Вплив лесової меліорації на хімічні властивості та продуктивність Чорнозему Таврії, осолонцьованого в процесі зрошення мінералізованою артезіанською водою
Категорія (предмет): ХіміяХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАГРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БОЙКО НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА
ВПЛИВ ЛЕСОВОЇ МЕЛІОРАЦІЇ НА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ПРОДУКТИВНІСТЬ ЧОРНОЗЕМУ ТАВРІЇ, ОСОЛОНЦЬОВАНОГО В ПРОЦЕСІ ЗРОШЕННЯ МІНЕРАЛІЗОВАНОЮ АРТЕЗІАНСЬКОЮ ВОДОЮ
Спеціальність 06.01.02 – меліорація і зрошуване землеробство
Автореферат дисертації на здобуття наукового
ступеня кандидата сільськогосподарських наук
Херсон – 1998
Загальна характеристика роботи.
Актуальність теми. Грунти Сухого Степу відрізняються природ-ною солонцюватістю, обумовленою їх генезисом, негативним кальцієвим балансом, тому що практично відсутні карбонати у верхній півметровій товщі профілю. Тривале зрошення, особливо мінералі-зованими водами, супроводжується подальшим вилуговуванням солей кальцію і накопиченням – натрію, що викликає розвиток солонцевого процесу та погіршення агромеліоративних властивостей грунтів. Продуктивність сільськогосподарських культур на таких грунтах знижується на 20-26%.
Зупинити розвиток солонцевого процесу, як енергетичного, неможливо, але інтенсивність його знижується при використанні кальційвмісних сполук. Застосування гіпсу, фосфогіпсу та інших меліорантів пов’язано з високими витратами, короткочасністю меліоративного ефекту і екологічною небезпечністю.
Актуальність роботи полягає в тому, що ці важковирішувані проблеми традиційної меліороції вторинно осолонцьованих грунтів знімаються при використанні грунтових резервів лесових порід в якості природного, екологічно чистого меліоранту, який містить 12-15% карбонату кальцію.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Дослідження входять в план науково-дослідної роботи Херсонського ДАУ в складі держ-бюджетної теми: реєстраційний номер 0195 U 028320 “Розробити та впровадити проект екологічно надійної технології ефективного використання водних і земельних ресурсів”.
Мета дослідження – встановити ефективність лесу в якості кальційвмісного меліоранту для запобігання розвитку процесу вторинного осолонцювання і активного солонцепроявлення при зрошенні чорнозему південного.
Задачі дослідження:
– іригаційна оцінка зрошувальної води;
– вивчення впливу тривалого зрошення мінералізованими артезіанськими водами на зміну основних властивостей вторинно осолонцьованого чорнозему південного;
– вивчення впливу лесової насипки на змінювання хімічних, фізико-хімічних і агрохімічних властивостей вторинно осолонцьованого чорнозему південного;
– визначення оптимального шару лесової насипки;
– визначення продуктивності та економічної ефективності лесової насипки 5, 10 і 15 см.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на півдні України в якості нетрадиційного меліоранту використовується насипка лесу 5; 10 і 15 см на поверхню вторинно осолонцьованого чорнозему південного, зрошуваного мінералізованими водами. Застосування лесу забезпечує стабільний позитивний кальцієвий баланс, попереджує активне солонцепроявлення при слабкій інтенсивності солонцевого процесу.
Практичне значення одержаних результатів. При застосуванні екологічно чистого лесу одержано довготривалий меліоративний ефект, який забезпечив підвищення продуктивності вторинно осолонцьованого чорнозему південного і збільшення урожайності сільськогосподарських культур на 19-21%.
Впровадження результатів досліджень проведено в Каховському районі: КСП "Світанок" на площі 200 га і в КСП "Україна"– на площі 150 га, яке підтвердило високу ефективність застосування лесової меліорації.
Особистий внесок здобувача полягає в проведенні досліджень в польовому досліді та у виконанні лабораторних аналітичних робіт по вивченню змінювання сольового складу, фізико-хімічних, агрохімічних властивостей грунту. Вивчено якісний склад і проведена іригаційна оцінка зрошувальної води. Автором проаналізовано результати експериментальних досліджень, на основі яких зроблено висновки про вплив лесової меліорації на властивості та продуктивність зрошуваного грунту.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на вузівських, обласних (1988, 1990, 1994) та респуб-ліканській (1997) науково-практичних конференціях; на VIII з’їзді ВОГ (1989).
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 8 друкованих працях.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, восьми розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Робота викладена на 146 сторінках, містить 33 таблиці, 13 рисунків, 42 додатки. Список використаних джерел містить 295 найменувань, в тому числі 7 іноземних авторів.
Основний зміст дисертаційної роботи.
Стан вивчення питання. Проведено огляд літературних джерел, висвітлюючих причини вторинного осолонцювання зрошуваних грунтів, змінення їх властивостей. Виявлено проблеми традиційної меліорації вторинно осолонцьованих грунтів і обгрунтована доцільність застосування лесових порід в якості кальційвмісного меліоранта.
Об’єкт досліджень. Дослідження проводились на протязі 1986 -1991 р.р. на стаціонарній дослідний ділянці КСП "Світанок" Каховського району Херсонської області, зрошуваній мінералізованою артезіанською водою.
Територія землекористування господарства розташована на лівоберіжжі Дніпра, в межиріччі Дніпро-Молочна в Причорноморській низовині, в межах Центрального безсточного району. Грунтові води знаходяться на глибині 34-36 м і не впливають на процеси грунто-утворення.
Грунтовий покрив, представлений чорноземами південними низькогумусними солонцюватими важкосуглинковими на лесах, займає 90% площі господарства.
Погодно-кліматичні умови в роки проведення досліджень були неоднаковими, але в цілому типовими для даного району, крім ранньої, холодної зими 1986-87 р.р. і ранньої весни 1990 р.
Методика досліджень. В якості методу дослідження використано польовий стаціонарний однофакторний дослід, закладений на ділянці польової зрошуваної сівозміни восени 1985 року. Для "місцевого" зрошення використовувалась вода артезіанської скважини, яка функціювала з 1972 року. В її районі екслуатувався верхньосарматський водовмісний горизонт, залягаючий на глибині 40-70 м. Зрошення проводилось дощувальною машиною ДДА-100 МА.
Площа дослідної ділянки складає 2,1 га (50 м х 420 м), посівної ділянки – 1750 м2(50 х 35 м), облікової – 300 м2(25 м х 12 м). Повторність досліду трьохкратна, розташування повторень – послідовне, варіантів – систематичне.
Схема досліду по лесовій меліорації вторинно осолонцьованого грунту включала такі варіанти: 1. Контроль – чорнозем південний низькогумусний вторинно осолонцьований на лесі; 2. Насипка на поверхню 5 см шару лесу; 3. Насипка 10 см шару лесу; 4. Насипка 15 см шару лесу.
Меліоративні роботи по закладці досліду здійснювались СМУ-96 на замовлення Укрводгоспу. Лес вибирався з русла під час будівництва Перекопського магістрального каналу. Технологічні операції по лісовій меліорації: 1. Транспортування лесу; 2. Насипка на поверхню грунту лесу в кількості, необхідній для формування шару 5; 10 і 15 см; 3. Груба і тонка планіровка ділянки.
В період досліджень вирощувались слідуючі культури: кукурудза на силос (МВС; 1986 р.); озима пшениця і бобово-злакова сумішка на зелений корм – післяжнивно (1987 р.); ярий ячмінь (1988, 1990 р.р.); соняшник (1989 р.); кукурудза на зерно (1991 р.). Агротехніка вирощування сільськогос-подарських культур в досліді здійснювалась по зональній технології, рекомендованій для зрошуваних земель Степу України, але на фоні N60P60мінеральних добрив в формі аміачної селітри, подвійного і грану-льованого суперфосфату.
Морфологічні властивості грунтів описували по Захарову. В грунті визначали: гумус за Тюріним у модифікації ЦІНАО, його груповий склад – за Кононовою-Бєльчиковою; обмінні кальцій та магній – комплексо-метрично; обмінний натрій – на полуменевому фотометрі в витяжці 1н оцтовокислого амонію; склад водної витяжки – за Гедройцем; водний рН-потенціометрично; активність іонів натрію та кальцію – іонометрично в грунтовій пасті; карбонати – газоволюметрично; нітрати – за Грандваль-Ляжем з дисульфофеноловою кислотою; рухомий фосфор – за Мачигіним з аскорбіновою кислотою; рухомий калій – на полуменевому фотометрі в 1% витяжці вуглекислого амонію.
Урожайність зернових культур обліковували методом прямого комбайнування з наступним зважуванням, урожайність кормових культур – методом пробних площадок. Статистична обробка експериментальних даних проводилась методом дисперсійного аналізу за Доспєховим.
Якісний склад та іригаційна оцінка зрошувальної води.
Для зрошення використовувалась артезіанська вода з мінералізацією 1,70-2,40 г/л (табл. 1). За роки досліджень якість води змінилась в негативний бік по відношенню до 1972 року. Вміст гідрокарбонат- іонів складав 1,60-4,80; іонів хлору – 4,20-11,60; сульфат-іонів – 17,86-31,90 мг-екв/л. Вміст іонів кальцію, магнію і натрію відповідно дорівнював 3,16-7,70; 9,0-13,0; 13,50-20,64 мг-екв/л. Водневий показник змінювався у діапазоні 7,2-8,0 одиниць. Хімічний склад цих вод змінювався від сульфатного до хлоридно-сульфатного.
Згідно з ДСТУ–2730-94 артезіанська вода за небезпечністю засолення належить до другого класу, тобто обмежено придатна, тому що рівень її мінералізації знаходиться в межах 1,70-2,40 г/л, а концентрація токсичних іонів, виражена в еквівалентах хлору – 8,59-16,34 мг-екв/л. За небез-печністю олуговування вода належить то до першого, то до другого класу в різні строки визначення (див. табл. 1), тому що рН коливається в межах 7,2-8,0 одиниць, а токсична лужність дорівнює 1,25-3,05 мг-екв/л. За небезпечністю осолонцювання зрошувальна вода належить до другого класу, тому що відношення натрію до суми катіонів змінювалось від 54,7 до 71,6%, досягаючи в середньому значення 61,4%, а співвідношення між магнієм і кальцієм коливалось від 1,38 до 2,85.
За класифікацією Полупана М.І., зрошення артезіанською водою веде до осолонцювання грунту слабкого ступеню, тому що середній рівень її мінералізації становить 2,1 г/л, вміст іонів натрію складає в середньому 16,05 мг-екв/л, відношення кальцію до натрію дорівнює 0,37, відношення натрію до суми кальцію і магнію – одиниці.
Таким чином, використання мінералізованих артезіанських вод другого класу (обмежено придатних) веде до розвитку осолонцювання грунтів слабкого ступеню, періодичного олуговування і засолення.
Таблиця 1 – Іригаційна оцінка зрошувальної води
Рік зрошення
Строк визна
рН
Мінералізація,
Концентрація токсич.
іонів,
, %
Оцінка води
(ДСТУ-2730-94)
за небезпечністю
Оцінка води за небезпечністю осолонцювання
(Полупан М.І., 1993 р.)
чення
г/л
мг-екв/л
< 5
< 40
< 1
засолення грунту
олуговування
осолонцювання
, мг-екв/л
< 1
ступінь осолонцювання
1-й
весна
7,4
2,2
7,64
48,6
1,14
ІІ
І
ІІ
11,82
0,51
0,91
слабкий
14-й
весна
7,8
2,3
10,83
54,7
1,88
ІІ
ІІ
ІІ
15,53
0,41
0,84
– " –
осінь
7,3
2,2
10,19
57,0
1,38
ІІ
І
ІІ
20,64
0,37
1,13
– " –
15-й
весна
7,4
1,7
8,59
71,6
2,85
ІІ
І
ІІ
13,50
0,23
1,11
– " –
осінь
7,7
1,8
12,59
68,1
2,63
ІІ
ІІ
ІІ
15,78
0,25
1,09
– " –
16-й
весна
8,0
2,4
16,34
63,5
1,58
ІІ
ІІ
ІІ
19,26
0,43
0,91
– " –
осінь
7,2
2,1
8,72
66,2
1,83
ІІ
І
ІІ
15,82
0,40
0,93
– " –
Середнє
–
2,1
10,69
61,4
1,89
ІІ
І-ІІ
ІІ
16,05
0,37
0,99
– " –
Примітки:
1. І клас – "придатна";
2. ІІ клас – "обмежено придатна";
3. 1-й – 1972 р., за даними паспорта артезіанської скважини №193.
Властивості незрошуваного та тривало зрошуваного мінералізованими артезіанськими водами вторинно осолонцьованого чорнозему південного.
Тривале зрошення (14 років) викликало погіршення властивостей грунту в результаті розвитку вторинного осолонцювання. Зміна морфологічних властивостей характеризується погіршенням струк-турного стану орного шару грунту з набуванням брилистості, наявністю кремнеземистої присипки та ілювійованості грунтового профілю. Незрошуваний грунт скипає на глибині 54 см, а зрошуваний – 59 см, тому що під впливом зрошення відбувається подальше вимивання карбонатів, яке посилює негативний кальцієвий баланс грунту. Вміст карбонатів в метровому шарі зменшився на 0,34%, або на 67,43 т/га.
Гумус перерозподілився по профілю зрошуваного грунту: відбулося зменшення гумусності у верхній його частині і збільшення – в нижній. Так, кількість гумусу в шарі 0-60 см знизилась на 0,13% (12,4 т/га), особливо в шарі 0-20 см – на 0,37% (5,28 т/га), або 12 відносних відсотки, а в шарі 60-100 см – збільшилась на 9,6 відносних відсотки. При цьому його кількість в шарі 0-100 см знизилась на 0,03% (10 т/га). Зміна якісного складу гумусу обумовила звуження відношення Сгк:Сфкв шарі 0-20 см з 1,54 до 1,10, в шарі 20-40 см — з 1,28 до 1,10.
У складі обмінних основ знизився вміст кальцію в шарі 0-20 см з 74,3 до 68,6%, в шарі 20-40 см – з 71,3 до 65,2%. Одночасно кількість натрію збільшилась до 1,07-1,18 мг-екв/100 г, тобто в 2 рази, а магнію – до 27,4-30,3%, тобто в 1,2 рази у порівнянні з незрошуваним грунтом. При цьому відношення обмінного кальцію до магнію зменшилось в шарі 0-20 см з 3,1 до 2,5, в шарі 20-40 см – з 2,7 до 2,1.
При використанні мінералізованих артезіанських вод (II класу) загальний вміст солей в метровому шарі збільшився в середньому на 0,0330%, або в 1,4 рази, що складає 0,1109%, тобто не відбулося істотного засолення грунту, хоча за 14 років зрошення надійшло близько 70 т/га солей. Збільшилась кількість токсичних солей в шарах 0-20 і 20-40 см відповідно в 2,8 і в 2,3 рази, але їх вміст не перевищив порогу токсичності. Помітно трансформувався якісний склад грунтового розчину, що визначається іоно-сольовим складом зрошувальних вод, в яких міститься в середньому 61,4% іонів натрію, кількість якого в шарі 0-20 см і 20-40 см збільшилась в 4,7 і 3,3 рази, а магнію – в 1,4 рази. Вміст кальцію зменшився в цих шарах в 1,4-1,2 рази, внаслідок безперервного вилуговування. Це обумовило звуження співвідношення кальцію до натрію в 6,6 та в 3,9 рази; кальцію до магнію – в 2,0 і в 1,6 рази відповідно. Збільшився вміст аніонів: гідрокарбонат-іонів в шарі 0-40 см – в 1,6 рази; сульфат-іонів в шарі 0-40 см – в 1,4 рази, а в шарі 40-100 см – в 1,8 рази; іонів хлору в метровому шарі – в 1,5 рази. Водневий показник (рН) грунтового розчину підвищився в шарі 0-60 см з 6,90-7,89 до 8,01 одиниці.
Активність іонів натрію збільшилась в шарі 0-60 см з 1,07-0,64 до 13,04-15,87 мг-екв/л, при несуттєвій зміні активності іонів кальцію. Тому співвідношення активностей натрію та кальцію в незрошуваному грунті в шарі 0-60 см дорівнювалось 0,45-0,26 одиниці, що по Полупану М.І. (1993 р.) характеризує пасивний солонцевий процес, а при зрошенні підвищилось до 5,34-6,16 одиниці, що відповідає слабкій інтенсивності розвитку солонцевого процесу.
Отже, зрошення обмежено придатними водами ( II класу) посилило динамічність карбонатної системи, сприяло накопиченню легкорозчинних солей, особливо натрію, що привело до зміни інтенсивності солонцевого процесу від пасивної – на незрошуваному грунті, до слабкої – на зрошуваному і обумовило слабкий ступінь вторинного осолонцювання чорнозему південного, при якому спостерігається активне солонцепроявлення.
Змінювання властивостей вторинно осолонцьованого чорнозему південного в залежності від шару лесової насипки.
При застосуванні лесу в якості кальційвмісного меліоранту основні зміни властивостей грунту відбулися в шарі 0-40 см.
Нанесення на поверхню вторинно осолонцьованого чорнозему південного шару лесу 5; 10 і 15 см забезпечило надходження карбонату кальцію відповідно в кількості 80-90; 150-160 та 220-240 т/га і його вміст збільшився в шарі 0-20 см в 12-34 рази, а в шарі 20-40 см – в 6-15 разів у порівнянні з немеліорованим грунтом. Це дозволило створити позитивний кальцієвий баланс, підтримувати тривалий час концентрацію кальцію в грунтовому розчині вище порогу коагуляції, що запобігає активному солонцепроявленню.
В перший рік досліджень на варіантах лесової насипки відбулося розбавлення орного шару лесом, тому вміст гумусу в шарі 0-40 см нижче контролю на 11,1; 23,7 і 26,9 відносних відсотки. Внаслідок зміщення шарів в метровому грунтовому профілі відбулося незначне зниження кількості гумусу, яке складало відповідно 1,7; 4,1 і 5,2 відносних відсотки. На п’ятий рік досліджень кількість гумусу в шарі 0-40 см збільшилась відповідно на 0,8; 5,1 і 6,7 відносних відсотки. Ця тенденція зберіглась в метровому шарі, тому що кальцій лесу стабілізував вміст гумусу на більш високому рівні і процес гумусоутворення пішов по зональному типу.
На всіх варіантах лесової насипки збільшилась сума обмінних основ, змінився якісний склад увібраних катіонів. Вміст обмінного кальцію збільшився в шарі 0-20 см з 68% на контролі до 70,6-76,0% на варіантах лесової насипки, кількість магнію зменшилась з 27,5% до 25,7-21,4%, а вміст обмінного натрію зменшився з 4,5-4,9% до 3,7-2,6%. На варіанті насипки лесу 15 см ступінь осолонцювання грунту наблизився до пасивного. Розширилось відношення кальцію до магнію з 2,5 до 2,7-3,6 одиниці. Аналогічні процеси спостерігались в підорному шарі грунту.
Позитивні зміни в грунтово-поглинаючому комплексі відбулися внаслідок трансформації якісного та кількісного складу грунтового розчину, особливо в шарі 0-40 см. В перший рік досліджень на варіантах лесової насипки вміст іонів кальцію збільшився в шарі 0-20 см в 1,5-2,5 рази, а в шарі 0-40 см – в 1,28–1,61 рази при незначному зменшенні вмісту іонів натрію і незмінній кількості іонів магнію. Це обумовило відчутне розширення відношення кальцію до натрію в шарі 0-20 см в 1,6-2,3 рази, в шарі 20-40 см – в 1,2 рази; відношення кальцію до магнію в шарі 0-20 см збільшилось в 1,4-2,1 рази, а в шарі 20-40 см – в 1,2-1,3 рази. В шарі 0-20 см тип засолення змінився на гідрокарбонатно-сульфатний. Реакція грунтового розчину збільшилась з 8,04 на контролі до 8,40-8,58 на варіантах лесової насипки. Вміст токсичних солей в метровому грунтовому профілі знизився при підвищенні загальної суми солей в 1,02 рази, тобто за ступенем засолення грунт залишився незасоленим.
Згідно з результатами аналізів водної витяжки, на п’ятий рік досліджень, вміст іонів кальцію на варіантах лесової насипки був в 1,33-1,70 рази вище контролю. Іони кальцію, які є антагоністами іонів натрію, блокували накопичення і знизили їх вміст в шарі 0-40 см в 1,2-1,7 рази, внаслідок чого відбулося подальше розширення співвідношень між кальцієм і натрієм та кальцієм і магнієм (табл. 2). Кількість токсичних солей зменшилась в 1,3-1,6 рази при зменшенні загального вмісту солей на 0,0125-0,0168%, або в 1,1-1,2 рази. Тип засолення змінився на варіанті 5 см насипки лесу в шарі 0-20 см на сульфатний, залишившись гідрокар-бонатно-сульфатним на варіантах 10 і 15 см лесової насипки. За п’ять років відбулося зниження рН в шарі 0-40 см до 8,28-8,22 – на 5 см, до 8,40-8,32 – на 10 см та до 8,48-8,30 – на 15 см лесової насипки.
Застосування лесової насипки 5; 10 і 15 см обумовило змінювання термодинамічних показників зрошуваного грунту (табл. 3): активність іонів натрію знизилась у порівнянні з контролем в шарі 0-20 см на 1,82; 2,53 і 3,48 мг-екв/л, в шарі 20-40 см – на 1,85; 3,22 і 3,80 мг-екв/л і в шарі 40-60 см – на 1,79; 1,93 і 1,98 мг-екв/л відповідно. Одночасно активність іонів кальцію після чотирьохрічного впливу зрошувальної води була вище контролю в шарі 0-20 см на 0,78, 1,94 і 2,54 мг-екв/л, в шарі 20-40 см – на 0,33, 0,29 і 0,25 мг-екв/л, в шарі 40-60 см – незначно. Тому співвідношення активностей іонів натрію і кальцію зменшилось по всьому гумусованому профілю (см. табл.3): в шарі 0-20 см – на 1,09; 1,74 і 2,23 одиниці, в шарі 20-40 см – на 0,88; 1,39 і 1,60 одиниці, в шарі 40-60 см – на 0,70; 0,67 і 0,64 одиниці на варіантах лесової насипки у порівнянні з контролем. Це свідчить про тенденцію зниження інтенсивності солонцевого
Таблиця 2 – Показники градації солонцевого процесу чорнозему південного в залежності від меліоративного фону, 1990 р.
Шар,
Незрошуваний
Зрошуваний
5 см лесу
10 см лесу
15 см лесу
см
градація
градація
градація
градація
градація
0-20
3,00
3,70
П
0,63
0,40
С
1,50
0,76
П
1,80
1,25
П
2,40
1,60
П
20-40
2,70
2,50
– " –
0,85
0,50
– " –
1,42
0,65
С
1,60
0,70
– " –
1,80
0,86
– " –
40-60
2,45
2,58
– " –
0,88
0,60
– " –
1,10
0,75
П
1,10
0,68
– " –
1,30
0,68
– " –
60-80
2,00
2,45
– " –
1,08
1,10
П
1,02
0,86
– " –
0,94
0,88
– " –
0,94
0,87
– " –
80-100
2,10
2,60
– " –
1,13
1,25
– " –
1,10
1,01
– " –
1,13
0,94
– " –
0,99
0,92
– " –
Примітки:
1. П – пасивна;
2. С – слабка.
Таблиця 3 – Активність іонів натрію, кальцію (мг-екв/л) і співвідношення в чорноземі південному
в залежності від меліоративного фону
Шар,
жовтень 1986 р.
жовтень 1990 р.
см
aNa
aCa
aNa
aCa
Контроль
0-20
13,19
5,92
5,42
14,54
5,72
6,08
20-40
15,98
6,59
6,23
16,74
6,40
6,62
40-60
15,38
7,50
5,62
16,83
7,21
6,27
Насипка лесу 5 см
0-20
13,44
6,73
5,18
12,72
6,50
4,99
20-40
15,56
7,05
5,86
14,89
6,73
5,74
40-60
15,23
7,30
5,64
15,04
7,29
5,57
Насипка лесу 10 см
0-20
13,64
7,98
4,84
12,01
7,66
4,34
20-40
14,25
6,81
5,46
13,52
6,68
5,23
40-60
15,11
7,05
5,68
14,90
7,08
5,60
Насипка лесу 15 см
0-20
13,76
8,76
4,65
11,06
8,26
3,85
20-40
13,62
6,54
5,33
12,94
6,65
5,02
40-60
15,04
6,81
5,76
14,86
6,97
5,53
процесу, особливо на варіантах 10 і 15 см лесової насипки, хоча градація солонцевого процесу залишилась слабкою.
При нанесенні лесу на поверхню вторинно осолонцьованого грунту відбувся перерозподіл нітратного азоту в межах змішуваного шару і його вміст знизився у порівнянні з контролем в шарі 0-20 см на 5,3-28,0 відносних відсотки, внаслідок низької біологічної активності лесу, збідненого органічними речовинами. У наступні роки на варіантах лесової насипки кількість нітратного азоту збільшилась і досягла середньої забезпеченості.
Фосфорний режим меліорованого лесом грунту формувався у напрямку мобілізації, збільшення рухомості грунтових фосфатів, при цьому вміст рухомого фосфору на насипках лесу 10 та 15 см став високим, на 5 см – підвищеним, при середньому його рівні на контролі. Це пояснюється надходженням в орний шар з лесом 1,5-4,5 т/га валового фосфору, трансформацією важкорозчинних фосфатів в доступні форми за рахунок їх хімічної і біологічної мобілізації в умовах високого вмісту карбонатів та підвищеної лужної реакції (рН = 8,3-8,5) грунтового розчину.
Забезпеченість калієм на всіх варіантах лесової насипки за всі роки досліджень була високою. Це пояснюється тим, що до грунту з лесом надійшло 20-60 т/га К2О в формі мінеральних сполук. В умовах зрошення високий вміст карбонату кальцію, який надійшов з лесом, забезпечив дефіксацію обмінного калію і сприяв протіканню мікробіологічних процесів.
Урожайність сільськогосподарських культур зрошуваної сівозміни.
Застосування лесу в якості кальційвмісного меліоранту дозволило одержати істотні прибавки урожайності сільськогосподарських культур в усі роки досліджень у порівнянні з контролем (зрошуваним немеліорованим вторинно осолонцьованим грунтом; табл.4). Прибавки урожаю вирощуваних культур становили на варіантах 5; 10 і 15 см насипки лесу відповідно 12,4-23,9; 15,0-28,5; і 14,7-27,6 відсотки. Протягом п’яти років досліджень середня урожайність на 5-санти-метровій насипці лесу була дещо нижча, ніж на 10 і 15-сантиметрових насипках лесу, що підтверджується показниками структури врожаю вирощуваних культур.
Середня урожайність сільськогосподарських культур за п’ять років в кормових одиницях на варіантах насипки лесу 5; 10 та 15 см відповідно складала: 57,4; 58,1 і 59,7 ц/га при 48,0 ц/га на контролі. Середня прибавка урожайності становила 19,6-21,0% у порівнянні з немеліорованим вторинно осолонцьованим чор-ноземом південним.
Таблиця 4 – Урожайність сільськогосподарських культур в залежності від меліоративного фону
Рік досліджень, сільськогосподарська культура
1986
1987
1987
1988
1989
1990
1991
Варіант
кукурудза МВС
озима пшениця
кормосуміш (горох.-злак.)
ярий ячмінь
соняшник
ярий ячмінь
кукурудза на зерно
У
П
У
П
У
П
У
П
У
П
У
П
У
П
ц/га
%
ц/га
%
ц/га
%
ц/га
%
ц/га
%
ц/га
%
ц/га
%
Контроль
359
–
36,4
–
106,6
–
37,6
–
19,4
–
35,9
–
48,4
–
Насипка лесу 5 см
445
23,9
43,7
20,0
125,3
17,5
44,7
18,9
21,8
12,4
41,6
15,9
56,8
17,4
Насипка лесу 10 см
413
15,0
44,0
20,9
127,3
19,4
48,3
28,5
23,2
19,6
44,2
23,1
59,5
22,8
Насипка лесу 15 см
412
14,8
41,8
14,8
122,3
14,7
47,8
27,1
23,4
20,6
45,8
27,6
60,6
25,2
НІР05
32,3
9,0
2,8
7,7
6,6
6,2
2,7
7,2
1,6
8,2
2,9
8,1
4,8
9,9
Примітки:
1. У – урожайність;
2. П – прибавка.
Економічна ефективність лесової меліорації.
Дані економічного аналізу (табл. 5) свідчать, що лесова меліорація економічно ефективна: додатковий чистий доход при вирощуванні сільськогосподарських культур (1986-1991 рр.) на варіантах лесової насипки 5; 10 і 15 см вище на 38,7-44,3 відносних відсотки у порівнянні з контролем, рівень виробничої рентабельності — на 23,7-26,2 відносних відсотки, тоді як строк окупності становить 3; 5 та 7,5 років, що в 5-2 рази менше нормативного.
Показники економічної ефективності варіантів лесової насипки 10 та 15 см найкращі і близькі за значенням, але враховуючи строк окупності капіталовкладень, слід вважати оптимальною насипку лесу шаром 10 см.
Висновки.
1. Тривале зрошення (14 років) чорнозему південного солонцюватого мінералізованими артезіанськими водами другого класу (обмежено придатними), вміщуючими 61,4% натрію від суми катіонів, привело до зростання вмісту солей на 0,0330%, або в 1,4 рази по всьому метровому профілю, хоча грунт за ступенем засолення залишився незасоленим. Кількість токсичних солей в шарі 0-40 см збільшилась в 2,5 рази, але їх вміст не перевищив порогу токсичності.
2. Відбулася трансформація якісного складу грунтового розчину, особливо в орному та підорному шарах: підвищився вміст іонів натрію в 5-3 рази, магнію – в 1,4 рази. Збільшився негативний кальцієвий баланс за рахунок вимивання гідрокарбонатів, кількість кальцію зменшилась в 1,4-1,2 рази при одночасному зниженні відношення кальцію до натрію в цих шарах в 7,4 рази, кальцію до магнію – в 2 рази. Підвищилась лужність грунтового розчину в шарі 0-60 см з 6,90-7,89 до 8,01-8,15. Співвідношення активностей іонів натрію і кальцію збільшилось до 5,3-6,2 одиниці, що змінило інтенсивність солонцевого процесу від пасивної на незрошуваному грунті до слабкої – на зрошуваному, внаслідок чого підвищився вміст обмінного натрію в 2 рази, обумовивши слабкий ступінь вторинного осолонцювання чорнозему південного, при якому спостерігається активне солон-цепроявлення.
3. Під впливом зрошення мінералізованою водою гумус перерозподілився по метровому грунтовому профілю і його кількість в шарі 0-60 см знизилась на 0,13%, а в шарі 0-20 см – на 0,37%, змінився якісний склад гумусу і звузилось відношення Сгк:Сфкз 1,54 до 1,10.
4. Нанесення на поверхню вторинно осолонцьованого чорнозему південного шару лесу 5; 10 і 15 см в якості кальційвмісного меліоранту забезпечило надходження карбонату кальцію відповідно в кількості 80-90; 150- 160 та 220-240 т/га і його вміст збільшився в шарі 0-20 см в 12-34 рази, в шарі 20-40 см – в 6-15 разів у порівнянні з немеліорованим грунтом, що обумовило позитивний кальцієвий баланс, підтримуючий тривалий час концентрацію кальцію в грунтовому розчині вище порогу коагуляції і запобігаючий активному солонцепроявленню. Вміст іонів кальцію у водній витяжці підвищився в 1,33-1,70 рази, відбулося блокування накопичення натрію і магнію, їх кількість знизилась в 1,2-1,7 та 1,5-1,7 рази відповідно, розширилось відношення кальцію до натрію і кальцію до магнію. Співвідношення активностей натрію і кальцію зменшилось по всьому гумусованому профілю: в шарі 0-20 см – на 1,09-2,23 і в шарі 20-40 см – на 0,88-1,60 одиниці. Це обумовило тенденцію зниження інтенсивності солонцевого процесу в межах слабкої градації, внаслідок чого змінилось співвідношення обмінних катіонів в грунтово-поглинаючому комплексі у бік зменшення частки натрію (на 0,8-2,3%) в межах слабкого ступеню осолонцювання, який наблизився до пасивного на варіанті 15 см насипки лесу.
5. Кількість токсичних солей на варіантах лесової насипки зменшилась в 1,3-1,6 рази при зниженні загального вмісту солей в 1,1-1,2 рази; підвищилась реакція грунтового розчину (рН = 8,3-8,5), з чим пов’язано збільшення вмісту рухомого фосфору.
6. При насипці лесу відбулося розбавлення орного шару і зниження в ньому кількості гумусу на 11,1-26,9 відносних відсотки, в той час як у метровому грунтовому профілі вміст гумусу знизився на 1,7-5,2 відносних відсотки, внаслідок зміщення шарів. Кальцій лесу сприяв стабілізації вмісту гумусу і процес гумусоутворення пішов по зональному типу.
7. При формуванні насипки лесу вміст нітратного азоту був нижче контролю, але за п’ять років підвищився від низької забезпеченості до середньої на фоні N60Р60. Забезпеченість меліорованого лесом грунту рухомим фосфором протягом всього періоду досліджень була високою на насипці лесу 10 та 15 см і підвищеною – на 5 см, при середній забезпеченості на контролі; забезпеченість калієм була постійно високою. Це пояснюється надходженням з лесом фосфору (1,5-4,5 т/га ) і калію (20-60 т/га ) в формі мінеральних сполук.
8. Застосування лесу в якості кальційвмісного меліоранту на вторинно осолонцьованому чорноземі південному забезпечило прибавку урожайності на 19,6-21,0% в середньому за п’ять років. Середня урожайність сільськогосподарських культур на варіантах насипки лесу 5; 10 та 15 см становила 57,4-59,7 ц/га при 48,0 ц/га на контролі.
9. Лесова меліорація вторинно осолонцьованого грунту економічно ефективна. Додатковий чистий доход на насипках лесу 5; 10 та 15 см дорівнює 180,9; 203,9 і 206,7 грн./га, тобто на 38,7; 43,7 і 44,3 відносних відсотки вище контролю, рівень виробничої рентабельності – відповідно на 23,7; 25,7 і 26,2 відносних відсотки, тоді як строк окупності капіталовкладень становить 3; 5 та 7,5 років, що в 5-2 рази менше нормативного. Показники економичної ефективності лесової насипки шаром 10 та 15 см найкращі і близькі за значенням. Враховуючи строк окупності капіталовкладень, слід вважати оптимальною насипку лесу 10 см, а більш перспективною – насипку лесу 15 см, яка забезпечує більш тривалий меліоративний ефект.
10. Пропонуємо для меліорації вторинно осолонцьованих грунтів використовувати лес в якості природного, екологічно чистого, нетрадиційного кальційвмісного меліоранту шляхом нанесення на поверхню грунту 10-15 см шару лесу, який забезпечить стабільно високий кальцієвий баланс, тривалий час запобігаючий розвитку осолонцювання і активного солонцепроявлення на зрошуваних грунтах. Одночасно вирішується проблема утилізації відвалів лесових порід, розташованих уздовж зрошувальних каналів півдня України і сільськогосподарського використання грунтів, похованих під ними.
Таким чином, лесова меліорація дозволяє створити ресурсо-зберігаючу технологію меліорації вторинно осолонцьованих грунтів, яка забезпечує екосистемне використання природних ресурсів грунту і стимулює антропогенний процес відновлення екологічної рівноваги.
Список опублікованих робіт.
1. Золотун В.П., Жужа В.В., Гарболинский И.А., Бойко Н.В. Приёмы утилизации минерального грунта /лёсса/ для мелиорации орошаемых почв при мелиоративном строительстве // Орошаемое земледелие. – К.: Урожай. – 1990. – Вып.35. – С.12-14.
2. Жужа В.В., Бойко Н.В. Еколого-економічні аспекти утилізації лесу при водогосподарському будівництві Північного Причорномор’я. // Таврійський науковий вісник. –Херсон: ХСГІ. – 1997. – Вып.5. – С.28-31.
3. Бойко Н.В. Застосування лесу для запобігання солонцепроявлення на вторинно осолонцьованих грунтах півдня України // Таврійський науковий вісник. – Херсон: Айлант. – 1998. – Вип.3. – С.27-32.
4. Бойко Н.В., Гарболинский И.А. Влияние лессовой мелиорации на химические свойства вторично осолонцованных южных черноземов Таврии // Материалы научно-практической конференции "Повышение роли молодых ученых в ускорении научно-технического прогресса". – Херсон: ХСХИ. – 1990. – С.187-188.
5. Гарболинский И.А., Бойко Н.В. Лессовая мелиорация вторично осолонцованных орошаемых темно-каштановых почв юга Украины // Материалы научно-практической конференции "Ученые Херсонщины — народному хозяйству области в условиях перестройки". – Херсон. – 1988.–С.49.
6. Гарболинский И.А., Бойко Н.В. К вопросу о мелиорации вторично осолонцованных, орошаемых минерализованными водами почв Южной Степи Украины // Материалы научно-практической конференции "Тематика научных исследований и их результативность в первые годы независимости государства". – Херсон. – 1994. – С.37-38.
7. Гарболинский И.А., Золотун В.П., Бойко Н.В. Лёссовая мелиорация вторично осолонцованных южных чернозёмов Таврии, орошаемых минерализованными водами // Тезисы VIII Всесоюзного съезда почвоведов. – К.5. Новосибирск. – 1989. – С.50.
8. Гарболінський І.О., Бойко Н.В. Перспективний метод меліорації вторинно осолонцьованих зрошуваних земель південного Степу України // Агрохімія і грунтознавство. Спеціальний випуск до V з’їзду УТГА (6-10 липня 1998 р., м. Рівне). – Ч.3. – Харків: Аграрна наука. – 1998. – С.185-186.
Бойко Н.В. Вплив лесової меліорації на хімічні властивості та продуктивність Чорнозему Таврії, осолонцьованого в процесі зрошення мінералізованою артезіанською водою. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільсько-господарських наук за спеціальністю 06.01.02 – меліорація і зрошуване землеробство. – Державний аграрний університет, Херсон,1998.
В умовах дефіциту якісних вод для зрошення грунтів півдня України використовують мінералізовані води другого класу (обмежено придатні), які призводять до розвитку вторинного солонцевого процесу різної інтенсивності. Для меліорацій вторинно осолонцьованих грунтів застосовується лес в якості природного, екологічно чистого, нетрадиційного кальційвмісного меліоранта. Нанесення 5; 10 та 15 сантиметрового шару лесу на поверхню зрошуваного грунту дозволяє створити стабільно високий кальцієвий баланс, підтримуючий тривалий час концентрацію кальцію вище порогу коагуляції і запобігаючий активному солонцепроявленню при слабкій інтенсивності солонцевого процесу. Це обумовило довготривалий меліоративний ефект, забезпечивший підвищення продуктивності вторинно осолонцьованого грунту і підвищення урожайності сільськогосподарських культур на 19-21%. Економічно ефективно застосовувати відвали лесових порід, розташованих уздовж зрошувальних каналів півдня України, для меліорації вторинно осолонцьованих грунтів і сільськогосподарського використання грунтів, похованих під ними.
Ключові слова: солонцевий процес, солонцепроявлення, лесова меліорація.
Бойко Н.В. Влияние лёссовой мелиорации на химические свойства и продуктивность чернозёма Таврии, осолонцованного в процессе орошения минерализованной артезианской водой. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 – мелиорация и орошаемое земледелие. – Государственный аграрный университет, Херсон, 1998.
В условиях дефицита качественных вод для орошения почв юга Украины используются минерализованные воды второго класса (ограниченно пригодные), которые приводят к развитию вторичного солонцового процесса различной интенсивности. Для мелиорации вторично осолонцованных почв применяется лёсс в качестве природного, экологически чистого, нетрадиционного кальцийсодержащего мелиоранта. Нанесение 5; 10 и 15 сантиметрового слоя лёсса на поверхность орошаемой почвы позволяет создать стабильно высокий кальциевый баланс, длительное время поддерживающий концентрацию кальция выше порога коагуляции, препятствующий активному солонцепроявлению при слабой интенсивности развития солонцового процесса. Это обусловило продолжительный мелиоративный эффект, обеспечивший повышение продуктивности вторично осолонцованной почвы и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на 19-21%. Экономически эффективно использовать отвалы лёссовых пород, расположенных вдоль оросительных каналов юга Украины для мелиорации вторично осолонцованных почв и сельскохозяйственного использования почв, погребённых под ними.
Ключевые слова: солонцовый процесс, солонцепроявление, лёссовая мелиорация.
Boyko N.V. Influence of loess melioration on chemical properties and productivity of black soils of Tavria, alkalized during the process of irrigation by mineralized artesian water. – Manuscript.
Thesis on getting scientific degree of a Candidat of Agricultural Sciences on speciality 06.01.02 — Melioration and irrigation farming. — Kherson Agrari-an university, 1998.
Under conditions of shortage of good-quality water for the irrigation of the soils in the south of Ukraine, mineralized waters of the second grade are used (fit with limit) that causes the second solenetrization process of different intensivity. For the melioration of secondly alkalized soil loess is applied as natural, ecologically clean, untraditional calcium — containing meliorating agent. Application of loess 5, 10 and 15 centimetres thick on top of the irrigated soil, allows to create stable high calcium balance, which is able to support calcium concentration higher than coagulation threshhold for a long period of time, hindering active alkali-manifestation under conditions of low — intensivity development of alkali process. This stipulated durable meliorative effect, which provided rise in productivity of secondly alkalized soil and increase in yeild of crops 19-21%.It is economically efficient to use spoilbanks of loess rocks, dispositioned along the irrigation canals of southern Ukraine for the melioration of secondly alkalized soils and agricultural application of the soils, buried under them.
Key words: solonetrization process, alkali-manifestation, loess melioration.