Дипломная (вкр): Структурно-агрегатний стан чорноземів типових за різних систем землеробства лівобережного лісостепу України

Таким чином, проведені дослідження є свідченням того, що структурний стан чорнозему типового в динаміці зазнає різних варіацій, а також багато в чому залежить від використовуваної системи землеробства.

Розділ V. Вплив антропогенного навантаження на вміст водостійких агрегатів

Відомо, що самоорганізуючий стан ґрунту найкраще проявляється під цілиною і перелогом, структурні агрегати набувають зернистого характеру, а великі грудки мають грудкувато-розсипчасту будову. Тривале розорювання ґрунту призводить до формування брилувато-грудкуватої та грудкувато-пилуватої структури ґрунту, отже до її погіршення та втрати агрономічної цінності за рахунок утворення брил, також відбувається зниження вмісту водотривких агрегатів. Ці зміни відбуваються, в основному, в орному шарі ґрунту.

Академік О.Н.Соколовський (1919) підкреслював необхідність знання факторів, що сприяють утворенню та збереженню агрономічно цінної зернистої структури. Він вказував, що основними факторами структури є цементуючі речовини ґрунту, ґрунтові колоїди - гумус та глина. Але їх зв'язуюча здатність проявляється лише в тому випадку, якщо вони в достатній мірі насичені іоном кальцію. Заміщення іону Са2+ на Na+, К+, Н+, NH4+ веде не тільки до пептизації ґрунтових колоїдів (цементуючих речовин), але і до переміщення їх в більш глибокі шари ґрунту та формування ущільнених горизонтів.

У той же час не досить лише наявності структури, а необхідно, щоб структурні агрегати не руйнувались під дією води, що відбувається при змочувані та промиванні атмосферними опадами, які містять в собі СО2, в результаті чого кальцій вилуговується з ґрунту. У цьому випадку в якості структуроутворюючого факторі виступає гумус, який під впливом періодичного висушування та віку частково втрачає здатність пептизуватись, навіть після видалення коагулятора - Са2+. Руйнування структури можливе тільки після руйнування гумусу внаслідок дії мікроорганізмів або хімічних реагентів.

За К.К.Гедройцем (1975), механізм утворення водотривкої структури в тучних чорноземах такий: ґрунти ці багаті гумусом, отже, і органічними колоїдними речовинами; кількість мінеральних колоїдних часточок буде залежати від ступеня глинистості материнської породи. Вбирний ґрунтовий комплекс насичений кальцієм і частково магнієм; навколо колоїдних часточок вбирного комплексу ґрунтова волога завжди багата сильним коагулятором - гідроксидом кальцію; тому такі ґрунти, незважаючи на багатство їх колоїдними фракціями, ніколи не мають вільних колоїдних часточок; часточки ці склеєні у мілкі агрегати, утворюючи мікроструктуру, яка не руйнується навіть при збовтуванні з водою. Внаслідок високої клеючої здатності, головним чином високодисперсної органічної частини вбирного комплексу, здатність ця зберігається і у тих первинних агрегатів, хоча і в меншій мірі, ніж у колоїдних часточок. Тому первинні агрегати дають у подальшому більш крупні структурні елементи, виконуючи, разом з тим, роль цементу для склеювання часточок більш крупних механічних фракцій; утворюються макроструктурні елементи, які, в той же час, не можуть досягати більш-менш крупних розмірів, оскільки клеюча здатність колоїдних часточок у тій чи іншій своїй частині витрачена вже на утворення первинних агрегатів. Але ця мілка структура (зерниста) має велику стійкість відносно розпиляючої дії води і подрібнюючої дії знарядь обробітку. Вчений Вершинін П.В. (1958) підкреслює, що не кожна органічна речовина, що входить до складу ґрунтового гумусу, може надавати ґрунтовим агрегатам водотривкості, а лише та, яка розчиняється в лугах і не розчиняється у кислотах, тобто гумінова кислота. Роботами Є.М. Мішустіна (1945), М.М. Лазарєва (1949) та інші вчені зазначають важливу роль ґрунтових мікроорганізмів у створенні водотривкої структури. Мікроорганізми сприяють накопиченню у ґрунті міцелію грибів та клеючих речовин (бактеріальний слиз), які є обов'язковою умовою формування структури. Але варто підкреслити, якщо орні ґрунти не поповнювати енергетичними і поживними речовинами, то присутня в них мікробіологічна діяльність буде відбуватися за рахунок руйнування органічних речовин самого ґрунту, що в кінцевому рахунку призведе до погіршення водотривкості структурних агрегатів

Соколовський О.Н. (1956) висловлював, що глина і гумус повинні самі бути коагульовані кальцієм, для утворення структури. Він підтверджує тот факт, що гумус є фактором водостійкості структури. Отже стосовно вчення О.Н. Соколовського (1921) гумусові речовини зв'язуються з мінеральною частиною ґрунту двома шляхами: 1) через "місточки" з багатовалентних катіонів, і перш за все, кальцію; 2) внаслідок взаємної дегідратації (коагуляції) мінеральних і органічних колоїдів. Вивчаючи механіз утворення водотривкої ґрунтової структури, І.В. Кузнєцова (1966) приходить висновку, що макроагрегати більшості досліджуваних ґрунтів утворюються за участю органічних речовин. При незначному вмісті органічних речовин (< 2% С) вони беруть участь у формуванні мілких фракцій ґрунтових агрегатів (0,25-3 мм), при більш високому їх вмісті вони беруть участь в утворенні і крупних фракцій агрегатів (>3 мм). Більша частина (понад 50%) макроагрегатів утворюється за участю вільних і рухомих форм органічних речовин. Менша (17-25%) і найбільш водотривка утворюється за участю міцнозв'язаних з мінеральною частиною ґрунту органічних речовин. Основна маса мікроагрегатів (40-60%) утворюється за участю органічних речовин, що міцнозв'язані з мінеральною частиною ґрунту.

Давно вченими висвітлено, що структурний ґрунт здатний у сотні і навіть тисячі разів ефективніше всмоктувати вологу порівняно з безструктурним, розпиленим. При цьому, в просторі пор агрегатів, буде збережена волога і стане доступною для численних мешканців у ґрунті. . Чим структурніше ґрунт, тим краще в ньому умови для забезпечення мешканців ґрунту вологою, біоремедіації, збереження біорізноманіття, зменшення надмірної мінералізації органічної речовини і особливо для секвестрації вуглецю.

Слід зазначити, що однією з основних причин погіршення водотривкості агрегатів є антропогене навантаження. В кінцевому результаті призводить до погіршення щільності, яка за даними В.В.Медведєва (2008) досягає 1,3 г/см і більше. Кількість агрономічно цінних водостійких агрегатів в типових і звичайних чорноземах знизилась на 20-28 %.

Нашими дослідженнями встановлено, що на варіанті органічної системи землеробства (контроль і органічна з інокулянтами) в цілому міститься найбільша кількість агрономічно цінних агрегатів і тим самим зменшенням відсотку водотривких агрегатів розміром < 1 мм у зіставлені з інтенсивною системою землеробства (з добривами і без добрив). Слід підкреслити, що у фазу викидання волоті та після збиральний період спостерігається збільшення мілких фракцій, що в свою чергу, вплинуло на вміст структурних агрегатів розміром 1 - 3 мм по всім досліджуваним варіантам.

Отже у період до посіву, аналіз показав, що вміст водотривких окремостей розміром 1 - 3 мм (агрономічно цінні) у шарі ґрунту 0 - 20 см становить 25,8% (рис.5.1), у дослідженій товщі 20 - 40 см - 27,4%.

Рис. 5.1. Кількість водотривких агрегатів в шарі ґрунту 0 - 20 см чорнозему типового.

Кількість водотривких агрегатів розміром більше 3 мм на глибині 0 - 20 складає 25,6%, ідентичні значення вимальовуються і в підорному шарі (20 - 40см). Варто відмітити, що в орному шарі ґрунту кількість водотривких агрегатів розміром менше 1 - 0,25 мм становить 18,8%. З глибиною їх вміст варіює, так у досліджуваній товщі 20 - 40 см (рис.5.2) органічної системи землеробства без добрив міститься водотривких окремостей на порядок менше. Слід відзначити, що кількість водотривких агрегатів найменшої фракції розміром менше 0,25 мм, в орному шарі ґрунту становить 29,6%, з відривом на 2,7% менше в досліджуваній товщі 20 - 40 см.

Рис. 5.2. Кількість водотривких агрегатів в шарі ґрунту 20 - 40 см чорнозему типового.

У той же час, в орному шарі ґрунту (0 - 20 см) органічної системи землеробства с інокулянтами кількість водотривких агрегатів розміром 1 - 3 мм становить на 1,4% вище у порівнянні с підорним шаром ґрунту. При цьому, майже аналогічна ситуація вимальовується із фракцією менше 1 - 0,25 мм. Але слід зазначити, що кількість водотривких агрегатів менше 0,25 мм у верхньому шарі ґрунту становить 29,1%. З глибиною (20 - 40 см) їх уміст збільшується на 2,1%. Дещо інша ситуація виникає з водотривкими окремостями більше 3 мм. Так, у шарі ґрунту (0 - 20 см) їх кількість становить 24,8%. З глибиною вміст водотривких агрегатів розміром більше 3 мм незначно збільшується і у шарі ґрунту 20 - 40 см складає 25,2%.

Проведені дослідження показують, що у досліджуваній товщі 0 - 20 см інтенсивної системи землеробства без добрив кількість водотривких агрегатів розміром більше 3 мм становить 18,4%. З глибиною (20 - 40 см) їх вміст практично не змінюється. З глибиною уміст водотривких окремостей розміром 1 - 3 мм помітно варіюється. Так у шарі ґрунту 0 - 20 см зафіксовано 21,1%. В підорному шарі (20 - 40см) їх кількість поступово зростає - 23,9%. Дещо інша картина вимальовується із меншою фракцією розміром 1 - 0,25% мм. Так, в орному шарі ґрунту (0 - 20 см) їх вміст становить 21,1%. У більш глибших шарах ґрунту (20 - 40 см) уміст агрегатів 1 - 0,25%мм не значно зменшується. У той же час, спостерігається найбільша кількість водотривких агрегатів дрібної фракції розміром менше 0,25 мм. Так, в орному шарі інтенсивної системи землеробства без добрив становить 39,6%. З глибиною їх вміст практично не змінюються.

Варто відмітити, що при інтенсивній системі землеробства з добривами в орному шарі грунту (0 - 20 см) кількість водотривких агрегатів більше 3 мм становить 19,1%. З глибиною їх уміст практично не змінюється. У той же час, з діаграми витікає, що уміст водотривких агрегатів розміром менше 1 - 3 мм у товщі ґрунту (0 - 20 см) на 1,1% менше у зіставленні з підорним шаром ґрунту. На варіанті чорнозему типового інтенсивної системи землеробства (нітроамофоска) у дослідженому шарі ґрунту 0 - 20 см вміст водотривких окремостей розміром менше 1 - 0,25 мм зафіксовано 21,7%, у шарі ґрунту 20 - 40 см їх кількість незначно збільшується. Кількість водотривких агрегатів менше 0,25 мм в шарі ґрунту 0 - 20 см складає 37,1%, у дослідженій товщі 20 - 40 см зменшується вміст на 3,3%.

З цього впливає , що у період до посіву в досліджуваних шарах ґрунту обох варіантів органічної системи землеробства (контроль та органічної з інокулянтами) спостерігалося найбільша кількість агрономічно цінних агрегатів розміром 1-3 мм у зіставлені інтенсивної системи землеробства (без добрив і з добривами). Але слід звернути увагу на те, що при всіх системах землеробства в ґрунті переважають водотривкі агрегати менше 0,25 мм у всіх чотирьох варіантах.

Необхідно зазначити, що однією із важливих фаз розвитку проса виявляється фаза викидання волоті. Так як, в цю фазу завершується формування усіх органів суцвіть, що в свою чергу, є запорукою майбутнього врожаю.

«Мокре» просіювання показало, що в обох варіантах органічної системи землеробства (контроль і органічна с інокулянтами) не відзначаються певних варіацій та диференціації з глибиною всіх досліджуваних фракцій (рис.4.3).

Проведені дослідження показують, що у досліджуваній товщі 0 - 20 см інтенсивної системи землеробства без добрив кількість водотривких агрегатів розміром більше 3 мм становить 18,5%. З глибиною (20 - 40 см) їх вміст практично не змінюється. Аналогічна картина вимальовується із дрібними фракціями розміром 1 - 0,25 мм та розміром менше 0,25 мм. Слід звернути увагу, що з глибиною уміст водотривких окремостей розміром менше 1 - 3 мм помітно варіюється. Так у шарі ґрунту 0 - 20 см кількість агрегатів 1- 3 мм становить 21,4%. З глибиною їх кількість поступово зростає і у шарі 20 - 40 см складає 23,0%.

Рис. 5.3. Кількість водотривких агрегатів в шарі ґрунту 0 - 20 см чорнозему типового.

Але, з глибиною (рис.5.4.) їх уміст збільшується на півтора відсотка. У той же час, з діаграми витікає, що уміст водотривких агрегатів розміром менше 1 - 3 мм у товщі ґрунту (0 - 20 см) у зіставленні з підорним шаром ґрунту майже ідентичні значення.

Рис. 5.4. Кількість водотривких агрегатів в шарі ґрунту 20 - 40 см чорнозему типового.

Слід зазначити, що на варіанті інтенсивній системі землеробства (нітроамофоска) у дослідженому шарі ґрунту 0 - 20 см вміст водотривких окремостей розміром 1 - 0,25 мм складає 23,0%, у шарі ґрунту 20 - 40 см їх кількість збільшується на 1,9% . Так, в дослідженій товщі 0 - 20 см чорнозему інтенсивної системи землеробства удобреної кількість водотривких окремостей розміром менше 0,25 мм (агрономічно цінні) становить 37,8%, у шарі ґрунту 20 - 40 см - 34,2% .

З вище описаного, витікає, що в фазу викидання волоті було зафіксовано найменшу кількість найдрібнішої фракції менше 0,25 мм в умовах органічної системи землеробства (контроль) і з інокулянтами на відміну від інтенсивної системи землеробства. В свою чергу, треба відмітити, що особливої ​​різниці у вмісті водотривких агрегатів розміром 1 - 3 мм (агрономічно цінні) між органічною системою землеробства (контроль) та органічної системою землеробства (інокулянти) не зафіксовано ; аналогічна ситуація відбувалася і в системах інтенсивного. Але, найбільша їх кількість виявлена на дослідженому варіанті органічної системи землеробства (контроль). Причину цього ми вбачаємо, наявності аборигенного мікроценозу, який наявний при органічній системі ведення землеробства.

В після збиральний період у зі ставленні з фазою викидання волоті не значно зменшується вміст водотривких агрегатів розміром 1 - 3 мм (агрономічно цінні) в усіх чотирьох досліджених варіантах, тим самим йде зростання кількості водотривких окремостей більше 3 мм.

Таким чином, аналіз показав, що в орному шарі (0 - 20 см) органічної системи землеробства без добрив кількість водотривких агрегатів розміром більше 5 мм становить 25,4%.

З глибиною (20 - 40 см) їх вміст не варіює Слід звернути увагу, що аналогічна ситуація виникає з фракціє розміром 1 - 3 мм (агрономічно цінні). Дещо інша картина вимальовується із меншою фракцією розміром менше 1 - 0,25 мм. Так, в орному шарі ґрунту (0 - 20 см) їх вміст становить 22,1%. У більш глибоких шарах ґрунту (20 - 40 см) відсоток зменшується на 0,9%. При цьому, майже ідентична ситуація виникла і із дрібною фракцією розміром менше 0,25 мм.

У той же час, практично аналогічна картина вимальовується з перепорозділом водотривких агрегатів на варіанті органічної системи землеробства з інокулянтами у порівнянні з органічною системою без добрив.

Проведені дослідження показують, що у досліджуваній товщі 0 - 20 см інтенсивної системи землеробства без добрив кількість водотривких агрегатів розміром більше 3 мм становить 20,2%. З глибиною (20 - 40 см) їх вміст практично не змінюється. Слід звернути увагу, що з глибиною уміст водотривких окремостей розміром менше 1 - 3 мм майже не варіюється. Так у шарі ґрунту 0 - 20 см кількість агрегатів 1- 3 мм становить 21,2%. З глибиною їх кількість поступово зростає і у шарі 20 - 40 см складає 22,3%. . У той же час, спостерігається найбільша кількість водотривких агрегатів дрібної фракції розміром менше 0,25 мм. Так, в орному шарі інтенсивної системи землеробства без добрив становить 33,0%, у більш глибших шарах їх вміст зменшується - 31,2%.

«Мокре» просіювання чорноземів типових показує, що при інтенсивній системі землеробства з добривами в орному шарі ґрунту (0 - 20 см) кількість водотривких агрегатів більше 3 мм становить 19,1%. З глибиною їх уміст практично не змінюється. У той же час, з діаграми витікає, аналогічна ситуація, щодо вмісту водотривких агрегатів фракцій розміром 1 - 3 мм (агромічно цінні) та з дрібними фракціями.

Треба звернути увагу на те, що наприкінці вегетації ми не відстежили особливої диференціації в кількості водотривких агрегатів різних фракцій в умовах всіх досліджуваних системах землеробства.

Разом із тим, результати розрахунку коефіцієнта водотривкості чорноземів типових показали, що він має приблизно однакові значення в умовах всіх досліджуваних систем. Так, в допосівній період в шарі ґрунту 0-20 см контрольного варіанту органічної системи землеробства коефіцієнт структурності становить 0,8, не значно нижче в ґрунті контрольного варіанту інтенсивної системою землеробства (0,7) . Однак , вже в середині і в кінці вегетації значення їх вирівнюються. Аналогічна ситуація спостерігається і по решті варіантів . Майже ідентична тенденція зберігається і в більш глибоких шарах ґрунту.