Дрозд О.М. Агроперетворені грунти солонцевих комплексів сухого Степу України

summary

Солонцеві ґрунти, їх властивості та продуктивність, напрями еволюції. У розділі проаналізовано та узагальнено існуючі погляди щодо ґенези, властивостей, продуктивності та меліорації солонців і солонцюватих ґрунтів з характерними ознаками фізичної солонцюватості. Відзначено необхідність диференціації способів окультурювання солонцевих ґрунтів. Висвітлено неузгодженість літературних даних щодо розвитку ґрунтоутворюючих процесів у ґрунтах при залученні їх до сільськогосподарського використання і меліорації за допомогою меліоративної плантажної оранки. Виявлено суперечливість поглядів щодо тривалості післядії меліоративної плантажної оранки та напрямів еволюції плантажованих солонцевих ґрунтів. Обґрунтовуються напрями та доцільність поглиблених досліджень різною мірою агроперетворених (плантажованих та неплантажованих) орних солонцевих ґрунтів зони Сухого Степу України у зрошуваних та незрошуваних умовах.

Об’єкти та методи досліджень. Вивчення змін властивостей та напряму еволюції агроперетворених солонцевих ґрунтів Сухого Степу України проводилось на ключових ділянках трьох тривалих задокументованих стаціонарів (дослід С.П.Семенової-Забродіної, дослід ННЦ ІГА, дослід Ю.Є.Кізякова) та двох ділянках виробничого впровадження меліоративної плантажної оранки, закладених Кримською філією ґрунтового інституту АН СРСР під керівництвом Г.В.Новікової.

Дослід С.П. Семенової-Забродіної знаходиться у Генічеському районі Херсонської області в межах Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства УААН. Цей дослід було закладено у 1954 році з метою вивчення тривалого впливу різних заходів (хімічної меліорації та меліоративного обробітку) на солонці каштанові в умовах незрошуваного землеробства. Ґрунтовий покрив представлено каштановими солонцюватими ґрунтами на карбонатному лесі у комплексі з солонцями каштановими залишковими (30 %). Підґрунтові води гідрокарбонатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 10 м. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на 20-22 см до 1963 р. та на 26-28 см у наступні роки); варіант 4 – оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 60 см із залученням 10-15 см шару карбонатного горизонту у 1954 р. та щорічний обробіток на 20-22 см до 1963 р. та на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки.

Дослід ННЦ ІГА розташований у СТОВ „Воїнське” Красноперекопського району Автономної Республіки Крим. Дослід з меліорації темно-каштанових солонцюватих ґрунтів в умовах зрошення прісною водою закладено у 1965 році Г.М.Пікузою під керівництвом Г.В.Новікової. Ґрунтовий покрив представлено степовими комплексами темно-каштанових слабосолонцюватих (62,2%), темно-каштанових середньосолонцюватих (35%) та темно-каштанових сильносолонцюватих (2,8%) ґрунтів. Ґрунтоутворюючі породи – жовто-бурі карбонатні лесовидні глини та важкі суглинки. Підґрунтові води залягають на глибині 10-15 м. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на глибину 25-27 см в залежності від вирощуваних культур); варіант 4 – оранка плантажним плугом ПП-50 з повним обертанням скиби на глибину 55-60 см у 1965 році та щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки. Для зрошення використовується вода з Північно-Кримського каналу (1 клас - придатна для зрошення за ДСТУ 2730-94). Зрошувальні норми в залежності від вирощуваних культур і погодних умов коливаються від 1000-1200 до 3700-4000 м³/га.

Дослід Ю.Є.Кізякова знаходиться у Генічеському районі Херсонської області в межах Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства УААН. Його закладено у 1973 році з метою вивчення впливу зрошення слабомінералізованими водами на властивості та продуктивність темно-каштанових легкоглинистих ґрунтів. Підґрунтові води залягають на глибині близько 10 м. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на глибину 25-27 см в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 – оранка плантажним плугом на глибину 65 см у 1973 р. та щорічний обробіток на 26-28 см у залежності від вирощуваних культур у наступні роки. Зрошення слабомінералізованими водами (2 клас, обмежено придатна для зрошення за небезпекою засолення, осолонцювання та токсичного впливу на рослини за ДСТУ 2730-94) проводилося у період з 1973 по 2001 рр.

СТОВ «Новопавлівське» - ділянка виробничого впровадження меліоративної плантажної оранки, знаходиться у Красноперекопському районі Автономної Республіки Крим. Ґрунтовий покрив представлено комплексом солончакуватих і глибоко солончакуватих солонців (60-70 %) з каштановими слабосолонцюватими ґрунтами на четвертинних жовто-бурих глинах. Підґрунтові води хлоридно- сульфатного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 7-10 м. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на 26-28 см в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 – оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 55-60 см із залученням 7-10 см шару карбонатного горизонту у 1955 р. та щорічний обробіток на 26-28 см  в залежності від вирощуваних культур у наступні роки.

КСП «Заповіт Леніна» - ділянка виробничого впровадження плантажної оранки, знаходиться у Джанкойському районі Автономної Республіки Крим. Ґрунтовий покрив представлено комплексом солонців солончакуватих (30 %) і темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів (70 %). Ґрунтоутворюючі породи – жовто-бурі карбонатні лесовидні глини. Підґрунтові води сульфатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 5-10 метрів. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 – оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 55-60 см із залученням 7-10 см шару карбонатного горизонту у 1955 р. та щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки. Зрошення здійснювалося водою з Північно-Кримського каналу (1 клас - придатні для зрошення за ДСТУ 2730-94) з 1969 до 1993 р. дощуванням.

В польових умовах усі стаціонари та ділянки виробничого впровадження були прив’язані до географічної мережі за допомогою засобу багатоспектрального позиціонування – GPS і можуть бути використані в єдиній моніторинговій мережі системи екологічного моніторингу. На обстежуваних ділянках, згідно ґрунтового плану, складеного на час закладання дослідів, обирали варіанти ґрунтів (плантажовані та неплантажовані солонці каштанові та темно-каштанові слабосолонцюваті ґрунти), на яких закладали по 2 ґрунтових розрізи, глибиною до 1,5-2,0 м, вивчали морфологічну будову профілю, щільність складення до глибини 1,0 м методом ріжучого кільця за Н.А Качинським у п’ятикратній повторності, визначали вологість. Зразки ґрунту відбирали у трикратній повторності по генетичних горизонтах і з кожного 10-сантиметрового шару.  Додатково відбирали зразки на кожному досліджуваному варіанті шляхом буріння свердловин суцільною колонкою до глибини 2 м у п’ятикратній повторності. Катіонно-аніонний склад водної витяжки визначали за стандартними методиками (ГОСТ 26424-85 – ГОСТ 26428-85), визначення вмісту обмінно-увібраних катіонів проводили методом Шолленбергера у модифікації ННЦ ІГА (МВВ 31-497058-007-2005), вміст карбонатів визначали методом В.Є.Соколовича (МВВ 31-497058-021-2005), активність іонів натрію та кальцію у ґрунтових пастах – потенціометричним методом (МВВ 31-497058-001-2001, МВВ 31-497058-002-2001), вуглець органічної речовини - методом І.В. Тюрина (ДСТУ 4289), фракційний гумус визначали прискореним методом за М.М. Кононовою та Н.П.Бєльчіковою (МВВ 31-497058-006-2002), вміст доступної (лабільної) органічної речовини - методом М.А.Єгорова (ДСТУ 4732), гранулометричний склад визначали методом Н.А. Качинського (ДСТУ 4730), мікроагрегатний склад - методом піпетки за МВВ 31-497058-011-2005; визначення структурно-агрегатного складу проводили за методом М.І.Саввінова (ДСТУ 4744), визначення нітратного і амонійного азоту проводили за ДСТУ 4729, вміст рухомих сполук фосфору та калію визначали за Б.П. Мачігіним (ДСТУ 4114), валовий вміст азоту визначали за Кьєльдалем (ДСТУ 4726), фосфору – за Труогом-Мейером, калію – за Воробйовою (ДСТУ 4290), визначення вмісту рухомих форм важких металів виконували методом атомно-адсорбційної спектрометрії згідно ДСТУ 4770.1-4770.9, валовий хімічний склад ґрунту визначали рентген-флуоресцентним методом. Облік урожаїв сільськогосподарських культур в польових дослідах у 2003-2006 роках проводили методом відбору пробного снопа у п’ятикратній повторності.

Результати аналітичних досліджень ґрунтів та врожайні дані дослідів обробляли за допомогою дисперсійного аналізу. Математичну обробку отриманих даних проводили шляхом систематичного використання методів обчислювальної статистики за допомогою пакету стандартних програм “Excel” та “Statistica” (інтегрований пакет для статистичного аналізу).

У роботі також використані опубліковані та фондові матеріали лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів ННЦ ІГА імені О.Н. Соколовського та Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства, а також матеріали, люб’язно надані автору для роботи доктором сільськогосподарських наук Ю.Є.Кізяковим.

Природні умови районів досліджень. Наведено характеристику кліматичних, геоморфологічних, гідрологічних та гідрогеологічних умов, рослинності, ґрунтоутворюючих порід та ґрунтів зони Сухого Степу України. Показано вплив антропогенного чинника на зміни гідрогеологічних умов.

Закономірності змін властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів

Морфологічна будова профілю. Залучення ґрунтів до сільськогосподарського використання і застосування меліоративної плантажної оранки зумовлює низку перетворень у ґрунтовій товщі. У плантажованих солонцевих ґрунтах відокремлюється окультурений орний шар, який під впливом постійного звичайного обробітку стає однорідним. Під орним шаром залягає агроперетворений шар (30 – 60 см), який складається із набору часток, що відрізняються одна від одної складом і розміром фрагментів вихідних генетичних горизонтів. Нижче знаходяться карбонатні горизонти, які не були залучені до обробітку і мають природну будову. При довготривалому постмеліоративному розвитку плантажованих солонців і темно - каштанових солонцюватих ґрунтів реставрація солонцевого процесу за досліджуваний період не відбувається, що свідчить про продовження позитивної післядії плантажної оранки. В неплантажованих солонцевих ґрунтах зберігається типова для них профільна будова, однак систематичне застосування звичайного обробітку призводить до зменшення товщини типоутворюючого ілювіального горизонту, який може бути зрізаним або повністю залученим до орного шару.

Сольовий склад плантажованих і неплантажованих солонцевих ґрунтів. Загальною закономірністю для плантажованих і неплантажованих солонцевих ґрунтів є процес розсолення ґрунтового профілю, однак інтенсивність цього процесу різна.

Дослідженнями (С.П.Семенова-Забродіна,1954 та М.М.Лаврентьєв,1967) установлено, що у солонцях каштанових у незрошуваних умовах на 13 рік післядії плантажної оранки істотно знизилася сума загальних водорозчинних солей. Якісний склад солей покращився за рахунок зниження хлоридів і сульфатів, підвищився вміст карбонатів та бікарбонатів у всьому ґрунтовому профілі. Нашими дослідженнями встановлено, що на 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки інтенсивність процесу розсолення значно знижується порівняно з попередніми роками досліджень і можна говорити лише про тенденцію подальшого зменшення вмісту солей. Усі солі рівномірно розподілені у профілі і у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію. Вміст солей коливається у межах 0,06-0,08%, що свідчить про відсутність майже слабкого засолення. Вивчення сольового складу солонцю каштанового неплантажованого показало, що за 50 років його сільськогосподарського використання кількість загальних і токсичних солей у профілі зменшилася удвічі, здебільшого за рахунок хлоридів та сульфатів натрію. Імовірно процес розсолення відбувається під впливом атмосферних опадів, чому сприяє зменшення щільності складення орного шару та зменшення товщини ілювіального горизонту, що є результатом постійного обробітку цих ґрунтів та комплексу інших агротехнічних заходів.

В умовах зрошення водами 1 класу процес розсолення у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах протікає більш швидко. Вже на 9 рік післядії загальна сума солей у шарі 0-100 см складала 0,07-0,11 % (Г.В.Новікова, 1984). На 40 рік післядії меліоративної плантажної оранки вміст водорозчинних солей у шарі 0-100см коливається в межах 0,07-0,08 %. У ґрунтах наявна тенденція до подальшого зниження катіону натрію, при деякому збільшенні катіонів кальцію та магнію. Вивчення сольового складу неплантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів показало, що в перші роки зрошення у верхній 0-100 см частині ґрунтового профілю значно знижується вміст загальних і токсичних солей, в основному за рахунок хлоридів і сульфатів натрію. В подальшому якісний і кількісний склад солей верхньої частини ґрунтового профілю стабілізується. Вміст солей тут коливається в межах 0,04-0,09 %, у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію. За роки зрошення вміст водорозчинного натрію у всьому профілі знизився у 2,0-2,5 рази, натомість спостерігається тенденція до збільшення кількості водорозчинного кальцію, джерелом постійного надходження якого в ґрунти є гідрокарбонатно-кальцієві зрошувальні води.

На 30-й рік післядії меліоративної плантажної оранки та на 5 рік після припинення зрошення слабомінералізованими водами відмічається розсолення верхньої 0-75 см частини ґрунтового профілю як плантажованого, так і неплантажованого темно-каштанового ґрунту. Вміст водорозчинних солей тут коливається в межах 0,08-0,09%, усі солі розподілені рівномірно, а у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію та натрію. Кількість водорозчинного кальцію дещо вища у профілі плантажованих ґрунтів.

У тривалій післядії меліоративної плантажної оранки карбонатні профілі плантажованих варіантів усіх досліджуваних ґрунтів відзначаються високим вмістом карбонатів кальцію в орному шарі (3,5-5%) та рівномірним їх розподілом у всій меліорованій товщі (0-60 см).

Зміни фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів. Зміни іонно-сольового складу ґрунтового розчину в солонцевих ґрунтах призвели до трансформацій у складі грунтового поглинального комплексу (ГПК). Загальною закономірністю для досліджуваних ґрунтів є збільшення вмісту ввібраного кальцію та зменшення частки ввібраних магнію та натрію у ГПК, однак швидкість змін у ГПК різна. У плантажованих солонцях каштанових в незрошуваних умовах ці зміни добре помітні вже на другий рік після обробітку, але більш чітко вони простежуються через сім років, коли насиченість ГПК ґрунту кальцієм в метровому шарі досягла 68 %, кількість ввібраного магнію знизилася до 26 % , а натрію до 4,5 % від суми катіонів. На 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки у меліорованому шарі підвищується абсолютний і відносний вміст кальцію (74,5 %), натомість кількість увібраного натрію в усьому профілі знизилась удвічі (1,3 %) (рис.1). У неплантажованих ґрунтах вміст увібраного натрію в орному шарі достовірно знизився з 3,7 % у 1955 році до 2,5 % у 2003 -2005 роках. В шарі 30-40 см також помічено тенденцію до деякого зменшення увібраного натрію, однак кількість його порівняно з попередніми роками змінилася не так істотно.