ІНСТИТУТ ГРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ

ім. О.Н. СОКОЛОВСЬКОГО

КУДРИК АНАТОЛІЙ ПОРФИРОВИЧ

УДК 631.48 : 631.445.4 : 631. 459.2 (477.2)

ДИНАМІКА ГРУНТОУТВОРЕННЯ В ЕРОДОВАНИХ

ЧОРНОЗЕМАХ АГРАРНИХ ЛАНДШАФТІВ

ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.03 – агрогрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі грунтознавства та землеробства

Державної агроекологічної академії України, Міністерство аграрної політики України

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор ДОЛГІЛЕВИЧ Марат Йосипович,

Державна агроекологічна академія України,

професор кафедри моніторингу навколишнього природного середовища

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор БУЛИГІН Сергій Юрійович,

Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН,

заступник директора з наукової роботи

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

БІЛОЛИПСЬКИЙ Валерій Олександрович,

Інститут агроекології і біотехнології УААН, провідний науковий співробітник

опорного пункту дистанційного зондування грунтів

Провідна установа:

Національний аграрний університет, кафедра грунтознавства і охорони грунтів,

Кабінет міністрів України, м. Київ

Захист дисертації відбудеться “29” червня 2001р. о 1000 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Інституті грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, м. Харків-24,

вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН, 61024, м. Харків -24, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий “29” травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат сільськогосподарських наук О.Ф.Павленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний стан агроландшафтів Правобережного Лісостепу викликає велику тривогу в зв’язку з прискореною деградацією високородючих чорноземних грунтів, спричиненою інтенсивними ерозійними процесами. Як наслідок цього, великі масиви чорноземів на території Лісостепу еродовані і знаходяться у критичному стані. Це виразилось у сповільненні темпів грунтоутворення чорноземів, збільшенні втрат грунтової речовини на схилових землях, різкій зміні будови грунтового профілю, макро- і мікропроцесів, вмісту гумусу, погіршенні інших параметрів родючості грунту.

Разом з тим формується такий водний баланс агроландшафтів, який характеризується збільшенням витрат води на поверхневий стік і сумарне випаровування. Так, як вже еродований майже кожний третій гектар ріллі з чорноземами, то повністю виключити такі великі масиви земель з сільськогосподарського використання практично неможливо. Дослідження доцільно направити на пошук шляхів відновлення родючості еродованих грунтів на основі вивчення ресурсного потенціалу агроландшафтів Лісостепу. Особливо постала необхідність в проведенні масштабних виробничих досліджень, по яких можна було б дати загальну характеристику розвитку ерозійних процесів в регіоні.

Недостатня вивченість сучасного стану еродованих чорноземів є причиною руйнування агроландшафтів. Для оптимальних варіантів вирішення цієї проблеми необхідно вивчити направленість грунтоутворюючих процесів діючих у еродованих чорноземних грунтах, що знаходяться у різних режимах сільськогосподарського використання, на основі змін їх речовинного складу в процесі змиву, аналізу стану їх родючості за тривалий період часу і можливості його регулювання.

Об’єктивна інформація про сучасні грунтоутворюючі процеси в еродованих чорноземах дозволить розробити науково-обгрунтований підхід до використання цих грунтів, дасть можливість прогнозувати розвиток ерозійних процесів у агроландшафтах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна тема виконана в плані науково-дослідних робіт Державної агроекологічної академії України і є складовою частиною теми: “Агроекологічний моніторинг еродованих та осушених грунтів” (№ д.р.0100V003568).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень полягає у вивченні динаміки морфометричних параметрів і речовинного складу еродованих чорноземів за період з 1960 по 1999 роки, трансформації їх грунтоутворення під впливом ерозії, розробці рекомендацій по сільськогосподарському використанню еродованих чорноземів в агроландшафтах, направлених на їх охорону і стабілізацію чорноземного грунтоутворення.

Об’єкт досліджень – еродовані чорноземні грунти агроландшафтів Правобережного Лісостепу.

Предмет досліджень – динаміка параметрів грунтоутворення еродованих чорноземних грунтів.

Методологічною основою досліджень є просторово-часовий аналіз ерозійних процесів чорноземних грунтів Лісостепу Житомирської області. При виконанні роботи використовувались методи польових досліджень, топометричний, морфометричний, агрохімічний і статистичний обробіток отриманих даних.

Для досягнення поставленої мети вирішували такі завдання:

·

·

·

·

Наукова новизна. Проведені масштабні дослідження, що охопили всю лісостепову зону Житомирської області. В результаті, встановлений напрямок грунтоутворюючих процесів в еродованих чорноземних грунтах, що знаходяться в різних режимах сільськогосподарського використання.

Отримані дані про реальні втрати речовинного складу еродованих чорноземів в результаті сучасної ерозії в польових і грунтозахисних сівозмінах агроландшафтів. Визначений зв’язок деяких режимів в гумусово-акумулятивному горизонті типових чорноземів з режимами в їх перехідних горизонтах. Встановлено, що стабілізація процесів чорноземного грунтоутворення відбулась в еродованих грунтах, які тривалий час використовуються під постійним залуженням.

Зроблений прогноз розвитку ерозії на території Лісостепу Житомирської області.

З метою відновити родючість змитих грунтів проведений розрахунок балансів гумусу та доз внесення органічних добрив в польових і грунтозахисних сівозмінах на бездефіцитний баланс.

Розроблені пропозиції виробництву по створенню на території поширення водної ерозії стабільних і продуктивних ландшафтів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень можуть бути використані при розробці заходів по охороні грунтів і раціональному використанні земельних ресурсів, при виконанні робіт по внутрігосподарському землеустрої. Є основою для розробки практичних рекомендацій виробництву по відновленню родючості еродованих грунтів та створенню на еродованих територіях екологічно збалансованих агроландшафтів. За висновками і пропозиціями виробництву проведена виробнича перевірка і впровадження рекомендацій по трансформації сільськогосподарських угідь, розміщених на схилах, в технічній документації, яка виготовлялась Житомирським філіалом Інституту землеустрою.

Особистий внесок дисертанта. Автор брав безпосередню участь у польових дослідженнях грунтів, зборі літературних і фондових матеріалів, проведенні статистико-математичного аналізу результатів досліджень. Основні положення дисертації висунуті, обгрунтовані і розроблені автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались:

·

·

·

·

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 6 опублікованих наукових працях, в тому числі 5 статей в наукових журналах і збірниках та 1 тези по матеріалах доповіді.

Структура дисертації. Загальний обсяг роботи – 153 сторінки. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків і пропозицій виробництву, додатків. Робота ілюстрована 29 малюнками і містить 24 таблиці, 14 додатків. Бібліографія – 207 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1.Генезис, класифікація і агрохімічна характеристика еродованих чорноземів. Дана загальна характеристика природним і кліматичним умовам Правобережного Лісостепу України як факторам, під впливом яких були сформовані еродовані чорноземні грунти. Наведено огляд літератури щодо вивченості основних факторів утворення еродованих грунтів, показано існуючі на сьогодні класифікації цих грунтів. Зроблений аналіз водно-фізичних і агрохімічних властивостей еродованих чорноземних грунтів. Встановлено недостатньо вивчені проблеми, на яких акцентувалась увага і розробки в дисертаційній роботі.

2. Програма, методика та умови проведення досліджень. Дослідження проводились протягом 1997-99 рр. на території 33 сільськогосподарських підприємств Лісостепу Житомирської області. Робота виконана автором шляхом власних польових і аналітичних досліджень еродованих чорноземних грунтів агроландшафтів цих господарств. Також було проведено аналіз фактичного матеріалу по даних крупномасштабних досліджень грунтів лісостепової зони Житомирської області.

Керуючись грунтовими крупномасштабними картами, оглядом місцевості і планами землекористування господарств підбирались ділянки, де залягають чорноземи типові, однорідні по відношенню механічного складу і материнської породи і різні за ступенем змитості, розміщені на рівнинній місцевості і на схилах. На відібраних ділянках закладені трансекти. Умовами закладки трансекти передбачалось, щоб вона проходила від опорного розрізу, розміщеного на землях водорозділу (плато), до розрізу на схилових землях. Основою для розміщення трансект були опорні грунтові розрізи, які нанесені на картах грунтів (в 1960-70 рр.) і винесені в натуру за допомогою координат (прив’язок). При попередніх грунтових обслідуваннях з цих розрізів взяті зразки на аналізи по генетичних горизонтах, зроблені описи морфологічних ознак, вивчені агрохімічні та фізичні властивості грунту.

Згідно методики досліджень (методом закладки ключових площадок) були повторно проведені такі ж дослідження в 1997-99 роках. Кожна закладена ключова площадка характеризувала однотипову площу як по грунтовому покриву, так і по господарському використанню і допомагала більш точніше визначити місця закладки опорних розрізів грунтових досліджень 1960-70 років. З метою одержання фізико-хімічних показників для якісної характеристики грунтів, з відібраними зразками проведені лабораторні аналізи по визначенню вмісту гумусу, валових та рухомих форм макро- і мікроелементів, реакції грунтового розчину, гідролітичної кислотності, суми ввібраних основ, вмісту катіонів Ca++ і Mg++ та гранулометричного складу еродованих чорноземів. Використовувались загальноприйняті методики. Обробку результатів проводили з використанням комп’ютерної програми “Exel”.

Географія еродованих грунтів Правобережного Лісостепу Житомирської області та розвиток ерозійних процесів. Природні умови двох фізико-географічних зон - Полісся і Лісостепу, визначили характер грунтового покриву і його географію. Область має риси поліських та лісостепових ландшафтів і характеризується рівнинним, горбистим та височинним рельєфом, грунтами від болотних, підзолистих до опідзолених та чорноземів. В утворенні ландшафтів велике значення мають лесові суглинкові породи, потужність яких від 2-3 м на водорозділах до 10-15 м на схилах (нами проаналізовані особливості цих порід, їх податливість до змиву).

Для регіону властиві специфічні риси сільськогосподарського освоєння, що обумовлені рельєфом, кліматом, грунтовим покривом та іншими умовами.

Водно-ерозійні процеси найбільшого поширення набули в зоні Правобережного Лісостепу Житомирської області, яка займає північно-східну частину Волинсько-Подільської височини (біля 19% її площі) і зокрема північну частину Волинського плато (Маринич та інш.,1985). Це полого-хвиляста підвищена рівнина з абсолютними висотами 230-320 м. Тут знаходиться 42,3 тис. га, або 9,1% всієї площі еродованих орних земель Правобережного Лісостепу України (на 1.0І.1995 року).

На основі співставлення еродованості грунтів періоду 1957-1960 років з матеріалами їх коректування (1978-1990 років) визначений приріст еродованості сільськогосподарських угідь та розраховані середньорічні темпи приросту. За останні 30 років в Лісостепу Житомирської області площа еродованих (змитих) сільськогосподарських угідь збільшилась з 27,3 тис.га до 83,9 тис.га (щорічний приріст еродованих с.-г. угідь становить 1,9 тис.га).

В розділі зроблено об’ємний аналіз досліджень сучасного стану чорноземних грунтів області. Наведена морфологічна будова профілів чорноземів типових глибоких малогумусних, чорноземів типових неглибоких слабогумусованих, чорноземів типових глибоких (та неглибоких) слабозмитих, середньозмитих, та сильнозмитих. За механічним складом вивчені грунти є крупнопилувато-середньосуглинкові, які розвинуті на лесових породах. Дана характеристика їх водно-фізичних і агрохімічних властивостей.

Проаналізовані поширені на території лісостепової зони Житомирської області агроландшафти з еродованими грунтами. Вивчалось грунтоутворення в еродованих чорноземах польових 10-пільних сівозмін, грунтозахисних 4-пільних сівозмін, грунтозахисних 4-пільних сівозмін захищених стокорегулюючими лісовими смугами і еродованих грунтах, які виведені із сільськогосподарських угідь під постійне залуження.

Таким чином, проведені роботи дали змогу уточнити регіон поширення еродованих грунтів в Житомирській області, показати динаміку розвитку ерозійних процесів за 30 років. Зробити діагностику сучасного стану еродованих чорноземів типових, а також агроландшафтів з цими грунтами.

3. Екологічні фактори формування еродованих чорноземів в регіоні досліджень. Основну увагу цього розділу сконцентровано на топографічних і антропогенних факторах утворення еродованих чорноземів. На їх основі зроблено прогнозування розвитку ерозії на території Правобережного Лісостепу Житомирської області.

Тип рельєфу Лісостепу Житомирської області – широкохвилястий, в південній частині - вузькохвилястий, з короткими довжиною 80-100 м схилами. Глибина місцевих базисів ерозії (вертикальне розчленування території) знаходяться в межах 37-46 м. Для Лісостепу Житомирської області загальна еродованість становить 10,6-12,4%.

Горизонтальне розчленування території зроблене яружно-балочною та гідрографічною мережею, представленою річками Случ, Роставиця, Тетерів, Кам'янка, Гнилоп’ять, Унава і інш. Загальна довжина балок значно більша за річкову мережу. Балки цієї місцевості широкі, з великою протяжністю (до 6-7 км). В районах значного розчленування території міжбалкові простори мають горбисто-увалистий характер з переважанням коротких схилів водозборів, а при меншому розчленуванні – вид витягнутих грядоподібних підвищень з більш довгими схилами. В першому випадку спостерігається площинний змив грунтів і утворення коротких схилових ярів, в другому - більш інтенсивний змив, поєднаний не тільки з схиловим, але й з донним розмивом.

Про ступінь ерозійної небезпеки можна судити по коефіцієнту ерозійної розчленованості території (К), який становить 0,6-0,81 і зростає до 1,09 на південь області. Лісостеп Житомирської області значно розчленований.

На основі матеріалів крупномасштабних обслідувань грунтів проаналізовані морфометричні показники рельєфу регіону досліджень (табл.1), зроблена якісна характеристика орним землям лісостепової зони Житомирської області.

Таблиця 1 - Морфометричні показники схилів та прогноз

розвитку ерозії в Лісостепу Житомирської області

Адміністратив-

ний район | Ступінь змитості грунтів | Еродовані грунти на ріллі, % до с.-г. угідь | Середня довжина схилу, м | Середня крутизна орних схилів, градуси | Змив грунту,

т/га в рік

Ружинський | слабозмиті | 18,0 | 300 | 2,5 | 13,1

середньозмиті | 5,8 | 180 | 5,8 | 40,9

сильнозмиті | 3,0 | 80 | 9,0 | 69,8

Любарський | слабозмиті | 13,0 | 275 | 2,5 | 11,9

середньозмиті | 5,9 | 155 | 5,5 | 40,6

сильнозмиті | 3,7 | 90 | 7,5 | 58,0

Чуднівський | слабозмиті | 10,5 | 360 | 2,1 | 10,2

середньозмиті | 3,7 | 155 | 5,6 | 35,2

сильнозмиті | 1,6 | 90 | 7,7 | 52,7

Попільнянський | слабозмиті | 8,9 | 330 | 2,3 | 12,3

середньозмиті | 2,9 | 150 | 5,2 | 34,0

сильнозмиті | 1,2 | 80 | 7,2 | 45,7

Бердичівський | слабозмиті | 6,3 | 360 | 2,4 | 12,3

середньозмиті | 3,5 | 170 | 5,8 | 40,4

сильнозмиті | 0,4 | 85 | 8,7 | 55,6

Андрушівський | слабозмиті | 3,1 | 365 | 2,3 | 12,1

середньозмиті | 1,2 | 175 | 5,4 | 34,8

сильнозмиті | 0,4 | 95 | 6,8 | 45,9

Проблема створення надійного захисту агроландшафтів в значній мірі обумовлена недостатнім кількісним прогнозом ерозії в конкретному регіоні. Інтегральним кількісним показником прогнозу є змив грунтової маси поверхневим стоком, вираженим в тонах з одного гектара - модуль змиву.

Розрахунок змиву грунту під впливом дощових опадів зроблений за “Методом визначення потенційної небезпеки ерозії під впливом дощових опадів (методика ГОСТ 17.4.4.03.-86)”. В основу методики покладене універсальне рівняння грунтової ерозії (Wischmeier, Smith, 1978) :

А = R K L S C P

де А – річні втрати під впливом дощових опадів, т/га; R – фактор еродуючої здібності дощів; К – фактор податливості грунтів ерозійним процесам, т/га; L – фактор довжини схилів, в метрах; S – фактор крутизни схилів, в % ; С – фактор рослинності або сівозмінні умови; Р – фактор ефективності протиерозійних заходів.

Базою для одержання кількісного показника змиваємості грунтів послужили дані механічного складу, вмісту гумусу в грунтах, а також картосхеми, номограми (матеріали УНДІЗГЕ,1989).

На основі отриманих даних зроблений прогноз потенційної небезпеки ерозії під впливом дощів на агрофоні чорний пар для змитих грунтів. Визначення щорічних втрат грунту від водної ерозії при нинішній структурі посівних площ здійснювалось через множення модуля змиву на коефіцієнт фактору рослинності – С (визначений через структуру сівозмін регіону досліджень, він становить 0,40).

Згідно наших даних при нинішній структурі сівозмін без впровадження грунтозахисних заходів прогнозуються значні втрати грунтів, що набагато перевищують допустимі норми ерозії (про які говориться в літературних даних). Можна прослідкувати залежність змиву грунту від крутизни і довжини схилу, про що свідчить високий коефіцієнт кореляції між ними (R = 0,98). Слабозмиті чорноземи Лісостепу Житомирської області сформовані на схилах крутизною 2,1-2,50, довжиною 275-360 м, в результаті змиву щорічно втрачають від 10,2 до 13,1 т/га грунту. На схилах більшої крутизни – 5,2-5,80 і меншої довжини - 155-200 м, де в основному розміщені середньозмиті чорноземи типові, модуль зливового змиву знаходиться в межах 34,0 – 40,6 т/га. На спадисто крутих та крутих схилах (7,2-100) довжиною 80-100 м втрати у сильнозмитих чорноземів типових від 45,9 т/га до 58,0 т/га. При одночасній зміні крутизни і довжини схилу змив різко збільшується до 69,8 т/га (Ружинський район).

Відповідно нашого прогнозу - в середньому з одного гектара еродованих орних земель Лісостепу Житомирської області щорічно за рахунок змиву втрачаємо 20,3-27,0 т грунтової маси.

Антропогенний вплив, який спричинив прискорену ерозію, характеризують в більшій мірі такі наслідки господарської діяльності людини: освоєність і розораність території, яка досягла 64,2-74,0 %. Вони є головним механізмом еволюції ландшафтів. Результат їх впливу – критичний стан ряду елементів ландшафту, головним чином рослинності. Один із основних середостабілізуючих факторів – лісистість, знаходиться в межах 7,9-12,6 %.

З аналізу наведених цифр видно, що сільськогосподарське виробництво в регіоні досліджень не знаходиться в гармонії з природою, веде до руйнування ландшафтів і в першу чергу грунтового покриву.

4. Морфологічні та грунтово-екологічні наслідки прояву водної ерозії чорноземів типових. Грунтоутворення - це процеси розвитку будови грунту, його родючості, які змінюються в часі і просторі на земній поверхні під впливом природних факторів і людини. Природний процес грунтоутворення дуже повільний, але завжди направлений на формування грунтової товщі, що привело до утворення чорноземів в зоні Лісостепу. Обробляючи грунти, людина порушує встановлену природою рівновагу.

Динаміку процесу грунтоутворення в еродованих чорноземних грунтах визначали темпами змін властивостей грунтів, величиною змін параметрів деградованих грунтів за визначений відрізок часу (з 1960 по 1999 рр.). Інтенсивність деградації проявляється при повторних обстеженнях тих же об’єктів (табл.2).

Таблиця 2 - Динаміка морфометричних показників чорноземів

типових еродованих у польових сівозмін

Ступінь змитості

грунтів | Потужність грунтового профілю (Н+НРк+РНк+Рhк) в періоди спостереження, см | Зміни 1997-99 до 1960-70 рр.

1960-70рр. | 1997-99рр.

Польова сівозміна

Нееродовані:

а/глибокий малогумусний | 153,8±2,1 | 153,5±1,9 | -0,4

б/неглибокий слабогумусований | 114,4±1,8 | 114,7±2,0 | +0,3

Слабозмиті | 105,6±1,4 | 102,8±1,3 | -2,8

Середньозмиті | 84,8±1,5 | 72,1±1,8 | -12,7

Сильнозмиті | 46,7±1,7 | 31,2±1,2 | -15,5

Грунтозахисна сівозміна

Середньозмиті | 81,6±1,3 | 75,1±1,6 | -6,5

Сильнозмиті | 45,3±1,5 | 38,2±1,2 | -7,1

Грунтозахисна сівозміна захищена стокорегулюючою лісовою смугою

Середньозмиті | 80,7±1,3 | 76,5±1,4 | -4,2

Сильнозмиті | 41,8±1,2 | 35,9±1,4 | -5,9

Залужений схил

Середньозмиті | 74,4±1,3 | 74,7±1,5 | +0,3

Сильнозмиті | 39,1±1,4 | 39,7±1,1 | +0,6

НІР0,5 = 3,7см

Чорноземам типовим характерні потужні добре гумусовані профілі темно-сірого кольору, які досягають 153 см у глибоких і 114 см у неглибоких грунтах. Між горизонтами перехід поступовий. За нашими даними суттєвих змін в потужності генетичних горизонтів цих грунтів не відбулося.

Негативні зміни спостерігаються в грунтоутворенні еродованих чорноземів. Причому, чим більший змив, тим більші втрати в потужності горизонтів. У середньо- та сильнозмитих грунтах гумусовий горизонт (Н) повністю втрачений. Це ще не повні втрати, так як в обробіток постійно залучаються нижні горизонти (гумусово-перехідний НРк - у середньозмитих грунтах і перехідний до породи Рhк - у сильнозмитих грунтах). Тому в польових умовах неможливо встановити, скільки змито гумусованих горизонтів. На це показують втрати у потужності грунтових профілів. В слабозмитих грунтах (горизонти Н+НР, РНк, Рhк) вони становлять – 2,8 см і збільшуються до – 12,7 см у середньозмитих чорноземах (НРк, Рhк). Потужність грунтового профілю сильнозмитих чорноземів (НРк+Рhк) зменшилась з 46,7 до 31,2 см, наближаючи до поверхні грунтоутворюючу породу.

Менші втрати в еродованих чорноземах грунтозахисних сівозмін, де змив спричинив скорочення профілю середньозмитих чорноземів з 81,6 до 75,1 см (-6,5см), сильнозмитих – з 45,3 до 38,2 см (-7,1см).

На ефективність використання стокорегулюючих лісових смуг для захисту грунтів від змиву показують результати змін у генетичних горизонтах еродованих чорноземів, де втрати знизились до 4,2 см у середньозмитих чорноземах і 5,9 см у сильнозмитих.

Еродовані грунти, які знаходяться довгий час під постійним залуженням максимально наблизились до природного ходу грунтоутворення, про що свідчать зміни в їх генетичних горизонтах. Крім природного накопичення органічної речовини, на залужених схилах проводились корінні і поверхневі поліпшення шляхом внесення добрив та підсівом багаторічних трав. Отримані результати: + 0,3 см у середньозмитих і + 0,6 см у сильнозмитих чорноземних грунтах знаходиться в межах точності досліду. Проте можна зробити висновок, що в цих грунтах створені умови для стабілізації процесів чорноземоутворення. За рахунок розкладання кореневих систем та внесених добрив збільшується органічна речовина у грунтовому профілі (відбувається “ріст” грунтового профілю).

Зроблена діагностика гранулометричного складу еродованих чорноземів за 30 років сільськогосподарського використання. Основна увага була зосереджена на поверхнево-активній (в основному фракції < 0,01 мм) і потенційній частинах (фракції пилу і піску) мінеральної маси крупнопилувато-середньосуглинкових еродованих чорноземів (рис.1).

Наші дані свідчать, що у гумусово-акумулятивних горизонтах чорноземів пройшло полегшення механічного складу грунтів за рахунок зниження процентного вмісту фізичної глини (< 0,01мм). У слабо- та середньозмитих чорноземів з 33,1-32,8% до 31,6-30,3%. Втрати фізичної глини у сильнозмитих грунтах становлять 2,4%. В еродованих чорноземах проходить процес опіщанювання (насичення більш грубими фракціями – 0,05-1мм) і подальші втрати тонкодисперсних фракцій, які грають основну роль у чорноземоутворенні і акумуляції родючості цих грунтів.

Зміни в структурі, а також зміни глибини залягання карбонатів у змитих чорноземах, визначають фізико-хімічні властивості цих грунтів. Разом із змивом верхніх генетичних горизонтів відбувається втрата родючості грунтів, за рахунок втрат гумусу і елементів живлення рослин.

Для верхньої безкарбонатної частини профілю нееродованих чорноземів типових характерна нейтральна реакція грунтового розчину рНвод = 7,1. Глибина залягання карбонатів невелика (на глибині 40-50 см рН вод = 7,6). З підвищенням еродованості чорноземів відбулися зміни в реакції грунтового розчину в сторону вилуговування внаслідок виходу на поверхню карбонатних порід. З 7,3 у слабозмитих до 8,4 і 8,7 у середньо і сильнозмитих грунтах.

В процесі досліджень спостерігалось зниження суми поглинутих основ з 28,6 мг-екв на 100 г грунту в нееродованих чорноземах, до 21,3 і 17,0 мг-екв на 100 г грунту відповідно в середньо і сильноеродованих. Відмічено погіршення акумуляції органічних колоїдів (Ca++ і Mg++) у змитих грунтах.

Безпосередній вплив на процеси грунтоутворення і формування профілю чорноземів має гумус. В ньому накопичується і зберігається весь азот грунту і багато поживних елементів для рослин. Нами встановлено, що багаторічне ведення землеробства в лісостеповій зоні Житомирської області без створення активного балансу поживних речовин призвело до втрат гумусу навіть в нееродованих чорноземах. Вони становлять 12,3% від вмісту гумусу 1960-70 рр. (табл.3).

Набагато більші втрати спричинює поверхневий змив в еродованих чорноземах, які інтенсивно використовуються в польових сівозмінах. Загальні втрати у слабозмитих грунтах досягають 20,6% (вмісту 1960-70 рр.) і ростуть до 30,4 і 37,1% у середньо- і сильнозмитих грунтах.

Таблиця 3 - Динаміка вмісту гумусу в гумусово-акумулятивних горизонтах чорноземів типових різного ступеня змитості

Ступінь

змитості грунтів | Середній вміст гумусу по періодах спостереження, % | Зміни у вмісті гумусу, %

1960-70рр. | 1997-99рр. | за

30 років | 1997-99 до

1960-70рр

Польова сівозміна

Нееродований:

а/ глибокий малогумусний

б/ неглибокий слабогумусований |

4,22±0,21 |

3,70±0,19 |

-0,52 |

-12,3

3,20±0,18 | 2,88±0,19 | -0,32 | -9,9

Слабозмитий* | 3,17±0,23 | 2,52±0,28 | -0,65 | -20,6

Середньозмитий | 2,90±0,27 | 2,02±0,12 | -0,88 | -30,4

Сильнозмитий | 2,2±0,32 | 1,38±0,13 | -0,82 | -37,1

Грунтозахисна сівозміна

Середньозмиті | 2,66±0,19 | 2,20±0,27 | -0,46 | -17,3

Сильнозмиті | 2,21±0,28 | 1,67±0,24 | -0,54 | -24,5

Грунтозахисна сівозміна захищена стокорегулюючою лісовою смугою

Середньозмиті | 2,68±0,18 | 2,46±0,13 | -0,22 | -8,1

Сильнозмиті | 1,62±0,25 | 1,44±0,20 | -0,18 | -11,1

Залужений схил

Середньозмиті | 2,19±0,12 | 2,33±0,10 | +0,14 | +6,4

Сильнозмиті | 1,79±0,13 | 1,87±0,07 | +0,08 | +4,3

* Враховані глибокі і неглибокі грунтові відміни

НІР0,1 = 9,1 % (від вмісту гумусу 1960-70 рр.)

На динаміку вмісту гумусу в еродованих чорноземах впливає характер і тривалість використання у сівозмінах. Як вже відмічено, найбільші втрати пройшли у польових сівозмінах. У грунтозахисних сівозмінах гумусово-акумулятивні горизонти середньозмитих чорноземів втратили 17,3 %, сильнозмиті – 24,5% від вмісту гумусу 1960-70 рр. В господарствах, де для захисту грунтів від ерозії використовують грунтозахисні сівозміни захищені стокорегулюючими лісовими смугами, ці втрати майже вдвічі зменшуються і досягають 8,1% і 11,1%.

На постійно залужених чорноземах наступила відносна стабілізація процесів грунтоутворення за цей же період. Отримані результати показують на збільшення гумусу на 4,3 - 6,4% у гумусово-акумулятивних горизонтах.

Динаміка запасів гумусу нами вивчалась по генетичних горизонтах грунтових профілів чорноземів. На глибині 40-50 см відмічено зниження вмісту гумусу в еродованих грунтах польових сівозмін на 20,6-31,2%, грунтозахисних – 4,5-15,4% (вмісту 1960-70 рр.). На основі наведених вище даних вирахуванні запаси гумусу (в 20 і 60 см шарі) в чорноземних грунтах регіону досліджень, визначені зміни в запасах гумусу.

Інтенсивно використовуючи родючі землі людина здебільшого переслідує економічні цілі, не завжди думаючи про наслідки. Як результат цього: щорічні втрати гумусу з 60 см шару нееродованих чорноземів типових області досягли 0,62-0,88 т/га (рис.2).

Ці втрати зростають в еродованих грунтах, де змитий гумусовий горизонт (Н), підорюються і змиваються перехідні горизонти (НР, РН, Рh) з низьким вмістом гумусу. В слабозмитих грунтах за 30 років вони становлять 43,1 т/га, середньозмитих – 51,8 т/га гумусу. В основному ці грунти залягають на схилах невеликої крутизни: слабозмиті -1-3, середньозмиті - 3-5, при цьому формуються в умовах стоку з великих водозбірних площ. Тому використання їх у польових сівозмінах підсилило ерозійні процеси, сприяло їх деградації. Як приклад цьому сильнозмиті грунти. В польових сівозмінах вони займають невеликі площі і в основному залягають в комплексі з середньозмитими. За 30 років вони втратили до 36,8 т/га гумусу. Зменшення втрат показує, що до поверхні наближається збіднена на гумус грунтоутворююча порода.

Використання середньо- і сильнозмитих чорноземів в грунтозахисних сівозмінах не забезпечило повну зупинку ерозійним процесам (рис.3, рис.4). На це показують щорічні втрати гумусу в цих грунтах – 0,38 т/га і 0,45 т/га з 60 см шару.

Комплексний захист від ерозії з використанням стокорегулюючих лісових смуг сприяв зменшенню втрат гумусу в еродованих чорноземах до 0,21-0,44 т/га (рис.4).

Науково-обгрунтовані заходи по захисту грунтів від ерозії використані на практиці без проведення правильних обробітків, дотримання чергування культур, внесення збалансованих норм органічних добрив, тому не дали позитивних результатів в збереженні схилових земель.

Рослинність залужених схилів, густа сітка коріння, яке скріплює грунт, крупні ходи, які утворюють корені рослин і ентомофауна створили стійкість до ерозії еродованим чорноземам, збагатили гумусом генетичні горизонти цих грунтів (табл.5). Це дало змогу стабілізувати процеси грунтоутворення у середньо- і сильнозмитих чорноземах, покращити акумулятивні якості грунтів, сприяти їх відновленню.

Зменшення вмісту гумусу супроводжується і зміною його якісного складу. В еродованих грунтах понизився вміст найбільш цінної фракції гумусу чорноземів – гумінових кислот (ГК) і підвищується вміст фульвінових кислот (ФК). Співвідношення СГК : СФК складають у гумусі незмитих чорноземів типових - 1,80, у

середньозмитих – 0,76, сильнозмитих – 0,71. Два останні результати свідчать про сповільнення процесів гуміфікації у деградованих грунтах.

В проведених нами дослідженнях визначено вміст макро- і мікроелементів, а також їх зміни за період 1960-99 рр. Зі збільшенням ступеня змиву зменшуються валові запаси макроелементів (N, P, K) і мікроелементів (Zn, Cu, Mn). За 30 років втрати валових форм середньо- та сильнозмитих чорноземів склали 35,8-42,4 % фосфору та 26,7-30,7 5 – калію (від вмісту 1960-70 рр.). Разом з цим відбувається

зменшення вмісту і в рухомих формах нітратного азоту, фосфору, обмінного калію.

Таким чином наші результати свідчать, що ерозійні процеси на основних масивах схилових земель регіону, що використовуються землеробстві, не припиняються, незважаючи на впроваджені грунтозахисні заходи. Наслідком їх розвитку є зміни в морфологічній будові грунтів, структурі механічного складу, зниженню вмісту гумусу, погіршенню його якісного складу, втраті макро- і мікроелементів. Еродовані

чорноземи, які знаходяться під постійним залуженням максимально наблизились до природного процесу грунтоутворення. В них спостерігаються акумулятивні процеси, іде збільшення гумусового профілю, накопичення гумусу.

5.Методи управління грунтоутворюючими процесами чорноземів типових еродованих агроландшафтів Правобережного Лісостепу України. Одною з умов інтенсивного землеробства є створення активного балансу поживних речовин по найбільш цінній складовій частині грунту – гумусу. У грунтах постійно проходять два протилежні процеси – втрати і накопичення гумусу, і від того, який з них переважає, залежить їхня родючість.

При визначенні балансу гумусу використані рекомендації, які були розроблені інститутом грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського (м.Харків), Волинською державною сільськогосподарською дослідною станцією (смт. Рокині).

Складові балансу втрат – мінералізація гумусу під сільськогосподарськими культурами, втрати спричинені дією ерозії (про які говорилось вище) і недостатнім внесенням добрив. У 10-пільних польових сівозмінах, найбільш поширених в Лісостепу, щорічні втрати гумусу через мінералізацію становлять 0,95 т/га, у грунтозахисних сівозмінах – 0,73 т/га.

Накопичення гумусу в умовах антропогенного використання відбувається за рахунок гуміфікації пожнивних і кореневих залишків і внесення органічних добрив.

Співставлення статей приходу органічної речовини в грунт з рослинними залишками і органічними добривами і витрат на мінералізацію (в середньому за період 1960-99 рр.) показало, що в еродованих чорноземних грунтах склався від’ємний баланс гумусу. В польових сівозмінах він високий - 0,85-1,27 т/га, у грунтозахисних - 0,10-0,17 т/га. При високих мінералізації гумусу, втратах спричинених дією ерозії, в господарствах лісостепової зони Житомирської області вносилась недостатня кількість органічних добрив для збалансування гумусу. В середньому щорічно вносилось 3,5 т на 1 га польової сівозміни і і 6,5 т/га грунтозахисної. Баланс гумусу постійно залужених схилів позитивний. Незначна мінералізація гумусу компенсується значними надходженнями в грунт рослинних решток, внесенням добрив.

Для того, щоб управляти грунтоутворюючими процесами еродованих чорноземів, необхідно добитись зниження втрат грунтів, і в першу чергу втрат від ерозії. Тому нами розроблено бездефіцитний баланс органічної речовини при умові повного внесення всіх можливо накопичених добрив і приорювання 50 % соломи зернових культур (табл. 4).

Таблиця 4 - Баланс гумусу у сівозмінах Правобережного Лісостепу

Житомирської області (проектний)*, т/га

Еродованість грунтів | Втрати (мінералізація, ерозія) | Накопичення | Баланс

±

Всього | в т.ч. за рахунок

рослинних решток | органіч

них добрив | приорювання соломи до 50%

Польові сівозміни

Нееродовані | 1,83 | 2,64 | 0,92 | 1,62 | 0,1 | +0,81

Слабозмиті | 2,39 | 2,42 | 0,70 | 1,62 | 0,1 | +0,03

Середньозмиті | 2,68 | 2,32 | 0,60 | 1,62 | 0,1 | -0,36

Сильнозмиті | 2,18 | 2,24 | 0,52 | 1,62 | 0,1 | +0,06

Грунтозахисні сівозміни

Середньозмиті | 1,55 | 1,64 | 0,87 | 0,77 | - | +0,09

Сильнозмиті | 1,48 | 1,64 | 0,87 | 0,77 | - | +0,16

* Баланс гумусу визначений в 60 см шарі грунтів.

Взято до уваги, що в економічно розвинутих господарствах щорічно вноситься під цукрові буряки до 70 т/га органічних добрив (3 поля по 70т/га, це – 21т/га сівозмінної площі в рік). На цю величину ми вийшли, врахувавши всі наявні добрива в перерахунку на еквівалентну кількість підстилаючого гною. Крім того, рекомендуємо приорювати до 50 % соломи з одночасним внесенням азотних добрив. При розрахунку балансу у грунтозахисних сівозмінах збільшено норму внесення органічних добрив до 40 т/га (10 т/га сівозмінної площі в рік).

Наведений нами баланс гумусу у сівозмінах Лісостепу Житомирської області дає можливість розробити методи управління грунтоутворюючими процесами еродованих чорноземів типових:

· при використанні нееродованих і слабоеродованих чорноземів у польових сівозмінах необхідно вносити підвищені норми органічних добрив (21 т/га сівозмінної площі і приорювати 50 % соломи зернових культур).

· для збереження родючості середньо- і сильноеродованих чорноземів рекомендовано вивести їх з сільськогосподарського використання під постійне залуження, так як інтенсивність балансу гумусу в цих грунтах низька (-0,36 т/га). Тобто з року в рік прогресують процеси виснаження грунтів.

· на великих масивах слабо- і середньоеродованих грунтів польових сівозмін, розміщених на схилах до 50 (Попільнянський і Бердичівський райони Житомирської області), необхідно розмістити грунтозахисні сівозміни.

· для збалансування втрат у грунтозахисних сівозмінах, в т.ч. в комплексі з стокорегулюючими лісовими смугами, вносити більше 10 т/га сівозмінної площі органічних добрив.

· еродовані грунти грунтозахисних сівозмін, розміщені на схилах більше 50, перевести під постійне залуження.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі по визначенню направленості сучасних процесів грунтоутворення в еродованих чорноземах, що знаходяться в різних режимах сільськогосподарського використання, можливості їх регулювання і на основі цього розробці ефективних заходів відновлення родючості еродованих грунтів. Це виявляється в тому, що:

1. За останні 30 років площа еродованих сільськогосподарських угідь в зоні Лісостепу Житомирської області збільшилась з 27,3 тис. га до 83,9 тис.га., потенційна небезпека щорічного приросту еродованих угідь становить 1,9 тис. га. Чорноземи типові малогумусні починаючи з 60-х років, за рахунок постійного дефіциту органічної речовини, трансформуються у слабогумусовані.

2.Використання еродованих чорноземів типових, без відповідних заходів по охороні грунтів від ерозії, веде до трансформації процесу чорноземоутворення. В першу чергу це зниження родючості грунтів за рахунок:

·

·

·

3.Грунтозахисні сівозміни, включаючи і грунтозахисні сівозміни захищені стокорегулюючими лісовими смугами, за період з 1960 по 1999 роки не забезпечили повну зупинку ерозійним процесам. Це проявилось у щорічних втратах гумусу у генетичних горизонтах еродованих чорноземів, що відповідно становить 0,75-0,82 т/га і 0,21-0,44 т/га.

4.Ерозійні процеси спричинили фізичне руйнування гумусових горизонтів еродованих чорноземів і відповідно зміни у морфологічній будові та гранулометричному складі грунтів. Повністю втрачені гумусові горизонти в середньо- та сильноеродованих чорноземах. Постійне залучення в обробіток перехідних горизонтів (НРк, РНк, Рhк) спричинило втрати грунтового профілю чорноземів : у польових сівозмінах 12,7см у середньозмитих і 15,5 см у сильнозмитих чорноземах; у грунтозахисних 6,5 см і 7,1 см; у грунтозахисних захищених стокорегулюючими лісовими смугами 4,2 см і 5,9 см. До поверхні наближається карбонатна порода.

5.Внаслідок деградації еродованих чорноземів відбулося зменшення запасів азоту, фосфору, калію, зниження вмісту мікроелементів. Знизились запаси валових форм фосфору і калію (в % до запасів 1960-70 рр.) на 35,8-42,4% і 26,7-30,7% у еродованих грунтах польових сівозмін, 31,2-35,4% і 13,9-26,0% - у грунтозахисних та 10,3-11,5% і 8,4-9,5% - у грунтозахисних захищених стокорегулюючими лісовими смугами.

6. Тільки під постійним залуженням в сукупності зі всією біотою еродовані чорноземи мають високі захисні функції. Це проявилось у:

·

·

·

Ці результати свідчать, що тривале залуження еродованих схилів сприяє стабілізації процесів грунтоутворення. Ці темпи повільні, але вони економічно недорогі і сприяють поліпшенню екологічного стану грунтів і відновленню родючості.

7. В середньому за 1960-99 рр. у землеробстві Лісостепу Житомирської області склався стійкий від’ємний баланс гумусу у польових та грунтозахисних сівозмінах і позитивний – у грунтозахисних сівозмінах захищених стокорегулюючими лісовими смугами.

8.Розроблений бездефіцитний баланс органічної речовини при умові внесення всіх можливо накопичених добрив і приорювання 50% соломи зернових культур не дав змогу перекрити втрати у середньозмитих грунтах і збільшити накопичення у сильнозмитих. Тому надані рекомендації по залуженню цих грунтів для їх збереження.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Теоретичною основою пропозицій по охороні і відновленню грунтової родючості еродованих чорноземів є створення в Лісостепу агроценозів для стимулювання дернового (чорноземного) процесу грунтоутворення. Для впровадження цього в зоні Правобережного Лісостепу України необхідно :

1.Створення бездефіцитних балансів органічної речовини у сівозмінах. При розробці структури сівозміни необхідно врахувати не