Судук О.Ю. Оптимізація норми осушення на дерново-підзолистих грунтах в умовах радіаційного забруднення території

Краткое содержание

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано її актуальність.

У першому розділі “Стан вивчення питання” на основі літературних джерел, нормативно-правових документів виконано огляд і аналіз сучасної практики експлуатації ОС, наведено основні методи оптимального управління ОЗС у гумідній зоні України. Найбільш відомі дослідження в цьому напрямку викладено в працях А.М. Янголя, О.В. Скрипника, В.П. Остапчика, М.О.Лазарчука, О.В. Жовтоног, А.М. Рокочинського та ін.

Крім того, на основі літературних джерел здійснено аналіз ситуації, яка склалася на Поліссі після аварії на Чорнобильській АЕС; приведено фактори, що впливають на міграційну здатність радіонуклідів у системі “ґрунт – рослина”; розглянуто загальноприйнятий комплекс заходів, спрямованих на отримання продукції відповідної радіологічної якості (згідно ДР-97). Найбільш відомі дослідження викладені в працях Г.І. Афанасіка, Б.П. Пшиходського, Б.С.Прістера, М.О.Клименка, М.Й.Шевчука, С.І.Веремеєнка, В.С.Бистрицького, Л.В. Перепелятникової, Л.І.Ворони, Г.І. Перепелятнікова, Н.А. Лошилова, Й.М. Голубицького, О.М. Клименка  та ін.

 У другому розділі “Умови та методика проведення досліджень” описано методику аналітичних досліджень, зазначено об’єкти досліджень та наведено вихідні дані.

Клімат району дослідження м’який, помірно-континентальний. У цілому зима в районі м’яка з частими відлигами, літо помірно тепле, вологе. Погодні умови в роки проведення досліджень різко не відрізнялися між собою. Найвища середньодобова температура повітря була в 2002 р. – 16,4 ⁰С, у 2003 р. - відповідно на 0,1 ⁰С нижчою від норми, а в 2004 р. спостерігалося зниження температури ще на 0,1 ⁰С. Найбільше опадів випало в 2002 р. - 379,5мм за вегетаційний період, а 2003 та 2004 рр. характеризуються недобором опадів. Середня швидкість вітру в роки спостережень становила 2 м/с.

Дослід №1. У лабораторії кафедри гідромеліорацій Національного університету водного господарства та природокористування нами проведено дослід, завданням якого було вивчення впливу залежності між водним режимом ґрунту та його ефективною родючістю на процес накопичення цезію-137 у рослинницькій продукції. Для цього в 2002 р. 12 посудин висотою 0,85м пошарово заповнили ґрунтом, характеристика основних властивостей якого приведена нижче. Об’єм ґрунту в одній посудині становив 0,28 м³. В них були висіяні багаторічні трави – тимофіївка лучна та конюшина звичайна. Строки сівби – літні: 07.07.02 р. – конюшина та 30.06.03р. – тимофіївка лучна. Насіння висіяли на глибину 3 см і воно  відповідно зійшло: 14.07.02 р. - конюшина і 06.07.03 р. - тимофіївка лучна. Збирання зеленої маси конюшини здійснили по укосах: у 2002 р. - 25.09, у 2003 - 28.06, 28.09, у 2004 - 23.06, 23.09, а  тимофіївки лучної - 25.09.03 р.

Згідно з рекомендаціями ведення землеробства на радіаційно забруднених землях під культури вносили калійні добрива (калій хлористий) нормою 120кг/га д.р., фосфорні (суперфосфат простий) – 90кг/га д.р. Азот є необхідним елементом для нормального росту і розвитку рослин, але враховуючи те, що вміст азоту позитивно корелює з рухомістю цезію-137 у ґрунті, вносили лише 50 кг/га д.р. азотних добрив (аміачна селітра).

Воду подавали у три посудини з конюшиною і у три посудини з тимофіївкою лучною зверху, моделюючи дощування, а в інші три посудини з конюшиною і три посудини з тимофіївкою лучною - знизу, моделюючи підгрунтове зволоження.

Потреба у додатковому регулюванні водного режиму ґрунту зведена тільки до відведення завдяки осушенню надлишкової гравітаційної вологи і підтриманню в межах норми осушення, що приймається згідно з розрахунками за формулою (5) ( рис.1). Так, як норми осушення для конюшини і тимофіївки лучної не відрізняються суттєво, то на рис.1 наведено значення тільки для конюшини. Поливна норма при зрошенні дощуванням протягом вегетаційних періодів трьох років спостережень становила 350 м³/га.

Норми осушення, що отримали за розрахунками, порівняно з стандартними, згідно з ДБН (для багаторічних трав, які вирощують на дерново-підзолистих ґрунтах, норма осушення становить 0,4…0,6м), є вищими.

Ґрунт дослідної ділянки, відібраний на землях поблизу с. Великі Озера Дубровицького району Рівненської області - дерново-підзолистий супіщаний.

Характеристика основних властивостей та валового складу ґрунту така: щільність ґрунту 1,5 г/см², водовіддача 0,04, максимальна гігроскопічність 1,5 %, ПВ = 22 %, НВ = = 18,0 %, рН = 4,84, вміст гумусу не перевищує 2 %, ємність поглинання низька і становить 2,3 мг-екв на 100 г гр., ступінь насичення основами 37 %, гідролітична кислотність 1,52 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 1,35 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ 2,15 мг/кг, NO₄ – 7,14, K₂O – 75, P₂O₅ – 125. Щільність забруднення цезієм-137 становить 188Бк/м² (5 Ки/км²).

Дослід №2. Для перевірки результатів досліду №1 в реальних умовах на ОЗС „Воробино” Дубровицького району Рівненської області проведено комплекс польових і лабораторних досліджень.

ОЗС “Воробино” розташована у східній частині Волинського моренного пасма. Геоморфологічна будова неоднорідна. Рельєф хвилястий. У межах заплави річки Горинь поширені переважно дерново-підзолисті суглинисті, а на терасі - дерново-підзолисті супіщані ґрунти. Частина з них оглеєна. Ґрунти напівгідроморфні та частково гідроморфні осушені. Дослідні ділянки закладено на ОЗС “Воробино” на дерново-підзолистих супіщаних (свердловина 19) і суглинистих ґрунтах (27, 28, 29).

Характеристика водно-фізичних та фізико-хімічних властивостей дослідних ділянок така:

свердловина 19 - щільність ґрунту 1,65 г/см², водовіддача 0,05, максимальна гігроскопічність 1,4 %, ПВ = 24 %, НВ = 18,5 %, рН = 5, 91, вміст гумусу не перевищує 1,47 %, ємність поглинання низька і складає 2,6 мг-екв на 100 г гр., ступінь насичення основами 38 %, гідролітична кислотність 1,74 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 1,75 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ – 2,85 мг/кг, NO₄ – 6,91, K₂O – 80, P₂O₅ – 119,  Mn – 13,08. Щільність забруднення цезієм-137 становить 3,8 Кі/км²;

свердловини 27, 28, 29 – щільність ґрунту 1,35г/см², водовіддача 0,09, максимальна гігроскопічність 7,1 %, ПВ=31 %, НВ =22 %, рН = 6,62, вміст гумусу не перевищує 3,8 %, ємність поглинання низька - 2,2 мг-екв на 100 г гр., гідролітична кислотність 1,03 мг-екв на 100 г гр., вміст обмінного кальцію 20 мг-екв на 100 г гр., вміст NO₃ - 5,24 мг/кг, NO₄ – 5,03, K₂O – 75, P₂O₅ – 65, Mn – 6,18. Щільність забруднення цезієм-137 по свердловинах: 27 – 3,75 Кі/км², 28 – 3,35, 29 – 3,62.

Дослід №3. З метою верифікації моделі SWAP, покладеної в основу інформаційно-дорадчої системи на осушуваних землях, у 2002 р. проведено серію експериментів на дослідній ділянці в районі озера Басового Кута, м. Рівне. На ділянці розміром 100 x 100 м зроблено три свердловини з різними РГВ на відстані 30 м одна від одної та від водного джерела.

Ґрунт дослідної ділянки - дерново-підзолистий супіщаний. Водно-фізичні властивості досліджуваного ґрунту такі: вміст гумусу у верхньому шарі ґрунту 1%, рН _сол.  = 5,6, гідролітична кислотність – 2,2мг-екв на 100 г гр., сума увібраних основ – 5,1 мг-екв на 100 г ґр., ступінь насичення основами 60 %.

За період досліджень 2002 - 2004 рр. визначили: динаміку вологості ґрунту і ГГВ протягом вегетаційного періоду під багаторічними травами (дослід №1, №3); комплекс водно-фізичних властивостей ґрунту (дослід №1, №2, №3); агрохімічні властивості ґрунту (дослід №1, №2, №3); продуктивність сільськогосподарських культур (дослід №1, №2); розподіл кореневої системи за профілем ґрунту (дослід №1, №2); нагромадження цезію-137 в конюшині і тимофіївці лучній залежно від способу регулювання водного режиму ґрунту (дослід №1, №2).

Вологість ґрунту визначалась з метою оцінки вологозабезпеченості рослин та характеру розміщення вологи в ґрунтовому профілі протягом вегетаційного періоду. Проби ґрунту відбирали з трьохразовою повторюваністю буровим способом. Вологість ґрунту в точках спостереження визначали раз на тиждень з 06.05.02 по 20.09.02 р. в досліді №3 та з 12.05.02 по 04.09. 04 р. в досліді №1 термостатно-ваговим методом. У досліді №1 проби ґрунту відбирали через 10см, а в досліді №3 – через 20. Гранулометричний склад визначено піпеточним методом за М.А.Качинським. Визначення щільності ґрунту проведено за допомогою бура об’ємом 50 см³, а також у шурфах за допомогою циліндрів об’ємом 1000см³. Визначення граничної та найменшої вологоємності здійснено лабораторним методом у зразках із непорушеною структурою. Максимальна гігроскопічна вологість ґрунту визначено за А.В.Ніколаєвим. З агрохімічних досліджень проведено такі визначення: рН - потенціометрично із скляним електродом, рухомий фосфор – колориметрично у 0,2н. НСІ витяжці за синім молібденовим гетерополікомплексом з хлористим оловом, обмінний калій в 0,2 н. НСІ витяжці на полум’яному фотометрі. Вміст загального гумусу визначено за методикою І.В.Тюріна. Облік урожаю проводено шляхом суцільного обліку всіх ділянок  із статистичною обробкою результатів за Б.О. Доспєховим з трьохразовою повторюваністю. Потужність кореневої системи визначено за методом моноліту. Повторюваність досліду - трьохразова. Визначення питомої активності цезію-137 в зразках багаторічних трав проведено на всіх ділянках із статистичною обробкою результатів за допомогою сцинтиляційного гама-спектрометра з кристалом NaJ (TI) на багатоканальному амплітудному аналізаторі імпульсів АІ-1024-95.

У третьому розділі “Вплив водного режиму ґрунту на якість сільськогосподарської продукції в умовах радіаційного забруднення території” наведено результати польових і вегетаційних досліджень, які свідчать про те, що під час підгрунтового зволоження питома активність цезію-137 у зразках конюшини в 2002 р. на 13% вища при дощуванні, порівняно з підгрунтовим зволоженням. Дані спостережень підтверджуються показниками 5%-вого рівня значущості (помилка досліду -  12,36; помилка різниці середніх - 17,48 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 38,99 і відносних показниках - 9,98%), у 2003 – на 98% (помилка досліду -  6,8; помилка різниці середніх - 9,63 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних  - 21,5 і відносних показниках - 9,6%), а у 2004 – на 20% (помилка досліду -  9,64; помилка різниці середніх - 13,64 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 30,41 і відносних показниках - 10,79%), а в тимофіївки лучної на 23% (помилка досліду -  4,75; помилка різниці середніх - 6,72 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 14,98 і відносних показниках - 8,35%). Це зумовлено тим, що при підгрунтовому зволоженні у верхньому шарі ґрунту забезпечується вологість, що відповідає нижній межі сприятливої вологоємкості (НМСВ). В таких умовах рослина не відчуває водного стресу і в даному горизонті, де розміщено понад 95% цезію-137, за рахунок зниження вологості ґрунту послаблюється міграція цезію-137 у системі „ґрунт - рослина”.

Протягом трьох років спостережень вологість ґрунту суттєво не відрізнялася, тому на рис 2, 3, 4 наведено результати досліджень за вологістю дерново-підзолистого ґрунту під багаторічними травами за 2004 р. Оскільки вид багаторічної трави суттєво не впливає на ГГВ, на рис. 5 наведено результати спостережень ГГВ під конюшиною.

Врожайність конюшини при дощуванні у 2002 р. була вища на 21% (помилка досліду -  8,47; помилка різниці середніх - 11,91 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 26,57 і відносних показниках - 10,17%), у 2003 – на 16% (помилка досліду - 8,19; помилка різниці середніх - 11,59 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 25,84 і відносних показниках - 9,43%), у 2004 – на 18% (помилка досліду - 8,91; помилка різниці середніх - 12,61 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 28,11 і відносних показниках  - 9,90%), у порівнянні з підгрунтовим зволоженням. Для тимофіївки лучної під час підгрунтового зволоження порівняно з дощуванням, спостерігалося зниження продуктивності на 16% (помилка досліду - 7,22; помилка різниці середніх - 11,21 та найменша суттєва різниця для 5%-вого рівня значущості в абсолютних - 22,77 і відносних показниках - 10,19%). На радіаційно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах  в умовах Західного Полісся України доцільно надавати перевагу підгрунтовому зволоженню.

Для перевірки адекватності моделей для визначення вмісту цезію-137 у сільськогосподарських культурах, порівняємо значення питомої активності цезію-137 в зразках конюшини й тимофіївки лучної при зрошенні дощуванням та під час підгрунтового зволоження, отримані внаслідок розрахунків та досліджень (таблиця 1).

При підгрунтовому зволоженні коріння багаторічних трав інтенсивніше розвивалося у горизонті 0...20 см (маса коренів - 42%), порівняно з розвитком кореневої системи в даному шарі ґрунту при дощуванні (31%), де і забезпечувалося оптимальна вологість. У таких умовах збільшилося водоспоживання рослин із горизонту 20 – 40 см, де зосереджено лише 5% радіоактивного цезію –137, що є ще однією причиною, яка дає пояснення, чому існує тенденція до зниження рівня забруднення цезієм-137 рослинницької продукції під час підгрунтового зволоження.