НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БЕРЕЖНЯК Євгеній Михайлович

УДК 631.43 / 445.4 : 631.5 + 631.8 (477.41)

ПРОТИЕРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ ЧОРНОЗЕМІВ ТИПОВИХ ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ

ЗА РІЗНИХ АГРОТЕХНІЧНИХ ЗАХОДІВ

06.01.03 – агроґрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – | доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН Тараріко Олександр Григорович, Інститут агроекології УААН, головний науковий співробітник Інституту

Офіційні опоненти: | доктор сільськогосподарських наук, професор Чорний Сергій Григорович, Миколаївський державний аграрний університет, завідувач кафедри ґрунтознавства та агрохімії

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Кудрик Анатолій Порфирович, Державний вищий навчальний заклад „Державний агроекологічний університет”, доцент кафедри таксації лісу і лісовпорядкування

Провідна установа – | Національний науковий центр „Інститут ґрунтознавства і агрохімії імені О.Н.Соколовського” УААН, м. Харків, лабораторія захисту ґрунтів від ерозії

Захист відбудеться ”8” червня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, кімната 28

Автореферат розісланий ”7” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Присташ І.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Деградація земель, водна і вітрова ерозія, зниження родючості та виснаження ґрунтів у світовій практиці розглядаються як фактори підвищення ризиків опустелення та погіршення умов ведення сільськогосподарського виробництва. Нині зона ризикованого землеробства займає близько третини території України, що зумовлено як природними факторами, так і впливом господарської діяльності людини.

В Україні водна ерозія проявляється на площі 12,5 млн. га. Порушення протиерозійної організації території, знищення полезахисних лісових смуг, надмірна розораність земель, дегуміфікація ґрунтів є причинами підсилення процесів змиву ґрунту та дефляції. У наш час різнобічно вивчені природні і антропогенні фактори, які впливають на прояви водної ерозії (Nearing M.A., 1989, 1995; Wischmeier W.M., 1978; Швебс Г.І., 1974; Бастраков Г.В., 1975, 1980; Лавровський А.Б., 1990; Світличний А.А., 1995; Каштанов А.Н., 2001), проте власне ґрунтові аспекти формування протиерозійної стійкості чорноземів за систематичного застосування ґрунтозахисного обробітку на фоні внесення різних видів органічних і мінеральних добрив досліджені недостатньо, що є актуальною науковою проблемою.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних тем кафедри ґрунтознавства та охорони ґрунтів „Вивчення деградаційних процесів в ґрунтах України та розробка способів і технологій їх реабілітації” (номер державної реєстрації 0100U002905) та „Обґрунтувати і розробити ресурсозберігаючі технології управління продуктивністю чорноземів Правобережного Лісостепу, відтворення родючості та забезпечення в них позитивного балансу органічної речовини” (номер державної реєстрації 0104U004370).

Мета і завдання досліджень полягали у вивченні та обґрунтуванні шляхів підвищення протиерозійної стійкості чорноземів типових Правобережного Лісостепу України в умовах використання плоскорізного обробітку ґрунту та органо-мінеральної системи удобрення в ґрунтозахисній та польовій сівозмінах. Програма досліджень включала наступні завдання:–

встановити вплив систематичного застосування ґрунтозахисного обробітку ґрунту та добрив на потенційну здатність чорноземів до оструктурення та формування протиерозійної стійкості;–

дослідити вплив обробітку, удобрення, сівозміни на основні агрофізичні властивості чорноземних ґрунтів та оцінити їх параметри щодо зменшення прояву ерозійних процесів і екологічних вимог вирощування сільськогосподарських культур;–

виявити значення біологічного фактору у підвищенні протиерозійної стійкості чорноземів типових;–

провести фізичне моделювання ерозійних процесів дощуванням різних агротехнічних фонів і виявити множинну кореляцію між основними параметрами ґрунтів та стоком і змивом дрібнозему, розробити рівняння регресії прогнозу проявів водної ерозії на схилових землях; –

встановити агроекономічну і біоенергетичну ефективність агротехнічних заходів.

Об’єкт досліджень: процеси і закономірності формування протиерозійної стійкості чорноземів типових за різних систем обробітку та удобрення.

Предмет досліджень: основні показники протиерозійної стійкості чорноземів типових: мікро- і структурно-агрегатний склад, щільність і водопроникність ґрунту, фізико-хімічні властивості та продуктивність сільськогосподарських культур.

Методи досліджень: польові стаціонарні досліди, лабораторні, математико-статистичні, модельні натурні експерименти штучного дощування.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено позитивну дію ґрунтозахисного обробітку та органо-мінеральної системи удобрення на підвищення протиерозійної стійкості чорноземів типових різного ступеня еродованості, оптимізацію їх агрофізичних властивостей, життєдіяльність мезофауни та накопичення рослинних решток. Уперше в умовах північної частини Правобережного Лісостепу виявлено математико-статистичні залежності між поверхневим стоком і змивом дрібнозему і такими параметрами ґрунту: умістом фізичної глини, гумусу, пористістю аерації, діаметром водостійких агрегатів, водопроникністю. Доведено, що використання різноглибинного плоскорізного обробітку на фоні оптимальних норм добрив сприяє зменшенню стоку та змиву ґрунту порівняно з оранкою.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи дозволяють посилити ґрунтозахисну ефективність окремих елементів агротехнологій при розробленні системи протиерозійних заходів на чорноземних ґрунтах Правобережного Лісостепу та підвищити урожайність сільськогосподарських культур. Застосування плоскорізного обробітку і органо-мінеральної системи удобрення на чорноземах типових знизило інтенсивність ерозійних процесів і підвищило продуктивність ланки сівозміни кукурудза на зерно - кукурудза на силос - пшениця озима на 0,64 т. к.о. порівняно з традиційною технологією.

Ґрунтозахисний обробіток впроваджено у науково-дослідному господарстві „Великоснітинське” Фастівського району Київської області на площі 108 га. Матеріали досліджень використовуються також у навчальному процесі на кафедрі ґрунтознавства та охорони ґрунтів Національного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. Автор дисертаційної роботи брав участь у розробленні програми та вибору методик для проведення польових і лабораторних досліджень, зробив систематизацію літературних джерел, їх узагальнення та інтерпретацію. Особисто виконав польові і лабораторні дослідження за темою роботи, провів обґрунтування експериментальних даних і їх математико-статистичний аналіз.

Апробація роботи. Результати досліджень були представлені на конференціях науково-педагогічних працівників і аспірантів навчально-наукового інституту рослинництва та грунтознавства Національного аграрного університету у 2005-2007 рр., науковій конференції „Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства” (м. Чернівці, 27-28 травня 2005 р.), на VII з’їзді ґрунтознавців і агрохіміків (м. Київ, 24-28 липня 2006 р.), а також на конференції молодих учених (м. Умань, 21-22 лютого 2007 р).

Публікації результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 5 наукових статей, 4 з яких у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 143 сторінки основного тексту і складається із вступу, 6 розділів основної частини, висновків, рекомендацій виробництву, включає 37 таблиць, 17 рисунків, 7 додатків. Список використаних джерел налічує 280 найменувань, з яких 28 – латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРІВ ТА ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОТИЕРОЗІЙНУ СТІЙКІСТЬ ҐРУНТІВ

(огляд літератури)

У наукових працях Ц.Є. Мірцхулави (1967, 1970, 1974), Г.П. Сурмача (1976), Г.І. Швебса (1971, 1974), М.Н. Заславського (1979), М.С. Кузнєцова (1981, 1994), А.Д. Вороніна (1979, 1986) досліджено основні закономірності розвитку ерозійних процесів та формування протиерозійної стійкості ґрунтів. Відмічено, що її суттєвими факторами є розмір водостійких агрегатів, міжагрегатне зчеплення між ними та наявність у ґрунтовій товщі коренів рослин (Кузнєцов М.С., Григорьєв В.Я., 1975).

В Україні проблемі прояву водної ерозії ґрунтів за різних агротехнічних заходів присвячені роботи О.С. Скородумова (1973), М.К. Шикули (1976, 1990), О.Г. Тараріко (1983, 1996, 2002), С.Ю. Булигіна (1991, 2005), С.Г. Чорного (1996, 1998), І.П. Шевченка (1989). Однак вивчення способів підвищення протиерозійної стійкості чорноземних ґрунтів в умовах сучасного землеробства проводиться в недостатній мірі, що визначило напрям досліджень.

Об’єкти, методика ТА умови проведення досліджень

Дослідження протиерозійної стійкості чорноземів типових Правобережного Лісостепу України залежно від впливу агротехнічних заходів проводили упродовж 2004-2006 рр. у двох тривалих дослідах, розміщених на різних елементах рельєфу. Перший з них закладено в 1974 році в Обухівському районі Київської області на схилі 5-6 південно-східної експозиції. Ґрунт – чорнозем типовий еродований слабкогумусований мулувато-крупнопилувато-легкосуглинковий на лесі. Основні показники його родючості: уміст гумусу в орному шарі становить 1,65-1,70%,
рН сольовий 6,5, гідролітична кислотність – 0,80-1,50 мг-екв/100 г ґрунту, ємність вбирання катіонів – 23,6-24,6 мг-екв/100 г ґрунту, ступінь насичення ґрунту основами 88,4-96,9%.

Досліди розміщені на трьох полях у просторі і п’яти в часі. Вивчення основних властивостей ґрунту здійснювали в ланці ґрунтозахисної сівозміни: ріпак озимий – люцерна двох років використання – пшениця озима.

Схема досліду включала такі способи основного обробітку ґрунту:

1. Традиційний – оранка (контроль) на глибину 20-22 см;

2. Ґрунтозахисний – плоскорізний обробіток на глибину 20-22 см;

3. Ґрунтозахисний – плоскорізний обробіток на глибину 10-12 см з одночасним щілюванням на 35-40 см.

Загальна площа дослідної ділянки становить 850 м2, облікової – 312 м2. Розміщення варіантів систематичне. Повторність досліду дворазова. Зразки ґрунту відбирали з глибини 0-10 і 10-20 см у чотириразовій повторності з кожного варіанту досліду згідно ДСТУ 4287:2004.

Територія, де проводилися дослідження, є типовою для ландшафтів Правобережного Лісостепу і відноситься до Ржищівської яружно-балкової системи з хвилястим рельєфом та суттєвим проявом ерозійних процесів.

Другий дослід закладено в 1998 році у навчально-дослідному господарстві НАУ “Великоснітинське” Фастівського району Київської області. Ґрунт – чорнозем типовий малогумусний мулувато-крупнопилувато-середньосуглинковий на лесі, який характеризується наступними показниками родючості: уміст гумусу в шарі 0-20 см – 3,58 ± 0,04, забезпеченість сполуками азоту, що легко гідролізуються 7,95 ± 0,09, рухомими фосфатами 6,98 ± 0,7, обмінним калієм – 5,34 ± 0,09 мг на 100 г ґрунту, реакція ґрунтового розчину (рН водне) – 6,7, сума обмінних основ 28,9 мг-екв/100 г ґрунту (Наумовська О.І., 2003).

Культури сівозміни вирощують на трьох полях у просторі і десяти в часі. Дослідження проводили в ланці зерно-просапної сівозміни з чергуванням наступних культур: кукурудза на зерно – кукурудза на силос – пшениця озима.

Схема дослідів включала наступні способи основного обробітку ґрунту:

1. Традиційний – оранка на глибину 20-27 см (контроль);

2. Ґрунтозахисний – плоскорізний обробіток на глибину 20-27 см;

3. Ґрунтозахисний – плоскорізний обробіток на глибину 10-12 см.

На фоні зазначених обробітків вивчали протиерозійну стійкість ґрунту на трьох варіантах удобрення, які відрізнялися насиченістю добрив на 1 га сівозмінної площі):

1. Без добрив (контроль);

2. Гній (12 т/га) + NPK (140 кг/га);

3. Солома (1,2 т/га) + сидерати + NPK (140 кг/га).

Двофакторний дослід закладено згідно методу систематичних повторень. Площа елементарної ділянки становить 180 м2 (30 Ч 6 м), облікової – 100 м2. Повторність досліду триразова. З мінеральних добрив використовували аміачну селітру, суперфосфат простий гранульований і 40% калійну сіль, які вносили врозкид під основний обробіток ґрунту у нормі N110P90K90 (кукурудза на зерно та силос), N60P40K40 (пшениця озима). З органічних добрив вносили гній напівперепрілий у нормі 40 т/га під кукурудзу на зерно, а також солому пшениці озимої та сидерат редьки олійної.

Більшість польових і лабораторних досліджень проводили в триразовій і чотириразовій повторності, а водостійкість ґрунтових агрегатів – у восьмиразовій. Статистичний обробіток експериментальних даних виконувався шляхом знаходження довірчого інтервалу середнього значення при 0,95 рівні вірогідності за допомогою програми ”Microsoft Excel“, а при інтерпретації даних фізичного моделювання ерозійних процесів застосовували методи кореляційно-регресійного аналізу.

Дослідження ґрунту проводились за наступними методиками: гранулометричний і мікроагрегатний склад ґрунту – методом піпетки за Качинським, структурний склад – методом Савінова, водостійкість агрегатів – розмоканням у стоячій воді за методом Андріанова та на приладі Бакшеєва, водопроникність ґрунту методом заливних квадратів за Качинським
(Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986), щільність складення ґрунту – (ДСТУ ISO 11272-2001).

Фізико-хімічні властивості досліджували за такими методами: уміст гумусу за методом Тюріна в модифікації Сімакова, сума обмінних основ методом Каппена-Гільковиця, гідролітична кислотність методом Каппена, ступінь насичення грунту основами – розрахунково (Кауричев И.С., 1986).

Масу, об’єм коренів та корененасиченість визначали за методом Станкова (Станков Н.З., 1964), чисельність дощових черв’яків – методом пошарового викопування за Гіляровим (Гиляров М.С., 1975).

Вміст макроелементів живлення рослин – амонійний азот з реактивом Несслера (ГОСТ 27894.3-88), рухомі сполуки фосфору і калію за методом Чирикова (ДСТУ 4115-2002).

Моделювання ерозійних процесів з метою визначення ефективності використання плоскорізного обробітку та органо-мінеральної системи удобрення у підвищенні протиерозійної стійкості ґрунтів виконували за допомогою дощувальної установки (Тарасов В.І., 2003). Площа дощування становила 0,16 м2, тривалість експерименту – 30 хв, висота падіння крапель – 2 м, інтенсивність дощу – 2 і 3 мм/хв. Дощування проводили на схилах 3 і 6° після проведення основного обробітку ґрунту (без рослин) та у посівах кукурудзи (фаза 5-6 листків). Установка за-безпечувала рівномірний розподіл краплин дощу по стоковому майданчику. Вода, що не вбиралася ґрунтом, та змитий дрібнозем надходили до стокоприймальної посудини, в якій вимірювали об’єм поверхневого стоку води та втрати твердої фракції ґрунту – фільтруванням.

Облік урожаю проводили за ”Методикою державного сортовипробування сільськогосподарських культур“ (1971), статистичну обробку врожайних даних – методом дисперсійного аналізу (Доспехов Б.А., 1985). Енергетичні втрати гумусу змитого ґрунту – розрахунково (Тараріко Ю.О., 2005).

Кліматичні умови за роки досліджень характеризувалися збільшенням опадів, порівняно з середньобагаторічними (507 мм) і складали в 2004 р. 627 мм, в 2005 – 669 мм, в 2006 – 611 мм. При цьому в літній період випадали зливові дощі в межах 40-79 мм за день, з середньою інтенсивністю 0,34-0,55 мм/хв, а в окремі хвилини і значно більше.

ВПЛИВ АГРОТЕХНІЧНИХ ЗАХОДІВ НА ПРОТИЕРОЗІЙНУ СТІЙКІСТЬ ТА ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТІВ

Потенційна здатність до оструктурення. У чорноземах процес оструктурення відбувається за схемою: механічний елемент – мікроагрегат – макроагрегат.

Таблиця 1 – Вплив довготривалого застосування обробітку і добрив на
потенційну здатність до агрегації чорноземів типових, 2004 р.

Обробіток,

удобрення | Шар ґрунту,

см | Мул, %

(<0,001

мм) | Фізична

глина,%

(<0, 01 мм) | Кдисп

за Качин-

ським | Фактор агрего-ваності | Показник

протиерозійної стійкості

Чорнозем типовий еродований (Без добрив, контроль)

Оранка,

20-22 см |

0 – 10 | 13,8

0,95 | 19,4

9,59 | 6,88 | 0,16 | 2,33

10 – 20 | 14.0

0,87 | 26,3

8,37 | 6,23 | 0,16 | 2,61

Плоскорізний,

10-12 см |

0 – 10 | 15,9

1,17 | 22,1

10,3 | 7,40 | 0,19 | 2,55

10 – 20 | 15,2

1,23 | 21,7

5,64 | 8,11 | 0,18 | 2,21

НІР05 1,83 0,03 0,95

Чорнозем типовий повнопрофільний (Без добрив, контроль)

Оранка,

25-27 см |

0 – 10 | 17,3

2,01 | 31,3

10,6 | 11,6 | 0,21 | 1,81

10 – 20 | 20,9

1,80 | 31,6

10,5 | 8,610,26 | 3,02

Плоскорізний,

25-27 см |

0 – 10 | 18,3

1,28 | 28,0

10,6 | 6,99 | 0,22 | 3,15

10 – 20 | 23,7

1,46 | 32,6

11,8 | 6,16 | 0,31 | 5,03

Плоскорізний,

10-12 см |

0 – 10 | 20,4

1,44 | 30,9

14,9 | 7,06 | 0,26 | 3,68

10 – 20 | 20,7

0,85 | 29,6

9,06 | 4,11 | 0,26 | 6,33

Гній (40 т/га) + NPK (290 кг/га)

Оранка,

25-27 см |

0 – 10 | 19,0

0,57 | 26,0

11,7 | 3,00 | 0,23 | 7,67

10 – 20 | 18,5

0,56 | 28,4

10,7 | 3,03 | 0,23 | 7,60

Плоскорізний,

25-27 см |

0 – 10 | 23,9

0,85 | 35,4

10,5 | 3,56 | 0,31 | 8,71

10 – 20 | 23,9

0,76 | 33,0

7,50 | 3,18 | 0,31 | 9,75

Плоскорізний,

10-12 см |

0 – 10 | 20,6

0,50 | 28,8

10,0 | 2,43 | 0,26 | 10,7

10 – 20 | 19,0

0,52 | 30,7

6,37 | 2,74 | 0,23 | 8,39

1в шарі 0-10 см, 2 в шарі 10-20 см НІР05 (фактор А і Б) 10,48 / 20,54 0,04 / 0,03 1,93 / 0,76

НІР05 (фактор АБ) 0,83 / 0,94 0,07 / 0,05 3,36 / 1,32

* Чисельник - дані гранулометричного складу, знаменник – мікроагрегатного

На рівні мікроагрегатів в адгезії приймають участь тонкодисперсні колоїдні та мулисті частки за участю гумусових речовин та полівалентних катіонів (В.В.Медведєв,1994). В наших дослідженнях гранулометричний склад чорнозему еродованого – мулувато-крупнопилувато-легкосуг-линковий, із вмістом фізичної глини 20-26%, в т. ч. мулу 13,8-15,9% (табл.1).

Встановлено, що потенційна здатність до оструктурення чорнозему еродованого підвищувалась при систематичному застосуванні мілкого плоскорізного обробітку, за якого гранулометричний показник структурності становив 22,9-24,6, за оранки – 20,7-21,0. Ступінь дисперсності мулистої фракції був у межах 6,2-8,1, який оцінюється Є.В.Шеїном (2001) як невисокий. Більша частина мулу була залучена у мікроагрегати ґрунту. Фактор потенціальної агрегованості за плоскорізного обробітку становив 0,19-0,18, за оранки – 0,16. Показник протиерозійної стійкості – відношення фактору потенційної агрегованості до фактору дисперсності знаходився в інтервалі від низького (< 2,5) до середнього (2,5-10) (Воронін А.Д., Кузнєцов М.С., 1970).

Чорнозем типовий повнопрофільний за гранулометричним складом є му-лувато-крупнопилувато-середньосуглинковий. Його потенційна здатність до оструктурення істотно зростала при органо-мінеральній системі удобрення, де показники протиерозійної стійкості ґрунту за оранки були в межах 7,67-7,60, плоскорізного обробітку на глибину 25-27 см – 8,71-9,75, плоскорізного обробітку на 10-12 см – 10,7-8,39.

Макроструктура ґрунту. В агрономічному аспекті цінними вважаються структурні агрегати розміром 10-0,25 мм, які створюють шорсткість ґрунтової поверхні і впливають на її протиерозійну стійкість. Уміст сухих агрономічно-цінних агрегатів чорнозему еродованого оцінено як середній рівень окультурення грунту (60-70%), а чорнозему повнопрофільного – як середній та високий (65-78%) (Медведєв В.В., 2002).

Ґрунтозахисні системи обробітку сприяли підвищенню водостійкості агрегатів чорнозему еродованого, уміст яких під посівами люцерни становив за оранки 61,4-66,3%, за плоскорізного обробітку на глибину 10-12 см – 66,1-70,3%. Це вплинуло на зростання їх діаметру, який за оранки був в межах 1,25-1,36 мм і достовірно вищий (1,61-1,72 мм) за плоскорізного обробітку (табл.2). На чорноземі типовому повнопрофільному відмічено тенденцію збільшення умісту водостійких агрегатів за плоскорізних обробітків, особливо на фоні внесення під кукурудзу гною та мінеральних добрив. Органо-мінеральна система удобрення також сприяла підвищенню водостійкості агрегатів, порівняно з контролем (без добрив) і за умов оранки. Застосування соломи із сидератами під просапні культури було менш ефективним.

Щодо показників якості структури ґрунту при вивченні ерозійних процесів доцільно застосовувати також метод Андріанова, який характеризує у часі стійкість до розмиву найцінніших за величиною агрегатів розміром 3-5 мм шляхом розмокання їх у стоячій воді. Це

Таблиця 2 – Водостійкість ґрунтових агрегатів чорноземів типових за різного обробітку і удобрення, 2004 – 2006 рр.

Обробіток |

Удобрення (насичення на 1га площі сівозміни) | Глибина,

см | Водостійкі

агрегати

(> 0,25 мм),

% | Середньо-

зважений

діаметр,

(dвод)., мм | Водостійкі

агрегати

(> 0,25 мм),

% | Середньо- зва-жений

діаметр,

(dвод)., мм | Водостійкі агрегати

(> 0,25 мм), % | Середньо-

зважений

діаметр,

(dвод)., мм

Чорнозем типовий еродований

Ріпак озимий

(2004 р.) | Люцерна 1-го року

використання (2005 р.) | Люцерна 2-го року

використання (2006 р.)

Оранка,

20-22 см | Без добрив

(контроль) | 0-10 | 60,2 ± 1,76 | 0,69 | 64,7 ± 2,98 | 0,80 | 66,3 ± 2,71 | 1,25

10-20 | 59,3 ± 3,22 | 0,62 | 68,1 ± 3,28 | 0,78 | 61,4 ± 4,33 | 1,36

Плоскорізний,

10-12 см | 0-10 | 65,0 ± 4,87 | 0,75 | 66,6 ± 3,60 | 0,92 | 70,3 ± 4,80 | 1,72*

10-20 | 64,6 ± 3,91 | 0,62 | 74,4 ± 1,83 | 1,06* | 66,1 ± 4,27 | 1,61*

Чорнозем типовий повнопрофільний

Кукурудза на зерно (2004 р.) | Кукурудза на силос (2005 р.) | Озима пшениця (2006 р.)

Оранка,

20-27 см | Без добрив

(контроль) | 0-10 | 53,2 ± 8,68 | 0,56 | 62,4 ± 6,45 | 0,73 | 72,1 ± 5,75 | 1,01

10-20 | 58,8 ± 6,96 | 0,58 | 65,6 ± 2,24 | 0,85 | 69,9 ± 5,04 | 1,01

Плоскорізний,

20-27 см | 0-10 | 64,7* ± 1,57 | 0,81* | 69,4 ± 2,13 | 0,79 | 70,3 ± 5,28 | 1,45*

10-20 | 68,0 ± 5,09 | 0,74 | 61,0 ± 2,12 | 0,71 | 68,5 ± 7,37 | 1,07

Плоскорізний,

10-12 см | 0-10 | 65,7* ± 2,16 | 0,97* | 66,1 ± 6,38 | 0,80 | 68,6 ± 10,3 | 1,47*

10-20 | 72,7* ± 3,17 | 1,04* | 64,3 ± 5,09 | 0,71 | 68,0 ± 8,31 | 1,45

Оранка,

20-27 см | Гній (12 т/га) + NPK
(140 кг/га) | 0-10 | 62,2 ± 1,87 | 0,78+ | 62,9 ± 1,41 | 0,88 | 77,0 ± 0,74 | 1,23+

10-20 | 64,8 ± 1,38 | 0,86+ | 62,5 ± 3,43 | 0,86 | 79,3± 11,5 | 1,47

Плоскорізний,

20-27 см | 0-10 | 70,0* ± 4,39 | 1,08* | 72,9* ± 2,80 | 1,03 | 73,7 ± 9,63 | 1,54*

10-20 | 69,2 ± 5,11 | 0,80 | 77,1*+ ± 2,37 | 1,10*+ | 79,6 ± 6,75 | 1,81+

Плоскорізний,

10-12 см | 0-10 | 74,9*+ ± 1,77 | 1,11* | 74,5*+ ± 3,35 | 1,02* | 78,4 ± 5,21 | 1,63*

10-20 | 69,8 ± 3,83 | 1,07 | 73,3* ± 3,02 | 1,05*+ | 77,9 ± 9,73 | 1,47

Оранка,

20-27 см | Солома

(1,2 т/га) +

сидерати + NPK
(140 кг/га) | 0-10 | 59,6 ±1,75 | 0,62 | 58,3 ± 5,13 | 0,65 | 67,2 ± 5,09 | 0,93

10-20 | 63,8 ± 5,21 | 0,63 | 65,3 ± 4,42 | 0,65 | 75,4 ± 3,82 | 1,15

Плоскорізний,

20-27 см | 0-10 | 63,3* ± 1,21 | 0,71 | 67,4*+ ± 2,52 | 0,81 | 64,1 ± 11,9 | 1,10

10-20 | 65,9 ± 1,77 | 0,73 | 64,5 ± 2,66 | 0,73 | 76,8 ± 6,02 | 1,08

Плоскорізний,

10-12 см | 0-10 | 68,7* ± 3,65 | 0,78 | 66,8* ± 1,26 | 0,71 | 67,5 ± 7,10 | 1,13

10-20 | 71,0 ± 4,70 | 0,66 | 70,1 ± 5,82 | 0,78 | 77,2 ± 2,41 | 1,16

* – достовірний вплив обробітку на 0,95 рівні вірогідності; + – достовірний вплив добрив; M ± tm , при n = 8

певною мірою імітує природний процес обводненості поверхні ґрунту, особливо у випадку з ранньовесняним сніготаненням чи зливовими дощами на схилових агроландшафтах. Так, у посівах ріпаку на чорноземі еродованому водостійкість агрегатів за цим методом була в межах 52,2-58,1% і суттєво не відрізнялася по варіантах обробітку ґрунту. Тенденцію підвищення водостійкості ґрунту відмічено у посівах люцерни 2-го року використання – 62,4-63,9%.

Рівноважна щільність чорнозему еродованого в шарі 0-10 см під час вегетації культур за всіх способів основного обробітку відповідала оптимальним екологічним значенням в межах 1,16-1,34 г/см3. Істотно більшою була щільність в шарі грунту 10-20 см, яка становила за оранки
1,48 ± 0,04 г/см3, плоскорізного обробітку на глибину оранки 1,42 ± 0,03 г/см3, мілкого плоскорізного обробітку – 1,49 ± 0,04 г/см3. За такої щільності складення при інтенсивних опадах цей ґрунт неспроможний поглинути певну частину води, що може зумовити стік та змив дрібнозему.

Щільність чорнозему типового на більшості агрофонів також знаходилась в оптимальних межах і становила 1,19-1,29 г/см3, окрім варіанту удобрення соломою та сидератами, де за плоскорізних обробітків відмічено ущільнення грунту в шарі 10-20 см (рис.1).

Рис. 1. Рівноважна щільність складення чорнозему типового в ланці сівозміни за різного обробітку і удобрення, середнє за 2004-2006 рр:

а – без добрив (контроль); б - гній (12 т/га) + NPK (140 кг/га);

в- солома (1,2 т/га) + сидерат + NPK (290 кг/га);

1- шар ґрунту 0-10 см; 2- шар ґрунту 10-20 см.

Водопроникність ґрунту є одним з інтегральних показників, що впливає на протиерозійну стійкість ґрунтової поверхні. Висока інфільтрація ґрунту сприяє поглинанню води атмосферних опадів та снігу, що тане, зменшуючи інтенсивність змиву. В основному цей показник має тісний зв’язок із стоком води і в меншій мірі з величиною змиву. Водопроникність чорнозему еродованого в посівах ріпаку озимого характеризувалась як низька (до 30 мм/год). Вирощування люцерни другий рік поспіль сприяло зростанню інфільтрації до показників середнього рівня. Найвищою вона була за плоскорізного обробітку на глибину 20-22 см, в середньому 0,85 мм/хв. (рис.2), що пов’язано, напевне, з вертикальною орієнтацією порового простору та більшою водостійкістю ґрунтових агрегатів порівняно з оранкою. За використання останньої цей показник становив 0,51 мм/хв.

Водопроникність чорнозему повнопрофільного відповідала середньому рівню окультурення ґрунту. Вбирання води під кукурудзою на зерно тривало понад 20 хв. і проходило з інтенсивністю 1,0-3,0 мм/хв. за плоскорізного обробітку та
0,8-2,7 мм/хв. за оранки. Вважаємо, що при зливових опадах за такої інфільтрації значна кількість води може бути ввібрана поверхнею ґрунту.

При вирощуванні кукурудзи на силос певному зростанню рівня водопроникності, порівняно з контролем, сприяла органо-
мінеральна система удобрення,
завдяки збільшенню корене-насичення верхньої частини ґрунту. Водопроникність у посівах пшениці озимої була дещо вищою
Рис.2. Водопроникність чорнозему еродованого за оранки і становила у варіантах з
за різного обробітку (поле під люцерною) добривами 0,58-1,14 мм/хв.

ЗНАЧЕННЯ БІОЛОГІЧНОГО ЧИННИКА У ФОРМУВАННІ ПРОТИЕРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ ҐРУНТУ

Шорсткість поверхні ґрунту, зумовлена дрібногрудкуватістю і наявністю пожнивних решток, сприяє зменшенню руйнівної дії кінетичної енергії крапель дощу та поверхневого стоку. На чорноземі еродованому найбільша кількість грудочок відмічалась за плоскорізного обробітку на глибину 10-12 см і становила в середньому у контролі 38,3 шт./м2, на фоні з мінеральними добривами 43,8 шт./м2, за оранки – 27,0 і 24,4 шт./м2 відповідно. Також було виявлено більше пожнивних решток люцерни після плоскорізного обробітку – 169-154 шт./м2, за оранки –
47-90 шт./м2.

Тенденцію до збільшення кількості пожнивних решток на поверхні ґрунту виявлено також на чорноземі типовому при вирощуванні кукурудзи та пшениці озимої. Біомаса решток під кукурудзою на силос на фоні післядії 40 т/га гною за глибокого плоскорізного розпушення
(25-27 см) становила 0,54 т/га, мілкого на глибину 10-12 см – 0,77 т/га, в той час як за оранки –
0,19 т/га (табл. 3).

Таблиця 3 – Вплив обробітку і удобрення на корененасиченість і об’єм коренів у 0-10-см шарі чорнозему типового, 2005 – 2006 рр.

Обробіток | Біомаса

решток, т/га | Маса

коренів

< 1 мм,

т/га | Корене-

насиче-

ність,% | Біомаса

решток, т/га | Маса

коренів

< 1 мм,

т/га | Корене-

насиче-

ність, %

Кукурудза на силос | Пшениця озима

Без добрив (контроль)

Оранка, 20-27 см | 0,04 | 0,29 | 0,43 ± 0,14 | 0,89 | 0,07 | 0,17 ± 0,02

Плоскорізний, 20-27 см | 0,19* | 0,64* | 0,66 ± 0,09 | 1,69* | 1,20* | 0,31* ± 0,02

Плоскорізний, 10-12 см | 0,72* | 0,91* | 0,53 ± 0,10 | 0,83 | 0,52* | 0,31 ± 0,11

Гній 12 т/га + 140 кг/га NPK

Оранка, 20-27 см | 0,19 | 0,83+ | 1,09+ ± 0,10 | 0,61 | 0,29 | 0,24 ± 0,05

Плоскорізний, 20-27 см | 0,54* | 0,50 | 0,66 ± 0,10 | 1,13* | 0,65* | 0,43* ± 0,03

Плоскорізний, 10-12 см | 0,77* | 0,97 | 1,06+ ± 0,07 | 1,05* | 0,97* | 0,32 ± 0,03

Солома 1,2 т/га + сидерати + 140 кг/га NPK

Оранка, 20-27 см | 0,470,83+ | 0,93+ ± 0,10 | 0,93 | 0,76 | 0,35 ± 0,08

Плоскорізний, 20-27 см | 0,460,54 | 0,91+ ± 0,05 | 1,79 | 1,65* | 0,64* ± 0,12

Плоскорізний, 10-12 см | 0,421,53*+ | 1,13+ ± 0,11 | 1,36 | 1,88* | 0,49 ± 0,15

* - достовірний вплив обробітку на 0,95 рівні вірогідності + - вплив удобрення

Таким чином, в осінній період ґрунтозахисний обробіток сприяє кращому збереженню пожнивних решток на поверхні ґрунту, тоді як за оранки значна частка їх заорюється, що зменшує протиерозійний ефект.

Коренева система рослин відіграє важливу роль у скріпленні агрегатів і зниженні змиву ґрунту. Корененасиченість кукурудзи на силос була достовірно вищою за внесення добрив, особливо за мілкого плоскорізного обробітку і становила по фону гною 1,06%, соломи і сидерату – 1,13%, у контролі – 0,53% (табл.3). Корененасиченість верхнього (0-10 см) шару ґрунту у посівах пшениці озимої була у 1,4-1,8 рази вищою за плоскорізних обробітків, ніж за оранки. Такий обробіток створює кращі екологічні умови для розвитку кореневих систем у верхньому шарі ґрунту і підвищує стійкість до змиву.

Дощові черв’яки помітно впливають на зменшення ерозійних процесів в агроландшафтах. Вони є ”живими“ оструктурювачами ґрунту, поліпшуючи його водостійкість, поровий простір та інфільтраційну здатність. Порівняльне визначення водостійкості структурних агрегатів та утворених дощовими черв’яками копролітів на чорноземах показало, що останні є більш стійкими до процесів змиву, ніж звичайні ґрунтові агрегати. Так, водостійкість копролітів чорноземів типових легкосуглинкового еродованого та середньосуглинкового, визначених на приладі Бакшеєва становила 76,5 і 82,5% відповідно, тоді як у ґрунтових агрегатів вона була нижчою – 62,5 і 66,9% (табл. 4).

Таблиця 4 – Уплив діяльності дощових черв’яків на водостійкість структурних агрегатів, 2006 р.

Ґрунт | Водостійкість агрегатів на приладі Бакшеєва, % | більше

1,0 мм | 1,0-0,25

мм | більше

0,25 мм | менше

0,25 мм | КопролітиЧорнозем еродований | 31,8 ± 3,55 | 44,7 ± 2,78 | 76,5 ± 5,73 | 23,5 | Чорнозем типовий | 40,0 ± 3,77 | 42,5 ± 4,22 | 82,5 ± 4,67 | 17,5 | Структурні агрегатиЧорнозем еродований | 17,3 ± 3,19 | 45,2 ± 4,81 | 62,5 ± 3,91 | 37,5 | Чорнозем типовий | 21,0 ± 3,60 | 45,9 ± 4,58 | 66,9 ± 4,21 | 33,1 | M± tm , при n = 4

Встановлено, що заселеність ґрунту дощовими черв’яками при вирощуванні кукурудзи на зерно була найвищою при внесенні соломи та сидератів і становила за оранки 18, за плоскорізних обробітків – 30 і 31 особин/м2, а кількість вертикальних пор відповідно – 27, 72, і 30 шт./м2. Це обумовлено більшою зволоженістю ґрунту та насиченістю його мортмасою. Подібна закономірність спостерігалась також і при вирощуванні кукурудзи на силос. Чисельність дощових черв’яків за умов плоскорізних обробітків становила 42, за умов оранки – 17 особин/м2. Стійка тенденція підвищення заселеності черв’яками верхнього шару відмічена за плоскорізного обробітку, як в контролі без добрив, так і по післядії гною і соломи з сидератами.

ІНТЕГРАЛЬНА ОЦІНКА ПРОТИЕРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ ҐРУНТУ

Ґрунтозахисна ефективність елементів агротехнологій. Інформативним методом вивчення водно-ерозійних процесів є моделювання дощу за допомогою дощувальної установки, що дозволяє дослідити протиерозійну ефективність застосування того чи іншого агрозаходу та розробити рекомендації по зменшенню втрат ґрунту. Дощування агрофонів чорнозему еродованого при крутості схилу 6°, середній інтенсивності 3 мм/хв. та тривалості 30 хв. показали, що змив ґрунту за оранки був 9,88 т/га, плоскорізного обробітку на глибину оранки 0,78 т/га, мілкого плоскорізного обробітку – 5,21 т/га (табл. 5).

Подібна закономірність спостерігалася на цих дослідних полях під час реальних зливових дощів у липні-серпні 2004 року, коли на фоні оранки змив ґрунту становив 17,9-25,6 т/га, за глибокого плоскорізного обробітку – 9,80-10,0 т/га, за мілкого плоскорізного – 14,2-16,1 т/га (Яценко С.В., 2006).

Таблиця 5 – Показники поверхневого стоку (у1, м3/га) та змиву ґрунту
(у2, т/га) при дощуванні за різних систем обробітку і удобрення, 2005-2006 рр.

Обробіток | Удобрення (насичення на 1 га сівозмінної площі) | Поверхневий

стік, (у1), м3/га | Змив ґрунту

(у2), т/га

Е* | Р* | Е | Р

Чорнозем типовий еродований легкосуглинковий (дослід ІЗ УААН) (за відсутності рослин)

Оранка, 20-22 см | Без добрив (контроль) | 126 | 115 | 9,88 | 10,9

Плоскорізний, 20-22 см | 58 | 53 | 0,78 | 1,11

Плоскорізний, 10-12 см | 102 | 92 | 5,21 | 3,78

Чорнозем типовий середньосуглинковий (дослід НАУ) (кукурудза у фазу 5-6 листків)

Оранка, 25-27 см | Без добрив (контроль) | 81 | 98 | 3,21 | 1,68

Плоскорізний, 25-27 см | 64 | 60 | 1,99 | 1,47

Плоскорізний, 10-12 см | 68 | 96 | 2,75 | 1,29

Оранка, 25-27 см | Післядія соломи
(4 т/га) + сидерати + NPK (290 кг/га) | 178 | 198 | 2,53 | 1,69

Плоскорізний, 25-27 см | 159 | 148 | 0,89 | 1,63

Плоскорізний, 10-12 см | 64 | 100 | 0,87 | 1,44

Оранка, 25-27 см | Гній (40 т/га) | 103 | 125 | 0,78 | 1,68

Плоскорізний, 25-27 см | 122 | 100 | 1,69 | 1,08

* Е – експериментальне; Р – розрахункове значення результативного параметру

При дощуванні чорнозему типового середньосуглинкового на схилі 3°
інтенсивністю 2 мм/хв. та тривалістю 30 хв. у контролі (без добрив) найбільші втрати ґрунту також були за оранки на глибину 25-27 см, де стік та змив становили 81 м3/га та 3,21 т/га відповідно. За глибокого і мілкого плоскорізних обробітків змив дрібнозему становив 1,99 і 2,75 т/га.

При зароблюванні в ґрунт гною або ж соломи із сидератами, створюється помітна шорсткість поверхні, яка сприяє зменшенню поверхневого стоку та змиву ґрунту. Так, після удобрення ґрунту соломою та сидератами змив ґрунту був дещо менший і становив за оранки 2,53 т/га, плоскорізних обробітків – 0,89 і 0,87 т/га відповідно. Внесення гною також було ефективним і сприяло зменшенню змиву ґрунту та стоку води. Мульчування чорноземів у поєднанні з плоскорізним обробітком є вагомим чинником захисту ґрунтів від ерозії.

За результатами дощування різних агрофонів на чорноземах було проведено математико-статистичний опис прогнозування поверхневого стоку (м3/га) та змиву грунту (т/га). Кореляційні залежності включали наступні факторіальні ознаки:

ХЕ – ерозійна (післястокова) енергія крапель штучного дощу, кДж/м2;

Ха – крутість схилу у градусах:

Хс – уміст в орному шарі ґрунту фракції фізичної глини (<0,01 мм), %;

Хh– уміст в орному шарі ґрунту гумусу, %;

Хof – відкритість поверхні ґрунту, %;

d – середньозважений діаметр частки ґрунту, що переноситься водним потоком (м);

І – інтенсивність штучного дощу, мм/хв.;

Кф – середній коефіцієнт достокової водопроникності грунту (мм/хв.):

Кф.с. – середній коефіцієнт водопроникності під час стоку, мм/хв.;

ЗП – загальна пористість перед дощуванням, % від об’єму грунту;

Паер – пористість аерації перед дощуванням, % від об’єму грунту.

Математичне рівняння, що описує поверхневий стік у наших дослідженнях, наступне:

(1);

при r =0,897; r2 = 0,756; Sr = 0,142 tф = 6,10. Кореляція достовірна на 05 і 01 рівнях значимості.

За „ідеалізованих” умов, при Ха = 0 та Хof = 0 математичне рівняння змиву ґрунту має такий вигляд:

(2);

Кореляція між розрахунковими та експериментальними даними має такі параметри: де r = 0,938; r2 = 0,880; Sr = 0,100; tф = 9,38; при (n-1)=12 t05 = 2,18; t01 = 3,06 і достовірна на цих рівнях значимості.

Отримані регресійні залежності можуть бути використані для створення математичних моделей, які дозволять спрогнозувати поверхневий стік та змив ґрунту не лише на об’єктах наших досліджень, а й взагалі на чорноземах Правобережного Лісостепу за умови, що в подальших дослідженнях діапазони змін характеристик ґрунту, схилів, відкритості фону будуть розширені.

ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ АГРОТЕХНІЧНИХ ЗАХОДІВ

Кількісну оцінку небезпеки прояву ерозії встановлюють за інтенсивністю втрат ґрунту з одиниці площі за одиницю часу, в т/га. Однак разом із змивом дрібнозему, біоти, макро- та мікроелементів живлення також одночасно втрачається і значна кількість енергії, яка зосереджена, як правило, в органічній речовині ґрунту. За таких змін порушуються енергетичні зв’язки ґрунту, як біологічної системи, що поступово обумовлює деградацію агроландшафту.

На чорноземі типовому еродованому найбільші втрати енергії гумусових речовин зафіксовано на фоні оранки, які складали 2478 МДж/га. За плоскорізного обробітку на глибину 20-22 см ці втрати були суттєво меншими – 196 МДж/га. При цьому і втрати поживних елементів були незначними.

Результати обліку врожаю кукурудзи на зерно по варіантах обробітку та удобрення показали, що найвищий рівень урожайності був за плоскорізних обробітків при внесенні 40 т/га гною + N110P90K90 і становив 7,57 і 7,76 т/га. Це вказує на значну позитивну дію добрив, що забезпечило 2,80-3,39 т/га приросту врожаю, порівняно з контролем. Щодо системи обробітку ґрунту, то її дія була менш вираженою і становила 5,4-10,8%.

Характеризуючи врожайність кукурудзи на силос слід відзначити позитивний вплив від застосування мінеральних добрив на фоні післядії гною за плоскорізних обробітків, яка становила 60,3-62,0 т/га, а за умов заміни традиційної системи удобрення соломою та сидератами – 61,1-61,8 т/га. Також у цих варіантах одержано і найвищий умовно чистий дохід