Агроперетворені ґрунти солонцевих комплексів сухого степу України

4.2 Сольовий склад плантажованих і неплантажованих солонцевих ґрунтів

Аналіз численних досліджень щодо вмісту солей у ґрунтах півдня України показує, що засолення має чітко означений зональний і регіональний характер. Кількість солей збільшується, а глибина їх залягання зменшується від зони чорноземів південних до каштанових і лучно-каштанових солонцюватих ґрунтів, а у підзонах - з заходу на схід. На глибину акумуляції солей виявляють вплив умови рельєфу та гранулометричний склад ґрунту [50,101,154,175,196,198,205].

У вихідному стані досліджувані ґрунти характеризувалися незначним вмістом водорозчинних солей у верхній 0-100 см частині ґрунтового профілю. Так, у солонці каштановому загальна сума солей до глибини 70-90 см коливалася в межах 0,06-0,11 %, а перший сольовий горизонт з вмістом солей 0,74 % виявлявся на глибині більше 100 см [5,170,175] а у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах накопичення солей спостерігалося з глибини 100-120 см [5,175].

Тривале сільськогосподарське використання цих ґрунтів і застосування меліоративних заходів (меліоративна плантажна оранка та зрошення) внесли певні зміни до їх сольового складу.

Аналіз вмісту водорозчинних солей в солонцях каштанових плантажованих в незрошуваних умовах показав, що за досліджуваний період в цих ґрунтах переважають процеси розсолення. Встановлено, що вже на третій рік після проведення меліоративної плантажної оранки значно підвищився вміст гідрокарбонатів кальцію у верхніх шарах ґрунту [175,223]. Відбулося вирівнювання вмісту водорозчинного натрію по всій глибині меліорованого шару [222].

Більш суттєві зміни в сольовому складі відбулися на 13 рік післядії плантажної оранки. Суттєво знизилася сума загальних солей, а сольовий максимум виявився на глибині близько 150 см (табл.4.2). Якісний склад солей покращився за рахунок зниження вмісту хлоридів і сульфатів, особливо в більш глибоких шарах, підвищився вміст карбонатів та бікарбонатів у всьому ґрунтовому профілі. У верхніх шарах зберігся більш високий вміст водорозчинного кальцію при деякому зниженні вмісту водорозчинного магнію, а у більш глибоких шарах знизився вміст усіх катіонів (кальцій, магній, натрій) [175].

Таблиця 4.2

Динаміка вмісту водорозчинних солей у солонцях каштанових

Примітка. У таблиці використані дані С. П. Семенової-Забродіної за 1957р. та М.М.Лаврентьєва за 1967 р [223,175].

На 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки інтенсивність процесу розсолення значно знижується порівняно з попередніми роками досліджень і можна говорити лише про тенденцію до подальшого зменшення вмісту солей [26,28,29,54]. У верхній 0-100 см частині ґрунтового профілю загальна кількість солей зменшилася не істотно порівняно з 13 роком післядії. Усі солі рівномірно розподілені у профілі і у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію. Їх вміст коливається у межах 0,06-0,08 %, що свідчить про відсутність навіть слабкого ступеня загального засолення і може означати стабілізацію кількісного і якісного складу солей верхнього (0-100 см) шару ґрунту. Горизонт сольових акумуляцій з вмістом солей 0,64 % гідрокарбонатно-сульфатного магнієво-кальцієвого складу виявився на глибині 175 см, що свідчить про подальше вимивання легкорозчинних солей вглиб ґрунтового профілю (рис 4.3).У всьому профілі ґрунту у двічі знизилася сума токсичних солей, порівняно з 13 роком післядії. Це зменшення відбулося передусім за рахунок сульфатів та гідрокарбонатів натрію.

Вміст катіону натрію у ґрунтах знизився у 6-8 разів, чому сприяли прісні атмосферні опади, а вміст катіонів кальцію зріс у 2 рази, що пояснюється поступовим розчиненням карбонатів кальцію, залучених до орного шару в результаті меліоративного обробітку. Зазначені зміни у катіонному складі водної витяжки зумовили зростання показника Сa:Na з 0,13-0,62 до 6,5-9,6 у 0-100 см частині ґрунту і з 0,05-0,5 до 1,8-3,6 у більш глибоких шарах.

Вивчення сольового складу солонцю каштанового неплантажованого показало, що за 50 років їх сільськогосподарського використання кількість загальних і токсичних солей у профілі зменшилася у двічі. Це зменшення відбулося передусім за рахунок хлоридів та сульфатів натрію. Так, порівняно з 1967 роком, кількість хлоридів зменшилася у 2 рази (з 0,21-0,28 м-екв/100 г у 1967 р. до 0,12-0,14 м-екв/100 г у 2003 р.), а сульфати у верхній частині профілю майже зовсім зникли. Вміст катіону натрію знизився з 0,7 - 3,9 м-екв/100 г у 1967 до 0,07 - 1,5 м-екв/100 г у 2003-2005 р. Натомість у ґрунтах спостерігається тенденція до деякого збільшення водорозчинних кальцію та магнію. Такі зміни у катіонному складі зумовили зростання відношення Сa:Na з 0,2-0,5 у 1967 році до 4,0-5,4 у 2003-2005 роках .

Рис. 4.3. Профільний розподіл водорозчинних солей

у солонцях каштанових, 2003 рік (вміст іонів, м-екв/100 г ґрунту)Картину вертикального розподілу водорозчинних солей у неплантажованому солонці каштановому представлено на рис. 4.3. З рисунка видно, що усі солі рівномірно розподілені до глибини 150 см, у цій частині профілю переважають гідрокарбонати кальцію та магнію. Акумуляційним горизонтом для водорозчинних солей став шар 150-175 см, склад солей у ньому хлоридно-сульфатний магнієво-кальцієвий.

У цілому можна констатувати, що за 50 років сільськогосподарського використання у солонці каштановому наявний процес розсолення. Імовірно цей процес відбувається під впливом атмосферних опадів, чому сприяє зменшення щільності складення орного шару та зменшення потужності ілювіального горизонту, що є результатом постійного обробітку цих ґрунтів.

В умовах зрошення водами першого класу процес розсолення у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах протікає більш швидко.

Вже на 4 рік після проведення меліоративної плантажної оранки (1969 рік) спостерігалося зниження вмісту сульфатів в межах півтораметрової товщі. На 9 рік післядії (1974 рік) загальна сума солей в півтораметровому шарі продовжувала знижуватися, досягаючи на глибині 150 см 0,07-0,11% (при 1,55-1,71 до зрошення у 1965 році). Кількість хлоридів у ґрунті була незначною і коливалася у шарі 150 см від 0,005 до 0,01 % [169,175,193].

На 40 рік післядії меліоративної плантажної оранки слід відзначити відсутність навіть слабкого ступеня загального і токсичного засолення темно-каштанових плантажованих ґрунтів у шарі 0-100см (табл.4.3). Вміст водорозчинних солей тут коливається в межах 0,07-0,08 % тип засолення переважно сульфатно-гідрокарбонатний магнієво-кальцієвий (рис.4.4). Подальше поступове зниження вмісту водорозчинних солей відбувається за рахунок хлоридів натрію. Значення pH 7,4-7,7 у межах оптимальних для більшості сільськогосподарських культур [26,28,29,54].

У ґрунтах наявна тенденція до подальшого зниження катіону натрію, при деякому збільшені катіонів кальцію та магнію. Такі зміни у катіонному складі плантажованих ґрунтів обумовлюють зростання показника Сa:Na з 3,4 до 6,7.

71

Таблиця 4.3

Динаміка вмісту водорозчинних солей в темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних водою першого класу

Примітка. У таблиці використані фондові матеріали лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів (вміст водорозчинних солей у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою у 1966 та 1970 рр.[160]).

Загалом 40 років післядії меліоративної плантажної оранки в темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах в умовах зрошення прісною водою запаси солей у меліорованій частині ґрунту зменшилися з 8,1 т/га у 1965 році до 5,6 т/га у 2003-2005 рр., а токсичних солей з 3,7 т/га до 2,0 т/га.

Горизонт сольових акумуляцій з вмістом солей 0,84-0,86% сульфатно- гідрокарбонатного магнієво-кальцієвого складу виявився на глибині близько 200 см, що свідчить про подальше розсолення нижньої частини ґрунтового профілю.

Вивчення сольового складу неплантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів показало, що в перші роки зрошення у верхній 0-100 см частині ґрунтового профілю значно знижується вміст загальних і токсичних солей, в основному за рахунок хлоридів і сульфатів натрію. Горизонт сольових акумуляцій переміщається на глибину 75-100 см. В подальшому якісний і кількісний склад солей верхньої частини ґрунтового профілю стабілізується, про що свідчить незначне зниження вмісту загальних і токсичних солей у 0-100 см частині профілю, порівняно з попередніми роками досліджень. Вміст солей тут коливається в межах 0,04-0,09 %, у якісному складі солей переважають гідрокарбонати кальцію.

За роки зрошення вміст водорозчинного натрію у всьому профілі знизився у 2-2,5 рази, натомість спостерігається тенденція до збільшення кількості водорозчинного кальцію, джерелом постійного надходження якого в ґрунти є гідрокарбонатно-кальцієві зрошувальні води. Збільшення кількості водорозчинного кальцію обумовлює і зростання показника Сa:Na з 2,5 до 5,7.

Порівняно з 1970 роком, горизонт сольових акумуляцій з вмістом солей 0,20-0,32 % гідрокарбонатно-сульфатного магнієво-кальцієвого складу виявився на глибині 175-200см, що свідчить про досить інтенсивне протікання процесу розсолення ґрунтоутворюючої породи.

При зрошенні слабомінералізованими водами, як відомо, зростає імовірність інтенсивного засолення ґрунту. У цьому випадку одним з основних чинників, що визначають інтенсивність соленакопичення в ґрунті є рівень залягання і мінералізація підґрунтових вод, а також можливість їх відтоку [27,76,77,92,93,115,128,186,193,209,214,265].

Дослідженнями Ю.Є.Кізякова встановлено, що за 5 років зрошення слабомінералізованими водами вміст водорозчинних солей у шарі 0-60 см темно-каштанових солонцюватих ґрунтів (як плантажованих так і неплантажованих) був практично однаковим, однак їх якісний склад істотно відрізнявся. У складі водорозчинних солей плантажованих ґрунтів виявилося значно більше гідрокарбонат-іонів, іонів кальцію, магнію і натрію. Дещо збільшилась кількість хлорид-іонів і повністю вимилися сульфати [86,95,103].

Нашими дослідженнями встановлено, що на 30-й рік післядії плантажної оранки після припинення зрошення слабомінералізованими водами верхня 0-75 см частина ґрунтового профілю як меліорованого так і немеліорованого ґрунту розсолені. Вміст солей тут коливається в межах 0,08-0,09% (табл. 4.4). Усі солі розподілені рівномірно, а у їх якісному складі переважають гідрокарбонати кальцію та натрію (рис. 4.5) [54].

Таблиця 4.4

Показники сольового складу темно - каштанових слабосолонцюватих ґрунтів, виведених зі зрошення слабомінералізованими водами, 2003 рік

Слабкий ступінь засоленості на обох варіантах відмічається на глибині близько 100 см. Кількість солей тут 0,16 % на плантажі і 0,29 % на контролі. Вони переважно гідрокарбонатно-сульфатного кальцієво-натрієвого та натрієво-кальцієвого складу.

Горизонт сольових акумуляцій на плантажованому варіанті імовірно виявляється глибше 200 см, що свідчить про розсоленість ґрунтоутворюючої породи. На контрольному варіанті акумуляція солей спостерігається на глибині 200 см. Кількість солей тут 0,30 %, а у їх якісному складі переважають сульфати магнію та натрію.

Кількість водорозчинного кальцію дещо вища у профілі плантажованих ґрунтів. Однак на обох варіантах у катіонному складі водної витяжки у всьому ґрунтовому профілі все ще переважає натрій (виключення складає лише орний шар плантажованого варіанту, де переважає кальцій). Таке співвідношення у катіонному складі обумовлює майже однакові значення показника Сa:Na, за виключенням шару 0-30 де співвідношення Сa:Na на плантажі складає 1,6 при 0,6 на контролі.

В цілому можна констатувати, що на 30 рік післядії плантажної оранки і на 5 рік припинення зрошення слабомінералізованими водами в темно-каштанових солонцюватих ґрунтах обох варіантів наявний процес розсолення. Однак на плантажованому варіанті він протікає більш швидко.

Карбонати кальцію, що є частиною мінеральної маси ґрунтів, виявляють значний вплив на інтенсивність і напрямок розвитку ґрунтоутворюючих процесів. Вони - потенційне джерело обмінного і водорозчинного кальцію, впливають на реакцію ґрунтового розчину, поживний режим, сприяють утворенню і збереженню водотривкої структури в умовах інтенсивного антропогенного навантаження на ґрунти. В умовах зрошення карбонати є одним з чинників, що попереджують інтенсивний розвиток деградаційних процесів. Розчинення карбонатів розширює співвідношення між Сa:Na в ґрунтовому розчині, що обумовлює зниження вбирання натрію ґрунтовими поглинальним комплексом [11,86,123,131,193,224].

Застосування меліоративної плантажної оранки призводить до змін карбонатного профілю ґрунту, що проявляються у перерозподілі карбонатних новоутворень карбонатно-акумулятивного горизонту, появи карбонатів кальцію у значних кількостях в орному шарі, і як наслідок, підвищенні лінії скипання від 10% HCl [175,184]. Залучені до орного шару карбонати кальцію переходять у водорозчинну форму - бікарбонат, катіон кальцію якого легко обмінюється на увібраний натрій. Концентрація іону кальцію у грунтовому розчині залежить від кількості залучених до орного шару кальцієвих сполук та їх розчинності [25,182].

Проведеними дослідженнями встановлено, що карбонатний профіль усіх контрольних варіантів є типовим для солонцевих ґрунтів з незначним вмістом карбонатів в орному шарі - 0,3-0,5 % та максимальним їх накопиченням у шарі 75-100 см (16-22 %) (табл.4.1). Вигортання карбонатовмісних горизонтів при проведенні меліоративної плантажної оранки обумовило наявність значних кількостей карбонатів кальцію в орному шарі плантажованих ґрунтів. Навіть у тривалій післядії карбонатні профілі плантажованих варіантів відзначаються все ще високим вмістом карбонатів кальцію в орному шарі та рівномірним їх розподілом у всій меліорованій товщі (0-60 см). Слід відзначити, що у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах при тривалому (більше 40 років) зрошенні прісними водами вміст карбонатів у профілі як плантажлованого так і неплантажованого варіантів практично не змінюється.

Коротко підсумовуючи викладені матеріали стосовно сольового складу плантажованих і неплантажованих солонцевих ґрунтів можна зробити такі висновки.

1. Загальною закономірністю для усіх досліджуваних ґрунтів є процес розсолення ґрунтового профілю, однак інтенсивність цього процесу різна.

2. У плантажованих ґрунтах найбільш активно процес розсолення протікає в перші 10-15 років після проведення меліоративної плантажної оранки. Зрошення дещо прискорює цей процес. В наступні роки, як у зрошуваних, так і у незрошуваних умовах спостерігається лише тенденція до подальшого зниження вмісту загальних і токсичних солей. Відсутність засолення 0-100 см шару ґрунту може означати стабілізацію їх якісного складу і кількісного вмісту. Процес розсолення більш інтенсивно протікає у ґрунтоутворюючій породі, про що свідчить збільшення глибини залягання горизонту акумуляції солей і поліпшення їх якісного складу.

3. У неплантажованих солонцях каштанових та темно - каштанових слабосолонцюватих ґрунтах також наявний процес розсолення. Це підтверджується зниженням вмісту загальних і токсичних солей у ґрунтовому профілі і поліпшенням їх якісного складу. Імовірно цей процес відбувається під впливом атмосферних опадів та зрошення, чому також сприяє зменшення щільності складення орного шару та зменшення потужності ілювіального горизонту, що є результатом постійного обробітку цих ґрунтів.

Таблиця 4.1

Вміст карбонатів кальцію у досліджуваних ґрунтах, %

Примітка. У таблиці використані дані Ю.Є.Кізякова (вміст карбонатів кальцію у солонці каштановому, 1967 р.) та Г.В.Новікової (вміст карбонатів кальцію у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою, 1966 та 1970 рр.) [93,160]

4. Розсолення вилучених зі зрошення плантажованих і неплантажованих темно-каштанових ґрунтів відбувається дещо повільніше. Хоча верхня 0-75см частина ґрунтового профілю як плантажованого так і неплантажованого ґрунту розсолені у якісному складі водорозчинних солей обох варіантів все ще переважає водорозчинний натрій.

5. Карбонатний профіль усіх досліджуваних неплантажованих ґрунтів є типовим для солонцевих ґрунтів, тоді як плантажовані ґрунті відзначаються високим вмістом карбонатів кальцію в орному шарі та рівномірним їх розподілом у всій меліорований товщі.

4.3 Зміни фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів

Процеси солеобміну у ґрунтах нерозривно пов'язані зі станом ґрунтового поглинального комплексу (ГПК), насамперед зі складом увібраних катіонів, які мають в першу чергу на увазі коли говорять про фізико-хімічні властивості ґрунту. Ґрунтовий поглинальний комплекс і обмінно-увібрані катіони, що насичують його виявляють виключний вплив на структуру ґрунту, агрофізичні властивості, поглинальну здатність, ємність обміну, реакцію ґрунтового розчину і буферність ґрунту, на закріплення поживних речовин і в цілому на поживний режим ґрунту, що в кінцевому висновку визначає рівень ґрунтової родючості [25,53,77,182,184,205]. Саме на цей аспект звертав увагу К.К.Гедройць, вказуючи, що усі властивості ґрунту, що обумовлюють величину врожаю, в тій чи іншій мірі пов'язані з кількісними і якісними показниками поглинального комплексу ґрунту.

Як відомо з класичних праць К.К.Гедройця [32] заміщення кальцію ГПК на натрій надає ґрунтовим колоїдам здатності до пептизації і зумовлює, таким чином, суттєві зміни цілої низки агрономічно значущих властивостей ґрунту (стану макро- та мікроструктури, крихкості, твердості, липкості, фільтраційної здатності, доступності макро- та мікроелементів живлення для рослин, стану органічної речовини, мікрофлори тощо) [53,77,205].

Розорення солонцевих ґрунтів, і особливо застосування меліоративної плантажної оранки, як зазначалося вище, привносить помітні зміни в солонцеві ґрунти. Вони зазнають позитивної агрогенної трансформації і втрачають більшість з тих морфологічних ознак, відповідно до яких у цілинному стані ідентифікувалися як власне солонці чи солонцюваті ґрунти [90,95,112,135,151]. У зв'язку з цим зростає роль інших, не морфологічних показників, зокрема стану ГПК. Найуживанішим критерієм для визначення ступеня солонцюватості був і залишається вміст обмінного натрію [241,242].

Результати наших досліджень показали, що під впливом сільськогосподарського використання в ГПК солонцевих ґрунтів відбуваються значні кількісні і якісні зміни, що відображають особливості їх сучасного розвитку і впливають на рівень ґрунтової родючості. Загальною закономірністю для плантажованих та неплантажованих грунтів є збільшення вмісту увібраного кальцію та зменшення частки увібраних магнію та натрію у ГПК, при цьому швидкість змін у ГПК досліджуваних ґрунтів за варіантами різна [26,28,29,54].

За даними М.М.Лаврентьєва [175] у плантажованих солонцях каштанових в незрошуваних умовах ці зміни добре помітні вже на другий рік після оброітку, але більш чітко вони простежуються через сім років (1961 р.). За ці роки насиченість ґрунту кальцієм в метровому шарі досягла 61,4-68,6% (при 48,6-58,3 % у 1955 році), кількість увібраного магнію знизилася з 39,2-31,7% до 26,6-31,7 % , а натрію з 5,1-11,1 % до 4,7-9,5 % від суми катіонів [86,175].

Нашими дослідженнями встановлено що в наступні роки відбувається подальше розсолонцювання і на 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки у меліорованому шарі (0-60 см) підвищується абсолютний і відносний вміст кальцію (21,2-27,4 мекв/100г ґрунту, або 60,7-74,5 %). Вміст увібраного магнію при цьому має тенденцію до деякого зростання (7,9-12,7 мекв/100г ґрунту або 21,6-36,4 %), натомість кількість увібраного натрію в усьому профілі знизилася у двічі (0,32-0,51 мекв/100г ґрунту або 0,9-1,3 %) (рис 4.6).

Зміни іонно-сольового складу ґрунтового розчину неплантажованого солонцю каштанового призвели до трансформацій у складі ГПК. За роки інтенсивного сільськогосподарського використання цих ґрунтів зменшився вміст увібраного натрію в орному шарі (з 3,7 % у 1955 році до 2,4-2,2 % у 2003 -2005 роках). В шарі 30-40 см також помічено тенденцію до деякого зменшення увібраного натрію, однак кількість його порівняно з попередніми роками змінилася не так істотно.

Зміни у ГПК солонців каштанових обох варіантів обумовлені високою активністю кальцію у ґрунтовому розчині, при досить невисокій активності натрію (табл.4.5). Так, в орному шарі плантажованих ґрунтів активність іонів кальцію становить 10,02 мекв/л і 6,2 мекв/л у тому ж шарі неплантажованого варіанту. Така активність іонів кальцію обумовлює співвідношення в плантажованих солонцях в межах 0,5-0,7, що підтверджує розсолонцювання цих ґрунтів. В плантажованих ґрунтах це співвідношення дещо вище (1,7-1,8), що свідчить про наявність слабкого ступеня солонцюватості [120,163].

Таблиця 4.5

Активність іонів натрію та кальцію в солонцях каштанових, 2003 рік

В умовах іригації процес розсолонцювання відбувається більш швидко [27,76,92,115,128,193,214]. За даними Г.М.Пікузи [167,175,193] вже на 4 рік після проведення меліоративної плантажної оранки знизився вміст увібраного натрію та магнію у ГПК у верхній 0-30 см частині ґрунту. Разом з тим в плантажованому ґрунті спостерігається значне підвищення вмісту увібраного кальцію. Так, на варіанті з плантажною оранкою вміст увібраного кальцію в орному шарі ґрунту склав 22,5 м-екв/100 г порівняно з 15,0 м-екв/100 г на контрольному неплантажованому варіанті. Це пояснюється перш за все залученням до орного шару великої кількості глинистої карбонатної маси, що є постійним джерелом кальцію в розчині [175].

Згідно наших досліджень, на 40 рік післядії в цих ґрунтах спостерігається високий вміст кальцію в орному шарі - 27,5 м-екв/100 г, що складає 76,7 % від суми ГПК. Вміст увібраного натрію знизився у 3 рази, порівняно з попередніми роками досліджень, з 2,7 % у 1973 до 0,9 % у 2003-2005 роках. Таким чином, можна стверджувати, що у плантажованих ґрунтах відбувається інтенсивний процес розсолонцювання, обумовлений зрошенням прісною водою і продовженням позитивної дії карбонатів кальцію (рис.4.7) [26,28,29,54].

Зрошення також сприяло розсолонцюванню неплантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів. При цьому глибина розсолонцювання виявилася вищою, порівняно з незрошуваними солонцями каштановими. Так, за досліджуваний період вміст натрію в орному шарі цих ґрунтів знизився з 3,4 % у 1965 році до 0,8-0,9 % у 2003-2005 роках, а в шарі 30-40 (ілювіальний горизонт) з 2,06 % до 0,9-1,05 %. При цьому доля увібраного кальцію підвищилася в орному шарі до 75,8 %. Визначальну роль у збільшенні долі увібраного кальцію відіграє кальцій зрошувальних вод, а також кальцій слаборозчинних ґрунтових сполук (переважно карбонатів), який під впливом зрошення переходить у більш розчинні форми, що сприяє його входженню в ГПК.

Зрошення підсилює біохімічні процеси, в результаті чого збільшується кількість вуглецю. У зв'язку з цим карбонат кальцію з інертної форми переходить до розчинної, що проявляється у збільшенні активності іонів кальцію [14,60,102,121,183,184,205]. Підвищена активність його зберігається протягом тривалого періоду післядії. Така висока активність іонів кальцію в плантажованих ґрунтах свідчить про високу їх буферність до процесів осолонцювання. Натомість активність іонів натрію зменшується з роками як в плантажованих так і в неплантажованих ґрунтах. За рахунок цього відношення в шарі 0-60 см плантажованих ґрунтів знизилося у 3-5 разів порівняно з вихідним рівнем. Величина його коливається в межах 0,2-0,4, що свідчить про відсутність розвитку солонцевого процесу в цих ґрунтах. В неплантажованих ґрунтах співвідношення знизилось у 1,5 рази, що підтверджує наявність процесу розсолонцювання (табл.4.6) [120,163].

Таблиця 4.6

Зміни активності натрію та кальцію в темно - каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою

Зі збільшенням мінералізації зрошувальних вод і кількості в них вмісту натрію зазвичай відбувається збагачення ґрунтового розчину катіонами натрію та магнію і зменшення катіонів кальцію, що зсуває іонну рівновагу в бік активного входження в ГПК катіонів натрію і магнію і виходу з нього катіонів кальцію [77,86].

За даними Ю.Є.Кізякова при зрошенні темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів слабомінералізованими водами, в перші 4 роки відбувалося активне накопичення натрію в ГПК до глибини 60 см, що супроводжувалося витисканням кальцію та магнію. Через 7 років склад увібраних катіонів стабілізувався і залишався майже не змінним [86].

Згідно наших досліджень після припинення зрошення слабомінералізованими водами, на 30 рік післядії меліоративної плантажної оранки під впливом атмосферних опадів у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах наявний процес розсолонцювання. Доля увібраного натрію у всьому меліорованому шарі знизилася з 2,1 % у 1986 році до 0,8 % у 2003. При цьому спостерігається незначне збільшення вмісту увібраного магнію. Вміст кальцію залишається майже незмінним і складає 70-72 %. (рис 4.8). Відсутність солонцюватості в меліорованому шарі цих ґрунтів підтверджується показником відношення , який складає 0,2-0,3 [120,163].

У неплантажованих ґрунтах вміст увібраного натрію в орному шарі залишився незмінним порівняно з попередніми роками і складав близько 2 %.

Процес розсолонцювання солонцевих ґрунтів підтверджується і у виробничих умовах. У складі увібраних катіонів переважає кальцій. Доля увібраного натрію та магнію значно нижча. Порівняно з вихідним ґрунтом в плантажованих і неплантажованих солонцях каштанових вміст увібраного натрію знизився у три рази, при цьому спостерігалося зростання вмісту увібраного кальцію (табл.4.7).

Таблиця 4.7

Вміст увібраних катіонів у солонцях каштанових у виробничих умовах

Отже, коротко підсумовуючі наведу інформацію, можна зробити наступні висновки:

1. Загальною закономірністю для усіх досліджуваних ґрунтів є процес розсолонцювання. Це підтверджується збільшенням вмісту увібраного кальцію за рахунок зменшення частки увібраних магнію та натрію у ГПК. Інтенсивність процесу розсолонцювання у досліджуваних ґрунтах різна, що обумовлено застосовуваними меліоративними заходами.

2. В незрошуваних умовах помітні зміни у складі ГПК відзначаються вже на другий рік післядії плантажної оранки, але більш чітко вони простежуються на 7 рік. На 50 рік післядії вміст увібраного натрію у ГПК солонців каштанових незначний, і можна констатувати відсутність солонцюватості.

3. В умовах зрошення прісною гідрокарбонатною водою зміни у складі ГПК відбуваються більш швидко і розсолонцювання спростерігається вже на 4 рік післядії меліоративної плантажної оранки.

4 В умовах зрошення слабомінералізованими водами в перші роки спостерігається активне накопичення натрію у ГПК плантажованих ґрунтів. Після припинення зрошення на 30 рік післядії плантажної оранки спостерігається активне витискання увібраного натрію з ГПК і підвищення частки увібраного кальцію.

5. Зміни у складі ГПК ґрунту обумовлені високою активністю іонів кальцію. Підвищена активність їх зберігається протягом 40-50 років післядії плантажної оранки. Висока активність іонів кальцію в плантажованих ґрунтах як у зрошуваних так і у незрошуваних умовах свідчить про високу їх буферність до процесів осолонцювання.

6. У неплантажованих солонцях каштанових та темно-каштанових солонцюватих ґрунтах можна констатувати процес розсолонцювання, обумовлений змінами іонно-сольового складу ґрунтового розчину. У незрошуваних солонцях каштанових спостерігається зниження вмісту увібраного натрію і збільшення частки увібраного кальцію лише в орному шарі. У зрошуваних темно-каштанових слабосолонцюваних ґрунтах зниження долі увібраного натрію спостерігається і в орному і в типоутворюючому ілювіальному горизонтах. Розсолонцювання орного шару темно-каштанових солонцюватих ґрунтів, вилучених зі зрошення слабомінералізованими водами не виявлено. Наявність процесу розсолонцювання зональних ґрунтів (солонців каштанових), що протягом тривалого періоду використовуються у ріллі підтверджується на неплантажованих варіантах ділянок виробничого впровадження меліоративної плантажної оранки.

4.4 Вміст гумусу у плантажованих та неплантажованих солонцевих ґрунтах

Вміст і якісний склад гумусу є найважливішим інтегральним показником генезису і родючості ґрунту. Вміст органічної речовини та його динаміка в просторі і часі характеризує зміни темпів і напрямів ґрунтоутворення, визначає рівень потенційної родючості ґрунтів [51,53,64,122,236]. Він обумовлює поглинальну здатність та процеси структуроутворення, впливає на тепловий, водний та поживний режими ґрунтів [179,182]. Тому показники гумусового стану ґрунтів переважно використовуються для діагностики, оцінки рівня родючості, агровиробничого групування ґрунтів і їх агроекологічного стану.

Солонцеві ґрунти степової зони відрізняються невисоким вмістом гумусу в орному шарі. Його кількість у солонцях каштанових складає 2,0-2,1 %, з глибиною гумусованість значно знижується. У темно - каштанових ґрунтах спостерігається чітка різниця в гумусованості залежно від гранулометричного складу (від 1,8 до 2,6 %) [1,2,100,198].

В дослідженнях останнього часу [16,17,31,57,58,110,148,180,197] все більше уваги приділяється виявленню впливу розорювання і сільськогосподарського використання ґрунтів на вміст і якісний склад органічної речовини. При цьому йдеться як про зменшення запасів органічної речовини [2,16,31,36,108,131,152,197,203], так і про її накопичення [88,95,152,123,175,244].

Меліоративна плантажна оранка призводить до істотних змін організації гумусового профілю та вмісту гумусу солонцевих ґрунтів. При проведенні такого обробітку верхня гумусована частина ґрунтового профілю переміщується на деяку глибину, тому в перші роки після його проведення відмічається зниження вмісту гумусу в орному шарі на 15-20 %, тоді як в більш глибоких шарах (30-60 см) відбувається збагачення органічною речовиною на 40-80 %, порівняно з тією ж глибиною на неплантажованих варіантах [95,175,201,234].

Протягом тривалого періоду післядії меліоративної плантажної оранки формуються ґрунти, що помітно відрізняються від неплантажованих аналогів за вмістом, запасами, профільним розподілом і якісним складом гумусу. В плантажованих ґрунтах спостерігається більш рівномірний розподіл гумусу в меліорованому шарі (0-60 см), при цьому різниця між орним шаром і шаром 40-60 см складає близько 20 %, тоді як в неплантажованих аналогах ця різниця збільшується до 40-50 % (рис 4.9).

Проведеними дослідженнями встановлено, що у незрошуваних умовах вміст гумусу в меліорованому шарі солонців каштанових достовірно збільшувався протягом тривалого періоду післядії плантажної оранки (табл.4.8). Так, на 50 рік післядії вміст гумусу в орному шарі цих ґрунтів становить 2,2-2,3%, при 1,9-2,0 на контролі, а в шарі 40-60 його кількість складає 1,7% при 1,0 % на контролі. Такий профільний розподіл вмісту загального гумусу зумовлює збільшення загального запасу органічної речовини в 0-60 см шарі (150 т/га на плантажованому варіанті при 136 т/га на контролі) і окремо в кожному з шарів плантажованих ґрунтів. При цьому основна частина цих запасів зосереджена в орному шарі і шарі 40-60 см. Накопиченню органічної речовини в плантажованих ґрунтах сприяли значно вищі, порівняно з контролем, врожаї сільськогосподарських культур, завдяки чому нагромаджувався матеріал для гуміфікації - рослинні рештки [110,175,179]. Крім того, висока температура повітря і нестача вологи обумовлюють нетривалий період мінералізації органічної речовини, тому в незрошуваних умовах процес накопичення гумусу переважає над процесом його розчинення [175,180,181].

Таблиця 4.8

Динаміка вмісту загального гумусу (%) у солонцях каштанових

Примітка. У таблиці використані дані Ю.Є.Кізякова (вміст загального гумусу у досліджуваних грунтах, 1967 рік) [89].

У складі гумусу плантажованих солонцевих ґрунтів в тривалій післядії меліоративної плантажної оранки спостерігається переважання групи гумінових кислот над фульвокислотами в результаті чого величина співвідношення Сг.к.:Сф.к. помітно збільшується у всьому меліорованому шарі, тобто зростає глибина гуміфікації (табл. 4.9). Це також добре ілюструється показником ступеня гуміфікації органічної речовини, який вищий у всьому профілі плантажованих ґрунтів. Крім того вміст рухомої органічної речовини в орному шарі плантажованих ґрунтів у 2-2,5 разів нижчий ніж на контрольному варіанті. Це свідчить про закріплення утворюваного гумусу, чому, на нашу думку, має сприяти активний кальцій у профілі меліорованих ґрунтів [55].

В неплантажованих солонцевих ґрунтах за роки їх використання істотних змін вмісту гумусу в орному шарі не відбулося. В той же час спостерігається достовірне його збільшення у шарі 30-40 см. Значну роль у накопиченні гумусу тут відіграють кореневі частини рослин, за рахунок яких відбувається переважне надходження в ґрунти зольних речовин [110]. Крім того цей шар ґрунту відрізняється сприятливими гідротермічними умовами протягом тривалого часу (квітень - жовтень) і пригніченістю мінералізаційних процесів [165]. Підвищення вмісту гумусу в шарі 30-40 см, обумовило деяке зростання його запасів у шарі 0-60 см неплантажованих солонцевих ґрунтів.

Таблиця 4.9

Якісний склад гумусу плантажованих і неплантажованих солонців каштанових

В умовах зрошення прісними водами спостерігаються дещо інші тенденції. Дослідженнями Г.В.Новікової [175] установлено, що вже на 13 рік післядії меліоративної плантажної оранки вміст гумусу і його розподіл в меліорованому шарі темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів стає таким же, як і у ґрунтів контрольної ділянки (табл.4.10). Нашими дослідженнями встановлено, що в наступні роки вміст гумусу в 0-60 см шарі як плантажованих так і неплантажованих ґрунтів істотно не змінився. В орному шарі обох варіантів вміст гумусу коливається в межах 1,9-2,0 %. Він рівномірно розподілений по ґрунтовому профілю з тенденцією до незначного зниження з глибиною (рис 4.10). Однак запаси його в шарі 0-60 см плантажованих варіантів дещо більші (123,4 т/га на плантажі при 116,9 т/га на контролі).

В 0-100 см шарі ґрунту в зрошуваних умовах процес гумусоутворення протікає інтенсивно, в той же час накопичувана органічна речовина піддається більш повній мінералізації [2,16,179,181].

Таблиця 4.10

Динаміка вмісту загального гумусу (%) у темно-каштанових слабо солонцюватих ґрунтах, зрошуваних водами 1 класу

Примітка. У таблиці використані дані Г.В.Новікової (вміст гумусу у досліджуваних грунтах, 1970 рік) [160]

Однак, насиченість ГПК темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів (плантажованих і неплантажованих) кальцієм сприяє закріпленню гумусових речовин, утворюючи форми гуматів, менш доступні розкладанню мікроорганізмами [51,64,110,119,180]. Фульвокислоти і близькі до них прості органічні речовини мінералізуються в першу чергу, збільшуючи при цьому вміст складних органічних речовин, типу гумінових кислот [179,181,182]. Показник ступеня гуміфікації органічної речовини є однаково високим, як на плантажованих, так і на неплантажованих ділянках. Переважання гумінових кислот у якісному складі гумусу обумовлює високе співвідношення Сг.к.:Сф.к на обох варіантах в орному і підорному шарах. Невисокий вміст рухомої органічної речовини на плантажованому варіанті свідчить про те, що гумусові речовини тут закріплюються краще (табл.4.11). Коагуляцію органічних колоїдів на цьому варіанті зумовлює високий вміст карбонатів кальцію і висока активність його іонів. В нижній (40-60 см) частині ґрунтового профілю обох варіантів спостерігається майже однаковий вміст гумінових і фульвокислот і знижується показник співвідношення Сг.к.:Сф.к.

Таблиця 4.11

Якісний склад гумусу плантажованих і неплантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів, зрошуваних прісною водою

При зрошенні слабомінералізованими водами, згідно досліджень Ю.Є.Кізякова [88,95], в темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах вже на 6 рік післядії меліоративної плантажної оранки вміст гумусу в орному шарі і шарі 30-40 см наближався до рівня неплантажованих ґрунтів, а в шарі 40-60 см залишався більш високим. Однак істотних змін групового і фракційного складу гумусу не спостерігалося, що свідчить про його стійкість до фактору зрошення [95].

Нашими дослідженнями встановлено, що на 30 рік післядії меліоративної плантажної оранки після припинення зрошення слабомінералізованими водами вміст гумусу в орному шарі плантажованих і неплантажованих ґрунтів залишається майже однаковим (2,1 % на плантажі при 2,2 % на контролі). З глибиною його кількість на плантажованому варіанті дещо знижується і у шарі 40-60 його вміст складає 1,83 % при 0,63 % на контролі (рис 4.11). Запаси гумусу в плантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах складають 136 т/га на плантажі при 124 т/га на контролі. При цьому в плантажованих ґрунтах 60 % цих запасів зосереджено в орному шарі і 21 % у шарі 40-60, тоді як в неплантажованих ґрунтах 70 % цих запасів приходиться на орний шар.

Що стосується якісного складу гумусу темно-каштанових солонцюватих ґрунтів, то після припинення зрошення слабо мінералізованими водами у складі гумусу обох варіантів переважають гумінові кислоти. При цьому кількість їх у шарах 30-40 та 40-60 см на плантажованому варіанті вища порівняно з контролем. Це зумовлює високе співвідношення Сг.к.:Сф.к у меліорованому профілі і свідчить про збільшення глибини гуміфікації, порівняно з неплантажованими аналогами (табл. 4.12). Як і в інших вищерозглянутих плантажованих грунтах, показник ступеня гуміфікації органічної речовини тут дещо вищій, а кількість рухомої органічної речовини нижче. Отже, з наведених даних випливає, що в плантажованих ґрунтах створюються більш сприятливі умови для накопичення гумусу.

Таблиця 4.12

Вміст і якісний склад гумусу плантажованих і неплантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів, вилучених зі зрошення слабомінералізованими водами, 2005 рік

Коротко підсумовуючи викладену інформацію, потрібно відзначити наступне:

1. Протягом тривалого періоду післядії меліоративної плантажної оранки формуються ґрунти, що помітно відрізняються від немеліорованих аналогів за вмістом, запасами, профільним розподілом і якісним складом гумусу.

2. В тривалій післядії плантажної оранки в зрошуваних і незрошуваних умовах спостерігається збільшення вмісту гумусу в орному шарі плантажованих ґрунтів, і за цим показником вони виходять на рівень контрольного, неплантажованого варіанту.

3. У складі гумусу плантажованих солонцевих ґрунтів у всьому профілі в тривалій післядії меліоративної плантажної оранки переважають гумінові кислоти, Глибина гуміфікації на цих варіантах вище. Високий вміст активного кальцію у профілі плантажованих ґрунтів обумовлює кращу коагуляцію органічних колоїдів на цих варіантах. Показник ступеня гуміфікації органічної речовини у плантажованих грунтах дещо вищій, а кількість рухомої органічної речовини нижче.

4.5 Поживний режим солонцевих ґрунтів

Темно-каштанові, каштанові ґрунти і солонці містять в орному шарі значні кількості загального азоту, що є наслідком гранулометричного складу ґрунту, незначної рухомості гумусу, відсутності вимивання нітратів, через незначну кількість опадів, поглинання аміачних форм азоту мінеральною частиною ґрунту. Згідно досліджень В.Д.Кисіля та Г.М.Кривоносової (1973) [113,175], вміст загального азоту в орному шарі темно-каштанових ґрунтів складає 0,11-0,16 %, каштанових - 0,13-0,15 % і солонців 0,07-0,11 %. З глибиною його кількість помітно зменшується і у шарі 50-60 см, зазвичай, не перевищує 0,04-0,05 %. Кількість мінерального азоту у ґрунті непостійна і залежить в основному від агротехнічних та кліматичних умов і, частково, від генетичних особливостей ґрунту Мінеральний азот у цих ґрунтах знаходиться переважно у аміачній формі протягом усього вегетаційного періоду [100,113].

Досліджувані ґрунти містять у верхніх горизонтах 120-140 мг/100 г ґрунту валового фосфору [100,113]. Максимальна його кількість приходиться на верхній гумусово-елювіальний горизонт, що обумовлено біологічною його акумуляцією, а мінімальна - на материнську породу [100]. Дослідження, щодо доступності рослинам фосфору з різних горизонтів солонцевих ґрунтів півдня України [35], свідчать про несприятливий фосфатний режим як гумусово-елювіального, так і ілювіального горизонтів. Значна частина фосфору представлена кальцієвими фосфатами, що є малорухомими сполуками. Вміст рухомого фосфору для солонцевих ґрунтів півдня України коливається у межах 0,3-3,5 мг/100 г ґрунту, що свідчить про коливання рівня забезпеченості на цей елемент від низького до середнього [35,100,175].

Відомо, що вміст і форми калію у ґрунтах безпосередньо пов'язані з механічним складом та природою глинистих мінералів і відображають мінералогічні особливості вихідних ґрунтоутворюючих порід і самого ґрунту. Високий вміст калію у ґрунтоутворюючих породах Сухостепової зони (лесах) обумовив дуже добру забезпеченість ґрунтів на цей елемент [100].

З огляду на недостатню вивченість поживного режиму плантажованих ґрунтів та активне використання солонцевих ґрунтів у ріллі, особливої зацікавленості набуває з'ясування закономірностей кількісних і якісних змін у складі поживних речовин.

Дослідженнями встановлено, що у перші роки після проведення меліоративної плантажної оранки у солонцях каштанових відбувається зниження загальних запасів і перерозподіл загального азоту по профілю. Валовий вміст фосфору практично не змінюється [160,175,216]. Вміст калію усереднюється у межах меліорованого шару, дещо знижуючись при цьому у верхній частині профілю. Внаслідок високої загальної забезпеченості ґрунтів калієм це не позначалося на калійному живленні рослин. Нітрифікаційна здатність солонцевих ґрунтів у перші 3-5 років після проведення меліоративної плантажної оранки підвищилася у 1,5-2 рази, що імовірно пов'язане зі збільшенням рухомості органічної речовини. У подальшому різниці між плантажем і контролем не спостерігалося [175].

Результати наших досліджень, представлені у табл.4.13, свідчать про те, що на 50 рік післядії меліоративної плантажної оранки профільний розподіл валових форм азоту, фосфору та калію у 0-60 см шарі солонцю каштанового плантажованого є рівномірним і відповідає профільному розподілу гумусу у цих ґрунтах. Вміст валового азоту та фосфору в орному шарі солонцю каштанового плантажованого є вищим порівняно до того ж шару контрольного варіанту. Так, вміст валового азоту складає 0,13 % на плантажі при 0,11 % на контролі, а валового фосфору 0,13 % на плантажі при 0,10 % на контролі. Імовірно це пов'язано з вищим вмістом гумусу в орному шарі плантажованих ґрунтів. За загальної тенденції рівномірного профільного розподілу калію на плантажованому варіанті, вміст його в орному шарі обох варіантів відрізняється не істотно, що пов'язано з генетичними особливостями і однорідним мінералогічним складом досліджуваних ґрунтів.

Таблиця 4.13

Валовий вміст NPK у досліджуваних ґрунтах, 2005 рік

За результатами наших досліджень, вміст рухомих сполук азоту в цілому за варіантами істотно не відрізняється. Рівень забезпеченості мінеральним азотом на плантажованому варіанті, в залежності від погодних умов, вирощуваної культури і строку визначання [247], коливається від середнього до підвищеного. Вміст рухомого фосфору в профілі плантажованих ґрунтів дещо вищій. В орному шарі вміст його коливається в межах 3,1-3,5 при 3,0-2,5 на контролі. Вміст рухомого калію є однаково високим на обох варіантах (табл.4.14).