Національний науковий центр

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

Хотиненко Ольга Миколаївна

УДК 631.459.3

Оцінка протидефляційної стійкості грунтового

покриву Південного Степу України

06.01.03 – агрогрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Миколаївському державному аграрному університеті, Міністерство аграрної політики України

Науковий керівник доктор сільськогосподарських наук, професор

Чорний Сергій Григорович, Миколаївський державний аграрний університет, завідувач кафедри ґрунтознавства та агрохімії

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор

Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В.Докучаєва, завідувач кафедри ґрунтознавства

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

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

Захист відбудеться «20» травня 2008 р. о 1300 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 розісланий «17» квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Ф. Павленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Деградація ґрунтового покриву України внаслідок прояву дефляційних процесів є актуальною проблемою сьогодення. В Україні площа потенційно дефляційно-небезпечних сільськогосподарських угідь становить 19 млн. га, в тому числі ріллі 16,6 млн. га. Серед усіх грунтово-кліматичних зон процеси дефляції проявляються найчастіше саме у Степовій зоні.

Розвиток дефляційних процесів у Степовій зоні зумовлюється специфічними погодними умовами, особливо весною, а також виникненням дефляційно-небезпечних станів агроландшафтів у найбільш дефляційно небезпечний весняний період, які залежать від змін дефляційних характеристик стійкості ґрунтів до дефляції та наявності рослинності на поверхні ґрунту. Останнє безпосередньо залежить від типу сільськогосподарських культур, що вирощуються в сучасних сівозмінах. Зміни в структурі посівних площ сільськогосподарських угідь: розширення посівних площ ярих культур, особливо соняшнику, на фоні скорочення площ посівів багаторічних та однорічних трав, зернобобових культур, – призвели до значних змін дефляційної стійкості сільськогосподарських угідь. Підтвердженням посилення дефляційної небезпеки в регіоні є виникнення 23-24 березня 2007 року пилової бурі, яка охопила приблизно 20% площі України або 50% площі всієї Степової зони. Катастрофічні наслідки пилових бур і загальне посилення дефляційної небезпеки в регіоні зумовлюють актуальність вивчення впливу найбільш поширених у сучасних польових сівозмінах Південного Степу видів сільськогосподарських культур та їх попередників на дефляційні властивості й рівень дефльованості чорнозему південного.

Зв'язок роботи з науковими програмами, проектами, темами. Основою дисертації є матеріали науково-дослідних робіт, які виконувалися протягом 2004-2007 років за завданням 01.01 “Розробити теорію формування ґрунтозахисних агроландшафтів на підставі вивчення природи і механізму просторово розподілених ерозії та дефляції” підпрограми 2 “Охорона ґрунтів від ерозії та техногенного забруднення” НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів” на 2001-2005 рр. (№ ДР 0101U006042), а також за завданням 01.02.01-21 “Розробити теоретичні засади та комп’ютерну технологію оцінювання ерозійної небезпеки та ґрунтозахисної оптимізації агроландшафтів” підпрограми 2 “Розробити систему еколого-стабілізуючих заходів з охорони ґрунтів від деградації та науково-інформаційні основи сталого й ефективного їх використання” НТП УААН “Родючість, охорона та екологія ґрунтів” на 2006-2010 рр. (№ ДР 0106U004781). Також дослідження були складовою частиною плану науково-дослідної роботи агрономічного факультету Миколаївського державного аграрного університету “Підвищення продуктивності агроландшафтів Південного та Сухого Степу України” (№ ДР 0105U001575).

Мета і завдання дослідження. Головною метою дисертаційної роботи є вивчення сучасної протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України залежно від сільськогосподарських культур та попередників.

Для досягнення поставленої мети були виконані такі завдання:

- досліджено ґрунтові властивості, які зумовлюють формування дефляційно стійкої поверхні чорнозему південного на різних агрофонах;

- досліджено вплив сільськогосподарських культур та рослинних решток на протидефляційну стійкість ґрунтового покриву;

- виявлено вплив метеорологічних факторів на стійкість поверхні ґрунту від дефляції;

- зроблено прогноз щодо змін у грудкуватості та загальній дефляційній небезпеці в зоні Південного Степу України залежно від змін зимових температур і загальних змін клімату;

- дана оцінка протидефляційній стійкості ґрунтового покриву на основі розрахунку потенційно можливих утрат ґрунту від дефляції залежно від агрофонів;

- оцінено еколого-енергетичну ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур із урахуванням змін енергопотенціалу ґрунту під впливом дефляції.

Об’єкт дослідження – протидефляційна стійкість ґрунтового покриву Південного Степу України.

Предмет дослідження – протидефляційні складові ґрунтового покриву, а саме: параметри протидефляційної стійкості ґрунту, рослинності та рослинних решток залежно від агрофонів і погодних умов.

Методи дослідження. Для досягнення означеної мети були використані такі методи: візуальний, лабораторний, математично-статистичний, розрахунково-порівняльний. Лабораторні аналізи зразків ґрунту виконували за атестованими та стандартизованими методиками.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна досліджень полягає у визначенні для умов Південного Степу:

- впливу попередників та сільськогосподарських культур на протидефляційну стійкість південних чорноземів (зокрема на грудкуватість і зв’язність ґрунтових агрегатів) та рослинності в дефляційно небезпечний період року;

- внутрішньорічної динаміки показників протидефляційної стійкості ґрунтового покриву;

- залежності протидефляційної стійкості ґрунтового покриву навесні від кількості циклів “заморожування-танення” впродовж зимового періоду;

- впливу змін клімату в регіоні на ґрунтові фактори дефляції та зроблено прогноз щодо майбутніх ґрунтозахисних властивостей агроландшафтів регіону;

та здійсненні для умов Південного Степу

- кількісної оцінки протидефляційної стійкості ґрунтового покриву;

- еколого-енергетичної оцінки протидефляційної ефективності технологій вирощування сільськогосподарських культур із урахуванням змін енергопотенціалу ґрунту під впливом дефляції.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження дають змогу оцінити для умов Південного Степу вплив попередників та головних сільськогосподарських культур на протидефляційну стійкість ґрунтового покриву. Виявлені закономірності стану протидефляційних параметрів ґрунтового покриву в найбільш дефляційно небезпечний період та впливу сучасних кліматичних змін у регіоні дають змогу прогнозувати потенційні втрати ґрунту й розробляти системи ґрунтозахисних заходів.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає у визначенні мети та завдань досліджень, плануванні й проведенні польових спостережень і дослідів, лабораторного експерименту, відбору ґрунтових і рослинних зразків, виконанні лабораторних аналізів, у підборі й аналізі наукової літератури стосовно предмету та об’єкту дослідження. Автором особисто проведено обробку й аналіз отриманих результатів, сформульовано та обґрунтовано основні положення і висновки, що викладені в дисертаційній роботі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлено на Причорноморських регіональних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу агрономічного факультету МДАУ (м. Миколаїв, 2005-2007), на Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства” (м. Чернівці, 2005), на конференціях ХНАУ (2005, 2006), на Першій регіональній науково-практичній агроекологічній конференції “Перлини степового краю” (м. Миколаїв, 2005), на Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення його сталого розвитку на початку 21-го століття” в ННЦ “ІГА ім. О.Н.Соколовського” (м. Харків, 2006), на конференції “Регіональні проблеми України: географічний аналіз та пошук шляхів вирішення” в ХДАУ (м. Херсон, 2005), VII з’їзді УТГА (м. Київ, 2006), на Міжнародній науково-практичній конференції “Аспекти сучасного розвитку аграрного виробництва в ринкових умовах” в МДАУ (м. Миколаїв, 2006), на науковій конференції “Проблеми моніторингу ґрунтів і сучасні технології відтворення їх родючості” в Подільському державному аграрно-технічному університеті (м. Кам’янець-Подільський, 2007), на Всеросійських науково-практичних конференціях (м. Бєлгород, м. Курськ, 2007).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 17 наукових праць, у тому числі 8 статей у наукових журналах та збірниках (4 – у фахових виданнях) та 9 тез за матеріалами доповідей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, який включає 193 найменування (в тому числі 43 роботи англомовних авторів), та 18 додатків. Робота викладена на 126 сторінках комп’ютерного тексту, містить 30 таблиць та 30 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан вивченості питання. У роботах Є.І.Шиятого, М.Й.Долгілевича, Д.О.Тімченка, С.Ю.Булигіна, А.А.Зайцевої, Ю.І.Васильєва, Г.О.Можейка, К.С.Кальянова досліджено основні закономірності розвитку дефляційних процесів та формування протидефляційної стійкості ґрунтів. Відмічено, що суттєвими факторами є значення показників грудкуватості та механічної зв’язності агрегатів ґрунту, шорсткості підстилаючої поверхні. Однак вивчення протидефляційної стійкості агроландшафтів в умовах сучасного землеробства проводиться в недостатній мірі, що визначило напрям досліджень.

Об’єкт, методика й умови проведення досліджень.

Дослідження протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України проводили впродовж 2004-2007 рр. у польовому досліді, розміщеному на землях Миколаївського інституту АПВ УААН, і в лабораторному експерименті. Ґрунт – чорнозем південний малогумусний залишково-слабосолонцюватий важкосуглинковий на лесі.

Об’єктами польового дослідження були 13 агрофонів: 1 – “горох після соняшника”; 2 – “озима пшениця після гороху”; 3 – “соняшник після озимої пшениці”; 4 – “озимий ячмінь після соняшника”; 5 – “соняшник після озимого ячменю”; 6 – “кукурудза після озимої пшениці”; 7 – “озимий ячмінь після кукурудзи”; 8 – “ярий ячмінь після озимої пшениці”; 9 – “кукурудза після ярого ячменю”; 10 – “соняшник після кукурудзи”; 11 – “чорний пар після сорізу”; 12 – “озима пшениця після чорного пару”; 13 – “соріз після кукурудзи”.

Згідно з робочою програмою дослідження протидефляційної стійкості грунтового покриву, залежно від сільськогосподарських культур та їх попередників, проводилися такі спостереження та аналізи: агрегатний аналіз поверхневого (0-3 см) шару ґрунту за Н.І.Савіновим згідно з методикою – МВВ 31-4970558-011-2005 (6-кратна повторність); механічна зв’язність дефляційностійких агрегатів розміром понад 1 мм (6-кратна повторність); кількість рослинних решток в г з 1 м2 (8-кратна повторність); визначення вологості ґрунту термостатно-ваговим методом (6-кратна повторність); гранулометричний склад ґрунту методом піпетки в модифікації Н.А.Качинського згідно з методикою МВВ 31-497058-010-2003 (4-кратна повторність); уміст гумусу (за ДСТУ 4289:2004); відносна масова вологість ґрунту (за ГОСТ 28268-89), середньозважений діаметр агрегатів ґрунту – розрахунковим способом; визначення вмісту ЕГЧ за С.Ю.Булигіним; фенологічні спостереження за ростом та розвитком сільськогосподарських культур – візуально.

Еколого-енергетична оцінка протидефляційної ефективності різних агротехнологій з урахуванням змін еколого-енергетичних параметрів ґрунту під впливом потенційних втрат ґрунту від дефляції проводилась за методикою Ю.О.Тараріка. Статистична обробка експериментальних даних досліджень проводилася в програмі “Міcrosoft Excel” методами параметричної статистики.

Вплив сільськогосподарських культур та попередників

на протидефляційні характеристики грунтового покриву

Протидефляційні властивості ґрунтового покриву у дефляційно небезпечний період залежно від виду сільськогосподарської культури та попередників. Реалізація процесу дефляції в конкретному агроландшафті при наявності вітрів вищих за критичні швидкості залежить від стану складових діяльної поверхні агроландшафту, а саме: протидефляційної стійкості ґрунту та шорсткості поверхні. Основний показник протидефляційної стійкості чорнозему південного, показник грудкуватості поверхневого 0-3 см шару в дефляційно небезпечний період змінюється за роками під впливом різних погодних умов.

Грудкуватість поверхневого 0-3 см шару чорнозему південного навесні 2005 та 2007 років по досліджуваних агрофонах знаходилась відповідно в межах 28-39% та 28-36%, що свідчить про дефляційно небезпечний стан усіх поверхонь агрофонів, а навесні 2006 року грудкуватість 54-65% забезпечувала надійний захист ґрунтів від дефляції. У березні 2005 та 2007 років показник грудкуватості ґрунту по досліджуваних агрофонах коливався в межах від 18 до 44% та від 27 до 42%, у той час як в 2006 році його значення знаходилося в межах 66-76%. Це пояснюється різними метеорологічними умовами зимового періоду, а саме, зменшенням у 2006 році в порівнянні з 2005 та 2007 роками кількості циклів “заморожування-танення” ґрунту. У травні 2005 та 2007 років грудкуватість ґрунту внаслідок процесів агрегатоутворення (агротехнічних заходів, мікробіологічних, зволожування-висушування тощо) поступово збільшується, а в 2006 році, навпаки, зменшується внаслідок руйнування кірки, що утворилася навесні по всіх агрофонах.

З метою поглиблення аналізу змін показника грудкуватості ґрунту навесні було проведено групування агрофонів за спільністю технологій вирощування на групи озимих, ранніх та пізніх ярих культур. У межах кожної групи проводилася статистична оцінка суттєвості різниць між значеннями показників грудкуватості в ранньо- та пізньовесняний періоди за критерієм Крамера-Уелча (табл. 1).

Результати оцінки суттєвості різниці за критерієм Крамера-Уелча між середніми значеннями грудкуватості в цих групах культур у березні та травні вказує на однорідність математичних очікувань, тобто на відсутність достовірних різниць між досліджуваними показниками. Тому можна зазначити, що у весняний період у середньому за 2005-2007 роки грудкуватість поверхневого 0-3 см шару ґрунту по досліджуваних агрофонах залежно від термінів визначення істотно не змінювалася і складала менше 50%, що свідчить про низький протидефляційний стан ґрунтової поверхні протягом усієї весни. Оцінка ж показника грудкуватості у весняний період за роками досліджень указує на те, що поверхневий 0-3 см шар чорнозему південного навесні 2005 та 2007 роках на відміну від 2006 року знаходився по всіх агрофонах у дефляційно-небезпечному стані.

Механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів у 2005 році у середньому за весняний період коливалась від 65 до 72%, у 2006 році – від 75 до 82% та в 2007 році – від 64 до 81%. Такі коливання значень механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів за роками також зумовлюються різними метеорологічними умовами зимового періоду. Так, у 2006 році порівняно з 2005 та 2007 роками скорочення кількості циклів “заморожування-танення”, “зволожування-висушування” ґрунту сприяло зниженню ступеня руйнування макроагрегатів.

Досить важливим з точки зору виникнення дефляції протягом усього весняного періоду є статистичний аналіз змін механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів по групах культур методом Крамера-Уелча

(табл. 2).

Механічна зв’язність ґрунтових агрегатів у середньому по агрофонах озимих культур у травні порівняно із березнем істотно зменшується майже на 5,6% і становить у березні та травні відповідно 74,68 та 69,08%.

На посівах ранніх ярих культур механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів у березні та травні становить відповідно 71,39 та 76,98%. У середньому за роки досліджень механічна зв’язність по агрофонах “ярий ячмінь після попередника озима пшениця” та “горох після попередника соняшника” зростають відповідно на 6,54 та 4,64%.

На посівах пізніх ярих культур механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів навесні зростає по всіх досліджуваних агрофонах у середньому на 6,75%. Найбільше механічна зв’язність зростає на посівах соняшника (попередники – озимий ячмінь, озима пшениця та кукурудза), а також на агрофоні соріз після попередника кукурудзи.

Таблиця 1

Оцінка суттєвості різниць між середніми значеннями показника грудкуватості ґрунту в ранньо- та пізньовесняний періоди в групах озимих, ранніх та пізніх ярих культур

(у середньому за 2005-2007 роки)

№/№ | С.-г. культура | Попередник | Середнє для березня | Середнє для травня | Різниця

1. | Озима пшениця | Горох | 42,06 | 48,74 | +6,67

2. | Озимий ячмінь | Соняшник | 45,80 | 36,10 | -9,70

3. | Озимий ячмінь | Кукурудза | 49,38 | 42,94 | -6,43

4. | Озима пшениця | Чорний пар | 42,36 | 45,29 | +2,93

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 44,90±2,19 | 43,27±1,77 | -1,63

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 0,54

1. | Ярий ячмінь | Озима пшениця | 43,73 | 37,27 | -6,45

2. | Горох | Соняшник | 38,36 | 45,36 | +7,00

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 41,05±3,73 | 41,32±1,32 | +0,27

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 0,07

1. | Соняшник | Озимий ячмінь | 39,50 | 47,63 | +8,14

2. | Кукурудза | Озима пшениця | 43,73 | 37,12 | -6,60

3. | Соняшник | Озима пшениця | 43,73 | 46,02 | +2,29

4. | Кукурудза | Ярий ячмінь | 50,09 | 42,97 | -7,12

5. | Соняшник | Кукурудза | 39,83 | 45,51 | +5,69

6. | Соріз | Кукурудза | 39,83 | 51,21 | +11,39

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 42,35±1,97 | 44,26±1,04 | +1,91

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 0,86

Таблиця 2

Оцінка суттєвості різниць між середніми значеннями механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів ґрунту в ранньо- та пізньовесняний періоди в групах озимих, ранніх та пізніх ярих культур (у середньому за 2005-2007 роки)

№/№ | С.-г. культура | Попередник | Середнє для березня | Середнє для травня | Різниця

1. | Озима пшениця | Горох | 70,75 | 70,38 | -0,37

2. | Озимий ячмінь | Соняшник | 75,45 | 70,86 | -4,59

3. | Озимий ячмінь | Кукурудза | 78,95 | 65,62 | -13,33

4. | Озима пшениця | Чорний пар | 73,59 | 69,46 | -4,13

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 74,68±1,28 | 69,08±0,85 | -5,60

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 3,3

1.

2. | Ярий ячмінь | Озима пшениця | 68,00 | 74,53 | +6,54

Горох | Соняшник | 74,79 | 79,44 | +4,64

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 71,39±2,49 | 76,98±1,26 | +5,59

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 2,03

1. | Соняшник | Озимий ячмінь | 71,57 | 77,39 | +5,82

2. | Кукурудза | Озима пшениця | 68,00 | 68,74 | +0,74

3. | Соняшник | Озима пшениця | 68,01 | 76,10 | +8,08

4. | Кукурудза | Ярий ячмінь | 69,53 | 74,48 | +4,95

5. | Соняшник | Кукурудза | 69,21 | 76,60 | +7,39

6. | Соріз | Кукурудза | 69,21 | 80,48 | +11,27

Середнє (M) та помилка середнього (m) | 69,73±1,43 | 75,48±0,76 | +5,75

Критерій Крамера-Уелча (Т) емпіричний | 3,57

Критичне значення критерію Крамера-Уелча (б=0,05): 1,96

Отже, значення механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів змінюється за роками дослідження під впливом метеорологічних факторів зимового періоду, а також у весняний період унаслідок проведення польових робіт. Зважаючи на те, що найнижчі значення механічної зв’язності в середньому за 2005 – 2007 роки встановлені в ранньовесняний період на посівах пізніх ярих культур, саме ці агрофони є найбільш дефляційно нестійкими до виникнення руйнування під час дефляції.

Дослідженнями встановлена математична залежність величини механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів від показника грудкуватості (r=0,75).

Маса рослинних решток озимої пшениці по зяблевих агрофонах у березні становила відповідно біля 31 г/м2. Маса рослинних решток гороху на посівах озимої пшениці становила 28,0 г/м2, що лише на 10% менше маси решток озимої пшениці.

Найменша маса рослинних решток на зяблевих агрофонах у березні залишається після культури-попередника ячменю – біля 12,7-14,3 г/м2, що в 2,4 рази менше за масу решток озимої пшениці. Найбільша маса рослинних решток на зяблевих агрофонах у березні залишається після вирощування сорізу і становить 85,6 г/м2, що в 2,8 рази перевищує масу решток озимих культур. Маса решток соняшнику та кукурудзи, що збереглися в березні на досліджуваних агрофонах коливається відповідно у межах від 26,7 до 86 та від 25,2 до 53,9 г/м2. Причому, на зяблевих агрофонах маса решток соняшника та кукурудзи мала мінімальні значення, а на полях, зайнятих озимими, – максимальні.

У травні маса рослинних решток унаслідок механічної дії під час проведення весняних агротехнічних операцій (передпосівного обробітку, посіву тощо), а також інтенсивної мінералізації під дією мікробіологічної діяльності зменшується по всіх попередниках. У травні маса рослинних решток озимих культур становила 4,51-9,70 г/м2, соняшнику та кукурудзи відповідно – 10,80-24,31 та 11,81-24,47 г/м2, сорізу – 30,05 г/м2, ярого ячменю – 0,81 г/м2 та гороху – 8,04 г/м2. Проаналізувавши розклад рослинних решток у травні порівняно із березнем, можна зазначити, що найінтенсивніше розкладаються рослинні рештки ярого ячменю (відсоток розкладу дорівнює 94,35%), середню інтенсивність розкладу мають рослинні рештки озимих культур, гороху (в середньому 71,66%). Низька інтенсивність розкладу властива решткам соняшника (65,61%), кукурудзи (58,82%) та сорізу (64,89%).

Вплив мікроагрегатного складу ґрунту на його грудкуватість. Оскільки мікро- та макроагрегатний стани ґрунту взаємопов’язані, відповідно і на мікроагрегатному рівні структурної організації ґрунту найбільша руйнація агрегатів відбувається навесні 2005 та 2007 років, а найменша - в 2006 році.

Руйнування мікроструктури ґрунту проявилося по всіх досліджуваних агрофонах у збільшенні кількості ЕГЧ в 2005 та 2007 роках і в зменшенні їх кількості в 2006 році. Так, найменший вміст ЕГЧ у поверхневому шарі ґрунту навесні відмічено в 2006 році (від 4,8 до 8,2%). Навесні 2005 та 2007 років уміст ЕГЧ коливався відповідно від 11 до 14,5 та від 8,2 до 10,5%. Уміст ЕГЧ в ґрунті слугує показником оцінки ступеня його руйнування на мікроагрегатному рівні. Очевидно, що в осінньо-зимово-весняний період основним фактором руйнування мікроструктури ґрунту, як і макроструктури, є погодні умови в цей період. Мікроагрегатний стан ґрунту має чітку сезонну динаміку в часі. Уміст ЕГЧ у поверхневому 0-3 см шарі ґрунту навесні в значній мірі зумовлюється впливом метеорологічних факторів.

Зміна грудкуватості та зв’язності агрегатів ґрунту під дією пилової бурі 23-24 березня 2007 року. Найбільші зміни в агрегатному складі ґрунту під дією пилової бурі 23-24 березня відбулися на агрофоні “горох після соняшнику”, який на початку процесу видування дрібнозему характеризувався найменшими значеннями грудкуватості ґрунту (27,34%) та кількістю рослинних решток. На агрофонах “соняшник після кукурудзи”, “зяб після озимого ячменю” та “озима пшениця після гороху” зміни показника грудкуватості становили від 20,17 до 28,3% при вмісті дефляційно-стійких агрегатів до пилової бурі 28,43 - 30,11%. На агрофоні “кукурудза після ярого ячменю”, незважаючи на відносно більшу порівняно з іншими агрофонами грудкуватість ґрунту (42,33%), після пилової бурі дефляційно-стійких агрегатів стало менше на 19,25%.

Механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів унаслідок видування дрібнозему під час пилової бурі на агрофоні “гороху після соняшнику” зростає на 5,1%, на агрофонах “кукурудза після ярого ячменю” та “озимій пшениці після гороху” – на 2,46 та 1,52%, а на агрофоні “соняшнику після кукурудзи“ та зяблевому фоні після озимого ячменю не змінюється.

Внутрішньорічна динаміка грудкуватості поверхневого шару ґрунту та зв’язності агрегатів ґрунту. Результати аналізу внутрішньорічної динаміки грудкуватості ґрунту в середньому за роки досліджень по всіх агрофонах доводять, що найвищі значення грудкуватості відмічені на осінньому зябу по всіх групах культур. Це пояснюється тим, що на поверхню вивертається добре оструктурений нижній шар ґрунту. За осінньо-зимовий період відбувається руйнування ґрунтової структури, що призводить до істотного зниження показника грудкуватості під впливом метеорологічного фактору. Щодо абсолютних значень, то протягом періоду вегетації ранніх і пізніх ярих, озимих культур грудкуватість чорнозему південного була нижчою від нормативного значення в 50%, що вказує на загальну низьку протидефляційну

стійкість поверхневого 0-3 см шару чорнозему південного та велику вірогідність пилових бур.

Головні втрати грудкуватості припадають на зиму, тоді як упродовж весни вона практично не змінюється. Якщо порівняти розпорошеність ґрунту за роками досліджень (рис. 1), то видно, що за зиму 2004-2005 та 2006-2007 років відбулася інтенсивна руйнація вітростійкої структури ґрунту приблизно на 20-50%, але зимою 2005-2006 років така руйнація не спостерігалася. |

Більше того, в березні 2006 року грудкуватість виросла порівняно з жовтнем 2005 року. Очевидно, що це пов’язано зі специфічними погодними умовами зим. Дійсно, дані метеостанції Миколаєва, показують, що середня температура трьох місяців зими 2004-2005 рр. складала +0,65єС, у 2005-2006 рр. – -3,09єС, а в 2006-2007 рр. – +2,06єС, тобто зима 2005-2006 рр. була

Рис. 1. Умови формування весняної грудкуватості поверхневого 0-3 см шару чорнозему південного

(1-2005-2006 рр.; 2-2004-2005 та 2006-2007 рр.)

виключно холодною, 2004-2005 рр. – у межах норми, а зима 2006-2007 рр. – теплою. Очевидно, що в умовах теплих зим 2004-2005 рр. та 2006-2007 рр. пройшло інтенсивне розпорошення структури поверхневого шару ґрунту, а зимою 2005-2006 року цього не сталося.

Таким чином, можна констатувати, що грудкуватість чорнозему південного має чітку динаміку в часі. Основним фактором зміни грудкуватості ґрунту в осінньо-зимово-весняний період є кліматичний фактор. По всіх досліджуваних групах культур структурний стан поверхневого шару ґрунту за показником грудкуватості можна оцінити як не вітростійкий.

Внутрішньорічна динаміка параметрів шорсткості поверхні ґрунту. Середньозважений діаметр агрегатів поверхневого шару ґрунту на озимих культурах зростає за осінньо-зимово-весняний період по всіх агрофонах у середньому на 1,06 мм і становить у березні 4,35 мм. Протягом вегетації озимих культур значення середньозваженого діаметра агрегатів знижується: в травні на 1,22 мм, а в серпні на 0,47 мм. Після проведення основного обробітку ґрунту середньозважений діаметр агрегатів ґрунту зростає.

У групі ранніх ярих культур величина середньозваженого діаметра агрегатів ґрунту протягом вегетації сільськогосподарських культур поступово знижується від 3,97 до 3,23 мм, а в жовтні після збору врожаю та проведення обробітку ґрунту зростає до 4,35 мм.

У групі пізніх ярих культур величина середньозваженого діаметра істотно змінюється протягом весняного періоду: після проведення посіву та культивацій значення середньозваженого діаметра знижується від 3,98 до 3,18 мм у середньому по всіх культурах. Також розмір середньозваженого діаметра істотно зростає в жовтні після проведення основного обробітку ґрунту на 0,43 мм.

У цілому по досліджуваних агрофонах істотні зміни середньозваженого діаметра агрегатів ґрунту відбулися в осінньо-зимовий та весняний періоди.

ЗАГАЛЬНА ОЦІНКА ВПЛИВУ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР

ТА ПОПЕРЕДНИКІВ НА ПРОТИДЕФЛЯЦІЙНУ СТІЙКІСТЬ

ГРУНТОВОГО ПОКРИВУ

Кількісна оцінка потенційних утрат ґрунту за моделлю вітрової ерозії. У результаті розрахунку потенційних утрат ґрунту в групі озимих культур встановлено, що лише на агрофоні озимого ячменю після кукурудзи величина дефляційних утрат не перевищує допустиму норму ерозії, що зумовлюється розвитком на поверхні ґрунту щільного рослинного покриву цієї культури (табл. 3). На агрофонах озимої пшениці після гороху та чорного пару потенційні втрати ґрунту в середньому за роки дослідження в березні становили відповідно 7,72 та 17,23 т/га, що перевищує норму ерозії в 15 та 34 рази. У середньому за 2005-2007 роки з урахуванням захисної дії посівів озимої пшениці високу дефльованість мали зяблеві поля під посіви соняшнику після таких попередників як озима пшениця, озимий ячмінь та кукурудза. У середньому навесні потенційні втрати ґрунту на посівах озимих культур становили 6,45 т/га.

Найбільші потенційні втрати ґрунту в середньому за 2005-2007 роки розраховані для групи ранніх ярих культур, зокрема гороху та ярого ячменю. Так, утрати ґрунту навесні по агрофонах цих культур становили в середньому 33,11 т/га, що більше за норму ерозії в 66 разів. Серед ранніх ярих культур найбільші втрати має агрофон гороху після соняшнику, які в березні в середньому за 3 роки досліджень становили 72,23 т/га, а в травні – 7,52 т/га.

Високою дефльованістю також характеризуються агрофони пізніх ярих культур, на яких потенційні втрати ґрунту навесні складають у середньому 21,3 т/га, що перевищує норму ерозії в 42,6 рази. На агрофоні чорному пару потенційні втрати ґрунту складали майже 23 т/га, що більше за норму ерозії в 46 разів.

Таблиця 3

Потенційні втрати ґрунту за моделлю вітрової ерозії (дефляції)

Агрофони | Потенційні втрати ґрунту, т/га

у середньому за 2005-2007 | у середньому по групах культур / відносно допустимих норм

с.-г. культура | попередник | бере-

зень | тра-

вень | бере-

зень | тра-

вень | весна

озима пшениця | горох | 7,72 | 4,75 | 7,07*

14,1 | 5,84*

11,7 | 6,45*

12,9

озима пшениця | чорний пар | 17,23 | 9,62

озимий ячмінь | соняшник | 3,31 | 8,47

озимий ячмінь | кукурудза | 0,00 | 0,52

горох | соняшник | 72,23 | 7,52 | 56,04*****

112,1 | 10,19**

20,4 | 33,11****

66,22

ярий ячмінь | озима пшениця | 39,86 | 12,85

соняшник | озима пшениця | 38,37 | 12,05 | 27,15****

54,3 | 15,42***

30,8 | 21,29***

42,6

соняшник | озимий ячмінь | 57,89 | 12,51

соняшник | кукурудза | 2,90 | 2,11

кукурудза | озима пшениця | 38,25 | 32,25

кукурудза | ярий ячмінь | 22,60 | 31,46

соріз | кукурудза | 2,89 | 2,17

чорний пар | соріз | 23,08 | 22,84 | 23,08***

46,2 | 22,84***

45,7 | 22,96***

45,9

Примітка: Стан агроландшафту * - нормативний сприятливий, ** - передкризовий,
*** - кризовий, **** - надкризовий, ***** - катастрофічний

На основі розрахованих потенційних утрат ґрунту від дефляції можна зробити висновок, що відносно найкращими протидефляційними характеристиками серед груп досліджуваних агрофонів мають посіви озимих культур. Необхідно відмітити, що залежно від стану рослинності на агрофонах озимого ячменю та озимої пшениці потенційні втрати становили 6 т/га, що в 13 раз перевищує норму ерозії.

Незадовільну протидефляційну стійкість мають агрофони пізніх ярих культур (соняшнику, кукурудзи та сорізу) після стерньових попередників, а також чорний пар. Потенційні втрати ґрунту на цих агрофонах складають від 21 – 23 т/га, що перевищує допустиму норму ерозії в 43-46 разів.

Найгірші протидефляційні властивості мають агрофони ранніх ярих культур після просапних попередників, особливо соняшника. Утрати ґрунту в середньому за весну в групі ярих ранніх культур складають 33 т/га, що перевищує допустиму норму ерозії в 66 разів.

Залежно від перевищення потенційних утрат ґрунту від допустимих норм ерозії стан агроландшафтів, представлених озимими культурами, характеризується як нормативний сприятливий. Агроландшафти з пізніми ярими культурами та чорним паром навесні мають кризовий стан. Агроландшафти з ранніми ярими культурами навесні мають надкризовий стан, який може погіршитись у ранньовесняний період до катастрофічного.

Утрати ґрунту з різних агрофонів під час пилової бурі 23-24 березня 2007 року. За результатами обліку втрат ґрунту із поверхонь досліджуваних агрофонів польового досліду, найбільше від пилової бурі 23-24 березня постраждали агрофони гороху після соняшника, кукурудзи після ярого ячменю. Втрати ґрунту на цих агрофонах становили відповідно 10,4 та 6,0 т/га. Також видуванню підлягали й агрофони, залишені під посіви пізніх ярих культур після озимої пшениці та озимого ячменю, втрати ґрунту на яких становили відповідно 3,5 та 4,2 т/га. Агрофони, де були посіяні озимі культури, зокрема, озима пшениця мало постраждали від дефляції (втрати ґрунту становили лише 0,3 т/га, що не перевищує допустимі норми ерозії). Отже, за результатами обліку втрат ґрунту після пилової бурі, найменшу протидефляційну ефективність мали агрофони ранніх ярих культур після соняшника та агрофони пізніх ярих культур після стерньових попередників. На агрофоні озимої пшениці після гороху дефльованість була в межах норми.

Еколого-енергетична оцінка протидефляційної ефективності технологій вирощування сільськогосподарських культур. Найменші втрати ґрунтової енергії в середньому за роки дослідження спостерігаються в групі озимих культур і становлять -25378,84 МДж/га (табл. 4). Серед озимих культур інтенсивно проходять процеси витрачання ґрунтової енергії під озимою пшеницею після чорного пару, оскільки втрати енергопотенціалу ґрунту -31925 МДж/га перевищують середнє в цій групі культур в 1,25 рази. Утрати ґрунтової енергії під озимим ячменем після гороху становлять мінімальні значення серед усіх досліджуваних агрофонів і складають -18182,5 МДж/га.

На агрофонах пізніх ярих культур у середньому втрати ґрунтової енергії становили -49786 МДж/га, що більше ніж на озимих культурах майже в 2 рази. На агрофоні гороху після соняшнику енергопотенціал ґрунту за період вегетації знизився на -61088 МДж/га, що перевищує середні втрати по групі ранніх ярих культур в 1,23 рази, а по групі озимих культур – в 2,41 рази.

Найбільші втрати ґрунтової енергії відмічаються в групі ранніх ярих культур і складають у середньому -40821 МДж/га.

У структурі енергетичних утрат ґрунту найбільша частка втрат по всіх досліджуваних агрофонах зумовлюється насамперед зниженням енергоємності гумусу внаслідок його інтенсивної мінералізації в період вегетації сільськогосподарських культур, а також у меншій мірі втратами енергії азоту. Для оцінки ефекту дефляції в зміні енергопотенціалу ґрунту важливо проаналізувати частку втрат енергії від дефляції (табл. 4).

Найбільші потенційні втрати енергії ґрунту від дефляції, включаючи зниження енергоємності гумусу та елементів живлення, відчужених при дефляції, встановлені в групі ранніх ярих культур на рівні -26504,43 МДж/га, що складає 53,52% від зміни енергії ґрунту.

Таблиця 4

Еколого-енергетична ефективність технологій вирощування

сільськогосподарських культур з урахуванням змін під впливом дефляції енергопотенціалу ґрунту (у середньому за 2005-2007 роки)

Сільсько-господарські

культури

та їх групи | Антропо-генні витрати енергії, МДж/га | Потенційні втрати від дефляції | Зміни енерго-потенцілу ґрунту,

МДж/га | Потенційні втрати енергії ґрунту за рахунок дефляції, % | Показник еколого-енерге-тичної ефектив-ності

ґрунту, т/га | енергії ґрунту, МДж/га

Озима пшениця по гороху | 12270,89 | 6,23 | -4990,13 | -25857,98 | 19,30 | -2,60

Озима пшениця по чорному пару | 12270,89 | 13,43 | -10747,14 | -31925,22 | 33,66 | -2,11

Озимий ячмінь по кукурудзі | 12494,11 | 5,89 | -210,29 | -25549,64 | 1,16 | -2,04

Озимий ячмінь по соняшнику | 12494,11 | 0,26 | -4717,26 | -18182,51 | 18,46 | -1,46

Озимі | 12382,5 | 6,45 | -5166,20 | -25378,84 | 18,14 | -2,05

Ярий ячмінь по озимій пшениці | 10774 | 26,35 | -21094,34 | -38483,81 | 54,81 | -3,57

Горох по соняшнику | 8813 | 39,87 | -31914,52 | -61088 | 52,24 | -6,93

Ранні ярі | 9794 | 33,11 | -26504,43 | -49786 | 53,52 | -5,25

Соняшник по озимій пшениці | 9350 | 25,21 | -20176,87 | -47719 | 42,28 | -5,10

Соняшник по озимому ячменю | 9350 | 35,20 | -28177,48 | -55988 | 50,33 | -5,99

Соняшник по кукурудзі | 9350 | 2,50 | -2004,63 | -29621 | 6,77 | -3,17

Кукурудза по озимій пшениці | 13910 | 35,25 | -28212,86 | -50644 | 55,71 | -3,64

Кукурудза по ярому ячменю | 13910 | 27,03 | -21631,93 | -44260 | 48,88 | -3,18

Соріз по кукурудзі | 7619 | 2,53 | -2022,99 | -16694 | 12,12 | -2,19

Пізні ярі | 10581,5 | 21,29 | -17037,80 | -40821 | 36,01 | -3,88

Чорний пар | 5065,50 | 22,96 | -18377,81 | -62038,91 | 29,62 | -12,25

У групі пізніх ярих культур втрати енергії ґрунту від дефляції становили -17037,8 МДж/га або 36,0% від змін енергії ґрунту. Найменші втрати енергії від дефляції мають агрофони озимих культур -5166,2 МДж/га або 18,14% зміни енергопотенціалу ґрунту. На чорному пару втрати енергії гумусу від дефляції становлять -18377,8 МДж/га або 29,6% від змін енергії ґрунту.

Під час вирощування сільськогосподарських культур частка недоотриманої антропогенної енергії компенсується насамперед за рахунок ґрунтової енергії. Показник екологічної ефективності Кек вказує на розміри компенсації антропогенної енергії через зниження енергоємності ґрунту. Так, показник екологічної ефективності в групі озимих культур у середньому за роки дослідження становить -2,05, у групі ранніх ярих культур -5,25, у групі пізніх ярих культур -3,88 та для чорного пару -12,25.

Отже, енергопотенціал ґрунту по всіх досліджуваних агрофонах та групах сільськогосподарських культур і чорному пару знижується. Найбільші втрати енергії ґрунту зафіксовані на агрофонах ранніх ярових культур та чорному пару. У структурному відношенні основна частина енергії ґрунту втрачається за рахунок зміни енергоємності гумусу. У результаті прояву дефляції відбувається енергетична деградація ґрунтового покриву, що при довготривалому процесі може призвести до зниження продуктивності агроландшафтів, а також росту прогресуючих витрат антропогенної енергії при зниженні рівня її ефективності.

Вплив метеорологічних та кліматичних факторів

на протидефляційні властивості ґрунту

Сучасні зміни клімату в Південному Степу України. Нашими дослідженнями підтверджено факт загального потепління клімату в Південному регіоні Україні. У результаті аналізу даних за змінами середньорічної температури в часі по метеостанціях Одеси, Миколаєва, Херсона, Запоріжжя, Генічеська встановлено, що в Південному Степу вона зростає за останні п’ятдесят років, і особливо в останні десять-двадцять років.

Зростання середньорічної температури повітря як в Україні, так і в зоні Південного Степу України відбувається за рахунок підвищення температури в зимові місяці (рис. 2).

Рис. 2. Динаміка середньої температури повітря зимових місяців (t Cє)

у Південному Степу України

Так, при від’ємних загальних середніх багаторічних температурах зими (“грудень – лютий”) аналіз даних рисунка 2 показує, що за останні 20-25 років поступово температури зростають, досягнувши, зокрема в останній період спостережень, уже додатних значень у приморських районах.

Вплив потепління клімату в регіоні на кількість циклів “промерзання-танення” та ґрунтові фактори дефляції. Збільшення зимових температур призводить до нестійких зим, що характеризуються великою кількістю відлиг та переходів температури ґрунту через 0°С. Узагальнення метеорологічних даних по регіону з цього приводу дали можливість встановити приблизний зв'язок між середньою температурою зими та кількістю переходів температури повітря (а отже і температури поверхневого 0-3 см шару ґрунту) через 0єС. Максимальне значення циклів “промерзання-танення” спостерігається при температурах, близьких до 0єС, та їх зменшення і збільшення - при більш високих та більш низьких температурах. Такі температури зими призводять до 50-70-кратного переходу температури повітря через 0єС, а значить до повної руйнації вітротривкої структури ґрунту.

Залежність величини грудкуватості та зв’язності ґрунту від кількості циклів “заморожування-танення” (лабораторний експеримент). У результаті проходження циклів “заморожування-танення” в ґрунтових моделях спостерігається