Реферат: Агроперетворені ґрунти солонцевих комплексів сухого степу України

Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського”  

 

 

На правах рукопису

 

 

ДРОЗД ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА 

 

УДК 631.61:631.518

 

 

АГРОПЕРЕТВОРЕНІ ГРУНТИ СОЛОНЦЕВИХ КОМПЛЕКСІВ СУХОГО СТЕПУ УКРАЇНИ

 

 

 

06.01.03 – агрогрунтознавство та агрофізика

 

 

Дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

 

 

 

 

Науковий керівник:

Балюк Святослав Антонович

доктор сільськогосподарських наук,професор, академік УААН

 

 

 

 

 

Харків-2009

ЗМІСТ

 

Стор.

Вступ… 4

Розділ 1. Солонцеві грунти, їх властивості та продуктивність, напрями еволюції(огляд літератури)… 9

Розділ 2. Об’єкти та методи досліджень… 28

2.1. Об’єкти досліджень… 28

2.2. Методи досліджень… 33

Розділ 3. Природні умови районів досліджень… 38

3.1. Кліматичні умови… 38

3.2. Рослинність… 39

3.3. Геоморфологічні умови… 40

3.4. Гідрологічні та гідрогеологічні умови… 43

3.5. Ґрунтотворні породи і ґрунти… 46

Розділ 4. Закономірності ЗМІН ВЛАСТИВОСТЕЙ АГРОПЕРЕТВОРЕНИХ ГРУНТІВ СОЛОНЦЕВИХ КОМПЛЕКСІВ51

4.1. Морфологічна будова профілю… 51

4.2. Сольовий склад плантажованих і неплантажованих солонцевих
ґрунтів… 60

4.3. Зміни фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів… 73

4.4. Вміст гумусу у плантажованих та неплантажованих солонцевих
грунтах… 81

4.5. Поживний режим солонцевих грунтів… 89

4.6. Зміни агрофізичних властивостей солонцевих грунтів… 95

4.7. Вміст важких металів… 103

4.8. Валовий хімічний складcолонцевих грунтів… 110

Розділ 5.Вплив меліоративної плантажної оранки на УРОЖАЙНІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР… 112

5.1. Урожайність сільськогосподарських культур… 112

5.2.Математичне моделювання урожайності сільськогосподарських культур на плантажованих грунтах… 116

РОЗДІЛ 6. Оцінювання придатності солонцевих грунтів для меліоративної плантажної оранки… 123

Висновки… 127

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ… 130

ДОДАТКИ… 131

Список використаних джерел… 153

 

ВСТУП

 

Актуальність теми.На сучасному етапі розвитку агропромислового комплексу, в умовах ринкової економіки та земельної реформи, особливої актуальності набуває раціональне використання і підвищення родючості низькопродуктивних земель, до яких належать солонцеві ґрунти. За даними Державного земельного кадастру, в Україні нараховується 2,8 млн.га солонцевих ґрунтів, 2 млн. га з яких використовуються в ріллі [59]. Ефективне використання цих ґрунтів потребує проведення комплексу заходів з їх окультурення. Багаторічними дослідженнями С.П. Семенової-Забродіної, Г.В. Новікової, М.М. Лаврентьєва, Ю.Є. Кізякова, К.М. Кухтєєвої, О.М. Можейка та ін. [87, 91, 93, 95, 123, 154, 175, 222, 223] встановлено, що найбільш ефективним заходом окультурювання солонцевих ґрунтів у посушливих умовах Степу є меліоративна плантажна оранка. З 1955 року цей меліоративний захід набув широкого впровадження у практику сільськогосподарського виробництва, і на теперішній час площа меліорованих таким чином ґрунтів становить 220 тис. га. Довготривале використання солонцевих ґрунтів у ріллі і, особливо, їх меліорація (меліоративна плантажна оранка, зрошення водами різної якості) обумовлюють існування ґрунтових процесів, які відрізняються від існуючих у природних умовах і є на сьогодні недостатньо вивченими. Мало дослідженим є також питання тривалості післядії меліоративної плантажної оранки та напряму еволюції плантажованих солонцевих ґрунтів. В умовах земельної реформи та приватної власності на землю необхідна точна інформація про якісний стан солонцевих ґрунтів для проведення моніторингу та раціонального сільськогосподарського використання, у зв’язку з чим досліджувані питання набувають особливої наукової і практичної значимості.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.Дисертаційну роботу виконано в лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів Національного наукового центру „Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського ”. Дослідження проводили в межах НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів “ 2001-2005 рр., завдання 02.03 „Розробити агроекологічну класифікацію і ресурсозберігаючі технології адаптивного управління родючістю зрошуваних, солонцевих і вилучених зі зрошення земель” (№ ДР 0101U006037) та НТП УААН “Родючість, охорона і екологія ґрунтів ” 2006-2010 рр., завдання 01.01.04-032 „Встановити закономірності агрогенної еволюції та з’ясувати механізми функціональної стійкості зрошуваних, вилучених зі зрошення та солонцевих ґрунтів, дати оцінку їх еколого-агромеліоративного стану і розробити систему заходів з охорони й управління родючістю меліорованих земель ” (№ ДР 0106U004795).

Мета і завдання дослідження.Мета дослідження – встановити закономірності змін властивостей та напрям еволюції агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

<span style=«font-size: 14pt; line-height: 150%; font-family: „Wingdings 2“; letter-spacing: -0.1pt;» lang=«UK»>—

оцінити зміни морфологічної будови профілю, сольового складу, окремих фізико-хімічних, хімічних показників, агрофізичних властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України у зрошуваних та незрошуваних умовах;

—встановити тривалість післядії меліоративної плантажної оранки, показавши її вплив на родючість досліджуваних ґрунтів і урожайність сільськогосподарських культур у зрошуваних та незрошуваних умовах;

—удосконалити систему оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки.

Об’єкт дослідження– зміни властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України та тривалість післядії меліоративної плантажної оранки.

Предмет дослідження– морфологічні, агрофізичні, сольові, фізико-хімічні, хімічні характеристики агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України та урожайність сільськогосподарських культур.

Методи дослідження.Теоретичні дослідження базуються на системному підході до розглянутої проблеми з використанням методів аналізу й синтезу. Експериментальні роботи передбачали проведення польових досліджень за існуючими методиками. Фізико-хімічні та хімічні аналізи проводилися за атестованими та тимчасово допущеними до використання методиками з наступною статистичною обробкою даних.

Наукова новизна одержаних результатів.На єдиній методичній та теоретичній основі проведено комплексне вивчення властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України у зрошуваних та незрошуваних умовах, в результаті якого:

<span style=«line-height: 150%; font-family: „Wingdings 2“; letter-spacing: -0.1pt;» lang=«UK»>—<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>   

установлено закономірності змін ґрунтових процесів у агроперетворених ґрунтах солонцевих комплексів Сухого Степу України, що проявляються у розсоленні та розсолонцюванні, а у плантажованих ґрунтах ще і у покращанні агрофізичних властивостей, та визначено напрям еволюції досліджуваних ґрунтів;

<span style=«line-height: 150%; font-family: „Wingdings 2“; letter-spacing: -0.1pt;» lang=«UK»>—<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>   

вперше доведено, що одноразове проведення меліоративної плантажної оранки позитивно впливає на властивості ґрунтів і урожайністьсільськогосподарських культур протягом 50 років. Припинення її позитивної післядії до цього часу не відмічено;

<span style=«line-height: 150%; font-family: „Wingdings 2“; letter-spacing: -0.1pt;» lang=«UK»>—<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>   

виявлено, що результатом довготривалої післядії меліоративної плантажної оранки є утворення високопродуктивних, екологічно стійких агроперетворених ґрунтів, які не мають аналогів у природі за своїми морфологічними, агрофізичними та фізико-хімічними властивостями і здатні забезпечити високу продуктивність сільськогосподарських культур у агрокліматичних умовах Сухого Степу України;

<span style=«line-height: 150%; font-family: „Wingdings 2“; letter-spacing: -0.1pt;» lang=«UK»>—<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>   

удосконалено систему оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки.

Практичне значення одержаних результатів.Результати досліджень використано при розробці сучасної нормативно-методичної бази в напрямку охорони й управління родючістю солонцевих ґрунтів. Нормативно-методична база є комплексом з 3 національних стандартів України, що відповідають потребам законодавства і міжнародному рівню в цій галузі. Проведені дослідження дозволили удосконалити перелік основних показників оцінювання придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки. Використання такої системи оцінювання ґрунтів гарантовано забезпечує тривалу позитивну післядію меліоративної плантажної оранки, стійке покращення ґрунтових властивостей та підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Для забезпечення достовірного визначення придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки розроблено та введено в дію ДСТУ 5041 Якість ґрунту. Оцінювання придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки [261] та створено корисну модель „Системи оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки ” (патент № 31969)[192].

З огляду на унікальність агроекологічних особливостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів, подано пропозицію до Державного комітету України із земельних ресурсів щодо внесення змін до статті 150 Земельного кодексу України і віднесення плантажованих солонцевих ґрунтів до категорії особливо цінних земель.

Результати дисертаційної роботи увійшли до складу наукових основ агропромислового виробництва зони Степу України.

Особистий внесок здобувача.Автор брав безпосередню участь у розробці програми досліджень, плануванні та проведенні теоретичних досліджень та експериментальних робіт. Особисто автором проаналізовано та систематизовано літературні та фондові матеріали з досліджуваних питань, проведено польові дослідження, аналіз й узагальнення експериментального матеріалу, його математичну обробку, сформульовано висновки та пропозиції виробництву.Публікації підготовлено самостійно та у співавторстві.

Апробація результатів дисертації.Основні положення роботи доповідались на VII з’їзді УТГА (Київ, 2006), міжнародній науковій конференції „Культурний ґрунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства ” (Харків, 2004), міжнародній конференції „Методологія дослідження ґрунтів у дзеркалі земельних реформ ” (Харків, 2008), науково-практичному семінарі „Нормативно-методичне забезпечення робіт з ведення еколого-меліоративного моніторингу ” (Харків, 2008), науково-практичній конференції молодих учених „Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства ” (Київ, 2007), щорічно на засіданнях секції „ Ґрунтознавство ” ННЦ ІГА.

Публікації.За матеріалами дисертації опубліковано 10 наукових праць, з них 5 — наукові статті у фахових виданнях.

 

 

 

 

 

 

Автор висловлює велику вдячність доктору сільськогосподарських наук Ганні Василівні Новіковій за підтримку, надання цінних порад й загальну допомогу під час навчання в аспірантурі та написання дисертації. Щира подяка науковому керівнику доктору сільськогосподарських наук, професору, академіку УААН Святославу Антоновичу Балюку за допомогу при постановці задач та їх вирішенні. Особлива вдячність доктору сільськогосподарських наук Ю.Є.Кізякову, старшим науковим співробітникам, кандидатам сільськогосподарських наук Н.Ю.Гаврилович та В.Я.Ладних, співробітникам Генічеської дослідної станції в особі І.В.Костирі за допомогу в зборі необхідної інформації, проведенні польових робіт та експериментальних досліджень, старшому науковому співробітнику В.П.Філатову за цінні поради у процесі створення математичної моделі. Щира подяка співробітникам лабораторії родючості зрошуваних та солонцевих ґрунтів за допомогу при виконанні польових, аналітичних, камеральних робіт, сумлінне ставлення до роботи, доброзичливість та підтримку при написанні дисертаційної роботи.  

РОЗДІЛ 1

Солонцеві ґрунти, їх властивості та продуктивність, напрями еволюції 

(ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

 

За визнанням багатьох ґрунтознавців [3,7,18,47,76,98,106,154,218,271], солонцеві ґрунти належать до найбільш складних природних утворень, тому багато питань їх ґенези та меліорації, не дивлячись на тривалу історію їх дослідження, залишаються до цього часу недостатньо вивченими [188].

Класичні дослідження К.К. Гедройця, щодо походження солонців та встановлена ним колоїдно-хімічна природа утворення солонцевого горизонту з визнанням вирішальної ролі увібраного натрію [32], була визнана багатьма вітчизняними та зарубіжними дослідниками [3,18,47,76,98,106,154,218,268,271]. Однак, як було встановлено пізніше, утворення солонців з солончаків не є універсальним, а обмінний натрій є не єдиною причиною високої дисперсності колоїдів. Широке розповсюдження у межах посушливих зон малонатрієвих солонців і солонцюватих ґрунтівз характерними ознаками так званої фізичної солонцюватості дозволило стверджувати, що причини прояву солонцевого процесу різні не дивлячись на загальність ряду несприятливих властивостей, що проявляються у ґрунті під час його розвитку та однотипний характер утворюваного профілю [3,98,121,152,174,184,187,188]. Таким ґрунтам притаманні усі ознаки негативних водно-фізичних та агрономічних властивостей (ущільненість, знеструктурення, слабка водопроникність та ін.), збільшений вміст мулистої фракції та підвищений вміст обмінного магнію в ілювіальному горизонті [18,46,56,76,106,121,154,184,188]. Генезис малонатрієвих солонців і солонцюватих ґрунтів з ознаками фізичної солонцюватостіскладний і до цього часу не знайшов всебічного пояснення [188].

Вперше уявлення про фізичну солонцюватість ґрунтів посушливої зони було обґрунтовано у роботі М.А.Дімо та Б.А.Келлера (1907) [184]. Проведені у подальшому дослідження у Нижньому Поволжі, Казахстані [7,18,20,184,213,219,224], в районі Саскачевану (Канада), у західних штатах США [268], в Угорщині [271] також виявили наявність фізичної солонцюватості у ґрунтахцих регіонів. Для умов півдня України такі ґрунти було описано у роботах О.М.Можейка [154], Г.М.Самбура [218], С.П. Семенової-Забродіної [222] та інших дослідників [91,100,170,200,218].

На думку ряду авторів [20,98,191,267] фізична солонцюватість малонатрієвих солонців викликана впливом великої кількості обмінного магнію в сполученні з натрієм, оскільки обмінний магній посилює пептизуючу дію натрію. Було запропоновано ( І.Я. Половицький (1968); Н.В. Градобоєв (1972), М.С. Floate(1961) та ін.) відносити до солонців ґрунти, у яких сума увібраного магнію та натрію дорівнює або перевищує 50 % від ємності обміну. Надаючи великого значення увібраному магнію у формуванні несприятливих агрофізичних властивостей ґрунтів Ellisі Goldwel, 1935, а потім І.М.Гоголев та І.М.Волошин (1968) ввели поняття про магнезіальні солонці (увібраного магнію 25% і більше від ємності вбирання), як самостійний рід магнієвих солонців, подібних до натрієвих солонців [184,244]. Ця точка зору була підтримана рядом дослідників (М.Д.Градобоєв, 1966; І.Я.Половицький, 1967,1970; Float, 1961; К.П.Богатирьов,1958; О.В.Лобова, 1960). Проте роботи інших авторів показали, що магній не погіршує фізичних властивостей ґрунтів і не підвищує їх дисперсність (Сушко С.А., 1932; Мамаєва Л.А., 1966; SmithH.V., 1949 та ін.), а справляє лише негативний фізіологічний вплив на розвиток рослин [184,188,190,212,244].

Дослідженнями О.М.Можейка встановлено [154], що у солонцюватих ґрунтах каштанової зони України, підвищений вміст обмінного магнію спостерігається, як правило, у підорному ілювіальному горизонті, але кількість його незначна, тому пояснити ним солонцюватість усіх ґрунтів півдня України неможна. Відкидаючи роль магнію у солонцеутворенні О.М.Можейко вважає, що причиною солонцюватості є увібраний натрій, його незначний вміст у солонцевому горизонті автор пояснює вимиванням значної кількості натрію вглиб низхідними токами води. Виходячи з цього О.М.Можейко та Т.К. Ворітник стверджують, що солонцюватість каштанової зони України є залишковою, а причиною солонцюватості цих ґрунтів є обмінний натрій, кількість якого у процесі розсолонцювання зменшується [155]. Інші автори назвали такі ґрунти „реліктовими солонцями” [3,4,106].

Малонатрієвим солонцям притаманні усі характерні ознаки типових багатонатрієвих солонців: безструктурність і набрякання маси ілювіального горизонту у вологому стані, повільне настання стиглості ґрунту при набряканні (і, як наслідок, фізіологічна сухість), слабкий повітрообмін, сильне стиснення і розтріскування ґрунтової маси у сухому стані, різка диференціація профілю за механічним складом і т.д. [7,188,190,212,244].  Це вказує, на думку різних авторів [98,162,184,188,199,200,202], на можливість сучасного (а не лише реліктового) утворення малонатрієвих солонців, при цьому високий вміст увібраного магнію підтверджує його активну роль у солонцевому процесі.

У дослідженні проблеми солонцеутворення рядом авторів [184,189,190,244]сформульована роль гідрофільних колоїдів. Згідно цієї теорії (Андрєєв Б.В. 1955; Гончарова Н.А., 1969; Келлерман В.В., 1972) несприятливі властивості малонатрієвих солонців обумовлені наявністю підвищеного вмісту гідрофільних продуктів взаємодії ґрунту з розчинами солей і накопиченням так званих гальміролізних мінералів, які утворюються в сольовому середовищі і відносяться до нестійких при опрісненні. При цьому обмінний натрій є не причиною, а наслідком утворення солонців при звільненні в процесі руйнування кристалічної решітки його мінералів. Інші дослідження ( Панов Н.П., Гончарова Н.А., 1969, 1972; Градобоев Н.Д., 1971 та ін.) вказують на провідну роль у розвитку багато- і малонатрієвих солонців різних гелів та гідрофільного мулу. Велике значення при цьому відводиться також колоїдним формам кремнезему [188,191].

Згідно іншої теорії, у формуванні специфічного профілю солонців, можуть брати участь рухомі сполуки кремнію, алюмінію, заліза, кальцію, магнію, натрію, калію [165,16,232]. Із збільшенням солонцюватості ґрунту вміст рухомих сполук збільшується в ілювіальному шарі, тоді як у зональних ґрунтах розподіл їх по профілю однорідний. У дослідженнях [165,169,218] зазначається, що установлений пептизуючий вплив обмінного натрію на ґрунтові колоїди більшою мірою залежить від складу глинистих мінералів, їх дисперсності та гідрофільності, аморфних речовин, складу органічної речовини та характеру його зв’язку з мінеральною частиною ґрунту. Останнє відіграє особливо важливу роль в утворенні солонців [188].

Враховуючи велику різноманітність солонцевих ґрунтів та умов їх формування, М.П.Пановпропонує розглядати розвиток цих ґрунтів виходячи з визнання теорії полігенезу [188]. Такий підхід обумовлює необхідність диференціації способів їх окультурювання та відтворення родючості.

В залежності від генезису і властивостей різних видів солонцевих ґрунтів для умов України вченими запропонований диференційований комплекс заходів з підвищення їх родючості [161,170,210,212,227]. При цьому доцільність меліорації, її вид, технологія, визначаються з урахуванням фізико-хімічної солонцюватості ґрунтів, ступеня і хімізму їх засолення, глибини залягання карбонатів кальцію і гіпсу, підґрунтових вод, кліматичних умов, строкатості (комплексності) ґрунтового покриву, специфіки сільськогосподарського використання [227]. Основні способи меліорації солонцевих ґрунтів були сформовані ще у 50-х роках ХХ століття. Це хімічна меліорація, меліорація за рахунок внутрішньогрунтових запасів кальцієвих солей (меліоративна плантажна оранка), глибокий обробіток зі збереженням на місці генетичних горизонтів (землювання) та фітомеліорація [53,170,212].

З прийомів хімічної меліорації в Україні, більшості країн СНД та за кордоном найбільший розвиток одержало гіпсування [3,18,98,156,170,220,227,244,271,273,274]. Цей захід має два аспекти: це основний прийом меліорації глибокогіпсових і глибококарбонатних солонців і допоміжний прийом при комплексній меліорації середньо- та багатонатрієвих висококарбонатних ґрунтів. Гіпсування є основним напрямком меліорації солонцевих ґрунтів Лісостепової зони України [68,161,170,210,227]. Теоретичною основою гіпсування в Україні і світі є концепція К.К. Гедройця про провідну роль обмінного натрію в солонцевому процесі ґрунтоутворення [32]. Дія гіпсу виявляється в тому, що внесений кальцій витискує обмінний натрій з ґрунтового вбирного комплексу, створюється перевага іонів кальцію у ґрунтовому розчині, внаслідок чого зменшується рухомість ґрунтових колоїдів (гумусу, глини та ін.), нейтралізується лужність, і створюються умови для окультурення ґрунту [25,47,53,99,210,220,227,244]. Як показали багаторічні дослідження, з внесенням гіпсу в солонцеві ґрунти поліпшуються їх агрономічні властивості, знижується лужність, підвищується доступність для рослин поживних речовин, зменшується токсичність рухомих форм заліза й алюмінію, активізуються мікробіологічні процеси, підвищується врожайність сільськогосподарських культур [210,244]. Однак, як встановлено численними дослідженнями, гіпсування є недовготривалим заходом і потребує повторення кожні 5-7 років [170,244].  

<span style