Агроперетворені ґрунти солонцевих комплексів сухого степу України

Рис.2.1. Картосхема розташування об'єктів досліджень

Об'єкти досліджень

1. Солонець каштановий ГДС дослід С.П.Семенової-Забродіної

2. Темно-каштанові солонцюваті ґрунти, дослід ННЦ ІГА у СТОВ „Воїнське”

3. Темно-каштанові солонцюваті ґрунти, ГДС дослід Ю.Є.Кізякова

4. Солонець каштановий СТОВ „Новопавлівське”

5. Солонець каштановий солончакуватий колг. ”Заповіт Леніна

Таблиця 2.1

Вихідна характеристика досліджуваних ґрунтів

38

Примітка. У таблиці використані фондові матеріали Генічеської дослідної станції та лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів ННЦ ІГА

Дослід ННЦ ІГА розташований у СТОВ „Воїнське” Красноперекопського району Автономної Республіки Крим (рис.2.1). Дослід з меліорації темно-каштанових солонцюватих ґрунтів в умовах зрошення прісною водою закладено у 1965 році Г.М.Пікузою під керівництвом Г.В. Новікової. Згідно ґрунтової карти, складеної на час закладання досліду, ґрунтовий покрив досліджуваної ділянки представлено степовими комплексами темно-каштанових слабосолонцюватих (62,2 %), темно-каштанових середньосолонцюватих (35 %) та темно-каштанових сильносолонцюватих (2,8 %) ґрунтів [167,171,193]. Ґрунтоутворюючі породи - жовто-бурі карбонатні лесовидні глини та важкі суглинки. Підґрунтові води сульфатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 10-15 м. У темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах скипання від 10 % HCl спостерігається з глибини 45-48 см, гіпс з глибини 150-180 см. Показники інших вихідних властивостей досліджуваних ґрунтів наведено у таблиці 2.1. Досліджувані варіанти: варіант 1 - контроль (щорічний обробіток на глибину 25-27 см в залежності від вирощуваних культур); варіант 4 - оранка плантажним плугом ПП-50 з повним обертанням скиби на глибину 55-60 см у 1965 році та щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки. У 1976 році проведено обробіток на 40 см.

Зрошення здійснюється водою з Північно-Кримського каналу установкою ДДА-100М. Оцінка придатності цих вод для зрошення за ДСТУ 2730-94 [262] засвідчує їх належність до першого класу - придатних для зрошення. Зрошувальні норми в залежності від вирощуваних культур і погодних умов коливаються від 1000-1200 до 3700-4000 м3/га. Характеристику гідротермічних умов проведення досліду наведено у додатку А.

Дослід Ю.Є.Кізякова знаходиться у Генічеському районі Херсонської області в межах Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства УААН (рис.2.1). Дослід закладено у 1973 році з метою вивчення впливу зрошення слабомінералізованими водами на властивості та продуктивність темно-каштанових легкоглинистих ґрунтів. Підґрунтові води гідрокарбонатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині близько 10 м. Ґрунтовий покрив досліджуваної ділянки однорідний, скипання від 10 % HCl спостерігається з глибини 44-48 см [95]. Показники вихідних властивостей досліджуваних ґрунтів наведено у таблиці 2.1. Досліджувані варіанти: варіант 1 - контроль (щорічний обробіток на глибину 25-27 см в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 - оранка плантажним плугом на глибину 65 см у 1973 р. та щорічний обробіток на 26-28 см в залежності від вирощуваних культур у наступні роки.

Зрошення гідрокарбонатно-хлоридними магнієво-натрієвими водами з мінералізацією 0,9 г/л проводилося у період з 1973 по 2001 роки установкою ДДА-100М. Джерело зрошувальних вод - артезіанська свердловина. Оцінка придатності цих вод для зрошення за ДСТУ 2730-94 [262] засвідчує їх належність до обмежено придатних (2 клас) за небезпекою засолення та токсичного впливу на рослини. За даними Ю.Є.Кізякова, у періоди проведення зрошення суворо дотримувалися технологія і режими зрошення, рекомендовані для даної зони Українським НДІЗЗ. Зрошення припинено у 2001 році.

СТОВ «Новопавлівське» - ділянка виробничого впровадження меліоративної плантажної оранки, знаходиться у Красноперекопському районі Автономної Республіки Крим (рис.2.1). Згідно ґрунтової карти, складеної на час проведення меліоративної плантажної оранки, грунтовий покрив досліджуваної ділянки представлено комплексом солончакуватих і глибоко солончакуватих солонців (60-70%) з каштановими слабосолонцюватими ґрунтами на четвертинних жовто-бурих глинах [170,171]. Підґрунтові води хлоридно- сульфатного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 7-10 м. У солонцях скипання від 10% HCl спостерігається з глибини 32-46 см, гіпс - з глибини 100-120 см. Інші показники основних властивостей досліджуваних ґрунтів до проведення меліоративної плантажної оранки наведено у таблиці 2.1. Досліджувані варіанти: варіант 1 - контроль (щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 - оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 55-60 см і залученням 7-10 см шару карбонатного горизонту у 1955 р. та щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки.

КСП «Заповіт Леніна» - ділянка виробничого впровадження плантажної оранки, знаходиться у Джанкойському районі Автономної Республіки Крим (рис.2.1). Згідно ґрунтової карти, складеної на час проведення меліоративної плантажної оранки, ґрунтовий покрив представлено комплексом солонців солончакуватих (30 %) і темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів (70 %)[170,171]. Ґрунтоутворюючі породи - жовто-бурі карбонатні лесовидні глини. Підґрунтові води сульфатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині 5-10 метрів. У солонцях скипання від 10 % HCl спостерігається з глибини 35-45 см, гіпс- з глибини 100-120 см. Інші показники основних властивостей досліджуваних ґрунтів до проведення меліоративної плантажної оранки наведено у таблиці 2.1. Досліджувані варіанти: варіант 1 - контроль (щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур); варіант 2 - оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 55-60 см і залученням 7-10 см шару карбонатного горизонту у 1955 р. та щорічний обробіток на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки. Зрошення здійснювалося водою з Північно-Кримського каналу з 1969 до 1993 р. способом дощування.

2.2 Методи досліджень

Вивчення закономірностей сучасних ґрунтових процесів у агроперетворених ґрунтах солонцевих комплексів проводилось нами з використанням стаціонарного, порівняльно-географічного та порівняльно-аналітичного методів. В основі досліджень було порівняльне вивчення властивостей різною мірою агроперетворених (плантажованих і неплантажованих) орних солонцевих ґрунтів у зрошуваних та незрошуваних умовах.

На початковому етапі написання дисертаційної роботи нами було проведено систематизацію та узагальнення опублікованих та фондових матеріалів за об'єктами досліджень. У роботі використані фондові матеріали лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів ННЦ ІГА імені О.Н. Соколовського (дані про дослідження, проведені Г.В.Новіковою та Г.М. Пікузою в СТОВ «Воїнське» у 1965-1974 р.), та Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства (дані про дослідження С.П.Семенової-Забродіної та М.М.Лаврентьєва за 1954-1967р.), а також матеріали, люб'язно надані нам для роботи доктором сільськогосподарських наук Ю.Є.Кізяковим - інформація щодо вивчення тривалості впливу меліоративної плантажної оранки у стаціонарному польовому досліді С.П.Семенової-Забродіної за 1969 та 1971 роки та закладеного ним досліду з вивчення впливу зрошення слабомінералізованими водами на властивості і продуктивність темно-каштанових ґрунтів (дані за 1969-1986 роки).

В польових умовах усі стаціонари і ділянки виробничого впровадження були прив'язані нами до географічної мережі за допомогою засобу багатоспектрального позиціонування - GPS і можуть бути використані в єдиній моніторинговій мережі системи екологічного моніторингу.

На обстежуваних ділянках, згідно ґрунтового плану, складеного на час закладання дослідів, обирали варіанти ґрунтів (плантажовані та неплантажовані солонці каштанові та темно-каштанові слабосолонцюваті ґрунти), на яких закладали по 2 ґрунтових розрізи, глибиною до 1,5-2,0 м, вивчали морфологічну будову профілю, щільність складення до глибини 1,0 м методом ріжучого кільця за Н.А. Качинським [39] у п'ятикратній повторності, визначали вологість. Зразки ґрунту відбирали у трикратній повторності по генетичних горизонтах і з кожного 10-сантиметрового шару за методикою відбору ґрунтових зразків у мозаїчних профілях, описаній у роботах Е.О.Корнблюма, І.М.Любімової, Я.М.Мініна [112,135,151]. Додатково відбирали зразки на кожному досліджуваному варіанті шляхом буріння свердловин суцільною колонкою до глибини 2 м у п'ятикратній повторності.

Для вивчення хімічного складу і фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів у відібраних зразках були проведені наступні аналітичні роботи:

катіонно-аніонний склад водної витяжки визначали за стандартними методиками (ГОСТ 26424-85, ГОСТ 26425-85, ГОСТ 26426-85, ГОСТ 26427-85, ГОСТ 26428-85) [41,42,43,44,45];

визначення вмісту обмінно-увібраних катіонів проводили методом Шолленбергера у модифікації ННЦ ІГА за МВВ 31-497058-007-2005 [150];

вміст карбонатів визначали методом В.Є. Соколовича за МВВ 31-497058-021-2005 [150];

активність іонів натрію та кальцію у ґрунтових пастах потенціометричним методом за МВВ 31-497058-001-2001 та МВВ 31-497058-002-2001 [149];

вуглець органічної речовини за методом І.В. Тюрина згідно ДСТУ 4289 [260];

груповий гумус визначали прискореним методом за М.М. Кононовою та Н.П.Бєльчіковою (МВВ 31-497058-006-2002) [149];

вміст доступної (лабільної) органічної речовини визначали методом М.А.Єгорова (ДСТУ 4732) [259];

гранулометричний склад визначали методом Н.А. Качинського за ДСТУ 4730 [245];

мікроагрегатний склад визначали методом піпетки за МВВ 31-497058-011-2005 [150];

визначення структурно-агрегатного складу методом М.І.Саввінова за ДСТУ 4744 [248];

визначення нітратного і амонійного азоту проводили за ДСТУ 4729 [247];

визначення рухомих сполук фосфору та калію виконували за Б.П. Мачігіним (ДСТУ 4114) [52];

валовий вміст азоту визначали за Кьєльдалем (ДСТУ 4726), фосфору - за Труогом-Мейером, калію - за Воробйовою ( ДСТУ 4290) [246,258];

визначення рухомих форм важких металів виконували методом атомно-адсорбційної спектрометрії на приборі С-115. Для екстракції рухомих форм використовували ацетатно-амонійний буферний розчин з рН-4,8, згідно ДСТУ 4770.1-4770.9 [249,250,251,252,253,254,255,256,257];

валовий хімічний склад ґрунту визначали рентген-флуоресцентним методом на рентгенівському багатоканальному спектрометрі CPM - 25 в лабораторії рентгенівських методів дослідження мінеральної речовини Київського університету імені Тараса Шевченка. Згідно методики визначення, результати розрахунків компонентів у досліджуваній пробі з урахуванням попередньо визначених гравіметричним методом концентрацій Н2О і витрат після прожарювання (ППП) нормували на 99,6%.

Польові дослідження проведені нами з дотриманням правил і вимог стандартної методики [40,63].

Для вивчення динаміки агрокліматичних показників (температура повітря, атмосферні опади, запаси продуктивної вологи у кореневмісному шарі) використовували дані гідрометеорологічної служби (метеопункт Ішунь, Красноперекопського району АРК).

Для вивчення динаміки урожаю сільськогосподарських культур у тривалій післядії меліоративної плантажної оранки використовували фондові та опубліковані матеріали досліджень, проведених у різні роки на Генічеській дослідній станції та у СТОВ «Воїнське».

У період з 1955 по 1978 облік врожаїв вирощуваних сільськогосподарських культур на довготривалому стаціонарному досліді з вивчення впливу меліоративної плантажної оранки на властивості та продуктивність солонців каштанових (дослід С.П.Семенової-Забродіної) проводився співробітниками ГДС (М.М.Лаврентьєв, З.М.Неред та ін.). У стаціонарному досліді з меліорації темно-каштанових солонцюватих ґрунтів в умовах зрошення прісною водою у СТОВ «Воїнське» облік врожаїв сільськогосподарських культур у 1965-1985р.р. проводився співробітниками лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів ННЦ ІГА (Г.М.Пікуза, В.Я.Ладних, Н.Ю.Гаврилович та ін.). Облік врожаїв вирощуваних сільськогосподарських культур у досліді з вивчення впливу зрошення слабомінералізованими водами на властивості та продуктивність темно-каштанових ґрунтів у 1973-1986 р.р. проводився співробітниками ГДС за участі Ю.Є.Кізякова.

Облік урожаїв сільськогосподарських культур в польових дослідах у 2003-2006 роках проводили за участю автора методом пробного снопа вручну у п'ятикратній повторності.

Результати аналітичних досліджень ґрунтів та дані врожайності сільськогосподарських культур дослідів оброблені за допомогою дисперсійного аналізу. Математичну обробку отриманих даних проводили шляхом систематичного використання методів обчислювальної статистики за допомогою пакету стандартних програм “Excel” та “Statistica” (інтегрований пакет для статистичного аналізу).

Розділ 3. Природні умови районів досліджень

3.1 Кліматичні умови

Згідно загального кліматичного районування [206,239] усі об'єкти розташовані у континентальній кліматичній зоні, яка охоплює Степову фізико-географічну зону. Для цілей нашого дослідження більш пристосоване агрокліматичне районування, згідно якого об'єкти досліджень належать до дуже посушливої, помірно жаркої, з м'якою зимою зони. Гідротермічний коефіцієнт 0,7-0,5, сума активних температур 3300-3400 0С, середня річна температура 10,4-10,6 0С при середній температурі січня від 0,6 до -2,5 0С і середній температурі липня +23 0С, вірогідність посух 40-60 %, кількість днів з суховіями 16-20 за теплий період, середня тривалість безморозного періоду 180-200 днів, вегетаційного 225-230 днів, річна сума опадів - 300-325 мм. Негативною рисою клімату є нестійкість зволоження внаслідок чергування вологих і посушливих років, кількість опадів на території розташування об'єктів досліджень недостатня і випадають вони нерівномірно. В літні періоди дощі часто випадають у вигляді злив, і більша їх частина зберігається на схилах балок і подів і мало вбирається ґрунтом. Основний запас вологи у ґрунті створюється восени та взимку, в період затяжних дощів при незначному випаровуванні. Сумарно випаровується з поверхні суші за рік 732-810 мм, а за вегетаційний період - 220-270 мм, що не компенсується опадами, кількість яких за цей період становить лише 215-220 мм. Тобто випаровуваність в два і більше разів перевищує кількість атмосферних опадів. Це сприяє встановленню непромивного типу водного режиму і накопиченню водорозчинних солей у ґрунтах. М'яка зима з незначними від'ємними температурами і частими відлигами сприяє циркуляції ґрунтових розчинів і продовженню біохімічних процесів взимку [105,141].

В цілому для клімату району досліджень характерним є недостатня зволоженість, значні теплові ресурси, тривалий вегетаційний період. Клімат формується під переважним впливом континентальних повітряних мас помірних широт, а також трансформованих тропічних і арктичних мас повітря. Основна частина атмосферних опадів, що випадають на території району досліджень, пов'язана з океанічними масами повітря помірних і тропічних широт [206]. Загалом кліматичні умови сприятливі для розвитку сільськогосподарського виробництва, проте наявність негативних природних факторів (зокрема недостатня кількість опадів, нестійкість зволоження, існування тривалих бездощових періодів, невисока відносна вологість повітря, за високих температур літніх місяців) викликає низьку забезпеченість продуктивною вологою сільськогосподарських рослин у весняно-літній період і потребує певних меліоративних заходів, а саме - застосування зрошення для створення більш сприятливого водного режиму.

Погодні умови останніх років дещо відрізняються від середніх багаторічних (Додаток А). Зокрема температура повітря в останні роки у цілому вища за середні багаторічні показники при деякому зниженні загальної зволоженості. Так, з 40 років спостережень за кліматичними показниками 5 останніх - з температурою вищою за середню багаторічну норму та 7 останніх з кількістю опадів нижчою за середню багаторічну норму. Цю тенденцію ми схильні пов'язувати з глобальними планетарними змінами клімату. Такі тенденції у зміні кліматичних умов (подальше поступове підвищення річних температур, за умови деякого зменшення атмосферних опадів та загального зменшення величини гідротермічного коефіцієнта) зумовлюють внесення відповідних коректив у сучасний розвиток процесів ґрунтоутворення, надаючи цим процесам цілеспрямованого характеру та забезпечуючи високу якість та стійкість функціонування ґрунтів за різних умов зовнішніх впливів [227].

3.2 Рослинність

Докладну характеристику про будову, сучасне поширення й закономірності розміщення та походження і класифікацію фітоценозів можна отримати за аналізом геоботанічного районування [33]. За ним дослідження були проведені у Європейсько-Азіатській степовій (Причорноморській (Понтичній) степовій провінції) області. Геоботанічним округом проведених досліджень був Присиваський, в рослинному покриві якого в минулому переважали лучні степи та справжні різнотравно-типчаково-ковилові степи з асоціаціями які нині майже повністю розорані. На цілинних ділянках що залишилися, поширені ковилові і житнякові асоціації за участі полині кримської. Поблизу Сивашу поширені галофіти: сарсазан, солесос, свіда, лобода бородавчаста, полин морський. У вузькій приморській частині, де переважають солонці, рослинність представлена галофітами: полином з типчаком і тонконогом живородячим. У понижених місцях Примор'я і подах найбільш розповсюджені галофіти: солянка, кермек, полин таврійський, петросимонія, франкенія, обіона бородавчата, полинь приморська, полинь солончакова, полинь кримська, ковила волосяна і Лессінга, типчак, житняк гребеневидний. На розораних ділянках Присивашшя часто зустрічаються курай водоносний, мар біла, гірчак рожевий [61,141].

Серед дерев та чагарників переважають акація, гледичія, лох вузьколистий, тамариск, ясен, скумпія, абрикос.

Найбільш розповсюдженими сорно-польовими рослинами на посівах є кореневищні - пирій повзучий, свинорий, осот рожевий, молочай; одно- і дворічні-курай, лобода, різак, гірчак рожевий [207,208].

Природна степова трав'яниста рослинність зі значною надземною масою й розвиненою кореневою системою сприяла формуванню темно-каштанових та каштанових солонцюватих ґрунтів в комплексах з солонцями каштановими, які й стали об'єктами наших досліджень.

3.3 Геоморфологічні умови

Згідно геоморфологічного районування район досліджень належить до Причорноморської області пластово-акумулятивних та пластово-денудаційних низовинних рівнин Південно-Причорномосько-Приазовської прибережно-морської і дельтової рівнини [19,185,207,243]. Основним об'єктом дослідження є зона Cухого Cтепу (південна частина Херсонської області та північна частина Кримського півострова). Об'єкти досліджень розташовані в Причорноморській низовині.

Згідно фізико-географічного районування південна частина Херсонської області належить до Присивасько-Приазовської степової області і займає Північну приосьову частину Причорноморської западини [185,207] Геоморфологічно область являє собою морську акумулятивну терасову рівнину, яка сформувалася в умовах невеликих амплітуд тектонічних коливань за загальної тенденції території до опускань. Виділяють давню і молоду верхньопліоценові тераси [70]. Абсолютні позначки давньої верхньопліоценової тераси знижуються з півночі на південь від 50 до 38 м, а молодої - від 38 до 14 м. Поверхню морських пліоценових терас представлено численними великими і малими подами. В приазовській частині області тераси зрізані долинами невеликих річок і балками. Як форми рельєфу виділяють сиваські лимани, піщано-мушлеві коси та пересипи [70]. В гіпсометричному відношенні Присивасько-Приазовську степову область виділяють як одну з найбільш понижених областей південної степової підзони. На північному краю області абсолютні позначки поверхні сягають 40-50 м. Вздовж Сивашу та на узбережжі Азовського моря поверхня суші підіймається над рівнем моря на 5-10 м.

Кримська частина Причорноморської низовини згідно новітнього фізико-географічного районування належить до Степової області рівнинного Криму, що має площу 16 000 км2. У межах рівнинного Криму виділяють [34,243] наступні геоморфологічні райони: Присиваська (Північно-Кримська) низовина, Центральна піднесена (Таврична) рівнина, Тарханкутське плато, Керченський півострів. Два останні у роботі не розглядаються.

Присиваська низовина примикає до берегів Сивашу і Каркинитскої затоки. Вона являє собою морську пліоценову терасу. Абсолютні відмітки поверхні коливаються від 0,5 до 30 м. Загальну рівнинність іноді порушують неглибокі балки. Низовині іноді притаманна сильна зрізаність берегової лінії Сивашу; вузькі півострови, що вдаються в Сиваш, чергуються з довгими вузькими і дрібними затоками, що глибоко (до 15 км) проникли в сушу [243].

Центральна піднесена (Таврична) денудационно-акумулятивна рівнина розташована на південь від Присиваської низовини. Абсолютні відмітки тут коливаються від 30 до 120 (150) м. Поверхня нахилена на північ і північний схід. Їй притаманний хвилясто-лощинний рельєф.

У тектонічному відношенні розглянута територія розташовується в Причорноморській западині, що є частиною Середземноморської геосинкліналі. До північного борту западини відноситься (крім інших регіонів) Дніпровська терасово-дельтова рівнина, до південного - степовий Крим. Дослідженнями [70] установлено, що западина є не однорідною і складається з відособлених прогинів.

Північний борт западини є однорідним у тектонічному відношенні. Він заповнений в основному крейдовими і палеогеновими осадами, що плащевидно (з перервами) перекриваються неогеновими відкладеннями. Найбільш характерною рисою геології цього району є збільшення потужності більш давніх відкладень до осьової частини западини (Каркинитська затока і Сиваш) і виклинення їх до периферії [207]. Південний борт Причорноморської западини, на відміну від північного, більш складний. Центральна частина Кримського півострова являє собою Скіфську платформу палеозойського віку з гетерогенною складчастою підставою, покритою чохлом крейдових, третинних і четвертинних відкладень. У цієї платформи є ряд підняттів (Сімферопольське, Новоселівське і Тарханкутский вал) і опускань (Північно-Сиваська, Индольська й Альминска западини) [243].

Найбільш значна за площею Північно-Сиваська (Присиваська) западина, чи Сиваська мульда, є осьовою частиною Причорноморської западини. По суті це прогин, витягнутий широтно уздовж Каркинитского затоки і Сиваша, і заповнений крейдовими, палеогеновими, неогеновими і четвертинними відкладеннями потужністю до 4000 м. Виходи неогенових вапняків на півночі і півдні мульди спостерігаються на висоті 30-60 м над рівнем моря, а в осьовій частині поховані на 60-120 м нижче його рівня [243]. Протягом четвертинного періоду Присиваська западина піддавалася епійрогенним рухам переважно негативного знаку. В даний час спостерігаються повільні підняття окремих ділянок на тлі загального епійрогенічного опускання. Диз'юнктивні порушення земної кори і скидні явища в Присивашші не спостерігаються [185].

3.4 Гідрологічні та гідрогеологічні умови

Згідно загального гідрологічного районування територія досліджень належить до Причорноморської області надзвичайно низької водності [21].

Гідрографічна мережа південної частини Херсонської області і північного Криму представлена невеликою кількістю дрібних річок з положистими долинами, а також соляними озерами. Найбільш значні по довжині серед них Великий і Малий Утлюк, Тащенак, Салгир і балка нині пересохлої р. Чатирлик. Для річок характерна відсутність великого весняного повіддя і пересихання влітку.

Окрім незначних поверхневих джерел, водні запаси досліджуваного регіону представлені, головним чином, підземними водами, що утворюють Причорноморський та Кримський артезіанські басейни. Напрямок підземного стоку відображає падіння водомістких пластів з півночі на південь до осі заглиблення, яка проходить в широтному відношенні уздовж Сиваша. В результаті цього в найбільш пониженій частині Присивашшя утворилася смуга відносного застою підземних вод, підпертих з півночі та півдня. Тут, в осьовій частині мульди збереглися метаморфізовані води морського типу, тому підземним водам притаманна загальна підвищена засоленість та строкатість мінералізації. Гідрогеологічні умови розглянутої території відрізняються великою складністю і, за даними ряду гідрогеологів [6,21], характеризуються наступними рисами.

Область Причорноморської западини являє собою артезіанський басейн, східну частину якого називають Присиваським. Підземні води знаходяться тут у породах різного віку. Перший від поверхні неогеновий водоносний шар несе води сармату, меотису і понту, між якими є гідравлічний зв'язок. У північній і південній частинах області ці водоносні шари залягають неглибоко (до 30 м) і мають вільну поверхню. По мірі заглиблення водовмісних порід до осі западини і перекриття їх киммерій-куяльницкою піщано-глинистою товщею, вони стають напірними. Води неогенового водоносного шару слабо мінералізовані (містять до 1-1,5 г/л солей), особливо в зоні живлення. Склад солей переважно гідрокарбонатний, гідрокарбонатно-кальцієвий гідрокарбонатно-сульфатний. Поблизу Сиваша й Азовського моря мінералізація вод підвищується, а склад стає сульфатним, хлоридно-сульфатним і хлоридним.

Підґрунтові води, четвертинної товщі північного крила Присиваського артезіанського басейну, залягають на глибині від 0,5 м біля берега Чорного моря до 25-30 м у районі плато. У підґрунтових водах поблизу узбережжя Чорного моря присутні хлоридно-натрієві, трохи північніше - хлоридно-гидрокарбонатні, ще північніше - гідрокарбонатні солі.

Рівнинний Крим розташовується в межах двох гідрогеологічних провінцій: південно-східної частини Присиваського і західної частини Приазовского (Азово-Кубанського) артезіанських басейнів. Межу між ними умовно проводять по підземному вододілу.

З підземних вод найбільш широко поширені води неогену, зокрема понт-меотису і сармату. Це прісні чи слабомінералізовані води (1-3 г/л), переважно гідрокарбонатно-кальцієвого складу. У приосьовій частини Причорноморської западини мінералізація їх збільшується до 2-25 г/л.

Водоносність четвертинних відкладень неоднорідна. У Присивашші і частини степового Криму ці відкладення містять воду, разом з тим у частині степового Криму (Тарханкутское плато, південь Центральної піднесеної рівнини) - вони безводні. Найбільш часто зустрічаються підґрунтові води в еолово-делювіальних відкладеннях. У Присиваській низовині ці води представляють єдиний водоносний шар. Джерелом їх живлення є атмосферні опади, поверхневі води, що стікають по балках і річках, місцями (на поливних ділянках) зрошувальні води. Глибина залягання підґрунтових вод зменшується в напрямку зниження рельєфу від Тарханкутского плато і району передгір'я до Сиваша і Каркинитської затоки в межах від 0,5 до 25 м. У цьому ж напрямку рухається потік підґрунтових вод. Потужність шару підґрунтових вод коливається від 0,5 до 20 м. Регіональним водоупором є пліоценові глини.

Ухил дзеркала підґрунтових вод максимальний у районі передгір'я (0,2) і місцями на Тарханкуті (0,004) і мінімальний у Присивашші (0,0005-0,0007). Швидкість фільтрації підґрунтових вод знижується від 0,1-0,3 м на добу на піднесених ділянках Тарханкуту до 0,0002-0,002 у Присивашші [6]. За хімічним складом підґрунтові води Присивашшя сульфатно-хлоридні і хлоридно-сульфатні натрієві і магнієві.

Що стосується зв'язку між підземними (понт-меотичними) і підґрунтовими водами, то дослідженнями це не встановлено, хоча є припущення про можливе підживлення у водопроникних глинах [21].

Низька забезпеченість досліджуваного регіону водними ресурсами, недостатня кількість опадів та нестійкість зволоження обумовили широкомасштабне застосування зрошення, яке є одним з найбільш інтенсивних і дійових чинників антропогенного навантаження на навколишнє середовище [11].

Серед найбільш поширених негативних наслідків зрошення (антропогенно спровокованих), що спричиняють деградаційні процеси у ґрунтах є підняття рівня підґрунтових вод і пов'язані з цим розвиток процесів підтоплення та вторинно- іригаційного гігроморфізму [11,214]. Це явище розвивається внаслідок взаємодії антропогенних чинників, з яких найпоширеніші - зміна водного балансу вбік зростання приходних статей, порушення поверхневого та внутрішньоґрунтового стоку внаслідок перекриття природних шляхів водовідведення та дренування, зарегулювання річкового стоку та інші. Антропогенний вплив посилюється дією природних чинників, зокрема, безстічністю та слабкою дренованістю територій, збільшенням опадів в окремі роки тощо. У зв'язку з цим особливого значення набуває нормоване водокористування, компенсаційні та адаптивні принципи планування поливів із застосуванням водозберігаючих та ґрунтозахисних екологічно безпечних режимів зрошення і інформаційно-дорадчих систем планування зрошення [11].

3.5 Ґрунтотворні породи і ґрунти

Головними ґрунтотворними породами півдня України є четвертинні відкладення, які поділяють на континентальні і морські. У свою чергу серед континентальних виділяють відкладення вододілів (еолово-делювіальні, еолово-делювіально-елювіальні, елювіальні), річкові (алювіальні), балкові (аллювіально-делювиальні) і ін. Серед морських зустрічаються власне морські і лимано-морські [49,53,67,80,81,101,114,196].

З усіх генетичних видів четвертинних порід найбільш поширені еолово-делювіальні лесовидні відкладення, потужність яких коливається від 5 до 20 м і більше [79,80,198].

Лесову товщу більшість геологів [207,243] поділяють на чотири яруси: древньо-, середньо-, новочетвертинні і сучасні відкладення. За гранулометричним складом лесовидні відкладення варіюють від середніх суглинків до легких глин. Встановлено, що з глибиною гранулометричний склад стає важчим і збільшується щільність порід. Разом з тим наявна неоднорідність гранулометричного складу і за окремими шарами - середні суглинки іноді змінюються важкими суглинками і навіть легкими глинами. Щільність складення лесовидних відкладень коливається від 1,53 до 1,62 г/см3. Коефіцієнт фільтрації середніх суглинків складає 0,72 м на добу, важких суглинків - 0,25. В міру поглиблення й ущільнення порід цей показник зменшується відповідно до 0,05 і 0,04 м [175].

Слід відмітити високу насиченість лесів карбонатами, що місцями утворюють скупчення у вигляді білозірки і жовен, у яких кількість вуглекислого кальцію досягає 10-17 %. Гіпс розподілений у товщі порід нерівномірно, утворюючи місцями ярусні скупчення дрібних і великих кристалів, у яких його міститься до 13 %, а місцями і більше. Вміст водорозчинних солей коливається від 0,5 до 2 %. У шарах порід, позбавлених морфологічно помітних солей, сольовий склад сульфатно-хлоридний, а в місцях накопичення гіпсу - сульфатний чи хлоридно-сульфатний. Основні шляхи засолення ґрунтотворних порід і ґрунтів - континентальне і біологічне соленакопичення, імпульверізація солей і акумуляція їх за рахунок надходження знизу з соленосних відкладень та підземних вод [101].

Ґрунтотворний процес досліджуваної зони протікає на фоні чітко вираженої вертикальної зональності. Посушливий клімат (ГТК V-IX =0,45-0,60), засоленість ґрунтотворних порід та мала природна дренованість території зумовили формування тут темно-каштанових, каштанових солонцюватих, лучно-каштанових солонцюватих ґрунтів та солонців каштанових. Структура ґрунтового покриву ускладнюється великим набором солонцюватих і засолених ґрунтів подів, а також напівгідроморфних і гігроморфних ґрунтів [53,101,195,196].

Процес формування солонцевих ґрунтів досліджуваної зони тісно пов'язаний з численними коливаннями земної кори (серед яких перш за все переважали опускання), затопленням у новочетвертинний період гирл річок морською водою, утворенням сучасних лиманів, підняттями і опусканнями рівня підґрунтових вод, змінами процесів засолення ґрунтів їх розсоленням і т.і. Дослідження ряду вчених [49,50,106,218] привели до думки, що процес утворення і еволюції солонцевих ґрунтів Кримського і частково Херсонського Присивашшя, можна розглядати як розвиток від гігроморфних засолених ґрунтів до солонців і темно-каштанових ґрунтів внаслідок підняття поверхні і зниження рівня підґрунтових вод, що супроводжується змінами водно-сольового режиму, ступеня засолення і структури ґрунтового покриву [175].

Особливістю ґрунтотворення є місцеві біокліматичні умови. Як зазначалося вище, навіть взимку температурні умови тут сприятливі для продовження біохімічних процесів: їхня активність в цей період декілька пригнічується, і якщо вони припиняються, то на короткий час. Наслідком цього явища є інтенсивна мінералізація органічної речовини, що є причиною слабкої гумусованості досліджуваних ґрунтів [165].

Морфологічна будова ґрунтів, їх природні властивості та взагалі структура ґрунтового покриву зони залежать від ступеня дренованості території та висоти над рівнем моря.

Найбільш високі північні та південні (в Криму) частини рівнинної поверхні зони зайняті темно-каштановими ґрунтами, місцями в комплексі з чорноземами південними залишковосолонцюватими, у верхніх частинах підвищених схилів до подів, дренованих про тяжинами у комплексі з солонцями каштановими. Вони сформувалися під типчаково-ковиловою та полинно-злаковою рослинністю, головним чином на лесах і незначній площі - на алювіальних відкладах і глинах. В ґрунтах чітко проявляється диференціація профілю за елювіально-ілювіальним типом. Солі та гіпс залягають на глибині 150-250 см, скипають на глибині 45-65 см. У складі обмінних катіонів переважає кальцій (73-76 % від суми обмінних катіонів, обмінного натрію 0,1-05 м/екв на 100 г). Потужність гумусованого профілю 55-80 см. Вміст гумусу рідко перевищує 3 % [196,198].

По узбережжю Чорного й Азовського морів та Сиваша, на низькій (абсолютна висота менше 15-20 м) рівнині поширені каштанові солонцюваті ґрунти у комплексі з солонцями каштановими. Ці ґрунти сформувалися під полинно-типчаково-ковиловими степами, головним чином на лесах, проте невеликі площі зустрічаються і на алювіальних відкладах. Ознаки солонцюватості морфологічно виражені більш чітко, ніж в темно-каштанових ґрунтах. У зв'язку з цим добре виокремлюються в профілі гумусовий елювіальний та ілювіальний горизонти. Солі та гіпс залягають на глибині 120-160 см. Гумусована частина профілю каштанових ґрунтів становить 40-50 см, вміст гумусу - 1,5-2,5 %. Фізико-хімічні властивості темно-каштанових і каштанових ґрунтів характеризуються вузьким співвідношенням між увібраним кальцієм та магнієм і невисоким вмістом (менше 5 % від суми увібраних катіонів) увібраного натрію [101,196,198].

На знижених Присиваських рівнинах з близьким (3-5 м) заляганням підґрунтових вод і на периферії глибоких подів з аналогічною гідрогеологією поширені лучно-каштанові солонцюваті ґрунти у комплексі з солонцями лучно-каштановими. В цих ґрунтах, здебільшого відсутній карбонатний ілювій у вигляді білозірки, в деяких карбонати представлені розпливчастими стяжіннями, а на переходах до каштанових ґрунтів зустрічається поодинока білозірка. З глибини 50-100 см у лучно-каштанових ґрунтах та 30-40 см у солонцях залягають солі у кількості 0,5-1,0 %, представлені сульфатами і хлоридами натрію, кальцію і магнію. У солонцях кількість солей в орному шарі вище токсичного рівня. Великий вміст солей визначає наявність великої кількості обмінного натрію (6,5-15,5 % від суми увібраних катіонів). Фонові лучно-каштанові солонцюваті ґрунти містять 3-5 % увібраного натрію в орному шарі. Потужність гумусованої частини профілю 50-65 см, вміст гумусу коливається в межах 2,0-2,7 % [196].

На знижених ділянках Присивасько-Причорноморської смуги з глибиною підґрунтових вод 1-1,5 м та в подах каштанової підзони, поширені каштаново-лучні солонцюваті засолені ґрунти у комплексі з солонцями каштаново-лучними солончаковими. Їх профіль чітко диференційований на елювіальний та ілювіальний горизонти. Верхня частина профілю каштаново-лучних солонцюватих ґрунтів зазвичай не засолена, кількість солей у 0-30 см шарі становить 0,01-0,05 %, глибше збільшується до 0,2-0,3 %, та 0,3-0,4 % у породі. Вміст обмінного натрію в солонцевому горизонті становить 5-10 % від суми обмінних катіонів. У солонцях каштанових кількість солей коливається від 0,1-0,2 % у верхній частині до 1,5-2,5 % у материнській породі. Кількість обмінного натрію в солонцевому горизонті становить 12-26 % від суми обмінних катіонів. Вміст гумусу в ґрунтах цього типу коливається в межах 1,7-2,6 % залежно від гранулометричного складу [101,196,198].

У подах Присивасько-Причорноморської смуги розповсюджені дерново-глейові солончаки у межах залягання підґрунтових вод 0,5-1 м. Характерною особливістю таких ґрунтів є наявність значної кількості солей у верхньому шарі профілю (1,0-2,5 %) при цьому другий максимум солей, як правило, залягає на глибині 25-35 см. У складі солей переважають хлориди та сульфати натрію, що є віддзеркаленням якісного складу підґрунтових вод [53,101,196,198].

На морських низьких узбережжях і островах затоки Сиваш, у днищах подів з низьким рівнем (0,2-1 м) сильно мінералізованих (до 30-40 г/л) вод, а також на мілководді, де поверхневі води випаровуються в теплий період року фрагментарно поширені глейові солончаки. Вони характеризуються слабкою диференціацією профілю на генетичні горизонти. Верхній шар цих ґрунтів являє собою сольову кірку або пухкий сольовий шар темно-сірого кольору, концентрація солей у поверхневому горизонті коливається від 3-8 до 15-25 %, униз по профілю зменшується до 1-3 %. Склад солей хлоридно-сульфатний магнієво-натрієвий [101,196,198].

Природний потенціал ґрунтів досліджуваного регіону коливається від 100 до 200 т/га гумусу [195], однак цей, відносно значний потенціал реалізується не повною мірою через нестачу вологи, позаяк ґрунти розміщені в посушливій зоні, несприятливими фізико-хімічними, водно-фізичними та агрохімічними властивостями. Застосування меліоративних заходів для підвищення родючості цих ґрунтів обумовлюють існування відмінних від природних умов закономірностей ґрунтових процесів, які потребують спеціального вивчення.

Морфологічна характеристика профілів досліджуваних ґрунтів представлена у розділі 4.1.

Розділ 4. Закономірності змін властивостей агроперетворених грунтів солонцевих комплексів

4.1 Морфологічна будова профілю

Морфологічні ознаки, профіль ґрунту є стійкою зовнішньою характеристикою і відображають найважливіші його властивості, особливості походження та розвитку [158,159]. Залучення ґрунтів до сільськогосподарського використання зумовлює низку перетворень у ґрунтовій товщі, що в певній мірі діагностуються при морфолого-генетичному їх аналізі. Перш за все ці зміни проявляються у трансформації верхньої частини профілю внаслідок утворення орного шару, який для окультурених ґрунтів, при збереженні зонального обличчя профілю, набуває значення нового самостійного генетичного горизонту, що багато в чому визначає рівень ґрунтової родючості, напрямок та інтенсивність ґрунтотворного процесу [159].

У природному стані солонцеві ґрунти характеризуються різкою диференціацією ґрунтового профілю на елювіальний та ілювіальний горизонти. Вивчення морфологічної будови профілю солонцевих ґрунтів, що протягом тривалого періоду використовуються у ріллі, показало, що систематичне застосування звичайного обробітку призводить до зменшення товщини типоутворюючого ілювіального горизонту (Ih) на 5-10 см внаслідок приорювання та перемішування його з верхніми горизонтами. Таким чином, у солонцях розораних три верхніх горизонти (НЕ, Eh і Ih) за їх товщини 25-35 см змішані. Нижче орного шару та частково збереженого ілювіального горизонту залягають верхній (Нpk) і нижній (Рk(h)) перехідні горизонти та ґрунтотворна порода. У цьому результати наших досліджень узгоджуються з результатами досліджень М. І. Полупана, В.Д.Мухи, І.М.Любімової та інших [5,131,159,196]. Таким чином, цілинний солонцевий профіль навіть після звичайної оранки значно змінюється, і якщо зберігається як власне солонцевий, то лише в частині солонців за умови, коли глибина оранки не перевищує глибину залягання солонцевого горизонту [196].

Про будову профілю солонцю каштанового, залученого до сільськогосподарського використання можна судити з опису розрізу, закладеного нами у 2003 році на варіанті №1 довготривалого стаціонарного досліду С.П.Семенової-Забродіної на території Генічеської дослідної станції (рис.4.1 а).

Згідно загальноприйнятої системи діагностики грунтів [104,194] досліджуваний ґрунт ідентифіковано як солонець каштановий глибокий глибокосолончакуватий легкоглинистий на лесі.

Морфологічну будову профілю темно-каштанового солонцюватого ґрунту, зрошуваного протягом 40 років водами першого класу розкрито в описі розрізу, закладеного нами у 2003 році на варіанті №1 довготривалого стаціонарного досліду у СТОВ „Воїнське”. Скипання від 10% соляної кислоти з 37 см, новоутворення карбонатів у формі білозірки з 65 см (рис.4.2 а).

Згідно загальноприйнятої системи діагностики грунтів [104,194] досліджуваний грунт ідентифіковано як темно-каштановий слабосолонцюватий важкосуглинковий на лесі.

Меліоративна плантажна оранка призводить до більш значних трансформацій морфологічної будови профілю [95,131,201]. В результаті механічного руйнування щільного солонцевого горизонту, перемішування елювіального, ілювіального та перехідного горизонтів, залучення до орного шару карбонатів кальцію з нижніх горизонтів, профіль солонцевих ґрунтів набуває докорінних змін.

Помітний вплив на меліорований шар виявляє щорічний обробіток ґрунту у після меліоративний період. В результаті відбувається рівномірний розподіл карбонатів кальцію в межах орного шару, про що свідчить суцільне скипання від 10 % соляної кислоти. Проведеними дослідженнями встановлено, що у довготривалій післядії (30-50 років) в плантажованих ґрунтах обособлюється окультурений орний шар, який стає під впливом постійного звичайного обробітку однорідним за структурою і забарвленням. Нижче залягає підорний шар (30-40 см), теж однорідний, але декілька ущільнений порівняно з орним, у профілі не спостерігається ілювіювання мулистих фракцій і формування солонцевих горизонтів. Глибше залягає агроперетворений („турбурований” за визначенням І. М. Любімової, Е.О. Корнблюма та ін. [112,135]) шар (40-60 см), який складається із набору часток, що відрізняються одна від одної складом і розміром фрагментів вихідних генетичних горизонтів. Нижче знаходяться карбонатні горизонти, які не були залучені до обробітку і мають природну будову [26,28,29,54].

Про морфологічну будову профілю солонцю каштанового плантажованого можна судити з опису розрізу, закладеного нами у 2003 році на варіанті №4 довготривалого стаціонарного досліду С. П. Семенової-Забродіної на території Генічеської дослідної станції (рис.4.1). Скипання від 10 % НСl спостерігається з поверхні. Плям солонців на поверхні ділянки не виявлено, хоча на ґрунтовому плані, складеному до закладання досліду вони позначені (рис.4.1 б).

Згідно загальноприйнятої системи діагностики ґрунтів [104,194] досліджуваний ґрунт ідентифіковано як солонець каштановий глибокий глибокосолончакуватий плантажований легкоглинистий на лесі.

Будова профілю і морфологічні властивості плантажованого зрошуваного темно-каштанового слабосолонцюватого ґрунту дещо відрізняється від солонцю каштанового плантажованого. Наявна деяка різниця у забарвленні і структурі у зв'язку з різним вихідним станом, крім того помітна різниця у перерозподілі колишніх генетичних горизонтів. Протягом тривалої післядії меліоративної плантажної оранки в солонцевих ґрунтах утворився підорний шар, однорідний за забарвленням, структурою та складенням, тоді як в підорному шарі темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів все ще наявні частки вихідних генетичних горизонтів. Суттєвих різниць у морфологічній будові профілю плантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів в умовах зрошення прісною та слабомінералізованою водою не помічено.

Про будову профілю плантажованого темно-каштанового слабосолонцюватого ґрунту, зрошуваного прісною водою, можна судити з опису розрізу, закладеного нами у 2003 році на варіанті №4 довготривалого стаціонарного досліду у СТОВ ”Воїнське” (рис. 4.2). Бурхливе скипання від 10 % НСl спостерігається з поверхні. Плям солонців на поверхні ділянки не виявлено (рис.4.2 б).

Згідно загальноприйнятої системи діагностики ґрунтів [104,194] досліджуваний ґрунт ідентифіковано як темно-каштановий несолонцюватий плантажований легкоглинистий на лесі.

Таким чином, коротко підсумовуючи наведену інформацію, можна зробити наступні висновки:

1. В результаті залучення солонцевих ґрунтів до ріллі морфологічна будова їх профілю набуває певних змін. В солонцях утворюється орний шар, що складається з гумусово-елювіального, елювіального і частково ілювіального горизонтів. При цьому потужність самого ілювіального горизонту зменшується на 5-10 см.

2. При довготривалому післямеліоративному розвитку плантажованих солонців і темно-каштанових солонцюватих ґрунтів реставрація солонцевого процесу за досліджуваний період не відбувається, що підтверджується відсутністю текстурної диференціації ґрунтового профілю за елювіально-ілювіальним типом, а отже свідчить про продовження позитивної післядії меліоративної плантажної оранки.

3. Співставлення наведених описів плантажованих солонцевих ґрунтів з морфологічною характеристикою неплантажованих ґрунтів показує, що в тривалій післядії меліоративної плантажної оранки ґрунти набули принципово відмінної від неплантажованих аналогів будови профілю і комплексу зовнішніх ознак сформованих генетичних горизонтів. Отже, ми можемо стверджувати, що результатом післямеліоративного розвитку є утворення агроперетворених ґрунтів, які не мають аналогів у природі.