|
Національний науковий центр
“Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”
Шимель Валентина Володимирівна
УДК 631.433.5: 631.51.01
Особливості вуглецевого режиму дренованих
мінеральних грунтів Полісся та прийоми його регулювання
06.01.03 - агрогрунтознавство і агрофізика
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Харків - 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського Української академії аграрних наук
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент
УААН Трускавецький Роман Степанович, Національний науковий центр “Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”, завідувач лабораторії родючості гідроморфних і кислих грунтів
Офіційні опоненти:
доктор сільськогосподарських наук, професор Канівець Віктор Іванович, Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН, головний науковий співробітник лабораторії біологічного перетворення сполук азоту та фосфору в грунтах
кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Линдіна Тетяна Єгорівна, Національний науковий центр “Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”, провідний науковий співробітник лабораторії геоекофізики грунтів
Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра грунтознавства та охорони грунтів, м. Київ
Захист відбудеться “23” січня 2002 р. о 10 оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Національному науковому центрі “Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського” за адресою:
61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.
Автореферат розісланий “22“ грудня 2001 року
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради _____________ Павленко О. Ф.
загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Великомасштабні меліоративні роботи та інтенсивні системи землеробства, що мали місце в період 1964-1990 рр. в Поліській зоні, призвели до істотного порушення урівноважених природних циклів кругообігу речовин, зокрема вуглецю. Суцільний дренаж та інтенсивний обробіток на значних площах негативно вплинули на газорегуляторні функції грунтів. Гідроморфні грунти із акцептора вуглекислого газу трансформувалися практично в його донатора в атмосферу, що, в свою чергу, пов’язано із спалахом процесів мінералізації органічної речовини грунтів в результаті осушувальної меліорації та обробітку.
Загальна площа дренованих гідроморфних грунтів на Україні досягла 3 млн. 70 тис. га, 70 відсотків яких припадає на Полісся. Починаючи з 1990 року меліоративні роботи майже припинено, проте їх екологічні наслідки залишаються небезпечними, вимагають постійного моніторингу та розробки нових управлінських рішень.
Важливими діагностичними показниками агроекологічного стану дренованих гідроморфних грунтів є динаміка вуглекислого газу в грунтовому повітрі, інтенсивність його емісії з грунту в атмосферу, акумуляція вуглецю в органічній речовині тощо (Н.Н. Бамбалов, 1984, Р.С. Трускавецький та ін., 2001).
Газовий режим гідроморфних мінеральних грунтів на відміну від водного та поживного вивчений недостатньо. Тільки в окремих працях (М.П. Банкин и др., 1988, Р.С.Трускавецький та ін., 1998) порушуються питання газорегуляторних функцій грунтів Полісся та рослинного покриву. Водночас відомо, що накопичення СО2 у відповідній кількості в грунтовому повітрі та аеротопі, в одних випадках, позитивно впливає на кислотно-основну реакцію грунту, на фотосинтез і формування врожаю, а в інших - може призвести до анаеробіозу, інтенсифікації відновних процесів. Тому вивчення впливу агрозаходів на вуглецевий режим, зокрема оксиду вуглецю та органічного вуглецю в системі “грунт - грунтове повітря - атмосферне повітря“ є актуальним для дренованих гідроморфних грунтів Полісся.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках науково-технічного завдання “Розробити і впровадити високоефективні системи землеробства на осушуваних землях, які забезпечують підвищення їх родючості при максимальному виході сільськогосподарської продукції з одиниці площі” (номер держреєстрації 01860125788), науково-технічної програми “Родючість грунтів. Розробити екологічно безпечні технології відтворення родючості та охорони грунтів“, підпрограми “Розробити агроекологічну оцінку стану грунтового покриву в зоні водорегулюючих систем Полісся та нормативи агрозаходів з його оптимізації“ (номер держреєстрації 0196U012532).
Мета і задачі дослідження. Основна мета - встановити динаміку параметрів СО2 в грунтовому повітрі та його емісії в атмосферу в залежності від характеру використання дренованих гідроморфних мінеральних грунтів та розробити прийоми регулювання вуглецевого режиму.
Для досягнення названої мети було необхідно вирішити такі задачі: 1) визначити параметри вмісту СО2 і О2 в грунтовому повітрі, їх порогових значень, емісії СО2 з грунту в атмосферу в залежності від способів обробітку та застосування добрив; 2) вивчити взаємозв’язок між інтенсивністю продукування СО2 в грунтовому середовищі, біологічною активністю, емісією СО2 з грунту в атмосферу, динамікою кислотно-основної реакції та карбонатно-кальційового потенціалу; 3) розробити ефективні заходи регулювання вуглецевого режиму дренованих мінеральних гідроморфних грунтів Полісся.
Об’єктом досліджень є вуглецевий режим дренованих гідроморфних грунтів Полісся за різних способів їх обробітку і удобрення.
Предметом досліджень є параметри вмісту вуглекислого газу та органічного вуглецю в дренованих дерново-слабкопідзолистих оглеєних легкосуглинкових грунтах, дренованих дерново-глейових супіщаних грунтах, дерново-підзолистих супіщаних грунтах та параметри емісії СО2 з грунту в атмосферу, заходи їх регулювання.
Методи дослідження. Розробка проблеми передбачувала поєднання теоретичних та експериментальних досліджень. Останні проводилися в умовах польових і вегетаційних дослідів згідно з існуючими методиками. Фізико-хімічні та хімічні аналізи грунтів, грунтового повітря, рослин - за атестованими та допущеними методиками.
Наукова новизна одержаних результатів. 1. Встановлено параметри динаміки СО2 в грунтовому повітрі та закономірності їх зміни під впливом удобрення та різних способів обробітку дренованих гідроморфних мінеральних грунтів Полісся. 2. Виявлено закономірності емісії СО2 з грунту в атмосферу та зв’язок їх з різними способами обробітку грунту. 3. Встановлено взаємозв’язок СО2 грунтового повітря з кислотно-основною реакцією грунту, вапняним та карбонатно-кальційовим потенціалом. 4. Розроблено заходи регулювання вуглецевого режиму дренованих гідроморфних мінеральних грунтів Полісся.
Практичне значення одержаних результатів. 1. Закономірності динаміки вмісту вуглекислого газу в грунтовому повітрі, його емісії з грунту в атмосферу, вмісту вуглецю гумусу дозволяють рекомендувати ефективні заходи його регулювання, а саме: гребенево-грядову технологію вирощування сільськогосподарських культур на недостатньо дренованих гідроморфних мінеральних грунтах і на землях з наявністю численних заболочених блюдець, а також мінімалізацію рихлення верхнього шару, що добре аерується, в поєднанні з глибоким рихленням. 2. Встановлено високий позитивний ефект технології локального окультурення грунтів Полісся і, перш за все, грунтів легкого гранулометричного складу. 3. На основі вивчення термодинаміки карбонатно - кальційового режиму в системі “грунтовий розчин - грунтове повітря” встановлені порогові значення вмісту СО2 в грунтовому повітрі, вище яких продукування СО2 грунтом є екологічно недоцільним для грунтів елювіального типу, де процеси вимивання кальційових сполук сильно розвинені. Отримані порогові параметри значень вмісту СО2 в грунтовому повітрі, які можуть бути використані в системі моніторингу меліорованих земель.
Особистий внесок здобувача полягає в реалізації мети та задач досліджень, в опрацюванні та аналізі наукової літератури з досліджуваних питань, у виконанні запланованого обсягу експериментальних робіт, в узагальненні, аналізі та математичній обробці експериментального матеріалу, в апробації результатів, у визначенні наукової новизни і практичної цінності роботи. Положення, що виносяться на захист, висновки теоретично і експериментально обгрунтовані особисто автором.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися щорічно в період навчання в аспірантурі на засіданнях відділу меліорації грунтів, на V з’їзді грунтознавців України (м. Рівне, 1998), на науково - методичній конференції “Ноосфера і окультурювання грунтів” (м. Харків, 1999), на науково-практичній конференції, присвяченій 40-річчю завершення великомасштабних досліджень грунтів України, 185 - річчю ХДАУ ім. В.В. Докучаєва (м. Харків, 2001).
Публікації. Основні положення дисертації висвітлені в семи наукових працях, в т. ч. шість з них - у фахових виданнях, затверджених ВАК України.
Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, висновків і списку використаної літератури, який налічує 246 найменувань. Загальний обсяг дисертації 189 сторінок машинопису, в т. ч. текстової частини 123 сторінки, 54 таблиці, 30 рисунків та 18 додатків.
Основний зміст роботи
Вуглецевий режим грунтів, його особливості та заходи регулювання
В розділі узагальнено літературні джерела щодо механізмів утворення СО2 і О2 в грунтовому повітрі, особливостей газового режиму грунтів, факторів, які на нього впливають. Показано, що повітряний режим та склад грунтового повітря, а саме вміст СО2 і О2 в гідроморфних грунтах має свою специфіку, яка пов’язана з наявністю різного ступеня оглеєності, контрастністю окисно-відновлювального потенціалу. Проте кількість наукових праць, в яких би висвітлювалися питання впливу різних способів обробітку та використання осушуваних гідроморфних мінеральних грунтів на вміст повітря, СО2 і О2 в грунтовому повітрі, інтенсивність надходження СО2 в приземний шар атмосферного повітря та факторів, які зумовлюють ці процеси, надто обмежена. В більшості наукових праць головний акцент відводився водному та поживному режимам і менше газовому. Взаємозв’язки вмісту СО2 в грунтовому повітрі та інтенсивності виділення його з грунту в атмосферу з гідротермічними показниками, динамікою кислотно-основної реакції, карбонатно-кальційового потенціалу, зв’язок повітряного режиму з характером трансформації органічної речовини грунту вивчені ще недостатньо. Виходячи з цього, наші дослідження були присвячені, перш за все, вивченню вуглецевого режиму дренованих гідроморфних мінеральних грунтів.
Об’єкти та методи досліджень
Спостереження за газовим режимом, біологічною активністю, трансформацією органічної речовини проводили на варіантах польового досліду лабораторії агромеліоративного землеробства і екології Волинської ДСГДС (Рожищенський район, Волинська область) на осушеному дерново-слабкопідзолистому оглеєному легкосуглинковому грунті та польових дослідів, що проводилися на Чернігівській ДСГДС на осушеному дерново-глейовому та дерново-підзолистому супіщаних грунтах (с. Прогрес, Козелецький район, Чернігівська область) в 1986-1990 рр. та 1995-1999 рр.
На стаціонарному досліді на осушеному дерново-слабкопідзолистому оглеєному легкосуглинковому грунті нами вивчалися такі варіанти: 1) звичайна оранка на глибину 18-20 см; 2) звичайна оранка на глибину 18-20 см з щілинуванням на глибину 60 см; 3) дискування на глибину 12-14 см з щілинуванням на глибину 60 см; 4) плоскорізний обробіток на глибину 18-20 см з щілинуванням на глибину 60 см. Органічні добрива вносили в дозі 15 т гною на 1 га сівозмінної площі, мінеральні - щорічно в дозах N80P80К80 д.р./га. Дослідження проводили в зерно - просапній сівозміні. Повторність досліду -чотирикратна, площа посівної ділянки 99 м2, облікової - 50 м2.
На осушеному дерново-глейовому супіщаному грунті в польовому досліді нами вивчалися такі варіанти: 1) контроль (звичайна технологія без добрив); 2) NPK + гній - звичайна технологія; 3) NPK + гній - гребенево-грядова технологія. Органічні добрива вносили у вигляді гною в дозі 27,5 т на 1 га сівозмінної площі, мінеральні - N125P90K130. Спостереження проводили в зерно-просапній сівозміні, повторність досліду - чотирикратна, площа посівної ділянки 67,2 м2; облікової - 50 м2.
Вегетаційні досліди закладені за загальноприйнятою методикою в чотирикратній повторності, зволоження підтримували на рівні 70% найменшої вологоємності. Добрива вносили як традиційним способом, так і локально. На основі торфу та мінеральних добрив формували прошарки у посудині на глибину 8-10 см. Культури: ячмінь та овес.
Азотні добрива в грунт вносили у вигляді аміачної селітри і вуглеамонійних солей; фосфорні - простого суперфосфату гранульованого, калійні - сульфату калію та хлористого калію.
Визначення вмісту СО2 та О2 в грунтовому повітрі визначали за Макаровим, емісію СО2 з грунту в атмосферу - за Штатновим, коефіцієнт дифузії СО2 - розрахунковим методом. У вегетаційних дослідах визначалися такі фізико-хімічні показники: рН та рСа потенціометрично in situ польовим рН-метром “рН-150“. У грунті визначали також біологічну активність, щільність складення, загальну порозність, порозність аерації, вміст загального гумусу, груповий та фракційний склад гумусу, загальний вміст азоту, вміст рухомого фосфору та калію за загальноприйнятими методиками. Математичну обробку проводили за допомогою дисперсійного аналізу та пакету програм “Statistika“.
Вплив агротехнічних заходів на газовий режим грунтів
Вивчено вплив способів обробітку дренованих гідроморфних мінеральних грунтів легкого гранулометричного складу на зміну агрофізичних показників. Отримані дані показали сезонну мінливість, перерозподіл вологи та температури по профілю грунту внаслідок щілинування за рахунок зменшення щільності складення, збільшення загальної порозності та порозності аерації порівняно з контролем (без щілинування). На осушених дерново-глейових супіщаних грунтах гребенево-грядова технологія обумовлює збільшення порозності аерації в шарі 0-15 см не стільки за рахунок зменшення щільності складення та збільшення загальної порозності, а за рахунок зменшення вологості грунту. Крім того, ця технологія підтримує в шарі 15-30 см щільність складення, загальну порозність, порозності аерації майже на рівні верхнього 0-15 см шару.
Для газового режиму грунтів, зокрема СО2 і О2, властива висока динамічність, яка має як загальні, так і відмінні риси. Загальним є те, що вміст СО2 та О2 значно змінювався за вегетаційний період, вміст СО2 з глибиною на всіх варіантах дослідів збільшувався, а О2 зменшувався або залишався майже на рівні атмосферного вмісту. Встановлено, що протягом весняного та осіннього періодів визначальним чинником вмісту СО2 в грунтовому повітрі є гідротермічний показник. Зокрема, навесні та восени вміст СО2 в грунтовому повітрі на всіх варіантах дослідів визначався, перш за все, температурою та вологістю грунту, про що свідчать коефіцієнти кореляції: r = 0,56, r = 0,81; в літній період їх вплив нівелюється на фоні високої біологічної активності. Концентрація СО2 в грунтовому повітрі на всіх варіантах дослідів істотно нижча від тих величин, які прийнято вважати бар’єром токсичності. Відмінною рисою є наявність значної різниці вмісту СО2 в орному шарі між варіантами дослідів та значних змін вмісту СО2 в грунтовому повітрі за профілем грунту і діапазон їх коливань залежав не тільки від способів та технологій обробітку, а й від внесення органічних та мінеральних добрив та їх поєднання з способами обробітку (рис.1). Відзначено, що на варіанті звичайного обробітку грунту на фоні внесення гною та мінеральних добрив протягом вегетаційного періоду в орному та підорному шарах вміст СО2 вищий, ніж на варіанті цього ж обробітку без добрив.
Показана висока динамічність показника інтенсивності виділення СО2 з грунту в приземний шар атмосфери на всіх варіантах польових дослідів. Загальною тенденцією в динаміці є збільшення цього показника від весни до літа та зменшення від літа до осені (рис.2,3.). У весняний та осінній періоди таку закономірність варто пов’язувати з несприятливими гідротермічними умовами, що гальмують біологічну активність грунту. В літній період, на фоні високої біологічної активності (рис.4.), емісія СО2 з грунту в атмосферу була найвища.
На емісію СО2 з грунту в атмосферу значно впливають способи обробітку грунту. В літній період емісія СО2 з грунту в атмосферу на варіанті звичайної оранки з щілинуванням осушеного дерново-слабкопідзолистого оглеєного легкосуглинкового грунту зросла в 1,2 - 1,8 рази порівняно із звичайною оранкою без щілинування. Розрахунки коефіцієнту кореляції засвідчили, що влітку та восени інтенсивність виділення СО2 з грунту в значній мірі залежали від вмісту СО2 в грунтовому повітрі та біологічної активності грунту. Множинний коефіцієнт кореляції, який вказує на сукупний вплив вологості, температури грунту, вмісту СО2, біологічної активності на інтенсивність виділення СО2 з грунту коливався в межах 0,80-0,90.
Гребенево-грядова технологія обробітку дренованого дерново-глейового супіщаного грунту підвищує інтенсивність надходження СО2 з грунту в атмосферу в 1,2-1,6 рази порівняно із звичайною на фоні добрив. Причому всередньому за три роки досліджень найвищі показники біологічної активності були відзначені на варіанті гребенево-грядової 
 
а) б)
в)
Рис.1 - Вплив обробітку на вміст СО2 в грунтовому повітрі осушеного дерново-глейового супіщаного грунту,
шари: а) 0-20 см; б) 20-40 см; в) 40-60 см; 1,2,3,4 - варіанти обробітку
технології обробітку грунту на фоні добрив (рис.5). Встановлено, що гребенево-грядова технологія на фоні добрив сприяє інтенсифікації масопереносу між грунтом та атмосферою під впливом градієнтів концентрації, температури та тиску, про що свідчить високий коефіцієнт дифузії СО2. Встановлено, що протягом вегетаційного періоду на гребнях на фоні добрив коефіцієнт дифузії СО2 з грунту в атмосферу зріс в 1,3-2,5 рази порівняно із
 
Умовні позначення: Умовні позначення:
Умовні позначення (див. рис.2) Умовні позначення (див. рис. 3)
звичайним способом обробітку грунту на фоні добрив. На інтенсивність надходження СО2 з грунту в атмосферу суттєво впливають органічні та мінеральні добрива. Так, внесення гною та мінеральних добрив на фоні звичайної технології обробітку осушеного дерново-глейового грунту підвищило інтенсивність надходження СО2 з грунту в атмосферу протягом вегетаційного періоду в 1,6-2,5 рази порівняно з контролем (звичайна технологія без добрив)
Взаємозв’язок між хімізмом процесів в грунтовому розчині
та вмістом СО2 в грунтовому повітрі
Внесені органічні та мінеральні добрива протягом вегетаційного періоду впливають на життєдіяльність мікроорганізмів, ріст та розвиток рослин, що зумовлює сезонну мінливість значень рСО2, яка впливає на розчинність карбонату кальцію в грунті, міграцію кальцію і яка є причиною значних його втрат в грунтах елювіального типу.
В результаті статистичної обробки отриманих даних встановлено, що визначальним показником розчинності карбонату кальцію в стадію проростків рослин є рН та рН-0,5рСа. Але в даний період не можна нехтувати показником рСО2, оскільки останній на 77% може визначати рівновагу карбонату кальцію в грунті. Встановлена висока тіснота зв’язку рН та рН-0,5рСа in situ з рСО2 (r = - 0,83).
Між величинами карбонатно-кальцієвого потенціалу та рСО2 поряд з стадією проростків виявлена середня тіснота зв’язку (r = - 0,53) в стадію кущіння, коли величина рН in situ в грунті на 56% залежала від вмісту СО2 в грунтовому повітрі (r= - 0,74), а величина рН-0,5рСа корелювала з рСО2 на рівні r = - 0,43. В стадію колосіння ячменю чіткої залежності карбонатно-кальцієвого, вапняного потенціалів, рН від рСО2 не виявлено.
З урахуванням константи розчинності карбонату кальцію рівняння умови рівноваги мають такий вид:
- 2,41рСО2 + 9,90 = 4 (стадія проростків)
- 1,69рСО2 + 7,09 = 4 (стадія кущіння)
На підставі вказаних рівнянь розраховано порогову величину рСО2 в дерново-підзолистому супіщаному грунті в умовах вегетаційного досліду в стадію проростків рослин, яка становить рСО2=2,50. За вищих від цього порогу величин рСО2 термодинамічно вигідне розчинення карбонату кальцію і перехід кальцію в грунтовий розчин, за нижчих - термодинамічно вигідне осадження карбонату кальцію і перехід кальцію з грунтового розчину в тверду фазу. Аналогічним чином одержане порогове значення рСО2 в стадію кущіння рослин, яке становить рСО2=1,83. В дерново-підзолистому супіщаному грунті в умовах вегетаційного досліду в стадії проростків та кущіння рослин величин рСО2 нижчих за 2,50 та 1,83 не спостерігалося, що свідчить про високу імовірність виносу кальцію з грунту. Динаміка вмісту гумусу в залежності від умов аерації в гідроморфних
грунтах Полісся
Встановлено, що на варіанті звичайної оранки з щілинуванням на фоні органічних та мінеральних добрив дренованого дерново-слабкопідзолистого грунту намітилася тенденція до зниження загального вмісту вуглецю гумусу в шарі 0-20 см порівняно з іншими варіантами. На варіантах дискування з щілинуванням та плоскорізного обробітку з щілинуванням ця тенденція не відзначена.
Характер обробітку осушеного дерново-слабкопідзолистого грунту помітно позначився на якісному складі гумусу. Має місце тенденція до підвищення вмісту вуглецю фульвокислот 1-ої та 3-ої фракцій та 1-ої фракції гумінових кислот на варіанті звичайної оранки з щілинуванням та зниження вмісту фракції гумінових кислот, пов’язаних з глинистою фракцією та стійкими полуторними окислами. Водночас звужується співвідношення Сг.к.:Сф.к. та знижується оптична щільність гумінових кислот на варіантах з щілинуванням. Це свідчить про перерозподіл сполук органічного вуглецю в умовах інтенсивного обробітку. На сприятливі умови для закріплення органічного азоту в грунті на варіантах дискування з щілинуванням та плоскорізного обробітку з щілинуванням вказує показник Nг.к. : Nф.к..
В осушеному дерново-глейовому супіщаному грунті на варіантах звичайної та гребенево-грядової технологій на фоні органічних та мінеральних добрив намітилася тенденція до збільшення загального вмісту вуглецю. На варіанті гребенево-грядової технології на фоні добрив підвищується загальний вміст вуглецю фульвокислот порівняно з традиційною технологією обробітку грунту, що призводить до звуження співвідношення Сг.к. до Сф.к. Отже, в гідроморфних мінеральних грунтах після проведення осушення та інтенсивного обробітку створюються висококонтрастні водно-повітряний режим та окисно-відновні умови в орному та підорному шарах грунту, що сприяє перерозподілу сполук вуглецю основних груп гумусових кислот.
З метою стабілізації вуглецевого та поживного режимів в кореневмісному шарі грунту пропонується локальний спосіб внесення органічних та мінеральних добрив. Встановлено, що локальне внесення органічних і мінеральних добрив підвищує вміст органічних речовин у грунті.
Ефективність прийомів регулювання вуглецевого режиму грунтів
Ефективність способів, технологій обробітку та способів заробки органічних та мінеральних добрив вивчали в польових та модельних дослідах.
Найвищий приріст урожаю сільськогосподарських культур на осушеному дерново-слабкопідзолистому оглеєному легкосуглинковому грунті одержано на варіанті звичайної оранки з щілинуванням на фоні органічних та мінеральних добрив. Тут спостерігався приріст урожаю багаторічних трав (сіно) 20% порівняно з контролем (звичайна оранка), озимої пшениці - 7%, картоплі - 31%. Дискування з щілинуванням та плоскорізний обробіток з щілинуванням на фоні органічних та мінеральних добрив дали приріст урожаю багаторічних трав відповідно 15% і 12%. Значної різниці в урожаях багаторічних трав та озимої пшениці на варіантах досліду з щілинуванням на фоні звичайної оранки, дискування, плоскорізного обробітку не спостерігалося, а лише на урожай картоплі позитивно впливала звичайна оранка з щілинуванням.
Коефіцієнт ефективності енергетичних затрат на варіантах з щілинуванням на фоні звичайної оранки та плоскорізного обробітку вищий, ніж на контролі (звичайна оранка) (табл.1.). Вкладена в названі технологічні процеси енергія окупається заново акумульованою енергією в урожаї.
Встановлена залежність біопродуктивності сільськогосподарських культур від добрив та способів обробітку осушеного дерново-глейового супіщаного грунту. Приріст урожаю силосної маси кукурудзи на варіанті звичайного обробітку з добривами становив 17%, озимої пшениці - 32%, кормових буряків - 96% порівняно з контролем (звичайний обробіток без добрив). Приріст урожаю силосної маси кукурудзи на варіанті гребенево-грядового обробітку на фоні добрив становив 6%, озимої пшениці - 45%, кормових буряків - 60% порівняно із звичайним способом з добривами, тобто ефективність органічних та мінеральних добрив виявилася вищою на варіанті гребенево-грядового обробітку порівняно із звичайним.
Встановлено, що гребенево-грядовий обробіток потребує дещо вищих енергетичних витрат порівняно із звичайним обробітком грунту. Проте на даному варіанті коефіцієнт енергетичної ефективності вищий, ніж на звичайному обробітку (на фоні добрив).
Локальне внесення мінеральних та органічних добрив в умовах вегетаційного досліду на дерново-підзолистому супіщаному грунті підвищило урожай сухої маси ячменю відповідно на 11% та 23% порівняно з традиційним внесенням. В умовах польового досліду локальне внесення мінеральних добрив підвищило урожай кукурудзи молочно-воскової стиглості на 24% порівняно з традиційним внесенням (пряма дія) та на 6,9% (післядія). Локальне внесення торфо-мінеральної суміші в підорний шар підвищило урожай кукурудзи молочно-воскової стиглості на 19 - 21% порівняно з локальним внесенням в орний шар.
Таблиця 1
Агроенергетична оцінка способів обробітку осушеного дерново-слабкопідзолистого
оглеєного легкосуглинкового грунту
висновки
В дисертації наведено теоретичне обгрунтування й вирішення проблеми регулювання вуглецевого режиму в умовах інтенсивного сільськогосподарського використання дренованих гідроморфних мінеральних грунтів Полісся легкого гранулометричного складу на основі параметрів вмісту СО2 в грунті, емісії СО2 з грунту в атмосферу та динаміки вмісту вуглецю гумусу, встановлення закономірностей вуглецевого режиму в системі “грунт - грунтове повітря - атмосферне повітря”.
1. Після проведення дренажних робіт і в перші роки сільськогосподарського використання гідроморфні грунти трансформуються із акцептора вуглекислого газу в його донатора в аеротоп через спалах процесів мінералізації органічної речовини. Це ускладнює екологічну ситуацію і може призвести до забруднення навколишнього середовища.
2. Параметри вмісту СО2 в грунтовому повітрі дренованих мінеральних грунтів є дуже динамічними і залежать від багатьох чинників: інтенсивності обробітку грунту, гідротермічного показника, біологічної активності.
Сезонна динаміка вмісту СО2 в грунтовому повітрі дренованого дерново-слабкопідзолистого оглеєного легкосуглинкового грунту обумовлена змінами його температури та вологості. Коефіцієнти кореляції між вмістом СО2 в грунтовому повітрі, температурою та вологістю коливаються весною і восени в межах 0,56 - 0,81; в літній період ці показники знаходяться в менш тісному зв’язку.
3. Інтенсивність виділення СО2 дренованими гідроморфними мінеральними грунтами в атмосферу пов’язана з способами обробітку, біологічною активністю, гідротермічними показниками, вмістом СО2 в грунті. Множинний коефіцієнт кореляції, який вказує на сукупний вплив вологості, температури грунту, вмісту СО2, біологічної активності на інтенсивність виділення СО2 з грунту коливався в межах 0,80-0,90. Встановлено, що на осушеному дерново-глейовому супіщаному грунті гребенево-грядова технологія порівняно із звичайною технологією на фоні добрив підвищує інтенсивність виділення СО2 з грунту в атмосферу в 1,2-1,6 рази. Внесення гною та мінеральних добрив на фоні звичайної технології обробітку підвищувала інтенсивність надходження СО2 з грунту в атмосферу протягом вегетаційного періоду в 1,6-2,5 рази порівняно із звичайною технологією без добрив. Звичайна оранка в поєднанні з щілинуванням осушеного дерново-слабкопідзолистого оглеєного легкосуглинкового грунту аналогічно гребенево-грядовій технології також інтенсифікує процес емісії СО2 в атмосферу в 1,2-1,7 рази порівняно із звичайною оранкою без щілинування.
4. Висока аерація дренованих мінеральних грунтів за рахунок їх глибокого рихлення призводить до зменшення вмісту гумусу та збільшення вмісту рухомих його фракцій.
5. Встановлена термодинамічна рівновага між вмістом СО2 в грунтовому повітрі, карбонатно-кальційовим потенціалом, що дало можливість визначити порогові значення показника рСО2 в грунтовому повітрі, вище яких ці значення набувають екологічної недоцільності для грунтів елювіального типу, де процеси вимивання кальційових сполук сильно розвинені.
6. Вибираючи способи обробітку дренованих гідроморфних мінеральних грунтів можна регулювати процесами накопичення СО2 в грунтовому повітрі. Ефективним способом регуляції вуглецевого режиму грунтів легкого гранулометричного складу виявилася технологія локального внесення добрив. Вона дозволяє пролонгувати розклад органічних добрив, зменшити інтенсивність надходження СО2 в грунтове повітря в 1,3-1,5 рази, збільшити вміст органічних речовин в локальному осередку. При цьому величина урожаю не зменшується.
рекомендації виробництву
1. На недостатньо дренованих дерново-слабкопідзолистих оглеєних легкосуглинкових та дерново-глейових супіщаних грунтах для оптимізації вуглецевого режиму рекомендується проводити оранку, безполицевий обробіток в поєднанні з глибоким рихленням на глибину 60 см або запровадити гребенево-грядову технологію вирощування сільськогосподарських культур.
2. З метою економії ресурсів та підвищення ефективності їх дії пропонується для впровадження технологія локального внесення органічних та мінеральних добрив в орний та підорний шари грунту, що стабілізує вуглецевий режим в грунтовому середовищі.
список опублікованих праць за матеріалами дисертації
1. Дяченко В.В. Вплив різних способів обробітку на водно-повітряний режим осушеного дерново-слабопідзолистого грунту // Агрохімія і грунтознавство. - 1992. - Вип.54. - С. 57-60.
2. Чешко Н.Ф., Шимель В.В. Термодинамічний критерій розчинності карбонату кальцію в дерново-підзолистому грунті // Агрохімія і грунтознавство: спец. випуск до V з’їзду УТГА. - Харків, 1998. - Ч4. - С. 3-8. (Узагальнено експериментальні дані по динаміці СО2 для визначення критерію розчинності карбонату кальцію в дерново-підзолистому грунті).
3. Шимель В.В. Динамика органического вещества в осушенных дерново- слабоподзолистых почвах Полесья в процессе их окультуривания // Вісник ХДАУ. - 1999. - № 1. - С. 60 - 64.
4. Шимель В.В. Динаміка вологості грунту та газового складу грунтового повітря в залежності від технологій обробітку осушеного дерново-підзолистого глейового супіщаного грунту // Вісник ХДАУ. - 2000. - №1. - С. 215-220.
5. Трускавецький Р.С., Шимель В.В. Порушення газорегуляторних функцій гідроморфних грунтів під впливом дренажу та обробітку// Вісник ХДАУ. - 2001. - № 3. - С. 152 - 156. (Узагальнено літературні джерела та експериментальні дані по газовому режиму дерново-підзолистого грунту).
6. Трускавецький Р.С., Шимель В.В., Горєлова Л.В., Власюк О.А. Газорегуляторні функції гідроморфних ландшафтів // Агрохімія і грунтознавство: спец. випуск до V з’їзду УТГА. - Харків, 1998. - Ч.3. - С. 125-126. (Узагальнено літературні джерела).
7. Мамонтова Е.Г., Дяченко В.В. Энергетическая оценка эффективности некоторых агромелиоративных приемов // Мелиорация и охрана почв. - Тез. докл. III съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ССР, 10-14 сентября 1990 г. - Харьков, 1990. - С. 114-116. (Проведені розрахунки енергетичної оцінки ефективності агромеліоративних заходів).
Анотація
Шимель В.В. Особливості вуглецевого режиму дренованих мінеральних грунтів Полісся та прийоми його регулювання. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.03 - агрогрунтознавство і агрофізика. - Національний науковий центр ”Інститут грунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”, м. Харків, 2001.
Встановлені параметри вмісту СО2 в грунтовому повітрі, емісії СО2, характер трансформації органічної речовини за різних способів обробітку та удобрення в дренованих мінеральних грунтах Полісся.
Показано, що щілинування в комплексі з різними способами обробітку грунту та гребенево-грядова технологія підвищують біологічну активність, інтенсивність виділення СО2 та швидкість дифузії СО2 з грунту в атмосферу. Вміст СО2 і О2 в грунтовому повітрі суттєво варіював в залежності від агротехнічних заходів.
Показано, що на варіантах інтенсивного обробітку осушуваних мінеральних грунтів Полісся має місце тенденція до зниження вмісту гумусу.
На основі вивчення термодинаміки карбонатно-кальційового режиму встановлені порогові значення рСО2 в грунтовому повітрі, вище від яких ці значення набувають екологічної недоцільності для грунтів елювіального типу, де процеси вимивання кальційових сполук сильно розвинені.
З метою стабілізації вуглецевого режиму в осушуваних мінеральних грунтах, покращання процесу накопичення органічних речовин рекомендований спосіб локального внесення органічних та мінеральних добрив в орний та підорний шари грунту.
Ключові слова: дреновані грунти, способи обробітку, гребенево-грядова технологія, грунтове повітря, вуглекислий газ, трансформація, гумус, карбонат кальцію, порогові значення, емісія.
| 
