Величко В.А. Родючість грунтів України за агропотенціалами основних сільськогосподарських культур

Краткое содержание

Шляхи розвитку оцінки якості ґрунтів за родючістю. Подано огляд літератури з проблем наукового обґрунтування якісної оцінки продуктивної здатності ґрунтів, висвітлено досвід учених щодо бонітувальних робіт, а також визначення об’єкта оцінки ґрунтів за родючістю. Розглянуто різні методичні підходи до визначення критеріїв оцінки та інформаційної бази для розрахунку бонітетів. Акцентовано увагу на ролі екологічного підходу як найбільш репрезентативного при визначенні реального стану родючості ґрунтів.

Об’єкт і методика досліджень. Дослідження за темою дисертації проводили у 1999–2009 рр. шляхом польових досліджень ґрунтового покриву у Київській, Житомирській, Рівненській, Волинській, Львівській, Івано-Франківській, Закарпатській, Тернопільській, Вінницькій, Дніпропетровській, Херсонській та Миколаївській областях у складі експедицій лабораторії ґрунтового покриву і картографії ґрунтів ННЦ “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського” для визначення еколого-генетичного статусу ґрунтів та їх гранулометрії. Польові дослідження ґрунтового покриву проводили з точною прив’язкою розрізів із використанням приладу глобального позиціонування (GPS) Garmin-12. Показники властивостей ґрунтів визначали за загальноприйнятими методами, зокрема – кількість скелета та дрібнозему визначали за генетичними горизонтами з подальшою диференціацією скелетної частини за розміром, а дрібнозему – за методикою Н.А. Качинського (ДСТУ 4730:2007), уміст органічної речовини – за ДСТУ 4289:2004, рН сольовий та водний – потенціометрично (ДСТУ ІSO 10390–2001), обмінну кислотність – за ГОСТ 26484-85, гідролітичну кислотність – за ГОСТ 26212-91, суму увібраних основ – за Каппеном–Гільковицем. Агрокліматичні параметри визначали за агрокліматичними довідниками Гідрометеослужби України.

Експериментальні дані доповнювали також інформацією з літературних джерел і фондових матеріалів, представлених, зокрема, даними великомасштабних досліджень ґрунтів 1957–1961 рр.

Математичне оброблення даних проводили шляхом систематичного використання методів обчислювальної статистики і, зокрема, за допомогою програми “Statistica 6.0”.

Досліджували фонові ґрунти і весь ґрунтовий покрив рівнинної частини України: дернові опідзолені, дерново-підзолисті, дернові опідзолені карбонатні, ясно-сірі й сірі лісові поверхнево оглеєні, чорноземи опідзолені, темно-сірі опідзолені, сірі лісові, ясно-сірі лісові, чорноземи типові, звичайні і південні, темно-каштанові, каштанові та лучно-чорноземні ґрунти, які всі загалом становлять 80–85% площі ріллі в охоплених дослідженнями регіонах.

Визначення якості ґрунтів проводили на підставі врожайності через агропотенціали основних сільськогосподарських культур. Згідно з принципом єдиної різниці було використано дані тривалих (20–30 років) польових дослідів, абсолютних контролів (агропотенціал природної родючості) та фонів з оптимальним застосуванням добрив і меліорантів (агропотенціал ефективної родючості) дослідної мережі Української академії аграрних наук і Міністерства аграрної політики України.

Для отримання порівняльних даних у динаміці дотримувались таких методичних вимог: а) точне визначення еколого-генетичного статусу ґрунтів дослідних ділянок за кількісними діагностичними параметрами (з використанням КПНГ – коефіцієнт профільного нагромадження гумусу – співвідношення між умістом гумусу в профілі та кількістю фізичної глини в ньому та КВАГ – коефіцієнт відносної акумуляції гумусу – співвідношення між умістом гумусу і фізичної глини в 0–30 см шарі віднесене до 10% останньої); б) проведення ідентифікації ґрунтів за гранулометричним складом за градацією через 5%-й уміст фізичної глини в усіх дослідах; в) використання даних щодо врожайності лише тих дослідів, в яких суворо дотримувались агротехніки вирощування сільськогосподарських культур, рекомендованих до ґрунтово-кліматичних умов; г) уніфікація попередників з метою уникнення їхнього впливу на ступінь реалізації природного потенціалу ґрунту; д) мінімалізація сортового впливу сільськогосподарських культур на параметри реалізації ними природного рівня родючості ґрунтів визначалась за результатами аналізу інформації за 1960–2008 рр. з часу використання сортів і гібридів інтенсивного типу; е) коригування одержаних середніх результатів даних урожайності за кліматичними параметрами років досліджень із середньобагаторічними їх значеннями у разі відхилення на 5% і більше, для чого розробляли регресійні моделі зв’язку для кожної культури.

Через необхідність об’єктивно охарактеризувати кількісними показниками екологічну сприятливість територій для сільськогосподарських культур як з коротким, так і тривалим періодами вегетації для дотримання принципу єдиної різниці нами умовно взято період травень–вересень, поділений на дві частини: V–VII і VIII–IX.

За відсутності даних щодо врожайності визначення параметрів агропотенціалів для таких ґрунтів проводили розрахунковим методом на підставі природних потенціалів, оскільки існує висока тіснота зв’язку між агропотенціалами і природним потенціалом у межах кожного типу ґрунтотворення через розроблені для цього моделі. Природний потенціал ґрунту визначали за допомогою розробленої моделі для ґрунтів акумулятивного ряду: у=9,07х₁х₃ + 0,05х₂х₃ – 4,90х₃, де у – загальні запаси гумусу в профілі ґрунтів, т/га; x₁ – ГТК Селянинова за період травень–вересень; х₂ – потужність гумусованого профілю, см; х₃ – уміст фізичної глини,%. Коефіцієнт множинної регресії (R) – 0,96, детермінації (R²) – 0,92.

Критерієм виміру якісної оцінки ґрунту за природною і ефективною родючістю є агропотенціал у центнерах на гектар (ц/га). Проте його можна виразити і в балах. За природною родючістю оцінка ґрунту здійснюється за 100-бальною шкалою. Вищим балом оцінюються ґрунти, які мають найбільшу природну продуктивність (Земельний кодекс України, 2001). Через те, що ґрунти України за генетичним статусом досить різноманітні, їхні властивості не адекватно віддзеркалюють рівень родючості ґрунтів. Тому важко встановити параметри родючості ґрунтів різної генетичної природи за властивостями, як це вимагає стаття 199 (п. 1) Земельного кодексу України. Вони не однаковою мірою відображають фактори родючості. Оскільки родючість – явище конкретне щодо певної сільськогосподарської культури, то бонітувальний статус ґрунтів за родючістю розраховують для кожної культури. Бали за природною родючістю віддзеркалюють ефективність реалізації природних ресурсів ґрунтів. Проте лише за їхньою допомогою дуже складно коректно визначити економічну та грошову оцінки ґрунтів. Саме тому при встановленні бонітетів ґрунтів пропонується визначати параметри як за природної, так і ефективної родючості ґрунтів.

Бонітувальна шкала за природної продуктивності ґрунту має замкнутий характер, тоді як за ефективної родючості вона розімкнута, тому що приріст продуктивності за рахунок ефективної родючості враховує і базову природну родючість. Для ґрунтів, які забезпечують високу врожайність за рахунок природного рівня, показники ефективної родючості перевищують 100 балів. За такого підходу до встановлення бонітетних показників за ефективною родючістю ґрунту ціна бала повинна бути однаковою для обох її видів.

З позицій достатньо високої прогнозної значущості математичного моделювання і, зокрема, рівнянь множинної регресії для встановлення динаміки формування продуктивності рослинництва, а також для визначення залежності врожайності деяких сільськогосподарських культур від ґрунтово-кліматичних умов нами проведено таке дослідження для території Херсонської області. Як результативні (факторіальні) ознаки було взято врожайність пшениці озимої, кукурудзи на зерно та молочно-воскової стиглості (МВС), озимого і ярого ячменю, гороху та соняшнику. Для кожної культури вивчали роздільний та сумісний вплив факторів, що характеризують продуктивну здатність ґрунтових ресурсів: Х₁ – гідротермічний коефіцієнт (ГТК_V–ІХ); Х₂ – зимові опади (ХІ–ІІІ), мм; Х₃ – уміст фізичної глини,%; Х₄ – природний потенціал ґрунту (гумус, т/га). Для опису експериментальних даних урожайності та її прогнозування використовували 3 типи рівнянь регресії: лінійної парної y=Ax + B, де А і В – коефіцієнти рівняння, x – змінна величина; квадратичної парної y=Ax² + Bx + C, де А, В і С – коефіцієнти рівняння, х – змінна величина; лінійної множинної y=A₁x₁ + A₁x₁ +... + A_nx_n + B, де А₁, А₂, ... , А_n – коефіцієнти регресії рівняння, а В – постійний член. Рівняння розраховували для прогнозування врожайності сільськогосподарських рослин, виходячи з даних, що характеризують ґрунтові ресурси. У результаті проведених досліджень визначено коефіцієнти парної залежності між ознаками, що вивчаються, рівняння множинної регресії (за даними показників природної та ефективної родючості). З метою встановлення причинної залежності між показниками прямого та побічного впливу на результативну ознаку нами використано метод шляхових коефіцієнтів, запропонований С. Райтом і впроваджений в селекції рослин І.Ю. Горбатенко (1989), за яким визначено параметри кореляційної залежності (r_xiy), прямий (р) і побічні (r, P) шляхові коефіцієнти між змінними (Х₁–Х₄) факторами та результативною ознакою – врожайністю.

Родючість ґрунтів як природно-антропогенна їх властивість, фактори її забезпечення та оцінка. Родючість – біологічна параметрична властивість, яка відрізняє ґрунт від гірської породи і робить це природне утворення основним засобом сільськогосподарського виробництва та об’єктом застосування праці.

Учення про родючість ґрунтів тісно пов’язано з іменем В.Р. Вільямса. Значний внесок у його розвиток зробили П.А. Костичев, О.Н. Соколовський, С.П. Кравков, О.М. Грінченко, Т.Н. Кулаковська та ін.

Згідно з ДСТУ (2006, остаточна редакція), “родючість – це здатність ґрунту задовольняти потреби рослин у елементах живлення, волозі, повітрі, а також забезпечувати умови їхньої нормальної життєдіяльності для створення ними відповідної біомаси (врожаю)”. У зв’язку з цим терміни “родючість” і “продуктивність” ґрунту взаємозв’язані. Продуктивність ґрунту як створення відповідної біомаси (врожаю) природними і культурними рослинами зумовлюється його родючістю як функції всього необхідного для їхнього розвитку. І, навпаки, родючість ґрунту забезпечує рослини всім необхідним для створення ними певної їх біологічної продукції.

Ґрунт має бути сприятливим середовищем за вологою, теплом, фізичними і фізико-хімічними показниками та іншими факторами. Усі ці фактори і умови сприятливості продуктивній здатності ґрунтів функціонально визначаються факторами ґрунтоутворення, оскільки ґрунт і його родючість взаємозв’язані. В зв’язку з цим родючість ґрунтів зумовлюється екологічними умовами їхнього формування. А тому в просторі рівень родючості ґрунтів неоднаковий через зміну природних умов ґрунтоутворення.

Рівень продуктивності ґрунту в однакових умовах буде неоднаковим для різних природних і культурних рослин. У зв’язку з цим О.Н. Соколовським зазначено, що родючість ґрунту – явище відносне, вона залежить не тільки від властивостей ґрунту, а й від рослин, які культивуються на ньому.

Родючість ґрунту за його використання в сільському господарстві залежить як від природних факторів, так і розвитку науково-технічного прогресу: застосування нових технічних засобів обробітку і посіву, внесення добрив, використання засобів захисту рослин від хвороб і шкідників, проведення меліорації тощо. Вона як функція всього необхідного для розвитку рослин проявляється через формування врожаю. Його рівень є пріоритетним для оцінки родючості ґрунту й об’єктивно віддзеркалює комфорт (або дискомфорт) умов формування ґрунту та його властивостей. Тому, за В.В. Медведєвим (2006), “объективная оценка производительной способности почв может быть осуществлена только при тщательном рассмотрении и учете взаимосвязанных (взаимообусловленных) и трудно разделимых почвенных, климатических и технологических факторов”.

Родючість ґрунтів у природних і культурних фітоценозах реалізується по-різному. Крім цього, в агроценозах рівень продуктивності, поряд з природними чинниками родючості, залежить від додаткових капіталовкладень. Тобто, практично не може існувати єдиного універсального показника якості ґрунтів, розрахованого будь-яким методом.

За нашими дослідженнями оцінку ґрунтів різної генетичної природи можна коректно і порівнянно здійснити за такими показниками: природний потенціал – потенціал природної родючості ґрунту, агропотенціал природної родючості – агропотенціал продуктивної здатності конкретних сільськогосподарських культур лише за рахунок природних чинників, агропотенціал ефективної родючості ґрунту – при застосуванні додаткових матеріальних ресурсів у вигляді добрив і меліорантів у оптимальних обсягах. Агроґрунтовий потенціал – нормативна врожайність відповідної сільськогосподарської культури конкретного за еколого-генетичним статусом і гранулометричним складом ґрунту, співвіднесена до середньобагаторічних гідротермічних показників місця його розташування.

Природний потенціал ґрунту є комплексним показником забезпечення ресурсами тепла, вологи і поживними речовинами в межах відповідного типу ґрунтотворення, а через них і продуктивної здатності природних та культурних ценозів.

Незважаючи на велику складність і неоднорідність типів ґрунтотворення, вони мають загальну рису, пов’язану з трансформацією органічної маси і формуванням гумусових речовин. За В.В. Докучаєвим вони є інтегральним проявом усього комплексу ґрунтоутворювачів. У зв’язку з цим загальні запаси гумусу є одним із репрезентативних критеріїв природного потенціалу ґрунту, позаяк вони віддзеркалюють увесь спектр факторів і умов родючості. За літературними даними (Н.Ф.Тюменцев, 1975) і результатами наших досліджень, вони корелюють з гранулометричним складом, сумою увібраних катіонів, водними властивостями, загальними запасами азоту, фосфору, калію, їх рухомими формами та іншими властивостями, оскільки у природній системі більшість з них взаємозв’язані і взаємозумовлені. Проте для ґрунтових об’єктів різної генетичної природи параметричні показники запасів гумусу не віддзеркалюють продуктивну здатність ґрунтів стосовно природних і культурних ценозів, що пов’язано з неоднаковим характером формування гумусонагромадження під трав’янистою та лісовою рослинністю.

Існує тісний взаємозв’язок між параметрами природного потенціалу в ґрунтах акумулятивного ряду та даними врожайності сільськогосподарських культур як інтегральними показниками родючості за умови високої культури землеробства (рис. 1).

Між параметрами природного потенціалу ґрунтів опідзоленого ряду та врожайністю сільськогосподарських культур зв’язок практично відсутній (рис. 1, 2, табл. 1).

Це пов’язано з тим, що гумус в опідзолених ґрунтах не відображає пріоритетні фактори родючості для сільськогосподарських культур. Краща вологозабезпеченість у період травень–липень у місцях формування опідзолених ґрунтів, на який припадає критичний період розвитку більшості сільськогосподарських культур, компенсує деяку несприятливість фізичних і фізико-хімічних властивостей цих ґрунтів, що забезпечує рівну або вищу продуктивність порівняно з чорноземами типовими, незважаючи на відмінності в запасах гумусу.