Шимель В.В. Особливості вуглецевого режиму дренованих мінеральних грунтів Полісся та прийоми його регулювання

Короткий зміст

Вуглецевий режим грунтів, його особливості та заходи регулювання          

В розділі узагальнено літературні джерела щодо механізмів утворення СО₂ і О₂ в грунтовому повітрі, особливостей газового режиму грунтів, факторів, які на нього впливають. Показано, що повітряний режим та  склад грунтового повітря, а саме вміст СО₂ і О₂ в гідроморфних грунтах має свою специфіку, яка пов’язана з наявністю різного ступеня оглеєності, контрастністю окисно-відновлювального потенціалу.  Проте кількість наукових праць, в яких би висвітлювалися питання впливу різних способів обробітку та використання осушуваних гідроморфних мінеральних грунтів на вміст повітря, СО₂ і О₂ в грунтовому повітрі, інтенсивність надходження  СО₂ в приземний шар атмосферного повітря та факторів, які  зумовлюють ці процеси, надто обмежена. В більшості наукових праць головний акцент відводився водному та поживному режимам і менше газовому. Взаємозв’язки вмісту СО₂ в грунтовому повітрі та інтенсивності виділення його з грунту в атмосферу з гідротермічними показниками, динамікою кислотно-основної реакції, карбонатно-кальційового потенціалу,  зв’язок повітряного режиму з характером трансформації органічної речовини грунту вивчені ще недостатньо. Виходячи з цього, наші дослідження були присвячені, перш за все,  вивченню вуглецевого режиму дренованих гідроморфних мінеральних грунтів.

Об’єкти та методи досліджень

Спостереження  за газовим режимом, біологічною активністю, трансформацією органічної речовини проводили на варіантах   польового досліду лабораторії агромеліоративного землеробства і екології Волинської ДСГДС (Рожищенський район, Волинська область)  на осушеному дерново-слабкопідзолистому оглеєному легкосуглинковому грунті та польових дослідів, що проводилися на Чернігівській ДСГДС на осушеному дерново-глейовому та дерново-підзолистому супіщаних грунтах (с. Прогрес, Козелецький район, Чернігівська область) в 1986-1990 рр. та 1995-1999 рр.

На стаціонарному досліді на осушеному дерново-слабкопідзолистому оглеєному легкосуглинковому грунті нами вивчалися такі варіанти: 1) звичайна оранка на глибину 18-20 см; 2) звичайна оранка на глибину 18-20 см з щілинуванням на глибину 60 см; 3) дискування на глибину 12-14 см з щілинуванням на глибину 60 см; 4) плоскорізний обробіток на глибину 18-20 см з щілинуванням на глибину 60 см. Органічні добрива вносили в дозі 15 т гною на 1 га сівозмінної площі, мінеральні - щорічно в дозах N₈₀P₈₀К₈₀ д.р./га. Дослідження проводили в зерно - просапній сівозміні. Повторність досліду -чотирикратна, площа посівної ділянки 99 м², облікової - 50 м².

На осушеному дерново-глейовому супіщаному грунті в польовому досліді нами вивчалися такі варіанти: 1) контроль (звичайна технологія без добрив); 2) NPK + гній - звичайна технологія; 3) NPK + гній - гребенево-грядова технологія. Органічні добрива вносили у вигляді гною в дозі 27,5 т на 1 га сівозмінної площі, мінеральні - N₁₂₅P₉₀K₁₃₀. Спостереження проводили в зерно-просапній сівозміні, повторність досліду - чотирикратна, площа посівної ділянки 67,2 м²; облікової - 50 м².

Вегетаційні досліди закладені за загальноприйнятою методикою в чотирикратній повторності, зволоження підтримували на рівні 70% найменшої вологоємності. Добрива вносили як традиційним способом, так і локально. На основі торфу та мінеральних добрив формували прошарки у посудині на глибину 8-10 см. Культури: ячмінь та овес.

Азотні добрива в грунт вносили у вигляді аміачної селітри і вуглеамонійних солей; фосфорні - простого суперфосфату гранульованого, калійні - сульфату калію та хлористого калію.

Визначення вмісту СО₂ та О₂ в грунтовому повітрі визначали за Макаровим, емісію СО₂ з грунту в атмосферу - за Штатновим, коефіцієнт дифузії СО₂ - розрахунковим методом. У вегетаційних дослідах визначалися такі фізико-хімічні показники: рН та рСа потенціометрично in situ польовим рН-метром “рН-150“. У грунті визначали також біологічну активність, щільність складення, загальну порозність, порозність аерації, вміст загального гумусу, груповий  та фракційний склад гумусу, загальний вміст азоту, вміст рухомого фосфору та калію за загальноприйнятими методиками. Математичну обробку проводили за допомогою дисперсійного аналізу та пакету програм “Statistika“.

Вплив агротехнічних заходів на газовий режим грунтів

Вивчено вплив способів обробітку дренованих гідроморфних мінеральних грунтів легкого гранулометричного складу на зміну агрофізичних показників. Отримані дані показали сезонну мінливість, перерозподіл вологи та температури по профілю грунту внаслідок щілинування за рахунок зменшення щільності складення, збільшення загальної порозності та порозності аерації порівняно з контролем (без щілинування). На осушених дерново-глейових супіщаних грунтах гребенево-грядова технологія обумовлює збільшення порозності аерації в шарі 0-15 см не стільки за рахунок зменшення щільності складення та збільшення загальної порозності, а за рахунок зменшення вологості грунту. Крім того, ця технологія підтримує в шарі 15-30 см щільність складення, загальну порозність, порозності аерації майже на рівні верхнього 0-15 см шару.

Для газового режиму грунтів, зокрема  СО₂  і О₂,  властива висока динамічність, яка має як загальні, так і відмінні риси. Загальним є те, що вміст СО₂ та О₂ значно змінювався за вегетаційний період, вміст СО₂ з глибиною на всіх варіантах дослідів збільшувався, а О₂ зменшувався або залишався майже на рівні атмосферного вмісту. Встановлено, що протягом весняного та осіннього періодів визначальним чинником вмісту СО₂ в грунтовому повітрі є гідротермічний показник.  Зокрема, навесні та восени вміст СО₂ в грунтовому повітрі на всіх варіантах дослідів  визначався, перш за все, температурою та вологістю грунту,   про що свідчать коефіцієнти кореляції: r =  0,56, r = 0,81;  в літній період їх вплив нівелюється на фоні високої біологічної активності. Концентрація СО₂ в грунтовому повітрі на всіх варіантах дослідів істотно нижча від тих величин, які прийнято вважати бар’єром токсичності. Відмінною рисою є наявність значної різниці вмісту СО₂ в орному шарі  між варіантами дослідів та  значних змін вмісту СО₂  в грунтовому повітрі за профілем грунту і діапазон їх коливань залежав не тільки від способів та технологій обробітку, а й від внесення  органічних та мінеральних добрив та їх поєднання з способами  обробітку (рис.1). Відзначено, що на варіанті звичайного обробітку грунту на фоні  внесення гною та мінеральних добрив протягом вегетаційного періоду в  орному та підорному шарах вміст СО₂  вищий, ніж на варіанті цього ж обробітку без добрив.

Показана висока динамічність показника інтенсивності виділення СО₂ з грунту в приземний шар атмосфери на всіх варіантах польових дослідів. Загальною тенденцією в динаміці є збільшення цього показника від весни до літа та зменшення від літа до осені (рис.2,3.). У весняний та осінній періоди таку закономірність варто пов’язувати з несприятливими  гідротермічними умовами, що гальмують біологічну активність грунту. В літній період, на фоні високої біологічної активності (рис.4.),  емісія СО₂ з грунту в атмосферу була найвища.

На емісію СО₂ з грунту в атмосферу значно впливають способи  обробітку грунту. В літній період емісія СО₂ з грунту в атмосферу на варіанті звичайної оранки з щілинуванням осушеного дерново-слабкопідзолистого оглеєного легкосуглинкового грунту зросла в 1,2 - 1,8 рази порівняно із звичайною оранкою без щілинування. Розрахунки коефіцієнту кореляції засвідчили, що влітку та восени інтенсивність виділення СО₂ з грунту в значній мірі залежали від вмісту СО₂ в грунтовому повітрі та біологічної активності грунту. Множинний коефіцієнт кореляції, який вказує на сукупний вплив вологості, температури грунту, вмісту СО₂, біологічної активності на інтенсивність виділення СО₂ з грунту коливався в межах 0,80-0,90.