Відомо, що серед органічних речовин ґрунту присутні сполуки, яким притаманні властивості слабких кислот, які із більш сильними кислотами можуть вести себе як основи, тобто нейтралізувати надлишкову кислотність.
Тобто, гідролітична кислотність, або як її ще називають - прихована кислотність, окрім потенційно кислотних іонів гідрогену та алюмінію одночасно містить в собі і протони слабких кислот, які в природному стані не відіграють вирішальної ролі в утворенні кислотності ґрунтів.
Незважаючи на такі обставини, у практичному землеробстві розрахунок доз вапна проводять на нейтралізацію прихованої кислотності. Негативні наслідки від цього спостерігаються у зайвому витрачанні матеріальних, технічних та енергетичних ресурсів. Унаслідок перевапнування ґрунтів різко погіршуються їх фізико-хімічні властивості, знижується засвоювання рослинами поживних речовин, що негативно відображається на загальному агроекологічному стані ґрунтів. Щоб уникнути цих негативних явищ на практиці часто користуються не нормою вапна (1 н), розрахованою за гідролітичною кислотністю (Нг), а різними нормами від 0,25н до 2,5н за Нг.
Некоректність та помилковість розрахунку норм вапнякових матеріалів за Нг можна підтвердити на такому прикладі. Наприклад, у низинних торфових ґрунтах гідролітична кислотність може досягати 40-60 мекв/100г ґрунту, але ж добре відомо, що ці ґрунти не потребують вапнування у таких, занадто високих дозах внесення вапна, які підраховані за гідролітичною кислотністю.
Суттєвим недоліком встановлення доз вапна за цим методом є те, що він не враховує потреби у вапні окремих сільськогосподарських культур. Але ж навіть якщо орієнтуватися тільки на ґрунт, то і в цьому випадку цей захід виявляється помилковим. Дійсно, для встановлення потреби ґрунту у вапні береться результат, який отримують при взаємодії ґрунту з 1н розчином оцтовокислого натрію, тоді як для регулювання кислотності в ґрунт вносять твердий (молотий) порошок СаСО3. Реакція ґрунту з СН3СООNa і СаСО3 йде неоднаково, і кінцеве значення рН суттєво відрізняється від розрахункового. Крім цього, дози вапна, розраховані за гідролітичною кислотністю, не гарантують досягнення оптимальних значень рН через те, що цей метод не враховує повністю основних властивостей ґрунтів, що значно впливають на потребу їх у вапні (вміст гумусу, гранулометричний склад, вміст обмінних основ). Тому орієнтування лише на величину гідролітичної кислотності, навіть з урахуванням гранулометричного складу ґрунту, не дозволяє об’єктивно і точно встановити дози вапна через те, що за однакової величини Нг та деяких інших показників ґрунти мають зовсім різну природу (наприклад, різний склад глинистих мінералів, гумусу, органо-мінерального колоїдного комплексу, наявність солей тощо).
Розраховані за цим методом і внесені у ґрунт дози вапна часто призводять до перевапнування ґрунтів. Розкидне внесення вапняних меліорантів, окремо від органічних та мінеральних добрив, на ґрунтах грубого (легкого) гранулометричного складу призводить до їх значних втрат за рахунок вимивання (від 30 до 50 %). Наслідком зайвого “витрачання” вапнякових матеріалів є не тільки матеріальні втрати, але й значне погіршення екологічної рівноваги навколишнього середовища.
Отже, підсумовуючи вищенаведене, зазначимо, що розрахунки доз вапна, необхідного для нейтралізації кислотності ґрунту, проведені за гідролітичною кислотністю, часто не співпадають з реальними потребами кислих ґрунтів.
Суттєві недоліки і прорахунки має й методика розрахунку нормативів витрат вапнякових меліорантів за зрушенням рН сольового на 0,1 одиниці. Справа в тім, що для такого зрушення в різних інтервалах рН ґрунту треба застосовувати різну кількість вапна. Наприклад, при доведенні ґрунту з вихідного рН 4,5 до рН 5,0 для зрушення рН на 0,5 (DрН=0,5) потрібно вдвічі більше вапна, ніж при зрушенні рН із 5,5 до 6,0.
Існує спосіб визначення доз вапна за кількістю рухомого алюмінію у ґрунтовій витяжці. Головним недоліком цього методу є те, що рухомий алюміній присутній не в усіх типах кислих ґрунтів. Тому його застосування не набуло широкого розповсюдження.
Відомий спосіб розрахунків доз кальцієвмісних меліорантів за показником активності іонів кальцію - рСа, який характеризує стан іонів кальцію у ґрунтовому розчині, а також іх співвідношення з рН.
Також розраховують потребу ґрунту у вапні виходячи із типу сівозміни, величини рН, ступеню зволоження, вмісту гумусу, фосфору і інших агрохімічних характеристик. Такий диференційований підхід, за визначенням автора, дозволяє зекономити до 20 % вапняних матеріалів.
На підставі багаторічних досліджень було встановлено, що зміни кислотності ґрунту під впливом різних доз вапна безпосередньо залежать від властивостей самого ґрунту і, особливо від його буферності ‑ здатності протидіяти зовнішнім навантаженням. Враховуючі вищеперелічене стає зрозумілим, що дози вапна найдоцільніше визначати за допомогою моделей рН-буферності ґрунтів.
У Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” розроблено спосіб визначення доз вапнякових меліорантів, який дозволяє здійснювати більш точне їх визначення з урахуванням особливостей сільськогосподарських культур відносно реакції ґрунтового середовища (патент 10093 Україна, МКИ 7 С05D 3/02, № 20041109491; Заявл. 19.11.04; Опубл. 15.11.05. Бюл. № 11. – 4 с.).
Розрахунки витрат вапнякових матеріалів за рН-буферністю позбавлені багатьох недоліків, які існують нині при визначені норм внесення вапняних меліорантів. Крива рН-буферності ґрунту – інтегральний показник усіх його складників, які впливають на активну кислотність, а саме: гранулометричний склад, рухомий алюміній, сума увібраних основ тощо. Методологія визначення норм вапняних меліорантів за графічною моделлю рН-буферності, на відміну від існуючих способів, дає змогу врахувати особливості сільськогосподарських культур, які вирощують у сівозміні ґрунту, стосовно їхніх вимог до актуальної кислотності та значно спростити аналітичні роботи.
Встановлення доз вапна за кривою рН-буферності дозволяє здійснювати більш точне їх визначення, а відтак і заощадливе використання, сприяти стабілізації екологічного стану кислих грунтів та навколишнього середовища.
3. Міжнародний досвід окультурювання кислих грунтів
За останні роки, у зв‘язку з інтенсифікацією техногенного підкислення ґрунтів, значимість застосування вапнякових матеріалів в багатьох країнах світу підвищилась. Так, наприклад, у США застосування вапна у 80-90 рр. збільшилось майже втричі і становить 86 млн. т на рік. Обсяги внесення вапна, в залежності від реакції ґрунтового розчину (рН водної витяжки), тут коливаються від 6 до 12 т/га СаСО3. У Німеччині щорічно вапнується майже третина сівозмінної площі; виходячи з агрономічних вимог, тут вносять від 5 до 53 т/га СаСО3 під час докорінної меліорації кислих ґрунтів, а при підтримуючому вапнуванні - близько 1 т/га СаСО3. В Англії, в країні з добре розвинутими традиціями щодо вапнування ґрунтів, вносять в середньому по 4,4 т/га вапна.
В Австралії максимальний ефект від вапнування кислих ґрунтів було досягнуто при поєднанні цього агрозаходу з іншими агрозаходами по підвищенню родючості ґрунтів, зокрема вирощуванні багаторічних трав з глибокою кореневою системою.
В Словакії через мозаїчність кислого середовища ґрунтів рекомендують спосіб поконтурної меліорації кислих ґрунтів, що дає можливість зекономити меліоранти.
З іншого боку, в деяких працях відмічається можливий розвиток негативних явищ в сучасному ґрунтоутворенні при вапнуванні ґрунтів. Так, роботами шведських і німецьких вчених встановлено, що високі норми внесення вапна на середньо- та сильнокислих ґрунтах і різке зрушення рН сприяє надлишковому розвитку нітрифікаційних процесів і посиленню вторинного підкислення, підвищенню непродуктивних втрат газоподібного азоту, дегуміфікації ґрунту тощо.
4. Сучасний стан використання кислих грунтів
В останні 10-12 років у зв’язку з різким зниженням, а в більшій частині взагалі повною відсутністю вапнування, баланс кальцію в ґрунтах знаходиться на рівні 70-80 рр. минулого століття. Зараз через відсутність вапнування спостерігається вторинне підкислення ґрунтів. В деяких областях Полісся рН сольовий понизився на 0,1-0,3 одиниці. Таке явище повинно стримуватися буферними механізмами грунтів, але ж ці механізми в ґрунтах Полісся слабо виражені, що призводить до швидкого підкислення ґрунтів.
Водночас в умовах незбалансованого застосування мінеральних добрив, поширились процеси вторинного підкислення грунтів, навіть нейтральних за своєю природою чорноземів. Розповсюдження цього явища пов‘язане з техногенним забрудненням грунтів, з більш частим випаданням кислотних атмосферних опадів, використанням фізіологічно кислих мінеральних добрив, особливо азотних, на нейтралізацію яких треба використовувати вапняні добрива.
Незважаючи на позитивні сторони окультурювання кислих грунтів, засоби і методи, якими воно здійснювалось мають істотні недоліки. Великої шкоди навколишньому середовищу, економіці господарств завдавало перевапнування кислих грунтів, особливо грунтів грубого гранулометричного складу, що поширені в зоні Полісся. Методично невірний був підхід до розрахунку доз вапна (переважно за гідролітичною кислотністю). При цьому недостатньо враховувались фізично-хімічні показники ґрунту, нормативи внесення органічних та мінеральних добрив, співвідношення між воднем і кальцієм. Наслідками перевапнування було вилуговування у підгрунтові води кальцію та магнію майже до 30 % від внесеного, а через це й різке підвищення жорсткості води у прилеглих водоймищах та річках, колодязях тощо. Перевантаження ставків і озер кальцієвмісними речовинами призводить до їх евтрофікації, яка часто становиться причиною масової загибелі риби та іншої ставкової та озерної фауни. Перевапнування ґрунтів також сприяє надмірній нітрифікації і підвищенню непродуктивних витрат азоту, емісії двооксиду вуглецю і газоподібних сполук азоту із ґрунту в атмосферу, спалаху процесів розкладу та мінералізації органічної речовини кислих ґрунтів, погіршенню умов живлення рослин мікроелементами, підвищенню захворюваності культур, які здатні витримувати відносно високий рівень кислотності (льону, картоплі, озимого жита тощо).