Львівський державний університет імені Івана Франка

СВИДНИЦЬКИЙ
БОГДАН ПЕТРОВИЧ

УДК 631.411.2: 631.6: 626.8

СУЧАСНІ ПРОЦЕСИ У ЧОРНОЗЕМАХ ПІВДЕННИХ ЗРОШУВАНИХ ПОМІРНОЇ ТА ХОЛОДНОЇ ФАЦІЙ

11.00.05 - біогеографія і географія грунтів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Львів – 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі географії грунтів Львівського державного університету імені Івана Франка Міністерства освіти України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Позняк Степан Павлович,

завідувач кафедри географії грунтів

Львівського державного університету

імені Івана Франка

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Світличний Олександр Олексійович,

кафедра фізичної географії і природокористування

Одеського державного університету

імені І.І.Мечнікова;

кандидат сільськогосподарських наук, професор

Ковалишин Деонізія Іванівна,

кафедра фізичної географії Тернопільського

державного педагогічного університету

імені В.Гнатюка

Провідна установа: Інститут грунтознавства та агрохімії ім.О.Н.Соколовського УААН, м.Харків

Захист відбудеться 21 травня 1999 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.35.051.08 у Львівському державному університеті імені Івана Франка (290000, м.Львів, вул. Дорошенка, 41)

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського державного університету імені Івана Франка (290000, м.Львів, вул.Драгоманова, 5)

Автореферат розісланий 20 квітня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Хомин Я.Б.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Питання поліпшення властивостей чорноземів південних зрошуваних та підвищення їх продуктивності набуває особливого значення на сучасному етапі спаду інтенсифікації землеробства. Останнім часом у науковій літературі з’явилось багато публікацій, які висвітлюють зміни властивостей грунтів під впливом зрошення, в т.ч. процеси їх деградації, але трактування їх неоднозначне. В центрі уваги при зрошенні в степу повинна стояти доля “царя грунтів” - чорнозему. Тому дослідження були направлені перш за все на вивчення сучасних процесів грунтотворення у чорноземах південних зрошуваних різних грунтово-кліматичних фацій (ГКФ) з тим, щоб на підставі пізнання їх сутності, спрямувати розвиток в бажаному напрямі, тобто забезпечити підвищення їх родючості та збереження. Вивчення цих процесів у чорноземах південних помірної східноєвропейської ГКФ на території Інгулецької зрошуваної системи (ІЗС) та холодної західносибірської ГКФ на території Алейської зрошуваної системи (АЗС) дало змогу виявити загальні та специфічні напрямки розвитку сучасних процесів грунтоутворення. До загальних відносяться олучніння, десорбція Са2+, зменшення ємкості вбирання, підлуження, дезагрегація та ущільнення, хоч ступінь їх прояву має індивідуальні особливості; до специфічних - процеси одночасного обезсолення і вторинного осолонцювання на ІЗС та процеси обезсолення і вторинного засолення на АЗС. Актуальними є проведені подекадні режимні дослідження на АЗС, які дали змогу детально вивчити міграцію легкорозчинних солей (ЛС) і вологи у грунтовій товщі та встановити їх зв’язок з поливними і грунтовими водами. Режимні дослідження доповнили кількісні характеристики зрошуваних чорноземів і розширили можливості для встановлення еталонів зрошуваних чорноземів та параметрів допустимих змін. Знання таких параметрів поряд з результатами моніторингових досліджень, дозволять оперативно реагувати на переходи через допустимі рівні змін і коректувати їх шляхом проведення агротехнічних та меліоративних заходів.

Об’єктом дослідження - були богарні та зрошувані чорноземи південні помірної та холодної ГКФ. Предметом дослідження - сучасні процеси у змінених зрошенням умовах грунтотворення, які проявились у водно-сольовому режимі, фізико-хімічних та фізичних властивостях чорноземів.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Вибраний напрямок досліджень пов’язаний з кафедральною тематикою “Проблеми генези, географії і класифікації грунтів” та державною програмою розробки агроекологічної концепції зрошення чорноземів.

Мета і завдання дослідження. Мета - вивчити закономірності розвитку сучасних процесів грунтотворення і виявити найважливіші зміни природного середовища та властивостей чорноземів південних під впливом зрошення у східно-європейській помірній і західносибірській холодній ГКФ та порівняти їх, а також виявити деградаційні процеси і розробити заходи поліпшення меліоративного стану на ІЗС та АЗС.

Завдання досліджень полягали у тому, щоб:

- вивчити вплив зрошення на зміну природних умов грунтотворення в межах Інгулецької та Алейської зрошувальних систем;

- виявити зміни властивостей чорноземів південних при різній тривалості зрошення та різними за якістю поливними водами;

- виявити сезонну та багаторічну динаміку сучасних грунтотворних процесів та параметрів властивостей чорноземів південних в умовах зрошення;

- вивчити сучасний меліоративний стан зрошувальних систем та пов’язану з ним врожайність сільськогосподарських культур;

- розробити меліоративні та агротехнічні заходи щодо поліпшення меліоративного стану та підвищення врожайності.

Наукова новизна одержаних результатів:

- встановлено, що зміни режимів та властивостей чорноземів південних під впливом зрошення більше зумовлюються місцевими факторами (ступенем дренованості територій, якістю поливних вод, технологіями зрошення та вирощування сільськогосподарських культур), ніж фаціальними;

- встановлено, що фаціальні фактори впливають головним чином на тривалість періоду, протягом якого зміни властивостей і режимів чорноземів південних під впливом зрошення приходять у квазірівноважний стан із новими умовами середовища (30 років на АЗС і 15 років на ІЗС);

- обгрунтовано, що при класифікації вторинно-засолених чорноземів необхідно враховувати не тільки середньозважений вміст ЛС в шарах: 0-30, 30-50, 50-100 та 100-150см, але й їх середньовегетаційні величини;

- вперше встановлено, що в середині вересня, після збирання зернових і силосних культур (кукурудзи і соняшника) на АЗС показники рівня грунтових вод (ГВ) та їх мінералізації, а також кількості ЛС у вторинно-засолених грунтах наближаються до середньовегетаційних показників, що дає підставу для їх одноразового визначення;

- вперше визначено втрати урожаю пшениці внаслідок вторинного засолення чорноземів на АЗС;

- вперше на підставі виявленої залежності між пригніченістю пшениці перед жнивами і глибиною залягання ЛС, їх кількістю і якістю рекомендовано проводити картографування вторинно-засолених грунтів за станом зернових і силосних культур у переджнивний період.

Практичне значення одержаних результатів полягає у:

- вдосконаленні методики польових грунтово-меліоративних досліджень, що дозволяє зменшити затрати на їх проведення та внесенні поправок до класифікації грунтів за ступенем вторинного засолення;

- розробці агромеліоративного заходу піскування для поліпшення водно-сольового режиму вторинно-солончакових грунтів, який є однією із складових рекомендованої системи заходів щодо поліпшення меліо-ративного стану зрошуваних грунтів.

Особистий внесок здобувача полягає у:

- визначенні параметрів зміни гідрологічних, гідрогеологічних, мікрокліматичних умов та структури грунтового покриву на АЗС;

- визначенні параметрів зміни водного та сольового режимів чорноземів південних, а також їх хімічних, фізико-хімічних та фізичних властивостей під впливом зрошення;

- визначенні параметрів пониження врожайності пшениці залежно від інтенсивності вторинного засолення зрошуваних чорноземів;

- вдосконаленні методу картографування вторинно-засолених зрошуваних грунтів за фізіологічним станом рослин у переджнивний період;

- вдосконаленні класифікації зрошуваних вторинно-засолених грунтів;

- розробці заходу піскування вторинно-солончакових грунтів.

В дисертації використано і узагальнено результати грунтових та грунтово-меліоративних досліджень 1969-1993рр. на території Алтайського краю (Росія) та Миколаївської області (Україна), які виконувались науково-дослідною лабораторією грунтово-географічних досліджень Львівського державного університету ім.І.Франка з участю автора. Крім того використані матеріали досліджень різних проектних та наукових організацій проведені за 52-річний період зрошення на АЗС і 30-річний–на ІЗС.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на Всесоюзній нараді в м.Харкові “Совершенствование методов оценки засоленных почв, прогнозирование и предупреждение вторичного засоления” (Москва, 1973); нараді в м.Одесі “Почвенно-мелиоративные проблемы и пути повышения плодородия орошаемых земель юга УССР” (Москва, 1978); І, V з’їздах грунтознавців і агрохіміків України (Харків, 1982,1998); картографічній конференції в Іркутську “Картографическое обеспечение региональных народно-хозяйственных программ” (Іркутськ, 1983); семінарі з меліоративної географії в Москві “Природно-мелиоративный мониторинг в СССР” (Москва, 1984); науково-практичній конференції в Барнаулі “Проблемы орошения почв Сибири” (Барнаул, 1988); Міжнародній науково-практичній конференції “Українська геоморфологія: стан і перспективи” (Львів, 1997) та щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Львівського державного університету імені Івана Франка.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 20 друкованих статтях, що повністю відображають зміст дисертації, 17 із них приведені в авторефераті.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 129 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, семи розділів та висновків. В роботі наведено 24 рисунки, 7 таблиць та 24 таблиці в додатках. Список використаних джерел складається із 345 найменувань. Загальний обсяг роботи - 280 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Природні умови об’єктів досліджень

Досліджувані чорноземи південні помірної ГКФ сформувались в Атлантико-континентальній степовій області (Алісов, 1962) під кострицево-ковильною рослинністю (Білик, Брадіс, 1962) у Дніпро-Бузькому районі Причорноморської низовини (Бондарчук, 1949; Маринич, 1982). Рельєф району - типово рівнинний із слабим нахилом до Чорного моря, почленований широкими річковими долинами та балками з виположеними схилами. Антропогенні відклади представлені 2-3-ма горизонтами лесів, розділених ущільненими глинами. Материнськими породами чорноземів є верхній причорноморський ярус лесу. Потужність його 2,5-3,5м. Він карбонатний, лужний, незасолений важкосуглинкового або легкоглинистого гранулометричного складу (ГС) з відсутністю фракцій грубого і середнього піску.

ГВ на Дніпро-Бузькому межиріччі мають спорадичне залягання і не утворюють суцільного водоносного горизонту у плейстоценових відкладах. Обводнені лінзи залягають, в основному, на глибині 5-10 м, рідше – 15-17м. Мінералізація їх 0,2 - 13,2г/л. Прісні води, як правило, гідрокарбонатні, слабомінералізовані-гідрокарбонатно-сульфатні, або гідрокарбонатно-хлоридні, середньо- і сильномінералізовані-сульфатні за аніонами. За катіонами всі вони кальцієво-магнієві, або кальцієво-натрієві.

Чорноземи південні помірної ГКФ займають близько 15% території Інгулецького масиву. Вони важкосуглинкові, середньоглибокі (40-46см), слабогумусовані (3,2-4,0% гумусу), слаболужні в гумусовому горизонті (рН-7,2-7,5), скипають від НСl відразу під гумусовим горизонтом (СаСО3 - 8,4-15,1%). Серед обмінних катіонів переважають Са2+ (79-82%) і Мg2+ (16-19%) при сумі ввібраних основ 34-36 мекв./100г грунту. ЛС в токсичних кількостях та видимі форми гіпсу залягають глибше 2м.

Досліджувані чорноземи південні холодної фації сформувались у континентально-степовій західносибірській кліматичній області під різнотравно-кострицево-ковильними степами (Огуреева, 1978) в долині р.Алей (ІІ і ІІІ надзаплавні тераси) на південному заході Приобського пасмово-увалистого розчленованого плато з елементами денудаційної обробки (Городецкая, Лазунов, 1975). Терасована долина р.Алей з окремими озерами утворилась у плейстоцені на місці древньої лощини стоку, в одному з неотектонічних розломів, що проявився в рельєфі (Адаменко, 1976). Грунтотворними породами є верхньоплейстоцен-голоценові лесовидні суглинки. Вони середньосуглинкові, карбонатні (СаСО3 - 3-12%), середньолужні (рН - 7,9-8,3) із вмістом ЛС 0,093-0,907% і сульфатним або сульфатним із слідами соди, а подекуди содово-сульфатним типом засолення. З глибини 1,5-2,5м вони підстилаються супіщаними та піщаними озерними відкладами космалинської свити, в яких залягає перший від поверхні водоносний горизонт. Мінералізація ГВ, які у чорноземах залягають на глибині 5м і глибше, не перевищує 2,2г/л з переважанням у їх складі SO42-, HCO3- та Na+. Територія в цілому дренується р.Алей.

Чорноземи південні холодної ГКФ займають 73% площі в межах АЗС. Вони середньосуглинкові, слабогумусовані (3,0-3,8% гумусу), середньоглибокі (40-42см), скипають від соляної кислоти в нижній частині гумусового горизонту, або відразу під ним (СаСО3 -3-10%), слаболужні в орному шарі і середньолужні в середній та нижній частині грунтового профілю (рН - 7,3-8,4). В складі обмінних катіонів переважають Са2+ (74-80%) і Мg2+ (14-19%) при ємкості вбирання 26-30 мекв./100г грунту. ЛС в токсичних кількостях залягають з глибини 120-180см, тип засолення переважно сульфатний із слідами соди. Аніони СО32- з’являються із 70-100см, друзи гіпсу - 150-180см.

Методика досліджень

Для вивчення сучасних грунтотворних процесів у чорноземах південних зрошуваних помірної східноевропейської та холодної західносибірської ГКФ застосовувались порівняльно-географічний та стаціонарний методи. Порівняльно-географічний метод полягав у порівняльному вивченні чорноземів південних зрошуваних різних ГКФ (помірної та холодної), а також у порівнянні чорноземів зрошуваних і незрошуваних, які до зрошення розвивались в однотипних умовах зволоження та дренованості і характеризувались однаковими морфологічними ознаками та фізико-хімічними властивостями. Для цього підібрано пари дослідних ділянок (ДД) на незрошуваних і зрошуваних чорноземах в межах Інгулецької та Алейської зрошувальних систем. На АЗС дослідження почали проводити на 30-ий рік зрошення і продовжували 24 роки, на ІЗС – на 17-й рік і продовжували 5 років. Крім того використано матеріали досліджень С.П.Позняка (1997) на ІЗС у 15-річний та 30-річний періоди зрошення.

На ДД в межах ІЗС вивчались процеси обезсолення і вторинного осолонцювання, а в межах АЗС процеси обезсолення і вторинного засолення, а також пов’язані з ними зміни властивостей зрошуваних чорноземів. Крім того, в долині р.Алей на основних ДД у вегетаційні періоди 31-33-го та 44-го років зрошення, проводились подекадні спостереження за вологістю грунтів, атмосферними опадами та поливами. На ДД з вторинно-засоленими чорноземами проводились спостереження за динамікою ЛС у грунтовій товщі та за рівнем ГВ і їх мінералізацією. Найбільш мінливі показники уточнювались на 10 допоміжних ДД. Зразки грунтів для визначення фізико-хімічних та фізичних властивостей відбирались в кінці літа - на початку осені в 3-9-и кратних повторах. Обробку даних режимних спостережень, морфологічних ознак та фізико-хімічних властивостей здійснювали методом математичної статистики. У розділі наводиться перелік лабораторно-аналітичних досліджень.

Вплив зрошення на природні умови, зміну просторової структури
чорноземів південних та їх продуктивністьВплив зрошення на природні умови, зміну просторової структури
чорноземів південних та їх продуктивність

Іригаційні води. Зрошення на АЗС проводиться водами р.Алей, мінералізація їх 0,230-0,428г/л, склад гідрокарбонатно-кальцієвий, величина рН 7-8. На ІЗС - змішаними водами рік Дніпра (75-80%) та Інгульця. Мінералізація їх 0,63-1,51г/л, рН 7,3-8,4, хімізм - сульфатно-хлоридний або хлоридно-сульфатний за аніонами та кальцієво-магнієво-натрієвий за катіонами. Після 1986 р. у складі іригаційних вод ІЗС зросла частка іонів НСО3- та появились іони СО32-. Іригаційні води досліджуваних систем є різними за якістю, тому вплив їх на зрошувані грунти - різний. На ІЗС з ними пов’язані процеси підлуження, обезсолення та вторинного осолонцювання, на АЗС - обезсолення та періодичного підлуження.

Зрошення, яке почалось на АЗС у 1940р., а на ІЗС у 1957р. значно ускладнило природні умови грунтотворення. В процесі будівництва і експлуатації зрошувальних систем відбулось вирівнювання мікроформ рельєфу та згладження переходів між його мезоформами. З перших років зрошення почались зміни гідрогеологічних умов, спричинені погіршенням умов дренованості, внаслідок недосконалої іригаційної сітки і значної інфільтрації води з каналів та зрошуваних полів.

На ІЗС за 10 років зрошення відбулось підняття середньорічного рівня ГВ з 11-12м до 1,9 м в північній частині зрошувального масиву і до 4,9 м в південній (Грудинська, 1970). Рівні іригаційних грунтових вод (ІГВ) наблизились до стабілізації, яка продовжувалась у наступні 5 років. Однак, протягом року спостерігалось відхилення їх рівнів від середньорічних значень в більшу або меншу сторону на 0,4-0,7 м в північній частині ІЗС і на 0,5-1,0 м в південній. До зрошення тут переважали середньо- та слабомінералізовані ГВ (1-10 г/л). Після 10-річного зрошення вони стали прісними та слабомінералізованими. При піднятті рівня ІГВ вище сольового горизонту, тобто вище 2 м мінералізація їх наближається до мінералізації поливних вод (0,6-1,5 г/л). При піднятті рівня до 2-3 м мінералізація коливається в межах 1-3 г/л, а при піднятті до 3-5 м - 3-10 г/л. У прісних водах серед аніонів переважають НСО3-, у слабо- та середньомінералізованих – SО42- і СL-, а серед катіонів у всіх водах - Mg2+ та Na+.

На АЗС за 30 років зрошення середньовегетаційний рівень ГВ в добре дренованих умовах піднявся на 0,9 м і стабілізувався при глибині 5,3 м. Він зберігається до тепер з незначними відхиленнями (до 0,1 м) та коливаннями у вегетаційні періоди в межах 5,0-5,6 м. Мінералізація їх за цей період понизилась з 1,32 г/л до 0,48 г/л і вони залишились прісними в наступні 23 роки зрошення. У сольовому складі різко зменшилась кількість НСО3-, Na+, Ca2+. В умовах погіршеного дренажу за 30 років зрошення середньовегетаційний рівень ГВ піднявся з 5,2 м до 3,1 м і стабілізувався, не змінюючись в наступні 23 роки зрошення. В таких умовах ІГВ розчиняли значну кількість акумульованих в материнській та підстилаючій породах ЛС і підвищували свою мінералізацію. За 30 років зрошення вона зросла з 0,64 г/л до 1,78 г/л. В наступні 23 роки зрошення мінералізація коливалась в межах 1,01-3,13 г/л при середньовегетаційних величинах 1,74-1,95 г/л. У їх складі переважали НСО3-, SО42- та Na+, після 30-річного зрошення значно зросла кількість SО42- , Mg2+ і Na+ та появились іони СО32-.

Вивчення мікрокліматичних показників в центральній частині АЗС показали, що липневі та серпневі температури повітря на висоті 2 м від поверхні грунту о 9 год були на 1-70С вищими, а о 12 та 18 год на 1-80С нижчими в жаркі дні і на 1-40С вищими - у прохолодні дні, ніж на зональній метеостанції Рубцовськ. Аналогічно і майже в таких же межах змінювались температури поверхні грунту. Амплітуди коливань їх в денні години липня зменшились на 52-54%, а серпня - 33-36%. Вищою на 6-10% в ранкові години і на 15-22% в денні години стала відносна вологість повітря на висоті 2м від поверхні грунту. Подібні зміни спостерігаються на ІЗС.

Зрошення та пов’язані з ним процеси обезсолення, вторинного засолення та осолонцювання, значно ускладнили просторову структуру чорноземів південних на досліджуваних зрошуваних системах. На місці богарних незасолених та глибокосолончакуватих чорноземів в межах АЗС за 30-ти річний період зрошення розвинулись чорноземи південні зрошувані незасолені (обезсолені), глибокозасолені, вторинно-глибокосолончакуваті, вторинно-солончакуваті, вторинно-високосолончакуваті та вторинно-слабосолончакові, тобто вони стали строкатішими за ступенем та глибиною засолення. Новостворена просторова структура грунтового покриву на АЗС майже не змінилась при подальшому зрошенні. Це підтверджено результатами повторних грунтово-меліоративних обстежень на 44-47 роках зрошення та подальшими спостереженнями. Згідно цих матеріалів 26% зрошуваних чорноземів є вторинно-слабосолончаковими, 14% - вторинно-високосолончакуватими, 12% - вторинно-солончакуватими, 10% - вторинно-глибокосолончакуватими, 9% - глибокозасоленими та 29% незасоленими або обезсоленими. До зрошення 59% чорноземів були незасоленими і 41% - глибокосолончакуватими.

Вплив зрошення на врожайність. Дослідження показали, що внаслідок зрошення врожайність пшениці на незасолених чорноземах зростає в 2,1-2,3 рази. Однак, розвиток вторинного осолонцювання, засолення, підлуження та інших деградаційних процесів значно знижують її. Втрати врожайності пшениці та інших зернових культур і кукурудзи при вторинному засоленні на вторинно-солончакуватих чорноземах АЗС становлять 10,2-10,4%, на вторинно-високосолончакуватих - 25,1 - 26,6%, на вторинно-слабосолончакових - 47,3-49,5%. На двох останніх грунтах ці втрати добре видно в період дозрівання внаслідок слабого і середнього пригнічення культур. За станом їх пригніченості проводилось картографування грунтів та окомірне визначення ступеню вторинного засолення, який узгоджувався з показниками сольового складу водної витяжки грунтів.

Особливості водно-сольового режиму чорноземів південнихОсобливості водно-сольового режиму чорноземів південних

Вивчено динаміку вологості протягом 4 вегетаційних періодів в богарних і зрошуваних обезсолених та вторинно-слабосолончакових чорноземах АЗС, а також зв’язок її з атмосферними опадами, режимами поливу різних культур та глибиною ІГВ. Динаміка вологості богарних чорноземів обумовлена непромивним водним режимом, а динаміка вологості зрошуваних чорноземів – пульсаційним, при якому чергуються промивні і випотні умови. Пульсаційний водний режим сформувався після 15-річного зрошення на ІЗС та 30-річного зрошення на АЗС. При пульсаційному водному режимі з переважанням промивної складової утворились обезсолені чорноземи, а при переважанні випотної складової - вторинно-слабосолончакові чорноземи.

Водно-сольовий режим досліджуваних чорноземів у значній мірі залежить від водопроникливості. Вивчаючи її з поверхні та з глибини 40см, нами встановлено, що внаслідок зрошення водопроникливість і коєфіцієнт фільтрації (КФ) зменшуються. Останній у чорноземах АЗС встановлюється через 21-22 год просочування води, а в чорноземах ІЗС через 12 год. У богарних грунтах холодної фації КФ становив 0,25-0,26 мм/хв з поверхні та 0,29-0,31 мм/хв з глибини 40 см, а у зрошуваних зменшився до 0,17-0,20 мм/хв з поверхні і до 0,20-0,23 мм/хв з глибини 40 см. У чорноземах помірної фації КФ також зменшився внаслідок зрошення з 0,7мм/хв до 0,5мм/хв на поверхні грунту та з 0,8мм/хв до 0,6 мм/хв на глибині 40см.

Сольовий режим чорноземів південних вивчали шляхом порівняння подекадних та середньовегетаційних показників вмісту солей на ДД. Зміни середньовегетаційних показників вмісту токсичних солей внаслідок обезсолення та вторинного засолення чорноземів приведені в табл.1. Процеси обезсолення почались з перших років зрошення і розвивались на всій території ІЗС та в добре дренованих умовах АЗС. В умовах погіршеного дренажу на території АЗС проявились процеси вторинного засолення. Вони почались внаслідок підняття рівня ІГВ та їх мінералізації до критичних величин, за яких ЛС разом з вологою піднялись до поверхневих горизонтів і засолили їх. За перші 30 років зрошення чорноземи південні глибокосолончакуваті трансформувались у вторинно-слабосолончакові. В наступні 23 роки зрошення їх зміни були незначними і не виходили за межі слабосолончакових, тобто сольовий режим набув квазірівноважного стану (див.табл.1). Проте щорічні середньовегетаційні сольові профілі різняться між собою, що пов’язано з режимами поливу вирощуваних культур.

Режимними вегетаційними дослідженнями сольового режиму за вегетаційний період на вторинно-слабосолончакових чорноземах АЗС встановлено значні коливання вмісту ЛС у їх поверхневих горизонтах. Так, на 33 році зрошення в шарі 0-30 см, вміст ЛС за вегетаційний період коливався від 0,152 до 0,400% при сульфатному засоленні, тобто в різні періоди цей шар можна класифікувати як незасолений, слабозасолений або середньозасолений. Тому нами запропоновано визначати ступінь засолення зрошуваних грунтів за середньовегетаційним вмістом солей, який згідно подекадних досліджень встановлюється в середині вересня при вирощуванні зернових і силосних культур. Отже, для встановлення ступеню засолення зрошуваних грунтів можна обмежитись визначенням вмісту ЛС тільки в цей період.

Зміни фізико-хімічних властивостей під впливом зрошенняЗміни фізико-хімічних властивостей під впливом зрошення

Вивчені на підставі статистичної обробки зміни вмісту гумусу, обмінних катіонів, величини рН та карбонатності у досліджуваних чорноземах показали, що вони не однозначні і інтенсивність цих змін найбільша в перші роки зрошення. Через 15 років на ІЗС і через 30 років на АЗС вони значно сповільнюються і наближаються до квазірівноважного стану.

Динаміка гумусу під впливом зрошення проявляється у розтягуванні гумусового горизонту, перерозподілі вмісту його по профілю, зміні запасів і частковій зміні групового та фракційного складу. За 30 років зрошення на ІЗС потужність гумусового горизонту зросла на 14 см, запаси гумусу в шарі 0-100 см - на 96,8 т/га, Сгк:Сфк розширилось до 2,84-3,04. За такий же період на АЗС потужність гумусового горизонту зросла на 8-9 см, запаси гумусу в шарі 0-100 см зросли на 11,9-19,0 т/га при зменшенні його на 1,8-2,5 т/га в шарі 0-50 см, Сгк:Сфк розширилось до 2,30-2,77 в обезсолених та звузилось до 1,88- 1,91 у вторинно-слабосолончакових чорноземах (див. табл. 1).

Склад обмінних катіонів чорноземів під впливом зрошення змінювався в напрямку десорбції Ca2+ і сорбції Na+ при зменшенні ємкості вбирання. Найкраще ці зміни проявились у чорноземах ІЗС і спричинили вторинне осолонцювання їх (див.табл.1). Сорбція Na+- в поверхневих горизонтах спричинена слабомінералізованими іригаційними водами з підвищеним вмістом цього катіона. Коли в поверхневих горизонтах вміст обмінного натрію досягає величини 5,6-6,3% від суми обмінних основ, сорбція його поширюється у глибші горизонти (Позняк, 1997).

В обезсолених чорноземах АЗС, незначне збільшення обмінного натрію за 30 та 45 років зрошення не викликає загрози вторинного осолонцювання. У вторинно-слабосолончакових чорноземах АЗС одночасно із зменшенням ємкості вбирання та катіону Ca2+, відбувається збільшення Na+, який поступає з ІГВ і наближає грунти до слабосолонцюватих (див.табл.1).

Процеси підлуження чорноземів південних під впливом зрошення проявились у всіх досліджуваних чорноземах через підвищення величини рН, які приведені в таблиці 1. Максимальне зростання величини рН (0,33-0,37 одиниць) за 30 років зрошення відмічено у вторинно-слабосолончакових та вторинно-осолонцьованих чорноземах і значно менші в обезсолених. Всі вони стали середньо-лужними і не виходять за їх рамки протягом вегетаційного періоду, тобто стабілізувались. Однак, в перші години після зрошення внаслідок підлуження вони наближаються до сильнолужних (Позняк, 1997).

Зміна карбонатного профілю під впливом зрошення проявилась у перерозподілі СаСО3 та зміні форм новоутворень. При обезсоленні чорноземів відбулась декарбонатизація, а при вторинному засоленні – окарбоначення. За 30 років зрошення глибина скипання від НСІ в обезсолених чорноземах ІЗС понизилась на 30 см та в обезсолених чорноземах АЗС - на 10 см, що пов’язано з вищими поливними нормами на ІЗС. За такий же період у вторинно-слабосолончакових чорноземах АЗС глибина скипання від НСІ підвищилась на 10 см (див.табл.1). Подальші зміни глибини скипання є незначними. Внаслідок декарбонатизації та окарбоначення чіткі вкраплини білозірки набули розпливчатих форм.

Зміни фізичних властивостей під впливом зрошення.Зміни фізичних властивостей під впливом зрошення.

Гранулометричний, мікроагрегатний, структурно-агрегатний склад, а також щільність зложення і загальна та капілярна шпаруватості чорноземів визначались на полях, зайнятих зерновими культурами перед жнивами. Результати досліджень показують, що за перші 15 років зрошення на ІЗС та перші 30 років на АЗС вони зазнали суттєвих змін і наблизились до квазірівноважної стабільності, а тому подальші зміни були незначними.

Гранулометричний склад змінювався під впливом зрошення внаслідок процесів внутрігрунтового вивітрювання та ілімеризації, які з різною інтенсивністю проявились у чорноземах досліджуваних ГКФ. На ІЗС переважали процеси внутрігрунтового вивітрювання. Вони спричинили оглинення чорноземів та диференціацію їх профілю за елювіально-ілювіальним типом. Це видно із збільшення запасів мулистої фракції за перші 30 років зрошення на 63 т/га в шарі 0-40см та на 352 т/га в шарі 40-80 см. У чорноземах АЗС переважали процеси ілімеризації, що підтверджується зменшенням запасів мулу в шарі 0-80 см та збільшенні їх в шарі 80-120 см.

Мікроагрегатний склад. У зрошуваних чорноземах помірної та холодної фацій відбувався інтенсивний розпад мікроструктури, що супроводжувався зростанням вмісту активного мулу. Величина фактору дисперсності в гумусовому горизонті за 30 років зрошення в обезсолених чорноземах ІЗС зросла з 7,6-9,2% до 13,5-17,7%; в обезсолених чорноземах АЗС – з 9,6-11,8% до 17,3-19,7%; у вторинно-солончакових АЗС – з 9,7-12,0% до 25,0-25,8%. Отже, чорноземи південні зрошувані вторинно-слабосолончакові є найбільш розпиленими, що підтверджується також показниками їх дезагрегації.

Структурно-агрегатний стан. За 30 років зрошення чорноземів південних вміст повітряно-сухих агрономічно цінних агрегатів в їх орному шарі зменшився на 3,7-5,7%, а водостійких – на 4,7-7,4% (див.табл.1). Максимальні зменшення приурочені до чорноземів ІЗС, які мали найкращу структуру до зрошення, на 5,4-7,2% зменшились ці показники у вторинно-слабосолончакових чорноземах АЗС. Згідно оцінки структурно-агрегатного складу, розробленої С.А.Балюком та ін. (1997), обезсолені чорноземи на обох зрошувальних системах залишились, як і до зрошення середньодеградованими, а вторинно-слабосолончакові – змінились на сильнодеградовані. Обезструктурювання зрошуваних чорноземів проявляється у зростанні брилуватості, пониженні водостійкості структурних агрегатів, кірко- і тріщиноутворенні та утворенні в нижній частині орного і верхній частині підорного горизонтів структурно-опресійного горизонту із щільною горіхуватою та призмовидною структурою.

Щільність твердої фази грунту є одним з досить стабільних його показників. Тверда фаза представлена первинними і вторинними мінералами, органічною речовиною і гуматами, які майже не змінились під впливом відносно короткого періоду зрошення. Абсолютні величини щільності твердої фази грунтів коливаються в межах 2,53-2,64 г/см3-.

Щільність зложення у досліджуваних чорноземах зросла за час зрошення, згідно результатів статистичної обробки на 0,06-0,18 г/см3- в орному та 0,05-0,13 г/см3 -– в підорному горизонтах і наблизилась до квазірівноважного стану. Абсолютні величини їх при найменшій вологоємкості приведено в табл. 1.

Шпаруватість загальна і капілярна. Загальна шпаруватість зменшилась під впливом зрошення, що пов’язано із збільшенням ущільненості зрошуваних чорноземів. До встановлення квазірівноважного стану величина загальної шпаруватості зменшилась в гумусовому горизонті чорноземів ІЗС на 3,30-3,57 об.%, а чорноземів АЗС на 2,15-2,75 об.%. Капілярна шпаруватість, яка кількісно відповідає величині найменшої вологоємкості, вираженої в об’ємних % також зменшилась (див.табл.1). Некапілярна шпаруватість в чорноземах зрошуваних обезсолених зменшилась на 0,13 - 2,01 об.%, а в чорноземах вторинно-слабосолончакових – збільшилась на 0,37-0,48 об.% у засолених горизонтах та зменшилась на 0,60-1,53 об.% у незасолених. Зростання некапілярної шпаруватості у вторинно-засолених горизонтах, очевидно, обумовлено розширенням міжагрегатних тріщин.

Шляхи регулювання несприятливих грунтових процесів
і покращення властивостей зрошуваних чорноземівШляхи регулювання несприятливих грунтових процесів
і покращення властивостей зрошуваних чорноземів

Розглядаються, рекомендовані для впровадження у виробництво, агротехнічні та меліоративні заходи спрямовані на покращення: водного режиму, шляхом формування раціональної структури посівних площ, орієнтованих на економне використання поливної води та впровадження водозберігаючих технологій поливів, які б забезпечили оптимальне зволоження грунту до 30-50см; сольового режиму і боротьбу з вторинним засоленням, шляхом піскування, вибіркового будівництва дренажної мережі та промивки ЛС; складу обмінних катіонів внесенням гіпсу; обробітку грунту, шляхом післяполивного рихлення, щілювання різноглибинної оранки; поживного режиму – внесенням органо-мінеральних добрив, заорювання сидератів, пожнивних решток і соломи, введення сівозмін з багаторічними травами.

ВИСНОВКИВИСНОВКИ

Проведені багаторічні комплексні дослідження чорноземів дають підставу зробити наступні висновки:

1. Зрошення викликає глибокі зміни як навколишнього середовища, так і режимів та властивостей грунтів. Ці зміни зумовлюються не стільки фаціальними факторами, скільки місцевими: ступенем дренованості території, якістю поливної води, технологіями зрошення та вирощування сільськогосподарських культур. Фаціальні чинники впливають головним чином на тривалість періоду, протягом якого зміни властивостей і режимів чорноземів південних зрошуваних приходять у квазірівноважний стан із новими умовами середовища (15 років на ІЗС і 30 років на АЗС).

2. Під впливом зрошення спостерігається тенденція до гумідизації навколишнього середовища. Вона проявляється у збільшенні вологості повітря і грунту, зменшенні добових коливань їх температур та підвищенні рівня ГВ. Крім цього, проявляються процеси вторинного засолення, обезсолення, осолонцювання, декарбонатизації та інші, значно ускладнилась структура грунтового покриву.

3. Підвищення рівня ГВ і зміни їх мінералізації були швидкими в перші 10-15 років зрошення на ІЗС і 30 років на АЗС, а пізніше стабілізувались і прийшли у рівновагу з умовами зрошення, тобто набули нового іригаційного квазірівноважного стану.

4. Характерний для чорноземів непромивний тип водного режиму змінився під впливом зрошення на всій території ІЗС та в добре дренованих умовах АЗС періодично промивним (пульсаційним) з переважанням промивної складової і спричинив розвиток процесів обезсолення чорноземів; в умовах погіршеного дренажу на АЗС він змінився періодично-промивним з переважанням випотної складової і спричинив розвиток вторинного засолення.

5. Вторинне засолення чорноземів понизило їх продуктивність. Втрати врожаю пшениці на вторинно-слабосолончакових чорноземах становили 47-49%, на вторинно-високосолончакуватих – 25-27%, на вторинно-солончакуватих - 10,2-10,4%.

6. Ступінь вторинного засолення зрошуваних чорноземів та глибина залягання ЛС визначались за середньовегетаційним та середньозваженим вмістом їх в шарах 0-30, 30-50, 50-100, 100-150 см. Такий вміст солей встановлювався в середині вересня. В цей період проводилось визначення ступеню вторинного засолення при грунтово-меліоративних дослідженнях.

7. Зміни водного та сольового режимів зрошуваних чорноземів зумовили прояви нових процесів таких як: обезсолення, вторинне засолення, осолонцювання, олучніння, підлуження, декорбонатизація або окарбоначення, ущільнення, внутрігрунтове оглинення та ілімеризація.

8. Певні поєднання названих процесів, залежно від конкретних умов, викликали значні зміни гумусованості зрошуваних чорноземів та їх фізико-хімічних і фізичних властивостей. Ці зміни, як і зміни гідрологічних та геохімічних умов з часом стабілізувались і через 15 років на ІЗС та 30 років на АЗС наблизились до квазірівноважного стану.

9. Зміни гумусованості та фізико-хімічних властивостей чорноземів південних внаслідок зрошення проявились у:

- поглибленні гумусованої частини профілю, що чіткіше виражено на ІЗС;

- збільшенні вмісту гумусу по всьому профілю на ІЗС, зменшенні його у верхній частині профілю і збільшенні у нижній на АЗС;

- підвищенні вмісту гумінових кислот та зниженні вмісту фульвокислот в обезсолених зрошуваних чорноземах, а також у підвищенні вмісту фульвокислот у чорноземах вторинно-слабосолончакових;

- підвищенні величини рН з максимальними значеннями у вторинно-слабосолончакових чорноземах та різких зростаннях в перші години після поливу;

- зменшенні ємкості катіонного обміну та обмінного кальцію;

- значному підвищенні обмінних натрію і магнію у грунтовому вбирному комплексі чорноземів обезсолених на ІЗС, де полив проводився мінералізованими водами та у деякому їх збільшенні в чорноземах вторинно-слабосолончакових на АЗС з підвищеним заляганням мінералізованих ІГВ;

- декарбонатизації обезсолених чорноземів, яка з більшою швидкістю протікає на ІЗС, та в окарбоначенні вторинно-слабосолончакових чорноземів

10.Зміни фізичних властивостей досліджуваних чорноземів проявились у:

- перерозподілі мулистої фракції, за елювіально-ілювіальним типом, який чітко виражений у чорноземах ІЗС;

- розпиленості мікроструктури та збільшенні коєфіцієнту дисперсності;

- зменшенні вмісту агрономічно-цінних і водостійких агрегатів, формуванні брилуватої структури, кірко- і тріщиноутворенні та формуванні структурно--опресійного шару із міцною горіхуватою структурою;

- збільшенні ущільненості грунтів, яка найбільше проявилась в орному шарі обезсолених вторинно-осолонцьованих чорноземів ІЗС;

- зменшенні загальної та капілярної шпаруватості та збільшенні некапілярної шпаруватості у вторинно-засолених грунтах АЗС.

11. Шляхи регулювання несприятливих грунтових процесів в умовах зрошення зводяться до поліпшення водно-сольового режиму, фізико-хімічних і фізичних властивостей чорноземів південних агротехнічними та меліоративними заходами.

Основні публікації на тему дисертації:

1. Свидницький Б.П. До методики дослідження поливних вторинно-засолених земель на прикладі Алейської зрошувальної системи в Алтайському краї // Вісн.Львів.у-ту., сер.географ.- Львів:1972.Вип.7.-С.26-30.

2. Свидницький Б.П. Геоморфологічне районування південної частини Приобського плато // Вісн.Львів.ун-ту., серія географ. - Львів: Вища школа, 1980. Вип.12. - С. 101-105.

3. Свидницкий Б.П. Модификация природных территориальных комплексов под влиянием орошения на юге Алтайского края // Весн.Львов.ун-та., серия географ.- Львов: Вища школа, 1984. Вып.14. - С.56-60.

4. Свидницький Б.П. Фаціальні особливості зрошуваних чорноземів // Агрохімія і грунтознавство. Спеціальний випуск. Грунти - екологія - продовольство.- Харків: УААН, 1998.- 4.ІІІ. - С.152-153.

5. Свидницький Б.П., Цись А.М., Баран О.В. Поліпшення вторинно-засолених грунтів Алейської зрошувальної системи методом піскування // Вісн.Львів.у-ту., серія географ. - Львів: Світ, 1992. Вип.18 - С.69-73.

6. Геренчук К.І., Свидницький Б.П. Зміна грунтового покриву під впливом зрошення на Алейській зрошувальній системі // Вісн.Львів.у-ту., серія географ. - Львів: Вища школа, 1976. Вип.10.- С.3-6.

7. Ландшафтный подход к изучению мелиоративного состояния земель Алейской оросительной системы в Алтайском крае (Б.П.Свидницкий, А.Н.Соколюк, П.Я.Прокопив, О.Н.Петрив, А.Н.Цысь) // Весн.Львов.у-та., серия географ. - Львов: Вища школа, 1986. Вып.15. - С.74-76.

8. Определение степени модификации природных территориальных комплексов при орошении (Б.П.Свидницкий, А.Н.Соколюк, П.Я.Прокопив, О.Н.Петрив, А.В.Баран, А.Н.Цысь) // Весн.Львов.у-та., серия географ. - Львов: Вища школа, 1988. Вып.16.- С.56-59.

9. Позняк С.П., Свидницький Б.П. Водно-сольовий режим чорноземів південних зрошуваних помірної та холодної грунтово-кліматичних фацій // Вісник Львів.у-ту., сер.географ.– Львів:Простір М, 1999.Випуск 23.-С.95-100.

10. Свидницкий Б.П. Влияние орошения на водный и солевой режимы почв Алейской оросительной системы Алтайского края // Сб.науч.тр.ин-та им. В.В.Докучаева - М.: ВАСХНИЛ, 1973. Ч.2. - С. 253-260.

11. Влияние Алейской оросительной системы на природные условия юга Алтайского края (Свидницкий Б.П., Кит М.Г., Когут Н.Е., Ермоленко А.А., Прокопив П.Я.) // Природно-мелиоративный мониторинг в СССР.-М.: АН СССР, 1984.- С.126-133.

12. Свидницкий Б.П., Самойлов С.А. Вопросы классификации орошаемых почв Сибири. Тез. к научн. Конф.- Барнаул: Полиграфист, 1988. - С. 53-54.

13. Свидницкий Б.П. Изменение гидрогеологических условий на территории Алейской оросительной системы под влиянием орошения // Доклады и сообщения Львов.отд.географ.общества УССР.- Львов: “Вища школа”, 1977.Вып.6. - С. 41-44.

14. Геренчук К.І., Свидницький Б.П., Грищук Г.М. Вплив зрошення на динаміку, грунтовий та фракційний склад гумусу в грунтах Алейської зрошувальної системи // Географія та меліорація грунтів. - Львів: Вища школа, 1974.- С.3-13.

15. Свидницкий Б.П. Урожайность пшеницы на разных почвах Алейской оросительной системы в Алтайском крае // Земля Сибирская, Дальневосточная.- Омск: Изд-во Омская газета, 1974. № 6.- С.25-27.

16. Свидницький Б.П. Антропогенні форми рельєфу на меліоративних землях та їх вплив на сучасні процеси грунтотворення // Мат. міжнар.наук.-практ. конф. “Українська геоморфологія: стан і перспективи” – Львів: Меркатор, 1997. – С.226-228.

17. Свидницкий Б.П. Классификация и краткая характеристика орошаемых почв Рубцовского эксплуатационного участка Алтайского края: Сб.тр.геоботанической экспедиции Львов. ун-та. – Львов: Вища школа, 1976. – С.70-76.

АНОТАЦІЯ

Свидницький Б.П. Сучасні процеси у чорноземах південних зрошуваних помірної та холодної фацій.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.05 - біогеографія і географія грунтів - Львівський державний університет ім. Івана Франка, Львів, 1999.

Дисертація присвячена вивченню змін умов грунтотворення під впливом зрошення та змін водно-сольового режиму, фізико-хімічних і фізичних властивостей чорноземів південних зрошуваних в умовах помірної східноєвропейської (ІЗС) та холодної західно-сибірської (АЗС) грунтово-кліматичних фацій. Зміни властивостей чорноземів зрошуваних з 1940р. вивчались на АЗС (Алтайський край, Росія), а зрошуваних з 1957р. на ІЗС (Миколаївська обл., Україна). Виявлено напрямки сучасних процесів грунтотворення. Встановлено параметри змін гідрогеологічних і мікрокліматичних показників, вторинного засолення, осолонцювання, обезсолення, фізико-хімічних та фізичних властивостей чорноземів, а також їх продуктивності. Вивчені закономірності цих змін, їх швидкості і терміни встановлення квазірівноважного стану. Досліджено діагностичні ознаки вторинно-засолених чорноземів та розроблені методи їх картографування.

Ключові слова: десорбція, імпактне підлужнення, ілімеризація, дезагригація, опресійний