другими органическими и минеральными кислотами почвы и нейтрализуют их:

СаСОз + 2RCOOH -»(RCOO),Ca + Н,0 + СО,;

СаСОз + 2HN0₃ -> Ca(N0₃)₂ + Н₂0 + С0₂.

Таким образом, при внесении в кислую почву полной дозы извести устраняется актуальная и обменная кислотность, значительно снижается гидролитическая кислотность, уменьшается содержание токсичных для растений подвижных форм алюминия, железа и марганца, а также некоторых особо опасных тяжелых металлов (Cd, Pb, As и др.), которые переходят в нерастворимые формы.

Известкование, устраняя кислотность и повышая степень насыщенности основаниями, создает благоприятную среду для роста и питания растений и полезных микроорганизмов. Кальций, коагулируя коллоиды, улучшает структуру, водопрочность, водопроницаемость и аэрированность почвы, уменьшает возможность образования корки, облегчает обработку тяжелосуглинистых и глинистых почв.

Корреляционный анализ по материалам более 500 данных полевых опытов, обобщенных в ВИУА, позволил установить прямую связь в действии и последействии между дозами извести (т СаС0₃/га) и сдвигами значений pH (ДрН): с увеличением доз СаС0₃ возрастает сдвиг pH. На этой основе разработаны соответствующие рекомендации (таблицы). Действие извести на сдвиг pH почвы достигает максимума в первые два года. В течение пятилетнего периода происходит постепенное подкисление и теряется 29 % достигнутого сдвига в нейтральную область. Через семь-восемь лет эта потеря достигает 50 % полученного в первые два года уровня pH.

Структура кислотности известкованных почв резко отличается от неизвесткованных: при равных значениях pH в известкованных почвах (когда внесены дозы по полной гидролитической кислотности и выше) длительное время (до достижения исходного значения pH) на крайне низком уровне находятся обменная кислотность и содержание подвижного алюминия при высокой степени насыщенности основаниями. На кислых суглинистых и особенно тяжелосуглинистых по гранулометрическому составу почвах применение полных по гидролитической кислотности доз извести может оказаться недостаточным для достижения оптимальных значений pH, что часто наблюдается в полевых опытах и в производственных посевах.

Не только дозы, но и формы (виды) известковых удобрений неодинаково влияют на динамику величины и структуры кислотности, степень насыщенности ппк основаниями, содержание и подвижные формы кальция, магния и других элементов В длительных исследованиях ВИУА на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве максимальное действие известняковой муки на агрохимические показатели проявилось на второй-третий год, а доломитовой муки — на пятый-шестой год.

Динамика реакция почвы после известкования зависит не только от дозы и формы (вида) мелиоранта, но и от создающегося при этом уровня реакции почвы. Чем выше доза, тем более высоким будет значение pH почвы. Однако чем выше pH при известковании (особенно при pH > 6), тем быстрее происходит последующее подкисление почвы, обусловленное увеличением потерь кальция и магния при внесении очень больших доз мелиорантов. Поэтому известкование чрезмерно большими дозами или «в запас» экономически разорительно, агрономически безрезультативно и экологически вредно, поскольку приводит к усилению потерь кальция, магния и других элементов вследствие вымывания.