Ресурсозбережувальне окультурювання кислих ґрунтів як чинник їх ефективного функціонування

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

03.00.18 - Ґрунтознавство

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук

Ресурсозбережувальне окультурювання кислих ґрунтів як чинник їх ефективного функціонування

Цапко Юрій Леонідович

Чернівці - 2011

Робота виконана у Національному науковому центрі

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

Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук, професор,

член-кореспондент НААН України

Трускавецький Роман Степанович,

Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського”, головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

член-кореспондент НАН України

Травлєєв Анатолій Павлович,

Дніпропетровський національний університет

імені Олеся Гончара, професор кафедри

геоботаніки, ґрунтознавства та екології

доктор біологічних наук, професор

Горін Микола Олександрович,

Харківський національний аграрний університет

імені В.В. Докучаєва, професор кафедри ґрунтознавства

доктор сільськогосподарських наук, професор

Веремеєнко Сергій Іванович,

Національний університет водного господарства

та природокористування, декан факультету екології та природокористування

Захист відбудеться 16 червня 2011 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.05 в Чернівецькому національному університеті імені

Юрія Федьковича МОНМС України за адресою: 58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 25, ІІІ корпус, ауд. 81.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича МОНМС України за адресою

58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23.

Автореферат розісланий “ ” травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук Легета У.В.

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкових відносин та переходу на нові форми господарювання загострилися проблеми ресурсо- та енергозбереження, підтримання екологічної стабільності і підвищення продуктивності ґрунтів. Повною мірою названі проблеми стосуються хімічної меліорації та окультурювання ґрунтів із несприятливою для сільськогосподарських культур кислотною реакцією середовища.

В Україні кислі ґрунти розповсюджені переважно в гумідних регіонах у Поліссі, Лісостепу, Передкарпатті, Закарпатті. За даними Державного земельного кадастру в Україні серед земель сільськогосподарського призначення майже 5,5 млн. га займають кислі ґрунти, що становить біля 13,5 %. Враховуючи широке розповсюдження кислих ґрунтів на території держави, важливість екологічної і соціальної значимості застосування агрозаходів з підвищення їх родючості та запобігання деградації є беззаперечною. Сталий розвиток землеробства на кислих ґрунтах можливий тільки за умов постійного відтворення їх родючості і підтримання агроекологічної стабільності. Разом з цим, механічне відродження широкомасштабних заходів з хімічної меліорації кислих ґрунтів, які проводилися суто за рахунок державного бюджету протягом 60-80 рр. минулого сторіччя, не тільки недоцільно, але й економічно збитково.

З метою підвищення агроекологічної ефективності хімічної меліорації ґрунтів, економії матеріальних і енергетичних ресурсів у свій час були запропоновані агрозаходи з комплексного окультурювання кислих ґрунтів, які передбачали покращання складу і якості хімічних меліорантів, використання доломітів (М.С. Авдонін, 1969; І.А. Шильников із співавт., 1987; В.Н.Стрельніков, 1989; Т.Б. Лебедєва, Г.Е. Гришин, 1996), фосфоритів (Б.С. Носко, 1990; О.В. Сдобникова, 1985), природних цеолітів (Г.А. Мазур, 1990), гіпсу разом із вапном (Т.О. Гринченко, 1987); мергелів і туфів (С.І. Веремеєнко, 1997) тощо. В останні десятиріччя у зв'язку з дефіцитом матеріальних та енергетичних ресурсів було запропоновано спосіб так званого “підтримувального”, або “компенсуючого” вапнування (Г.А. Мазур із співавт., 1986; М.В. Клєбанович, 2003; Б.Б. Котвицький, 2006; О.І. Рибакова, 2007), який дозволив вирішити частково проблему ресурсозбереження та охорони довкілля.

Перелічені заходи з підвищення ефективності хімічної меліорації кислих ґрунтів не повністю вирішували проблему ресурсозбереження та екологічної безпеки. На теперішній час залишаються невизначеними теоретичні питання щодо розвитку і перетворення кислих ґрунтів під впливом антропогенного (культурного) процесу ґрунтоутворення. Конче потрібне удосконалення існуючих і розробка принципово нових агромеліоративних заходів з максимально можливою економією енергетичних і матеріальних ресурсів, спрямованих як на підвищення продуктивності кислих ґрунтів, так і на поліпшення їх агроекологічного стану

Зазначенні проблемні питання нами вирішено шляхом всебічного теоретичного і практичного обґрунтування ресурсозбережувальних і екологічно безпечних технологій окультурювання кислих ґрунтів.

Зв'язок роботи з науковими програмами. У дисертаційній роботі викладено результати власних досліджень, виконаних протягом 1999-2010 рр. згідно з тематичними планами Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”, які були складовою частиною НТП УААН “Родючість ґрунтів. Розробити екологічно безпечні технології відтворення родючості і охорони ґрунтів” на 1996-2000 рр. (відповідальний виконавець у 1999-2000 рр.), завдання 02.01 Розробити методи і критерії оцінки оптимального стану родючості ґрунтів та агротехнічні нормативи його забезпечення (№ ДР 0196U012536), НТП “Родючість і охорона ґрунтів. Розробити технології збереження і раціонального використання ґрунтів і їх родючості” на 2001-2005 рр. (відповідальний виконавець), завдання 02.01 “Розробити діагностику екологічної стійкості кислих ґрунтів, енергозаощаджуючі технології їх меліорації та управління родючістю” (№ ДР 0101U006035) та НТП “Родючість, охорона і екологія ґрунтів” на 2006-2010 рр. (керівник досліджень), завдання 01.01.04-034 „Встановити закономірності функціонування буферних механізмів кислих і гідроморфних ґрунтів, розробити технології їх окультурювання та формування стійкої родючості” (№ ДР 0106U004794).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень полягає у теоретичному і практичному обґрунтуванні ресурсозбережувального окультурювання кислих ґрунтів як чинника їх ефективного функціонування. Для її досягнення необхідно було вирішити наступні задачі:

- проаналізувати сучасний агроекологічний стан ґрунтів з підвищеним рівнем кислотності і розробити сучасні концептуальні положення з проблем окультурювання кислих ґрунтів;

- доповнити теоретичні положення про природу походження ґрунтової кислотності через встановлення ролі алюмінію у підкисленні ґрунтів з урахуванням регуляторних функцій гумусових речовин у цьому процесі;

- розробити методологію діагностики і оптимізації агроекологічного стану кислих ґрунтів з використанням оціночних показників буферності;

- визначити напрямок розвитку культурного ґрунтотворного процесу за умов створення у ґрунтах просторової неоднорідності за хімічними, фізико-хімічними та фізичними параметрами і встановити його вплив на агроекологічний стан кислих ґрунтів та їх родючість;

- удосконалити методологію нормування добрив і меліорантів з використанням графічних моделей буферності;

- встановити агроекологічну значимість неоднорідності кореневмісного шару ґрунту за основними параметрами родючості;

- оцінити енергетичну та економічну ефективність ресурсозбережувальних технологій окультурювання кислих ґрунтів.

Об'єкт дослідження - закономірності зміни агроекологічного стану та функціонування кислих ґрунтів за умов традиційних і ресурсозбережувальних технологій їх окультурювання.

Предмет дослідження - фізико-хімічні, буферні, біологічні властивості і продуктивність кислих ґрунтів як оцінні критерії їхнього ресурсозбережувального окультурювання та ефективного функціонування.

Методи дослідження. Вирішення проблеми здійснювалось шляхом поєднання теоретичних та експериментальних досліджень на методологічній основі теорії буферної здатності ґрунтів (Р.С. Трускавецький, 2003; Р.С. Трускавецький, Ю.Л. Цапко, Н.Ф. Чешко, 2006). Поставлені задачі вирішувались з використанням лабораторно-аналітичних, вегетаційних та польових методів дослідження, згідно існуючих атестованих та рекомендованих методик. Визначення показників якості ґрунту здійснювалось з використанням сучасного обладнання та приладів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблено сучасні концептуальні положення і заходи з окультурювання кислих ґрунтів, які дозволяють суттєво знизити енергетичні та матеріальні витрати і стабілізувати екологічні та продуктивні функції ґрунтів; кислий ґрунт родючість добриво

- визначено роль гумусових кислот у саморегуляції кислотно-основного режиму ґрунтів, яка обумовлена їх здатністю утворювати з алюмінієм стійкі алюмо-гуматні комплекси та притаманними їм протикислотними і протилужними буферними властивостями;

- розроблено методологію діагностування агроекологічного стану та режимів функціонування кислих ґрунтів як основи вибору відповідних управлінських рішень;

- розроблено спосіб оптимізації агроекологічного стану кислих ґрунтів шляхом створення структурно-функціональної неоднорідності кореневмісного шару з використанням технології локального окультурювання ґрунтів;

- показано значущість просторової неоднорідності кореневмісного шару ґрунту для стабілізації ефективної родючості та в прогресивному спрямуванні процесів сучасного ґрунтотворення;

- удосконалено методологію нормування добрив і меліорантів за показниками та графічними моделями буферності;

- установлено роль технології локального окультурювання в покращанні агроекологічних функцій кислих ґрунтів (гальмуванні процесів переходу радіонуклідів із ґрунтового середовища до надземної маси рослин, зменшенні вимивання біогенних елементів з промивними водами та мінералізації органічних речовин тощо).

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень пройшли виробничу перевірку і впроваджуються в практику землеробства. Вони опубліковані в низці рекомендацій: “Технології ефективного використання вапняних матеріалів на кислих і вторинно підкислених ґрунтах” (2004); “Система оціночних показників агроекологічної стійкості кислих ґрунтів” (2005); “Ресурсозбережувальні технології меліорації і управління родючістю кислих ґрунтів” (2006), а також у таких виданнях: “Стан родючості ґрунтів України та прогноз його змін за умов сучасного землеробства” (Харків, 2001 р.); “Технологія відтворення родючості ґрунтів у сучасних умовах” (Київ-Харків, 2003); “Наукові основи агропромислового виробництва в зоні Полісся і Західного регіону України” (УААН, 2004 р.); в інформаційному бюлетені ”Аграрна наука _ виробництву” (2001, 2003, 2006 рр.).

Розроблено пакет нормативних документів, який включає: ДСТУ 4456:2005 Якість ґрунту. Метод визначення кислотно-основної буферності ґрунту; ДСТУ 4375:2005 Ґрунти. Метод визначення калій-буферності ґрунту; ДСТУ 4724:2007 Якість ґрунту. Визначання фосфат-буферності ґрунту; Інструкція з проведення кислотної зйомки на осушуваних землях України НД 33-5.5-16-2005. Розроблено комп'ютерні програми з визначення кислотно-основної (рН-buff), фосфатної (рР-buff) і калійної (рК-buff) буферної здатності ґрунтів.

Ці матеріали використовуються Міністерством аграрної політики та продовольства України, Харківським обласним державним проектно-технологічним центром охорони родючості ґрунтів і якості продукції “Облдержродючість” та в навчальному процесі вищих учбових закладів Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (Харківському національному аграрному університеті імені В.В. Докучаєва, Житомирському національному агроекологічному університеті та Чернівецькому національному університеті імені Ю. Федьковича).

Особистий внесок здобувача. Дисертація є особистою науковою працею, виконаною на підставі власних теоретичних і практичних напрацювань з: розробки сучасних концептуальних положень окультурювання кислих ґрунтів; уточнення теоретичних положень щодо походження ґрунтової кислотності, зокрема висвітлення ролі гумусових кислот у саморегуляції кислотності ґрунту; розробки методології нормування добрив і меліорантів за графічними моделями буферності, зокрема для вапнування, внесення калійних і фосфатних добрив; екологічної значимості застосування технології локального окультурювання кислих ґрунтів на радіоактивно забруднених землях.

Дисертантом розвинуто і доповнено теоретичні і практичні засади комплексної локальної меліорації кислих ґрунтів, зазначено екологічну значимість просторової неоднорідності кореневмісного шару ґрунту в гармонізації ґрунтових режимів, а також особливості розвитку антропогенного ґрунтоутворення за умов локалізації добрив і меліорантів у підорному шарі ґрунту. Обґрунтовано принципи застосування графічних моделей буферності для моніторингових спостережень та діагностики кислотно-основного і поживного стану ґрунтів. У методологічному плані запропоновано використання графічних моделей для розробки складу комплексних органо-мінеральних добрив (КОМД) із запрограмованими буферними властивостями. У практичному напрямі розроблено серію КОМД для локального окультурювання ґрунтів.

Дисертантом визначена мета, задачі і методи досліджень, їх проведення, розроблено схеми більшості наведених у дисертації дослідів та лабораторно-модельних експериментів. Експериментальний матеріал одержано особисто дисертантом, або під його керівництвом співробітниками лабораторії родючості гідроморфних і кислих ґрунтів ННЦ ІГА. Аналіз експериментального матеріалу і його узагальнення виконано самим автором.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на: Всеукраїнській науково-практичній конференції “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення” (Харків, 2001 р); Міжнародній науковій конференції, присвяченій 185-річчю Харківського державного аграрного університету (Харків, 2001 р); VІ, VІІ та VІІІ з'їздах ґрунтознавців та агрохіміків України (Умань, 2002 р.; Київ, 2006 р. і Житомир, 2010 р.); Міжнародній науково-екологічній конференції “Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем” (Росія, Бєлгород, 2004 р); Міжнародній науково-практичній конференції “Фосфор і калій у землеробстві. Проблеми мікробіологічної мобілізації” (Чернігів, 2004 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Стан земельних угідь та поліпшення їх використання” (Київ, Інститут землеробства УААН, 2005 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Повышение плодородия и стабильность сельськохозяйственного производства” (Білорусь, Мінськ, 2005 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасний стан і тенденції розвитку меліоративного ґрунтознавства і землеробства” (м. Рівне, 13-15 вересня 2007 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 72 наукові праці, з них 21 - у фахових виданнях, і отримано 7 патентів України на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 9 розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку літератури, в якому 593 джерела, 30 додатків. Повний обсяг дисертації 424 сторінки, в т.ч. 80 таблиць та 50 рисунків.

ОСНОВИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Агроекологічний стан та проблеми окультурювання кислих ґрунтів. У розділі наведено огляд наукової літератури з питань хімічної меліорації (окультурювання) кислих ґрунтів. Висвітлено фактори, які обумовлюють формування кислої реакції у різних за ґенезою типах ґрунтів. Показано, яку агроекологічну небезпеку для навколишнього середовища і здоров'я людей несуть ґрунти із зрушеною у кислотний бік кислотно-основною рівновагою. Зростання і розвиток рослин, перебіг ґрунтових процесів, швидкість і спрямованість хімічних та біологічних процесів у великій мірі залежать від реакції ґрунтового середовища. Надлишкова кислотність ґрунтів, яка суттєво обмежує урожайність сільськогосподарських культур, ефективно усувається хімічною меліорацією, зокрема, вапнуванням. У дисертаційній роботі зосереджено увагу на недосконалості існуючої (традиційної) системи хімічної меліорації (окультурювання) кислих ґрунтів, коли вапно вносять окремо від органічних та мінеральних добрив, що не сприяє пролонгованій дії цього меліоранту і часто порушує агроекологічну стабільність у меліорованих ґрунтах. Висвітлено ресурсовитратність існуючих (традиційних) технологій окультурювання кислих ґрунтів, застосування яких передбачає декілька проходів сільгосптехніки для розорювання, внесення добрив і меліорантів та їх заорювання у ґрунт з відповідною витратою паливно-мастильних матеріалів.

Притаманні деяким кислим ґрунтам такі властивості, як висока фільтраційна здатність ґрунто-підгрунтя, низька ємність вбирання та водоакумуляційна здатність, панування низхідних потоків вологи тощо, сприяють надлишковій міграції водорозчинних сполук, внесених добрив і меліорантів та вимиванню їх за межі кореневмісного шару ґрунту (І. А. Шильников, 1971; Г.А. Мазур із співавт., 1996; М.В. Клєбанович, 2004; Б.Б. Котвицький із співавт., 2006).

Одним із головних завдань ґрунтознавчої науки є вирішення теоретичних та практичних питань з поліпшення екологічного стану ґрунтів. Особливої значимості вони набули наприкінці минулого і на початку поточного сторіччя, коли глобальні зміни кліматичних умов на Землі відчутно впливають на всі сфери її життя, а відтак на екологічний стан ґрунтів і сталий розвиток сільськогосподарського виробництва (А.П. Травлєєв, Н.А. Білова, 2006; А.П. Травлєєв, Н.А. Білова, О.К. Балалаєв, 2008; М.О. Горін, 2002; Д.Г. Тихоненко, М.О. Горін, 2008; Ю.М. Дмитрук, 2006). Показано, що екологічні проблеми ґрунтів тісно пов'язані із їх стійкістю та буферністю до зовнішніх впливів (М.А. Глазовська, 1992; Р.С. Трускавецький, 2003; М.М. Мірошниченко, 2005; З.Г. Гамкало, 2009; І.В. Смага, 2010). Пізнання природи функціонування буферних механізмів ґрунтів дозволить завчасно передбачити ефективність від застосування різних способів та нормативів удобрення, хімічної меліорації, не допускаючи екологічних ризиків та уникаючи кризових ситуацій (Р.С. Трускавецький, Н.Ф. Чешко, Ю.Л. Цапко, 2006).

Економічна криза негативно вплинула на здійснення заходів з хімічної меліорації ґрунтів. Внаслідок скорочення державних витрат на хімічну меліорацію кислих ґрунтів на даний час вона практично зведена нанівець. Площі провапнованих земель в останні роки, порівняно з 1990 р., скоротилися більше ніж у 25 разів. Вихід з такої ситуації знаходиться у розробці нових і вдосконаленні існуючих технологій, які забезпечують високу ефективність поживних речовин і мінімальний негативний вплив на довкілля. Невід'ємною складовою в розробці ефективних ресурсозбережувальних технологій меліорації кислих ґрунтів є подальший розвиток теоретичних уявлень про природу процесів, які визначають і регулюють кислотно-лужну рівновагу в ґрунтовому середовищі. Ефективна система охоронних заходів на кислих ґрунтах може бути побудована тільки на об'єктивній оцінці їх екологічного стану з прогнозом його подальших змін. Таку оцінку запропоновано здійснювати на підставі основних теоретичних і практичних положень теорії буферної здатності ґрунтів. Відродження хімічної меліорації кислих ґрунтів повинно базуватись на принципово нових підходах з використанням новітніх ресурсозбережувальних технологій, до яких відносяться локальне окультурювання кислих ґрунтів, підтримувальне окультурювання, фітомеліорація тощо, і які здатні істотно покращити агроекологічний стан кислих ґрунтів та сприяти підвищенню їх родючості.

Об'єкти, методи і умови проведення досліджень. Перебіг ґрунтових процесів під впливом традиційних і запропонованих нами ресурсозбережувальних і екологічно безпечних технологій окультурювання кислих ґрунтів досліджено із залученням як існуючих методів ґрунтово-агрохімічних досліджень, так і розроблених в лабораторії новітніх методів з вивчення буферних властивостей ґрунтів.

Експериментальні дослідження проведено в польових, дрібноділянкових, вегетаційних, лізиметричних та модельних лабораторних дослідах з подальшою статистичною обробкою урожайних даних. Відбір ґрунтових зразків, загальні ґрунтово-агрохімічні, фізико-хімічні показники та показники буферності визначено відповідно до нормативних документів (ДСТУ, ГОСТ) та загальновідомих методик.

Дослідження зміни фізико-хімічних, буферних, біологічних властивостей і продуктивності кислих ґрунтів за застосування різних технологій їх окультурювання, здійснювали на їх основних різновидах, які найбільш поширені в Україні, а саме на таких ґрунтах: чорноземі опідзоленому важкосуглинковому (Коротичанське дослідне поле, Харківський район, Харківська область); дерново-підзолистому супіщаному (Чернігівська область, Козелецький район, с. Прогрес); сірому лісовому глеюватому середньосуглинковому на оглеєних суглинках (Волинська область, Луцький район, с. Боратіне); дерново-слабопідзолистому глеюватому піщаному (Волинська область, Шацький район, с. Піща, Копаївська осушувально-зволожувальна система); ясно-сірому лісовому поверхнево оглеєному на лесовидному суглинку (Львівська область, Пустомитівський район, с. Оброшино); буроземі опідзоленому глеюватому середньосуглинковому (Закарпатська область, Берегівський район, с. Велика Бакта).

Ефективність створення у ґрунті просторової неоднорідності за допомогою локального окультурювання ґрунту встановлено у серії польових дослідів на чорноземі опідзоленому важкосуглинковому вторинно підкисленому у дослідному господарстві ННЦ ІГА (Коротичанське дослідне поле, Харківський район, Харківська область).

Дисертантом використано фондові матеріали лабораторії меліорації гідроморфних та кислих ґрунтів ННЦ ІГА (урожайні дані та дані лізиметричних досліджень), які були отримані в 1996-1999 роках у співпраці з лабораторією агрохімії Чернігівського інституту АПВ, очолюваною професором О.М. Бєрдніковим. З 1998 року дисертант приймав особисту участь у продовжені зазначених досліджень (визначення ґрунтових параметрів і інтерпретація отриманих результатів). Польові дрібноділянкові досліди на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті проведено у 1996-1999 роках. Повторний моніторинг за окремими показниками агроекологічних та біологічних властивостей ґрунту, фізико-хімічними і трофними характеристиками було здійснено у 2003 році.

У довготривалому багатофакторному польовому досліді Інституту землеробства і тваринництва Західного регіону УААН (лабораторія агрохімії) нами досліджено зміни буферних властивостей ясно-сірого лісового поверхнево оглеєного ґрунту під впливом застосування добрив та вапна.

Встановлення впливу локального окультурювання радіаційно забрудненого дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту на поведінку радіонуклідів (на прикладі 137Cs) у системі “ґрунт-рослина” здійснено у дрібноділянковому досліді на землях Інституту сільського господарства Полісся УААН (с. Немирівка, Коростенський р-н) сумісно з відділом землеробства і меліорації цього інституту. Дослід закладено на типовому для Полісся дерново-середньопідзолистому супіщаному ґрунті, який характеризується низьким вмістом гумусу (1,0-1,1 %), підвищеною кислотністю. Щільність забруднення дослідної ділянки ізотопами цезію 5-6 Кі/км2. Питома активність 137Сs у 0-10 см шарі ґрунту становила 450 Бк/кг ґрунту.

Дослідження процесів вимивання поживних речовин з інфільтраційними водами при застосуванні традиційної технології і запропонованої технології локального окультурювання ґрунту проведено на лізиметричній станції Чернігівського ІАПВ.

У низці лабораторно модельних дослідів вивчено вплив гумусових кислот та алюмінію на кислотно-основну рівновагу ґрунтів.

Активність іонів NН4+; NО3-; К+; Са2+; рН in situ визначали потенціометрично на приладах И-130 та рН-150 за стандартною методикою ННЦ ІҐА. Визначення рухомого алюмінію здійснено за методом М.К Крупського та Г.М. Александрової (1961). Препарати гумусових кислот для лабораторно-модельних дослідів було вилучено з чорнозему опідзоленого важкосуглинкового за методикою Орлова із співав. (1981).

Визначення мікробіологічних характеристик та мікробних угруповань ґрунтів за кількісними та якісними показниками виконано в секторі мікробіології ґрунтів ННЦ ІГА за загальноприйнятими методиками ґрунтової мікробіології (Ф.Х. Хазієв, 1976; Д.Г. Звягінцев, І.В. Асєєва, І.П. Баб'єва, Т.Г. Мірчинк, 1980).

Інфрачервоні спектри поглинання зразків ґрунту отримано на спектрофотометрі SPECORD 75 IR. Розшифровку інфрачервоних спектрів поглинання виконано відповідно таблиць хвильових чисел (Беламі, 1963; Болдирєв із співав., 1969; Степанов, 1974; Орлов, 1985). Визначення активності радіонуклідів у ґрунті і сільськогосподарських культурах виконано здійснено на гама-спектрометрі СЕГ-001.

Економічну та енергетичну оцінку ефективності використання різних технологій окультурювання ґрунтів здійснено згідно загальноприйнятих методик за прописом Г.А. Булаткіна, 1983 та А.С. Мерзлікіна, 1989.

Польові досліди супроводжувались виконанням лабораторних аналізів за стандартними атестованими методиками. Математична обробка отриманих результатів здійснена за загальноприйнятими методами математичної статистики (Доспєхов, 1985) з використанням стандартних комп'ютерних програм.

Регулятори кислотно-основних властивостей кислих ґрунтів. Важливим питанням, недостатньо висвітленим у науковій літературі, є вплив продуктів взаємодії алюмінію з гумусовими кислотами на зміну ґрунтової кислотності. З практичного погляду, особливий інтерес представляє вивчення закономірностей функціонування ґрунтових буферних механізмів, які формують та забезпечують буферні властивості ґрунту і завдяки яким можна стабілізувати ефективну родючість.

Модельними експериментами на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті було визначено регулюючу дію гумусових кислот (гумінових кислот - ГК та фульвокислот - ФК) при підкисленні ґрунту сіллю алюмінію - Al2(SO4)3. Встановлено, що внесення солі алюмінію до ґрунту знизило рН з 4,9 до 4,4. Додавання до цієї системи гумусових кислот гальмує або буферить підкислюючу дію алюмінію. Внесення до сильнокислого ґрунту солі алюмінію підсилює активність іонів ґідрогену, яка збільшується за показником рН з 3,5 до 3,2. Гумінові кислоти буферять або нейтралізують підкислюючу дію алюмінію в першу добу на 0,5 одиниць рН, а фульвокислоти на 0,7. Нейтралізуюча дія гумусових кислот у сильнокислому ґрунті виявилася настільки високою, що їх ґрунтові розчини з алюмінієм в перші п'ять діб набули навіть більшого значення рН порівняно з контролем. Висока буферна дія ФК щодо алюмінію пояснюється їх більшою спорідненістю з іонами алюмінію, на відміну від ГК, які значно активніше утворюють органо-мінеральні сполуки з кальцієм.

Особливо цікавим було встановлення впливу алюмінію на рослини. У літературних джерелах з цього приводу зустрічаються суперечності та розбіжності в трактовках. Так, за даними М.С. Авдоніна (1971), збільшення вмісту Al в ґрунті призводить до зниження врожаю гірчиці, кормового буряку, конюшини, ячменю, озимої пшениці. Протилежної думки щодо токсичної дії алюмінію на рослини дотримуються Топольний Ф.П. та Гелевера О.Ф. (1998, 2001). Досліджуючи буроземи Карпат, вони встановили, що рухомий алюміній у кількості 50-100 мг на 100 г ґрунту не є токсичним для рослин. Перевірка впливу гумусових кислот на рухомість алюмінію була проведена нами в модельному досліді на піщаній культурі з проростками ячменю (табл. 1). Визначено, що при добавках в піщаний розчин алюмінію його перехід у сільськогосподарську культуру був на рівні 126,1 % порівняно з контролем. Додавання до цієї системи гумінових кислот чітко засвідчило їх блокуючу (буферну) дію щодо рухомого алюмінію, перехід якого в ячмінь зафіксовано лише на рівні 73,9 % відносно контролю.

Таблиця 1

Вплив гумусових кислот на надходження алюмінію в рослини ячменю

Концентрація Аl, мг/кг піску	Гумусові кислота	рН піщаного субстрату	Вміст Аl в рослинах, мг/кг	Перехід Аl в рослини, % до контролю
Контроль (без Аl)	не вносили	6,1	23	100
50	не вносили	5,5	29	126,1
50	ГК	3,6	17	73,9
50	ФК	4,2	19	82,6

Аналогічною була дія фульвокислот, які збуферили надходження алюмінію до рослин. Механізм такого блокування, на наш погляд, полягає у зменшенні концентрації алюмінію в ґрунтовому розчині у зв'язку з його взаємодією з гумусовими кислотами і утворенням стійких алюмо-гуматних і алюмо-фульватних комплексних сполук.

Таким чином, нами зафіксовано парадоксальна дія гумусових кислот, яка полягає в тому, що гумусові кислоти, незважаючи на власну відносно високу кислотність, не підкислюють ґрунтовий розчин із сполуками алюмінію, тобто виявляються буфером щодо кислотного та алюмінієвого навантаження.

Наведені дані свідчать про міцний зв'язок алюмінію з гумусовими сполуками. Про утворення ним ґрунтової кислотності за таких умов не може бути і мови, при чому підкислення ґрунтів насамперед залежить від активності іонів гідрогену, а не алюмінію. Останній безпосередньо не підкислює ґрунт, а проявляє опосередкований вплив на формування кислотності ґрунту через гідроліз алюмінатів та алюмо-гумусових сполук. Крім цього, алюмінію притаманні властивості утворювати з гумусовими кислотами дуже міцні органо-мінеральні комплекси (Л.М. Александрова, 1981). Зрозуміло, що алюміній в цих сполуках знаходиться у внутрішній частині і нездатний до обмінних реакцій через втрату власної кислотоутворювальної здатності.

Підтвердження цих положень, на наш погляд, можна знайти у наступному. Добре відомо, що вміст алюмінію в земній корі становить біля 8 % (вагових). Суглинкові зональні ґрунти містять 6-7 % цього елементу, піщані всього 1,5-2 %, а торфові ґрунти 0,1-0,5 %. В той же час в океанічних водах концентрація алюмінію близька до 0,01 мг/л. В річкових та озерних водах за рН біля 7,0 вміст алюмінію дещо вище 0,02-0,03 мг/л, а в лужних водах за рН 9,0-11,0 його концентрація може досягати 0,5-0,7 мг/л (Д.С. Орлов, 1985; С.В. Зонн, А.П. Травлеєв, 1992). На наш погляд, кислотно-лужна рівновага річкових та озерних вод тісно пов'язана із цією рівновагою у прилеглих до водоймищ землях і ґрунтах. Тому-то відносно низький вміст алюмінію за рН біля 7,0 у водоймищах може бути свідченням його зв'язування гумусовими кислотами у прилеглих до водоймищ ґрунтах, що є перепоною його міграції. В ґрунтах із лужним середовищем при рН 9,0-11,0 ця рівновага порушується, має місце деструкція алюмо-гумусових речовин із звільненням алюмінію, який стає рухомим і надходить у поверхневі та підземні води. При цьому концентрація алюмінію в них збільшується майже у 25 разів (Ю.Л. Цапко, 2000).

Дослідження кислотно-основних буферних властивостей гумусових кислот (табл. 2) засвідчили, що гумінові кислоти і фульвокислоти активно протидіють або буферять лужні та кислотні навантаження. Фульвокислоти у порівнянні з гуміновими кислотами проявляють більшу буферність у кислотному інтервалі навантажень і дещо меншу у лужному. Буферна ємність у лужному або позитивному інтервалі навантажень (БЄл) у гумінових кислот виявилася вищою, ніж у фульвокислот. Можна зазначити, що гумінові кислоти у порівнянні з фульвокислотами, більш стійкі до лужних навантажень. У кислотному або негативному інтервалі навантажень (БЄк) буферна ємність, навпаки, вище у фульвокислот. Фульвокислоти, у порівнянні з гуміновими кислотами мають більш низький коефіцієнт буферної асиметрії (КБА), відповідно 0,78 та 0,90. Слід зауважити, що якщо КБА досягає мінімуму і наближується до нуля, то це свідчить про майже повну симетрію. Наближення КБА до одиниці є свідченням повної буферної асиметрії, що більш притаманно гуміновим кислотам.

Таблиця 2

Показники рН-буферності гумусових кислот

Гумусові кислоти	Буферна ємність, бали	КБА	ЗОПБ, бали
	БЄл	БЄк
Фульвокислоти	64,1	7,9	0,78	12,4
Гумінові кислоти	75,1	3,8	0,90	6,4

У порівнянні з гуміновими кислотами фульвокислоти мають майже вдвічі більший загальний оціночний показник рН-буферності, що свідчить про їх більш високу значимість в саморегуляції кислотно-основного режиму порівняно з гуміновими кислотами. На наш погляд це пов'язано саме з внутрішньою будовою фульвокислот, у яких функціональні групи з лужними і кислотними властивостями, на відміну від гумінових кислот, переважно знаходяться в аліфатичних ланцюжках і швидше вступають до процесів регуляції кислотно-лужного стану ґрунтів.

Зосередження у гумусових кислотах значної кількості карбоксильних угруповань з яскраво вираженими кислотними властивостями, а також гідроксильних, амідних і амінних груп з лужними властивостями, в цілому обумовлюють їх високу буферну здатність до різного роду навантажень.

Таким чином, гумусовим кислотам належить важлива роль у процесах, які визначають кислотно-лужну рівновагу в ґрунтах. Вона полягає в їх здатності утворювати з алюмінієм і іншими полівалентними катіонами стійкі алюмо-гуматні комплекси, що призводить не тільки до блокування подальшого підкислення ґрунту, але й до часткової його нейтралізації чи навіть підлуговування. Крім цього, утворення таких органо-мінеральних комплексів сприяє зменшенню надходження рухомого алюмінію в рослини, що захищає їх від отруєння цим елементом. Встановлені закономірності набувають особливого значення на сучасному етапі розвитку агропромислового виробництва при розробці заходів та технологій окультурювання кислих ґрунтів. З них випливає обов'язковість включення до складу меліоруючих сумішей різноманітних органічних речовин (гною, вермикомпостів, торфу і торф'яної продукції, сапропелю, сидератів тощо).

Оцінювання якості та рівня окультуреності кислих ґрунтів на підставі їх буферних характеристик. Теоретичною основою для розробки сучасних методів діагностики, оптимізації і прогнозування агроекологічного стану ґрунтів та управління їх родючістю є буферна здатність ґрунтів.

Найбільш поширене визначення буферності ґрунту трактується як його здатність протидіяти зовнішнім навантаженням і зберігати свої основні функції (Р.С. Трускавецький, 1983, 1994, 2003; Г.В. Мотузова, 1989, 1994; П.П. Надточій, 1993). Продовжуючи новітні дослідження з проблем буферної здатності ґрунтів і, перш за все, дослідження Р.С. Трускавецького (1983, 1984, 1994, 2003), нами розвинуто прикладні аспекти теорії буферної здатності ґрунтів з метою розробки оцінних параметрів агроекологічного стану ґрунтів у моніторингових спостереженнях та методів нормування добрив і меліорантів, прогнозування їх післядії.

Традиційні методи оцінювання якості ґрунтів передбачають використання різноманітних ґрунтових характеристик, а саме: рН сольового, гідролітичної кислотності, вмісту і складу органічної речовини, ємності катіонного обміну, ступеня насиченості ґрунтово-поглинального комплексу основами тощо. Розроблені нами показники буферності ґрунтів враховують не тільки властивості ґрунтів, які характеризуються вищенаведеними показниками оцінювання агроекологічного стану кислих ґрунтів, але й значно розширюють їх, що обумовлено самим принципом визначення буферних властивостей. Наприклад, кислотно-основна буферність ґрунтів - це здатність ґрунту протидіяти зміни реакції рН середовища при взаємодії з кислотою або лугом. Вона визначається цілою низкою факторів: вихідним значенням рНводн ґрунтового розчину, вмістом і складом органічної речовини, ємністю катіонного обміну, ступенем насиченості ґрунтово-поглинального комплексу основами, гідролітичною кислотністю.

Показники кислотно-основної буферності визначають згідно розробленого нами ДСТУ 4456:2005 Якість ґрунту. Метод визначення кислотно-основної буферності ґрунту. За кривою рН-буферності здійснюється процес діагностування та нормативного прогнозування потреб в хімічній меліорації кислих ґрунтів (Р.С.Трускавецький, Ю.Л. Цапко, В.М Калініченко, 2001; Ю.Л. Цапко, 2003).

За графічною моделлю буферності визначають низку показників: буферні ємності в позитивному і негативному інтервалах навантажень, загальний оціночний показник буферності (ЗОПБ) у балах та коефіцієнт буферної асиметрії, який характеризує співвідношення рівнів перебігу мобілізаційних та іммобілізаційних ґрунтових процесів.

Сума буферних ємностей помножена на одиницю мінус модуль значення КБА визначає загальний оціночний показник буферності (ЗОПБ). Цей показник є інтегральним і фактично враховує всі ґрунтові фактори, що визначають кислотно-основний пул ґрунту (вміст основ, гумусу, гранулометричний склад, гідролітичну кислотність тощо). У запропонованій нами системі оцінки агроекологічного стану кислих ґрунтів важливу роль відіграє показник активної кислотності ґрунтів, який на графіках буферності знаходиться на лінії перетину кривої буферності ґрунту з віссю ординат (відображувальна точка - ВТ), рис.1.

Графіки рН-буферності досліджуваних ґрунтів свідчать, що активна кислотність ґрунтів, крім лучно-буроземноглейового важкосуглинкового, знаходиться приблизно на одному рівні (рН водний 5,1-5,5). За таких майже однакових значень активної кислотності важко оцінювати агроекологічну ситуацію відносно кислотно-основного режиму зазначених ґрунтів і, тим паче, робити прогнозування його зміни.

1 _ безбуферний субстрат _ відмитий річковий пісок, рН-5,5; 2 - ясно-сірий лісовий поверхнево оглеєний на лесовидному суглинку, рН-5,5; 3 - лучно-буроземний опідзолений, рН-5,5; 4 _ лучно-буроземноглейовий важкосуглинковий, рН-5,1;

5 - лучно-болотний глеєелювійований, рН-4,8; 6 _ лучно-буроземноглеєвий важкосуглинковий дренований на давньоалювіальних відкладах, рН-5,4

Рис. 1. Графіки рН-буферності кислих ґрунтів (орний шар)

Це цілком зрозуміло, тому що рН водний, як і інші показники кислотності (обмінна та гідролітична) є статичними показниками. На рис. 1 чітко спостерігається відносно низька буферна ємність у лужному інтервалі ясно-сірого лісового поверхнево оглеєного ґрунту порівняно з іншими ґрунтами. Про це свідчить невелике відхилення кривої буферності зазначеного ґрунту від кривої безбуферного піску. Тобто, як і для піску, на цьому ґрунті через його відносно низьку буферність буде відбуватися доволі “легке” зрушення кислотно-основної рівноваги під впливом агрохімічних навантажень. Можна спрогнозувати, що тільки вапнування (окремо від мінеральних та органічних добрив) цього ґрунту буде мати короткотривалу дію і не дасть очікуваного меліоруючого ефекту. Сумісне внесення вапнякових меліорантів разом органічними та мінеральними добривами прогнозовано підвищить буферну ємність ясно-сірого лісового поверхнево оглеєного ґрунту і сприятиме більш пролонгованій дії добрив та меліорантів порівняно з їх окремим внесенням.

Показники рН-буферної здатності цих ґрунтів дають змогу детальніше оцінити їх кислотно-основні властивості і агроекологічний стан. Незважаючи на те, що у лучно-буроземному опідзоленому ґрунті показник активності іонів гідрогену однаковий з ясно-сірим лісовим поверхнево оглеєним ґрунтом, в ньому суттєво більш висока буферна ємність як у лужному, так і в кислотному інтервалах навантажень (табл. 3). Отже, лучно-буроземний опідзолений ґрунт, у порівнянні з ясно-сірим лісовим поверхнево оглеєним ґрунтом, більш стійкий як до кислотних, так і до лужних навантажень. Буроземні ґрунти з кислою реакцією у порівнянні з ясно-сірим лісовим ґрунтом відрізняються доволі високими значеннями буферної ємності як у кислому, так і у лужному плечах навантажень і, відповідно, високим загальним показником буферності.

Таблиця 3

Показники рН-буферної здатності кислих ґрунтів

Ґрунти	рН у ВТ	КБА	Буферна ємність, бали
			БЄл	БЄк	ЗОПБ
Ясно-сірий лісовий поверхнево оглеєний на лесовидному суглинку	5,5	0,58	29,99	8,01	15,96
Лучно-буроземний опідзолений	5,5	0,59	42,96	11,06	22,15
Лучно-буроземноглейовий важкосуглинковий	5,1	0,64	50,47	11,17	22,19
Лучно-болотний глеєелювійований	4,8	0,65	54,25	11,49	23,01
Лучно-буроземноглеєвий важкосуглинковий дренований на давньо алювіальних відкладах	5,4	0,51	54,55	17,90	35,50

Результати досліджень свідчать про стійкість режиму функціонування кислотно-основних буферних механізмів буроземних ґрунтів. Вона обумовлена тим, що буроземні ґрунти відносно багаті органічною речовиною, у якій містяться гідрогенні, гідроксидні, аміні і амідні групи, що визначає їх здатність до високої нейтралізації як кислотних, так і лужних навантажень. Вагому роль в цьому режимі відіграють алюмо-гуматні комплекси ґрунту.

За показниками буферності встановлено, що на високобуферних ґрунтах процес перевапнування практично унеможливлюється. Тобто, на таких ґрунтах можна сміливо вносити вапно в розрахунку на їх післядію. На ґрунтах з низькою буферністю вапнякові меліоранти треба вносити строго дозовано.

Цілком зрозуміло, що іноді параметри рН ґрунтів можуть відхилятись від їх природних, генетично притаманних рівнів і виходити за межі встановлених оптимальних значень для тієї чи іншої групи сільськогосподарських культур. Нами запропоновано оцінювати агроекологічний стан ґрунтів за інтегральним оціночним показником (ІОП), який враховує не тільки основні показники буферності, але й особливості вирощуваних сільськогосподарських культур:

,

де ІОП - інтегральний оціночний показник агроекологічного стану за кислотно-основним режимом; рН_ відхилення рН від оптимального значення (рНопт - рНвизн); рНопт _ оптимальне значення рН для даної культури; рНвизн - визначений рН водний ґрунту; ЗОПБ _ загальний оціночний показник рН-буферності ґрунту.

Алгоритм оцінювання агроекологічного стану за показниками

рН-буферності ґрунтів показано на прикладі земельної ділянки Копаївської осушувальної системи Волинської області. За основу взято фрагмент ґрунтової мапи за яким складено картограму агроекологічного стану земельної ділянки за інтегральним оціночним показником кислотно-основного режиму (рис. 2).

Умовні позначення	ІОП	Оцінка еколого-меліоративного стану

Размещено на http://www.allbest.ru//

30-50	добрий

Размещено на http://www.allbest.ru//

20-30 та 50-60	задовільний

Размещено на http://www.allbest.ru//

5-20 та 60-80	незадовільний

Размещено на http://www.allbest.ru//

> 80	кризовий

Рис. 2. Картограма агроекологічного стану ґрунтів земельної ділянки Копаївської осушувальної системи

Аналогічно вищенаведеному можна оцінювати агроекологічний стан ґрунтів за фосфатним та калійним оціночними показниками, які визначають за значеннями рР і рК водного розчину ґрунту, буферною ємністю та графічними моделями фосфат і калій-буферності. Комплексну оцінку агроекологічного стану кислих ґрунтів здійснюють у відповідності до запропонованої нами схеми (рис. 3).

Оптимізація агроекологічного стану кислих ґрунтів на новій методологічній основі відкриває шлях до запровадження у широку практику принципово нових методів діагностики та нормативного прогнозування (активного моніторингу) агроекологічного стану ґрунтів, головною метою яких є збереження ґрунтів від деградації і підвищення родючості і, відповідно, отримання сталих і високих врожаїв сільськогосподарської продукції високої якості.



Рис. 3. Блок-схема алгоритму оптимізації агроекологічного стану

кислих ґрунтів

Сучасний антропогенний (культурний) ґрунтотворний процес за умов створення у ґрунті просторової неоднорідності. Головне питання сучасного ґрунтознавства полягає у гармонізації продуктивних і екологічних функцій ґрунтів. Незважаючи на те, що розвиток культурного ґрунтотворного процесу детально розглянуто в роботах багатьох дослідників (І.Ф. Гаркуша, 1956; Г.Я. Чесняк, 1973; Д.Г. Тихоненко, 1976, 2001; В.Д. Муха, 1979), все ж таки, його спрямування під впливом застосування ресурсозбережувальних технологій окультурювання ґрунтів потребує додаткового вивчення. На наш погляд, створення у ґрунті просторової неоднорідності за рахунок удосконалення буферних механізмів, які забезпечують оптимальне функціонування кислотно-основного і трофного режимів, дозволить спрямувати культурний ґрунтотворний процес у позитивному напрямку.

Основою традиційних технологій окультурювання ґрунтів є створення в орному горизонті гомогенного (однорідного) шару, який складається з ґрунту, добрив, меліорантів тощо. Треба відмітити, що за таких умов антропогенний ґрунтотворний процес може йти як у позитивному, так і в негативному напрямках щодо агроекологічних властивостей ґрунтових систем. Позитивний напрямок обумовлений надходженням поживних речовин до ґрунтів при їх окультурюванні, що сприяє отриманню більш високих врожаїв сільськогосподарських культур, негативні наслідки проявляються через вторинне підкислення ґрунтів за дії фізіологічно кислих мінеральних добрив _ практично усіх азотних, що особливо відчутно на ґрунтах з низькою буферною ємністю. Традиційні технології окультурювання кислих ґрунтів передбачають внесення вапняних меліорантів у середньому: на піщаних і супіщаних ґрунтах - від 2,0 до 5,0 т/га; на середньосуглинкових - від 4,0 до 6,0 т/га і важкосуглинкових та глинистих - від 5,0 до 7,0 т/га. Паралельно вносять гній в нормі 15-17 т/га сівозмінної площі. Зрозуміло, що такі існуючи й до теперішнього часу заходи є високовитратними, занадто енергоємними і практично нездійсненними в ринкових умовах агрогосподарювання.

Підтримувальне (компенсуюче) окультурювання ґрунтів (Г.А. Мазур із співавт., 1986; М.В. Клєбанович, 2003; Б.Б. Котвицький, 2006; О.І. Рибакова, 2007) відрізняється від традиційної технології, перш за все, спрямованістю на ресурсозбереження за рахунок зменшення нормативів застосування добрив та меліорантів. При цьому нормативи внесення вапна у порівнянні з традиційною технологією зменшують у 2-3 рази.

Технологія локального окультурювання ґрунтів (Р.С. Трускавецький, 1997, 2003; Р.С. Трускавецький, Ю.Л. Цапко, 1999, 2002; Р.С. Трускавецький, Н.Ф. Чешко, Ю.Л. Цапко 2002; Ю.Л. Цапко, 2003, 2005) створює просторову гетерогенність у кореневмісному шарі ґрунту за кислотно-лужною рівновагою і елементами живлення рослин (трофна гетерогенність).

Згідно цієї технології меліорується не вся орна маса ґрунту, а тільки її невелика частка на межі орного і підорного шарів. Завчасне приготовлене комплексне органо-мінеральне добриво (КОМД) вносять одночасно з основним обробітком стрічками діаметром 7-10 см., з міжстрічковими відстанями 35-45 см, шляхом глибокої заробки на глибину від 20 до 30 см, з таким розрахунком, щоб наступний обробіток не зруйнував локально створені окультурені ґрунтові осередки, що гарантовано забезпечує їх тривалу післядію (3-4 роки). Дози КОМД залежать від запрограмованого рівня ефективної родючості та тривалості його післядії, і в середньому складають 5-10 тонн на 1 га.

Особливо важливим у напрямку ресурсо- та енергозбереження є й те, що запропонована технологія спрямована не на окультурювання всієї орної маси ґрунту (біля 3000 т на 1 га), а тільки її невеликої частини (150-200 т на 1 га), що дає можливість заощаджувати кошти на обробітку ґрунту та внесенні добрив.

Створення такої просторової неоднорідності дозволяє підсилити в ґрунті функції позитивної акумуляції (депонування) кальцієвих і, особливо, органо-мінеральних нейтралізаторів надмірної ґрунтової кислотності, стабілізувати процеси мінерального живлення рослин. Кислотно-основна гетерогенність у кореневмісному шарі ґрунту обумовлена перерозподілом поживних елементів та карбонатів в просторі ґрунтової маси. Наприклад, за новою технологією окультурено ясно-сірий лісовий поверхнево оглеєний ґрунт з вихідним рНводн 5,3. При цьому в стрічках рН водн. дорівнює 6,0-6,2, на відстані 10 см від локального осередку цей показник знижується до 5,8-6,0 одиниць рН, ще далі теж зменшується, поступово наближаючись до вихідного рівня. Розподіл поживних елементів у гетерогенному ґрунті (трофна гетерогенність) відбувається аналогічно зміні активності іонів гідрогену. Тобто, чим ближче до локального осередку, тим вища концентрація поживних елементів.

Дослідженнями встановлено, що в локальних осередках завдяки концентрації добрив та меліорантів у невеликому об'ємі ґрунтового середовища досягнуто оптимальних показників родючості, зокрема трофності і реакції ґрунтового середовища (табл. 4).

Таблиця 4

Зміна основних фізико-хімічних показників дерново-підзолистого ґрунту при застосуванні різних технологій його окультурювання

Варіанти досліду	Гли-бина, см	Гу- мус%	Фізико-хімічні показники
			рН	Показники активності біогенних іонів
				рСа	рNH4	pNO3	рК	рР
Контроль, без добрив	0-15	1,85	4,1	1,98	3,35	3,67	3,75	5,32
	15-30	1,22	3,9	2,15	3,39	3,65	3,83	5,15
Традиційна технологія окультурювання	0-15	1,97	4,7	1,75	3,15	3,27	3,69	4,45
	15-30	1,56	4,5	1,88	3,35	3,15	3,91	5,10
Технологія локального окультурювання (у осередках)	22-30	4,87	6,0	1,46	2,33	3,47	2,87	3,54

У локальних зонах (на глибині біля 30 см), порівняно до контролю і варіанту з внесенням добрив за традиційною технологією, майже у три рази збільшується уміст гумусу, покращується кислотно-основний режим (рН сольовий дорівнює 6,0) та істотно збільшується рухомість основних біогенних елементів (кальцію, калію, амонію, нітратів та фосфатів).

Трофна гетерогенність кореневмісного шару ґрунту позитивно впливає на умови кореневого живлення рослин і сприяє розвитку процесу поступового окультурювання кислих ґрунтів навіть в умовах істотної економії добрив, меліорантів і енергоносіїв. При цьому у локальних осередках ґрунту культурний ґрунтотворний процес протікає у позитивному агроекологічному напрямі. Важливим є й те, що у локальних осередках докорінно покращуються процеси акумуляції органічної речовини та накопичення гумусу. Особливо чітко це відображується на агрофізичних властивостях локальних ґрунтових осередків і, в першу чергу, вмісті продуктивної вологи. Про це свідчать спостереження за вмістом польової вологості у чорноземі опідзоленому важкосуглинковому.

Гетерогенність ґрунту за рН безпосередньо формує навколо меліорованого осередку такі термодинамічні умови для калійного та кальцієвого обміну, які запобігають вимиванню ґрунтових катіонів. Внутрішнє диспропорціювання ґрунтових властивостей за умов створення просторової неоднорідності сприяє активізації саморегуляційних процесів ґрунту, що є свідченням протікання культурного ґрунтотворного процесу в напрямку стабілізації гідротермічних, термодинамічних та трофних умов у локально окультурених ґрунтах.

Створення у ґрунті просторової неоднорідності (гетерогенності) за трофним режимом зараджує розвитку різних за кальцієфільністю рослин, коренева система яких знаходить для себе найбільш сприятливу нішу. У локальних осередках концентрується у 6,3-6,7 разів більше коріння рослин, ніж між ними. Зосередження і розгалуження коріння рослин в локальних зонах інтенсифікує саморегуляційні функції у ґрунті. Ферменти, фітогормони, вітаміни та інші органічні сполуки, які коріння рослин виділяють у ґрунт, активізують діяльність ґрунтової мікрофлори, що в свою чергу сприяє мінералізації органічних речовин ґрунту та добрив з вивільненням при цьому мінеральних сполук, якими живляться рослини. В той же час відмерлі кореневі залишки разом із продуктами діяльності мікроорганізмів стають джерелом накопичення гумусу.