Національний науковий центр
“Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН

Діденко Володимир Ілліч

УДК 631.459.3

ОЦІНЮВАННЯ ДЕФЛЯЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ ЗА УМОВ РІЗНОМАНІТНОГО
ТЕХНОЛОГІЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ ҐРУНТІВ ТА ДЕЯКІ ШЛЯХИ ЇХ ЗАХИСТУ

У ЗОНІ ПІВНІЧНОГО СТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.03 – агрогрунтознавство і агрофізика

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” Української академії аграрних наук

Науковий керівник кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Тімченко Дмитро Олегович, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН, завідуючий лабораторією охорони ґрунтів від ерозії

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор

Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет

ім. В.В.Докучаєва, проректор з навчальної роботи

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Тарасов Валерій Іванович, Луганський інститут агропромислового виробництва, завідуючий лабораторією охорони ґрунтів від ерозії

Провідна установа Національний аграрний університет, кафедра ґрунтознавства і охорони

ґрунтів, Кабінет Міністрів України, м. Київ

Захист відбудеться “ 23 ” січня 2007 р. о “ 13 ” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського,4

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4

Автореферат розісланий “ 23 ” грудня 2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Ф. Павленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дефляція ґрунтів є однією з найгостріших сучасних проблем багатьох сільськогосподарських регіонів України. Вона небезпечна перш за все тим, що веде до втрати (видування вітром) мілкозему - найбільш родючої частини ґрунту, що різко зменшує врожайність сільськогосподарських культур і порушує агроекологічний стан території. У процесі інтенсивного використання орних земель, родючість ґрунтів зазнала значних змін, характер яких залежить від особливостей агроландшафту, кліматичних умов та антропогенного чинника. Сьогодні виникнення вітрової ерозії носить вірогідний характер, який практично не можна прогнозувати. Локально дефляційні процеси на території Північного Степу проявляються майже щорічно. Кількість пилу, піднятого пиловими бурями протягом кількох днів на окремих ділянках рельєфу, може сягати 250 т/га. Значні втрати ґрунту мають місце під час прояву одного з різновидів повсякденної дефляції, тобто при механічній дії агротехніки на ґрунт, особливо на ділянках полів з інтенсивним вітровим режимом. Охорона і відновлення родючості ґрунтів має проводитись з врахуванням кліматичних особливостей регіону, притаманних ґрунту величин вітростійкості та ступеню його еродованості.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основою дисертації є матеріали науково-дослідної роботи, що виконувалася протягом 1997 –2005 рр. згідно тематичним планам лабораторії охорони ґрунтів від ерозії Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” і були складовою частиною НТП УААН “Родючість ґрунтів” за 1996-2000 рр., підпрограми 2 “Захист ґрунтів від ерозії і техногенної деградації”, по завданню 01.01 “Розробити технології захисту та раціонального використання еродованих і ерозійно небезпечних ґрунтів” (№ ДР 0196 U 012534), а також НТП “Родючість і охорона ґрунтів” за 2001-2005 рр. підпрограми 2 “Охорона ґрунтів від ерозії та техногенного забруднення” з завдання 01.01 “Розробити теорію формування ґрунтозахисних агроландшафтів на підставі вивчення природи і механізму просторово розподілених ерозії та дефляції” (№ ДР 0101U 006042).

Мета і завдання дослідження. Головною метою роботи є наукове обґрунтування критеріїв дефляції, прогноз втрат ґрунту від можливого її прояву у Північному Степу України, враховуючи і процеси повсякденної дефляції (агротехнічного пилення).

Для досягнення мети були виконані наступні задачі:

· досліджено механізми, динаміку та критерії кількісної оцінки агротехнічного пилення як складової повсякденної дефляції ґрунтів;

· опрацьовано прогнозні розрахунки можливих втрат ґрунту від дефляції у зоні Північного Степу України на конкретних дослідних ділянках залежно від рельєфу, гранулометричного складу верхнього шару ґрунту, грудкуватості, зв’язності, з врахуванням захисної дії полезахисних лісосмуг;

· науково обґрунтовано пропозиції щодо охорони ґрунтів у Північному Степу України.

Об’єкт дослідження – дефляційна стійкість чорнозему звичайного залежно від агротехнологій та природних умов Північного Степу України.

Предмет дослідження – динаміка і параметри дефляційних процесів на чорноземних ґрунтах.

Методи дослідження - просторово-часовий аналіз дефляційних процесів у чорноземних ґрунтах Північного Степу України. При виконанні роботи використовували методи польових досліджень, лабораторного моделювання та статистичний обробіток.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в Україні визначено кількісні параметри повсякденної дефляції (агротехнічного пилення). Визначено критичну незсувну швидкість та швидкість масового руху для ґрунтових часток <0,25 мм чорнозему звичайного важкосуглинкового у польових та лабораторних умовах. Проведено діагностику залежності між швидкістю руху машинно-тракторних агрегатів і утворенням ерозійних часток. Визначено та обґрунтовано механізми трансформації пилоповітряного потоку під час проявлення повсякденної дефляції (агротехнічного пилення) і пилових бур. Розроблено та випробувано в умовах Північного Степу України прилад для діагностики повсякденної дефляції ґрунтів. Зроблено підрахунки агротехнічного пилення та його кількісну оцінку залежно від марки машинно-тракторного агрегату, причіпних механізмів, швидкості їх руху та ін. на чорноземі звичайному важкосуглинковому. Зроблено розрахунки коефіцієнта агротехнічного пилення (АП) і визначено місце цього явища в загальному процесі втрат ґрунту від дефляції. Отримано дані про потенційні втрати ґрунту від дефляції на конкретних дослідних ділянках. Зроблено прогноз розвитку вітрової ерозії на території Північного Степу України у сучасних умовах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва. Розроблено та запропоновано ґрунтоохоронний спосіб контурно-смугового обробітку ґрунту для зони Північного Степу України.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень є науковою основою заходів з охорони ґрунтів від дефляції та раціонального використання земельних ресурсів. Результати дисертаційної роботи можна використовувати для розробки практичних рекомендацій з підвищення родючості ґрунтів та створення на сільськогосподарських угіддях екологічно збалансованих аґроландшафтів. Результати можуть бути використані для розрахунків оптимальних швидкостей руху агротехніки при виконанні технологічних операцій, для прогнозування забруднення повітряного басейну пиловими ґрунтовими частками.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає у формуванні основних ідей, що складають наукову новизну дисертації, аналізі літературних джерел за темою, організації експериментального проведення досліджень, узагальненні одержаних результатів, патентному пошуку, розробці та впровадженні винаходів, написанні дисертаційної роботи. Аналіз експериментального матеріалу, його статистичний обробіток, узагальнення висновків виконано самим автором.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи оприлюднені на V і VІ з’їздах УТГА (Рівне, 1998, Умань, 2002), на науково-виробничій конференції “Почва – удобрение – плодородие” (Мінськ, 1999), на міжвідомчій науково-тематичній конференції “Сільськогосподарські та біологічні науки” (м. Одеса, 2000), на конференціях ХНАУ (2001, 2002), на всеросійській конференції “Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям” (Москва, 2002) та інших конференціях м.Суми (2000), Житомира (2001), Харкова (2002), Києва (2003), Мінська (2003), Дніпропетровська (2004) та ін.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 19 опублікованих працях, у тому числі 2 винаходи, 14 статтях наукових журналів і збірниках (8 у фахових виданнях) та 3 тезах по матеріалах доповідей.

Структура і обсяг дисертації. Загальний обсяг 159 стор. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, пропозицій і додатків. Робота ілюстрована 17 малюнками і містить 14 таблиць, 7 додатків. Бібліографія – 203 найменування, у тому числі – 11 іноземних робіт.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Умови та методика проведення досліджень. Представлено первинні документи, оформлені в журналах, що містять результати аналізів загального вмісту гумусу в ґрунтах (за методом І.В.Тюріна спалювання за Б.А.Нікітіним), обмінно-увібраних катіонів (за методом Шоленберга), гранулометричного та мікроагрегатного складу (за методом Н.А.Качинського), визначення рухомих сполук фосфору та калію (за методом Чирикова), визначення вологості ґрунту (ГОСТ 28268-89), визначення глибини видування ґрунту (за методом С.С.Соболева), визначення кількості ерозійних часток у пилоповітряному потоці за допомогою універсального приладу – польового ерозіоміра (А.С. UA № 51930), сухе просіювання зразків ґрунту на віброскопі (за методом Булигіна С. Ю., Комарової Т. Д.), визначення критичної незсувної і швидкості масового руху для окремих часток ґрунту, їх продуванням у аеродинамічній установці (за методом М.С.Кузнєцова, Г.П.Глазунова, В.Я.Григор’єва), визначення зв’язності ґрунту (за методом У.С.Чепіла, яку доопрацьовано Є.І.Шиятим і А.Б.Лавровським), польові дослідження міжсмугового простору полів, що захищені полезахисними лісосмугами (за методом В.В.Захарова та за методом М.Й.Долгілевича), визначення вітрозахисних властивостей лісосмуг різних конструкцій (за методом А.Я.Смалька) та ін. Представлено також польові журнали, що містять точні прив’язки об’єктів досліджень, строки відбору ґрунтових зразків та ін.

Результати досліджень

Сучасні методики і прилади у дослідженні дефляційних процесів. Загальним недоліком пиловловлювачів є те, що через конструктивні особливості вони не дають одночасної можливості точної діагностики дефляційних процесів. Тобто, дані, які отримують окремо приладами для уловлення ґрунтових часток, що рухаються перекочуванням і окремо приладами, що вловлюють частки, які рухаються стрибками або у завислому стані розмежовані між собою у просторі і часі. Все це забирає багато часу на їхню почергову установку і нерідко призводить до значних похибок у підсумковій діагностиці дефляційних процесів. На основі отриманих даних, а також враховуючи недоліки відомих приладів, нами розроблено і випробувано новий прилад – польовий ерозіомір (А.С. UА №51930 А.- 2002), який є простим у користуванні та здатним одночасно вловлювати частки, що рухаються перекочуванням, стрибками і у завислому стані. Саме за допомогою цього приладу було встановлено кількісні показники особливого виду повсякденної дефляції – агротехнічного пилення за різної швидкості руху агротехніки. Нами підтверджено, що найбільш дефляційно небезпечною фракцією ґрунту, яка піддатлива до видування навіть при незнаних проявах повсякденної дефляції є частки <0,25 мм. Визначення меж протидефдяційної стійкості, а саме критичної незсувної і швидкості масового руху для часток ґрунту <0,25 мм проводили за допомогою аеродинамічної установки у лабораторних умовах ННЦ “ІҐА” УААН (табл. 1).

Таблиця 1

Результати продування ґрунтових часток <0,25 мм в аеродинамічній установці
при заданих швидкостях вітрового потоку

Номер

п/п | Швидкість вітрового потоку,

м/сек | Маса грунтового зразка, гр. | До продувки, | Після продувки за 6 хвилин | Залишок

(середнє) | Кількість здутого матеріалу | 1 | 2,6 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 0 | 2 | 2,7 | 50 | 47 | 45 | 48 | 47 | 49 | 47 | 3 | 3 | 2,8 | 50 | 35 | 33 | 37 | 34 | 38 | 35 | 15 | 4 | 2,9 | 50 | 25 | 28 | 24 | 23 | 29 | 26 | 24 | 5 | 3,0 | 50 | 16 | 20 | 15 | 18 | 19 | 17 | 33 | 6 | 3,1 | 50 | 6 | 11 | 9 | 8 | 6 | 8 | 42 | 7 | 3,2 | 50 | 6 | 3 | 2 | 5 | 3 | 4 | 46 | 8 | 3,3 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50 |

За швидкості 2,7 м/сек., яка знаходиться за межею критичної незсувної, маса площадки з часточками ґрунту почала помітно зменшуватись, а вже за швидкості 3,3 м/сек., що відповідає швидкості масового руху, на дослідній площадці не залишилось жодного міліграма ґрунту. Швидкість 2,7 м/сек. дорівнює 9,7 км/год, а 3,3 – 12 км/год. Тобто, лабораторними дослідженнями встановлено, що відповідні швидкості руху машинно-тракторних агрегатів є відповідно критичними для часток ґрунту <0,25 мм, що і було нами остаточно підтверджено у польових стаціонарних умовах.

Природні умови та характеристика ґрунтового покриву Північного Степу України. Загальною характеристикою чорнозему звичайного є агрономічно цінна водостійка зерниста структура чорноземів, значна насиченість кальцієм, високий вміст мулистих часток та велика кількість гумусу. Все це забезпечує добрий водно-повітряний режим, що разом з нейтральною реакцією ґрунтового розчину та відсутністю солей сприяє високій біологічній активності корисних мікроорганізмів. Зерниста структура та важкосуглинковий гранулометричний склад надають ґрунту високу водотривку здатність (вологоємкість) та високу гігроскопічність. Формування пилових бур у межах України починається за швидкості вітру >  м/с. Цілком очевидно, що чим триваліший вітер з вказаною швидкістю, тим більша небезпека формування пилової бурі. На ґрунтах легкого гранулометричного складу формування пилових бур починається і за менших швидкостей вітру. Нами створено картосхему грудкуватості, як одного з головних чинників вітростійкості основних грунтів для зони Північного степу України на найбільш дефляційно небезпечний період року (рис. ).

Рис. 1. Грудкуватість основних типів ґрунтів Північного Степу України (шар 0-3 см), %

Посилення сухості клімату у Північному Степу з півночі на південь обумовило у чорноземів звичайних зменшення товщини гумусованого горизонту у даному напрямку. За гранулометричним складом переважають важкосуглинкові різновиди – понад 85%, де переважає фракція крупного пилу, вміст якої у сумі з мулистою фракцією складає 70-80%. Отже, за певних посушливих умов з інтенсивним вітровим режимом на таких ґрунтах виникають досить значні пилові бурі. Серед чорноземів звичайних близько 53% займають еродовані ґрунти. У зв’язку з цим чорноземи звичайні слабозмиті мають гумусу на 17-26% менше, ніж нееродовані види, середньозмиті – на 30-40% і сильно змиті – на 50-60%. Дослідженнями встановлено, що зменшення вмісту гумусу в еродованих ґрунтах призводить до значного зниження їхньої протидефляційної стійкості.

Визначення протидефляційної стійкості чорнозему звичайного при різноманітному технологічному навантаженні. За підсумками досліджень, наслідком дії ходових систем тракторів (колісних і гусеничних) на ґрунт є збільшення вмісту ерозійних часток у верхній 0-3 см частині орного шару і зниження їх у більш глибоких прошарках. Тобто, верхня частина ґрунту розпилюється, а нижня - ущільнюється. У більшості випадків розпилення 0-3 см шару ґрунту під дією колісних тракторів є значно більшими у порівнянні з гусеничними. Так, якщо у середньому вміст ерозійних часток у поверхневому 0-3 см шарі після проходу колісних тракторів збільшувався у середньому до 50%, то після гусеничних тільки до 20%. В умовах більш високого вмісту ерозійних часток у шарі 0-3 см і більш низької вологості ступінь розпилення ґрунту зростала (табл. 2).

Таблиця 2

Динаміка грудкуватості чорнозему звичайного під дією ходових систем
тракторних агрегатів (за швидкості руху агротехніки до 10 км/год)

Марка

м/т

агрегату | Номер

досліду | Грудкуватість

вихідна, (%) | Вологість, (%) | Грудкуватість після проходу, (%) | Т-150 | 1 | 0,49 | 7 | 0,28 | 2 | 0,50 | 8 | 0,22 | 3 | 0,47 | 9 | 0,27 | 4 | 0,48 | 8 | 0,21 | 5 | 0,46 | 8 | 0,19 | середнє | 0,48 | 8 | 0,23 | ДТ-75 | 1 | 0,51 | 10 | 0,38 | 2 | 0,49 | 9 | 0,41 | 3 | 0,50 | 10 | 0,43 | 4 | 0,47 | 10 | 0,41 | 5 | 0,48 | 8 | 0,37 | середнє | 0,49 | 9 | 0,40 |

Відомо, що розпилення ґрунту є наслідком збільшення сили механічної дії на ґрунт при його обробітку. Чим більша ступінь розпилення ґрунту, тим більша небезпека видування. Це явище можна наочно спостерігати у районах з помірно посушливим кліматом, коли при обробітку підсушеного, а особливо сухого ґрунту, з-під коліс та гусениць тракторів, від борони лущильників, сіялок, котків та інших знарядь і механізмів піднімаються хмари пилу. За наявності навіть незначних потоків вітру пилова фракція виноситься за межі оброблюваних полів.

Наші прямі спостереження також показали, що за швидкості руху агротехніки до 9 км/год відбувається руйнування ґрунту у середньому на 27% від вихідного показника, а за швидкості
12 км/год – на 56%, тобто руйнування ґрунту збільшується більше, ніж у 2 рази і наближається до максимуму (Кр,60 для чорнозему звичайного важкосуглинкового) (рис. 2).

Рис. 2. Залежність коефіцієнту руйнування (Кр) чорнозему звичайного важкосуглинкового

від швидкості руху агротехніки (VA)

Розрахункові визначення кількості піднятого у завислий стан ґрунту під час виконання технологічних операцій проводились за даними польових досліджень, з врахуванням технічних характеристик різних типів агротехніки та їх взаємодію з ґрунтом.

За нашими дослідженнями, кількість гумусу у пиловій фракції агротехнічного пилення складає 4,8%, при 5,7% його вмісту у чорноземі звичайному. Фактично відбувається винос найбільш цінних з точки зору родючості, компонентів ґрунту.

Польові практичні дослідження агротехнічного пилення проводились за допомогою пристосувань, запропонованих першими дослідниками цього явища, тобто марлевих сачків різної форми і конфігурації для уловлення пилу, а також за допомогою удосконаленого нами приладу – польового ерозіоміра.

За нашими дослідженнями найбільш виражено агротехнічне пилення спостерігається в період весняно-польових робіт (табл. 3), коли поверхня ґрунту знаходиться у найбільш вітроерозійно небезпечному стані: значна кількість ерозійних частинок, присутність вітру східного напряму, висока інтенсивність польових робіт на критичних швидкостях руху ходових агрегатів (для ґрунтових часток < ,25 мм). У даному випадку – 6 технологічних операцій було виконано протягом одного місяця при вирощуванні кукурудзи на зерно: боронування, культивація на 6 – 8 см, культивація на 10 –12 см, коткування допосівне, посів, коткування посівів – це склало величину агротехнічного пилення 4,28 т/га.

Таблиця 3

Кількість (г) піднятих у завислий стан часток ґрунту менше 0,25 мм під час виконання

різних технологічних операцій за різної швидкості руху агротехніки

на чорноземі звичайному

Номер

досліду | Боронування | Культивація | Коткування | 12

км/год | 9

км/год | 12

км/год | 9

км/год | 12

км/год | 9

км/год | Грудкуватість у шарі 0-2 см | 0,42 % | 0,46 % | 0, 48 % | 1 | 27,3 | 5,8 | 4,1 | 0,7 | 4,6 | 0,9 | 2 | 24,9 | 6,1 | 4,2 | 0,6 | 5,1 | 1,1 | 3 | 25,6 | 6,3 | 3,8 | 0,9 | 5,0 | 1,3 | 4 | 24,3 | 5,9 | 3,6 | 0,7 | 4,6 | 1,0 | 5 | 26,9 | 6,2 | 4,0 | 0,5 | 4,7 | 1,2 | середнє | 25,8 | 6,1 | 3,9 | 0,7 | 4,8 | 1,1 |

Отже, враховуючи коефіцієнти руйнування та співвідношення вмісту окремих часток ґрунту, агротехнічне пилення при збільшенні швидкості руху агротехніки від 9 до 12 км/год збільшується відповідно у 4 рази.

Інтенсифікація сільського господарства на сучасному етапі зближує його з промисловим виробництвом. Однак сільськогосподарським роботам властиві свої гігієнічні особливості, обумовлені специфікою виробничого процесу. Так, згідно ГОСТу 12.1.005_, допустимі концентрації пилу у повітрі робочих приміщень повинні знаходитись в межах від 1,0 до 10,0 мг/м3 повітря. Сьогодні забрудненість робочої зони при роботі на тракторах і комбайнах може коливатися у дуже великих діапазонах (до 1300 мг/м3), тобто перевищує верхню межу допустимої концентрації більше ніж у 130 разів.

Сільськогосподарське значення полезахисних смуг. Втрати ґрунту від дефляції з врахуванням захисної дії лісосмуг. Нашими дослідженнями встановлено, що основна маса чорноземів Північного Степу має середні показники зв’язності від 25 до 55% та поступово збільшується з південного заходу на північний схід. Але, навіть, як здається, благополучна відносно вітрової ерозії частина ґрунтів має лише середню потенційну стійкість, яка ще знижується під час прояву посушливості клімату.

У зв’язку з цим нами розроблено картосхему величин коефіцієнту руйнування ґрунтових агрегатів для зони Північного Степу України, де за основу взято величину зв’язності (рис. 3).

Рис. 3. Коефіцієнт руйнування ґрунтових агрегатів ґрунтів Північного степу України

Нашими дослідженнями підтверджено, що вітрозахисна ефективність сучасної мережі лісосмуг не є постійною величиною, а знаходиться у відповідній динаміці. Переважні напрямки пилових, суховійних та хуртовинних, як окремо взятих вітрів, у зоні Північного Степу України, досить не стійкі, що нерідко призводить до протиріч і помилок при проектуванні лісосмуг. Так, повторюваність тільки суховійних вітрів за період “квітень-жовтень” спостерігається у досить різноманітних румбах.

За нашими дослідженнями важливе значення мають принципи формалізації прогнозу втрат ґрунту від вітрової ерозії і саме технологічний блок визначення можливих втрат ґрунту, що базується на слідуючих конкретних підставах. Вітер під час прояву пилових бур має постійну швидкість, яка дорівнює максимальній швидкості 20%_ної забезпеченості. Перенесення дрібнозему на всій незахищеній механічними перепонами площі поля постійно зростає з віддаленням від навітряного боку, а при досягненні розрахункової величини залишається постійним за одним агрофоном. Дальність захисного впливу лісосмуг та інших механічних перепон розраховується за умов, за якими з зони захисту може бути винесено не більше 2,5 т/га в рік для чорноземних ґрунтів.

На основі базових напрацювань ІГА УААН, нами розроблено картосхему потенційно можливих втрат ґрунту від вітрової ерозії у зоні Північного Степу України. За параметри визначення потенційно можливих втрат ґрунту, перш за все, брали до уваги: сезонну грудкуватість, коефіцієнт руйнування ґрунтових агрегатів, періодичність виникнення посух, гідротермічний коефіцієнт, тривалість кожної пилової бурі (подобово та у годинах), середні максимальні швидкості вітру у період прояву пилових бур та інші показники. Так, найбільш вразливі і піддатливі пиловим процесам є південна і південно-східна частини Північного Степу, де потенційні втрати ґрунту від дефляції можуть сягати 300 і навіть 500 т/га за рік (рис. 4). Що, власне і було нами підтверджено, зокрема на полях Ясинуватського району Донецької обл., під час прояву пилових бур 1999 р.

Рис. 4. Потенційно можливі втрати ґрунту від вітрової ерозії
на території Північного Степу України, т/га за рік

Шляхи формування ґрунтоохоронних агроландшафтів в умовах Північного Степу України. Середні показники ГТК у районі досліджень в окремі роки знаходяться в межах від 0,7 (помірно посушливого) до 1,0 (помірно зволоженого). Тобто, поряд з дефляційною небезпекою реально існує загроза виникнення водної ерозії. На розораних схилах мають місце також процеси механічної ерозії. Для середньо – і сильно – еродованих схилових грунтів та грунтів із генетично-сформованим вкороченим профілем існує небезпека значного виорювання залишків гумусового горизонту на окремих ділянках поля. Все це негативно відображається на властивостях грунту та його родючості.

Отже, при вирішенні питання оптимізації використання земель необхідно розв’язати не менш важливе питання розміру та геометрії робочих ділянок, що в кінцевому результаті визначає успіх справи охорони ґрунтів від ерозії та дефляції. Бажано проектувати вузькі одно- чи дворядні дерево-чагарникові смуги поперек схилу, тобто розміщувати їх за контуром, але з уздовж схиловим нахилом до 0,5 %. Спроба повністю перейняти поверхневий стік у минулому призвела тільки до дискредитації ідеї його регулювання. За високих водовіддач (зливи, бурхливе сніготанення) неможливо затримати увесь поверхневий стік. Завдання полягає в його безпечному скиданні у гідрологічну мережу без ерозійного руйнування грунтів.

В основу нашого винаходу (“Спосіб контурно-смугастого обробітку ґрунту” АС на винахід UA № 69229 А. –2004) поставлено задачу удосконалення напрямку обробітку ґрунту згідно рельєфу та ступеню еродованості ґрунтів. При цьому спостерігається значне зниження впливу на агроландшафти негативних кліматичних факторів: пилових бур, суховіїв, злив, які призводять до змиву та видування ґрунту, до зниження врожайності с/г культур. Разом з тим, створення своєрідних “замкнених” міжсмугових терас надасть можливість безпечно накопичувати вологу, наприклад, у вигляді снігу. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі, де використовується контурно-смугастий обробіток ґрунту, закріплення смуг виконують шляхом посадки високостовбурних чагарникових рослин, наприклад, ліщини. Такі куліси є надійними механічними перешкодами, при відстані між ними у 12 висот (зона “затишку”). Полезахисні куліси доцільно розташовувати у вигляді хвилястих смуг, з таким розрахунком, щоб “хвилі” поряд розташованих куліс умовно перекривали одна-одну, не створюючи прямого просвіту для вітрового “коридору” (рис. 5).

Рис. 5. Контурно-смуговий спосіб розміщення полезахисних
куліс на схилах

Завдяки цьому у всі пори року, будь-які напрямки суховійних і пилових вітрів зустрінуть на своєму шляху надійну перешкоду. При високих водовіддачах (зливи, бурхливе сніготанення) передбачено умови найбільш безпечного повільного сходження стоку у гідрологічну мережу без ерозійного руйнування грунтів. Реалізація проектування подібним шляхом в умовах сучасного сільськогосподарського виробництва забезпечує уповільнення і припинення антропогенно прискорених процесів ерозії та дефляції. За рахунок додаткового вологопостачання у зоні затишку куліс, створюється специфічний комфортний мікроклімат, де завдяки значному зменшенню швидкості вітру, зменшуються витрати вологи на випаровування з поверхні ґрунту та на транспірацію рослинами. Все це загалом зумовлює істотну економію вологи (в умовах Північного Степу України до 150 мм), що для зони з недостатнім зволоженням може забезпечити значний приріст врожаю.

При цьому проектування ґрунтозахисних агроландшафтів для забезпечення надійного захисту ґрунтів від ерозії та дефляції повинно чітко відповідати кліматичним, ґрунтовим та геоморфологічним умовам регіону.

ВИСНОВКИ

У дисертації узагальнено результати досліджень і дано нове наукове вирішення задачі, що полягає у встановленні закономірностей прояву дефляції, з врахуванням захисної дії сучасної мережі лісосмуг, при різноманітному технологічному навантаженні в умовах тривалої дії агротехнічних факторів. Розроблено ґрунтозахисну технологію шляхом запропонованого контурно-смугового способу обробітку ґрунту, з метою значного зменшення негативного впливу суховіїв, дефляції та ерозії і отримання в умовах Північного Степу України сталих врожаїв сільськогосподарських культур.

1. У процесі механічних обробок динаміка грудкуватості, як одного з основних показників стійкості ґрунту до видування, може змінюватись у межах 50% від вихідної. Величина грудкуватості у значній мірі залежить від виду технологічної операції та швидкості руху агротехніки.

2. Встановлено, що технологічні роботи пов’язані з механічним впливом на ґрунт, які виконуються на підвищених швидкостях, мають більш низьку якість у порівнянні з роботами, які виконуються на середніх швидкостях. Збільшення швидкості руху агротехніки веде до збільшення тягового опору, що веде до збільшення кришення і розпорошення ґрунту (деформації руйнівного типу).

3. При критичних швидкостях руху агротехніки збільшується кількість вибитих із смуги спокою дефляційно небезпечних часток, які легко насичують пилоповітряний потік, провокуючи дефляційні процеси. Втрати ґрунту при цьому можуть зростати у 4 і більше разів. Відповідно збільшується запилення повітря, посилюючи бактеріальну забрудненість, що негативно впливає на санітарно-епідеміологічний стан регіону.

4. Найбільш піддатливі процесам агротехнічного пилення як особливого виду повсякденної дефляції є частки ґрунту менші 0,25 мм. Це підтверджено також експериментально продуванням ґрунтових часток в аеродинамічній установці. Визначено величини від критичної незсувної до швидкості масового руху часток менших 0,25 мм, які знаходяться в межах: 2,7 – 3,3 м/сек, що відповідає швидкості руху агротехніки від 9,7 до 12 км/год.

5. Розроблено винахід та випробувано у стаціонарних польових умовах, універсальний прилад для діагностики і кількісної оцінки процесів дефляції. Встановлено. що під час проявлення дефляції пилоповітряний потік виходить далеко за межі 0 – 200 см висоти. Визначальними факторами вертикального градієнту є швидкість вітру і температурна стратифікація приземного шару атмосфери.

6. Найбільш активно агротехнічне пилення проявляється у період весняно-польових робіт, коли поверхня ґрунту знаходиться у найбільш вітроерозійно-небезпечному стані через наявність значної кількості ерозійних частинок, присутність вітру східного напрямку, високу інтенсивність польових робіт, що здійснюються на критичних швидкостях руху агротехніки. Агротехнічне пилення як одне з складових повсякденної дефляції призводить до виносу і втрат найбільш родючої фракції ґрунту.

7. Загальні втрати ґрунту від пилових бур у Північному Степу України перевищують допустимі межі (2,5 т/га на рік). При цьому чорноземи звичайні мають лише середню потенційну стійкість, яка ще знижується в умовах посухи та інтенсивного механічного обробітку. Агротехнічне пилення значно збільшує у часі і просторі небезпеку виникнення дефляційних процесів. За швидкості руху агротехніки 12 км/год і швидкості вітру понад 15 м/сек (початок пилової бурі) втрати ґрунту від дефляції зростають до катастрофічних розмірів.

8. Визначено, що у сучасних умовах сільськогосподарського виробництва одним з найбільш поширених засобів захисту ґрунтів у зоні Північного Степу від пилових бур є мережа полезахисних лісосмуг. Встановлено, що полезахисні лісосмуги непродувної конструкції гарантовано захищають ґрунти від дефляції тільки до 5 висот.

9. Встановлено, що значні втрати ґрунту у зоні Північного Степу України відбуваються також за рахунок ерозійних процесів. Враховуючи всю низку факторів негативного впливу ерозії та дефляції, визначено сучасні головні напрямки та критерії захисту ґрунтів. Запатентовано і випробувано новий науково обґрунтований спосіб контурно-смугового проектування полезахисних смуг для створення збалансовано - захищених агроландшафтів Північного Степу України.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. У зоні Північного Степу України пропонується застосовувати новий ґрунтоохоронний спосіб контурно-смугастого обробітку ґрунту для захисту агроландшафтів від негативного впливу суховіїв, ерозії і дефляції, а також у цілях накопичення продуктивної вологи на полях та створення захисту у вигляді снігу від вимерзання озимих культур в екстремальні періоди року.

2. У разі збільшення швидкості вітру понад 15 м/сек, враховуючи захисну спроможність сучасної мережі лісосмуг, технологічні польові роботи, пов’язані з механічним впливом на ґрунт, доцільно проводити на середніх швидкостях руху агротехніки, або взагалі їх призупинити. Так як, під час прояву такого роду дефляції, тобто пилової бурі і агротехнічного пилення разом узятих, процеси видування ґрунту значно посилюються, втрати ґрунту збільшуються у багато разів.

Список опублікованих праць

1. Булигін С.Ю., Тімченко Д.О., Діденко В.І., Зуза В.О. До питання моніторингу процесів дефляції грунтів // Вісник аграрної науки. - 2002. № 1 - С. 58-60 (співавтор ідеї, експериментальні дані, їх аналіз, узагальнення, висновки).

2. Діденко В.І. Вплив агротехнологій на втрати ґрунту // Вісник аграрної науки. - 2003.- № 9.-С. 78-80.

3. Булыгин С.Ю., Тимченко Д.О., Диденко В.И. Агротехническое пыление – фактор ускорения эродирования черноземов // Грунтознавство. - 2003.-№ 3 с. 57-62. (теоретична частина, інтерпретація експериментальних даних, висновки).

4. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Нормування розрахункової основи вітростійкості агроландшафтів України // Вісник СДАУ : Агрохімія і біологія. - 2000. - Вип. №4. - С. 177-181 (аналіз стану проблеми, експериментальні дослідження, висновки).

5. Діденко В.І. Розпилення ґрунту ходовими апаратами сільськогосподарських машин // Вісник ДААУ - 2001. - № 2. - С. 152-155.

6. Булигін С.Ю., Тімченко Д.О., Байдюк М.І., Діденко В.І., Верещака І.В. Раціональне використання вологи в умовах прояву водної та вітрової ерозії в Україні // Вісник ХДАУ - 2001. - №1. - С. 22-27 (експериментальні дослідження, їх аналіз, узагальнення, висновки).

7. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Вплив руху сільськогосподарських машин на агротехнічне пилення ґрунту // Вісник ХДАУ. - 2001. - № 3. - С. 146-147 (дослідження, аналіз, висновки).

8. Діденко В.І. Вплив швидкості руху агротехніки на верхній шар ґрунту // Вісник ХНАУ. – 2002. - № 2. - С. 52-55.

9. Булигін С.Ю., Тімченко Д.О., Діденко В.І., Байдюк М.І., Кривов В.М. Небезпека проявлення вітрової ерозії грунтів в Україні // Вісник аграрної науки Південного регіону. - 2000. - № 1. - С. 144-150 (отримання експериментальних даних, їх аналіз, узагальнення, висновки).

10. Булигін С.Ю., Тімченко Д.О., Діденко В.І. Польовий ерозіомір // Авторське св-во на винахід UА №51930 А.- 2002 (експериментальні дослідження, патентний пошук аналогів винаходу, математичні розрахунки формули).

11. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Спосіб контурно-смугастого обробітку ґрунту // Авторське свідоцтво на винахід UA № 69229 А. –2004 (експериментальні дослідження, патентний пошук аналогів винаходу, математичні розрахунки формул).

12. Діденко В.І. До питання вивчення вітростійкості чорноземів північного Степу України // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец вип. до V з’їзду УТГА. – Ч. 3. – Харків. - 1998.- С. 9.

13. Тимченко Д.О., Диденко В.И. Прогноз ветроэрозионных процессов в Лесной Зоне (на примере Украинского Полесья) // Материалы науч.-произв. конф. “Почва - удобрение - плодородие” Бел. НИИ ПА - Минск. – 1999. – С. 207-209 (теоретична частина, інтерпретація експериментальних даних, висновки).

14. Булигін С.Ю., Тімченко Д.О., Байрак М.В., Байдюк М.І., Діденко В.І. Методика підрахунків збитків від спалювання пожнивних решток // На замовлення Мінекобезпеки України. - Харків. - 2000. - 16с (аналіз стану проблеми, експериментальні дослідження, їх узагальнення, висновки).

15. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Вітроерозійні втрати ґрунту від агротехнічного пилення // Тези доп. науково-практичн. конф.: Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи. - Харків. - 2000. - С. 12 (експериментальні дослідження, їх аналіз, висновки).

16. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Динаміка агротехнічного пилення орних грунтів Північного Степу України // Агрохімія і ґрунтознавство. - Спец. вип. до VI з’їзду ґрунтознавців та агрохіміків УТГА. - Ч. 3. - Умань. - 2002.- С.142-144 (експериментальні дослідження, їх аналіз, узагальнення, висновки).

17. Тимченко Д.О., Диденко В.И. Механизмы и критерии оценки устойчивости почв Украины к агротехническому пылению // Тезисы докл. Всероссийской конф.: “Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям”. - Москва. - 2002. - С. 112 (експериментальні дослідження, їх аналіз, висновки).

18. Тімченко Д.О., Діденко В.І. Агротехнічне пилення орних грунтів Харківської області // Бюл. № 6: Наукове забезпечення агропромислового виробництва Харківської області. - Харків. - 2002. - С. 31-32 (експериментальні дослідження, інтерпретація даних, висновки).

19. Диденко В.И. Современные агроланшафты Северной Степи Украины в условиях проявления эрозии и дефляции почв // Теоретические и прикладные вопросы изучения и использования почвенно-земельных ресурсов. – Сб.: Межд. научн.- практ. конф., посвящ. 70-летию кафедры почвов. БГУ. - Минск. - 2003.- С. 128-130.

АНОТАЦІЯ

Діденко В.І. Оцінювання дефляційних процесів за умов різноманітного технологічного навантаження ґрунтів та деякі шляхи їх захисту у зоні Північного Степу України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.03 – агроґрунтознавство і агрофізика. Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН. Харків, 2006.

В дисертаційній роботі розкрито сучасні погляди на процеси дефляції. Проведено дослідження потенційної вітростійкості найбільш дефляційно небезпечної фракції – часток ґрунту <0,25 мм чорнозему звичайного у польових та лабораторних умовах. Розроблено та випробувано універсальний прилад для діагностики дефляційних процесів. Визначено та обґрунтовано деякі механізми трансформації пилоповітряного потоку під час проявлення повсякденної дефляції (агротехнічного пилення) у зоні Північного Степу України. Зроблено підрахунки агротехнічного пилення та його кількісну оцінку. Отримано дані потенційних втрат ґрунту в результаті дефляційних процесів з урахуванням захисної дії сучасної мережі лісосмуг. Запропоновано шляхи захисту грунтів в умовах прояву дефляції та ерозії у зоні Північного Степу України.

Ключові слова: грунт, дефляція, пилоповітряний потік, полезахисні смуги.

АННОТАЦИЯ

Диденко В.И. Оценка дефляционных процессов в условиях различной технологической нагрузки почв и некоторые пути их защиты в зоне Северной Степи Украины. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.03. – агропочвоведение и агрофизика. Национальный научный центр “Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского” УААН. Харьков, 2006.

В диссертационной работе раскрыты современные взгляды на процессы дефляции. Разработан и испытан новый универсальный прибор для диагностики дефляционных процессов, который позволяет одновременно улавливать частицы, движущееся перекатыванием, скачкообразно и во взвешенном состоянии.

Проведены исследования потенциальной ветростойкости наиболее дефляционно-опасной фракции – частиц почвы <0,25 мм чернозема обыкновенного. Лабораторными исследованиями, с помощью аэродинамической установки, были определены критическая несдвигаемая и скорость массового движения для мелкозема (частиц меньше 0,25 мм). В полевых условиях прослежено влияние машинно-тракторных агрегатов и прицепных механизмов на верхний слой почвы при различной технологической нагрузке. Установлена взаимосвязь между скоростью движения агротехники и интенсивностью дефляционных процессов (агротехнического пыления).

Определены и прослежены в динамике некоторые механизмы трансформации пылевоздушного потока во время проявления повседневной дефляции (агротехнического пыления) в зоне Северной Степи Украины. Выполнены расчеты агротехнического пыления и его количественная характеристика. Получены данные потенциальных потерь почвы в результате дефляционных процессов с учетом защитного действия современной сети лесополос. На основании наших исследований и базовых наработок Национального Научного Центра “Институт почвоведения и агрохимии им. А. Н. Соколовского” Украинской академии аграрных наук, разработаны картосхемы комковатости основных почв на наиболее дефляционно-опасный период года, коэффициента разрушаемости почвенных агрегатов, потенциально – возможных потерь почвы от ветровой эрозии на территории Северной Степи Украины. Рассмотренны пути защиты почв в условиях проявления дефляции и эрозии в зоне Северной Степи Украины. Разработан и предложен сельскохозяйственному производству новый почвозащитный способ обработки почвы. Он позволяет на распаханных склонах безопасно аккумулировать влагу в корнеобитаемом слое. Это происходит за счет аккумуляции талых и ливневых вод в зоне затишья зигзагообразно расположенных полезащитных полос, при расстоянии