Вплив тривалого рисосіяння на фізико-хімічні властивості і сольовий режим солонців лучних зони Сухих Степів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР "ІНСТИТУТ ҐРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ ІМЕНІ О.Н. СОКОЛОВСЬКОГО"

УДК 633.15: 631.445.5

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ВПЛИВ ТРИВАЛОГО РИСОСІЯННЯ НА ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ І СОЛЬОВИЙ РЕЖИМ СОЛОНЦІВ ЛУЧНИХ ЗОНИ СУХИХ СТЕПІВ

06.01.03 - агроґрунтознавство і агрофізика

ТРОНЗА ГАЛИНА ЄВГЕНІВНА

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Південному філіалі "Кримський агротехнологічний університет" Національного аграрного університету.

Науковий керівник:

КІЗЯКОВ ЮРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, доктор сільськогосподарських наук, професор.

Офіційні опоненти:

БАЛЮК СВЯТОСЛАВ АНТОНОВИЧ, доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН, Національний науковий центр "Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського", виконуючий обов'язки директора;

НОВОСАД КОСТЯНТИН БОГДАНОВИЧ, кандидат сільськогосподарських наук, доцент, Харківський національний аграрний університет імені В.В. Докучаєва, доцент кафедри ґрунтознавства.

Захист відбудеться "24" червня 2008 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі "Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського" за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру "Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського" за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий "21" травня 2008 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради О.Ф. Павленко.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Солонці лучні зони Сухих Степів України займають 44,7 тис. га сільськогосподарських угідь (М.І. Полупан). Внаслідок дуже несприятливих для більшості рослин фізико-хімічних властивостей і сольового режиму вони мають дуже низький рівень природної родючості і на значній частині розповсюдження використовуються як малопродуктивні пасовища. Слаба вивченість солонців на видовому рівні не дозволяє ефективно управляти їх продуктивністю у природних біогеоценозах і рисових агроценозах. З 1963 року ці ґрунти інтенсивно використовуються у рисосіянні. На їх долю припадає біля 50 % структури ґрунтового покриву рисових зрошувальних систем Криму (15 тис. га). Затоплювана культура рису різко змінює екологію, будову профілю, водний та сольовий режими солонців лучних, породжує та активізує такі непритаманні їм процеси як розсолення, розсолонцювання та інші. Масштаби і спрямованість цих процесів у ґрунтах рисової сівозміни і окремих її ланках вивчені дуже слабо, що сильно обмежує можливості управління ґрунтовою родючістю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертації є складовою частиною тематичного плану НДР Кримського державного агротехнологічного університету на 2000-2005 рр.: "Наукове забезпечення галузей агропромислового комплексу Криму, розробка та удосконалення технологій виробництва і переробки сільськогосподарської продукції в нових умовах господарювання" (номер державної реєстрації (0102U000128) і виконувались за розділом 6.4: "Розробити теоретичні основи управління родючістю солонцевих ґрунтів у рисово-люцернових сівозмінах", підрозділом 6.4.4: "Провести порівняльні дослідження динаміки фізико-хімічних властивостей і сольового режиму ґрунтів у природних біогеоценозах та рисово-люцернових агроценозах".

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - установити вплив тривалого рисосіяння на сольовий режим і фізико-хімічні властивості солонців лучних, визначити напрямки їх еволюції у природних умовах. Вирішували такі завдання:

1. Дослідити умови формування солонців лучних зони Сухих Степів України та їх трансформацію під впливом тривалого рисосіяння;

2. Виявити динаміку глибини залягання, мінералізації та іонного складу солей підґрунтових вод у природних біогеоценозах і у рисово-люцерновому агроценозі;

3. Провести порівняльні дослідження будови профілю і фізико-хімічного стану солонців лучних кіркових, мілких, середніх, глибоких на цілинному масиві та солонців освоєних, які використовувались 31-36 років у рисово-люцерновому агроценозі;

4. Визначити особливості сольового режиму і динаміки фізико-хімічного стану солонців лучних під затоплюваною культурою рису;

5. Вивчити сольовий режим і динаміку фізико-хімічного стану ґрунтів у ланці сівозміни: ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна;

6. Виконати статистичну обробку експериментальних даних, аналіз та узагальнення одержаних матеріалів.

Об'єкт дослідження - фізико-хімічний стан солонців лучних цілинного масиву та його трансформація під впливом тривалого рисосіяння.

Предмет дослідження - специфіка профільного розподілу водорозчинних солей та їх іонного складу, реакції ґрунтового розчину, вмісту карбонатів, суми і складу поглинутих катіонів солонців лучних на цілині і у рисовій сівозміні; сольовий режим ґрунтів і динаміка їх фізико-хімічних властивостей в окремих ланках рисової сівозміни.

Методи досліджень - для досягнення поставленої мети використовувалися такі методи досліджень: польовий - в умовах стаціонарних дослідів (закладених в 1994-1996 роках), лабораторний, порівняльно-розрахунковий і статистичний. Лабораторні аналізи ґрунту проведено за атестованими та тимчасово допущеними до використання методиками з наступною статистичною обробкою даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше в Україні на базі системного підходу до виконання досліджень детально вивчені сольові профілі, а також розподіл в окремих генетичних горизонтах суми і складу поглинутих катіонів, вмісту карбонатів та рН водної суспензії солонців лучних кіркових, мілких, середніх і глибоких. Це дозволило виявити тісний генетичний зв'язок між дослідженими видами ґрунтів і встановити чітко виражену самомеліорацію солонців у процесі їх еволюції від кіркових до глибоких, обумовлену послабленням зв'язку з підґрунтовими водами, зниженням запасів солей у ґрунтах, розширенням видового складу рослинного покриву, освоєнням солонцевих плям кальцієфілами і особливо злаками, серед яких домінує пирій повзучий. Встановлено особливості трансформації екології солонців лучних, будови їх профілю, водного і сольового режимів під впливом тривалого рисосіяння. Виявлено специфіку розвитку процесів розсолення та розсолонцювання цих ґрунтів під затоплюваною культурою рису. Встановлено, що в розсоленні основну роль відіграє водозастійний водний режим у період вегетації рису. При цьому різко проявляється декальціювання, яке з повільним вилуговуванням сульфатів і хлоридів натрію посилює небезпеку вторинного осолонцювання ґрунтів. У ланці рисової сівозміни: ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна без використання вегетаційних поливів спостерігається слабке вторинне засолення верхньої частини профілю з переважним накопиченням натрієвих солей, що також сприяє вторинному осолонцюванню ґрунтів.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження у сполученні з виконаним співробітниками кафедри ґрунтознавства, меліорації та екології Південного філіалу "Кримський агротехнологічний університет" НАУ вивченням динаміки біопродуктивності, гумусового та агрофізичного стану солонців лучних освоєних в окремих ланках рисової сівозміни дають можливість запропонувати виробництву систему заходів з управління родючістю солонців у рисово-люцерновому агроценозі, яка є складовою частиною екологічно безпечної, маловитратної технології вирощування рису. Теоретичні положення і прикладні аспекти дисертаційної роботи було впроваджено у науково-дослідну роботу Кримського науково-дослідного центру інституту гідротехніки і меліорації УААН та державного проектно-пошукового інституту по меліоративному і водогосподарчому будівництву Кримдіпроводгоспу, що підтверджується актами впровадження. Матеріали дисертації використовуються у навчальному процесі Південного філіалу "Кримський агротехнологічний університет" НАУ при проведенні лекційних і лабораторно-практичних занять за розділами: "Солонці, їх генезис, склад, властивості і шляхи меліорації", "Ґрунти зони Сухих Степів України і шляхи їх раціонального використання", "Ґрунти Криму і управління їх родючістю", "Особливості антропогенної еволюції солонців у рисово-люцернових агроценозах". Експериментальні дані щодо складу поглинутих катіонів солонців лучних були використані при підготовці підручника "Ґрунтознавство", 2005 р.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні мети та завдання досліджень, плануванні й проведенні польових спостережень та дослідів, відборі ґрунтових і рослинних зразків, виконанні лабораторних аналізів, у підборі та аналізі наукової літератури стосовно предмету та об'єкту дослідження. Автором особисто проведено обробку та аналіз отриманих результатів, сформульовано та обґрунтовано основні положення і висновки, що викладені у дисертаційній роботі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи оприлюднені на міжнародній конференції, присвяченій 100-річчю з дня народження О.М. Можейка (Харків, 2002); VI і VII з'їздах УТГА (Умань, 2002; Київ, 2006); конференціях молодих вчених (Київ, 2002; Сімферополь, 2005); науково-практичній конференції викладачів і наукових співробітників агрономічного факультету Кримського ДАТУ (Сімферополь, 2002); науково-виробничій конференції "Основні напрямки розвитку АПК Криму на період до 2010 року" (Сімферополь, 2005); науковій конференції "Наукове забезпечення агропромислового комплексу Криму" (Сімферополь, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертаційних досліджень опубліковано 10 наукових праць, з яких 6 - у виданнях, визнаних ВАК України як фахові для даної спеціальності.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 236 сторінках комп'ютерного набору. Вона складається із вступу, п'яти розділів, висновків і рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, містить 24 таблиці, 11 рисунків, 4 додатки. Список використаних джерел охоплює 225 найменувань, у т.ч. 7 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан вивченості питання та обґрунтування обраного напряму роботи (огляд літератури). Проблемі солонцеутворення, фізико-хімічного стану солонців та його трансформації під впливом тривалого використання в умовах незрошуваного і зрошуваного землеробства, в тому числі рисосіяння, а також меліорації солонцевих ґрунтів присвячено багато робіт (К.К. Гедройць, І.М. Антіпов-Каратаєв, О.М. Можейко, С.П. Семенова-Забродіна, Г.В. Новікова, Ю.Є. Кізяков та ін.). Водночас особливості окремих видів солонців загалом і лучних зокрема вивчені дуже слабо. Недостатньо висвітлені напрям антропогенної еволюції, трансформація найбільш важливих показників складу і властивостей солонців лучних, специфіка їх сольового режиму і динаміка фізико-хімічного стану в окремих ланках рисової сівозміни. солонець сольовий рисовий мінералізація

Методика та зміст досліджень. Дослідження за темою дисертації проводились у 2000-2005 роках у СТОВ "Герої Сивашу" Красноперекопського району АРК. У цей період виконувались хімічні аналізи ґрунтових зразків, які були відібрані на стаціонарних площадках № 3 і № 4 в 1994-1998 рр. співробітниками кафедри ґрунтознавства, меліорації та екології під керівництвом професора Ю.Є. Кізякова і нами в 2000-2005 роках. У 1995-1998 рр. роботи здійснювались згідно темплану НДР за темою "Науково-обґрунтована система ведення сільського господарства в Криму у період виходу з кризи і переходу до ринку", за розділом 9 "Вивчити сучасний стан ґрунтових ресурсів Степової і Сухостепової зон Криму, розробити наукові основи моніторингу та управління родючістю основних типів ґрунтів", підрозділом 9.3 "Розробити наукові основи моніторингу ґрунтів у рисових сівозмінах Криму". У процесі польових спостережень на цілинному масиві, прилеглому до рисової сівозміни, докладно вивчені ґрунти ключової ділянки площею 400 м ² (20Ч20 м) в масштабі 1:200. Було закладено і описано за прийнятими в ґрунтознавстві правилами 20 розрізів до глибини 2 м. У кожному розрізі з горизонтів НЕ, НІ, hP_s та глибше суцільною колонкою (кожні 20 см) відібрані ґрунтові зразки до підґрунтових вод. У цих зразках, а також у пробах підґрунтових вод визначались вміст і склад водорозчинних солей комплексом сучасних методів, рН водної суспензії потенціометрично згідно ДСТУ ISO 10390: 2001, СаСО₃ - ацидиметрично згідно ДСТУ ISO 10693: 2001. Витиснення поглинутих Са²⁺ і Мg²⁺ проводилось за методикою І.В. Тюріна. Натрій і калій витискувались за К.К. Гедройцем, визначались фотометрично. На цілинній ділянці вивчені видовий та хімічний склад рослинного покриву. Хімічний склад (зольність, вміст Са²⁺, Мg²⁺, Na⁺, К⁺) визначались за методами, які описані в підручнику "Агрохімічний аналіз". Спостереження за сольовим режимом, динамікою складу поглинутих катіонів, рН водної суспензії, вмістом і профільним розподілом карбонатів проводились на стаціонарних площадках № 3 і № 4, площею 40 х 40 м (1600 м²). На кожній площадці щорічно у квітні і жовтні індивідуальні ґрунтові зразки для аналізів відбирались у 5-ти повтореннях методом конверта у шарах 0-10, 10-25 і 25-40 см для визначення динаміки складу поглинутих катіонів та з шарів 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60 см і глибше (суцільною колонкою) до підґрунтових вод для спостережень за сольовим режимом, динамікою рН водної суспензії та карбонатів.

Для об'єктивної оцінки ступеня зміни сольових профілів, профільного розподілу суми і складу поглинутих катіонів солонців під впливом тривалого рисосіяння розроблені і використані усереднені моделі цих показників на цілинному масиві з урахуванням частки участі в структурі ґрунтового покриву окремих видів солонців і трансформації будови профілю ґрунтів.

Рис сорту Спальчик вирощувався за загальноприйнятою технологією. Зрошувальна норма в залежності від погодних умов варіювала в межах 25-30 тис. м ³/га. Загальна мінералізація гідрокарбонатно-сульфатного магній-натрієвого складу поливних вод коливалась від 0,51 до 0,57 г/л. Посіви ячменю і люцерни у роки спостережень не зрошувалась.

Умови формування фізико-хімічного стану солонців лучних зони Сухих Степів та їх трансформація під впливом тривалого рисосіяння. Солонці лучні цілинного масиву узбережжя Каркінітської затоки формуються в умовах чітко вираженого мікрорельєфу при рівні підґрунтових вод (РПГВ) 160-180 см, мінералізація яких досягає 30,0-45,9 г/л, а в складі солей домінують хлориди і сульфати натрію та магнію. Незначні коливання абсолютних висот і РПГВ істотно впливають на характер рослинності та структуру ґрунтового покриву. Із загальної площі солонців на долю кіркових припадає 10 %, мілких - 35, середніх - 40 і глибоких - 15 %. Ґрунтотворні породи мають пилувато-мулистий важкосуглинковий гранулометричний склад. Максимум водорозчинних солей у них спостерігається у шарі 60-80 см. В еволюційному ряді солонець кірковий > мілкий > середній > глибокий значення цього максимуму закономірно зменшується від 1,7 до 0,6 %. Клімат зони досліджень, за даними метеостанції с. Ішунь, дуже посушливий, помірно-жаркий, з помірно-м'якою зимою. Середня річна температура повітря складає 10,2°С, річна сума опадів - 409 мм, коефіцієнт зволоження (КЗ) за Висоцьким-Івановим - 0,49. Різниця у будові профілю і властивостях вивчених видів солонців сильно відбивається на видовому складі і гущині рослинного покриву. На солонцях кіркових виявляється всього 8 видів рослин, серед яких найбільш питому вагу (біля 10 %) має Erophila verna (веснянка весняна), решта видів характеризуються однаковим ступенем проективного покриття (< 1 %). На солонцях мілких вже 19 видів рослин, дев'ять з них у дослідженому солонцевому сполученні специфічні тільки для цього виду, хоча взагалі, є сегетальними. Основу рослинного покриву становить Elytrigia repens (пирій повзучий) - 50-75 %, а ранньою весною також веснянка весняна (10-25 %). Рослинність солонцю лучного середнього представлена 24 видами, половина з яких є специфічними. Найбільшою гущиною проективного покриття серед цих видів виділяються Cerastium tauricum (ясколка кримська) - 50-75 % та Argusia sibirica (аргузія сибірська) - 10-25 %. Біопродуктивність солонців кіркових формується, головним чином, за рахунок зелених водоростей та моху. Зольність цих рослин досягає 22,3 %, а серед зольних елементів домінують натрій і калій. В еволюційному ряді солонець мілкий > середній > глибокий у складі мінеральних сполук кермеку закономірно знижується їх загальна кількість (з 17,4 до 14,0 %), вміст натрію (з 3,6 до 2,6 %), магнію (з 1,4 до 0,1 %) і калію (з 1 до 0,8 %). Частка кальцію, навпаки, зростає з 0,6 до 1,0 %, тобто в 1,6 разу. Зольність полину Лерхе і полину Таврійського значно менше (5,4-6,1 %). Водночас у складі золи цих рослин від солонцю мілкого до глибокого спостерігається таке ж чітке зменшення часток магнію і натрію та зростання кальцію.

Солонці кіркові мають будову профілю: НЕ₂₍₃₎НІ₁₁₅НІ_{2 31(35)}hP_s50P_{sgl 170(180)}. Серед солонців мілких та середніх також зустрічаються відмінності з горизонтами НЕ, НІ_1, НІ_2, hP_s і P_sgl. В межах солонців глибоких диференціації НІ на підгоризонти не виявляється. Морфологічні ознаки генетичних горизонтів досліджених видів солонців на цілині однотипні.

Тривале рисосіяння значно змінює екологію і морфологію ґрунтів. Під впливом капітального і поточного планування, а також механічних обробітків мікрорельєф території вирівнюється і в результаті поверхня чека являє собою практично нульову площину з відхиленнями окремих точок не більше установленого допуску планування. У зв'язку з істотним вирівнюванням рельєфу різноманіття видового складу солонців не залишається, але ознаки їх зберігаються. Це зумовлює необхідність розробки і використання усередненої моделі розподілу по всій глибині профілю основних меліоративних показників при проведені режимних спостережень на рисових чеках. У процесі тривалого рисосіяння різко змінюються гідрологічні умови. У чеках, зайнятих рисом, з квітня до вересня підтримується водозастійний водний режим (згідно класифікації О.А. Роде). У межвегетаційний період рівень підґрунтових вод знижується до 90 см. При функціонуванні ланки з люцерною формується десуктивно-випітний водний режим. Тривале рисосіяння сприяло значному опріснюванню підґрунтових вод, мінералізація яких зменшилась з 30,0-45,9 г/л до 5,7-6,9 г/л, головним чином, за рахунок витрат хлоридів магнію і натрію. Загальні запаси солей в шарі 60-100 см скоротились з 63,8 т/га до 13,7 (після рису) - 19,4 т/га (після ланки з люцерною), тобто в 4,6-3,3 разу. У рисово-люцернових сівозмінах під впливом своєрідних екологічних умов протягом тривалого часу сформувались два принципово нових рослинних угруповання. Під рисом на третьому році користування виявляється 14 видів рослин (переважно болотяних бур'янів), зовсім не характерних для цілинних ділянок. У ланці ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна відбувається поступове часткове відновлення флори, притаманної цілинним солонцям.

Ю.Є. Кізяков та О.В. Кольцов установили, що у середньому за 20 розрізами солонців цілинного масиву вони мають будову профілю: НЕ _(0-10) НІ _(11-25) hP_{s (26-52)}, глибини скипання і верхньої межі залягання солей - 39 см. У рисовому агроценозі після 33 років його існування будова профілю - An_gl(0-21) HI_(22-34) hP_(35-47), глибина скипання - 41 см, верхня межа акумуляції солей - 102 см. Сформований принципово новий антропогенний горизонт (An_gl) поєднує в собі ознаки оглеєння, гумусонакопичення і залучення частини горизонту НІ.

Сольові профілі ґрунтів та їх трансформація при тривалому рисосіянні. Найбільш тісний зв'язок з високомінералізованими підґрунтовими водами мають солонці кіркові. У процесі їх еволюції до глибоких вплив підґрунтових вод значно послабляється за рахунок зменшення глибини водонепроникного горизонту НІ, що яскраво відбивається на загальному вмісті водорозчинних солей та їх профільному розподілу. Запаси солей у шарі 0-160 см складають у солонців кіркових 354 т/га, мілких - 278, середніх - 210 і глибоких 166 т/га. Переважаючими по всій глибині профілю у всіх видів солонців є сполуки натрію, серед яких домінують сульфати. Солі кальцію до 30 см представлені тільки гідрокарбонатами, глибше до РПГВ відмічено також накопичення СаSO₄. Серед магнієвих сполук панують гідрокарбонати. Сольовий максимум відзначається у шарі 30-40 см, на межі горизонтів НІ та hP_s (рис. 1). Сума солей на цій глибині варіює від 2,3 у солонців кіркових до 1,5 % у глибоких. Глибше 40 см ступень засолення знижується. Еквівалентне відношення іонів натрію до іонів кальцію у складі водорозчинних солей, яке визначає можливість активного проникнення натрію у ГВК максимальних значень у горизонтах НЕ (11,3) та НІ (18,2-20,1) досягає у солонців кіркових. Зі збільшенням глибини горизонту НЕ з 2 до 20 см на цілині це відношення звужується у горизонті НЕ до 6,4-9,0 і в НІ до 6,6.

У рисово-люцерновому агроценозі основну роль у розсоленні солонців відіграє культура рису. Так, весною 1996 року (33-й рік рисосіяння) після ланки ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна вміст водорозчинних солей складав у шарі 0-10 см - 0,3 %, 10-40-0,2, 40-60-0,2 і глибше (60-80 і 80-100 см) - 0,3 і 0,4 % (рис. 2). По всій глибині профілю тип засолення був гідрокарбонатно-сульфатним магнієво-натрієвим.

Рис. 1. Сольові профілі солонців лучних зони сухих Степів.

Рис. 2. Сольовий режим солонців лучних під затоплюваною культурою рису.

Рис. 3. Сольовий режим солонців лучних, освоєних в ланці ярий ячмінь+люцерна, люцерна, люцерна, люцерна.

За три роки беззмінної сівби рису загальні запаси солей у верхній метровій товщі скоротились з 42 до 26 т/га, або в 1,6 рази.

Найбільш інтенсивно розсолювалась верхня частина профілю (0-30 см). В аніонній частині солей переважання НСО₃^- і SO₄^2- зберігалось, а в катіонній друге місце після натрію замість магнію зайняв кальцій. Відношення Na⁺: Са²⁺ звузилось у шарі 0-10 см з 4,9 до 3,0, у шарах 10-20 і 20-30 см - з 2,4 до 1,6-2,1. Глибше 30 см відзначалось помітне зменшення кількості гідрокарбонатів і сульфатів кальцію, які мають важливе меліоративне значення. Відношення Na⁺: Са²⁺ у шарі 30-40 см збільшилось з 2,1 до 3,0, у горизонті hP (40-60 см) з 1,9 до 2,1 і глибше (60-80 і 80-100 см) відповідно з 1,5 до 2,3 та з 0,9 до 1,9. Це свідчить про посилення небезпеки осолонцювання середньої і нижньої частин профілю. У період вегетації рису під впливом водозастійного водного режиму за три роки з верхньої метрової товщі були вилугувані 13 т/га солей, або 88 % загальних втрат. Найбільш активно розсолювались An_gl і рештки сильно трансформованого горизонту НІ. Міграція окремих іонів характеризувалась великою своєрідністю. В осіннє-зимовий час за три роки спостережень було вимито з верхньої метрової товщі всього 1,7 т/га солей, що склало 12 %. У Аn_gl і рештках НІ горизонтів спостерігалась приблизно однакова акумуляція солей. У шарі 60-100 см встановлені дуже інтенсивні втрати солей. Загальне прогресуюче розсолення метрової товщі відбувалось, головним чином, за рахунок вилуговування сульфатів натрію (28 % загальних запасів солей), магнію (25 %) і гідрокарбонатів кальцію (21 %). Найбільш сильне декальціювання відзначалось у шарі 80-100 см.

Десуктивно-випітний водний режим ґрунтів, який складається у ланці ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна, люцерна без зрошення, не виключає повністю можливість реставрації засолення. У період функціонування ланки з люцерною загальні запаси водорозчинних солей у верхній метровій товщі збільшились з 31 до 45 т/га, або на 69 %. У перші два роки (ячмінь + люцерна, люцерна) накопичилось 6,4 т/га солей, а в подальші (люцерна, люцерна) - 7,9 т/га, що дозволяє констатувати прогресуючий характер вторинного засолення. У 1994 та 1995 роках збільшення запасів солей найбільш чітко виявлялось в Аn_gl горизонті (0-20 см), у шарі 40-80 см (горизонти hP і частково Р) та у шарах 120-140 і 140-160 см, а пізніше у середній частині профілю. У динаміці іонного складу водорозчинних сполук окремих частин ґрунтового профілю виявлені наступні особливості. В аніонній частині солей до глибини 40 см переважали гідрокарбонати, а у шарі 40-200 см сульфат-іони (рис. 3). Серед катіонів по всій глибині профілю домінував натрій. Відношення Nа⁺: Са²⁺ варіювало від 1,6 до 3,8 (нижня частина Аn_gl горизонту). У перші два роки функціонування ланки з люцерною в Аn_gl горизонті, а також у шарах 60-80 см накопичувались гідрокарбонати, сульфати та хлориди натрію і значно меншою мірою гідрокарбонати кальцію та магнію. В НІ і hP горизонтах відзначалось переважне накопичення гідрокарбонатів кальцію і сульфатів натрію, а глибше по профілю до РПГВ спостерігалось також і накопичення хлоридів магнію. Впродовж третього року сума іонів до глибини 80 см збільшилась незначно (в середньому на 0,02 %), однак їх співвідношення різко трансформувалось, внаслідок чого в Аn_gl горизонті відношення Nа⁺: Са²⁺ розширилось. Аналогічна диференціація за цим показником виявлена і у горизонтах НІ та hP. Протягом четвертого року цієї ланки переважне накопичення натрієвих солей по всій глибині профілю тривало, однак найістотніше спостерігалось у шарах 0-10 і 40-80 см. У результаті у верхній частині Аn_gl горизонту відношення Nа⁺: Са²⁺ збільшилось з 3,8 до 5,5, в горизонті hP з 6,6 до 8,2 і у шарі 60-80 см з 4,0 до 8,7. Глибше 100 см відношення Nа⁺: Са²⁺ звузилось до 1,2 (380-400) і 1,9-2,0 (100-120 см). В осіннє-зимовий період розсолення ґрунтів проходило дуже слабко, а перебудова іонного складу солей на користь іонів натрію дуже активно, що обумовлює посилення можливості активного входження натрію у ГВК Загальне прогресуюче засолення метрової товщі ґрунтів цієї ланки пов'язане, головним чином, з накопиченням солей натрію (на частку Na₂SO₄ припадає 84 %). На фоні чітко виявленого соленакопичення яскраво відбувалось зменшення кількості такої важливої у меліоративному відношенні сполуки як гідрокарбонат кальцію. Загальні її втрати досягли 2100 кг /га. Найбільш сильне декальціювання відзначалось у шарах 40-60 і 60-80 см. Позитивним можна вважати той факт, що у шарі 0-10 см вміст Са(НСО₃)₂ залишався практично стабільним, а у нижній частині An_gl горизонту (10-20 см) і у верхній частині трансформованого горизонту НІ (20-30 см) мало місце навіть помітне його накопичення. У складі магнієвих сполук гідрокарбонати замінили хлориди.

Фізико-хімічні властивості солонців лучних зони Сухих Степів та їх трансформація під впливом тривалого рисосіяння. Установлено, що характерна для всіх видів солонців диференціація профілю за сумою поглинутих основ найбільш слабо проявляється у солонців кіркових (табл. 1). Це підтверджується висловленим нами положенням про те, що у складному комплексі процесів формування характеризованих ґрунтів на початковій стадії - солонець кірковий - домінувала сіалітизація (оглинювання), а в подальшому, зі зміною потужності горизонтів НЕ і НІ прогресував перерозподіл речовин між ними (Ю.Є. Кізяков та ін.). Найбільш чіткою диференціацією профілю за сумою катіонів виділяються солонці глибокі. В процесі еволюції цих ґрунтів від кіркових до глибоких помітно трансформується і склад поглинутих катіонів на користь іонів кальцію.

Це свідчить про розвиток процесу самомеліорації солонців, який обумовлений послабленням зв'язку з підґрунтовими водами, зниженням запасів солей в ґрунтах, розширенням видового складу рослинного покриву, освоєнням солонцевих плям кальцієфілами і особливо злаками, серед яких панує пирій повзучій.

Збільшення гущини проективного покриття і продуктивності рослинного покриву під впливом цього кореневищного злаку сприяє активізації дернового процесу. Нестійкість солонців як природних утворень була помічена ще К.К. Гедройцем. У результаті самомеліорації солонців в еволюційному ряді від кіркових до глибоких частка іонів кальцію у складі поглинутих катіонів збільшилась у горизонті НЕ з 8,6 до 12,6 мекв/100 г, НІ - з 9,4-11,3 до 16,3 і в hP_s з 15,8 до 17,5 мекв/100 г.

Таблиця 1. Вміст і склад поглинутих катіонів у солонцях лучних зони Сухих Степів (цілина, 2002 р.)

Частка увібраного магнію у НЕ горизонті солонців кіркових і мілких практично однакова (6,8 і 6,6 мекв/100 г), а у процесі еволюції до солонців середніх і глибоких вона зменшується в 1,2 разу і вирівнюється. У НІ горизонті участь іонів Mg²⁺ у складі поглинутих катіонів мінімальна у солонців кіркових, у інших видів вона збільшується і практично вирівнюється. Перехідний горизонт hP_s у всіх видів солонців за цим показником подібний. Вміст поглинутого натрію має максимальне значення у солонців кіркових. Під впливом самомеліорації він суттєво зменшується в усіх генетичних горизонтах. В ГВК НЕ горизонту проникнення іонів калію активно виявляється у ряді солонець кірковий > мілкий > середній, а згодом згасає. Аналогічно, але значно менше відбувається накопичення K⁺ у ГВК горизонту hP_s. У НІ горизонті частка калію в складі поглинутих катіонів спочатку зростає і досягає максимуму у солонців мілких, а у інших видів знижується і вирівнюється. Відношення Nа⁺: К⁺ у ряді від солонців кіркових до глибоких звужується у НЕ горизонті з 9,9 до 1,8, НІ - з 8,0 до 3,4 і в hP_s - з 12,6 до 4,4. Наведені дані дозволяють припустити, що у витисненні іонів натрію з ГВК, крім кальцію бере участь і калій.

У показниках рН по всій глибині профілю між окремими видами солонців чітких закономірностей не виявлено. Зіставлення усередненої моделі вихідного стану профілю солонців (табл. 1) з результатами досліджень у рисово-люцерновому агроценозі свідчить про те, що під впливом тривалого рисосіяння відбулось значне фізико-хімічне розсолонцювання ґрунтів і вирівнювання за сумою поглинутих основ Аn_gl і рештку НІ горизонтів. Після 30-33 років у межах принципово нового An_gl горизонту (0-25 см) суттєво збільшилась і помітно вирівнялась сума обмінних катіонів, істотно накопичились іони кальцію за рахунок витискування поглинутого натрію і меншою мірою магнію. У рештках сильно трансформованого НІ горизонту (25-40 см) сума поглинутих основ змінилась несуттєво, однак у їх складі відбулася аналогічна різка перебудова на користь катіонів кальцію. Під затоплюваною культурою рису впродовж трьох років спостережень зберігалась диференціація профілю за сумою увібраних основ, а також кількістю обмінного Mg²⁺, Na⁺ і K⁺ (табл. 2). У шарі 0-10 см сума катіонів достовірно зросла протягом першого року культури рису, а в подальшому залишалась стабільною. Вміст поглинутого Ca²⁺ за два роки вирощування рису в одному чеку збільшився на 7 %, а після третього року, навпаки, зменшився на 2 %. Кількість увібраного Mg²⁺ у перші два роки скоротилась на 9,7 %, а після третього підвищилась на 6 %.

Таблиця 2. Динаміка вмісту і складу поглинутих катіонів у солонцях лучних освоєних у рисово-люцерновій сівозміні

У нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) сума поглинутих основ протягом двох років вирощування рису на одному місці залишалась практично стабільною, а після третього року збільшилась на 2 %. Обмінного кальцію стало більше після першого року на 5 %, після другого - на 1,5 %. Впродовж третього року його вміст практично не змінився. В цілому за три роки затоплюваної культури рису насичення ГВК іонами Ca²⁺ склало 1,3 мекв/100 г. Частка увібраного Mg²⁺ різко (на 15 %) знизилась під впливом першого року культури рису. Протягом другого року витискування іонів магнію з ГВК виявлялось значно слабкіше (4 %), а протягом третього, навпаки, відмічалось накопичення (приріст 5 %). В цілому за три роки беззмінного вирощування рису в одному чеку вміст поглинутого Mg²⁺ у шарі 10-25 см зменшився на 13 %.

У рештках НІ горизонту (25-40 см) сума увібраних катіонів в перші два роки затоплюваної культури рису в одному чеку достовірно підвищилась, а пізніше залишалась практично стабільною. В цілому за три роки вирощування рису вона зросла на 3,5 %. Вміст поглинутого Ca²⁺ достовірно збільшився тільки після двох років вирощування рису, а в подальшому відмічалось його недостовірне зменшення. Взагалі, за три роки функціонування ланки з рисом кількість обмінного Са²⁺ практично не змінилася. Частка увібраного Mg²⁺ протягом першого року вирощування рису підвищилась на 9,3 %, а у наступні два роки відзначалась тенденція до її зниження і стабілізації. В цілому за три роки спостережень кількість іонів магнію збільшилась на 7 %. Достовірне зменшення вмісту обмінного Na⁺ у шарах 0-10 і 25-40 см відзначалось протягом перших двох років, а пізніше не виявлялось. У шарі 10-25 см воно спостерігалось в усі роки спостережень. В цілому за три роки кількість іонів натрію скоротилась у шарі 0-10 см на 18 %, у нижній частині An_gl горизонту (10-25 см) - на 16 % і у рештках НІ (25-40 см) - на 15,8 %. Вміст поглинутого K⁺ у шарах 0-10 і 25-40 см достовірно зростав в усі роки спостережень, а у нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) його збільшення виявлялось протягом першого і третього років повторної сівби рису. В цілому за три роки кількість поглинутого калію збільшилась у шарі 0-10 см на 27 %; у шарі 10-25 см - на 20,5 % і у шарі 25-40 см - на 30 %.

Культура затоплюваного рису сприяла яскраво виявленому декальціюванню ґрунтів і підлуговуванню водного розчину. У холодну пору року рН в усіх генетичних горизонтах здебільшого помітно знижуються. У весняно-літній період його значення збільшується, що, імовірно, пов'язано зі значним підвищенням лужності води, яка надходить в чеки, під впливом нагрівання. Результати наших досліджень в контексті трансформації якості води добре узгоджуються з даними С.А. Балюка, І.М. Гоголєва, Т.М. Кірієнко, М.К. Паламарчука, Е.В. Аблакова та ін.

У ланці сівозміни ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна протягом всіх трьох років спостережень чітко виявлялась диференційованість профілю за сумою поглинутих основ, а також вмістом кальцію і натрію. Кількість обмінного Mg²⁺ у перші два роки була неоднорідною, а потім в нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) і рештках НІ (25-40 см) вирівнялась до 10,8-11,0 мекв/100 г. Вміст увібраного K⁺ у перший рік функціонування ланки в Аn_gl горизонті був стабільним, а потім помітно знизився. Рештки НІ горизонту виділялись майже рівною його кількістю в усі роки спостережень. Сума обмінних катіонів у шарах 0-10 і 25-40 см в усі роки функціонування ланки сівозміни: ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна достовірно зменшилась. У нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) вона при вирощуванні ячменю з підсівом люцерни і люцерни першого року користування практично не змінилась, а потім істотно знизилась. В цілому за три роки функціонування цієї ланки сума катіонів стала меншою у шарі 0-10 см на 6,6 %, 10-25 см на 2,5 % і 25-40 см на 7,0 %. Кількість обмінного Ca²⁺ в Аn_gl горизонті в усі роки спостережень достовірно скорочувалась. Найбільш значне збіднення ГВК кальцієм відзначалось під посівами люцерни другого року користування. У рештках НІ горизонту (25-40 см) вміст увібраного кальцію під посівами ячменю з підсівом люцерни і люцерни першого року користування істотно знизився, а потім майже повністю стабілізувався. В цілому за три роки функціонування ланки втрати поглинутого кальцію з верхньої частини Аn_gl горизонту (0-10 см) досягли 13,3 %, з нижньої (10-25 см) - 12,4 %, з решток НІ горизонту (25-40 см) - 12,7 %. Відмінності у вмісті обмінного Mg²⁺ у шарі 0-10 см в окремі терміни спостережень не були достовірними, однак у цілому за три роки його кількість зросла на 6,8 %. У нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) накопичення іонів магнію в ГВК сильно виявлялось у перший рік функціонування ланки, а потім помітно послаблялось. В цілому за три роки спостережень кількість увібраного Mg²⁺ у шарі 10-25 см збільшилася на 19,3 %. У ГВК решток горизонту НІ іони магнію помітно накопичувались тільки під люцерною першого року користування (1995 рік), а пізніше, навпаки, витискувались і в цілому за три роки приріст їх вмісту (0,3 мекв/100 г) виявився статистично недостовірним. Динаміка вмісту поглинутого Na⁺ в окремих частинах Аn_gl і решток НІ горизонтів по роках помітно відрізнялась. Так, у верхній частині Аn_gl горизонту (0-10 см) під посівами ячменю з підсівом люцерни він істотно (на 12,3 %) зріс; збільшення його під люцерною першого року користування було недостовірним, а під люцерною другого року - помітним (на 6,4 %). В цілому за три роки функціонування ланки з люцерною накопичення увібраного натрію у шарі 0-10 см досягло 22,2 % від вихідної (початкової) кількості. У нижній частині Аn_gl горизонту (10-25 см) збільшення кількості поглинутого Na⁺ у першій рік існування ланки було недостовірним, а у наступні роки - істотним і практично однаковим. В цілому, за три роки воно склало 19,6 %. У рештах НІ горизонту (25-40 см) частка обмінного натрію достовірно зростала в усі роки спостережень окрім 1996 р., а сумарне його накопичення досягло 32,4 %. На вміст поглинутого K⁺ у межах Аn_gl горизонту вирощування ярого ячменю з підсівом люцерни і люцерни першого року істотного впливу не справило, а під люцерною другого року користування він достовірно зменшувався. В цілому за три роки втрати обмінного калію склали у шарі 0-10 см 17,5 %, 10-25 см - 14,7 %. У рештках НІ горизонту кількість увібраного K⁺ у першій рік функціонування ланки: ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна скоротились на 12 %, протягом другого року практично не змінилась, а під культурою люцерни другого року користування помітно знизилась. В цілому за три роки втрати поглинутого K⁺ у шарі 25-40 см склали 17,6 %. Отримані матеріали узгоджуються з результатами сполучених досліджень сольового режиму солонців у цій ланці сівозміни. Зокрема, було встановлено, що у теплу пору року (квітень-вересень) при недостатньому атмосферному зволоженні і відсутності поливів чітко виявляється слабке засолення у поєднанні зі слабким осолонцюванням ґрунтів внаслідок перебудови складу ґрунтового розчину за рахунок переважного накопичення солей натрію. В осіннє-зимовий час (жовтень-березень), незважаючи на надмірне атмосферне зволоження, розсолення ґрунтів під люцерною виявлялось дуже слабко, а перебудова іонного складу водорозчинних солей на користь сполук натрію відбувалася дуже активно, що обумовлювало посилення активного входження натрію у ГВК.

Вирощування ячменю з підсівом люцерни, а також люцерни протягом двох років спричиняє суттєве накопичення СаСО₃, вміст якого за період функціонування цієї ланки збільшився в Аn_gl горизонті на 3,6 %, НІ на - 3,5-5,7 %. У нижній частині профілю (глибше 80 см) також виявлялось істотне підвищення цього показника. рН ґрунтового розчину по всій глибині профілю знизилось. У сезонній динаміці його чітких закономірностей не виявлено.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено результати комплексного дослідження умов формування, морфології і фізико-хімічного стану солонців лучних цілинного масиву та солонців освоєних, які використовуються 31-36 років у рисово-люцерновому агроценозі. Виявлено специфіку розвитку процесів розсолення і розсолонцювання ґрунтів під затоплюваною культурою рису і у ланці сівозміни ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна.

1. Солонці лучні зони Сухих Степів України у природній обстановці формуються в умовах чітко вираженого мікрорельєфу при рівні підґрунтових вод 160-180 см. У структурі солонцевих сполучень на долю кіркових припадає 10 %, мілких - 35, середніх - 40 і глибоких - 15 %. Виділенні види солонців генетично тісно пов'язані між собою.

2. Найбільшого впливу високомінералізованих (30,0-45,9 г/л) хлоридно-сульфатних магній-натрієвих підґрунтових вод зазнають солонці кіркові. Зі збільшенням глибини горизонту НЕ з 2 до 20-21 см в еволюційному ряді солонців: кірковий > мілкий > середній > глибокий зв'язок їх профілю з підґрунтовими водами послабляється, і масштаби соленакопичення істотно зменшуються. Сольовий максимум у всіх видів солонців відмічається у шарі 30-40 см на стику горизонтів HI і hP_s. Сума іонів на цій глибині знижується від 2,3 у солонців кіркових до 1,5 % у глибоких, але хлоридно-сульфатний кальцій-натрієвий тип засолення зберігається. Еквівалентне відношення іонів натрію до іонів кальцію у складі водорозчинних солей, яке визначає можливість активного проникнення натрію у вбирний комплекс, звужується у HE горизонті з 11,3 (солонець кірковий) до 6,4-9,0 (солонець глибокий) і у HI - з 18,7-21,1 до 6,6 відповідно.

3. У результаті послаблення зв'язку з підґрунтовими водами, зниження рівня соленакопичення, зменшення можливості входження іонів Na⁺ у ГВК, поширюється видовий склад рослинного покриву за рахунок освоєння солонцевих плям кальцієфилами, істотно збільшується густота проективного покриття рослин. Сукупна взаємодія цих факторів обумовлює яскраво виражену самомеліорацію солонців.

4. Тривале рисосіяння сильно вплинуло на екологію і морфологію ґрунтів. Значно трансформувались рослинний покрив і мікроклімат території. Чітко виражений десуктивно-випітний водний режим змінився складною комбінацією водозастійного (травень-вересень) та іригаційно-промивного (жовтень-квітень) у роки вирощування рису, а також десуктивно-випітного, який поступово переходить у непромивний у ланці з ярим ячменем і люцерною. Під впливом капітального і поточного планування та механічних обробітків істотно трансформувались мікрорельєф і будова профілю солонців. Такі обставини породили та активізували ряд нових, непритаманних ґрунтам процесів: глибоке розсолення, розсолонцювання, оглеєння верхньої частини профілю з одночасним посиленням його у глибоких горизонтах.

5. Для об'єктивної оцінки впливу тривалого рисосіяння на склад і властивості ґрунтів розроблена і використана усереднена модель, яка характеризує найважливіші фізико-хімічні показники окремих генетичних горизонтів з урахуванням частки виділених видів солонців у структурі ґрунтового покриву.

6. Під впливом тривалого рисосіяння загальні запаси солей у метровій товщі солонців лучних зменшились в 3,4-5,8 разу. Основну роль у розсоленні ґрунтів відіграє затоплювана культура рису, у період вегетації якої (квітень-вересень) складається водозастійний водний режим. Під впливом низькомінералізованих (0,5 г/л) сульфатно-гідрокарбонатного магній-натрієвого складу поливних вод, яких кожний рік надходить 25-30 тисяч м ³/га, за межі метрової товщі мігрувало 12,7 т/га солей, або 88,2 % їх загальних утрат. Найбільш інтенсивно і майже рівною мірою розсолюються антропогенний (Аn_gl) горизонт і рештки горизонту НІ, з яких вимивається 6,9 т/га солей, або 54,4 % їх загальної кількості. Прогресуюче розсолення метрової товщі ґрунтів під затоплюваною культурою рису впродовж трьох років поспіль, здійснювалось, головним чином, за рахунок вилуговування сульфатів магнію і гідрокарбонатів кальцію.

7. У ланці сівозміни: ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна без поливів, незважаючи на десуктивно-випітний водний режим, який поступово трансформується у непромивний, можливість реставрації соленакопичення у ґрунтах повністю не виключається. Загальні масштаби його невеликі, однак, переважно акумулюються сполуки натрію. У сполученні з яскраво вираженим зменшенням кількості гідрокарбонатів кальцію це приводить до різкого розширення відношення Na⁺: Са²⁺ і, отже, до посилення небезпеки осолонцювання ґрунтів.

8. Використання солонців лучних зони Сухих Степів у рисовій сівозміні впродовж 31-36 років обумовило збільшення суми поглинутих катіонів у верхній частині профілю і вирівнювання по цьому показнику сформованого принципово нового An_gl (0-25 см) і рештку трансформованого HI горизонтів.

9. Тривале рисосіяння сприяло активному розвитку процесу розсолонцювання ґрунтів до глибини 40 см. Частка іонів натрію у складі поглинутих катіонів скоротилась в 5,2-7,0 разів, а іона магнію - на 0,3-7,9 %. Основну роль у витискуванні іонів натрію з ґрунтового вбирного комплексу відігравали сполуки кальцію, які надходили з поливними водами та з рослинних залишків рису, ячменю і люцерни у процесі їх мінералізації.

10. Вплив культури рису на склад поглинутих катіонів солонців найбільш чітко виявляється в Аn_gl горизонті (0-25 см). У перші два роки вирощування його в одному чеку у шарі 0-10 см дещо зростає сума увібраних основ, достовірно збільшується вміст обмінного кальцію і меншою мірою калію за рахунок витискування магнію і натрію. У шарі 10-25 см сума обмінних катіонів незначно зменшується, а їх склад змінюється так само, як і у шарі 0-10 см. Впродовж третього року культури рису на одному місці у межах Аn_gl горизонту помітно виражено скорочення кількості обмінного кальцію і незначною мірою натрію за рахунок накопичення іонів магнію та калію. У рештках горизонту НІ у перші два роки сума поглинутих катіонів дещо збільшується, а потім залишається стабільною. У динаміці вмісту ввібраних кальцію та магнію чіткої закономірності не спостерігається. Кількість іонів калію в усі три роки достовірно зростає; обмінного натрію у перші два роки стає менше, а пізніше його кількість не змінюється.

11. Вирощування рису в одному чеку впродовж трьох років поспіль спричиняє істотне декальціювання ґрунтів по всій глибині профілю і підлуговування ґрунтового розчину. Підвищення значення рН водної суспензії чітко виявляється у весіннє-літній період під впливом нагрівання води у чеках і помітно послабляється у холодну пору року. При заміні водозастійного водного режиму ґрунтів на іригаційно-промивний показники рН здебільшого знижуються.

12. У ланці сівозміни: ярий ячмінь + люцерна, люцерна, люцерна в умовах відсутності зрошення яскраво виражена реставрація процесу осолонцювання ґрунтів. По всій глибині профілю значно скорочуються частки кальцію і зростають частки натрію та магнію у складі поглинутих основ.

Рекомендації виробництву: