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

ЛІСНЯК АНАТОЛІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ

УДК 631.67 : 631.587 : 631.95

ВИЛУЧЕНІ ЗІ ЗРОШЕННЯ ЗЕМЛІ: СПРЯМОВАНІСТЬ ҐРУНТОВИХ ПРОЦЕСІВ, ОЦІНКА АГРОЕКОЛОГІЧНОГО

СТАНУ ТА ШЛЯХИ ЙОГО ПОЛІПШЕННЯ

06.01.03 – агроґрунтознавство 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” УААН, Українська академія аграрних наук.

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор,

член-кореспондент УААН

Балюк Святослав Антонович, Національний науковий центр „Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, заступник директора з наукової роботи

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, проректор з навчальної роботи

доктор сільськогосподарських наук, професор Кізяков Юрій Євгенович, Південний філіал „Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету, завідувач кафедри ґрунтознавства, меліорації і екології

Провідна установа

Державний агроекологічний університет, кафедра охорони природних ресурсів, Міністерство аграрної політики України, м. Житомир

Захист відбудеться “ 15 ” лютого 2006 р. о 1300 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 “ ” 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Ф. Павленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В теперішній час, із загальної площі 2,2 млн. га зрошуваних земель в Україні фактично поливається від 500 до 800 тис. га, або 20-35 %. Решта земель з різних причин тимчасово або остаточно вилучена зі зрошення. В періоди, коли вони тривало зрошувались водою різної якості, в них відбулись певні зміни хімічних, фізико-хімічних та інших властивостей ґрунтів, у результаті чого ці землі характеризуються різним еколого-меліоративним станом на момент їх вилучення зі зрошення. Недостатньо вивченими при цьому є оборотні і необоротні ґрунтові процеси та режими, які зараз відбуваються на землях, що вилучені зі зрошення. Мало дослідженою також залишається довготривала післядія добрив і хімічних меліорантів як на вилучених зі зрошення, так і на зрошуваних землях. У зв’язку з цим актуальною постає проблема вивчення сучасної спрямованості ґрунтових процесів на землях, вилучених зі зрошення та зі зниженим рівнем інтенсивності зрошуваного землеробства, оцінки й поліпшення їх агроекологічного стану, охорони й подальшого використання в сучасному аграрному виробництві.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів Національного наукового центру „Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН. Дослідження проводили в межах НТП УААН на 2001-2005 рр. „Родючість і охорона ґрунтів”, завдання 02.03 „Розробити агроекологічну класифікацію і ресурсозберігаючі технології адаптивного управління родючістю зрошуваних, солонцевих і вилучених зі зрошення земель” (№ ДР 0101U006037).

Мета і задачі дослідження. Головна мета роботи – встановити закономірності розвитку та спрямованості сучасних ґрунтових процесів і режимів на землях, що вилучені зі зрошення та при зниженні інтенсивності зрошуваного землеробства, оцінити агроекологічний стан цих земель та запропонувати шляхи його поліпшення. Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

виявити закономірності змін сольового режиму, окремих фізико-хімічних, хімічних, мікробіологічних властивостей ґрунтів, режиму поживних речовин, гранулометричного й мікроагрегатного складу ґрунтів та врожаїв сільськогосподарських культур при вилученні зі зрошення земель, які поливалися водами різної якості та при зниженні інтенсивності зрошуваного землеробства;

вивчити довготривалу післядію різних систем удобрення та хімічної меліорації, показавши їх вплив на родючість досліджуваних ґрунтів і урожайність сільськогосподарських культур, як на вилучених зі зрошення землях, так і на землях, що зрошуються;

удосконалити систему оцінки агроекологічного стану вилучених зі зрошення земель;

сформулювати комплекс агромеліоративних заходів з поліпшення агроекологічного стану вилучених зі зрошення земель та підвищення їх продуктивності.

Об’єкт дослідження. Сучасні ґрунтові процеси та режими у чорноземних ґрунтах при вилученні їх зі зрошення та довготривала післядія різних систем удобрення і хімічної меліорації.

Предмет дослідження. Сольові, фізико-хімічні, хімічні, поживні характеристики ґрунтів, їх мікробіологічна активність, урожайність сільськогосподарських культур і агроекологічний стан земель.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження ґрунтувалися на системному підході до розглянутої проблеми з використанням методів аналізу й синтезу. Експериментальні дослідження передбачали проведення польових та мікропольових дослідів за існуючими методиками. Окремі питання вирішували в лабораторному модельному досліді за спеціально розробленою схемою та методикою експериментального моделювання. Фізико-хімічні та хімічні аналізи ґрунтів проводилися за атестованими та тимчасово допущеними до використання методиками з наступною статистичною обробкою даних.

Наукова новизна одержаних результатів. На єдиній методичній та теоретичній основі проведено комплексне вивчення динаміки сучасних ґрунтових процесів і режимів у вилучених зі зрошення чорноземних ґрунтах та ґрунтах зі зниженим рівнем інтенсивності зрошуваного землеробства Лісостепу та Степу України, в результаті якого:

установлено загальні закономірності розвитку та можливість регулювання швидкості сучасних ґрунтових процесів і режимів на землях, вилучених зі зрошення, що поливалися водами різної якості (1-3 класів), передусім, виявлено особливості найважливіших ґрунтових процесів - розсолення та розсолонцювання досліджуваних ґрунтів;

показано, що основним напрямком еволюції ґрунтів, зрошення на яких припинено, є розвиток процесів протилежних змінам, набутим під час зрошення;

виявлено швидкооборотні, повільнооборотні й необоротні ґрунтові процеси на землях, що вилучені зі зрошення;

доведено, що динаміка й кількісні характеристики відновлення властивостей, передусім сольових і фізико-хімічних, характерних для незрошуваних аналогів, залежать від якості поливної води, рівня перетворення ґрунту, що був досягнутий протягом зрошення та тривалості зрошувального й післязрошувального періодів;

виявлено, що післядія зрошення водою 1 класу на вилучених зі зрошення землях зумовлює підвищену лабільність органо-мінеральної частини ґрунту, посилену напруженість мінералізаційних процесів і, як наслідок підвищений вміст рухомих форм поживних речовин, що спричинило більшу врожайність сільськогосподарських культур порівняно з незрошуваними контрольними ділянками протягом 10-11 років.

Практичне значення роботи полягає в тому, що удосконалено систему основних агроекологічних показників і критеріїв, з допомогою яких можливо визначити доцільність припинення зрошення на тому чи іншому масиві, запропоновано комплекс агромеліоративних заходів, які дозволяють запобігати ґрунтово-деградаційним процесам, поліпшувати цей стан при збереженні й підвищенні продуктивності земель. Ці заходи дозволять усунути або суттєво сповільнити (мінімізувати) деградацію досліджуваних ґрунтів і отримувати додаткову сільськогосподарську продукцію. Результати досліджень використано при розробці рекомендацій „Засади ефективного сільськогосподарського використання земель Дунай-Дністровської зрошувальної системи” та „Заходи з поліпшення еколого-агромеліоративного стану зрошуваних і вилучених зі зрошення земель Донецького регіону”.

Матеріал дисертаційної роботи може бути використаний установами водогосподарської та агропромислової галузей при оцінці й прогнозуванні агроекологічного стану вилучених зі зрошення земель і плануванні їх подальшого використання, при реконструкції зрошувальних систем, для врахування післядії добрив при закладанні дослідів і складанні нової системи удобрення; землекористувачами різних форм власності для оптимізації ведення сільськогосподарського виробництва; у навчальному процесі при викладанні курсів аграрного й екологічного спрямування.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у плануванні і розробці програми досліджень, особисто проаналізував літературні джерела і фондові матеріали за темою, провів експериментальну частину досліджень, здійснив узагальнення одержаних результатів та сформулював висновки. Публікації підготовлено самостійно та у співавторстві.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених і спеціалістів „Перспективи розвитку ґрунтознавства та агрохімії в новому тисячолітті” (Харків, 2001), на Міжнародній науковій конференції молодих вчених „Актуальні проблеми землеробства на початку нового тисячоліття та шляхи їх вирішення” (Херсон, 2002), на Міжнародній науковій конференції „Геоекосистеми України – біопродуктивність, еволюція, моніторинг і використання” (Харків, 2003), на Міжнародній науково-практичній конференції „Еколого-економічні проблеми водогосподарського та будівельного комплексу півдня України” (Херсон, 2003), на науково-практичній конференції „Водне господарство: завдання в період реформування економіки і перспективи розвитку” (Київ, 2003), на третій Міжнародній науковій конференції „Читання пам’яті О.О. Браунера” (Одеса, 2003), на Міжнародній науковій конференції „Культурний ґрунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства” (Харків, 2004).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 наукових праць, з них – 4 наукові статті у фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 7 розділів, висновків і пропозицій виробництву, списку цитованої літератури і додатків. Роботу викладено на 138 сторінках друкованого тексту, вона містить 48 таблиць і 21 рисунок. Список літератури включає 228 найменувань, з них 5 іноземною мовою.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан вивченості проблеми. Проаналізовано та узагальнено матеріали з проблем стану земель, що вилучені зі зрошення та з післядією добрив і хімічних меліорантів. Відзначено, що в сучасний період, зрошення мінералізованими водами можна розглядати як постійно діючий екологічний фактор, що негативно впливає на властивості ґрунтів. В наукових роботах з проблем вилучення земель зі зрошення та зниження рівня інтенсивності зрошуваного землеробства розглядаються зміни окремих властивостей ґрунтів (Балюк С.А., Гусєв М.Г., Сніговий В.С., Сухорукова Г.С, Сич В.А., Шевель І.В, Хітров М.Б. та інші), а досліджень системного характеру практично немає. Виявлено неузгодженість літературних даних, щодо сучасного розвитку досліджуваних ґрунтів, а також недостатність вирішення питання їх оцінки, стану, використання та охорони. В той же час, саме комплексний підхід забезпечує високу інформативність відносно достовірного стану вилучених зі зрошення земель та ґрунтів зі зниженим рівнем зрошуваного землеробства і прогнозу його змін на майбутнє, що підкреслює актуальність досліджень. Висвітлено недостатньо вирішені питання впливу довготривалої післядії добрив і хімічних меліорантів як на зрошуваних, так і на вилучених зі зрошення землях на основні показники та родючість ґрунту, обґрунтовано напрямки та доцільність проведення досліджень.

Об’єкти та методи дослідження. Вивчалися ґрунти, які вилучені зі зрошення та ґрунти, зі зниженим рівнем інтенсивності зрошуваного землеробства і вирощувані на них сільськогосподарські культури. Дослідженнями було охоплено 5 тривалих задокументованих стаціонарів у Лісостеповій і Степовій зонах України.

1. Граківський стаціонар (ГДП) знаходиться в Чугуївському районі Харківської області Лівобережного Лісостепу України на чорноземі типовому глибокому середньогумусному легкоглинистому. Дослідження проводили на задокументованих фонах багаторічного стаціонарного польового досліду № 45 по вивченню ґрунтів, вилучених зі зрошення та післядій системи удобрення (з 1991 р.). Дослід закладено в 1967-68 рр. З 1991 р. поливи не проводились та добрива не вносились. Варіанти, що вивчалися: Вар. 1 – незрошуваний без добрив, контроль; Вар. 2 – вилучений зі зрошення без добрив; Вар. 3 – вилучений зі зрошення з післядією NPK; Вар. 4 – незрошуваний з післядією NPK. Внесено добрив за 1967 – 1991 рр. на фоні без зрошення – N2690 P1530 K1630, на фоні зрошення – N2710 P1590 K1650; азот вносився у формі аміачної селітри, фосфор – суперфосфату простого гранульованого, калій – хлориду калію. Мінералізація зрошувальної води у період проведення поливів становила 0,4-0,7 г/л (1 клас, придатна для зрошення за ДСТУ 2730-94).

2. Коротичанський стаціонар (КорС) розташований в Харківському районі Харківської області Лівобережного Лісостепу України на чорноземі опідзоленому слабогумусованому середньосуглинковому. Дослідження проводили в мікропольових дослідах по вивченню ґрунтів, вилучених зі зрошення (з 1999 р.). Площа ділянки – 4 м2, повторність досліду – 5-кратна. Варіанти, що вивчалися: Вар. 1 – вилучений зі зрошення; Вар. 2 – зрошуваний; Вар. 3 – незрошуваний. Мінералізація зрошувальної води у період проведення поливів становила 0,2-0,5 г/л (1 клас, придатна для зрошення).

3. Харківський стаціонар ІОБ (ХС) знаходиться в Харківському районі Харківської області Лівобережного Лісостепу України на чорноземі типовому глибокому малогумусному важкосуглинковому. Дослідження проводили в тривалому стаціонарному досліді в полі №2 (польові досліди інституту овочівництва та баштанництва УААН) по вивченню післядій системи удобрення (з 1994 р.) при зрошенні. Внесення добрив тривало з 1970-1993 рр. Період з 1994 року вважається післядією добрив. Варіанти, що вивчалися: Вар. 1 – зрошення без добрив; Вар. 5 – зрошення з післядією NPK; Вар. 10 – зрошення з післядіями NPK та гною. На варіанті 5 – вносилося 285 кг д. р. на га (всього внесено за 6 ротацій: N – 1980 кг/га д. р., Р2О5 – 2700, К2О – 2160); на варіанті 10 – 205 кг/га д. р. та гною 15 т/га (всього внесено за 6 ротацій: N – 1742,1 кг/га д. р., Р2О5 – 1080, К2О – 2160 та гною – 417,4 т/га). Добрива внесені в формі аміачної селітри, суперфосфату і 40%-ї калійної солі. Мінералізація зрошувальної води у період проведення поливів становила 0,5-0,8 г/л (1-2 клас, придатна і в окремі періоди – обмежено придатна для зрошення через небезпеку підлуження та осолонцювання ґрунтів).

4. Первомайський стаціонар (ПС) знаходиться в Первомайського району Харківської області в межах північної частини Лівобережного Степу України на чорноземі звичайному глибокому середньогумусному легкоглинистому. Дослідження проводили в тривалому виробничому досліді по вивченню ґрунтів, вилучених зі зрошення (з 1996 р.). На даному стаціонарі експериментальні ділянки були розташовані на вилученій зі зрошення ріллі при автоморфному та гідроморфному меліоративних режимах (досліди № 1, 2, 3, 4). У досліді 1, 3, 4 зрошення тривало з 1977 по 1995 рр., а у досліді № 2 – до 1990 року. Варіанти, що вивчалися: Вар. 1 – незрошуваний, контроль; Вар. 2 – вилучений зі зрошення. Мінералізація зрошувальної води у період проведення поливів становила 0,8-1,2 г/л (2 клас, обмежено придатна для зрошення через небезпеку підлуження, засолення та осолонцювання ґрунтів).

5. Кутузівський стаціонар (КутС) на Дунай-Дністровській зрошувальній системі (КСП ім. Кутузова Татарбунарського району Одеської області) на чорноземі звичайному малогумусному важкосуглинковому. Дослідження проводили в тривалому науково-виробничому досліді по вивченню ґрунтів, вилучених зі зрошення та післядій комплексу агроприйомів (з 1998 р.). Зрошення мінералізованою водою 2-3 класів проводилося протягом 1986-1997 років. Зрошення на стаціонарі припинено в 1997 р., після чого була припинена також хімічна меліорація ґрунту відповідних варіантів. Варіанти, що вивчалися: Вар. 1 – незрошуваний, контроль; Вар. 2 – вилучений зі зрошення, контроль; Вар. 3 – вилучений зі зрошення з післядією фосфогіпсу (щорічно з 1986-1997 рр. вносилось 3 т/га, сумарно за 12 років внесено 36 т/га); Вар. 4 – вилучений зі зрошення з післядією агромеліоративних заходів (з 1986-1997 рр. вносилось: фосфогіпс – 3 т/га щорічно (сумарно за 12 років – 36 т/га); гній – 18 т/га сівозмінної площі (сумарно за 12 років – 216 т/га); мінеральні добрива – 300 кг д.р./га N150P90K60 щорічно (сумарно за 12 років: N –1800 кг д.р./га, Р – 1080 кг д.р./га, К – 720 кг д.р./га). Мінералізація зрошувальної води у період проведення поливів коливалася в межах 1,2-2,2 г/л (2-3 клас, обмежено придатна для зрошення через небезпеку засолення та токсичного впливу на рослини і в окремі періоди – непридатна через небезпеку осолонцювання).

В лабораторному модельному досліді методами фізичного моделювання виявляли динаміку процесів розсолення, розсолонцювання та закономірності впливу меліорантів на якість ґрунтів. Післяполивний період моделювався шляхом промивання ґрунту дистильованою водою (імітація атмосферних опадів з доведенням ґрунту до 1,5 НВ) і водою, насиченою катіонами Са2+ (фосфогіпс з розрахунку 2 г/л – імітація хімічної меліорації післязрошуваного ґрунту).

У відібраних зразках, вміст та хімічний іонний склад водорозчинних солей визначали за стандартними методиками (ГОСТ 26424-26428); склад увібраних катіонів методом витискання оцтовокислим амонієм з наступним визначенням Са2+, Mg2+ - трилонометрично, Na+ і K+ - полум’яно-фотометричним методом; загальний вміст гумусу в ґрунтах за методом І.В. Тюріна в модифікації В.Н. Симакова, фракційний склад гумусу - прискореним методом за М.М. Кононовою та М.П. Бєльчиковою; гранулометричний та мікроагрегатний склад за методом Н.А. Качинського; рухомі форми важких металів (ВМ) у ґрунті - атомно-абсорбційним методом в амонійно-ацетатному буферному розчині з рН = 4,8; діагностика мінералогічного складу мулистої фракції ґрунту за методиками МВВ 31-497058-003-2001 та МВВ 31-497058-004-2001; легкогідролізуємий азот за методом Корнфілда; нітрати дисульфофеноловим методом; аміачний азот - колориметричним методом з реактивом Неслера; визначення рухомих форм фосфору та калію за методом Чирикова; вміст загального азоту за методом Кьєльдаля; загального фосфору за методом Труога-Мейера; загального калію за методом Воробйової. Чисельність основних груп мікроорганізмів виконано в секторі мікробіології ґрунтів ННЦ „ІҐА ім. О.Н. Соколовського” за методикою Д.Г. Звягінцева.

У польових дослідах і на стаціонарних площадках, закладених на ділянках з різним меліоративним станом, відбір ґрунтових зразків проводився в два строки – на періоди сівби та збирання с.-г. культур, як із індивідуальних, так і зі змішаних зразків. Глибина відбору зразків – 0-30 (0-25), 30-50 (25-50), 50-75, 75-100 см та глибше на КутС.

Польові і мікропольові досліди проведені з дотриманням правил і вимог стандартної методики при дотриманні оптимальних агротехнічних строків та якості.

Облік урожаїв сільськогосподарських культур проводився методом повного збирання на облікових ділянках. Врожайні дані дослідів оброблені за допомогою дисперсійного аналізу. Математичну обробку отриманих даних проводили шляхом систематичного використання методів обчислювальної статистики.

Фізико-географічні умови об’єктів дослідження. У зв’язку зі значною просторовою розгалуженістю досліджуваних стаціонарів наводиться характеристика їх природних умов із застосуванням порівняльно-географічного методу: описується клімат, рельєф, гідрогеологічні умови, поливні води, ґрунтотворні та підстилаючі породи, структура ґрунтового покриву, вплив господарської діяльності. Згідно з агроґрунтовим районуванням стаціонари ГДП, КорС і ХС належать до Східнолісостепової височинної провінції (переважно чорноземів типових та опідзолених); ПС і КутС – до Північностепової підзони чорноземів звичайних. За агрокліматичним районуванням ГДП, КорС і ХС належать до недостатньо вологої, теплої зони; ПС – до посушливої, дуже теплої зони; КутС – до дуже посушливої, помірно жаркої зони з м’якою зимою. Метеорологічні умови в роки досліджень в основному були типовими для даних зон, проте мали місце деякі відхилення від середньобагаторічних показників.

Закономірності розвитку сучасних ґрунтових процесів і режимів в умовах вилучення земель зі зрошення та при зниженні інтенсивності зрошуваного землеробства

Сольовий режим досліджуваних ґрунтів. Характер соленакопичення вилучених зі зрошення ґрунтів закономірно визначається іонно-сольовим складом поливних вод та меліоративним станом земель у періоди, коли на них проводили тривале зрошення (Балюк С.А., Кізяков Ю.Є., Полупан М.І., Тихоненко Д.Г., Хітров М.Б. та інші). Після припинення зрошення водами 1-2 класів в орному шарі відбувається поступова трансформація якісного складу водорозчинних солей: передусім, зменшується вміст катіону натрію, сольові характеристики наближаються до значень, притаманних незрошуваним ґрунтам. У верхніх шарах величина відношення Са : Nа збільшується з кожним наступним роком вилучення зі зрошення, за рахунок зменшення вмісту натрію. Повне відновлення ґрунтів, які зрошувались водами 1-2 класів, до незрошуваних аналогів проходить за 4-12 років у залежності від умов атмосферного зволоження, гранулометричного складу ґрунту. На вилучених зі зрошення варіантах з післядією добрив в порівнянні з контрольним варіантом відмічається вищий вміст іонів натрію, за рахунок колишнього привнесення в ґрунт цих іонів з добривами і відповідно звуженим залишається відношення Са : Nа. З кожним наступним роком вилучення та післядії добрив, величина відношення Са : Nа закономірно збільшується до рівня контрольних незрошуваних аналогів.

За умов припинення зрошення водами 2-3 класів має місце аналогічна закономірність, але зі збереженням підвищеного вмісту натрієвих солей. Рівня богарних аналогів у польових умовах протягом терміну досліджень ґрунт ще не досягає. У цілому можна констатувати, що 6-ти річного періоду перебування поза зрошенням недостатньо для відновлення сольових характеристик чорнозему звичайного КутС, що поливався водами 2-3 класів до значень, притаманних незрошуваним ґрунтам. На вилучених зі зрошення варіантах з післядією фосфогіпсу в порівнянні з контрольним варіантом відмічається дещо вищий вміст кальцію, за рахунок колишнього привнесення його в ґрунт з меліорантом і також відповідно розширюється відношення Са : Nа. На варіанті з післядією комплексу агромеліоративних заходів відмічено найбільший вміст кальцію і відповідно – найвище відношення Са : Nа з тієї ж причини.

У профільному розподілі водорозчинних солей у ґрунті незрошуваного контролю всі солі розподілені більш-менш рівномірно до глибини 150 см. У вилученому зі зрошення ґрунті загальна кількість водорозчинних солей у верхньому півтораметровому шарі найвища в перший рік вилучення зі зрошення, протягом наступних шести років виявлено закономірне зниження вмісту всіх водорозчинних солей по профілю ґрунту, тобто чітко має місце явний процес розсолення під впливом прісних атмосферних опадів. Акумуляційним горизонтом для водорозчинних солей стає шар 100-150 см.

Зміни фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів. Після припинення зрошення водами 1-3 класу домінуючою закономірністю є розсолонцювання зрошуваних ґрунтів під впливом атмосферних опадів до рівня богарних ґрунтів. Швидкість та інтенсивність розсолонцювання залежить від рівня осолонцювання, якого було досягнуто в період зрошення, а також кількості й динаміки прісних атмосферних опадів у післязрощувальний період. За умов припинення зрошення водами 1 класу вміст поглинутого натрію зменшується до рівня незрошуваних аналогів протягом 11 років. На варіантах з післядією добрив відмічено незначне збільшення катіонів натрію і калію у ҐВК як богарних, так і вилучених зі зрошення варіантів. Після припинення внесення добрив спостерігається поступове зниження вмісту увібраних натрію та калію з кожним наступним роком післядії (рис. 1).

Рис. 1 Динаміка вмісту увібраних Na+ та К+ в чорноземі типовому при вилученні зі зрошення (шар 0-30 см)

В умовах продовження зрошення з застосуванням вод 1 класу після припинення внесення добрив (ХС) вміст увібраного натрію також зменшується; більш інтенсивно зниження проходить на варіанті з післядією NPK та гною, вміст калію залишається без змін.

Аналогічно проходило зменшення вмісту поглинутого натрію в ґрунті, який зрошувався водою 2 класу, при цьому рівня незрошуваних аналогів він досягає не менше ніж за 7-11 років.

Якщо зрошення велося водами 2-3 класів, то після його припинення також переважає процес розсолонцювання, передусім за рахунок зменшення поглинутих натрію і калію. Але на 6-й рік вилучення зі зрошення ще зберігається слабкий ступінь залишкової солонцюватості. Післядія фосфогіпсу зумовлює значне зниження вмісту катіонів натрію і калію відносно контролю. Аналогічно протікало і розсолонцювання ґрунту варіанта з комплексом прийомів, тільки при більш низьких абсолютних значеннях вмісту в ҐПК солонцюючих катіонів (рис. 2).

Рис.  Динаміка вмісту увібраних Na+ та К+ в чорноземі звичайному при вилученні зі зрошення (шар 0-25 см)

Зміни мінералогічного складу досліджуваних ґрунтів. Зрошення протягом 20-25 років прісними водами 1 класу призводить до скорочення числа лабільних пакетів-смектитів і зростання гідрослюдистого компоненту (Балюк С.А., Хоролець І.О.). Після припинення зрошення водою 1 класу, навіть через 10 років, мінералогічний склад залишається таким, яким був на кінець зрошення, тобто зі зменшеним вмістом в орному шарі смектитів, підвищеним вмістом гідрослюд в орному й підорному шарах.

Зрошення протягом 6-12 років мінералізованими водами 2-3 класів призводить до зменшення гідрослюд, каолініту, збільшення монтморилоніту і змішано-шаруватих утворень (Носоненко О.А., Хоролець І.О.). Після припинення зрошення такими водами, на 4-й рік вилучення не відмічається закономірних змін у мінералогічному складі і він лишається таким, яким був на кінець зрошення. Отже, можна констатувати, що трансформація під впливом зрошення мінералогічного складу, на відміну від змін сольових і фізико-хімічних характеристик, є очевидно, необоротним ґрунтовим процесом або дуже повільнооборотним.

Під впливом післядії мінеральних добрив, у богарних умовах дещо знижується вміст змішано-шаруватих груп, смектитів, збільшується гідрослюдиста фаза. На вилучених зі зрошення варіантах з післядією NPK та з післядією комплексу агроприйомів в порівнянні з контрольним вилученим зі зрошення варіантом, проявляється слабка тенденція до зниженого вмісту каолініту, гідрослюд та смектитів, збільшеного вмісту кварцу та цеоліту, що є прямим наслідком навантаження на ці ґрунти в періоди зрошення.

Гумусний стан досліджуваних ґрунтів. У ґрунтах, які зрошувалися водами 1-2 класів, статистично достовірних змін вмісту загального гумусу від післядій зрошення та добрив не відзначається, що свідчить про динамічну рівновагу між надходженням органічних речовин і мінералізацією гумусу в тих екологічних умовах, що склалися. У фракційному складі гумусу проявляється тенденція до збільшення кількості гумінових кислот.

У ґрунтах КутС, які зрошувалися водами 2-3 класів, на контрольному варіанті та на варіанті з післядією фосфогіпсу проявляється тенденція до деякого зниження вмісту загального гумусу, очевидно, через процеси мінералізації, що переважають над процесами акумуляції органічних речовин. У фракційному складі на цих варіантах протягом 6 років вилучення зі зрошення звужується відношення Сг.к.: Сф.к.. На варіанті з післядією комплексу агроприйомів протягом 6 років не відмічається зниження вмісту загального гумусу в порівнянні з незрошуваним контролем, відбувається збільшення вмісту вуглецю гумінових фракцій та підвищення їхньої лабільності, що сприяє поліпшенню поживного режиму культурних рослин.

Стан мікрофлори досліджуваних ґрунтів. При зрошенні відбувається пригнічення мікробоценозу зрошуваного ґрунту, яке виявляється у зменшенні кількості мікрофлори усіх основних еколого-трофічних груп, збільшенні показника оліготрофності, посиленні мінералізіційних процесів (Христенко С.І., Найдьонова О.Є.). Застосування комплексу меліоративних заходів на зрошуваних ґрунтах знижує напруженість цих процесів.

У вилученому зі зрошення ґрунті протягом 6 років спостережень поступово відновлюється чисельність основних еколого-трофічних груп мікроорганізмів до рівня незрошуваних аналогів, але згідно з показниками оліготрофності та мінералізації трофічний режим залишається гіршим, ніж на богарі, а напруженість мінералізаційних процесів інтенсивнішою, що й підтверджується даними О.Є. Найдьонової. У перші роки вилучення життєдіяльність мікроорганізмів є послабленою в порівнянні з незрошуваними варіантами.

Вплив післядії меліоративних прийомів на мікробіологічний стан вилученого зі зрошення ґрунту є неоднозначним. У перші роки вилучення зі зрошення помітна закономірно підвищена життєдіяльність мікроорганізмів. Кількість мікроорганізмів, які засвоюють мінеральну форму азоту становила на 2-й рік післядії - 27,1 млн./г ґрунту, на 4-й - 32,1, на 6-й - 34,7, що істотно перевищувало показники інших варіантів. Але на 6-й рік вилучення показники чисельності мікрофлори варіанту, де застосовувався комплекс прийомів не відрізняються від вилученого зі зрошення контролю. Меліоративна післядія фосфогіпсу на 6-й рік послаблюється і проявляється лише у поліпшенні трофічного режиму і зниженні мінералізації, але при цьому чисельність мікрофлори падає. Післядія комплексу прийомів зберігається і триває довше. Отже, зміни під впливом зрошення стану ґрунтової мікрофлори можна віднести до повільно оборотних ґрунтових процесів.

Поживний режим досліджуваних ґрунтів. На вилученому зі зрошення контролі без добрив чорноземі типовому ГДП протягом усіх років досліджень має місце вищий вміст рухомих форм NPK в порівнянні з незрошуваним контролем. Ця різниця й обумовлювала підвищену урожайність на вилучених зі зрошення варіантах. Дещо вищий вміст рухомих форм азоту, фосфору та калію спостерігається на варіантах з післядіями мінерального удобрення. На варіанті, вилученому зі зрошення з післядією NРК за всі роки досліджень в порівнянні з варіантом з післядією NРК без зрошення спостерігається вищий вміст рухомих форм фосфору і калію на 1-1,5 мг/100 г ґрунту. Ця закономірність виявилася досить стійкою в часі й не зникла протягом 13-річного післяудобрювального періоду, що й зумовило вищу врожайність вилученого зі зрошення варіанту. При цьому наявна тенденція до зниження фосфору і калію всіх досліджуваних варіантів з кожним роком післядії. Відносно валових форм поживних елементів, то їх кількість вища на варіантах з післядіями добрив.

Подібну закономірність відмічено й при зрошенні на чорноземі типовому ХС, де вміст рухомих форм NPK у ґрунті варіантів з післядією добрив, зрошуваних водами 1-2 класу наближається до показників контрольних варіантів протягом не менше ніж 10 років. Різниця на варіантах з післядією мінеральних добрив і органо-мінеральної системи удобрення становить 1,5-2 мг/100 г ґрунту, що також відбивається на урожайності культур. При цьому, вміст рухомих форм фосфору і калію в ґрунті варіантів з післядією добрив має чітку тенденцію до вирівнювання з контрольним.

При післядії зрошення водами 2-3 класу на чорноземі звичайному КутС рівень забезпеченості ґрунту всіма рухомими макроелементами мінерального живлення вищий на варіанті, де зрошення супроводжувалося внесенням фосфогіпсу в комплексі з органічними й мінеральними добривами. Різниця на варіантах з післядією фосфогіпсу і фосфогіпсу з органо-мінеральною системою удобрення становить при цьому більше 7 мг/100 г ґрунту, що впливає на урожайність культур. Динаміка вмісту рухомих форм поживних елементів є чітко вираженою і спрямована до вирівнювання з контрольним варіантом. Установлено, що на варіанті з післядією комплексу прийомів валовий вміст азоту є дещо вищим, фосфору й калію – приблизно однаковий на всіх варіантах.

Зміни гранулометричного та мікроагрегатного складів досліджуваних ґрунтів. Зміни мікроагрегатного складу направлені в бік зменшення виходу фракцій мулу та дрібного пилу, а гранулометричний склад залишається таким, яким був на кінець зрошення. Фактор дисперсності, що характеризує ступінь диспергованості мікроагрегатів, знижується у всіх вилучених зі зрошення ґрунтах. Зміна цього показника пов’язана з процесом розсолонцювання й свідчить про відновлення скоагульованого стану ґрунтових колоїдів, характерного для вихідних незрошуваних ґрунтів.

При вилученні зі зрошення чорнозему звичайного КутС мікроструктура відновлюється починаючи з верхніх шарів, відповідно до процесу розсолонцювання; післядія меліорантів, що вміщують кальцій, сприяє збереженню дещо поліпшеної мікроструктури.

Вміст важких металів у досліджуваних ґрунтах. У вилучених зі зрошення ґрунтах, на яких використовували якісні води, середній вміст рухомих форм важких металів у ґрунтах значно нижче встановлених для них граничнодопустимих концентрацій, мало відрізняється від місцевих кларків і від вмісту в незрошуваних аналогах.

У ґрунтах, які зрошувалися водами 2-3 класів, при вилученні зі зрошення відмічається зменшення вмісту важких металів за рахунок виносу їх сільськогосподарськими культурами. Розподіл рухомих форм важких металів як у вилучених зі зрошення, так і в незрошуваних ґрунтах досліджуваних стаціонарів залежить, у першу чергу, від генетичних властивостей цих ґрунтів (гранулометричного складу, глибини залягання акумуляцій СаСО3 тощо) та їхнього географічного розташування (рівень забруднення степових ґрунтів дещо вищий, ніж лісостепових).

Післядії добрив та меліорантів при вилученні зі зрошення зумовлюють певні зміни у вмісті важких металів та особливо в їх співвідношенні та перерозподілі по горизонтам ґрунтового профілю. Однак, всі ці зміни не виходять за межі однієї (допустимої) категорії забруднення ґрунтів і не змінюють рівень їх забруднення.

Результати лабораторного моделювання багаторічної динаміки властивостей іригаційно деградованого чорнозему звичайного після завершення поливів. Для встановлення швидкості та кількісних параметрів відновлення ґрунтових властивостей після припинення зрошення водами 2-3 класів нами був проведений модельний лабораторний дослід. З даних модельного досліду випливає, що після припинення зрошення мінералізованими водами 2-3 класів якості слід очікувати розсолення й розсолонцювання чорнозему звичайного середньоосолонцьованого під впливом прісних атмосферних опадів з досягненням показників незрошуваного ґрунту за вмістом токсичних солей на 21-й рік і увібраного натрію – на 17-й рік вилучення. Динаміку цих процесів представлено на рис. 3 і 4. У разі застосування води, насиченої кальцієм, процес розсолонцювання завершується на 4-й рік промивок, тобто швидкість цього процесу є керованою і його можна прискорити внесенням меліорантів, що містять кальцій. З даних модельного досліду випливає, що після вилучення зі зрошення іригаційно деградований чорнозем протягом тривалого часу може лишатися збідненим на водорозчинний кальцій та гумус, що зумовлює доцільність поповнення їх запасів шляхом внесення органічних добрив, та добрив і меліорантів, що містять кальцій. Протягом післязрошувального періоду може відбуватися перехід частини міцнозв’язаних сполук фосфору та калію у більш рухомі форми, що поліпшує умови живлення рослин навіть без додаткового внесення цих елементів, за рахунок трансформації органо-мінеральної частини ґрунту. Загальна динаміка ґрунтових процесів у іригаційно деградованому чорноземі після припинення зрошення його водами 2-3 класів за агрономічними критеріями є сприятливою для підвищення ґрунтової родючості й продуктивності культурних рослин.

Вплив післядії удобрення та вилучення земель зі зрошення на врожай сільськогосподарських культур. Виявлено, що на вилучених зі зрошення землях ГДП врожайність дещо вище, ніж на незрошуваних аналогах. Це явище пояснюється вищим вмістом рухомих форм фосфору і калію на вилучених зі зрошення ґрунтах в порівнянні з богарними. Подальше використання цих земель призводить до поступового вирівнювання урожаїв сільгоспкультур з традиційно незрошуваними землями. Позитивний вплив на врожайність культурних рослин при цьому не згасає протягом 10-11 років після припинення поливів і післядії мінеральних добрив.

Рис. 3 Зміна суми токсичних солей в ґрунті модельного досліду

Рис. 4 Зміна вмісту обмінного Na+ у ґрунті модельного досліду

Після тривалого застосування добрив при зрошенні на ХС проявляється значний ефект післядії добрив на овочевих культурах (Гладких Р.П., Гончаренко В.Е., Ходеєва Л.П., Ткач Л.А.) який не закінчується й протягом десяти років (рис. 5). У перші сім років післядії добрив найбільш ефективним є варіант поєднання мінеральних та органічних добрив; починаючи з восьмого року післядія добрив обох варіантів вирівнюється, очевидно, внаслідок завершення процесів мінералізації гною.

Рис. 5 Залежність врожайності овочевих культур від післядії добрив

(Харківський стаціонар ІОБ, поле № 2, дані ІОБ)

Дослідження на КутС показали, що позитивний вплив фосфогіпсу на врожайність сільгоспкультур триває не менше 6 років, а післядія комплексу агромеліоративних заходів не закінчується й на 7-й рік припинення застосування цих заходів, оскільки в ґрунті ще знаходяться залишкові кількості поживних макроелементів, що узгоджується з даними по вмісту поживних елементів, а також тривають процеси розсолення й розсолонцювання (рис. 6).

Рис. 6 Вплив післядій зрошення і комплексу агромеліоративних заходів на урожай с.-г. культур КутС. Варіанти: 1 – вилучений зі зрошення, контроль; 2 - вилучений зі зрошення + післядія фосфогіпсу; 3 - вилучений зі

зрошення + післядія комплексу агроприйомів

Оцінка агроекологічного стану вилучених зі зрошення земель, шляхи його поліпшення та еволюційна спрямованість. На основі аналізу отриманих результатів та літературних матеріалів про зміну основних властивостей ґрунтів після припинення зрошення ми встановили основні агроекологічні критерії і показники, з допомогою яких можливо визначити доцільність припинення зрошення на тому чи іншому масиві та запропонувати шляхи поліпшення агроекологічного стану земель, зрошення яких припинено. Система критеріїв ґрунтується на визначенні можливості зрошення або необхідності вилучення земель зі зрошення. Виділяється три основних категорії агроекологічного стану вилучених зі зрошення земель:

1. На землях з добрим агроекологічним станом потрібно продовжувати зрошення. Якщо зрошення проводити неможливо з різних причин, то землі використовують за звичайних технологій незрошуваного землеробства.

2. На землях із задовільним агроекологічним станом потрібно також продовжувати зрошення, але із застосуванням агромеліоративних заходів для запобігання подальшому погіршенню цього стану. При цьому характер заходів визначається тим показником або групою показників, значення яких виходять за межі градації “добрий стан”. Якщо зрошення проводити неможливо, то землі використовують за звичайних технологій незрошуваного землеробства.

3. На землях з незадовільним агроекологічним станом потрібно повністю припинити зрошення через екологічну недоцільність його продовження. На таких землях потрібен перехід до незрошуваного землеробства зі застосуванням агромеліоративних заходів для відновлення родючості ґрунтів.

Основним напрямком еволюції ґрунтів, зрошення на яких припинено, є розвиток процесів, що протилежні змінам набутим під час зрошення. У вилучених зі зрошення ґрунтах проходять взаємопов’язані сольові, фізико-хімічні, мікробіологічні, поживні та інші процеси та режими, що разом спрямовані на відновлення параметрів властивостей ґрунтів, характерних для незрошуваних аналогів. За швидкістю відновних процесів їх можна поділити на швидко- й повільно оборотні. Є також ряд процесів (зокрема, трансформація під впливом зрошення мінералогічного складу мулистої фракції ґрунту, гранулометричний склад) що, за отриманими даними можна вважати незворотними. А спрямованість і швидкість цих процесів залежать від сполучення наступних факторів і інтенсивності їх проявів: вихідного стану ґрунтів і кліматичних умов, якості поливної води в період зрошення, ступеня перетворення ґрунтів під впливом зрошення, тривалості вилучення зі зрошення і культури землеробства.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено важливе питання про закономірності спрямованості ґрунтових процесів і режимів при вилученні земель зі зрошення та при зниженні інтенсивності зрошуваного землеробства. На землях, що вилучаються зі зрошення, виявлено відновлення параметрів властивостей ґрунтів, характерних для незрошуваних аналогів. На землях зі зниженим рівнем інтенсивності зрошення проявляється значний ефект довготривалої післядії систем удобрення та хімічної меліорації.

1. Установлено, що в кількісному складі солей вилучених зі зрошення ґрунтів відбуваються зміни по вирівнюванню сольових характеристик і наближення їх до незрошуваних аналогів. З кожним наступним роком вилучення вміст іонів натрію має чітку направленість до зменшення, в