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 (α=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.
Рис. 1. Умови формування весняної грудкуватості поверхневого 0-3 см шару чорнозему південного (1-2005-2006 рр.; 2-2004-2005 та 2006-2007 рр.)
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 +0,65ºС, у 2005-2006 рр. – -3,09ºС, а в 2006-2007 рр. – +2,06ºС, тобто зима 2005-2006 рр. була 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- ве
нь
|
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 Cº) 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 0ºС. Максимальне значення циклів “промерзання-танення” спостерігається при температурах, близьких до 0ºС, та їх зменшення і збільшення - при більш високих та більш низьких температурах. Такі температури зими призводять до 50-70-кратного переходу температури повітря через 0ºС, 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 інтенсивне руйнування ґрунтових агрегатів розміром понад 1 мм. Найбільш інтенсивного руйнування під впливом метеорологічних факторів зазнавали агрегати розміром > 10, 2-3 та 1-2 мм, у той же час відносно стійкими до руйнування виявились агрегати розміром 3-5, 5-7 та 7-10 мм.
Під впливом проходження циклів заморожування-танення ґрунту відбувається руйнування макроагрегатів, що відображається в зниженні значень їх механічної зв’язності. Так, при проходженні 25 циклів заморожування-танення ґрунту механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів знижується від 86 до 74%.
Дослідження показали, що для чорноземів південних важкосуглинкових досягнення рівня дефляційно допустимого вмісту ґрунтових агрегатів < 1 мм в 50 – 52% спостерігалося під дією лише 25-30 циклів “заморожування-танення” при початковому вмісту дефляційно-небезпечних частинок в 38,62±9,34%. Безперервне заморожування та танення поверхні ґрунту призводить до збільшення вмісту дефляційно-небезпечних фракцій в агрегатному складі південного чорнозему. Допустимі межі безпечного агрегатного складу ґрунту переходять через 25-30 циклів “заморожування-танення”.
Очевидно, що сучасні зміни клімату в регіоні, пов’язані із зростанням зимових температур повітря і ґрунту та із загальною нестабільністю зимових погод, імовірно призводить до збільшення небезпеки виникнення пилових бур.
вис
новки
У дисертації наведені результати польових та лабораторних досліджень щодо протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України. Встановлено вплив різних видів агрофонів та погодних умов зимового періоду на протидефляційну стійкість поверхневого шару чорнозему південного у весняний період. Проведено оцінку протидефляційної стійкості ґрунтового покриву залежно від агрофонів та еколого-енергетичну оцінку технологій вирощування сільськогосподарських культур. Результати досліджень мають значення для проектування протидефляційних заходів.
1. Протидефляційна стійкість поверхні агроландшафту складається з вітростійкості ґрунту та шорсткості поверхні. Вітростійкість ґрунту є функцією його грудкуватості та зв’язності. У свою чергу шорсткість поверхні агроландшафту залежить від стану рослинності, кількості рослинних решток та шорсткості власне поверхні ґрунту, яка визначається середньозваженим діаметром агрегатів.
2. Встановлено, що у найбільш дефляційно небезпечний весняний період грудкуватість по агрофонах істотно не змінювалася і складала менше 50%, що свідчить про загальний низький протидефляційний стан ґрунту. Поверхневий шар ґрунту навесні 2005 та 2007 років на відміну від 2006 року знаходився у більш розпиленому стані по всіх агрофонах. Уміст агрегатів розміром понад 1 мм у ці роки складав 28-39%, а 2006 – 54-65%.
3. Доведено пряму статистичну залежність між грудкуватістю та зв’язністю, а тому зв’язність ґрунту найбільшою була весною 2006 року, а найменшою в 2005 та 2007 роках. На зв’язність ще впливають рух та дія робочих знарядь сільськогосподарських машин під час проведення польових робіт. Зокрема, на посівах озимих культур протягом весни механічна зв’язність агрегатів ґрунту знижувалась (з 77% до 69%), а на посівах ранніх та пізніх ярих культур, навпаки, зростала (з 71 до 77% по ранніх ярих та з 70% до 76% по пізніх ярих).
4. У дефляційно небезпечний період на зяблевих агрофонах найбільша кількість рослинних решток утворювалася після вирощування сорізу (58 г/м2
), на відміну від озимого та ярого ячменю (7-9 г/м2
), озимої пшениці (19 г/м2
), кукурудзи (25 г/м2
) та соняшника (18 г/м2
). На озимих агрофонах значну кількість рослинних решток утворював соняшник (55 г/м2
).
5. Визначення мікроагрегатного стану ґрунту вказує на наявність певного взаємозв’язку між умістом елементарних ґрунтових часток (ЕГЧ) та вмістом дефляційностійких агрегатів розміром понад 1 мм. Уміст ЕГЧ у поверхневому шарі ґрунту навесні в значній мірі зумовлюється впливом зимових метеорологічних факторів, зокрема кількістю циклів “заморожування-танення” ґрунту.
6. Виявлені зміни в агрегатному складі поверхневого шару чорнозему південного після пилової бурі 23-24 березня 2007 року залежно від типу сільськогосподарської культури та попередників. Але загальною для всіх агрофонів закономірністю є те, що в ґрунті після процесу дефляції знижувався вміст агрегатів розміром менше 1 мм, особливо менше 0,5 мм, та зростав уміст грудок розміром понад 10 мм. Проте, зв’язність агрегатів під дією пилової бурі практично не змінювалася.
7. Грудкуватість чорнозему південного має певну динаміку в часі. Однак, по всіх групах культур, які досліджувалися, поверхневий шар ґрунту за показником грудкуватості можна оцінити як невітростійкий – показник грудкуватості в середньому за 3 роки коливався в межах до 50%. Лише по ранніх ярих культурах середня грудкуватість тільки восени досягала 55%. Найвищі значення грудкуватості по всіх групах культур відмічені восени, а істотно грудкуватість змінювалася лише впродовж зими за рахунок метеорологічних чинників, зокрема кількості циклів „заморожування-танення” поверхні ґрунту. Якщо порівняти розпорошеність ґрунту за роками досліджень, то видно, що за зиму 2004-2005 та 2006-2007 років пройшла інтенсивна руйнація вітростійкої структури ґрунту приблизно на 20-50%, але зимою 2005-2006 років така руйнація не спостерігалася.
8. Істотні зміни шорсткості поверхні спостерігалися лише в осінньо-зимовий та весняний періоди. Середньозважений діаметр агрегатів ґрунту з осені до весни дещо зріс (з 3,5 мм до 4,1 мм), причому таке зростання сталося за рахунок лише 2006 року, коли винятково холодна зима 2005-2006 років не призвела до руйнації вітростійких агрегатів.
9. Інший показник шорсткості поверхні – кількість рослинних решток культур-попередників має спадну динаміку в часі. Основними факторами зменшення загальної кількості рослинних решток навесні є проведення обробітків ґрунту та посіву озимих культур восени, а також процес мінералізації рослинних решток. Як наслідок, кількість рослинних решток весною по всіх групах культур недостатня для надійного захисту поверхні ґрунту від дефляції.
10. Розрахунки за математичною моделлю дефляції показали, що найкращими протидефляційними характеристиками серед груп досліджуваних агрофонів мають поверхні посівів озимих культур – потенційні втрати ґрунту складають 6,45 т/га. Незадовільні протидефляційні характеристики притаманні поверхням з агрофонами пізніх ярих культур (соняшника, кукурудзи та сорізу) після стерньових попередників, а також чорному пару. Потенційні втрати ґрунту тут складають 21-23 т/га. Найгірші протидефляційні властивості мають поверхні агрофонів ранніх ярих культур після просапних попередників, особливо соняшника. Потенційні втрати ґрунту по ярих ранніх культурах складають більше 33 т/га. Залежно від перевищення потенційних утрат ґрунту над допустимими нормами ерозії, стан агроландшафтів, представлених лише озимими культурами, характеризується як нормативний сприятливий. Інші агрофони навесні мають кризовий та катастрофічний стан.
11. За результатами обліку втрат ґрунту після пилової бурі 23-24 березня 2007 року, найменшу протидефляційну ефективність мають поверхні агрофонів ранніх ярих культур після соняшника та пізніх ярих культур після стерньових попередників. Утрати ґрунту тут склали від 3,5 до 10,4 т/га. Лише на посівах озимої пшениці втрати ґрунту були в межах норми ерозії ґрунту (0,3 т/га), а на посівах озимої пшениці після чорного пару видування ґрунту не було зареєстровано.
12. Енергопотенціал ґрунту по всіх досліджуваних агрофонах та групах сільськогосподарських культур і чорному пару, головним чином у результаті дефляційних утрат, безперервно знижується. Але по озимих культурах такі втрати мінімальні, а найбільші втрати енергії ґрунту зафіксовані на агрофонах ранніх ярих культур та чорному пару (-49786 та -62038,91 МДж/га). У результаті цього показник еколого-енергетичної ефективності максимальне значення має на озимих культурах (-2,05), а мінімальне – на ранніх ярих та чорному пару (-5,25 та -12,25).
13. Загальна зміна клімату призводить до потепління за рахунок головним чином зимових температур. Поступове збільшення середньої температури зими за останні 20-25 років у регіоні призводить до збільшення мінливості погод. Температури зими призводять до 50-70-кратного переходу температури повітря через 0ºС та збільшення кількості циклів “заморожування-танення” поверхневого шару ґрунту.
14. Лабораторні дослідження показали, що безперервне заморожування та танення ґрунту призводить до суттєвого зменшення грудкуватості й збільшення вмісту дефляційно небезпечних фракцій в агрегатному складі південного чорнозему. Допустимі межі небезпечного агрегатного складу ґрунту (вмісту ґрунтових агрегатів < 1 мм в 50-52%) спостерігаються через 25-30 циклів “заморожування-танення” при початковому вмісту дефляційно небезпечних частинок в 38,6%.
Рекомендації виробництвУ та проектним організаціям
З метою ґрунтозахисної оптимізації агроландшафтів в Південному Степу України рекомендується використовувати в математичній моделі вітрової ерозії результати кількісної оцінки параметрів протидефляційної стійкості ґрунтового покриву залежно від попередників та сільськогосподарських культур.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Хотиненко О.М. Протидефляційна стійкість поверхонь агроландшафтів Південного Степу України // Вісник аграрної науки. – 2007. – № 7. – С. 78-80.
2. Хотиненко О.М. Вплив агрофонів на дефляційну небезпеку чорнозему південного // Вісник ХНАУ. – 2006. – № 6. – С. 76-79.
3. Хотиненко О.М. Дефляційна стійкість поверхні чорнозему південного залежно від різних агрофонів у весняний період // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – 2006. – Спец. вип. 4(37). – Т. 2. – С. 154-160.
4. Хотиненко О.М. Ґрунтові параметри протидефляційної стійкості поверхонь агроландшафтів Південного Степу України // Проблеми моніторингу ґрунтів і сучасні технології відтворення їх родючості: Зб. наук. пр. – Кам’янець-Подільський. – 2007. – Вип. 15. – Т. 1. – С. 107-111.
5. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Вплив погодних умов на протидефляційну стійкість чорнозему південного // Науковий вісник Чернівецького національного університету: Зб. наук. пр. – Вип. 257: Біологія. – Чернівці: “Рута”. – 2005. – С. 225-231 (експериментальні дослідження, їх інтерпретація, висновки).
6. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Вплив сільськогосподарських культур на дефляційні характеристики агрегатного стану чорноземів південних // Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення сталого розвитку на початку 21-го століття: Міжнар. наук.-практ. конф., присвячена 50-річчю з дня створення Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського. – Харків. – 2006. – С. 159-160 (експериментальні дані, їх аналіз, узагальнення, висновки).
7. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Сучасна зміна клімату в Степу України та протидефляційна небезпека // Регіональні проблеми України: географічний аналіз та пошук шляхів вирішення: Зб. наук. пр. – Херсон: ПП Вишемирський. – 2005. –С. 17-22 (експериментальні дослідження, їх обробка).
8. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Оцінка сучасних змін в структурі посівних площ та дефляційна небезпека Півдня України // Наукові записки Херсонського відділу Українського географічного товариства. – Херсон: ПП Вишемирський В.С. – 2006. – Вип. 2. – С. 5-8 (експериментальні дослідження, їх обробка, написання тексту).
9. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Вплив різних агрофонів на протидефляційну стійкість чорнозему південного // Агрохімія і ґрунтознавство. – Спец. вип. до VII з’їзду УТГА. – Ч. 3. – Харків: ННЦ “ІГА ім. О.Н. Соколовського”. – 2006. – С. 331-333 (експериментальні дослідження, їх аналіз, висновки).
10. Хотиненко О.М., Чорний С.Г. Дефляційна стійкість чорнозему південного в залежності від агрофону // Матеріали Першої регіональної науково-практичної агроекологічної конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Перлини Степового краю”. – Миколаїв: МДАУ. – 2005. – С. 51-55 (експериментальна робота).
11. Хотиненко О.М. Залежність протидефляційної стійкості чорнозему південного від циклів заморожування-танення // Екологічні проблеми сталого розвитку агросфери в умовах реформування земельних відносин та шляхи раціонального використання і охорони земель: Матеріали міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів. – Харків. – 2005. – С. 112-113.
12. Хотиненко О.М. Вплив агрофону на дефльованість поверхні чорнозему південного // Екологізація сталого розвитку агросфери, культурний грунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства: Міжнар. наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених до 190-річчя ХНАУ ім. В.В. Докучаєва. – Харків. – 2006. – С. 123.
13. Чорний С.Г., Хотиненко О.М. Вплив кількості циклів заморожування-танення на протидефляційну стійкість чорнозему південного // Матеріали Причорноморської регіональної наук.-практ. конф. професорсько-викладацького складу МДАУ. – Миколаїв. – 2005. – С. 186-187 (експериментальні дані, їх інтерпретація).
14. Хотиненко О.М. Динаміка грудкуватості поверхневого шару чорнозему південного в залежності від агрофону // Тези доп. Причорноморської регіональної наук.-практ. конф. професорсько-викладацького складу МДАУ. – Миколаїв. – 2006. – С. 29-31.
15. Хотиненко О.М. Дефляційна стійкість агроландшафтів Південного Степу України // Матеріали Причорноморської регіональної наук.-практ. конф. професорсько-викладацького складу МДАУ. – Миколаїв. – 2007. – С. 22-23.
16. Хотыненко О.Н. Влияние агрофонов на дефляционную стойкость почв Южной Степи Украины // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: Материалы Всеросс. (с междунар. участием) науч.-практ. конф. молодых учёных (15-17 октября 2007 г.). – Белгород: Изд-во БелГУ. – 2007. – С. 164-165.
17. Черный С.Г., Хотиненко О.Н. Изменение климата и проблема дефляции в Южной и Сухой Степи Украины // Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии: Сб. докладов Всероссийской научно-практ. конф. – Курск. – 2007. – С. 124-128 (частина експериментальних досліджень, їх обробка, висновки).
АНОТАЦІЯ
Хотиненко О.М. Оцінка протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України
– Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.03. – агрогрунтознавство і агрофізика. Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”. Харків, 2008.
У дисертаційній роботі проаналізовано дефляційний стан ґрунтового покриву Південного Степу України. Проведено дослідження протидефляційної стійкості чорнозему південного важкосуглинкового залежно від сільськогосподарських культур та їх попередників. Встановлено вплив різних видів агрофонів та погодних умов зимового періоду на протидефляційну стійкість поверхневого шару чорнозему південного у весняний період. Виявлено негативний вплив на дефляційні властивості ґрунту агрофонів пізніх ярих культур. Досліджено внутрішньорічну динаміку протидефляційної стійкості чорнозему південного.
Розрахований потенційний рівень дефльованості чорнозему південного в найбільш дефляційно небезпечний весняний період залежно від типу агрофону. Отримані дані втрат ґрунту в результаті дефляційних процесів із досліджуваних поверхонь агроландшафтів. Оцінена еколого-енергетична ефективність агротехнологій із урахуванням змін енергетичного потенціалу ґрунту під впливом дефляції.
Висвітлений вплив погодних факторів на протидефляційну стійкість чорнозему південного важкосуглинкового. Встановлено зв’язок між головним показником стійкості поверхневого шару ґрунту – грудкуватістю та механічною зв’язністю, – та кількістю циклів “заморожування-танення” вподовж зими. Робиться висновок про можливі довготривалі зміни протидефляційної стійкості південних чорноземів в умовах сучасних кліматичних змін.
Ключові слова
: агрофони, протидефляційна стійкість ґрунту, грудкуватість, механічна міцність, цикли “заморожування-відтаювання”, зміна клімату.
АННОТАЦИЯ
Хотыненко О.Н. Оценка противодефляционной стойкости почвенного покрова Южной Степи Украины
– Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.03. – агропочвоведение и агрофизика. Национальный научный центр “Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского”. Харьков, 2008.
В диссертационной работе проанализировано дефляционное состояние почвенного покрова Южной Степи Украины. Исследована противодефляционная стойкость чернозема южного тяжелосуглинистого в зависимости от выращиваемых сельскохозяйственных культур и их предшественников. Установлено влияние разных видов агрофонов и погодных условий зимнего периода на противодефляционную стойкость поверхностного слоя чернозема южного в весенний период. Наилучший потиводефляционный эффект имеют агрофоны озимых культур, которым присущие минимальные значения дефлируемости. Выявлено негативное влияние на дефляционные свойства почвы агрофонов поздних яровых культур (подсолнечника, кукурузы, сориза). Наиболее неудовлетворительные дефляционные характеристики весной складывались на поверхности поля после выращивания подсолнечника. Исследована внутригодовая динамика противодефляционной стойкости чёрнозема южного.
Рассчитанный потенциальный уровень дефлируемости чернозема южного в наиболее дефляционно-опасный весенний период в зависимости от типа агрофона. Полученные данные потерь почвы в результате дефляционных процессов из исследуемых поверхностей агроландшафтов. Оценена эколого-энергетическая эффективность агротехнологий с учетом изменений энергетического потенциала почвы под воздействием дефляции. Энергопотенциал почвы по всем исследуемым агрофонам, группам сельскохозяйственных культур и черном паре непрерывно снижается главным образом в результате дефляционных потерь. Наибольшие потери энергии почвы зафиксированные на агрофонах ранних ярых культур и черного пара.
Освещено влияние погодных факторов на противодефляционную стойкость чернозема южного. Установлена связь между главными показателями стойкости поверхностного слоя почвы – комковатостью и механической прочностью, - и количеством циклов “замерзания-таяния” на протяжении зимы. Показано, что количество циклов “замерзания-таяния” в течение зимы является основным фактором, который и определяет его значения весной. В свою очередь количество циклов зависит от средней температуры зимы. В условиях современного потепления климата средняя температура зимних месяцев в Южной Степи Украины непрерывно растет. В связи с этим делается вывод о возможных долговременных изменениях комковатости и противодефляционной стойкости южных черноземов в условиях современных климатических изменений.
Ключевые слова:
агрофон, противодефляционная стойкость почвы, комковатость, механическая связность, цикли “замерзание-таяние”, изменения климата.
ANNOTATION
Hotinenko O.M. The estimation of antideflationary firmness of soil
cover
of Southern Steppe of Ukraine
– Manuscript.
The dissertation of a thesis for competition of scientific degree of the candidate of agriculture sciences on a specialty 06.01.03 – agricultural soil science and agrophysics. – National Scientific Center “Institute for Soil Science and Agrochemistry Research named after O.N. Sokolovsky”, Kharkiv, 2008.
The deflationary condition of top-soil of Southern Steppe of Ukraine is analyzed in the dissertation work. Researches of antideflationary steadiness of Southern heavy loamy chornozem depending on agricultural cultures and their predecessors were conducted. It was established the influence of different types of agrophones and weather conditions of winter period on antideflationary firmness of Southern soil top-cover chornozem in spring period. The negative influence on deflation properties of agrophones soil of spring crops was distinguished. The interdynamics of antideflationary steadiness of Southern chornozem was researched.
The potential deflationary level of Southern chornozem which is the most deflationary dangerous in spring period according to the type of agrophones was counted. The facts of soil losses as a result of deflation processes of researched covers of agrophones were received. Ecologically energetic efficiency of agrotechnologies taking into consideration changes of power potential of soil under the deflation was estimated.
The influence of weather conditions on antideflationary Southern heave loamy chornozem steadiness was shown. The correlation between the main exponent of steadiness of top-soil cover – roughness and mechanical durability - and number of cycles "freezing - thawing" during the winter was established. The conclusion was made about the possible long lasting changes of antideflationary steadiness of Southern сhornozems in conditions of climatic changes.
Key words
: agrophones, antideflationary soil firmness, roughness, mechanical durability, “freeze-thaw” cycles, changes of climate.