Опанасенко М.Є. Теоретичні і прикладні основи оцінювання родючості скелетних грунтів Криму та освоєння їх під плодові і горіхоплідні культури : Опанасенко М.Е. Теоретические и прикладные основы оценки плодородия скелетных почв Крыма и освоение их под плодовые и орехоплодные культуры

Короткий зміст

Генезис, властивості, класифікація, оцінювання придатності і досвід освоєння скелетних ґрунтів під плодові сади (огляд літератури). Скелетні ґрунти поширені в усіх гірських і передгірних районах, на височинах і кряжах СНД (680 млн. га). В Україні їх близько 2 млн. га (С.О. Захаров, 1937; Н.Н. Розов, 1962; В.А. Джамаль, 1967), у степовому і передгірному Криму їх 450 тис. га (М.А. Кочкін, 1967; Н.М. Дзенс-Литовська, 1970; І.Я. Половицкий, П.Г. Гусєв, 1987).

Узагальнюючих робіт про скелетні ґрунти та ґрунтотворні породи СНД і Криму немає, але численні й різноманітні публікації дозволили сконцентрувати найважливіші дослідження з генезису, вивітрювання і перевідкладення ґрунтотворних порід, з ґрунтоутворення, властивостей та класифікації скелетних ґрунтів і природних умов їхнього формування. У працях В.В. Докучаєва (1949), М.М. Сибірцева (1951), К.Д. Глінки (1927), С.С. Неуструєва (1931), С.О. Захарова (1937, 1948), В.Р. Вільямса (1946), М.А. Глазовської (1950), Б.Б. Полинова (1945), В.М. Фрідланда (1955, 1970), О.Н. Соколовського (1970), М.А. Кочкіна (1969), В.А. Ковди (1973), О.М. Самойлової (1983), Г.І. Ромашкевич (1996) показана величезна роль щільних гірських порід і їхнього хімічного складу, рельєфу і денудаційних процесів, клімату, мікроорганізмів і літофільної рослинності у формуванні, переміщенні й змішуванні пухких скелетних відкладень.

Значний внесок у вивчення полігенетичних голоценових і плейстоцен-пліоценових скелетних ґрунтів і палеоґрунтів, карсту і terra-rosa, елювіїв-делювіїв Тарханкуту й Гераклейського півострова, алювіальних й алювіально-пролювіальних відкладень річкових терас і межиріч передгірного Криму внесли І.М. Антипов-Каратаєв, Л.І. Прасолов (1932), М.М. Клепінін (1935), Н.М. Дзенс-Литовська (1941, 1970), Г. Негребецький, Н. Семихатова (1957), М.Е. Міллер (1958), П.Д. Підгородецький (1959, 1961), П.К. Заморій (1961), М.Ф. Севастьянов (1963), П.Г. Гусєв (1966), М.А. Кочкін (1967), М.Ф. Веклич, Н.О. Сіренко (1976), Г.Ю. Платонова, М.І. Полупан (1981). Разом з тим, склад, властивості, водний і поживний режими скелетних, а особливо плантажованих чорноземів, коричневих і алювіальних ґрунтів на різних за генезисом ґрунтотворних породах Криму залишаються мало вивченими. Властивості та агрохімічні показники дрібнозему ґрунтів характеризувалися в поодиноких розрізах, ступінь скелетності рідко визначався інструментально і виражався у відсотках від маси, а не від об’єму ґрунтів, що не відповідало фактичному співвідношенню скелету й дрібнозему.

Труднощі в класифікації скелетних ґрунтів ще не подолано, а номенклатура не є бездоганною: у загальній класифікації ґрунтів щільні гірські породи розглядаються на правах роду, виду або різновиду, літологічної серії (С.О. Захаров, 1927; В.Д. Кисіль та ін., 1981; М.І. Полупан та ін., 1988, 2005). Щодо класифікаційних кількісних рубежів низьких таксонів, то вони настільки різнорозмірні, що їх використання є неможливим як у науковому, так і в утилітарному значенні.

Узагальнення літератури з оцінювання придатності й освоєння скелетних ґрунтів під сади в Казахстані (О.П. Драгавцев, 1956; О.С. Осипенко, 1970), у Середній Азії (В.В. Кузнєцов, 1970), на Північному Кавказі (В.Ф. Вальков, 1970, 1988; С.Ф. Неговєлов, 1972; А.М. Уміров, 1987), у Вірменії (М.Є. Амірян, 1970), у Молдавії (І.І. Канівец, 1958, 1959), в Україні, у тому числі й у Криму (В.А. Джамаль, 1967; М.А. Кочкін та ін., 1972) свідчить про суперечливість рекомендацій не тільки в різних екологічних умовах півдня СНД, що є закономірним, але й у межах зони чи регіону. Не висвітлювався ступінь скелетності ґрунтів і порід; запаси дрібнозему, гумусу, N, Р, К, вологи не визначалися. Допустимі для плодових культур параметри скелетності чи потужності кореневмісного шару ґрунтувалися на одиничних, рідше усереднених даних.

Загальна і головна причина слабкої вивченості скелетних ґрунтів, орієнтовної оцінки їхньої родючості і садопридатності, класифікаційної невпорядкованості полягала в трудомісткості визначення скелету від об’єму ґрунту та в розрахунку об’ємної маси дрібнозему ґрунту з непорушеною будовою (Ф.Р. Зайдельман, 1957; І.С. Алієв, 1974; R.F. Shipp, R.P. Matelski, 1965).

Об'єкти, методи і методологія досліджень. Об’єктами стаціонарних ґрунтово-біологічних досліджень були ґрунтово-кліматичні ресурси, промислові плодоносні сади в зонах Південного і Передгірного Степу та Передгірного Лісостепу в 21 господарстві Криму. Вивчали чорноземи південні та звичайні передгірні, коричневі й алювіальні лучні карбонатні плантажовані ґрунти різної скелетності й розвиненості профілю на різних за генезисом ґрунтотворних породах. На 38 полігонах досліджень закладено 586 ґрунтових розрізів.

В основу досліджень ґрунтів, клімату і їхнього впливу на ріст і врожайність дерев покладено метод ґрунтово-біологічних досліджень П.Г. Шитта (1930), С.Ф. Неговєлова (1972), В.Ф. Іванова (1986). Використано агрокліматичні методи Г.Т. Селянінова (1936) і Н.В. Гулінової (1974).

Скелетність у процентах від об’єму ґрунтів і ґрунтотворних порід, об’ємна маса дрібнозему визначали способом вирубки моноліту металевим квадратом 25 х 25 см по півметрових шарах до щільних підстилаючих порід (М.Є. Опанасенко, 1985). За вмістом скелету (% від об’єму) у шарі ґрунту 0-50 см на видовому рівні ґрунти класифікувалися як слабо- (до 10% скелету), середньо- (10-25%), сильно- (25-50%) і дуже сильноскелетні (>50%). За глибиною залягання плити вапняку чи конгломерату ґрунти поділялися на види: слаборозвинені – щільні породи в межах 0-40 см, малопотужні – 40-80 см, середньопотужні – 80-120 см, потужні – >120 см (М.Є. Опанасенко, 2004; 2008).

Для попереднього встановлення ступеня скелетності, глибини залягання плит вапняків і конгломератів розроблено методику вивчення скелетних ґрунтів за допомогою вертикального електричного зондування (ВЕЗ). Метод дозволяє без порушення ґрунтів проводити виміри відносного питомого електричного опору ґрунту, ґрунтотворної і гірської породи (ρ_к). За даними ВЕЗ і розробленими програмами та алгоритмами, що ґрунтуються на розв’язанні основного диференціального рівняння поля постійного струму (рівняння Лапласса), із застосуванням R-функції, визначали вміст скелету та глибину залягання щільних порід. Отримано спеціальні коефіцієнти переходу від координат АВ/2 характеристичних точок кривих ρ_к=f(АВ/2) до реальної глибини залягання щільної породи. Для чорноземів скелетних коефіцієнти дорівнюють 0.267...0.373. Про наявність щільних порід свідчив високий (>150 Ом. м) опір на великих напіврозносах АВ/2 електродів. Відносний питомий електричний опір на малих напіврозносах електродів 50...80 Ом. м відповідав вміст скелету до 20%. Опір від 80 до 100...120 Ом. м свідчив про наявність у ґрунті 20...40% скелету, а опір 120...150 Ом. м на великих напіврозносах датчиків фіксував скелетність ґрунтотворної породи понад 40...45% (М.Є. Опанасенко, А.І. Поздняков, 1989).

У польових і лабораторних дослідженнях ґрунтів і рослин використано рекомендовані ДСТУ і ДСТУ ISO методики (Методи аналізів ґрунтів і рослин, 1999; Перелік основних законодавчих актів..., 2000 та інші).

Водопроникність і НВ ґрунтів визначали методом рам, макроагрегатний склад ґрунтів – за Савиновим (О.Ф. Вадюніна, З.О. Корчагіна, 1961), гранулометричний склад дрібнозему (з підготовкою ґрунтів пірофосфатом) і мікроагрегатний – за Качинським (1958). Гумус визначали за Тюріним, азот, що легко гідролізується – за Тюріним і Кононовою, валовий азот – за Кудеяровим феноловим методом, валовий фосфор – за Деніже (варіант Труоґа та Мейєра), валовий калій – за Смітом, обмінні катіони – за Шмуком, рН, легкорозчинні солі у водній витяжці і валовий аналіз ґрунту – за Аринушкіною (1970), нітратний азот визначали методом іонселективних електродів, рухомий фосфор і обмінний калій – за Мачигіним (Л.М. Александрова, О.О. Найдьонова, 1986), загальні карбонати кальцію – за Голубєвим, “активне” вапно – за Друїно-Гале (О.В. Петербургський, 1963). Мікроелементи визначали на дифракційному спектрографі СТЭ-1 (сертифікат якості УГ №0004729). Мікробіологічні дослідження ґрунтів виконано відповідно до загальноприйнятих у ґрунтовій мікробіології методів (Большой практикум по микробиологии, 1962; И.П. Баб’єва, Н.С. Агре, 1971; Д.Г. Звягінцев та ін., 1980).

Кореневу систему вивчали методом “зрізу” Колесникова (1972), фізіологічні дослідження – за методиками відділу репродуктивної біології і фізіології рослин НБС-ННЦ (Г.М. Єремєєв, 1964; С.І. Єлманов, 1969), оцінку стану і врожайності плодових дерев – за затвердженими у СНД програмами та методиками. Конкретний сорт вивчали за однакової агротехніки, схеми садіння, зрошення, одного віку дерев. Дотримувалася єдність розбіжностей – розбіжностей ґрунтів на видовому рівні. Допустимі та оптимальні ґрунтові параметри для сортів визначалися за величиною обхвату штамба чи врожайності дерев.

Методологічні аспекти вивчення скелетних ґрунтів, оцінювання їхньої родючості й садопридатності, освоєння під сади полягали в наступному. Узагальнювали літературні відомості про ґрунтово-кліматичні умови зростання диких видів досліджуваних культур у природних ареалах їх виникнення чи видоутворення. Визначали міру відповідності ґрунтово-кліматичних умов природного ареалу диких видів цім умовам у потенційних ареалах вирощування культурних видів.

Встановлювали ті показники-регулятори клімату, що безпосередньо впливали на ріст і врожайність дерев. На придатних під рослини за кліматичними умовами територіях вивчали й оцінювали види скелетних ґрунтів. Детально і різнобічно вивчалися склад, властивості, режими ґрунтів і ґрунтотворних порід різного ступеня скелетності. Важливо було встановити найменшу кількість надійних універсально-інформативних ґрунтових показників, які функціонально характеризували б комплекс взаємозалежних властивостей ґрунтів, що дало б можливість за інтегральними показниками визначати рівень родючості.

Системні дослідження погодних умов, ґрунтів, ґрунтотворних порід, фізіологічних і біометричних показників росту, посухостійкості й зимостійкості, врожайності дерев дозволяли виявити агрономічно значимі ґрунтово-кліматичні фактори та встановити їх допустимі та оптимальні параметри для плодових культур. Ці параметри – основа визначення еталонів родючості скелетних ґрунтів. Врожайність плодових культур була узагальненим критерієм оптимальності ґрунтів і клімату. Оскільки ґрунтова родючість не є абсолютною, а має відносне значення щодо рослин, врожайність садів підвищувалася добором стійких на скелетних ґрунтах сортів. При невідповідності родючості таких ґрунтів визначеним для стійких сортів едафічним параметрам, ґрунти меліорують.

Склад і властивості скелетних плантажованих ґрунтів степового і передгірного Криму та агрономічна оцінка їхньої родючості. У плантажованому шарі скелетних ґрунтів змішувалися всі гумусові горизонти, і, як правило, до нього залучалася ґрунтотворна порода. Скелетність ґрунтів у профілі коливалася від 3 до 90% і завжди була більшою в ґрунтотворних породах, що підстилалися плитами вапняків і конгломератами на глибині 40...170 см. Чим ближче до поверхні залягали плити вапняків, тим більшою була скелетність ґрунтів і ґрунтотворних порід, і навпаки. Тіснішою є кореляція зі скелетом у горизонтах ґрунтотворних порід (із плитою r=-0.49, n=123; з конгломератами r =-0.43, n=248), у плантажованому шарі вона слабшала. В першому випадку скелетність більшою мірою генетично пов’язана з підстилаючими вапняками або обумовлена природними гіпергенними процесами формування неоелювію і конгломератів, а в другому – переважно техногенними впливами. Чим глибша плантажна оранка, тим більша скелетність педотурбованого шару, але в ньому вона менша, ніж у ґрунтотворній породі. Під конгломератами на глибині 1...2 м часто розкривалися пухкі четвертинні й третинні галечники, пліоценові червоноколірні глини й палеоґрунти.

Фракційний склад скелетної частини ґрунтів на елювіальних і елювіально-делювіальних відкладах щебінчасто-хрящуватий, на алювіально-пролювіальних – галечниково-гравійний з невеликою кількістю каменів чи валунів, що не перешкоджало обробітку ґрунтів. Нерідко малопотужні ґрунти на глибині 40...70 см підстилалися тонкою плитою перекристалізованих вапняків, а під ними розкривалися червоноколірні глини – продукти карсту пліоценового часу. Руйнування плантажним плугом таких вапняків збільшувало в плантажованому шарі кількість каменів.

Апріорне твердження про адекватне скелетності зменшення дрібнозему є далеким від істини. Воно справедливе, коли йдеться про об’єми скелету й дрібнозему, але при встановленні дрібнозему у вагових одиницях – а тільки таке його вираження дозволяє визначити запаси гумусу, N, P, K, вологи – різна щільність дрібнозему вносить істотні корективи у справжнє співвідношення скелету й дрібнозему. Встановлено односпрямований вплив на запаси дрібнозему скелету, глибини плит вапняків, конгломератів, що підтверджувалося множинною кореляцією (рис. 1). Запаси дрібнозему кількісно показують ступінь скелетності й розвиненості профілю ґрунтів, щільність будови дрібнозему і є інтегральним показником фізичної вивітрюваності, складу скелетних ґрунтів і їх родючості.

Гранулометричний склад дрібнозему скелетних ґрунтів і ґрунтотворних порід середньо- і важкосуглинковий та легко- і середньоглинистий крупнопилувато-мулуватий (рис. 2). У ґрунтах він був в основному успадкований від ґрунтотворних порід і не залежав від ступеня скелетності ґрунтів та порід. Часто сильноскелетні елювії вапняків містили більше мулу (29%) і менше піску (16%), ніж їх було в елювіях менш скелетних (23% мулу, 21% піску), що свідчить про літологічну неоднорідність вапняків. У більшості випадків глинисто-суглинковий склад дрібнозему був завжди притаманний елювіям сарматських і понтичних вапняків та алювіям-пролювіям перевідкладених скелетно-дрібноземних мас. Найбільша вивітрюваність дрібнозему притаманна скелетним палеоґрунтам і червоно-бурим глинам пліоцену, що обумовило велику їхню мулистість (40...50%) порівняно з дрібноземом четвертинних ґрунтів і ґрунтотворних порід (мулу 32...40%). Винятками були коричневі скелетні ґрунти, у яких мулу було більше, ніж у червоноколірних. При вивітрюванні та ґрунтоутворенні у ґрунтах накопичувався мул, зменшувався вміст піску, пилу крупного і дрібного. Несприятливого в агрономічному відношенні пилу середнього було небагато (5...15%).