Научная работа: Наукові та прикладні основи охорони й управління родючістю солонцевих ґрунтів

Таблиця 3 - Нормативи прибавок урожаю сільськогосподарських культур за рахунок меліорації солонцевих грунтів

Вивчення сольового складу солонцю каштанового малонатрієвого неплантажованого показало, що за 50 років їх сільськогосподарського використання кількість загальних і токсичних солей у профілі зменшилася у двічі. Це зменшення відбулося передусім за рахунок хлоридів та сульфатів натрію. Так, порівняно з 1967 роком, кількість хлоридів зменшилася у 2 рази (з 0,21-0,28 м-екв/100 г у 1967р. до 0,12-0,14 м-екв/100 г у 2003р.), а сульфати у верхній частині профілю майже зовсім зникли. Вміст катіону натрію знизився з 0,7 – 3,9 м-екв/100 г у 1967 до 0,07 – 1,5 м-екв/100 г у 2003-2005 р. Натомість у ґрунтах спостерігається тенденція до деякого збільшення кальцію та магнію. Такі зміни у катіонному складі зумовили зростання відношення Сa:Na з 0,2-0,5у 1967 році до 4,0-5,4 у 2003-2005 роках (табл.__).

Картину вертикального розподілу водорозчинних солей у неплантажованому солонці каштановому малонатрієвому представлено на рис __. З рисунка видно, що усі солі рівномірно розподілені до глибини 150 см, у цій частині профілю переважають гідрокарбонати кальцію та магнію. Акумуляційним горизонтом для водорозчинних солей став шар 150-175 см, склад солей у ньому хлоридно – сульфатний магнієво кальцієвий.

У цілому можна констатувати, що за 50 років сільськогосподарського використання у солонці каштановому малонатрієвому наявний процес розсолення.. Імовірно цей процес відбувається під впливом атмосферних опадів, чому сприяє зменшення щільності складення орного шару та зменшення потужності ілювіального горизонту, що є результатом постійного обробітку цих ґрунтів.

Динаміка вмісту водорозчинних солей у солонцях каштанових малонатрієвих

Вивчення сольового складу неплантажованих темно–каштанових слабосолонцюватих ґрунтів показало, що в перші роки зрошення у верхній 0-100см частині ґрунтового профілю значно знижується вміст загальних і токсичних солей, в основному за рахунок хлоридів і сульфатів натрію. Горизонт сольових акумуляцій переміщається на глибину 75-100 см.

В подальшому процес розсолення верхньої частини ґрунтового профілю стабілізується, про що свідчить незначне зниження вмісту загальних і токсичних солей у 0-100см частині профілю, порівняно з попередніми роками досліджень. Вміст солей тут коливається в межах 0,04-0,09%, у якісному складі солей переважають гідрокарбонати кальцію.

Таблиця __. Динаміка вмісту водорозчинних солей в темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою

Примітка. У таблиці використані фондові матеріали лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів (науковий звіт за 1970 рік).

За роки зрошення вміст водорозчинного натрію у всьому профілі знизився у

2 – 2,5 рази, натомість спостерігається тенденція до збільшення кількості водорозчинного кальцію, джерелом постійного надходження якого в ґрунти є гідрокарбонатно – кальцієві зрошувальні води. Збільшення кількості водорозчинного кальцію обумовлює і зростання показника Сa:Na (табл._).

Порівняно з 1970 роком, горизонт сольових акумуляцій з вмістом солей 0,20-0,32 % гідрокарбонатно – сульфатного магнієво - кальцієвого складу виявився на глибині 175-200см, що свідчить про досить інтенсивне протікання процесу розсолення ґрунтоутворюючої породи.

Зміни іонно-сольового складу ґрунтового розчину у немеліорованих солонцях каштанових малонатрієвих призвели до трансформацій у складі ГПК. За роки інтенсивного сільськогосподарського використання цих ґрунтів істотно зменшився вміст увібраного натрію в орному шарі (з 3,7% у 1955 році до 2,4 – 2,2 % у 2003 -2005 роках). В шарі 30-40 його кількість також зменшується але не досить суттєво

Таким змінам у ГПК солонців каштанових малонатрієвих плантажованих і неплантажованих сприяє висока активність кальцію у ґрунтовому розчині , при досить невисокій активності натрію (табл_). Співвідношення  в плантажованих солонцях коливається в межах 0,5-0,7, що підтверджує відсутність солонцюватості. В немеліорованих ґрунтах це співвідношення дещо вище (1,7-1,8), що говорить про слабкий ступінь солонцюватості

Зрошення також сприяло розсолонцюванню немеліорованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів. Так, за досліджуваний період вміст натрію в орному шарі цих ґрунтів знизився з 3,4% у 1965 році до 0,8-0,9% у 2003-2005 роках, а в шарі 30-40 (ілювіальний горизонт) з 2,06% до 0,9-1,05%. При цьому доля увібраного кальцію підвищилася в орному шарі до 75,8%. Імовірно визначальну роль у збільшенні долі увібраного кальцію відіграє кальцій зрошувальних вод

Мал.__– Вміст увібраних катіонів в орному шарі темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів, зрошуваних прісною водою

Зміни у складі ГПК ґрунту при зрошенні викликані також змінами активності іонів кальцію та натрію. Зрошення підсилює біохімічні процеси, в результаті чого збільшується кількість вуглецю. У зв’язку з цим карбонат кальцію з інертної форми переходить до розчинної , що проявляється у збільшенні активності іонів кальцію. Підвищена активність його зберігається протягом тривалого періоду післядії. Така висока активність кальцію в плантажованих ґрунтах свідчить про високу їх буферність до процесів осолонцювання.

Натомість активність натрію зменшується з кожним роком як в меліорованих так і в немеліорованих ґрунтах . За рахунок цього відношення  в шарі 0-60см на плантажованих ґрунтах знизилося у 3-5 разів порівняно з вихідним рівнем. Величина його коливається в межах 0,2-0,4, що свідчить про те, що солонцевий процес в цих ґрунтах не розвивається. В неплантажованих ґрунтах співвідношення знизилось у 1,5 рази, що свідчить про розсолонцювання ґрунту

Табл. Зміни активності натрію та кальцію в темно – каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою

Генічеська дослідна станція Дослід Лаврентьєва1955

1961

Дані Ю.Є.Кізякова 1969

2003

СООО «Воїнське» 2003

1965 Вихідний незрошуваний грунт

1973 Дані Г.М. Пікузи

ДОПОВІДЬ

Згідно державного земельного кадастру в Україні налічується 2,8 млн. га солонцевих ґрунтів. Значна їх частина - 2 млн. га використовується у ріллі, 0,037 млн. га під багаторічними насадженнями, 0,22 млн. га під сіножатями і 0,56 під пасовищами.(рис.1)

На теперішній час значна їх частина, близько 1 млн. га в різні роки меліорована за допомогою гіпсування та 220 тис. га за допомогою меліоративної плантажної оранки.

Тому актуальним є питання аерогенної еволюції меліорованих і не меліорованих солонцевих ґрунтів з метою направленого регулювання ґрунтоутворюючих процесів і ефективного їх використання.

В якості об’єктів досліджень були обрані солонці каштанові (Генічеська дослідна станція дослід С.П.Семенової-Забродіної, закладений 1954 року) та темно-каштанові слабо солонцюваті ґрунти (СТОВ „Воїнське” Красноперекопського району АРК (дослід закладено у 1965 році Г.М. Пятаковою під керівництвом Г.В. Новікової).

Дослідженнями встановлено, що в результаті різного сільськогосподарського використання і меліоративного впливу сформувалися 2 групи солонцевих ґрунтів з різною будовою ґрунтового профілю. Перша група це солонцеві ґрунти, де не проводилася плантажна оранка. В них зберігається профільна будова типова для солонців. Зберігається солонцевий горизонт, але він може бути зрізаний або залучений до орного шару . Протягом 50 років суттєвих змін не спостерігається.

Друга група – плантажовані солонцеві грунти, в яких порушено солонцевий і підсолонцевий горизонти, на їх місті утворився 0-60 см меліорований шар, який можна розглядати як єдиний антропогенне перетворений (турбурований ) горизонт, що складається із суміші горизонтів різного складу.

При цьому морфологічні особливості, набуті після проведення плантажної орані поступово змінюються і на 50 рік післядії формується однорідний орний шар , під яким залягає агрогенноперетворений горизонт.

При цьому при постмеліоративному розвитку не спостерігається ілювіірування мулистих фракцій і формування солонцевого горизонту, фрагменти ілювіального горизонту втрачають свій блиск.

Як наслідок зміни будови профілю та усунення диференціації профілю плантажований ґрунт стає однорідним за гранулометричним складом (рис.4)

Аналіз змін фізичних властивостей показує, що поступово відбувається осадження пухкої маси і ущільнення меліорованого шару. Однак у плантажованих ґрунтах щільність складення меліорованого (0-60 см) шару протягом усього періоду досліджень на 0,1-0,15 г/см3 нижча, ніж на контрольному (неплантажованому) варіанті.

В умовах зрошення вже в перші роки після початку зрошення спостерігається ущільнення ґрунту на 0,15-0,17 г/см3, порівняно з вихідним  незрошуваним ґрунтом. В наступні роки щільність орного шару слабо змінюється і складає в середньому 1,28-1,42 г/см3.

Що стосується сольового режиму, то в меліорованих і в не меліорованих ґрунтах спостерігається процес розсолення. найбільш інтенсивно цей процес протікає у плантажованих ґрунтах та у зрошуваних умовах.

Як видно з графіка (рис.6) за 50 років сільськогосподарського використання солонців каштанових глибоких кількість загальних і токсичних солей у профілі зменшилася у двічі. Це зменшення відбулося передусім за рахунок хлоридів та сульфатів натрію. Натомість у ґрунтах спостерігається тенденція до деякого збільшення кальцію та магнію. Такі зміни у катіонному складі зумовили зростання відношення Сa:Na з 0,2-0,5у 1967 році до 4,0-5,4 у 2003-2005 роках.

В плантажованих ґрунтах найбільш суттєві зміни в сольовому складі відбуваються в перші 15 років післядії плантажної оранки. Сума загальних і токсичних солей зменшилася у 2 рази.(рис.8)

На 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки інтенсивність процесу розсолення значно знижується порівняно з попередніми роками досліджень і можна говорити лише про тенденцію до подальшого зменшення вмісту солей. У верхній 0-100см частині ґрунтового профілю загальна кількість солей зменшилася не істотно порівняно з попередніми роками. Усі солі рівномірно розподілені у профілі і у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію (рис.9). Їх вміст коливається у межах 0,06-0,08%, що свідчить про відсутність навіть слабкого ступеня загального засолення і може означати стабілізацію сольового режиму верхнього шару ґрунту. В той же час процес розсолення інтенсивно протікає у ґрунтоутворюючій породі. Так, порівняно з 1967 роком горизонт сольових акумуляцій з вмістом солей 0,64% гідрокарбонатно–сульфатного магнієво–кальцієвого складу виявився на глибині 175 см. (рис_)

Картину вертикального розподілу водорозчинних солей у неплантажованому солонці каштановому малонатрієвому представлено на рис 7. З рисунка видно, що усі солі рівномірно розподілені до глибини 150 см, у цій частині профілю переважають гідрокарбонати кальцію та магнію. Акумуляційним горизонтом для водорозчинних солей став шар 150-175 см, склад солей у ньому хлоридно – сульфатний магнієво-кальцієвий.

В умовах зрошення прісними гідрокарбонатними водами процес розсолення у темно – каштанових слабосолонцюватих ґрунтах протікає більш швидко (рис.10).

Вивчення сольового складу неплантажованих темно–каштанових слабосолонцюватих ґрунтів показало, що в перші роки зрошення у верхній 0-100см частині ґрунтового профілю значно знижується вміст загальних і токсичних солей, в основному за рахунок хлоридів і сульфатів натрію. Горизонт сольових акумуляцій переміщається на глибину 75-100 см.

В подальшому процес розсолення верхньої частини ґрунтового профілю стабілізується, про що свідчить незначне зниження вмісту загальних і токсичних солей у 0-100см частині профілю, порівняно з попередніми роками досліджень. Вміст солей тут коливається в межах 0,04-0,09% (рис.12), у якісному складі солей переважають гідрокарбонати кальцію.(рис13). За роки зрошення вміст водорозчинного натрію у всьому профілі знизився у 2 – 2,5 рази, натомість спостерігається тенденція до збільшення кількості водорозчинного кальцію, джерелом постійного надходження якого в ґрунти є гідрокарбонатно–кальцієві зрошувальні води.

У плантажованих ґрунтах в умовах зрошення розсолення протікає більш швидко і вже на 10 рік післядії загальна сума солей в півтораметровому шарі знизилася у двічі, досягаючи на глибині 150 см 0,07-0,11% (при 1,55-1,71 до зрошення у 1965 році).

На 40 рік післядії меліоративної плантажної оранки слід відзначити відсутність навіть слабкого ступеня загального і токсичного засолення темно – каштанових плантажованих ґрунтів у шарі 0-100см. Вміст водорозчинних солей тут коливається в межах 0,07-0,08% тип засолення переважно сульфатно–гідрокарбонатний магнієво–кальцієвий.(рис.11)

Зміни іонно-сольового складу ґрунтового розчину у солонцевих ґрунтах, як в зрошуваних, так і в незрошуваних умовах  призвели до трансформацій у складі ГПК. За 50 років вміст увібраного натрію в орному шарі незрошуваних солонцевих ґрунтів зменшився з 3,7% до 3,0, в зрошуваних умовах розсолонцювання відбувалося більш інтенсивно (вміст увібраного натрію зменшився з 5,1% до 2,5).

У плантажованих ґрунтах на 50 рік післядії увібраного натрію складає 1,3 % від суми увібраних катіонів, при 2,6 % на контролі, а увібраного кальцію 74,6 .

Відповідно до зміни сольового режиму та трансформацій у складі ГПК змінюється активність іонів натрію і кальцію. як видно із таблиці. відношення  в меліорованому (0-60 см) шарі в плантажованих ґрунтах в 3-5 разів порівняно з вихідним рівнем, що свідчить про подальше розсолонцювання цих ґрунтів. Згідно існуючої класифікації ґрунтів за цим показником ґрунти несолонцюваті.

Істотних змін вмісту гумусу у солонцевих ґрунтах півдня України протягом тривалого періоду їх використання не відбулося. (рис 14).

Після проведення плантажної оранки в результаті перерозподілу генетичних горизонтів відбувся перерозподіл загального гумусу по всій меліорованій частині. У самій верхній частині відбувається зниження загального вмісту гумусу разом з тим в більш глибоких шарах відбувається збагачення горизонтів органічною речовиною на порівняно з тією ж глибиною на контрольному варіанті . В тривалій післядії плантажної оранки в зрошуваних і незрошуваних умовах спостерігається збільшення вмісту гумусу в орному шарі плантажованих ґрунтів, і за цим показником вони виходять на рівень контрольного, неплантажованого варіанту (плантаж 1,97 %, контроль – 2,1 %).(рис.15)

Протягом усіх років досліджень спостерігається більш висока врожайність сільськогосподарських культур на плантажованих ділянках в порівнянні з контрольним (звичайна оранка). Приріст врожаю зерна озимого ячменю на плантажованих темно-каштанових і каштанових солонцюватих ґрунтах в умовах зрошення становить 40-50 %.  В незрошуваних умовах приріст врожаю зерна озимої пшениці на плантажованих каштанових солонцюватих ґрунтах на 50 рік післядії складає 20-25 % (рис.16,17).

З метою виявлення ролі ґрунтових характеристик та агрокліматичних критеріїв у формуванні врожаю було створено модель продуктивності плантажованих солонцевих ґрунтів Для її створення використовувалися агрокліматичні (температура повітря, кількість атмосферних опадів та запаси продуктивної вологи в кореневмісному шарі) та ґрунтові (вміст загальних та токсичних солей, вміст карбонатів кальцію, вміст загального гумусу та поживних речовин, гранулометричний та мікроагрегатний склад, щільність складення) показники. Було застосовано декілька методів статистико-математичного аналізу, а саме: кореляційний, окремо парних кореляцій, факторний та багатофакторний кореляційно-регресійний із створенням моделей залежності урожайності основних сільськогосподарських культур і досліджуваних властивостей.

В результаті детальної статистичної обробки даних було виявлено дев’ять факторних груп показників з різною долею впливу на формування врожаю основних сільськогосподарських культур(рис 18) Це дозволило не тільки простежити залежності між врожаєм, ґрунтовими показниками та погодними умовами, а й кількісно визначити долю впливу кожного окремого показника (або їх сукупності) у формуванні величини врожаю. Стадійність змін основних ґрунтових властивостей чітко відображається на формуванні величини врожаю. Найбільші прибавки врожаю простежуються також в перші 15-20 років післядії.

На основі отриманої моделі зв’язку продуктивності солонцевих ґрунтів з кліматичними та ґрунтовими властивостям дозволяє прогнозувати врожайність основних сільськогосподарських культур на плантажованих ґрунтах півдня України та визначати динаміку змін впливу окремих показників.

Подання на здобуття премії Президента України для молодих вчених

Роботу „Наукові та прикладні основи охорони й управління родючістю солонцевих ґрунтів” виконано в Національному науковому центрі „Іститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Сколовського”  у 2003-2006 роках.

–          Встановлено, що меліоративна плантажна оранка є високоефективним заходом окультурення солонцевих ґрунтів.

–          Одноразове проведення меліоративної плантажної оранки забезпечує тривалу (більше 50 років) позитивну післядію на властивості ґрунтів і продуктивність сільськогосподарських культур.

–          Постмеліоративний розвиток меліорованих ґрунтів солонцевих комплексів слід розглядати як самостійний етап еволюції цих ґрунтів, результатом якого є утворення нових агроперетворених ґрунтів, що не мають аналогів у природі.

–          У класифікаційній системі ці ґрунти слід розглядати  на більш високому ієрархічному рівні.

–          В умовах земельної реформи передача плантажованих солонцевих земель в приватну власність, здача в оренду, повинні здійснюватися за значно вищими цінами, ніж не меліоровані їх аналоги.

За результатами досліджень створено 13 проектів ДСТУ (нормативно-методичне забезпечення) , внесено пропозиції до статті 150 Державного земельного кадастру, щодо віднесення цих ґрунтів до категорії особливо цінних земель.