Національний науковий центр

„Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського”

Гіржева Катерина Борисівна

УДК 631.43 : 631.474

фізичні властивості ґрунтів

як критерій їх бонітування

06.01.03 – агроґрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Медведєв Віталій Володимирович, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського”, головний науковий співробітник лабораторії геоекофізики ґрунтів

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор

Гринченко Тімур Олександрович, Харківський національний педагогічний університет ім. Г.С. Сковороди, завідуючий кафедрою ботаніки

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Барвінський Андрій Валерійович, Національний аграрний університет, доцент кафедри управління земельними ресурсами

Провідна установа Національний університет водного господарства та природокористування, кафедра агрохімії, ґрунтознавства і землеробства, Міністерство освіти і науки України, м. Рівне

Захист відбудеться 11.05.2007 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

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

Автореферат розіслано 11.04. 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Бонітування ґрунтів є складовою частиною земельного кадастру і основою для проведення економічної оцінки земель. Результати бонітування враховуються у грошовій оцінці земельних ділянок, при визначенні втрат с.-г. виробництва, які підлягають відшкодуванню тощо (Закон України “Про оцінку земель”, 2004; Порядок нормативної грошової оцінки земель сільськогосподарського призначення та населених пунктів. Постанова Кабміну України від 25.05.2006 р. № 723). Це потребує наявності у державі об’єктивної методики бонітування ґрунтів. Існуючі в Україні принципи і методи бонітування, що базуються на властивостях ґрунтів і урожайності культур, найчастіше орієнтовано на критерії потенційної родючості. Тому зазвичай з цією метою використовувались такі показники, як вміст гумусу, потужність гумусованого шару ґрунту, гранулометричний склад, рН, рідше - рухомі форми елементів живлення. Першим прикладом застосування фізичних показників за основні критерії оцінки якості ґрунтів є метод розрахунку індексу фізичного стану (В.В. Медведєв, Т.М. Лактіонова, 1988). Однак, у існуючих методиках бонітування ґрунтів ці показники застосовано недостатньо і необ’єктивно. Оскільки фізичні властивості є вагомою складовою ґрунтової родючості, їхні показники набувають популярності в іноземних концепціях якості ґрунтів і оцінки земель с.-г. призначення: Росії (І.І.Карманов із співав., 2002), Франції (D. De la Rosa, 1982), США (F. Steiner, 1987; B.P. Warkentin, 1995), Канади (D.E. Romig and oth., 1995), Індії (D.P.S. Divakar, R.N. Sing, 1993), Болгарії (Б.Георгиев, 1994), Нової Зеландії (G.P. Sparting, L.A. Schipper, 2002) і т.д. Тому здійснення детальної кількісної і якісної оцінки фізичних властивостей для бонітування орних ґрунтів України в сучасних умовах набуває наукової і практичної актуальності.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано у Національному науковому центрі „Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського” в межах завдання 01.06 „Удосконалити методику бонітування і грошової оцінки ґрунтів України” НТП УААН „Родючість і охорона ґрунтів” 2001-2005 рр. (№ ДР 0101U006033).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - визначення переліку фізичних показників, за якими можливо об’єктивізувати бонітування ґрунтів, обґрунтування найбільш прийнятного методу їх залучення до обрахування бонітетів і здійснення оцінки якості фізичного стану ґрунтів с.-г. призначення.

Відповідно до мети вирішувались такі завдання:

· створити бази даних за участю фізичних властивостей і урожайності культур для цілей бонітування ґрунтів;

· обґрунтувати вибір фізичних показників для цілей бонітування ґрунтів;

· встановити зв’язок урожайності культур із балами загального бонітету (за методикою ННЦ ІГА) при поступовому вилученні з розрахунку фізичних показників; і з балами бонітету за фізичним станом;

· визначити надійність зв’язку фізичних властивостей з урожайністю культур, розробити педотрансферні оціночні моделі за участю фізичних показників зі встановленням нормативів їх впливу на врожай та бонітування ґрунтів;

· визначити зміни балів бонітетів в умовах антропогенного навантаження;

· встановити зміни бальної оцінки ґрунтів залежно від гідротермічних умов і впливу окремих ґрунтових процесів;

· розрахувати бали загального й часткових бонітетів Бфс, як характеристики фізичного стану ґрунтів с.-г. призначення;

· верифікувати положення удосконаленої методики бонітування ґрунтів у базових господарствах Харківської області.

Об’єкт дослідження – фізичні властивості ґрунтів як критерії бонітування.

Предмет дослідження – зв’язок фізичних показників із врожаєм с.-г. культур і бонітуванням ґрунтів, математична обробка даних, бали бонітетів.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених у дисертаційній роботі завдань застосовано методи польових і лабораторних досліджень за атестованими (визначення основних фізичних, фізико-хімічних та ін. показників ґрунту) та тимчасово-допущеними методиками. Для встановлення математичних взаємозв’язків, нормативних показників впливу фізичних показників на врожай і бонітування ґрунтів, розробки педотрансферних моделей і розрахунку бонітетів сформовано бази й матриці даних та застосовано методи математичної статистики (кореляційний, факторний і кореляційно - регресійний аналіз). Додатково розроблено комп’ютерні програми для угруповання й обробки даних, оцінки адекватності статистичних моделей і автоматизації розрахунків.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в обґрунтуванні необхідності застосування фізичних показників у бонітуванні ґрунтів України:

уперше:

· виконано детальну якісну й кількісну оцінку фізичних властивостей з метою бонітування ґрунтів;

· розроблено педотрансферні оціночні моделі за участю фізичних показників;

· визначено нормативи їх впливу на врожай с.-г. культур і бонітування ґрунтів;

· оцінено параметри зв’язку фізичних показників із врожаєм с.-г. культур для бонітування ґрунтів у регіональному аспекті;

· доведено вирішальне значення фізичних показників для оцінки якості ґрунтів з ознаками опідзолення, оглеєння, солонцюватості й засолення;

· визначено перелік фізичних показників, за якими можливо об’єктивізувати методику бонітування ґрунтів;

обґрунтовано:

· найбільш прийнятний метод залучення фізичних показників до обрахування бонітетів (методика ННЦ ІГА);

здійснено:

· загальну й часткову оцінку фізичного стану ґрунтів с.-г. призначення.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дозволяють об’єктивізувати методику бонітування ґрунтів України. Це сприяє удосконаленню визначення екологічної придатності ґрунтів для вирощування с.-г. культур і встановлення втрат с-г. виробництва, які підлягають відшкодуванню. Очікується також підвищення точності економічної оцінки земель, грошової оцінки земельних ділянок та результатів інших розрахунків, що пов’язані із землею, як об’єктом товарно-грошових відносин.

Особистий внесок здобувача полягає у безпосередній участі у польових і лабораторних дослідженнях, плануванні та проведенні теоретичних і експериментальних робіт. Особисто автором проаналізовано і систематизовано здобуті літературні та експериментальні дані, створено окремі бази даних, застосовано методи статистико-математичного аналізу для виявлення значущості фізичних показників, розраховано бали бонітетів за існуючими методиками бонітування для визначення змін бальної оцінки в умовах антропогенного навантаження та під впливом гідротермічних параметрів і окремих ґрунтових процесів, здійснено загальну і часткову оцінку якості фізичного стану ґрунтів с.-г. призначення, проаналізовано та узагальнено одержані результати, зроблено відповідні висновки і рекомендації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародній науковій конференції „Теорія і методи оцінювання, оптимізації використання і відтворення земельних ресурсів” (м. Київ, 2002 р.), на VI з’їзді УТГА (м. Умань, 2002 р.), на конференції, присвяченій 100-й річниці від дня народження О.М.Гринченка, Г.С.Гриня, М.К.Крупського (м. Харків, 2004 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи надруковано шість наукових праць, з яких чотири опубліковано у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертацію складено зі вступу, 7 розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел і додатків. Роботу викладено на 224 сторінках, з них 145 сторінок основного тексту. Її ілюстровано 26 рисунками, 16 таблицями і 6 додатками. Список використаних джерел налічує 294 найменування, з яких 22 - латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Досвід використання фізичних показників у бонітуванні ґрунтів. У розділі розглянуто значення і функції бонітування ґрунтів у оцінці с.-г. земель на сучасному етапі реформування земельних відносин. Простежено історію розвитку бонітувальних робіт в Україні й країнах колишнього СРСР, яка містить два напрямки: 1) за природними властивостями і урожайністю культур; 2) за урожайністю культур. Проаналізовано використання фізичних показників у бонітуванні ґрунтів. Підкреслено важливе значення останніх у природно-історичному методі (В.В. Докучаєв, 1950) і пунктовому методі оцінки земель Галичини (Д.І. Гнаткович та ін., 1995), які практично знівельовано за часів Радянського Союзу. Виявлено найбільш вагомі причини ігнорування фізичних показників у цей період, їх заміни потенційними критеріями або умовними константними величинами для уточнення запасів гумусу, азоту, фосфору тощо. Продемонстровано ефективність залучення складних методів математичної обробки даних (замість спрощених парних кореляцій) і їхню роль у зміні сталих поглядів на критерії ефективної родючості. Простежено повільне підсилення уваги до фізичних показників у методиках бонітування різних областей і республік колишнього СРСР. Висвітлено ступінь і способи їхнього залучення до розрахунку бонітетів за різними концепціями й методами. Відмічено поступове зростання популярності фізичних індикаторів у зарубіжних працях щодо якості ґрунтів і оцінки с.-г. угідь, та недостатній інтерес до них у сучасних роботах вітчизняних учених.

Об’єкти та методи досліджень. У дослідженнях використано дані щодо 379 ґрунтових різновидів, серед яких - буроземи кислі опідзолені, дерново-буроземні, буроземно-підзолисті та алювіальні дерново-буроземні ґрунти Закарпатської низовини (17), Закарпатського передгір’я – 125-500 м н.р.м. (13) і Карпатської гірської зони - 500-1200 м (4); дерново–підзолисті неоглеєні (13) та оглеєні (32) ґрунти Полісся; дерново-карбонатні і карбонатні ґрунти (6) Полісся і Лісостепу; ясно – сірі й сірі лісові ґрунти (23), темно-сірі опідзолені ґрунти, чорноземи опідзолені, реградовані (34) та типові (36) Лісостепу; чорноземи звичайні (86) і південні (37) Степової зони; темно-каштанові і каштанові солонцюваті ґрунти Сухого Степу (19); лучні і лучно-степові незасолені (9), засолені і солонцюваті (37) ґрунти та солонці (13) Лісостепу і Степу.

Джерелом фактичних значень грунтово-фізичних показників є база даних лабораторії геоекофізики ґрунтів ННЦ “ІГА імені О.Н. Соколовського” - “Фізичні та водно-фізичні властивості ґрунтів України”; агрокліматичних і водно-фізичних показників - літературні джерела (Агрокліматичні довідники за областями України, 1958-1960; Н.Г. Іовенко, 1960 та ін.). Завдяки спільній роботі з проектно-технологічним Центром “Центрдержродючість” і його 25 обласними філіями визначено параметри хімічних і фізико-хімічних показників, географічні координати об’єктів, технологічні характеристики полів і виробничих ділянок (площа, довжина, ширина, довжина робочого гону, площа ґрунтових виділів, ухил поверхні поля). Останні відбирались за умов їх типовості для конкретних регіонів. Інформацію щодо врожайності зернових культур на стаціонарних дослідах за період 1966-1990 рр. зібрано за допомогою лабораторії моделювання й управління хімізацією сільського господарства ННЦ “ІГА імені О.Н.Соколовського” (завідувач М.В. Лісовий). Вибір зональних культур, визначення нормованих оцінок показників і їх оптимальних параметрів здійснено на підставі концепції розміщення с.-г. культур (В.В.Медведєв, 1997) і аналізу деяких літературних джерел (І.А. Розумний, А.В. Деревицький, Б.С. Носко та ін., 1985; Н.І. Сініцина, І.А. Гольцберг, З.А. Струнніков, 1973 та ін.).

Створені бази даних використано для обрахування бонітетів і проведення статистико-математичного аналізу з залученням статистичних функцій програми Microsoft Excel XP (кореляційний аналіз) та пакету програм ВІУА (факторний аналіз із реалізацією методу “VARIMAX”, кореляційно-регресійний аналіз). Для угруповання даних і розрахунків статистичних показників для оцінки адекватності одержаних моделей застосовано серію спеціально розроблених програм. Для обґрунтування найбільш прийнятного методу залучення фізичних показників до обрахування бонітетів, за яким об’єктивно враховуються наслідки окультурення чи фізичної деградації ґрунтів, визначено зміни балів бонітетів за умов антропогенного навантаження (за методиками А.І.Сірого, 1981; Л.Л.Шишова, І.І.Карманова, Д.Н. Дурманова, 1987; Л.Я.Новаковського зі співав., 1992).

При здійсненні виробничої перевірки встановлено географічні координати ґрунтів (за допомогою GPS), генетичні, морфологічні і технологічні параметри об’єктів (із залученням ґрунтових та топографічних карт). У польових та лабораторних умовах визначено потужність гумусованого шару ґрунту, см; гранулометричний склад ґрунтів (МВВ 31-497058-010-2003); рівноважну щільність будови ґрунту у шарі 0-50 см (ДСТУ-ISO–11272-2001); загальний вміст гумусу у шарі ґрунту 0-30 см, % (ДСТУ – 4289 - 2004), вміст поживних речовин у шарі ґрунту 0-30 см - рухомого фосфору (Р2О5), мг/100 г ґрунту, й обмінного калію (К2О), мг/100 г ґрунту (ДСТУ– 4115-2002), показник рН сольового (ДСТУ-ISO–10390-2001). Повторність визначень – 4-х кратна.

Характеристика фізичних і агрокліматичних показників бонітування. Одержання об’єктивної методики бонітування ґрунтів за сучасних умов господарювання потребує спільного залучення критеріїв потенційної і ефективної родючості. Тому для досліджень обрано групу показників, що здатні характеризувати стан фізичних властивостей ґрунтів як потенційно, так і реально: вміст фізичної глини, %; потужність гумусованого шару ґрунту, см; рівноважна щільність будови ґрунту в шарі 0-50 см, г/см3; запаси продуктивної вологи під час сходів у шарі ґрунту 0-20 см і під час цвітіння чи формування генеративних органів у шарі ґрунту 0-100 см (критичні періоди розвитку рослин), мм. Оскільки фізичні властивості ґрунтів необхідно розглядати разом із місцевими кліматичними умовами (В.В. Докуча єв, 1950) цей перелік доповнено агрокліматичними показниками: температура повітря у критичні періоди розвитку рослин, о С і ГТК за період із температурою повітря вище 10о С. За допомогою аналізу і узагальнення літературних джерел (роботи А.Г. Бондарева зі співав., 1999; Н.А. Качинського, 1958, 1970; А.П.Коломійця, 1982; Т.Н. Кулаковської зі співав., 1984; В.В. Медведєва зі співав, 1979-2004; Б.С.Носко зі співав., 1979; М.І.Полупана зі співав., 2001; І.Б. Ревута зі співав., 1964, 1971; А.А. Роде, 1965; Н.І. Сініциної зі співав, 1973; Ф.Д. Сказкіна, 1971 та ін.) надано детальну характеристику показників, висвітлено їхнє значення для родючості ґрунтів і формування врожаю, наведено дані про зв’язки з іншими ґрунтово-кліматичними показниками, про сучасний стан параметрів та його зміни під впливом природно-антропогенних чинників, обґрунтовано вибір критичних періодів розвитку рослин, оптимальні параметри за потребами різних с.-г. культур тощо.

Методика бонітування ґрунтів ННЦ ІГА (В.В. Медведєв із співав., 2002) передбачає розрахунок балів загального й часткових бонітетів ґрунту в межах 100-бальної замкнутої оціночної шкали для всієї країни. Одиницею оцінки є ґрунтовий різновид. Усі основні критерії бонітування, у тому числі фізичні й агрокліматичні, розподілено на блоки: „Ґрунт”: 1) потужність гумусованого шару, см; 2) вміст гумусу в орному шарі ґрунту, %; 3) щільність будови ґрунту у шарі 0-50 см у рівноважному стані, г/см3 (далі за текстом – щільність будови ґрунту); 4) вміст Р2О5 у шарі 0-30 см, мг/100 г ґрунту; 5) вміст К2О у шарі 0-30 см, мг/100 г ґрунту; 6) вміст фізичної глини, %; 7) рН; „Клімат”: 8) запаси продуктивної вологи у шарі ґрунту 0-20 см під час посіву-сходів, мм; 9) запаси продуктивної вологи у шарі ґрунту 0-100см під час цвітіння чи формування генеративних органів, мм; 10) сума активних температур вище 100 С для культур із коротким вегетаційним періодом (квітень-липень); 11) сума активних температур вище 100 С для культур із довгим вегетаційним періодом (квітень-вересень); 12) температура повітря під час посіву-сходів, 0С; 13) температура повітря під час цвітіння чи формування генеративних органів, 0С; 14) ГТК за період з температурою повітря вище 100 С; „Поле”: 15) робочий ухил поверхні поля, град; 16) питомий опір ґрунту, кгс/см2; 17) коефіцієнт конфігурації поля; 18) строкатість поля (кількість робочих ділянок); 19) глибина підгрунтової води, м; 20) мінералізація підгрунтової води г/л (при глибині <5м).

Розрахунок балів загального бонітету здійснюється за формулою (1):

, (1)

де - бал загального бонітету;

- оціночні бали основних критеріїв бонітування, які

визначаються за допомогою банків нормованої оцінки (табл. 1);

- значення вагових коефіцієнтів показників;

Пк1, Пк2…Пк3 – поправні коефіцієнти на засолення, солонцюватість,

гідроморфність, щебенюватість та ін.

Таблиця 1

Нормована оцінка показників для розрахунку загального бонітету*

№ показника | ВК** | Оцінка якісна та оцінка в балах

дуже висока
(оптимальна) | висока | середня | низька | дуже низька

100 | 80 | 60 | 40 | 20

Блок „Ґрунт”

1 | 1,0 | >65 | 65-51 | 50-36 | 35-20 | <20

2 | 1,0 | >3,5 | 3,5-3,1 | 3,0-2,6 | 2,5-2,1 | <2,0

3 | 1,5 | 1,1-1,3 | 1,1-1,0;

1,3-1,4 | 1,0-0,9;

1,4-1,5 | 0,9-0,8;

1,5-1,6 | <0,8;

>1,6

4 | 2,0 | 20,0-15,1 | 15,0-10,1 | 10,0-5,1 | 5,0-2,1 | <2,0;

5 | 1,5 | 18,0-12,1 | 12,0-8,1 | 8,0-4,1 | 4,0-2,1 | <2,0

6 | 1,0 | 45-30 | 46-50;

30-26 | 51-55;

25-20 | 56-60;

19-15 | >60;

<15

7 | 1,5 | 6,1-7,2 | 6,0-5,6;

7,3-7,5 | 5,5-5,1;

7,6-7,8 | 5,0-4,6;

7,9-8,0 | <4,5;

>8,0

Блок „Клімат”

8 | 2,0 | >40 | 40-30 | 29-20 | 19-10 | <10

9 | 2,0 | >160 | 160-130 | 129-100 | 99-70 | <70

10 | 1,5 | >2000 | 2000-1600 | 1599-1200 | 1199-900 | <900

11 | 1,5 | >2800 | 2800-2200 | 2199-1600 | 1599-1200 | <1200

12 | 1,0 | 10,0-20,0 | 9,9-8,0;

20,1-22,0 | 7,9-6,0;

22,1-24,0 | 5,9-4,0;

24,1-26,0 | <4;

>26

13 | 1,5 | 16,0-20,0 | 15,9-14,0;

20,1-22,0 | 13,9-12,0;

22,1-24,0 | 11,9-10,0;

24,1-26,0 | <10;

>26

14 | 1,5 | 1,1-1,2 | 1,09-1,00;

1,21-1,30 | 0,99-0,90;

1,31-1,40 | 0,89-0,70;

1,41-1,60 | <0,70; >1,60

Блок „Поле”

15 | 1,0 | <0,5 | 0,6-1,0 | 1,1-2,0 | 2,1-3,0 | >3,00

16 | 1,5 | <0,30 | 0,31-0,45 | 0,46-0,60 | 0,61-0,75 | >0,75

17 | 1,0 | >10 | 10,0-5,0 | 4,9-3,0 | 2,9-1,0 | <1,0

18 | 1,5 | 1 | 2,0-4,0 | 4,0-6,0 | 7,0-10,0 | >10

19 *** | 1,5 | >3,0 | 2,9-1,0 | 0,9-0,6 | 0,5-0,2 | <0,2

20 *** | 1,5 | <0,5 | 0,5-1,0 | 1,1-1,5 | 1,6-2,0 | >2,0

* - за В.В. Медведєвим, І.В. Пліско (2006) за участі К.Б. Гіржевої;

** - ваговий коефіцієнт показника;

*** - показники для меліорованих угідь (зрошені й осушені землі).

Розрахунок балів часткового бонітету. Визначаються бали часткового бонітету за формулою (2):

, (2)

де Бч - бал часткового бонітету за зональною культурою;

Ф1, Ф2, Ф3, Фn- фактичні значення показників;

О1, О2, О3, Оn – оптимальні параметри показників (за В.В. Медведєвим,

І.В. Пліско, 2006);

n - кількість основних показників бонітування;

100 - коефіцієнт переведення до 100-бальної шкали.

Зональними культурами для Полісся й частини Карпатської Лісолучної зони обрано озиме жито, картоплю й льон; для Лісостепової зони - озиму пшеницю, ячмінь, овес, кукурудзу і цукрові буряки; для Степової зони - озиму пшеницю, кукурудзу та соняшник.

Розрахунок балів бонітетів за фізичним станом (Бфс). Вихідною основою для розрахунку загального і часткових бонітетів Бфс, що характеризують фізичний стан ґрунтів за потребами с.-г. культур, є метод визначення індексів фізичного стану ґрунту (В.В. Медведєв, Т.М. Лактіонова, 1988). За критерії бонітування у цьому разі прийнято вісім досліджених показників (3):

Бфс = 12,5 (Ф1/О1 + Ф2/О2 ...+ Ф8/О8) (3).

де Ф1, Ф2 …Ф8 - фактичні значення показників загального чи часткового Бфс;

О1, О2 … О8 - оптимальні значення показників загального чи часткового Бфс;

12,5 – коефіцієнт переведення до 100-бальної шкали.

Оцінка ролі фізичних показників у бонітуванні ґрунтів за методами статистико–математичного аналізу

Взаємозв’язки між урожайністю с.-г. культур і балами бонітетів за різною кількістю показників визначено за допомогою кореляційного аналізу. Умовним терміном “повні” названо бонітети (методика ННЦ ІГА), які враховують фізичні й агрокліматичні критерії: Б123ф – за показниками блоків „Ґрунт”,„Клімат” і „Поле”, Б12ф – „Ґрунт” і „Клімат”, Б13ф - „Ґрунт” і „Поле”, Б23ф - „Клімат” і „Поле”, Б1ф - „Ґрунт”, Б2ф – „Клімат”, Б3ф – „Поле”. В аналогічно розрахованих “неповних” бонітетах (Б123, Б12, Б13, Б23, Б1, Б2) із блоку „Ґрунт” вилучено показники щільності будови ґрунту, вмісту фізичної глини й потужності гумусованого шару ґрунту, із блоку „Клімат” - запасів продуктивної вологи в ґрунті у критичні періоди розвитку рослин і ГТК за період із температурою повітря > 10о С.

Найменший ступінь взаємодії з урожаєм мають бонітети за окремими блоками показників - Б1, Б2 чи Б3. Коефіцієнти кореляції (R) для різних ґрунтових груп варіюють від 0,01 до 0,80. Деяке підсилення зв’язків (R 0,08-0,85) відбувається при залученні до розрахунку досліджених властивостей. Дія грунтово-фізичних показників істотно проявляється на дерново-підзолистих, дерново-карбонатних та сірих лісових ґрунтах (R збільшується від 0,080,40 до 0,490,60), дещо слабше на інших лісостепових ґрунтах (R від 0,080,38 до 0,280,58) і найменше у Степовій зоні (R від 0,690,81 до 0,710,85). Присутність показників вологозабезпечення рослин (Б2ф) найбільше впливає на величину R для бонітетів дерново-підзолистих ґрунтів (R від 0,02-0,03 до 0,580,65); найменше – лучних і лучно-чорноземних незасолених ґрунтів (R від –0,31 до 0,17). Добре помітно тенденцію позитивних змін R при поєднанні блоків „Ґрунт”, „Клімат” і „Поле”, особливо під дією фізичних і агрокліматичних параметрів (рис. 1). Найбільш достовірні зв’язки з урожаєм мають “повні” бонітети Б123ф та Б12ф.

У межах повної ґрунтової вибірки найменші величини R одержано для бонітетів Б3, Б23, Б2ф, Б2 і Б23ф (R=0,070,35). Лише для блоку ґрунтових показників (Б1) математичний взаємозв’язок є значущим (R=0,64). Подальше підвищення залежності з урожаєм простежується від бонітетів Б13 (R=0,66), Б12 (R=0,67) і Б123 (R=0,69) до бонітетів із фізичними й агрокліматичними критеріями - Б1ф (R=0,69), Б13ф (R=0,71), Б12ф (R=0,72) і Б123ф (R=0,73).

Коефіцієнти кореляції для бонітетів за фізичним станом ґрунтів (Бфс) на різних ґрунтах складають від 0,18 до 0,84. Відмічено зростання достовірності зв’язку при наявності у ґрунтах засолення, солонцюватості, ерозії, оглеєння та за різного ступеня опідзолення, що, вочевидь, пов’язано з погіршенням фізичних властивостей таких ґрунтів (рис. 2).

Парні кореляційні зв’язки. Оскільки цей метод дозволяє встановити лише спрощені лінійні зв’язки, він давно не вважається достатнім обґрунтуванням для відбору критеріїв бонітування (Р.Г.Дерев’янко, 1985; В.А.Семенів, 1970; А.І.Сірий, 1974 та ін.). Однак, довготривалість його існування у бонітуванні ґрунтів (майже півстоліття) зумовила нас не уникати подібних розрахунків. У межах повної ґрунтової вибірки вагомих зв’язків встановлено не було. Значущість парних зв’язків за окремими групах ґрунтів має вибірковий характер. Для температури повітря у критичні періоди розвитку рослин це карбонатні ґрунти, ясно-сірі і сірі лісові ґрунти, опідзолені ґрунти, чорноземи типові (0,53-0,78) та солонці з обернено пропорційною залежністю (-0,51). Запаси продуктивної вологи в шарі ґрунту 0-20 см (посів-сходи) відзначено на оглеєних дерново-підзолистих ґрунтах (0,63) та більшості об’єктів дослідження Степової зони (0,50-0,73); у шарі ґрунту 0-100 см (другий критичний період) – на чорноземах звичайних еродованих (0,73), дерново-карбонатних і буроземних ґрунтах (0,60). Для ГТК за період із температурою повітря вище 10о С високі значення R встановлено на дерново-карбонатних ґрунтах (0,83) і чорноземах типових змитих (0,73). Вплив щільності будови ґрунту на врожай простежується на дерново-карбонатних ґрунтах (-0,60), дерново-підзолистих оглеєних ґрунтах (-0,69) та чорноземах типових еродованих (-0,75); потужності гумусованого шару ґрунту - на неглибоких дерново-карбонатних ґрунтах (0,53), чорноземах південних і короткопрофільних на елювії сланців (0,59) та дерново-підзолистих неоглеєних ґрунтах (0,51); вмісту фізичної глини - на дерново-карбонатних, ясно-сірих і сірих лісових ґрунтах (0,51-0,65) та солонцях різного генезису (-0,72).

Педотрансферні оціночні моделі. Це математичні рівняння, які з певною вірогідністю описують основні взаємозв’язки між залученими до математичного аналізу ґрунтовими показниками. Оскільки фізичні властивості є лише частиною ґрунтової родючості, оцінку їх вагомості для бонітування ґрунтів здійснено в межах всього комплексу критеріїв системи “Ґрунт-Клімат-Поле”.

Кінцевий вигляд педотрансферних моделей є результатом застосування багатофакторного кореляційно - регресійного аналізу. Розробку регресійних моделей великої розмірності (20 показників і 379 об’єктів) пов’язано із проблемою колінеарності та мультиколінеарності факторів (кореляція між парами або декількома факторами одночасно), що не дозволяє відокремити реальний вплив окремого показника на результативну ознаку. Уникнути цієї проблеми можливо шляхом попередньої обробки вихідних даних методом факторного аналізу (А.М. Зосімов, В.П. Голік, 2004).

За результатами факторного аналізу вирішальну роль у зміні величини врожаю - 52,1 % відіграють показники щільності будови ґрунту (коефіцієнт детермінації R2=-0,60) і вмісту фізичної глини (R2=0,51). Окремо факторні групи виділяють значущість таких показників: 5,5 % врожаю - потужність гумусованого шару ґрунту (R2=0,71); 3,9 % - вміст Р2О5 в орному шарі ґрунту (R2=0,76); 2,9 % - сума температур вище 100 С (R2=0,78), температура повітря під час посіву-сходів (R2=0,55) і цвітіння (R2=0,81) та ГТК за період з температурою повітря вище 100 С (R2=-0,85); 0,9 % - вміст гумусу в орному шарі ґрунту (R2=0,98); 0,7 % - коефіцієнт конфігурації поля (R2=0,99); 0,1 % – строкатість поля (R2=0,90); 0,1 % - вміст продуктивної вологи у шарі ґрунту 0-20 см (R2=-0,80) і 0-100 см (R2=-0,63) у критичні періоди розвитку рослин. Сукупний відсоток навантаження врожаю не перевищує 66,2 %. Більш глибинні зв’язки, як правило, виражені у криволінійній формі і не проявляють свій вплив без попередньої трансформації даних. Для поглибленого пошуку складних нелінійних залежностей застосовано логнормальний розподіл величин, який вважається (Ю.Н. Благовещенський, В.П. Самсонова, Є.А. Дмітрієв 1987; Б.А. Доспєхов, 1985 та ін.) доречним у ґрунтознавстві.

Це сприяло підвищенню сукупного відсотка факторного навантаження врожаю до 85,7 %. Виявлено, що варіювання врожаю на 75,5 % зумовлено впливом ґрунтово-фізичних показників: щільності будови ґрунту (R2=0,42), вмісту фізичної глини (R2=0,12) і потужності гумусованого шару ґрунту (R2=0,11). Математичну вагу запасів продуктивної вологи у шарі ґрунту 0-20 см під час посіву-сходів (R2=0,79) і в шарі 0-100 см під час цвітіння рослин (R2=0,28) збільшено від 0,1 до 0,8% із перетворенням від’ємних векторів у позитивні. Значення агрокліматичних показників - суми температур вище 100 С (R2=0,87), температури повітря у періоди посіву-сходів (R2=0,62) та цвітінні – формуванні генеративних органів (0,85) і ГТК за період з температурою повітря вище 100 С (R2=-0,65) підтверджено зі зменшенням їх навантаження від 2,9 до 1,1 %. Відмічено значущість показників вмісту гумусу (R2=0,82) - 0,8 % врожаю, строкатості поля (R2=0,92) – 0,2 %, коефіцієнта конфігурації поля (R2=-0,98) – 0,1 %, вмісту Р2О5 в орному шарі ґрунту (R2=0,52) – 0,1 %. Після логарифмування даних визначено також роль також тих показників, які за фактичними величинами не виділялись: глибина залягання підгрунтової води (R2 0,84) – 3,2 % врожаю, ухил поверхні поля (R2=0,89) – 1,3 % і вміст К2О в орному шарі ґрунту (R2=0,88) - 1,3 %.

У педотрансферних моделях за факторіальні ознаки прийнято факторні групи, тобто, вектори факторного навантаження показників з умовними позначеннями: Z1 – щільність будови ґрунту, вміст фізичної глини, потужність гумусованого шару ґрунту; Z2 – глибина залягання підгрунтової води; Z3 - ухил поверхні поля, Z4 – вміст обмінного калію в орному шарі ґрунту, Z5 – сума температур вище 100 С, температура повітря у критичні періоди розвитку рослин (сходи і цвітіння), ГТК за період з температурою повітря вище 100 С; Z6 - вміст гумусу в орному шарі ґрунту; Z7 - вміст продуктивної вологи в ґрунті у критичні періоди розвитку рослин; Z8 – строкатість поля; Z9 - коефіцієнт конфігурації поля; Z10 - вміст рухомого фосфору в орному шарі ґрунту.

До складу загальної педотрансферної оціночної моделі (4) залучено найсуттєвіші критерії формування врожаю с.-г. культур і бонітування ґрунтів для повної ґрунтової вибірки: щільність будови ґрунту, вміст фізичної глини, потужність гумусованого шару ґрунту, ухил поверхні поля, запаси продуктивної вологи у критичні періоди розвитку рослин та коефіцієнт конфігурації поля.

, (4)

n = 379 R = 0,684 R 2= 0,459 F** = 44,143 > Fр** 0,999 = 3,6-3,7

tр*0,999 = 3,29 (tр*0,99 = 2,58)

* - t-Ст’юдента; ** - F-Фішера

Для визначення ролі фізичних показників у різних ґрунтово-кліматичних умовах і простеження тенденції її змін розроблено регіональні педотрансферні моделі (табл. 2). Для збільшення об’єктивності одержаних даних невеликі ґрунтові групи поєднано у великі (усього 9).

Таблиця 2

Регіональні педотрансферні моделі якості ґрунтів

Назва групи ґрунтів | Рівняння регресії

Ґрунти чорноземного типу

(n=165; R=0,6;F=52,03 > Fр 0,999=3,7-3,8; tр0,999 = 3,37)

Лучні й лучно-чорноземні незасолені ґрунти

(n=26; R=0,98; F=728,16 > Fр 0,999 =6,1; tр0,999 = 3,72)

Лучні й лучно-степові засолені й солонцюваті ґрунти (n=37; R=0,98; F= 32228,92 > Fр 0,999 =5,4-5,5; tр0,999 = 3,65)

Темно-каштанові і каштанові солонцюваті ґрунти

(n=19; R=0,97; F=1480,78 > Fр0,999 =10,2; tр0,999 = 3,96)

Солонці

(n=13; R=0,98; F=22134,68 > Fр0,999 = 16,2; tр0,999 = 4,32)

Опідзолені ґрунти

(n=34; R=0,68; F=19,43 > Fр 0,999 =5,1; tр0,999 = 3,65; tр0,95 = 2,04)

Сірі й ясно-сірі лісові ґрунти

(n=23; R=0,91; F=96,229 > Fр 0,999 =7,8; tр0,999 = 3,79)

Дерново-підзолисті ґрунти (n=45; R=0,99; F=5731,61 > Fр 0,999 =6,7; tр0,999 = 3,55)

Дерново-буроземні, буроземно-підзолисті і бурі лісові ґрунти

(n=17; R=0,69; F=137,42 > Fр 0,999 =9,6; tр0,999 = 4,02)

Кожна модель має специфічний перелік чинників, які найсильніше впливають на величину врожаю і потребують урахування у бонітуванні ґрунтів. Поряд із цим, відмічається певна закономірність перерозподілу факторіальних ознак у регіональному аспекті.

Для об’єктивної оцінки якості ґрунтів чорноземного типу необхідно залучати більш широкий перелік показників. Утім, увагу традиційно акцентовано на критеріях потенційної родючості. Установлено, що за умов додаткового підгрунтового зволоження (лучні і лучно-чорноземні ґрунти) зв’язок між врожаєм і вмістом гумусу практично втрачається. Продуктивність таких ґрунтів обумовлюється грунтово-меліоративними (глибина залягання підгрунтової води), грунтово-фізичними показниками та критеріями ефективної родючості: фізичними, агрокліматичними й агрохімічними параметрами.

Помітно зростає вплив показників ефективної родючості в оціночних моделях ґрунтів із ознаками солонцюватості й засолення, які знижують їхню агрономічну цінність. Важливо, що якість цих ґрунтів визначається, передусім, їхніми фізичними й агрокліматичними характеристиками.

При цьому, для лучних і лучно-степових солонцюватих і засолених ґрунтів та солонців підвищене значення мають водно-фізичні властивості та рівень тепло - і вологозабезпечення рослин, а для темно-каштанових і каштанових солонцюватих ґрунтів - грунтово-фізичні показники. В останній моделі відмічається також вміст гумусу, однак його вплив слабший, ніж на чорноземних ґрунтах.

Існує тенденція підсилення ролі фізичних показників при розвитку іншого (несприятливого для агрономічних властивостей) процесу - опідзолення лісостепових ґрунтів. Одночасно відмічається поступове зменшення ваги вмісту гумусу. Це чітко простежується при переході від моделі чорноземних ґрунтів до моделей опідзолених ґрунтів та сірих і ясно-сірих лісових ґрунтів, де якість фізичного стану набуває вирішального характеру. Менш вибагливими до його параметрів є дерново-підзолисті ґрунти Полісся та дерново-буроземні, буроземно-підзолисті і бурі лісові ґрунти Українських Карпат. Утім, сама присутність цих показників в оціночних моделях ґрунтів із невеликою кількістю факторіальних ознак є свідоцтвом їхньої значущості.

Бали бонітетів за участю фізичних показників

Зміни балів бонітету в умовах антропогенного навантаження. Розрахунок балів здійснено для п’яти ґрунтових різновидів Полісся, Лісостепу й Степу. Застосовано 4 рівня ущільнення ґрунту за сталих параметрів інших показників: оптимальний для розвитку с.-г. культур (1,1-1,3 г/см3), середній (1,3-1,4 г/см3), високий (1,4-1,5 г/см3) і дуже високий (1,5-1,6 г/см3).

Зміна щільності будови на 0,1 г/см3 викликає відповідну реакцію бальної оцінки за методикою ННЦ ІГА (на 1 бал). Важливо, що в межах оптимального діапазону значень бали бонітету залишаються незмінними. У реальних умовах ущільнення ґрунту супроводжується коливанням значень інших показників бонітування. У цьому разі одержана невелика розбіжність балів є цілком логічною.

За бонітетною оцінкою І.І.Карманова зі співав. відхилення щільності будови ґрунту на 0,1 г/см3, навіть за умов збереження оптимального діапазону значень, змінює загальний бонітет на 8-10 балів. Утім, за цим підходом необов’язково залучати фактичні дані показників. Методикою рекомендовано скористатись таблицею постійних величин, за якою, наприклад, щільність будови ґрунту для всіх чорноземів звичайних складає 1,28 г/см3. Фактичне значення оціненого ґрунту дорівнює 1,11 г/см3. Застосування постійної величини штучно зменшує величину його бонітету з 72 до 55 балів (на 17 балів). Нерівномірними змінами балів характеризуються загальні бонітети за методикою А.І. Сірого, де щільність будови ґрунту є модифікаційним критерієм. При ущільненні ґрунту на 0,1 г/см3, бали бонітету для ґрунтів середнього й важкого гранулометричного складу варіюють в межах 5-15 балів, а для ґрунтів легкого гранулометричного складу - залишаються незмінними, що призводить до одержання викривленої бонітетної шкали. За чинною в Україні методикою бонітування (Л.Я.Новаковського зі співав.) бали часткових бонітетів є ідентичними, як для ґрунтів із відмінними фізичними характеристиками, так і фізично деградованих (переущільнення), що зумовлено застосуванням не фактичних, а фіксованих величин індексу фізичного стану.

Бонітетна оцінка ґрунтів залежно від гідротермічних умов і впливу деяких ґрунтових процесів. Серед оцінених об’єктів жоден ґрунт не відповідає еталону якості (100 балів). Найвищими балами загального бонітету (рис. 3) характеризуються чорноземи типові (70-83 бали). При зростанні дефіциту зволоження території бальна оцінка чорноземних ґрунтів поступово знижується (на 4-6 балів для звичайних підтипів і на 8-21 балів для південних). Чітко помітно зміну балів бонітету під впливом вертикальної зональності Українських Карпат. Різниця між якістю буроземних ґрунтів на висоті 125-500 м і 500-1500 м н.р.м. становить 8-9 балів. Спостерігається тенденція зменшення балів під впливом ерозії ґрунту (3-5 балів), опідзолення (4-6 балів для опідзолених ґрунтів, 8-16 балів для сірих і ясно-сірих лісових ґрунтів, 13 балів для дерново-підзолистих ґрунтів), надмірної гідроморфності (2-7 балів для лучних і лучно-чорноземних ґрунтів), засолення і солонцюватості (18-32 бали для каштанових ґрунтів і 47-60 балів для солонців), при сумісній дії гідроморфності, засолення й солонцюватості (17-42 бали для лучних і лучно-степових ґрунтів), опідзолення й оглеєння (23 бали для дерново-підзолистих глейових ґрунтів) та ін.

Динаміка змін часткової бонітетної оцінки ґрунтів для с.-г. культур Лісостепу, в цілому, відповідає шкалі загального бонітету. Близьким перерозподілом балів характеризуються також бонітети за озимою пшеницею, озимим житом, соняшником і картоплею. Особливі вимоги кукурудзи до параметрів ґрунтово-кліматичних показників зумовлюють підвищену оцінку чорноземів звичайних і послаблену реакцію на зміни гідротермічних умов та на якість ґрунтів із природними вадами. За потребами льону неоглеєні зональні ґрунти Полісся оцінено вище за буроземні ґрунти Карпатської лісолучної зони.

Бали загального й часткових бонітетів за фізичним станом ґрунтів (Бфс). Оціночна шкала за Бфс не зазнає впливу поправних коефіцієнтів. Варіабельність балів у межах ґрунтових груп складає від 4 до 24 балів, що спричинено різним ступенем прояву деяких ґрунтових вад (наприклад, солонцюватості), різницею за гранулометричним складом ґрунтів та за рівнем тепло - і вологозабезпечення рослин, впливом довготривалого й нерівнозначного с.-г. виробництва (різні землекористувачі). Високо бонітовано стан чорноземів типових (73-94 бали), із зниженою оцінкою звичайних і південних підтипів відповідно на 3-4 і 5-13 балів.

Погіршення фізичного стану ґрунтів при розвитку ерозійних процесів оцінено 1-8 балами, при прояву ознак опідзолення - 3-5 балами для опідзолених ґрунтів і 5-10 балами для сірих і ясно-сірих лісових ґрунтів. Наявність засолення й солонцюватості змінює величину Бфс лучних і лучно-степових ґрунтів (75-89 балів) на 2-11 бали. Невисокі бали Бфс отримали каштанові ґрунти (64-79) і солонці (51-59). У Поліській зоні оцінка якості фізичного стану зменшується від дерново-карбонатних ґрунтів (69-79 балів) до дерново-підзолистих неоглеєних (63-75) і оглеєних (59-76) ґрунтів. Практично однаково оцінено властивості буроземних ґрунтів Закарпатської низовини і Передгір'я (70-80 балів). У Карпатській гірській зоні (500-1500 м н.р.м.) величину Бфс знижено на 9-10 балів.

Відзначено (рис. 3), що обидві оціночні шкали (методика ННЦ ІГА і бонітет за фізичним станом ґрунтів) є помітно схожими за тенденцією змін балів загальних бонітетів. Це додаткове підтвердження того, що фізичні показники є досить точними індикаторами якості ґрунтів. Водночас, існуюча розбіжність балів свідчить, що об’єктивну оцінку якості ґрунтів можна одержати лише за умов комплексного урахування дії грунтово-кліматичних критеріїв, серед яких – хімічні, фізико-хімічні, фізичні, агрокліматичні показники тощо.

Отримані результати підтверджено частковими Бфс. Окремо відмічено, що за потребами кукурудзи підвищену оцінку фізичного стану одержали чорноземи звичайні; льону і картоплі - дерново-підзолисті ґрунти; озимого жита – дерново-карбонатні і дерново-буроземні ґрунти.

Виробнича перевірка методики бонітування ґрунтів. Об’єктами виробничої перевірки є ґрунти чотирьох базових господарств Вовчанського району Харківської області: чорнозем опідзолений слабкозмитий важкосуглинковий на лесоподібному суглинку (ТОВ “Рубіжне”, с. Рубіжне, поле II, ґрунтозахисна сівозміна № 1, площа поля 24,4 га); чорнозем типовий малогумусний важкосуглинковий на лесоподібному суглинку (ТОВ “Шестакове” с. Шестакове, поле 1, польова сівозміна № 1, площа - 95 га); чорнозем типовий малогумусний легкоглинистий на лесі (ТОВ “Салтівське” с. Петрівське, поле VI, польова сівозміна № 1; площа - 118 га); сірий лісовий важкосуглинковий