УДК 631.61:631.518

АГРОПЕРЕТВОРЕНІ ГРУНТИ СОЛОНЦЕВИХ КОМПЛЕКСІВ СУХОГО СТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.03 – агрогрунтознавство та агрофізика

Дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків-2009

ЗМІСТ

Вступ

Розділ 1. Солонцеві грунти, їх властивості та продуктивність, напрями еволюції (огляд літератури)

Розділ 2. Об’єкти та методи досліджень

2.1 Об’єкти досліджень

2.2 Методи досліджень

Розділ 3. Природні умови районів досліджень

3.1 Кліматичні умови

3.2 Рослинність

3.3 Геоморфологічні умови

3.4 Гідрологічні та гідрогеологічні умови

3.5 Ґрунтотворні породи і ґрунти

Розділ 4. Закономірності змін властивостей агроперетворених грунтів солонцевих комплексів

4.1 Морфологічна будова профілю

4.2 Сольовий склад плантажованих і неплантажованих солонцевих ґрунтів

4.3 Зміни фізико-хімічних властивостей досліджуваних ґрунтів

4.4 Вміст гумусу у плантажованих та неплантажованих солонцевих грунтах

4.5 Поживний режим солонцевих грунтів

4.6 Зміни агрофізичних властивостей солонцевих грунтів

4.7 Вміст важких металів

4.8 Валовий хімічний склад cолонцевих грунтів

Розділ 5. Вплив меліоративної плантажної оранки на урожайність сільськогосподарських культур

5.1. Урожайність сільськогосподарських культур

5.2. Математичне моделювання урожайності сільськогосподарських культур на плантажованих грунтах

Розділ 6. Оцінювання придатності солонцевих грунтів для меліоративної плантажної оранки

Висновки

Пропозиції виробництву

Список використаних джерел

Додатки

ВСТУП

Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку агропромислового комплексу, в умовах ринкової економіки та земельної реформи, особливої актуальності набуває раціональне використання і підвищення родючості низькопродуктивних земель, до яких належать солонцеві ґрунти. За даними Державного земельного кадастру, в Україні нараховується 2,8 млн.га солонцевих ґрунтів, 2 млн. га з яких використовуються в ріллі [59]. Ефективне використання цих ґрунтів потребує проведення комплексу заходів з їх окультурення. Багаторічними дослідженнями С.П. Семенової-Забродіної, Г.В. Новікової, М.М. Лаврентьєва, Ю.Є. Кізякова, К.М. Кухтєєвої, О.М. Можейка та ін. [87, 91, 93, 95, 123, 154, 175, 222, 223] встановлено, що найбільш ефективним заходом окультурювання солонцевих ґрунтів у посушливих умовах Степу є меліоративна плантажна оранка. З 1955 року цей меліоративний захід набув широкого впровадження у практику сільськогосподарського виробництва, і на теперішній час площа меліорованих таким чином ґрунтів становить 220 тис. га. Довготривале використання солонцевих ґрунтів у ріллі і, особливо, їх меліорація (меліоративна плантажна оранка, зрошення водами різної якості) обумовлюють існування ґрунтових процесів, які відрізняються від існуючих у природних умовах і є на сьогодні недостатньо вивченими. Мало дослідженим є також питання тривалості післядії меліоративної плантажної оранки та напряму еволюції плантажованих солонцевих ґрунтів. В умовах земельної реформи та приватної власності на землю необхідна точна інформація про якісний стан солонцевих ґрунтів для проведення моніторингу та раціонального сільськогосподарського використання, у зв’язку з чим досліджувані питання набувають особливої наукової і практичної значимості.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в лабораторії родючості зрошуваних і солонцевих ґрунтів Національного наукового центру „Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського ”. Дослідження проводили в межах НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів “ 2001-2005 рр., завдання 02.03 „Розробити агроекологічну класифікацію і ресурсозберігаючі технології адаптивного управління родючістю зрошуваних, солонцевих і вилучених зі зрошення земель” (№ ДР 0101U006037) та НТП УААН “Родючість, охорона і екологія ґрунтів ” 2006-2010 рр., завдання 01.01.04-032 „Встановити закономірності агрогенної еволюції та з’ясувати механізми функціональної стійкості зрошуваних, вилучених зі зрошення та солонцевих ґрунтів, дати оцінку їх еколого-агромеліоративного стану і розробити систему заходів з охорони й управління родючістю меліорованих земель ” (№ ДР 0106U004795).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження – встановити закономірності змін властивостей та напрям еволюції агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

— оцінити зміни морфологічної будови профілю, сольового складу, окремих фізико-хімічних, хімічних показників, агрофізичних властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України у зрошуваних та незрошуваних умовах;

— встановити тривалість післядії меліоративної плантажної оранки, показавши її вплив на родючість досліджуваних ґрунтів і урожайність сільськогосподарських культур у зрошуваних та незрошуваних умовах;

— удосконалити систему оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки.

Об’єкт дослідження – зміни властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України та тривалість післядії меліоративної плантажної оранки.

Предмет дослідження – морфологічні, агрофізичні, сольові, фізико-хімічні, хімічні характеристики агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України та урожайність сільськогосподарських культур.

Методи дослідження . Теоретичні дослідження базуються на системному підході до розглянутої проблеми з використанням методів аналізу й синтезу. Експериментальні роботи передбачали проведення польових досліджень за існуючими методиками. Фізико-хімічні та хімічні аналізи проводилися за атестованими та тимчасово допущеними до використання методиками з наступною статистичною обробкою даних.

Наукова новизна одержаних результатів. На єдиній методичній та теоретичній основі проведено комплексне вивчення властивостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України у зрошуваних та незрошуваних умовах, в результаті якого:

— установлено закономірності змін ґрунтових процесів у агроперетворених ґрунтах солонцевих комплексів Сухого Степу України, що проявляються у розсоленні та розсолонцюванні, а у плантажованих ґрунтах ще і у покращанні агрофізичних властивостей, та визначено напрям еволюції досліджуваних ґрунтів;

— вперше доведено, що одноразове проведення меліоративної плантажної оранки позитивно впливає на властивості ґрунтів і урожайність сільськогосподарських культур протягом 50 років. Припинення її позитивної післядії до цього часу не відмічено;

— виявлено, що результатом довготривалої післядії меліоративної плантажної оранки є утворення високопродуктивних, екологічно стійких агроперетворених ґрунтів, які не мають аналогів у природі за своїми морфологічними, агрофізичними та фізико-хімічними властивостями і здатні забезпечити високу продуктивність сільськогосподарських культур у агрокліматичних умовах Сухого Степу України;

— удосконалено систему оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень використано при розробці сучасної нормативно-методичної бази в напрямку охорони й управління родючістю солонцевих ґрунтів. Нормативно-методична база є комплексом з 3 національних стандартів України, що відповідають потребам законодавства і міжнародному рівню в цій галузі. Проведені дослідження дозволили удосконалити перелік основних показників оцінювання придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки. Використання такої системи оцінювання ґрунтів гарантовано забезпечує тривалу позитивну післядію меліоративної плантажної оранки, стійке покращення ґрунтових властивостей та підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Для забезпечення достовірного визначення придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки розроблено та введено в дію ДСТУ 5041 Якість ґрунту. Оцінювання придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки [261] та створено корисну модель „Системи оцінки придатності ґрунтів для проведення меліоративної плантажної оранки ” (патент № 31969) [192].

З огляду на унікальність агроекологічних особливостей агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів, подано пропозицію до Державного комітету України із земельних ресурсів щодо внесення змін до статті 150 Земельного кодексу України і віднесення плантажованих солонцевих ґрунтів до категорії особливо цінних земель.

Результати дисертаційної роботи увійшли до складу наукових основ агропромислового виробництва зони Степу України.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у розробці програми досліджень, плануванні та проведенні теоретичних досліджень та експериментальних робіт. Особисто автором проаналізовано та систематизовано літературні та фондові матеріали з досліджуваних питань, проведено польові дослідження, аналіз й узагальнення експериментального матеріалу, його математичну обробку, сформульовано висновки та пропозиції виробництву. Публікації підготовлено самостійно та у співавторстві.

Апробація результатів дисертації . Основні положення роботи доповідались на VII з’їзді УТГА (Київ, 2006), міжнародній науковій конференції „Культурний ґрунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства ” (Харків, 2004), міжнародній конференції „Методологія дослідження ґрунтів у дзеркалі земельних реформ ” (Харків, 2008), науково-практичному семінарі „Нормативно-методичне забезпечення робіт з ведення еколого-меліоративного моніторингу ” (Харків, 2008), науково-практичній конференції молодих учених „Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства ” (Київ, 2007), щорічно на засіданнях секції „ Ґрунтознавство ” ННЦ ІГА.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 10 наукових праць, з них 5 - наукові статті у фахових виданнях.

РОЗДІЛ 1. Солонцеві ґрунти, їх властивості та продуктивність, напрями еволюції (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

За визнанням багатьох ґрунтознавців [3,7,18,47,76,98,106,154,218,271], солонцеві ґрунти належать до найбільш складних природних утворень, тому багато питань їх ґенези та меліорації, не дивлячись на тривалу історію їх дослідження, залишаються до цього часу недостатньо вивченими [188].

Класичні дослідження К.К. Гедройця, щодо походження солонців та встановлена ним колоїдно-хімічна природа утворення солонцевого горизонту з визнанням вирішальної ролі увібраного натрію [32], була визнана багатьма вітчизняними та зарубіжними дослідниками [3,18,47,76,98,1 06,154,218,268,271]. Однак, як було встановлено пізніше, утворення солонців з солончаків не є універсальним, а обмінний натрій є не єдиною причиною високої дисперсності колоїдів. Широке розповсюдження у межах посушливих зон малонатрієвих солонців і солонцюватих ґрунтів з характерними ознаками так званої фізичної солонцюватості дозволило стверджувати, що причини прояву солонцевого процесу різні не дивлячись на загальність ряду несприятливих властивостей, що проявляються у ґрунті під час його розвитку та однотипний характер утворюваного профілю [3,98,121,152,174,184,187,188]. Таким ґрунтам притаманні усі ознаки негативних водно-фізичних та агрономічних властивостей (ущільненість, знеструктурення, слабка водопроникність та ін.), збільшений вміст мулистої фракції та підвищений вміст обмінного магнію в ілювіальному горизонті [18,46,56,76,106,121,154,184,188]. Генезис малонатрієвих солонців і солонцюватих ґрунтів з ознаками фізичної солонцюватості складний і до цього часу не знайшов всебічного пояснення [188].

Вперше уявлення про фізичну солонцюватість ґрунтів посушливої зони було обґрунтовано у роботі М.А.Дімо та Б.А.Келлера (1907) [184]. Проведені у подальшому дослідження у Нижньому Поволжі, Казахстані [7,18,20,184,213,219,224], в районі Саскачевану (Канада), у західних штатах США [268], в Угорщині [271] також виявили наявність фізичної солонцюватості у ґрунтах цих регіонів. Для умов півдня України такі ґрунти було описано у роботах О.М.Можейка [154], Г.М.Самбура [218], С.П. Семенової-Забродіної [222] та інших дослідників [91,100,170,200,218].

На думку ряду авторів [20,98,191,267] фізична солонцюватість малонатрієвих солонців викликана впливом великої кількості обмінного магнію в сполученні з натрієм, оскільки обмінний магній посилює пептизуючу дію натрію. Було запропоновано ( І.Я. Половицький (1968); Н.В. Градобоєв (1972), М.С. Floate (1961) та ін.) відносити до солонців ґрунти, у яких сума увібраного магнію та натрію дорівнює або перевищує 50 % від ємності обміну. Надаючи великого значення увібраному магнію у формуванні несприятливих агрофізичних властивостей ґрунтів Ellis і Goldwel, 1935, а потім І.М.Гоголев та І.М.Волошин (1968) ввели поняття про магнезіальні солонці (увібраного магнію 25% і більше від ємності вбирання), як самостійний рід магнієвих солонців, подібних до натрієвих солонців [184,244]. Ця точка зору була підтримана рядом дослідників (М.Д.Градобоєв, 1966; І.Я.Половицький, 1967,1970; Float, 1961; К.П.Богатирьов,1958; О.В.Лобова, 1960). Проте роботи інших авторів показали, що магній не погіршує фізичних властивостей ґрунтів і не підвищує їх дисперсність (Сушко С.А., 1932; Мамаєва Л.А., 1966; Smith H.V., 1949 та ін.), а справляє лише негативний фізіологічний вплив на розвиток рослин [184,188,190,212,244].

Дослідженнями О.М.Можейка встановлено [154], що у солонцюватих ґрунтах каштанової зони України, підвищений вміст обмінного магнію спостерігається, як правило, у підорному ілювіальному горизонті, але кількість його незначна, тому пояснити ним солонцюватість усіх ґрунтів півдня України неможна. Відкидаючи роль магнію у солонцеутворенні О.М.Можейко вважає, що причиною солонцюватості є увібраний натрій, його незначний вміст у солонцевому горизонті автор пояснює вимиванням значної кількості натрію вглиб низхідними токами води. Виходячи з цього О.М.Можейко та Т.К. Ворітник стверджують, що солонцюватість каштанової зони України є залишковою, а причиною солонцюватості цих ґрунтів є обмінний натрій, кількість якого у процесі розсолонцювання зменшується [155]. Інші автори назвали такі ґрунти „реліктовими солонцями” [3,4,106].

Малонатрієвим солонцям притаманні усі характерні ознаки типових багатонатрієвих солонців: безструктурність і набрякання маси ілювіального горизонту у вологому стані, повільне настання стиглості ґрунту при набряканні (і, як наслідок, фізіологічна сухість), слабкий повітрообмін, сильне стиснення і розтріскування ґрунтової маси у сухому стані, різка диференціація профілю за механічним складом і т.д. [7,188,190,212,244]. Це вказує, на думку різних авторів [98,162,184,188,199,200,202], на можливість сучасного (а не лише реліктового) утворення малонатрієвих солонців, при цьому високий вміст увібраного магнію підтверджує його активну роль у солонцевому процесі.

У дослідженні проблеми солонцеутворення рядом авторів [184,189,190,244] сформульована роль гідрофільних колоїдів. Згідно цієї теорії (Андрєєв Б.В. 1955; Гончарова Н.А., 1969; Келлерман В.В., 1972) несприятливі властивості малонатрієвих солонців обумовлені наявністю підвищеного вмісту гідрофільних продуктів взаємодії ґрунту з розчинами солей і накопиченням так званих гальміролізних мінералів, які утворюються в сольовому середовищі і відносяться до нестійких при опрісненні. При цьому обмінний натрій є не причиною, а наслідком утворення солонців при звільненні в процесі руйнування кристалічної решітки його мінералів. Інші дослідження ( Панов Н.П., Гончарова Н.А., 1969, 1972; Градобоев Н.Д., 1971 та ін.) вказують на провідну роль у розвитку багато- і малонатрієвих солонців різних гелів та гідрофільного мулу. Велике значення при цьому відводиться також колоїдним формам кремнезему [188,191].

Згідно іншої теорії, у формуванні специфічного профілю солонців, можуть брати участь рухомі сполуки кремнію, алюмінію, заліза, кальцію, магнію, натрію, калію [165,16,232]. Із збільшенням солонцюватості ґрунту вміст рухомих сполук збільшується в ілювіальному шарі, тоді як у зональних ґрунтах розподіл їх по профілю однорідний. У дослідженнях [165,169,218] зазначається, що установлений пептизуючий вплив обмінного натрію на ґрунтові колоїди більшою мірою залежить від складу глинистих мінералів, їх дисперсності та гідрофільності, аморфних речовин, складу органічної речовини та характеру його зв’язку з мінеральною частиною ґрунту. Останнє відіграє особливо важливу роль в утворенні солонців [188].

Враховуючи велику різноманітність солонцевих ґрунтів та умов їх формування, М.П.Панов пропонує розглядати розвиток цих ґрунтів виходячи з визнання теорії полігенезу [188]. Такий підхід обумовлює необхідність диференціації способів їх окультурювання та відтворення родючості.

В залежності від генезису і властивостей різних видів солонцевих ґрунтів для умов України вченими запропонований диференційований комплекс заходів з підвищення їх родючості [161,170,210,212,227]. При цьому доцільність меліорації, її вид, технологія, визначаються з урахуванням фізико-хімічної солонцюватості ґрунтів, ступеня і хімізму їх засолення, глибини залягання карбонатів кальцію і гіпсу, підґрунтових вод, кліматичних умов, строкатості (комплексності) ґрунтового покриву, специфіки сільськогосподарського використання [227]. Основні способи меліорації солонцевих ґрунтів були сформовані ще у 50-х роках ХХ століття. Це хімічна меліорація, меліорація за рахунок внутрішньогрунтових запасів кальцієвих солей (меліоративна плантажна оранка), глибокий обробіток зі збереженням на місці генетичних горизонтів (землювання) та фітомеліорація [53,170,212].

З прийомів хімічної меліорації в Україні, більшості країн СНД та за кордоном найбільший розвиток одержало гіпсування [3,18,98,156,170,220,227,244,271,273,274]. Цей захід має два аспекти: це основний прийом меліорації глибокогіпсових і глибококарбонатних солонців і допоміжний прийом при комплексній меліорації середньо- та багатонатрієвих висококарбонатних ґрунтів. Гіпсування є основним напрямком меліорації солонцевих ґрунтів Лісостепової зони України [68,161,170,210,227]. Теоретичною основою гіпсування в Україні і світі є концепція К.К. Гедройця про провідну роль обмінного натрію в солонцевому процесі ґрунтоутворення [32]. Дія гіпсу виявляється в тому, що внесений кальцій витискує обмінний натрій з ґрунтового вбирного комплексу, створюється перевага іонів кальцію у ґрунтовому розчині, внаслідок чого зменшується рухомість ґрунтових колоїдів (гумусу, глини та ін.), нейтралізується лужність, і створюються умови для окультурення ґрунту [25,47,53,99,210,220,227,244]. Як показали багаторічні дослідження, з внесенням гіпсу в солонцеві ґрунти поліпшуються їх агрономічні властивості, знижується лужність, підвищується доступність для рослин поживних речовин, зменшується токсичність рухомих форм заліза й алюмінію, активізуються мікробіологічні процеси, підвищується врожайність сільськогосподарських культур [210,244]. Однак, як встановлено численними дослідженнями, гіпсування є недовготривалим заходом і потребує повторення кожні 5-7 років [170,244].

У Степовій зоні в умовах незрошуваного землеробства ефективність гіпсування на солонцях і солонцевих ґрунтах нейтрального засолення дещо нижча, через нестачу вологи у ґрунті, а отже, низьку розчинність гіпсу та накопичення продуктів обмінних реакцій у кореневмісному шарі. Гіпсування в цій зоні більш доцільне при проведенні додаткових заходів з вологонакопичення і, особливо, при зрошенні, що забезпечує промивний режим верхнього шару ґрунту [75,76,155,170,210,212,227]. На малонатрієвих солонцях, де карбонати кальцію (або гіпсоносні горизонти) знаходяться на порівняно невеликій глибині, найбільш доцільно застосовувати агробіологічні способи меліорації, основою якого є меліоративна плантажна оранка [95, 123,170,223,227].

Меліорація солонців-солончаків з близьким заляганням підґрунтових вод передбачає застосування комплексу заходів, до яких входять дренаж, глибоке розпушування, внесення хімічних меліорантів, підвищених доз органічних та мінеральних добрив, посів соле- та солонцестійких культур [68,212].

На заплавних терасах південного Лісостепу з близьким заляганням підґрунтових вод доцільно застосувати агротехнічні і біологічні засоби окультурювання ґрунтів – безполицевий обробіток, висів соле- та солонцестійких трав, а в місцях з рівнем підґрунтових вод нижче 2 м – гіпсування, внесення фізіологічно кислих добрив [68].

Проте із самого початку земельної реформи (1991 рік) і до теперішнього часу меліорація солонцевих ґрунтів утратила свою привабливість через високу енергозатратність та відсутність необхідної державної фінансової підтримки. За цей період не тільки меліоративний, а майже всі необхідні обсяги робіт з відтворення родючості солонцевих ґрунтів істотно зменшились. Це призвело до відновлення несприятливих властивостей солонцевих ґрунтів та зниження врожайності сільськогосподарських культур [215,227].

Зміни соціального устрою держави та перехід на ринкові засади агрогосподарювання спонукав до перегляду існуючої технологічної моделі меліорації солонцевих ґрунтів. Головною вимогою раціонального використання солонцевих ґрунтів України у сучасних умовах слід вважати необхідність у ландшафтно-геохімічній оцінці їх утворення і поширення та адаптивного застосування традиційних і нових енергозбережувальних заходів меліорації [227]. З урахуванням екологічної ситуації та принципів ресурсозбереження, з метою створення високопродуктивних екологічнозбалансованих агроландшафтів вченими України запропоновано виділити 5 груп солонцевих земель, що потребують проведення певних меліоративних заходів та різних систем їх використання [10, 212, 227,235].

У контексті проведення земельної реформи в системі заходів з ренатуралізації агроландшафтів у районах поширення солонцевих ґрунтів у найближчій перспективі сильносолонцюваті ґрунти та солонцеві комплекси, де плями солонців займають 50 % і більше, пропонується вилучити з ріллі для запровадження на них культурних пасовищ та сіножатей. Хімічну меліорацію пропонується здійснювати на солонцевих ґрунтах, що добре піддаються цьому заходу, а в умовах Сухого Степу хімічну меліорацію слід проводити тільки на зрошуваних землях. На солонцевих ґрунтах з неглибоким заляганням карбонатів доцільно застосовувати меліоративну плантажну оранку, а на слабосолонцюватих ґрунтах без плям солонців або комплексах з плямами до 10 % можна відмовитися від меліорації [227].

Головною особливістю сучасного розвитку ґрунтів, на думку ряду авторів [74,142,145,159,173,229,230,231], є їх антропогенна трансформація, яка являє собою широку групу процесів перетворення ґрунтів, прямо чи опосередковано обумовлених діяльністю людини. До цього часу у літературі немає одностайної думки щодо розвитку ґрунтотворних процесів при залученні ґрунтів до сільськогосподарського використання. Ґрунтотворний процес, його зміст і направленість прийнято розглядати головним чином у залежності від природних чинників - клімату, рельєфу, ґрунтотворної породи, часу. У такому ж зв’язку, як правило, оцінюються властивості ґрунту й основні режими. Антропогенний чинник, зазвичай, враховується, але його роль частіше за все зводиться лише до коректування природного ґрунтотворного процесу [145].

Як правило, суттєві зміни, яких зазнали ґрунти під впливом антропогенного навантаження не знаходять адекватного відображення в інтерпретації основного зонального процесу ґрунтоутворення [96,142,143,145,147,158,159,229]. Більшість дослідників вважають, що в орних ґрунтах протікають природні зональні процеси ґрунтотворення, що принципово не відрізняються від ґрунтотворного процесу під природною рослинністю [75,115,196,198]. Однак, інші, навпаки, вказують на глибокі, докорінні зміни, що відбуваються у природному процесі ґрунтотворення при сільськогосподарському використанні ґрунтів [85,95,124,131,153,272]. Так, на думку В.Д.Мухи, ґрунтотворний процес в орних ґрунтах слід розглядати не як просто природний, а як особливий природно-антропогенний, чи культурний. При цьому розвиток культурного ґрунтотворного процесу, у залежності від характеру господарської діяльності, може протікати по-різному і не однаково впливати на склад і властивості ґрунту [158,159].

У дослідженнях останніх років, агроперетворені ґрунти пропонується розглядати як самостійні утворення, що являють собою результат найновішого етапу еволюції і відповідають типовому рівню [69,124,125,126,127,131,159]. Так, зокрема, зроблено у новій класифікації ґрунтів Росії [125]. Згідно такого підходу, агрогенне ґрунтотворення починається з імпактного механічного впливу на верхню частину профілю з руйнацією її природного складення. Заміна природної рослинності на культурну, регулярне механічне перемішування верхнього шару ґрунту, внесення органічних і мінеральних добрив, меліорантів призводить до істотних зсувів у водному та тепловому режимах, біохімічних реакціях, складі ґрунтового повітря і таке інше [126,127]. У результаті вступають у дію процеси послідовного перетворення ґрунтової маси, що призводить до часткової втрати багатьох природних властивостей і формування нових. Відбувається структурна переорганізація ґрунтової маси, зміни її речовинного складу, водно-фізичних, фізико-хімічних, хімічних і біологічних властивостей. Специфікою процесів антропогенної трансформації на сучасному етапі еволюції ґрунтів є їх висока активність та короткий час реалізації. При цьому надбані ґрунтові ознаки відзначаються або нестійкістю, або, навпаки, практичною невідновлюваністю морфогенетичних властивостей [125].

На думку групи дослідників [124,127,131,159,233], такий підхід не суперечить принципам генетичного ґрунтознавства, бо агроґрунти відрізняються від цілинних аналогів морфологічною будовою профілю (формується новий агрогенно-перетворений горизонт з певними властивостями, що відрізняються від природних властивостей) і функціонують в принципово інших умовах штучно створених агроекосистем [159].

Інтенсивність змін ґрунтотворних процесів в агроперетворених ґрунтах у значній мірі визначається ступенем порушення профільної будови. [85,95,124,131,153]. Відносно профілю вихідного природного ґрунту пропонують виділяти наступні напрямки еволюції розораних ґрунтів [84]:

агрогенно-природну , коли в ґрунті визначальними залишаються процеси, властиві природному ґрунту, але декілька модифіковані.

власне агрогенну, коли в ґрунті різко посилюються чи виникають процеси, що відсутні в природному ґрунті чи ті, що не відіграють в природному ґрунті діагностуючу роль, в результаті чого формується новий профіль.

еволюцію «конструювання» , коли створюється новий ґрунтовий профіль, шляхом поступового додавання твердої фази в орний шар.

Численними дослідженнями встановлено, що в результаті залучення солонцевих ґрунтів до сільськогосподарського використання (розорення) значно змінюється потужність солонцевого горизонту, але він зберігає своє розташування у профілі, відбувається деяка зміна властивостей ґрунтів, що свідчить про руйнацію існуючої природної рівноваги між ґрунтотворними процесами у ґрунтах до їх розорення. У цьому випадку розорані ґрунти, як і раніше, ідентифікуються як солонці [9,37,95,123,132,159,196,198,241,263].

Розораним солонцям притаманне зменшення вмісту легкорозчинних солей у верхній частині профілю, деяке збільшення вмісту фракцій міцнозв’язаного і зменшення суми фракцій агрегованих мулів у солонцевому горизонті, зменшення ступеня пептизованості. Карбонатний і гіпсовий профілі цих ґрунтів змінюються слабо [123,134,137,138,].

Розорення і звичайне сільськогосподарське використання солонцевих ґрунтів призводить до зниження вмісту гумусу у верхніх шарах [2,16,31,36,108,131,152,197,203]. Зменшення відсоткового вмісту гумусу у орному шарі пропонується розглядати не тільки як власне втрати гумусу, але і в неменшій мірі, як результат механічного перемішування гумусово-елювіального горизонту з менш гумусованими нижніми горизонтами [8,108,109,131,201].

Дослідженнями І.М.Любімової встановлено, що порівняно з цілинними солонцями, у розораних солонцях Поволжжя за 24 роки їх використання у ріллі вміст увібраного натрію у шарі 0-10 см зменшився з 21,3 % до 1,8 %, а у солонцевому горизонті з 27,8 % до 6,8 %. В цілому ґрунтам притаманний ряд процесів, що призводять до розсолонцювання ґрунту, але повного розсолонцювання ґрунтів з деградацією солонцевого горизонту не відбувається, що пояснюється присутністю у профілі власне солонцевого горизонту, який виявляє суттєвий вплив на процеси вологоперенесення у цих ґрунтах [131].

Найбільш вагомі зміни у протіканні ґрунтотворного процесу у солонцевих ґрунтах, на думку різних авторів, спостерігаються при порушенні їх профільної будови з руйнацією типоутворюючого солонцевого горизонту. Такий результат досягається, зокрема, при проведенні меліоративної плантажної оранки, яка, як встановлено численними науковими дослідженнями і практикою господарств, є найбільш ефективним засобом меліорації солонцевих ґрунтів степових і напівпустельних районів [9,91,93,95,116,123,131,139,152,170,223,244,266].

В Україні перші дрібноділянкові досліди з виявлення ефективності глибокої плантажної оранки, як засобу меліорації каштанових солонців були закладені О.М.Можейко у 1931 році на Чонгарському дослідному пункті. Дослідження показали можливість використання карбонату кальцію для меліорації каштанових ґрунтів. Облік урожаю при цьому не проводився, однак відзначалося, що найкраще зростання люцерни давали ділянки з оранкою на глибину 50 см [170].

Вивчення дії плантажної оранки на властивості солонцевих ґрунтів на півдні України було розпочато у перших стаціонарних дослідах, закладених з цією метою С.П.Семеновою-Забродіною у 1939 році. Суттєве покращання агрофізичних властивостей і значне збільшення врожайності сільськогосподарських культур під впливом меліоративної плантажної оранки на глибину 55-60 см, дозволили їй першій довести, що плантажна оранка є ефективним засобом меліорації автоморфних солонцевих комплексів півдня України з глибоким заляганням підґрунтових вод у незрошуваних умовах [170]. Згодом подібного висновку дійшов і Г.М.Самбур, ґрунтуючись на результатах своїх дослідів, закладених у 1953 році і пізніше [218]. Разом з тим, слід зазначити, що І.М. Антипов-Каратаєв, що проводив у Заволжі досліди з меліорації солонців в умовах зрошення, зробив висновок про неможливість позитивної дії плантажу у незрошуваних умовах [3,4,170].

В подальшому в різні роки вплив меліоративної плантажної оранки на властивості солонцевих ґрунтів зони Сухого Степу у зрошуваних та незрошуваних умовах та тривалість її післядії вивчали М.М.Лаврентьєв, З.І.Неред, І.Л.Колесник та Б.І.Лактіонов, Г.В.Новікова, Г.М.Пікуза, Н.Ю.Гаврилович, Ю.Є.Кізяков, К.М.Кухтєєва та інші [89,93,123,170,175,193].

При проведенні плантажної оранки перемішуються надсолонцевий, солонцевий (ілювіальний) та частка перехідного (підсолонцевого) горизонту, а карбонати кальцію, які містяться в перехідному горизонті, розподіляються в меліорованому шарі [90,95,112,135,151,176,177,178]. На місці колишніх генетичних горизонтів, на думку І.М.Любімової, утворюється поліморфонний шар, який слід розглядати як єдиний агрогенно-перетворений (турбурований), гетерогенний горизонт, що складається з суміші часток різного складу та розміру, які виділяються і через 25-30 років після проведення меліорації [112,135]. Будова меліорованих солонців, набута ними відразу після проведення меліоративного обробітку, поступово змінюється. Напрямок і ступінь цих змін залежить від вихідної трансформації профілю та характеру і тривалості постмеліоративного використання цих ґрунтів. Та все ж на 25-30 рік використання плантажованих солонцевих ґрунтів Поволжжя у профілі не спостерігається ілювіювання мулистих фракцій і формування солонцевих чи солонцюватих горизонтів. Профіль подібних ґрунтів вже не можна віднести до типу елювіально-ілювіальних профілів [135]. Вивчаючи післядію меліоративної понатажної оранки на властивості та продуктивність солонців каштанових глибоких півдня України Ю.Є.Кізяков зробив висновок, що ці ґрунти набувають принципово нової будови і комплексу зовнішніх ознак сформованих генетичних горизонтів, які відображають специфіку цього засобу меліорації [95]. Разом з тим, дослідженнями А.Ф.Большакова виявлено, що на 10 рік післядії плантажної оранки відбувається відновлення солонцевого профілю у багатонатрієвих солонцях Прикаспію [18]. Подібний висновок зробив М.І.Полупан, вивчаючи 25 річну післядію меліоративної плантажної оранки на лучно-каштанових солонцях півдня України. Зокрема, дослідженнями встановлено, що плантажна оранка не нівелює морфогенетичні параметри і властивості досліджуваних ґрунтів і в цілому вони зберігаються. При цьому формуються два типи профілів: поверхневий, коли солонцевий горизонт розпочинається з поверхні, і глибокий - при заляганні його в середній частині, що залежить від вихідної потужності солонцевого горизонту. Якщо він простягається на глибину 50-60 см, то утворюється перший тип, а якщо на глибину 35-45 см – то другий [201].

Трансформації морфологічної будови профілю обумовлюють істотні зміни агрофізичних властивостей солонцевих ґрунтів. У наслідок переміщення генетичних горизонтів більшістю дослідників відзначається вирівнювання вмісту мулистих часток по профілю. При постмеліоративному розвитку плантажованих ґрунтів не спостерігається ілювіювання мулистого матеріалу і формування солонцевих чи солонцюватих горизонтів цих ґрунтів [123,131,152,166,168,175,184,193]. Але в окремих роботах підкреслюється, що загальна вихідна особливість розподілу мулу все ж таки зберігається, не дивлячись на деяке вирівнювання мулистих часток. Нижня частина плантажованого шару, як правило, містить менше мулу, ніж вихідні ґрунти на цій глибині, що пов’язане з переміщенням при плантажуванні верхніх облегшених горизонтів вниз [201].

Дослідження характеру змін структурно-агрегатного складу в більшості своїй вказують на збільшення кількості агрономічно цінних агрегатів під впливом меліоративного обробітку і посівів багаторічних трав як у зрошуваних, так і у незрошуваних умовах [140,152,168,175]. Крім того, в умовах зрошення, спостерігається і збільшення водостійкості агрегатів. Проведені [152] дослідження характеру змін агрегатного складу орного шару незрошуваних солонцевих ґрунтів Поволжжя під впливом меліоративного обробітку показали, що вже на 5 рік використання меліорованих ґрунтів їх агрегатний склад суттєво покращується. Це відбувається під впливом кращого розвитку кореневих систем рослин і збагачення ґрунту органічною речовиною [152,244]. Однак, при вивченні плантажованих світло-каштанових комплексів А.Ф.Вадюніна (1970) не спостерігала суттєвого покращання структури ґрунту навіть при культурі житняку, хоча інші фізичні параметри покращувалися [23].

Різними авторами відзначається, що меліоративний обробіток солонцевих ґрунтів призводить до зменшення щільності складення ґрунту [87,91,123,145,152,175,193], однак у літературі немає одностайності щодо тривалості такого результату. Зазвичай, у перші 3-5 років відбувається поступове осадження зораної пухкої маси, обособлення орного шару і ущільнення нижньої частини меліорованого шару, змінюються водно-фізичні умови, спостерігається деяке зменшення швидкості фільтрації, величини промочення, збільшення щільності меліорованого шару [131,201]. Як правило, цей етап приймається за закінчення дії меліоративного заходу. Зокрема дослідженнями [18] встановлено, що у стовпчастих солонцях глибокий обробіток покращує водно-фізичні властивості тільки в рік їх освоєння, в наступні роки відбувається ущільнення ґрунту, відновлення морфологічного профілю солонцевих ґрунтів, що призводить до збільшення щільності складення, зменшення загальної пористості ґрунту вже на другий рік меліоративного освоєння. Разом з тим, у більшості досліджень констатується, що щільність складення плантажованих ґрунтів на 0,1-0,2 г/см³ нижче ніж на неплантажованих аналогах і вона не відновлюється до вихідного стану протягом тривалого періоду післядії. Навіть у зрошуваних умовах по фону меліоративної оранки в шарах, глибше 20 см спостерігається більш рихле складення порівняно з контролем [87,91,123,145,152,175,193]. В результаті зменшення щільності складення, у меліорованих ґрунтах підвищується шпаруватість та покращується фільтраційна здатність, підвищується гігроскопічність, вологоємність, водопроникненість, що обумовлює збільшення активної вологи у ґрунті [87,91,145, 175,193].

Розущільнення, і як наслідок, покращання водно-фізичних властивостей солонців виявляють позитивний вплив на характер пересування водорозчинних солей по всьому ґрунтовому профілю. Збільшення запасів вологи та її капілярно-ґрунтове пересування з поверхні ґрунту вниз обумовлює розчинення і вимивання солей в товщу ґрунту. Величина і швидкість їх вимивання залежать головним чином від ступеня дисперсності ґрунтових часток, структурних властивостей і від складу самих солей в ґрунті [184]. Більшість дослідників відзначають значне зниження вмісту токсичних солей, вимивання хлоридів, зменшення вмісту водорозчинного натрію по усій товщі меліорованого шару вже в перші роки після проведення меліоративної плантажної оранки [13,86,123,131,175,193,223,224,226,]. Окремі дослідження констатують інтенсивне розсолення солонців на глибину до 3 метрів[184,224,225]. Численними дослідженнями встановлено, що на фоні вимивання легкорозчинних солей обмінний натрій активно заміщується на кальцій, тобто відбувається розсолонцювання ґрунту [38,86,107,123,175,224]. Однак, вивчення поглинального комплексу темно- і лучно-каштанових плантажовананих ґрунтів (тривалість післядії меліоративної плантажної оранки 25 років [201,204] показало, що він характеризується яскравим складом, що пов’язане з кількістю переміщеної маси по профілю. Найбільша сума обмінних катіонів виявляється у верхньому шарі з її поступовим зменшенням до низу, або вона рівномірно розподіляється по профілю. Особливо різко зростає в орному шарі кількість кальцію, у підорному горизонті його кількість вирівнюється чи незначно збільшується. У 65 % випадків кількість увібраного натрію збільшується в орному шарі, а у 35 % зменшується. У підорному шарі спостерігається зворотна картина, у 65 % випадків - зменшення, у 35 % збільшення [201]. Разом з тим багаторічні (довше 15 років) спостереження за динамікою легкорозчинних солей та вмістом увібраних катіонів в агроперетворених солонцях Волгоградської області [131] показали, що ґрунтам властиве коливання рівня засолення і вмісту увібраного натрію у поглинальному комплексі меліорованого ґрунту у багаторічному циклі. Суттєвий вплив на ці процеси виявляють погодні умови.

У зрошуваних умовах процеси розсолення та розсолонцювання меліорованих ґрунтів можуть відбуватися значно швидше. Однак, ефективність меліоративних заходів в цьому випадку головним чином залежить від якості поливних вод [27,76,77,92,93,115,128,186,193,209,214,265]. Так, при застосуванні для зрошення вод першого класу, вже в перші роки знижується вміст водорозчинних солей, особливо хлоридів і сульфатів, однак тимчасово може спостерігатися підвищення лужності [136,167,175,193]. Дослідженнями Ю.Є. Кізякова встановлено, що при зрошенні темно-каштанових плантажованих ґрунтів півдня України хлоридно-натрієвими водами з мінералізацією 1 г/л позитивний вплив меліоративної плантажної оранки у перші 10-11 років незначний, але у наступні роки помітно зростає. Порівняно з контрольним варіантом у складі легкорозчинних солей темно-каштанових плантажованих ґрунтів виявлялося значно більше карбонат- та бікарбонат іонів. Вміст натрію у ґрунтах плантажованого і неплантажованого варіантів був майже однаковим, а більш високий вміст увібраного кальцію обумовлений витисканням магнію. При зрошенні водами підвищеної мінералізації (2,5-3 г/л) меліоративний ефект плантажу проявляється протягом 4-5 років, потім затухає. Ґрунтовий розчин насичується гідрокарбонатом натрію і підвищується лужність. Через 6-7 років у плантажованих ґрунтах до глибини 60 см і більше накопичується до 12-15 % натрію від ємності вбирання [92]. Щодо сольового складу та стану ґрунтового поглинального комплексу плантажованих ґрунтів після припинення їх зрошення водами 2 класу, то таких відомостей ми не знайшли.

В умовах близького залягання підґрунтових вод плантажна оранка не виявляє позитивного результату. Навпаки, відбувається підтягування легкорозчинних солей з більш глибоких горизонтів. Зокрема дослідженнями Г.В.Новікової встановлено, що плантажування лучних солонців Сухого Степу, що розвиваються на близьких (1,5-2 м) сільномінералізованих підґрунтових водах сприяє інтенсивному капілярному пересуванню легкорозчинних солей догори і сезонному засоленню ґрунту [170,171]. У ґрунтовому поглинальному комплексі протягом тривалої післядії переважає натрій [171,172].

Кількість карбонатів кальцію в орному шарі плантажованих солонцевих ґрунтів перш за все залежить від глибини оранки, глибини залягання карбонатного горизонту та кількості карбонатів кальцію у цьому горизонті. Якщо у природному стані карбонати залягають відносно глибоко (50-60 см), при плантажуванні вони не завжди бувають залучені до орного шару [201]. Карбонати, як правило, рівномірно розподіляються в орному шарі, а у підорному шарі можуть зустрічатися локально [86,123,131,193,224]. Аналіз характеру постмеліоративних карбонатних новоутворень та змін карбонатного профілю висококарбонатних ґрунтів солонцевих комплексів Поволжжя показав, що при порушенні солонцевого горизонту за умов залягання карбонатів у цілинних ґрунтах ближче 40 см, може з’являтися новий ґрунтоутворюючий процес – окарбоначування [131]. Розвиток процесу окарбоначування, на думку І.М.Любімової, стає можливим завдяки тому, що меліоративний вплив і вологонакопичувальні заходи поступово призводять до зміни глибини весняного промочування, а також до збільшення вмісту загальної і продуктивної вологи у нижній частині профілю цих ґрунтів, що призводить до поступового розчинення карбонатних новоутворень з утворенням бікарбонатів кальцію. Останні легко мігрують по ґрунтовому профілю. У посушливі періоди відбувається підтягування розчинів до поверхні і випадіння карбонатів. Таким чином, щорічні розчинення і переміщення карбонатів поступово призводять до збільшення запасів карбонатів в орному шарі меліорованих ґрунтів [133].

Дані про зміни складу органічної частини плантажованих ґрунтів досить суперечливі. Серед змін гумусового стану плантажованих ґрунтів у літературі констатується як дегуміфікація [18,97,201], так і накопичення органічної речовини [88,89,95,123,152,175,244]. Зокрема серед негативних наслідків плантажної оранки відзначається зниження родючості в перші роки після її проведення, що пояснюється переміщенням гумусованого шару на глибину 40-50 см [95,175]. Накопичування гумусу в орному шарі відбувається досить повільно. Так, зокрема, встановлено [244] на 5 рік післядії плантажної оранки спостерігається деяке збільшення кількості гумінових кислот, зв’язаних з кальцієм, і виявлення вільних і зв’язаних з трьохвалентними катіонами гумінових кислот, що сприяє покращанню структури ґрунту і стабілізує оптимальне складення верхніх горизонтів солонців. Вона також відзначає, що в зрошуваних умовах у верхніх шарах меліорованого солонцю збільшуються запаси гумусу, а в його складі помітно зростає доля гумінових кислот. На думку М.І. Полупана чіткі закономірності зміни загальних запасів гумусу у зрошуваних та незрошуваних плантажованих лучно-каштанових солонцях півдня України не встановлено в богарних і зрошуваних ґрунтах, можна лише говорити про тенденцію до його збільшення. Охарактеризовано, з одного боку, звуження відношення С_гк :С_фк , а з іншого боку розширення цього відношення [201].

Практично невивченим є поживний режим плантажованих солонцевих ґрунтів. Нечисленні дослідження цього питання в основному стосуються зміни поживного режиму у перші роки після проведення меліоративної плантажної оранки. Зокрема вказується що застосування цього меліоративного заходу призводить до помітного перерозподілу рухомих і валових форм азоту, фосфору і калію у ґрунтовому профілі, при цьому вміст їх в орному шарі знижується за рахунок залучення до нього матеріалу нижніх горизонтів, збіднених на поживні речовини [95,175]. Процес накопичення нітратного азоту у цих ґрунтах активно протікає по усій глибині меліорованого шару. Інформацію щодо поживного режиму плантажованих ґрунтів у тривалій післядії меліоративної плантажної оранки ми не знайшли.

Зміни будови профілю та покращання умов водного та повітряного режимів ґрунту, поліпшення окремих фізико-хімічних та хімічних властивостей солонцевих ґрунтів під впливом меліоративної плантажної оранки виявляє позитивний вплив на ріст, розвиток і урожай сільськогосподарських культур. Значні прибавки врожаїв сільськогосподарських культур спостерігаються здебільшого вже у перші роки після її проведення, і, як правило, спостерігаються протягом усього періоду післядії [95,123,151,170,175,244].

Відкритим залишається питання напряму еволюції плантажованих солонцевих ґрунтів та тривалості післядії меліоративної плантажної оранки. Узагальнення та систематизація численних досліджень щодо змін процесів ґрунтоутворення в солонцях після їх меліорації дозволяє виділити три основні точки зору з приводу цього питання. Одна група дослідників [123,152,244] вважає, що ґрунтоутворення в меліорованих солонцях призводить до розвитку властивостей, що наближають їх до каштанових ґрунтів. Згідно іншої точки зору, [95,131,224] меліоровані солонці переходять до самостійної групи ґрунтів і не розвиваються в бік зональних каштанових ґрунтів. Третя група дослідників вважають, що зміни направленості ґрунтоутворюючих процесів у плантажованих солонцевих грунтах можуть бути відмічені на рівні виду, роду, або варіанту [196,198,201]. Здебільшого констатується позитивна післядія меліоративної плантажної оранки протягом 10-15 років. Однак багаторічні спостереження К.М.Кухтєєвої (1976) [123] показали, що суттєво покращуючи властивості зрошуваних каштанових середньо- і сильносолонцюватих ґрунтів півдня України, післядія плантажної оранки на глибину 55-60 см зберігається протягом 20 років. При цьому плантажовані ґрунти за своїми властивостями наближаються до зональних каштанових ґрунтів. На основі вивчення 16 річної післядії меліоративної плантажної оранки Ю.Є. Кізяков зробив висновок, що цей меліоративний захід дозволяє усунути процес солонцеутворення. В результаті післядії утворюються нові антропогенні ґрунти зі специфічною направленістю внутрішніх процесів, будовою, складом і властивостями [95]. На думку І.М. Любімової (2003) при постмеліоративному розвитку солонців степових і малонатрієвих [131] процеси осолонцювання не відновлюються. Про це свідчить відсутність текстурної диференціації ґрунтового профілю за елювіально-ілювіальним типом і фізико-хімічних умов, що забезпечують розвиток солонцевого процесу. Не спостерігаються і ознаки формування метаморфічного горизонту, властивого каштановим ґрунтам. Разом з тим, вивчаючи 25 річну післядію плантажної оранки М.І. Полупан зробив висновок, що негативні властивості солонцевих горизонтів в плантажованих лучно-каштанових солонцях сухо-степової зони України не зазнали особливих змін. Він рекомендує проводити повторну плантажну оранку ділянок з великою кількістю солонцевих плям [201]. Дослідженнями Г.В. Новікової встановлено доцільність застосування плантажної оранки для окультурювання солонців степових і лучно-степових солонцевих комплексів Криму. Встановлено, що цим засобом досягається зміна направленості ґрунтоутворюючого процесу в бік розсолонцювання, розсолення та підвищення родючості ґрунтів [175].

Вивчення тривалості післядії меліоративної плантажної оранки та властивостей плантажованих ґрунтів здебільшого обмежується періодом 25 років [95,123,131,201,264,270]. Разом з тим, на півдні України існують довготривалі стаціонарні досліди і ділянки широкомасштабного виробничого впровадження де меліоративну плантажну оранку було проведено більше 50 років тому. Однак, спостереження на цих стаціонарах в останні роки було припинено, тому залишилися не вирішеним питання тривалості післядії цього меліоративного заходу та сучасного агромеліоративного стану плантажованих та неплантажованих солонцевих ґрунтів у зрошуваних та незрошуваних умовах.

Таким чином, огляд літературних джерел виявив недостатню вивченість властивостей різною мірою агроперетворених солонцевих ґрунтів, тривалості післядії меліоративної плантажної оранки, суперечливість у поглядах щодо напряму ґрунтових процесів та еволюції плантажованих солонцевих ґрунтів. Це спонукало нас до комплексного вивчення закономірностей розвитку сучасних процесів у агроперетворених ґрунтах солонцевих комплексів з метою прогнозування подальшого їх розвитку та використання.

РОЗДІЛ 2. Об’єкти та методи досліджень

2.1 Об’єкти досліджень

Вивчення змін властивостей, напряму еволюції різною мірою агроперетворених ґрунтів солонцевих комплексів Сухого Степу України та тривалості післядії меліоративної плантажної оранки проводилось на ключових ділянках трьох довготривалих задокументованих стаціонарів (дослід С.П.Семенової-Забродіної, дослід ННЦ ІГА, дослід Ю.Є.Кізякова) та двох ділянках виробничого впровадження меліоративної плантажної оранки, закладених під керівництвом Г.В.Новікової Кримською філією інституту ґрунтознавства АН СРСР.

Дослід С.П. Семенової-Забродіної знаходиться у Генічеському районі Херсонської області в межах Генічеської дослідної станції Інституту зернового господарства УААН (рис.2.1). Цей дослід було закладено у 1954 році з метою вивчення тривалого впливу різних заходів (хімічна меліорація та меліоративний обробіток) на властивості та продуктивність солонців каштанових в умовах незрошуваного землеробства. Згідно ґрунтової карти, складеної на час закладання досліду, ґрунтовий покрив досліджуваної ділянки представлено каштановими солонцюватими ґрунтами на карбонатному лесі у комплексі з солонцями каштановими залишковими (30 %) [222,223]. Підґрунтові води гідрокарбонатно-хлоридного магнієво-натрієвого складу залягають на глибині близько 10 м. У солонці каштановому скипання від 10 % HCl спостерігається з глибини 32-40 см, гіпс з глибини 160-240 см. Інші показники вихідних властивостей досліджуваних ґрунтів наведено у таблиці 2.1. Досліджувані варіанти: варіант 1 – контроль (щорічний обробіток на 20-22 см до 1963 р. та на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки); варіант 4 – оранка плантажним плугом ПП-50 на глибину 60 см і залученням 10-15 см шару карбонатного горизонту у 1954 р. та щорічний обробіток на 20-22 см до 1963 р. та на 26-28 см, в залежності від вирощуваних культур у наступні роки.

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

Рис.2.1. Картосхема розташування об’єктів досліджень

Таблиця 2.1

Вихідна характеристика досліджуваних ґрунтів

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 Н₂ О 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 ⁰ С, середня річна температура 10,4-10,6 ⁰ С при середній температурі січня від 0,6 до -2,5 ⁰ С і середній температурі липня +23 ⁰ С, 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 )

.

Рис. 4.1. Будова профілю солонцю каштанового глибокого глибокосолончакуватого легкоглинистого на лесі

Рис. 4.2. Будова профілю темно-каштанового слабосолонцюватого легкоглинистиго ґрунту на лесі

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.

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 .

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.

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.

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]).

Рис. 4.4. Профільний розподіл водорозчинних солей у темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних прісною водою 2005 рік (вміст іонів, м-екв/100 г ґрунту)

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).

Рис 4.6. Вміст увібраних катіонів в орному шарі плантажованих і неплантажованих солонців каштанових

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.

Рис. 4.7. Вміст увібраних катіонів в орному шарі темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтів, зрошуваних прісною водою

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].

Рис.4.8. Вміст увібраних катіонів у плантажованих темно-каштанових слабосолонцюватих ґрунтах, зрошуваних слабомінералізованими водами

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).

Рис.4.9. Профільний розподіл гумусу в солонці каштановому

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