ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БАГОРКА Марія Олександрівна

УДК 631.95:631.452

АГРОЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ РОДЮЧОСТІ ЗМИТИХ ГРУНТІВ В ПІДЗОНІ ЧОРНОЗЕМІВ ЗВИЧАЙНИХ

03.00.16 – екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Дніпропетровськ – 2002

Дисертацією є рукопис

Дисертаційна робота виконана у Дніпропетровському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Наукові керівники – доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Масюк Микола Трохимович

кандидат сільськогосподарських наук, доцент,

Забалуєв Віктор Олексійович,

Дніпропетровський державний аграрний університет, завідувач кафедри грунтознавства та екології.

Офіційні опоненти – доктор сільськогосподарських наук, професор,

Писаренко Віктор Микитович,

Полтавська державна аграрна академія, завідувач кафедри екології і ботаніки.

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник, Коваленко Володимир Юхимович,

Інститут зернового господарства УААН, провідний науковий співробітник, завідувач лабораторії агрохімії і грунтознавства,

Провідна установа – Національний аграрний університет (м. Київ), кафедра грунтознавства та охорони грунтів, Кабінет Міністрів України

Захист відбудеться 26 квітня 2002 року о 10 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.804.02 в Дніпропетровському державному аграрному університеті за адресою 49600, м. Дніпропетровськ, 27, вул. Ворошилова, 25, корпус 1, конференцзал (ауд. 342).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського державного аграрного університету.

Автореферат розісланий 20.03.2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, професор Чабан І.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Серед багатьох проблем, які існують у сільському господарстві, найголовнішою є забезпечення сталості землеробства, підвищення його ефективності на основі зростання родючості грунту.

В Україні площі еродованих грунтів становлять понад 15 млн га, а на території Дніпропетровської області – 44 % площі сільськогосподарських угідь (1109,7 тис. га), в тому числі 35 % – слабозмиті, 7 % – середньозмиті та 2 % – сильнозмиті. За останні 30 років площа змитих угідь збільшилась на 177 тис. га, а недобір продукції складає щорічно 217,0 тис. т зерна, 35,2 тис. т соняшнику і 218,4 тис. т кормових одиниць кормів.

Для забезпечення сталості та високої продуктивності агроценозів першочергове значення має застосування грунтозахисної системи землеробства, яка забезпечить бездефіцитний (позитивний) баланс гумусу та основних поживних речовин, поліпшить фізико-хімічні та агрофізичні показники грунту. Ерозія спричиняє порушення поживного режиму, знижує стійкість грунту до забруднення.

В процесі сільськогосподарського використання родючість грунтів схилів зазнає цілу низку змін, характер яких залежить від агроекологічних особливостей ландшафту і антропогенного чинника.

Відновлення і підвищення родючості грунтів схилів має проводитись стосовно до окремих культур з урахуванням їх біологічних особливостей. Розглядаючи в єдності рослину і грунт, як організм і середовище мешкання, можна поступово підійти до вирішення питання про відновлення та підвищення родючості грунтів схилів.

Дисертаційна робота присвячена детальному вивченню забезпеченості змитих грунтів елементами живлення в підзоні чорноземів звичайних та ефективної родючості, яка відображена продуктивністю сільськогосподарських культур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи була складовою тематичного плану НДІ агроекології Дніпропетровського державного аграрного університету і виконувалась за Державною науково-технічною програмою: “Система збереження і раціонального використання агроекологічного потенціалу України” і темою: “Розробити еколого-біологічні основи районування сільськогосподарських культур,” № Держреєстрації 0196У021021.

Мета і завдання досліджень. Головна мета: вивчити агроекологічні особливості родючості змитих грунтів схилів в підзоні чорноземів звичайних у зв'язку з генезисом та морфологією і за допомогою індикаторних культур (горох, ячмінь) виявити особливості системи грунт – рослина, які допоможуть при створенні адаптованих фітоценозів на грунтах схилів. Для досягнення мети вирішувались наступні завдання:–

Вивчити родючість грунтів схилів, виражену кількісним та якісним складом гумусу, азоту, фосфору, калію і ферментативною активністю в залежності від екологічних умов.–

Дослідити морфологічні ознаки і генезис грунтів схилів в підзоні чорноземів звичайних та їх зміну під впливом антропогенного чинника.–

Дослідити мікроелементний склад змитих грунтів в залежності від агроекологічних умов.–

Провести фітоіндикацію родючості грунтів схилів по профілю.–

Дослідити макро- і мікроелементний склад сільськогосподарських культур при вирощуванні на грунтах схилів різної експозиції.–

Вивчити споживання сільськогосподарськими культурами макро- і мікроелементів на грунтах схилів.–

Дати екологічну характеристику цілинних грунтів схилів.

Об'єкт досліджень – зміна морфологічних ознак, потенційної та ефективної родючості, макро- і мікроелементного складу грунтів і рослин під впливом природних екологічних та антропогенних чинників.

Предмет досліджень – плакорні грунти та змиті грунти орних і цілинних схилів різної експозиції в підзоні чорноземів звичайних.

Методи досліджень. Для вивчення родючості грунтів схилів застосовувались польові, вегетаційні і лабораторні методи.

В зразках грунту визначали гумус за методом І.В. Тюріна в модифікації Симакова і Ципльонкова; фракційний склад гумусу – за методом М.М. Кононової; загальний азот, фосфор – за методом К.Е. Гінзбург та ін.; фізико-хімічні властивості, нітрифікаційну здатність за Кравковим; засвоюваний фосфор, обмінний калій за Мачігіним і Чириковим; фракційний склад фосфатів за Чангом-Джексоном; мікроелементи – 1 н HCl і ААБ рН 4,8 – витяг; уреазну і фосфатазну активність за Галстяном; гранулометричний склад – за Качинським.

В сухому рослинному матеріалі обчислювали азот, фосфор, калій за методом К.Е. Гінзбург та ін. (1963), мікроелементи на атомно-абсорбційному спектрофотометрі “Сатурн-3” за методикою ЦИНАО.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених досліджень встановлено, що в умовах Степу України грунти схилів є самостійними генетичними утвореннями інтразонально-зонального типу. Вперше встановлено, що схили різних експозицій на одних і тих самих позначках мають різний генезис, морфологію, потенційну та ефективну родючість і відрізняються не тільки кількісним, але і якісним складом гумусу, сполук азоту, фосфору і калію, та ферментативною активність.

Вперше встановлено особливості розподілу мікроелементів по профілю грунтів схилів і споживання їх горохом і ячменем та вплив на це антропогенного чинника

Встановлено реакцію гороху та ячменю, які належать до різних еколого-трофічних груп, на родючість профілю і генетичних горизонтів грунтів схилів.

Практичне значення отриманих результатів. Викладені наукові положення та висновки використовуються філіалом Укрземпроекту при складанні проектів землеустрою господарств, забезпечили реалізацію потенціалу гороху та ячменю. Диференційоване розміщення культур на грунтах схилів забезпечило економічний ефект по гороху 900-1150 грн/га, по ячменю 140-630 грн/га.

Особистий внесок здобувача. Проведення польових, лабораторних та вегетаційних досліджень, аналіз і теоретичне обгрунтування одержаної наукової інформації, узагальнення у наукових статтях, проведення статистичного аналізу одержаних даних, розрахунок економічного ефекту, перевірка результатів досліджень у виробничих умовах.

Апробація роботи. Основні результати досліджень були викладені і обговоренні на наукових конференціях агрономічного факультету Дніпропетровського державного аграрного університету (1999-2000 рр.), конференції молодих вчених Інституту зернового господарства УААН (м. Дніпропетровськ, 2000 р.), міжнародній конференції “Проблемы образования в области экономики окружающей среды и экологии” (м. Дніпропетровськ, 1999 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель” (Дніпропетровськ, 2001 р.), на IV міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2001 р.).

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 11 наукових робіт. Із них статей у фахових виданнях – 5 (3 одноосібні).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація включає вступ, огляд літератури, експериментальну частину, яка складається з чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 222 сторінках тексту комп'ютерного набору, ілюстрована 6 рисунками має 89 таблиць. Список використаних джерел нараховує 220 найменувань, серед яких 20 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В розділі 1 “Огляд літератури” на основі аналізу літературних даних наведений короткий огляд стосовно виникнення, розвитку ерозійних процесів, впливу їх на властивості грунту і зв'язок цих показників із захистом грунтів від ерозії. Розглянуто основи генезису, морфології змитих грунтів, питання родючості та захисту їх від руйнівних процесів.

В розділі 2 “Програма, методика та умови проведення досліджень.”

Вивчення агроекологічних особливостей родючості змитих грунтів проводилось в підзоні чорноземів звичайних, в учгоспі ДДАУ “Самарський” Дніпропетровської області, на базі науково-дослідного стаціонару створеного тут у 1987 році. По всій його довжині (1200 м) розташовані три балки, одна з них глибиною до 30 м і крутістю до 7?, дві інші – більш мілкі з крутістю до 3?; вони трансформують типові степові екологічні умови. Площа дослідного поля – 14 га. Для грунтів дослідного поля характерна різноманітна еродованість яка залежность від екологічних умов, головну роль в яких відіграє рельєф, що є головним чинником перерозподілу екологічних умов – освітленості, теплозабезпеченості, вологи. На одних і тих самих позначках (над рівнем моря) схилів північної експозиції формуються слабозмиті грунти, південної – середньо- і сильнозмиті, на плакорах – типові чорноземи звичайні малогумусні середньопотужні на лесах. Екологічна оцінка грунтів за Г.І. Висоцьким складає: на плакорі – 100 умовних балів, на схилах північної експозиції – 74, південної – 44 бали.

Одночасно грунтові дослідження проводили на схилах північної і південної експозицій цілинної балки, розташованої неподалік від дослідного поля. Крутизна схилів 25-30?, і грунти визначені як поховані, слабо- і середньоеродовані, мають намитий горизонт 40-50 см.

Для визначення генезису, морфології, хімізму та родючості грунтів схилів на дослідному полі (орні грунти) і цілинній балці зафіксовано дослідні ділянки на плакорі, схилі північної і південної експозицій, зроблено грунтове обстеження і по профілю, до глибини 100 см, відібрано грунтові зразки через кожні 10 см для визначення грунтово-агрохімічних показників родючості і для закладення вегетаційного досліду, з горохом сорту Норд і ячменем Зерноградський 73 (1997-2000 рр.). П'ятикілограмові посудини (Журбицький, 1969) набивали грунтом з кожного 10-сантиметрового шару. Повторність трикратна. В дослідах визначали висоту і суху масу рослин. Вирощували по два врожаї на рік.

Результати проведених досліджень обробляли методом дисперсійного аналізу (Б.А. Доспехов, 1985).

Розділ 3 “Генезис, морфологія, хімізм та родючість орних і цілинних змитих грунтів в підзоні чорноземів звичайних.” “

Генезис і морфологія змитих грунтів.” Утворені на схилах еродовані грунти мають багато перехідних генетичних форм, які відрізняються від зональних і тільки нагадують грунти плакорів інших зон. Грунти схилів не можна розглядати як похідні від чорноземів, розвинених на вододілах. На схилах грунти утворюються в інших екологічних умовах, і навіть при відсутності ерозії потужність профілю не буде такою, як на плато, розташованому поряд.

Грунти схилів являють собою не еродовані різновиди вододільних видів чорнозему, а особливі, більш арідні грунти, на які додатково наклався процес ерозії. Основною генетичною групою грунтів Степу, а отже, і дослідного господарства є чорноземи звичайні малогумусні середньопотужні на лесах і лесоподібних суглинках. В Дніпропетровській області їх площі становлять 1 млн 280 тис. га. У морфолого-генетичному відношенні гумусовий профіль їх характеризується послідовно змінюваними генетичними горизонтами: гумусовим або перегнійно-акумулятивним (Н), перехідним верхнім (Hp) і нижнім (Ph) та грунтоутворювальною материнською породою (Pk) – табл. 1.

Серед еродованих грунтів Степової зони і Дніпропетровської області найбільш поширені слабозмиті грунти. Вони займають 40 % орних земель і залягають на схилах 1-3?. Їх площа в області становить 868,7 тис. га. Під середньозмитими грунтами 167,9 тис. га сільськогосподарських угідь, розташованих в середній і нижній частинах схилу (в залежності від експозиції).

Таблиця 1

Морфолого-генетична характеристика грунтів схилів в підзоні

чорноземів звичайних

Елемент рельєфу, грунт Потужність генетичних горизонтів, см Глибина залягання, см Бонітет, бали

H H+Hp H+Hp+Phk Лінія закипання Горизонт “белоглазки”

Плакор (повнопрофільний чорнозем) 38 56 75 60 80 100

Схил північної експозиції (слабозмитий грунт) 26 45 60 30 68 74

Схил південної експозиції (середньозмитий грунт) - 25 40 З поверхні 57 44

Генезис і морфологія цілинних грунтів схилів і грунтів орних схилів в окремих випадках відрізняються. На цілинних грунтах формуються дернові (намиті) грунти, з намитим гумусовим горизонтом до 40-50 см і особливою будовою грунтового профілю. На схилі північної експозиції під намитим гумусовим горизонтом (Н) похований слабозмитий грунт, а на схилі південної експозиції – середньозмитий. Ці грунти нами визначено як поховані слабо- і середньозмиті грунти на лесоподібних суглинках.

Гранулометричний склад і фізико-хімічні властивості змитих грунтів в залежності від екологічних умов. В результаті досліджень нами встановлені зміни у вмісті механічних часток в грунтах схилів в залежності від екологічних умов.

На плакорі, де розташовані повнопрофільні чорноземи звичайні, гранулометричний склад визначається як пилувато-важкосуглинковий із вмістом “фізичної глини” (< 0,01 мм) 52,57-53,96 %, і мулу – 27,51-37,25 %. На схилі північної експозиції слабозмиті грунти мають крупнопилуватий середньосуглинковий гранулометричний склад: вміст часток < 0,01 мм – 30,59-37,12 %, а мулу 11,46-24,98 %. У порівнянні з плакором грунти схилів мають значно менше дрібного пилу в шарі 0-60 см – 2,39-6,25 % (9,38-14,42 % на плакорі).

На схилі північної експозиції цілинної балки грунти пилувато-важкосуглинкові із вмістом часток < 0,01 мм – 45,53-55,07 %, на схилі південної експозиції пилувато-середньосуглинкові – 38,04-43,22 %.

В наших дослідженнях збільшення еродованості, в залежності від експозиції схилу, призводило до зниження суми поглинених основ. В орному шарі (0-30 см) повнопрофільного чорнозему звичайного ємність вбирання становила 31,4 мг-екв на 100 г грунту, знижуючись на схилі північної експозиції на 18 % і на схилі південної експозиції на 37 %.

На схилах північної і південної експозицій цілинної балки сума вбирних основ в шарі 0-10 см дорівнювала 26,8-26,0 мг-екв на 100 г грунту, поступово зменшуючись до глибини 90-100 см – 22,0-18,4 мг-екв на 100 г грунту.

Вміст карбонатів в шарі 0-10 см збільшується від 0,2 % (плакор) до 7,0 % (схил південної експозиції), а в шарі 0-30 см від 1,4 до 8,8 % відповідно.

Вміст карбонатів на схилах північної експозиції цілинної балки до глибини 30-40 см становив 0,3-0,7 %, а південної 0,6-4,8 %.

Екологічні умови впливають на pH грунту, що справляє значний вплив на властивості грунту і розвиток рослин. Орні грунти схилів північної і південної експозицій в шарі 0-20 см мають pHсольове – 7,5-7,9, в порівнянні з плакором 6,2-6,3, а pHводне – 8,2-8,6 і 7,1 відповідно. Грунти схилів цілинної балки в шарі 0-10 см мають pHсольове – 6,02-6,87 і pHводне – 6,9-7,6, а на глибині до 8,62-8,81.

Таким чином, зміна фізико-хімічних властивостей як орних, так і цілинних грунтів схилів, обумовлена специфічною будовою профілю і гранулометричним складом.

Агроекологічні особливості гумусового стану змитих грунтів. У зв'язку з розвитком ерозійних процесів на грунтах схилів режим накопичення гумусу порушений (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив екологічних умов на вміст і запаси гумусу в орних грунтах схилів

(дослідне поле)

Шар грунту, см Плакор, чорнозем звич. повнопрофільний Схил північної експозиції, слабозмитий грунт Схил південної експозиції, середньозмитий грунт

% т/га С,% % т/га С,% % т/га С,%

0-10 4,25 51,0 2,50 3,26 39,0 1,90 2,00 24,0 1,18

10-20 4,05 48,6 2,38 2,90 34,8 1,71 1,90 22,8 1,11

20-30 3,90 46,8 2,29 2,80 33,6 1,65 1,80 21,6 1,06

30-40 2,90 34,8 1,79 2,70 32,4 1,59 1,90 22,8 1,11

40-50 2,20 26,4 1,29 1,50 18,0 0,88 1,10 13,2 0,65

50-60 2,00 26,0 1,18 1,20 15,6 0,71 0,60 7,2 0,35

60-70 1,90 24,7 1,12 0,90 11,7 0,53 0,50 6,5 0,29

70-80 1,40 18,2 0,82 0,70 9,1 0,41 0,20 2,6 0,12

80-90 0,60 7,8 0,35 0,80 10,4 0,47 0,20 2,6 0,12

90-100 0,60 7,8 0,35 0,50 6,5 0,29 0,10 1,3 0,06

0-100 292,1 211,1 124,6

За нашими дослідженнями, у повнопрофільному чорноземі звичайному на плакорі вміст гумусу по профілю змінювався від 4,25 (шар 0-10 см) до 0,6 % (шар 90-100 см). В той же час на схилі північної експозиції (слабозмитий грунт) – 3,26 і 0,5 %, на схилі південної експозиції (середньозмитий грунт) – 2,0 і 0,1 % відповідно. Зниження вмісту гумусу в грунтах схилів більшою мірою зумовлено їх експозицією.

Таким чином, грунти схилів північної та південної експозицій відрізняються вмістом гумусу.

При дослідженні грунтів схилів цілинної балки, де спостерігається намив грунту, встановлено, що вміст гумусу на схилі північної експозиції становив 7,85 % (шар 0-10 см), зменшуючись з глибиною, і навіть на глибині 100 см дорівнював 2,05 %. На схилі південної експозиції ці показники були 7,20 і 1,83 %, а на плакорі 5,15 і 0,97 % відповідно. Порівняння запасів гумусу на цілинних і орних грунтах схилів свідчить про інтенсивну дегуміфікацію в умовах оранки, яка охоплює не тільки орний шар.

Різноманітність екологічних умов грунтоутворення позначається не тільки на вмісті гумусу і характері його розподілу в грунтовому профілі, а й на якісному складі і природі гумусових речовин. Так, на плакорі в чорноземах звичайних малогумусних вміст гумінових кислот становив 0,670-0,775 %, фульвокислот 0,348-0,369 %, а співвідношення Сгк : Сфк 1,82-2,23. Зміна екологічних умов в умовах схилів північної і південної експозицій, знижувала кількість гумінових кислот відповідно до 0,650-0,542 % і 0,370-0,360 %, на фоні практично однакового вмісту фульвокислот (0,347-0,352 %). На схилах цілинної балки вміст гумінової кислоти був в два, а фульвокислот в півтора раза вище, ніж на орних грунтах схилів.

Азотний режим грунтів схилів. Вміст загального азоту в грунтах знаходиться в відомій відповідності із вмістом органічної речовини. Під впливом змиву вміст азоту значно знижується (табл. 3).

Таблиця 3

Вміст загального азоту, фосфору та калію в орних грунтах, %

Шар, см Азот Фосфор Калій

1 2 3 1 2 3 1 2 3

0-10 0,24 0,20 0,17 0,136 0,132 0,112 – – –

10-20 0,22 0,22 0,15 0,134 0,121 0,109 2,24 2,20 2,13

20-30 0,22 0,17 0,15 0,131 0,120 0,099 – – –

30-40 0,21 0,15 0,13 0,122 0,116 0,078 2,30 2,16 2,11

40-50 0,20 0,13 0,10 0,124 0,107 0,087 – – –

50-60 0,14 0,11 0,10 0,122 0,099 0,088 2,28 2,14 2,01

60-70 0,14 0,10 0,09 0,116 0,087 0,088 – – –

70-80 0,11 0,10 0,08 0,107 0,078 0,081 – – –

80-90 0,11 0,08 0,08 0,087 0,098 0,081 – – –

90-100 0,10 0,08 0,08 0,088 0,087 0,077 – – –

Примітка: 1 – плакор (повнопрофільний чорнозем);

2 – схил північної експозиції(слабозмитий грунт);

3 – схил південної експозиції (середньозмитий грунт).

На схилі південної експозиції, де розташовані середньозмиті грунти, в шарі 0-10 см кількість азоту на 30 % нижче, ніж в повнопрофільних, і на 15 %, ніж в слабозмитих грунтах. При цьому запаси азоту (шар 0-100 см) на схилі північної експозиції становили 17,0 т/га, на схилі південної експозиції – 14,0 т/га, на плакорі – 21,0 т/га.

Вміст загального азоту в грунтах цілинної балки в шарі 0-10 см дорівнював на схилах північної експозиції 0,46 %, південної 0,38 %, і навіть на глибині 90-100 см ці показники були 0,15 і 0,14 % відповідно. Запас загального азоту в метровому шарі становив 31,4-33,9 т/га. Під впливом ерозії співвідношення С : N в орних грунтах стає вужчим – 9,5 і 7,1 при 10,3 на плакорі.

Відповідно до загального азоту відзначена зміна засвоюваних форм азоту в грунтах схилів. В орному шарі (0-30 см) схилу північної експозиції вміст суми мінерального азоту був на 28 %, а на схилі південної експозиції на 36 % нижчим, ніж на плакорі (31,1 мг/кг). Енергія нітрифікації знижувалась від 27,1 мг/кг (плакор) до 17,8 (слабозмитий грунт) і 16,2 мг/кг (середньозмитий грунт). Запас мінерального азоту в орному шарі грунтів схилів – 80,5 і 71,9 кг/га (при 111,8 кг/га на плакорі).

В грунтах схилів цілинної балки нітрифікаційна здатність і енергія нітрифікації значно вища, ніж в орних грунтах, а запас мінерального азоту становив в шарі 0-100 см 238,4 кг/га на схилі північної експозиції, 219,2 кг/га на схилі південної експозиції і 231,3 кг/га на плакорі. Одночасно зареєстрована висока уреазна активність, що можна пояснити дією рослин. В результаті розкладу рослинних решток стимулюється мікробіологічна активність в ризосфері.

Фосфорний режим грунтів схилів. Вміст загального фосфору в грунтах схилів різної експозиції і на плакорі піддається значним коливанням (0,136 % – плакор, 0,112 % – схил південної експозиції) і залежить від вмісту гумусу і гранулометричного складу (табл. 2). Материнська порода має достатньо високий вміст фосфору , але по доступності вона значно поступається верхнім горизонтам.

Грунти схилів цілинної балки містять загального фосфору 0,195-0,196 %, а запаси його 20,2-19,6 т/га.

Вплив ерозійних процесів позначається не тільки на вмісті валового фосфору і його запасах в орних і підорних шарах, але й на складі фосфатів. Так, кількість фосфатів заліза знижувалась на 37 % (30 мг/кг на плакорі), фосфатів алюмінію на 60 % (45 мг/кг на плакорі). Фосфати кальцію максимально зосереджені в карбонатних перехідних горизонтах і материнській породі.

Грунти схилів збіднені на доступні для рослин форми фосфатів. На схилі південної експозиції це зниження, у порівнянні з плакором (29,0 мг/кг) становило 45-50 %. Запаси доступного фосфору в метровому шарі грунтів схилів зменшуються на 30-50 % (183 кг/га на плакорі).

Порівнюючи фосфатний режим орних грунтів схилів і цілинної балки, можна відзначити, що , вміст рухомих форм в грунтах схилів балки нижче, ніж на оранці. Це може бути обумовлено утворенням в процесі мінералізації рослин фосфорних сполук, які поглинаються і закріплюються в грунті, утворюють нерозчинні сполуки. Одночасно, в грунтах схилів на 37-83 % знижується активність ферменту фосфатази, що свідчить про низьку мобілізацію грунтових фосфатів.

Отже, під впливом екологічних умов фосфор в грунтах схилів втрачається для рослин.

Калійний режим грунтів схилів. За вмістом калію звичайні чорноземи належать до добре забезпечених, але при посиленні ерозійних процесів спостерігається тенденція до зменшення вмісту валового калію (табл.3).

Вміст обмінного калію в повнопрофільному чорноземі значний і коливається від 349 мг/кг в верхньому шарі до 170 мг/кг в глибині профілю. На схилі північної експозиції ці показники були 208 і 89 мг/кг, а на схилі південної експозиції – 139 і 96 мг/кг відповідно. Значне падіння можна пояснити полегшенням гранулометричного складу і вимиванням калію у вигляді водного розчину, тим більше, що в карбонатних грунтах розчинність сполук калію підвищується. В той же час вміст обмінного калію в цілинних грунтах схилів становив 569-470 мг/кг.

Таким чином, незважаючи на значні запаси валового і обмінного калію в орних чорноземах звичайних, під впливом ерозійних процесів їх кількість зменшується, що свідчить про необхідність поліпшення калійного режиму для рослин за рахунок добрив.

Вплив екологічних умов на вміст і розподіл мікроелементів. При досліджені родючості змитих грунтів особлива увага приділялась вивченню таких екологічних показників, як вміст і запаси мікроелементів, впливу на них антропогенного чинника та екологічних умов.

Вміст більшості мікроелементів в грунті знаходиться в прямій залежності від кількості гумусу. В грунтах плакору, схилів північної і південної експозицій вміст і запаси резервних форм марганцю, міді, заліза, нікелю, свинцю, хрому в глибину по профілю знижувались.

Як видно на рис. 1, кількість марганцю в шарі 0-30 см на плакорі становила 237 мг/кг, на схилах північної експозиції 202, південної 138 мг/кг, цинку – 12,4; 10,1; 5,5 мг/кг, міді – 5,2; 4,4; 3,1 мг/кг відповідно. Така ж закономірність спостерігалась практично по всіх вивчених мікроелементах, крім стронцію, кадмію і цезію, що було зумовлено зміною pH. Екологічні умови схилів різної експозиції значно впливають на запаси резервних мікроелементів в грунтах різного ступеня змитості. Запас мікроелементів в шарі 0-100 см на грунтах схилів зменшувався від 6 % до 2 разів.

Під впливом екологічних умов концентрації рухомих мікроелементів змінюються більше ніж у 10 разів, тоді як коливання по макроелементах значно нижчі.

Значний вплив на вміст рухомих мікроелементів екологічні умови чинять в шарі 0-10 см. При визначенні цього показника в шарі 0-30 см спостерігалося під впливом змиву зниження рухомого марганцю на 25-48 % (99 мг/кг на плакорі), кобальту на 24-19 % (1,92 мг/кг на плакорі), хрому на 20-30 % (1,52 мг/кг на плакорі), заліза на 5-30 % (2,71 мг/кг на плакорі). Одночасно підвищувались рухомі форми мікроелементів в карбонатних шарах, що пов'язано з підвищенням pH. Визначення запасу рухомих мікроелементів показало залежність, подібну до вмісту.

Грунти схилів цілинної балки в шарі 0-30 см мали більший вміст і запаси, ніж в орних, резервних форм марганцю, цинку, міді, кобальту, нікелю, свинцю, хрому, рубідію, літію (рис. 1), але вміст і запаси рухомих форм міді, кобальту, нікелю, свинцю, кадмію, рубідію були значно нижчі, ніж в орних грунтах схилів.

Ці два факти пов'язані з органічною речовиною грунту, з якою мікроелементи утворюють складні і комплексні сполуки, менш доступні для рослин.

Отже, порівнюючи екологічний стан змитих грунтів, необхідно відзначити зниження вмісту важливих для рослин (мікроелементів марганцю, цинку, міді, заліза), що негативно позначається на живленні рослин, а вміст, розподіл і рухомість мікроелементів в змитих грунтах набувають важливого значення при моніторингу навколишнього середовища.

Розділ 4 “Порівняльне вивчення ефективної родючості орних і цілинних грунтів схилів.”

Ефективна родючість змитих грунтів, виражена продуктивністю гороху.

Для визначення ефективної родючості по продуктивності сільськогосподарських культур використовували горох як біологічний індикатор, який є мезотрофом і за рахунок азотфіксації знімає обмеження, зумовлені неоднаковим вмістом азоту в генетичних горизонтах. Тобто горох може індиціювати ті зміни в екологічних умовах, на які не в змозі реагувати рослини інших екотрофічних груп. Ефективна родючість генетичних горизонтів змитих грунтів, визначена продуктивністю гороху, знаходиться в залежності від вмісту гумусу, поживних макро- і мікроелементів, біохімічних властивостей грунту (табл. 4).

Таблиця 4

Продуктивність гороху та ячменю на окремих горизонтах змитих грунтів

(г/ посудину)

Елемент рельєфу Рік H Hp Phk Pk

горох ячмінь горох ячмінь горох ячмінь горох ячмінь

Плакор 1998 - 7,43 - 3,47 - 2,96 - 1,87

1999 - 7,99 - 4,71 - 3,36 - 2,52

2000 - 9,75 - 9,30 - 8,20 - 8,10

Середнє - 8,39 - 5,82 - 4,84 - 4,16

Схил північної експозиції 1998 8,46 7,65 6,29 4,31 5,95 3,40 4,97 2,74

1999 11,0 10,1 9,27 6,61 8,95 5,88 9,63 5,26

2000 10,0 8,07 9,40 5,90 10,4 5,90 10,3 5,60

Середнє 9,82 8,60 8,32 5,61 8,43 5,06 8,30 4,57

Схил південної експозиції 1998 - - 7,69 6,12 5,71 4,78 5,68 4,10

1999 - - 9,28 5,57 8,82 3,80 9,16 4,91

2000 - - 9,50 6,90 9,95 5,98 9,84 5,72

Середнє - - 8,82 6,19 8,16 4,85 8,23 4,91

НІР0,95 г/посудину 0,70 0,67 1,2 0,57 1,5 0,29 1,13 0,30

В середньому за три роки ефективна родючість, виражена продуктивністю гороху, була максимальною на горизонті Н схилу північної експозиції 9,82 г/посудину, знижуючись в нижніх генетичних горизонтах на 16 %. Горизонт Нр, який на схилі південної експозиції був на поверхні, мав ефективну родючість на 6 % більшу, ніж цей горизонт на схилі північної експозиції. В обох випадках ефективна родючість з роками підвищувалась на всіх генетичних горизонтах, особливо на горизонті Pk – 2,2-2,0 рази. Це пояснюється більш швидким переходом потенційної родючості в ефективну в результаті виносу його на денну поверхню.

В грунтах схилів цілинної балки в середньому за три роки найбільш родючим був горизонт Н (гумусовий горизонт) на схилі північної експозиції (9,66 г/посуд.), що пояснюється значною його намитістю. Другий перехідний горизонт Phk і материнська порода Pk по продуктивності гороху різнились незначно (7,88-8,53 г/посуд.). Зареєстровано підвищення продуктивності гороху в середньому на 46-65 %, у порівнянні з першим роком.

Вплив екологічних умов на споживання горохом макроелементів. Споживання макроелементів – азоту, фосфору і калію горохом коливалось в залежності від екологічних умов. Вміст азоту, фосфору і калію найбільший у рослин на схилі північної експозиції, що позначалось на загальному виносі цих елементів (рис. 2.).

Горох на грунті орного схилу північної експозиції виносив на 13-15 % більше поживних речовин, ніж на схилі південної експозиції. З більш глибоких горизонтів винос азоту горохом зменшувався на 45 %, фосфору – на 37 %, калію – на 55 %.

Максимальний винос азоту, фосфору і калію горохом по профілю грунтів схилів цілинної балки був на схилі північної експозиції – 231,8; 32,8 і 143,9 мг/посудину, зменшуючись на схилі південної експозиції на 25; 30 і 41 % відповідно. Необхідно акцентувати, що споживання і винос горохом основних макроелементів був вищий у рослин на грунтах орних схилів, ніж цілинних: по азоту – на 15 %, фосфору – на 32 %, калію – на 14 %.

Мікроелементний склад гороху в залежності від екологічних умов. У вегетаційному досліді ми досліджували споживання горохом мікроелементів – Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Pb, Fe, Cd, Cr, Rb, Cs, Li.

Рослини гороху вміщували значну кількість заліза (100-137 мг/кг), марганцю (35,9-50,4 мг/кг), цинку (20,9-40,8 мг/кг), в той час як кадмію 0,116-0,242 мг/кг, а хрому – сліди. Мікроелементний склад гороху на різних шарах грунтів орних схилів знаходився в близьких межах, знижуючись на більш глибоких горизонтах. На схилі північної експозиції винос цинку на орних грунтах схилів по профілю становив 286-144 мкг/посудину, марганцю – 375-236, заліза – 1376-565, міді – 76-27 мкг/посудину; зі схилу південної експозиції: 319-101; 329-192; 60-33 мкг/посудину, а таких токсичних елементів як свинець – 33,5-13,1; 32,2-9,1, та кадмій – 1,4-0,7 і 1,9-1,0 мкг/посудину відповідно.

На грунтах схилів цілинної балки, незважаючи на відсутність змиву, рослини гороху споживали менше мікроелементів, ніж в цих же умовах на грунтах орних схилів, що свідчить про зниження ефективної родючості відносно мікроелементів.

Таким чином, поглинення мікроелементів горохом знаходиться в залежності від екологічних умов і розділено на три групи: елементи підвищеної концентрації – Mn, Zn, Fe; середньої – Cu, Ni, Pb, Rb, Cs і низької – Cd, Co.

Ефективна родючість змитих грунтів, виражена продуктивністю ячменю. Чітку реакцію на зміну екологічного середовища проявляє ячмінь – мегатроф. В умовах вегетаційного досліду спостерігалась чітка реакція ячменю на зміну родючості генетичних горизонтів грунтів схилів різної експозиції.

В середньому за три роки максимальна маса сухої речовини була на гумусовому горизонті Н схилу північної експозиції – 8,60 г/посудину, при 8,39 г/посудину на плакорі, на схилі південної експозиції (горизонт Нр) – 6,19 г/посудину (табл. 4). В горизонті Нр продуктивність ячменю знижувалась на 35-41 %, в горизонті Phk на 42 % і на материнській породі на 52 % у порівнянні з продуктивністю на гумусовому горизонті. На схилі південної експозиції (середньозмитий грунт) винесення горизонту Hpk на поверхню сприяло підвищенню продуктивності ячменю на 10 % у порівнянні з врожаєм на такому ж горизонті слабозмитого грунту і повнопрофільного чорнозему. Це можна пояснити мобілізацією засвоюваних поживних речовин при винесенні на денну поверхню, підвищенням нітрифікаційної здатності і уреазної активності.

Продуктивність ячменю на генетичних горизонтах цілинних схилів була значно вища, ніж на орних, і навіть на материнській породі дорівнювала 4,75-5,19 г/посудину, що на 32-60 % вище, ніж за цих самих умов на грунтах орних схилів. Зіставляючи ефективну родючість генетичних горизонтів орних схилів, виражену продуктивністю ячменю, необхідно відзначити щорічне підвищення родючості, що свідчить про активну мобілізацію поживних речовин грунту.

Вплив екологічних умов на споживання ячменем макроелементів. Максимальний вміст азоту в ячмені був при вирощуванні його на грунті схилу північної експозиції (слабозмитий грунт) в шарі 0-10 см (2,56 %), поступово знижуючись на більш глибоких шарах до 1,6 %. В той самий час на схилі південної експозиції ячмінь містив азоту на 7-18 % менше. Вміст фосфору був максимальний (0,826 %) на плакорі (0-10 см), знижуючись на 18-35 % на грунтах схилів, а вміст калію в усіх умовах коливався від 3,42 до 3,73 %. В середньому за 1997-1999 рр. винос ячменем азоту, фосфору і калію на плакорі і схилі північної експозиції був близький (рис. 3.), а на схилі південної експозиції знижувався на 46 %, 55, 30 % відповідно.

При вирощуванні ячменю на грунтах схилів цілинної балки була суттєва зміна його хімічного складу за рахунок зниження вмісту фосфору в 1,8-2 рази, ніж на грунтах орних схилів (0,826-0,540 %), і його виносу. В цьому випадку ми спостерігали фосфорну нестачу візуально – появу фіолетового забарвлення.

Отже, ячмінь на всіх шарах генетичних горизонтів грунтів орних і цілинних схилів максимально споживав азот і калій. Співвідношення N : P : K в рослинах ячменю в умовах орних схилів в середньому дорівнювало 1 : 0,26 : 1,3, а на грунтах цілинних схилів 1 : 0,18 : 1,04.

Споживання ячменем мікроелементів в залежності від умов вирощування. Споживання мікроелементів ячменем знаходиться в прямій залежності від вмісту їх рухомих форм в грунті. Вміст мікроелементів в ячмені, що вирощувався на генетичних горизонтах змитих грунтів і на повнопрофільних значно коливався. Так, в шарі 0-10 см середньозмитого грунту (схил південної експозиції) кількість цинку знижувалась на 40 %, міді – на 57, заліза – на 27, літію – на 35 % при вмісті на звичайному чорноземі 11,1; 4,4; 94; 3,7 мг/кг сухої речовини відповідно. Надходження марганцю в ячмінь в грунтах схилу північної експозиції підвищилось на 77 %, а показники свинцю, кадмію, хрому, рубідію на всіх грунтах були близькими.

На всіх грунтах вміст кобальту і нікелю був слідовий.

На грунтах схилів цілинної балки ячмінь містив значно менше цинку, марганцю, міді, стронцію, заліза, кадмію, ніж на орних змитих грунтах. Наприклад, вміст цинку в ячмені на шарах 0-30 см орного схилу північної експозиції коливався від 9,9 до 9,5 мг/кг, цілинного – 5,6-6,0 мг/кг, на схилі південної експозиції – 9,4-6,7 та 9,4-4,8 мг/кг. Аналогічна закономірність спостерігалась по всіх досліджених мікроелементах.

Винос ячменем цинку з грунтів схилів цілинної балки в середньому по профілю становив 31,7-32,6; марганцю – 39,9-28,9; міді – 18,9-13,6; заліза – 267-226; рубідію – 102,7-73,0 мкг/посудину.

Таким чином, реакція рослин на вміст мікроелементів в грунті повинна завжди досліджуватися для конкретної системи грунт – рослина. Однак ступінь прояви цього зв'язку дуже мінливий, залежить від багатьох екологічних факторів. Концентрації мікроелементів в рослинах ячменю виявляють дуже широкі варіації.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення питань агроекологічних особливостей родючості змитих грунтів шляхом встановлення змін у вмісті гумусу, азоту, фосфору, калію, мікроелементів в грунтах схилів. Обгрунтована доцільність диференційованого їх використання при вирощувані сільськогосподарських культур, що виявляється у наступному:

1. За своїм генезисом грунти схилів являють собою не еродовані різновиди вододільних видів чорнозему, а особливі, більш арідні грунти, на які додатково наклався процес ерозії. Грунти схилів – то є генетичне утворення інтразонально-зонального типу. Еродовані грунти займають у Дніпропетровській області 44 % площі сільськогосподарських угідь (1109,7 тис. га). Загальна екологічна оцінка, за Г.М. Висоцьким, становить для грунтів схилу північної експозиції 74 бали, схилу південної експозиції – 44 бали, плакору – 100 умовних балів.

2. Фізико-хімічні і хімічні властивості орних грунтів схилів обумовлені специфічною будовою профілю, гранулометричним складом. Зменшення, у відсотковому відношенні, глинистої і мулястої фракцій спричинює зниження ємності вбирання на 18 % (31,4 мг-екв/ 100 г грунту на плакорі), а підвищення кількості карбонатів (від 0,5 до 1,7 % в орному шарі) сприяє підвищенню реакції грунтового середовища (pHсольове від 6,2 до 7,8). Ємність вбирання цілинних грунтів схилів дорівнює 26,0-28,0 мг-екв/ 100 г грунту.

3. Встановлена залежність потенційної і ефективної родючості від екологічних умов (експозиції, крутизни схилів) та господарчого використання. Вміст гумусу в орному шарі схилу північної експозиції на 26 %, а на схилі південної експозиції на 53 % менше, ніж на плакорі (4,07 %). Зміна якісного стану гумусу відбувається в бік зниження вмісту гумінової кислоти (з 0,670-0,775 до 0,360-0,370 %) і звуження співвідношення Сгк : Сфк до 1,03-1,06 (1,80-2,23 на плакорі). Запас гумусу на плакорі в шарі 0-100 см становив 292 т/га, на схилі південної експозиції – 124,6 т/га. В метровому шарі грунтів схилів цілинної балки максимальний запас гумусу на схилі північної експозиції – 506,2 т/га, що на 10 % вище, ніж на схилі південної експозиції.

4. Вміст загального азоту в орному шарі грунтів схилів коливався від 0,20 до 0,17 % на схилі північної експозиції, від 0,17 до 0,13 % на схилі південної та 0,24-0,22 % на плакорі. Запас азоту в