Агрофізична деградація ґрунтів західного лісостепу та заходи з оптимізації їх родючості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет біоресурсів і

природокористування України

УДК 632.125: 631.4

06.01.03 - агроґрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Агрофізична деградація ґрунтів західного лісостепу та заходи з оптимізації їх родючості

Шаталов Олександр Сергійович

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор Вознюк Степан Тихонович, Національний університет водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, професор кафедри агрохімії, ґрунтознавства та землеробства

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Балаєв Анатолій Джалілович, Національний університет біоресурсів і природокористування України Кабінету Міністрів України, завідувач кафедри ґрунтознавства та охорони ґрунтів ім. професора М.К. Шикули

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Зінчук Микола Іванович, Волинський обласний державний проектно-технологічний центр охорони родючості ґрунтів і якості продукції Міністерства аграрної політики та продовольства України, директор

Захист відбудеться "14" вересня 2011 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному університеті біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кім. 28

Автореферат розісланий "12" серпень 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.В. Логінова

Анотації

Шаталов О.С. Агрофізична деградація ґрунтів Західного Лісостепу та заходи з оптимізації їх родючості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.03 - агроґрунтознавство і агрофізика. Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ, 2011. декальцинація грунт родючисть

Дисертацію присвячено розв'язанню проблеми фізичної деградації та декальцинації ґрунтів Західного Лісостепу України й обґрунтуванню заходів щодо підвищення їхньої родючості. У роботі наведено результати дослідження трансформації агрофізичних і водно-фізичних властивостей сірих лісових ґрунтів та чорноземів опідзолених при їх інтенсивному використанні у сільськогосподарському виробництві. Встановлено, що використання кальцієвмісних сполук за рахунок збільшення поглинутого кальцію у ГВК створює передумову для поліпшення структури досліджуваних ґрунтів та її водостійкості, що сприяє підвищенню їхньої водопроникності. Доведено, що агрофізичні й водно-фізичні властивості найбільше поліпшуються на фоні спільної дії вапнування та органічних добрив, а проведення глибокого рихлення на фоні цих агрозаходів дає змогу підвищити вологозабезпеченість сільськогосподарських культур, особливо на ґрунтах різного ступеня змитості.

Позитивна зміна показників агрофізичних і водно-фізичних властивостей сірого лісового ґрунту й чорнозему опідзоленого дає можливість поліпшувати режими, тим самим підвищуючи їхню родючість і продуктивність вирощуваних культур. Установлено, що застосування зазначених агрозаходів на змитих відмінах цих ґрунтів підвищує рівень рентабельності сільськогосподарських культур і робить їх вирощування енергозберігаючим.

Ключові слова: деградація ґрунту, структура ґрунту, водостійкість, водопроникність, вапнування, органічні добрива, глибоке рихлення, запаси вологи, врожайність.

Шаталов А.С. Антропогенная деградация почв Западной Лесостепи и мероприятия по повышению их плодородия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.03 - агропочвоведение и агрофизика. Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев, 2011.

В диссертации изложены результаты исследований по изучению деградации агрофизических и водно-физических свойств серых оподзоленных почв и чернозема оподзоленного Западной Лесостепи Украины при интенсивном их использовании.

В первой главе представлен обзор литературных источников о формах и видах деградаций почв при их интенсивном исспользовании. Проанализированы способы предотвращения развития процессов деградации за счет применения кальцийсодержащих соединений, удобрений и обработки почв.

Во второй главе рассмотрены почвенно-климатические условия региона исследования. Приведены характеристика и особенности почвообразующих факторов в зоне проведения исследований. Дана морфологическая характеристика изучаемых почв. Освещена методика проведения исследований и изучения основных агрофизических и водно-физических свойств.

В третей главе описано влияние интенсивного использования указанных почв на изменение физических и водно-физических свойств. Рассмотрены структура почв, ее водостойкость, плотность, пористость, влагоемкость и водопроницаемость. Отмечено, что интенсивное использование исследуемых почв в земледелии приводит к снижению их плодородия вследствие проявления почвенно-деградационных процессов, в частности физической деградации на фоне дегумификации и декальцинации. Основными признаками проявления физической деградации почв по анализу изученных свойств являются их структура, ее водостойкость, плотность и как следствие - ухудшение водных свойств и водного режима

В четвертой главе проанализированы исследования по влиянию разног 00о вида поглощенных катионов на структуру, ее водостойкость и водопроницаемость исследуемых почв. Установлено, что применение кальцийсодержащих соединений, в частности известкового материала, дает возможность улучшить агрофизическое состояние исследуемых почв в плане увеличения агрономически ценных агрегатов в 1,11-1,23 раза и повышает их водостойкость в 1,17-1,56 раза.

В пятой главе рассмотрено влияние известкования и органического удобрения на физические и водно-физические свойства. Доказано, что их совместное взаимодействие улучшает показатели структуры, повышая коэфициент структурности в 1,73-1,98 раза. При этом водостойкость структурных агрегатов почвы возростает в 1,32-1,48 раза. Улучшение агрофизического состояния исследуемых почв сказывается и на водопроницаемости как несмытых, так и смытых почв, а применение глубокого рыхления на фоне известкования и органического удобрения увеличивают запасы влаги в пахотном и подпахотном шарах до 9,3-11,1% на слабосмытых и до 14,8-21,5% на сильносмытых почвах, тем самым, повышая их плодородие и продуктивность выращиваемых сельскохозяйственных культур. Изучены динамика и характер распределения запасов влаги в серой оподзоленной почве и черноземе оподзоленном при выращивании культур полевого севооборота. Приведены расчеты экономической и энергетической эффективности агроприемов и установлено, что совокупность применяемых агроприемов по повышению плодородия и экологической стойкости к антпропогенным факторам исследуемых почв являются энергосохраниящими как на несмытых, так и на смытых аналогах. Даны рекомендации производству и приведены результаты внедрения.

Ключевые слова: деградация почвы, структура почвы, водостойкость, водопроницаемость, известкование, органические удобрения, глубокое рыхление, запасы влаги, урожайность.

Shatalov А.S. Аgrophysical degradation of the soils of west Forest-Steppe zone of Ukraine and methods of their fertility optimization. - Manuscript.

The dissertation for of the scientific degree of the Candidate of Agricultural Sciences in specialty 06.01.03 - agricultural soil science and agrophysics. National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, 2011.

Dissertation is devoted to the problems of physical degradation and decalcification of the soils in Forest-Steppe zone of Ukraine and substantiation of the methods of their fertility improvement. There are shown the results of the transformation of agrophysical and water-physical properties of podzolic gray soil and podzolic chornozem as a result of their intensive utilization in agricultural production. It was found that the use of calcium compounds led to the increasing of the amount of absorbed calcium in soil absorbing complex allowed the improvement of soil texture and its resistance to water damages, which in turn leads to an increase in soil permeability. It was proved that the improvement agrophysical and water-physical properties occurred when both lime and organic fertilizers were applied. The deep tillage along with lime and manure the most influenced soils water content and met crops water demand, especially on the eroded soils.

Positive chandes of agrophysical and water-physical properties of podzolic gray soil and podzolic chornozem enables improved soil fertility and crop productivity. The use of studied procedures on eroded soils allowed the increase of the profitability of crop cultivation and made it efficient.

Key words: soil degradation, soil structure, water resistance, water permeability, liming, organic fertilizers, deep tillage, moisture reserves, yield.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Проблема розширеного відтворення і збереження родючості ґрунтів належить до найважливіших у сучасному землеробстві й особливо вона гостра в період інтенсифікації сільськогосподарського виробництва. Наслідком інтенсивної господарської діяльності на сірому лісовому ґрунті та чорноземі опідзоленому в умовах Західного Лісостепу України є трансформація агрофізичних і водно-фізичних властивостей, що за своїм напрямом та інтенсивністю визначається як фізична деградація і характеризується помітною втратою їхньої родючості. Деградація фізичних властивостей орних ґрунтів зумовлена трансформацією ґрунтової маси, яка зовні виявляється у вигляді ґрунтової кірки, поверхневого стоку, а з середини - руйнування агрономічно цінної структури, ущільнення орних і підорних шарів, зниження водопроникності, підвищення диспергованості й посилення агрофізичної анізотропності ґрунтового профілю внаслідок дегуміфікації, декальцинації та ерозійних процесів.

Розробленню шляхів і заходів щодо підвищення деградаційної стійкості ґрунтів присвячено багато досліджень. Проте регіональні особливості агрофізичних трансформацій на фоні зональних умов ґрунтотворення зумовлюють детальне вивчення деградації сірого лісового ґрунту і чорнозему опідзоленого за агрофізичними показниками, а також розробку ефективних заходів щодо їхнього регулювання та обґрунтування безпечних методів господарювання на цих ґрунтах, що є актуальним, як із теоретичного, так і практичного погляду.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження за темою дисертаційної роботи виконувались у рамках науково-технічної програми кафедри агрохімії, ґрунтознавства та землеробства Національного університету водного господарства та природокористування: "Вивчення шляхів регулювання агроекологічних параметрів ґрунтів гумідної зони України" (№ ДР 0107U006749).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - встановлення в умовах Західного Лісостепу України загальних закономірностей та регіональних особливостей агрофізичних трансформацій, які відбуваються у сірому лісовому ґрунті й чорноземі опідзоленому за їх інтенсивного використання і визначення шляхів відновлення та підвищення ефективної родючості цих ґрунтів і продуктивності сільськогосподарських культур.

Для досягнення поставленої мети передбачено такі завдання:

? провести аналіз основних агрофізичних властивостей ґрунтів та визначити ступінь їхньої деградації за інтенсивного сільськогосподарського використання;

- дослідити характер і напрям трансформації агрофізичних показників ґрунтів за зміни якісного складу поглинутих катіонів;

- визначити особливості зміни агрофізичного стану ґрунтів за сумісної дії вапнування й органічних добрив та їхній вплив на його стабільність;

- установити вплив сумісної дії вапнування, органічних добрив і

глибокого рихлення на формування і динаміку запасів вологи в ґрунті у ланці польової сівозміни;

- обґрунтувати комплекс агрозаходів щодо відновлення родючості ґрунтів і підвищення продуктивності сільськогосподарських культур;

- визначити економічну та енергетичну ефективність застосування запропонованих агрозаходів у ланці польової сівозміни.

Об'єкт дослідження - агрофізичний стан сірого лісового ґрунту і чорнозему опідзоленого під впливом вапнування, удобрення та обробітку.

Предмет дослідження - динаміка показників агрофізичних властивостей ґрунтового профілю сірого лісового ґрунту і чорнозему опідзоленого та їхньої родючості на фоні сумісного застосування вапнування, органічних добрив і глибокого рихлення.

Методи дослідження - модельні, лізиметричні досліди й короткотривалий польовий дослід, лабораторно-аналітичні, математико-статистичні методи, методи економічної та енергетичної оцінки.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в оцінці агрофізичного стану ґрунтів Західного Лісостепу й інтенсивності поширення деградаційних процесів у регіоні. Доведено ефективність поєднання дій вапна, гною і глибокого рихлення на поліпшення агрофізичного стану ґрунтів. Виявлено позитивний вплив їхнього застосування на ґрунтову структуру, її водостійкість та водопроникність деградованого сірого лісового ґрунту й чорнозему опідзоленого. Установлено, що сумісна дія цих заходів сприяє поліпшенню водного режиму ґрунтів, підвищує акумулюючу здатність орного і підорного шарів та запаси вологи. Поліпшення агрофізичного стану й водно-фізичних показників забезпечує відновлення родючості сірого лісового ґрунту і чорнозему опідзоленого різного ступеня деградації.

Практичне значення одержаних результатів. Результатом проведеної дослідної роботи є розроблений комплекс заходів на основі раціонального поєднання глибокого рихлення, вапнування і внесення гною та визначена періодичність проведення робіт, що дають змогу забезпечити на сірому лісовому ґрунті й чорноземі опідзоленому, які зазнали деградації, поліпшення показників агрофізичного стану та здатності нагромаджувати й утримувати вологу і є ефективними заходами щодо відновлення та підвищення родючості цих ґрунтів.

Здійснено впровадження способів поліпшення агрофізичних властивостей і підвищення родючості цих ґрунтів на землях дослідного господарства "Білокриницьке" Рівненського району Рівненської області на площі 27 га.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто брав участь у розробці програми та методики закладення й проведення модельних, лізиметричних, польових дослідів, узагальненні літературних джерел, виконанні лабораторних аналізів і статистичному опрацюванні одержаних результатів, формуванні висновків та основних положень дисертації, підготовці рекомендацій виробництву.

У спільних публікаціях: [2] - проведено дослідження та аналіз отриманих

результатів щодо зміни водопроникності грунтів за зміни грунтово-вбирного комплексу; [4] - проведено аналіз основних показників фізичних і водно-фізичних властивостей грунтів у світлі їхнього ефективного використання в гумідній зоні України.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень доповідалися й обговорювалися на щорічних конференціях науково-педагогічних працівників і аспірантів Національного університету водного господарства та природокористування, Міжнародній науковій конференції, присвяченій 80-річчю Українського державного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне, 2002), VI з'їзді товариства ґрунтознавців та агрохіміків України (м. Умань, 2002), VIІ з'їзді товариства ґрунтознавців та агрохіміків України (м. Київ, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції "Методологія дослідження ґрунтового покриву України у дзеркалі земельних реформ" (м. Харків, 2008), науково-практичній конференції "Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку" (м. Березне, 2010).

Публікації результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 13 наукових праць, із них 9 - наукові статті у фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних літературних джерел, додатків. Основний текст дисертації викладений на 124 сторінках друкованого тексту, включаючи 31 таблицю, 37 рисунків. Список використаної літератури містить 233 найменування.

Основний зміст роботи

Процеси деградації і родючість орних ґрунтів (огляд літератури)

Подано огляд наукової літератури з проблеми деградаційних процесів на орних ґрунтах за їх інтенсивного використання у сільськогосподарському виробництві (Адерихін П.Г., 1983; Барвінський А.В., 2008; Бенцаровський Д.М., 2004; Бондарєв А.Г., Кузнецова І.В., 2000; Грінченко О.М., 1984; Мазур Г.А., 2008; Медведєв В.В., 1979, 2003, 2009; Шикула М.К., 1998; Шильніков І.А., 1987; Cavazza L., 1990; Mercik S., 1984). Установлено, що основними причинами зниження їхньої родючості та продуктивності сільськогосподарських культур нині є фізична деградація ґрунтів на фоні декальцинації. Висвітлено роль кальцієвмісних сполук і поглинутого кальцію у відтворенні родючості ґрунтів. На основі аналізу літературних джерел зазначено, що сумісне використання кальцієвмісних сполук та органічних добрив краще сприяє відтворенню агрофізичних властивостей, а застосування на цьому фоні обробітку поліпшує й водно-фізичні властивості. Зосереджено увагу на тому, що, незважаючи на успіхи у пошуку шляхів поліпшення агрофізичних і водно-фізичних властивостей, ця проблема залишається актуальною й нині.

Об'єкти і методика дослідження

Дослідження проводили протягом 2005-2008 років на сірому лісовому ґрунті та чорноземі опідзоленому легкосуглинкового складу на лесоподібних суглинках, що формують ґрунтовий покрив дослідного господарства "Білокриницьке" Рівненського району, і дослідного стаціонару кафедри агрохімії, ґрунтознавства та землеробства Національного університету водного господарства та природокористування і є типовим для Західного Лісотепу. Всі обрані ґрунти довготривалий час використовують як орні землі.

Територія розташування об'єктів належить до помірно теплої (середня тривалість безморозного періоду - 161 доба) агрокліматичної зони України, яка характеризується помірно континентальним кліматом із теплим (середньодобова температура від +17,0 до +18,50С), достатньо вологим (середньорічна кількість опадів 550-740 мм) улітку та порівняно теплою, малосніжною зимою. Нерівномірний характер опадів у теплий період (5-7 злив із шаром до 100 мм) на фоні горбистої форми рельєфу й горизонтальної розчленованості території (1,4-2,0 км/км 2) формують відміни ґрунтів різного ступеня змитості.

Для обґрунтування заходів щодо підвищення деградаційної стійкості агрофізичних показників і відтворення родючості сірого лісового ґрунту та чорнозему опідзоленого в умовах Західного Лісостепу були проведені досліди:

1) модельні - з вивчення впливу одно- (Н+, К+), дво- (Са 2+) і тривалентних (Al3+, Fe3+) катіонів на агрофізичні показники ґрунту;

2) лізиметричні - у ґрунтових монолітах із непорушеною будовою для вивчення сумісної дії кальцієвмісних сполук та органічних добрив щодо поліпшення агрофізичного стану сірого лісового ґрунту, а також для оцінки ефективності впливу цих агрозаходів на його родючість. Як вапняковий матеріал використовували вапняковий пил Любомирського силікатного заводу (вміст діючої речовини (СаСО 3) - 86%, вологість - 12% вагових), як органічне добриво - напівперепрілий гній великої рогатої худоби (вологістю 65-70%, рН - 6,4).

Схема досліду: 1) без добрив (контроль); 2) одинарна доза вапнякового матеріалу (1,0н) за Нг; 3) підвищена доза вапнякового матеріалу (1,5н) за Нг; 4) СаСО 3 (1,0н) + гній (40 т/га); 5) СаСО 3 (1,5н) + гній (40 т/га). Повторність проведення досліду трикратна. В лізиметрах вирощували грястицю збірну. Площа лізиметра становила 0,1256 м 2;

3) польовий дрібноділянковий дослід закладали у чотирикратній повторності в межах виробничих посівів п'ятипільної польової сівозміни на фоні технології вирощування сільськогосподарських культур, рекомендованій Рівненським інститутом АПВ (традиційна технологія). У досліді вивчали такі варіанти: 1) NPK + СаСО 3 (1,0н) за Нг на фоні традиційної технології вирощування сільськогосподарських культур (контроль); 2) контроль + глибоке рихлення; 3) контроль + гній (40 т/га); 4) контроль + гній (40 т/га) + глибоке рихлення. Під культури ланки сівозміни вносили: озиму пшеницю - N90P60K60, ячмінь ярий - N45P30K30, ріпак озимий - N120P60K60. Глибоке рихлення проводили чизельним плугом-глибокорозпушувачем ПЧ-2,5, на глибину 35 см. Площа дослідної ділянки - 50 м 2, облікової - 24 м 2. Урожай обліковували суцільним методом, збирання та обмолот проводили вручну. Внесення органічних добрив, меліоранта та глибоке рихлення здійснювали одноразово перед закладенням досліду, в подальшому вивчали їхню післядію.

Аналітичні дослідження виконували за загальноприйнятими методиками: гранулометричний склад ґрунту - методом піпетки у модифікації Н.А. Качинського (МВВ 31-497058-010 ? 2003); структурно-агрегатний склад ґрунту і його водостійкість - методом М.І. Саввінова (МВВ 31-497058-012 ? 2005); щільність твердої фази ґрунту - пікнометричним методом Н.А. Качинського; щільність ґрунту - методом ріжучого кільця Н.А. Качинського ДСТУ ISO 11272 ? 2001; рН - ДСТУ ISO 10390 ? 2001; гідролітична кислотність - методом Каппена у модифікації ЦІНАО (ГОСТ 26212 ? 91); сума увібраних основ - методом Каппена-Гільковиця (ГОСТ 28721 ? 88); вміст обмінного кальцію та магнію - трилонометричним методом (ГОСТ 26487 ? 85); загальний вміст гумусу - методом Тюрина у модифікації Сімакова (ДСТУ ISO 4289 ? 2004); вологість ґрунту - ваговим методом (ГОСТ 28268 ? 89); найменшу, капілярну та повну вологоємність - методом насичення циліндрів (500 см 3) із непорушеною будовою; водопроникність ґрунту в польових умовах - приладом Нестерова (ПВН-00), у лізиметрах - методом заливних площ і приладом КВ-01; економічну та енергетичну ефективність запропонованих агрозаходів - за методикою Ю.О. Тараріка. Статистично результати опрацьовували методом дисперсійного аналізу з використанням системи електронних таблиць Excel 2003.

Зміна фізичних і водно-фізичних властивостей ґрунтів за їх інтенсивного використання і проявів деградаційних процесів

В орних ґрунтах поряд зі змінами, які мають забезпечувати високу ефективну родючість, набувають розвитку негативні процеси, серед яких найпоширенішими є дегуміфікація, декальцинація, водна ерозія, підвищення щільності, втрата агрономічно цінної структури та здатності до нагромадження й утримання вологи. При цьому продуктивність сільськогосподарських культур дедалі частіше обмежується одним з основних ґрунтово-деградаційних процесів - фізичною деградацією, що характеризується високою швидкістю трансформації морфологічних ознак, складу і властивостей ґрунту.

Фізичні властивості сірого лісового ґрунту й чорнозему опідзоленого визначалися структурою з коефіцієнтом структурності орного шару 0,61 і 0,69, що зумовлено зниженням відповідно вмісту агрономічно цінних агрегатів за антропогенного навантаження до 37,9 і 40,7% (табл. 1). У підорному шарі виявлено незначне зростання вмісту агрономічно цінних окремостей до 40,8 і 43,9% та коефіцієнта структурності до 0,69 і 0,78. Такий вміст агрономічно цінних окремостей у структурі орного й підорного шарів свідчить про задовільну, а часом і незадовільну оцінку структури.

Коефіцієнт водостійкості у сірому лісовому ґрунті та чорноземі

Таблиця 1 Фізичні, фізико-хімічні та водно-фізичні властивості ґрунтів за їх інтенсивного використання і проявів деградаційних процесів

Примітка. Над рискою - орний шар, під рискою - підорний.

Опідзоленому становив відповідно 0,29, 0,34 і 0,36, 0,4 в орному і підорному шарах. Найнижчим він був в орному шарі внаслідок інтенсивного антропогенного навантаження і характеризувався незначною кількістю водостійких агрегатів - відповідно 11 і 14,7%.

Нижчими агрофізичними показниками відзначалися змиті відміни сірого лісового ґрунту та чорнозему опідзоленого. Дослідженням установлено, що у цих ґрунтах залежно від ступеня змитості спостерігалося зменшення кількості агрономічно цінних агрегатів у 1,03-1,1 і 1,04-1,08 та водостійких у 1,11-1,27 і 1,08-1,18 раза порівняно із незмитими відмінами. Така зміна структурно-агрегатного стану та його водостійкості знижує коефіцієнт структурності відповідно до 0,52-0,66 і 0,61-0,76, а водостійкості ? до 0,25-0,31 і 0,33-0,4.

Тривалий обробіток вищезазначених ґрунтів, зумовлюючи їхню низьку структурність та водостійкість, відзначалися підвищенням щільності й зниженням загальної пористості, що спостерігалося з початку проведення робіт із догляду за посівами і набувало критичної величини у другій половині вегетаційного періоду. Середня щільність орного шару за вегетацію складала 1,31-1,38 г/см 3 при загальній пористості 47,5-49,8%. Для середньої частини профілю характерне підвищення щільності до 1,46-1,55 г/см 3 із зниженням пористості до 41,8-44,9%. Таке зростання щільності пояснюється як елювіальним процесом, так і утворенням плужної підошви. Для змитих відмін ґрунтів, які досліджували, встановлено критичніші значення щільності - 1,33-1,42 г/см 3 в орному й 1,49-1,59 г/см 3 у підорному шарах із загальною пористістю відповідно 46,1-49,8% і 40,3-44,9%.

Фізико-хімічні властивості сірого лісового ґрунту й чорнозему опідзоленого також коригуються залежно від ступеня змитості та інтенсифікації обробітку. Вміст гумусу в цих ґрунтах, як найоб'єктивнішого й найповнішого показника стану фізичних умов і родючості ґрунту, відзначено в межах 1,12-1,89% у сірому лісовому ґрунті й 1,35-2,46% у чорноземі опідзоленому. Це класифікує їх як ґрунти з низьким вмістом і малими запасами гумусу (31,8-51,4 та 37-64,5 т/га). Вміст гумусу в підорному шарі грунтів та їхніх змитих відмін був у 1,5-2,43 і 1,57-1,59 рази нижчим, ніж в орному.

Сірий лісовий ґрунт і чорнозем опідзолений та їхні відміни характеризуються слабокислою реакцією у верхніх шарах профілю - рНсол. =5,4-6,6 із поступовою нейтралізацією реакції в нижніх до рНсол.=5,5-6,8.

Гідролітична кислотність у цих ґрунтах коливалася в межах від 1,7-3,4 до 1-2,8 мг-екв/100 г ґрунту з максимумом в орному шарі, а ступінь насичення основами становив 81,7-91,5% в орному та 84,7-93,8% у підорному шарах за ємності катіонного обміну відповідно 13,7-22,5 і 14,7-21,3 мг-екв/100 г ґрунту.

Водно-фізичні властивості ґрунтів також трансформуються під дією деградаційних процесів, що виявилося в зниженні здатності нагромаджувати й утримувати вологу. Дослідження показали, що найменша вологоємність в орному шарі сірого лісового ґрунту становила 17,9-22,5% маси ґрунту та 21,8-27,2% у чорноземі опідзоленому залежно від ступеня змитості. Із подальшим переміщенням за профілем відмічалося зменшення найменшої вологоємності відповідно до 16,6-19,7% та 21,8-26,4%. Зниження цього показника спостерігалося в підорному шарі - плужній підошві та ілювіальному горизонті.

Повна вологоємність зазначених ґрунтів також змінювалася за профілем і становила відповідно 37,2-40,6% в орному шарі сірого лісового ґрунту й 40,8-43,0% у чорноземі опідзоленому відповідно. В нижніх шарах відмічено зменшення повної вологоємності в 1,02-1,09 рази залежно від типу ґрунту та його змитості.

Важливою характерною особливістю ґрунту, що формує його водний режим, є водопроникність, значення кожної з фаз якої залежать від агрофізичних показників. Найнижчий коефіцієнт фільтрації був на сірому лісовому ґрунті - 12,1-14,7 мм/год унаслідок низької водостійкості структури, що зумовлювало швидку кольматацію ґрунтових пор диспергованими часточками. Порівняно вищу водопроникність мав чорнозем опідзолений різного ступеня змитості з коефіцієнтом фільтрації від 18,8 до 25,3 мм/год.

Низька водопроникність схилових ґрунтів є причиною негативних процесів, що відбуваються як зовні ґрунту у вигляді поверхневого стоку, так із середини у вигляді формування малих запасів продуктивної вологи, що характеризуються значеннями від 107-126 мм у сірому лісовому грунті до 124-141 мм у чорноземі опідзоленому залежно від ступеня змитості. За таких умов у вологозабезпеченні сільськогосподарських культур головну роль відіграють кількісні та якісні показники запасів вологи, які характеризуються величиною продуктивної вологи та характером її розподілу за профілем і динамікою використання.

Трансформація показників агрофізичних і водно-фізичних властивостей ґрунту залежно від складу ґрунтово-вбирного комплексу

Ґрунтово-деградаційні процеси у ґрунті, наслідком яких є декальцинація, зумовлюють зміни якісного складу ґрунтово-вбирного комплексу (ҐВК). Дослідженнями щодо впливу обмінних катіонів на структуру, її водостійкість і водопроникність ґрунтів установлено, що насичення ҐВК кальцієм сприяє поліпшенню цих показників (табл. 2).

Насичення ҐВК сірого лісового ґрунту кальцієм підвищило коефіцієнт структурності порівняно з контролем у 1,2 та 1,11 рази в гумусовому й перехідному горизонтах і становило відповідно 0,24, 0,2.

У варіантах із чорноземом опідзоленим зростання коефіцієнта структурності до 0,43, 0,41 у гумусовому і перехідному горизонтах поліпшило структурність порівняно з контролем відповідно в 1,56, 1,32 рази.

Одержані значення водостійкості структурних агрегатів свідчать про підвищення показника у варіантах із насиченням кальцієм. При насиченні зразків цим катіоном виявлено поліпшення водостійкості структури до 0,14 у гумусовому горизонті сірого лісового ґрунту та до 0,19 у чорноземі опідзоленому. В перехідних горизонтах водостійкість структури становила відповідно 0,12 і 0,17. Порівняно з контролем водостійкість цих зразків зросла відповідно у 1,27 рази у гумусовому горизонті та у 1,33 і 1,31 рази у перехідному.

Позитивна зміна структури та її водостійкості при насиченні кальцієм грунтово-вбирного комплексу сприяла поліпшенню водопроникності ґрунтів. У сірому лісовому ґрунті водопроникність порівняно з контролем підвищилася в 1,61 рази у гумусовому горизонті й у 1,55 рази у перехідному. Це відбулося за рахунок підвищення водопроникності в цих горизонтах відповідно до 13,4 і 12,1 мм/год.

Чорнозем опідзолений характеризувався максимальною водопроникністю

Таблиця 2 Зміна агрофізичних властивостей ґрунтів залежно від складу катіонів ҐВК

*к - контрольний зразок, д - дослідні зразки.

У варіантах із насиченням кальцієм, яка становила 16,8 мм/год у гумусовому й 15,1 мм/год у перехідному горизонтах, що в 1,63 і 1,66 рази вище порівняно з контролем.

В одержаних результатах дослідження якісного складу ґрунтово-вбирного комплексу простежується оптимізація агрофізичних показників, яка є помітнішою у ґрунтах із вищим вмістом гумусу й у варіантах із насиченням ҐВК кальцієм.

Вплив вапнування, органічних добрив і глибокого рихлення на водно-фізичні властивості, водний режим ґрунтів та врожайність сільськогосподарських культур

Вплив вапнування й органічних добрив на агрофізичні показники ґрунту. Дослідження показали, що на агрофізичні показники ґрунтів проведення лише вапнування одинарною (1,0н) чи підвищеною (1,5н) дозою за Нг вплинуло незначною мірою. Уміст агрономічно цінних агрегатів у слабо- та сильнозмитій відмінах сірого лісового ґрунту становив 40,2% (1,0н) і 42,3% (1,5н) та 37,1% (1,0н) і 38,1% (1,5н), що в 1,05 й 1,1 та 1,03 й 1,06 рази більше, ніж у контролі. Відповідно і коефіцієнт структурності тільки в 1,08, 1,18 та 1,05, 1,11 рази був вищим, ніж у контролі й становив 0,67(1,0н) та 0,73(1,5н) у слабозмитій і 0,59(1,0н) та 0,62(1,5н) у сильнозмитій відмінах сірого лісового ґрунту (табл. 3).

Таблиця 3 Зміна агрофізичних властивостей сірого лісового ґрунту за вапнування та удобрення (лізиметричний дослід 2004-2006 рр.)

У варіанті з меліорантом незначна зміна у бік поліпшення спостерігалося і за вмістом водостійких агрегатів, який становив 10,9, 11,8% на слабо- та 9,6, 9,9% на сильнозмитій відмінах, що лише в 1,14, 1,23 та 1,16, 1,19 рази більше, ніж у контролі.

Поєднання у досліді вапна й органічних добрив суттєво позначилося на структурних показниках і водопроникності сірого опідзоленого ґрунту різного ступеня змитості. Підвищення вмісту агрономічно цінних агрегатів до 51,8% у слабозмитому ґрунті та 50,4% у сильнозмитому (відповідно на 34,9 і 39,6% більше порівняно з контролем) сприяло зростанню коефіцієнта структурності відповідно до 1,07, 1,02. Сумісна дія підвищеної дози вапна та гною забезпечила коефіцієнт структурності на рівні відповідно 1,21, 1,11 за рахунок збільшення кількості структурних окремостей (0,25-10 мм) до 54,7 та 52,5%.

Значне зростання вмісту водостійких агрегатів та показників водостійкості структури встановлено також у варіанті із вапном і гноєм. Коефіцієнт водостійкості 0,33, 0,36 у слабозмитому та 0,31, 0,34 у сильнозмитому сірому опідзоленому ґрунті забезпечувалися завдяки наявності водостійких структурних окремостей у кількості 17,1, 19,7% та 15,6, 17,9%, що в 1,78, 2,05 та в 1,88 і 2,16 рази більше, ніж у контролі.

На величину та характер першої стадії водопроникності ґрунту ? всмоктування, впливають якісна та кількісна характеристики пористості, яка залежить від його гранулометричного складу і структурності. При переході стадії всмоктування до фільтрації домінуючим чинником водопроникності ґрунту стає водостійкість структури. Проведеними дослідженнями водостійкості структури та водопроникності встановлено, що між ними спостерігається залежність. Теоретичне рівняння регресії при прямолінійній кореляції між коефіцієнтами фільтрації й водостійкості структурних агрегатів має вигляд: Y = 96,7Х - 9,62 (r = 0,98).

Динаміка водопроникності та запасів вологи у ґрунтах під впливом вапнування, органічних добрив і обробітку. Аналіз динаміки загальних запасів вологи протягом вегетаційного періоду в роки проведення дослідження показав, що їхня велична визначається основним чином особливостями розподілу опадів, їхньою кількістю та здатністю ґрунту до переведення поверхневої вологи у внутрішньоґрунтову.

Поліпшення агрофізичних властивостей і водопроникності (табл. 4) ґрунтів дає змогу змінювати кількісні показники запасів вологи та перерозподіляти їх за профілем ґрунту.

Таблиця 4 Вплив глибокого рихлення на зміну водопроникності на фоні вапнування та внесення гною (2006-2008 рр.), мм/год

У перший рік післядії глибокого рихлення на фоні вапнування та гною у варіанті з чорноземом слабозмитим рівень запасів вологи порівняно з контролем було більше на 4,1-17,6 мм (2,3-11,1%) (рис. 1). Найпомітніша різниця спостерігалася у весняний період і після інтенсивних дощів. Слід зазначити, що різниця у запасах вологи між варіантами для шару 0-30 см виявилася меншою. Це пов'язано з тим, що глибоке рихлення сприяло кращій інфільтрації вологи вниз за профілем та її нагромадженню, насамперед, у підорному шарі ґрунту. В цілому коливання запасів вологи у чорноземі слабозмитому протягом вегетаційного періоду було переважно у межах від 0,8НВ до 0,6НВ, що є оптимальним для більшості сільськогосподарських культур.

На схилових землях водний режим формується дещо інакше, ніж на рівнинних ділянках. Характер динаміки запасів вологи визначається переважно кількістю опадів, а рівень запасів вологи - водопроникністю та їхнім розподілом за профілем ґрунту. У варіанті із глибоким рихленням на сильнозмитому чорноземі опідзоленому динаміка запасів вологи збігається з контрольним із помітним приростом її значень: у весняні місяці - 14,2-17,2 мм (12,1-14,8%), упродовж літа - 8,2-10 мм, у кінці вегетаційного періоду - 5,5-6,6 мм.

У слабозмитому сірому лісовому ґрунті на початок вегетації у варіанті з глибоким рихленням запасів вологи було 151-175 мм, що на 5,6-9,3% більше, ніж на контролі. Протягом літа ця різниця зменшувалася до 4,5-10,5 мм і лише в кінці становила 12,5 мм із подальшим зниженням її до 3,2-3,4 мм.

Ефективність глибокого рихлення на сірому опідзоленому сильно змитому ґрунті була навіть вищою порівняно з ефективністю на чорноземі опідзоленому і характеризувалася приростом запасів вологи 11 мм (7,6%) зі 151 до 162 мм. На початку вегетації ця різниця була більшою - 20,8 мм (17,6%). Протягом літа спостерігалося поступове її зменшення проти контролю до 3-11,8 мм (від 2 до 9,9%).

Позитивний ефект від глибокого рихлення виявився і на другий рік післядії, хоча приріст запасів вологи при цьому був меншим, ніж у попередньому році. Найбільшу різницю на чорноземі опідзоленому слабозмитому встановлено в першу половину вегетації - 7,2-8,8 мм. У серпні - вересні вона була мінімальною - 1,5-1,7 мм. У варіанті із сильнозмитим чорноземом опідзоленим позитивний ефект спостерігався як на початку вегетаційного періоду з перевищенням запасів вологи порівняно з контролем на 10,4 - 17,2 мм, так і влітку та на кінець вегетації - 1,3-5,6 мм.

У варіантах зі слабо- і сильнозмитим сірим лісовим ґрунтом ефективність глибокого рихлення на фоні сумісної дії вапна та гною визначалася приростом запасів вологи на початку вегетації відповідно 7,2 і 8 мм та у кінці - 1,4 й 1,1 мм проти контролю.

Пік ефективності глибокого рихлення на фоні вапнування та удобрення на третій рік післядії спостерігався лише на початку вегетації (рис. 2). В цей період у варіанті з глибоким рихленням запасів вологи в чорноземі опідзоленому слабозмитому було на 18,5 мм більше, ніж на контролі. В літні місяці суттєвої різниці (менше 1 мм) у запасах вологи між контролем і варіантом із глибоким рихленням не спостерігалося.

Рис. 2 Залежність запасів вологи в ґрунті від тривалості вегетаційного періоду, мм (0-50 см, третій рік дії агрозаходів, 2008 р.): а) слабозмиті; б)

У чорноземі опідзоленому сильнозмитому на фоні глибокого рихлення динаміка вологості та запасів вологи однакова з контрольним варіантом. Різниця в запасах вологи була мінімальною і не перевищувала 1-2 мм. Лише на початку та у кінеці вегетації її приріст був більшим на 2,7-3 мм порівняно з контролем.

На третій рік післядії у варіанті зі слабозмитим сірим лісовим ґрунтом за глибокого рихлення приріст запасів вологи не перевищував 2 мм, а із сильнозмитим характеризувався стрімким їхнім зменшенням на початку та в середині вегетації й незначним збільшенням у кінеці.

Продуктивність культур ланки сівозміни. Дослідження показали, що запропоновані заходи позитивно вплинули на продуктивність культур ланки сівозміни з поступовим зниженням ефекту (табл. 5).

Таблиця 5 Вплив удобрення та глибокого рихлення на врожайність сільськогосподарських культур по роках, т/га

*к - контроль; г.р. - глибоке рихлення.

У перший рік післядії агрозаходів урожайність ріпаку озимого на сірому лісовому слабозмитому ґрунті за його вапнування становила 1,82 т/га, тоді як за сумісного внесення гною - 2,14 т/га. Сірий лісовий сильнозмитий ґрунт характеризувався нижчою продуктивністю - 1,21 т/га, але поєднання вапнування з органічними добривами забезпечило підвищення врожайності ріпаку озимого до 1,45 т/га, що на 19,8% більше, ніж з одним вапнуванням.

У свою чергу на чорноземі слабозмитому за вирощування пшениці озимої на контролі з одним вапнуванням було одержано 2,84 т/га зерна, тоді як сумісне внесення гною забезпечило зростання врожайності до 3,23 т/га.

Глибоке рихлення позитивно вплинуло на врожайність сільськогосподарських культур на всіх типах і змитих відмінах. Приріст урожаю ріпаку озимого на сірому слабозмитому ґрунті за вапнування становив 0,21 т/га, а за внесення гною - 0,23 т/га, або 10,7%. На сильнозмитому приріст урожаю у варіантах із глибоким рихленням та вапнуванням і за внесення гною сягав 0,25 т/га.

На чорноземі опідзоленому вказаний агрозахід забезпечив підвищення врожайності пшениці за вапнування на 0,18 т/га, а за сумісного застосування гною на - 0,22 т/га. На сильнозмитій відміні на контролі внесення гною забезпечило приріст урожаю на 16,2%, а за глибокого рихленн...