|
ІНСТИТУТ ГРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ
ІМЕНІ О.Н.СОКОЛОВСЬКОГО УААН
ЧЕКАР ОЛЕНА ЮРІЇВНА
УДК 631.417.2:631.445.4
РОЛЬ ГУМУСУ В СТАБІЛІЗАЦІЇ ГРУНТОВИХ ПРОЦЕСІВ
У ЧОРНОЗЕМАХ ТИПОВИХ ЛІВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ
06.01.03 - агрогрунтознавство і агрофізика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Харків - 2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському державному аграрному університеті ім.В.В.Докучаєва, Міністерство аграрної політики України
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор
Лактіонов Микола Ілліч, Харківський державний
аграрний університет ім.В.В.Докучаєва,
завідувач кафедри грунтознавства
Офіційні опоненти:
доктор сільськогосподарських наук, професор ГРИНЧЕНКО Тімур Олександрович, Харківський державний педагогічний університет ім.Г.Сковороди, завідувач кафедри ботаніки
доктор сільськогосподарських наук, професор БАЛАЄВ Анатолій Джалілович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри грунтознавства і охорони грунтів
Провідна установа
Рівненський державний технічний університет, кафедра агрохімії, грунтознавства і землеробства, Міністерство освіти і науки України, м.Рівне.
.
Захист відбудеться "21" листопада 2001 р. о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Інституті грунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, м.Харків-24, вул.Чайковського, 4.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту грунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, м.Харків-24, вул.Чайковського, 4.
Автореферат розісланий "20"жовтня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Основні агрономічні якості, що обумовлюють родючість будь-якого грунту, визначаються переважно характером мулистої фракції як системи найтонших глинистих часточок, вкритих плівками гумусу, які в сукупності утворюють органо-мінеральні комплекси. Завдяки своїй природі органо-мінеральні колоїди обумовлюють напрямок грунтоутворювальних процесів, будову профілю та структурний стан грунту, характер грунтових режимів та інші якості грунту, але визначальна роль належить органічним колоїдам, тобто гумусовим речовинам (М.І.Лактіонов, 1998).
Гумус обумовлює поглинальну здатність грунту, а також є важливим джерелом азоту, фосфору, сірки й інших макро- та мікроелементів, фізіологічно активних речовин. Як важливий фактор структуроутворення він безпосередньо впливає на водний, повітряний, тепловий режими і обумовлює буферні властивості грунту.
Актуальність теми. Чимало дослідників пов'язують зміни властивостей та окремих агрономічних показників грунту в основному з кількісними змінами гумусу (А.Ш.Галстян, 1974). У публікаціях зустрічаються також повідомлення, в яких дослідники співвідносять ці зміни з якістю гумусових речовин (М.І.Лактіонов, 1998; В.В.Дегтярьов, 1998). Причому якість гумусу частіше розглядається з хімічних позицій (Д.В.Хан, 1969). Практично відсутні узагальнення щодо функціональної ролі гумусу (з агрономічних позицій) у формуванні основних властивостей грунту і його родючості. Тому головним завданням наших досліджень було показати стабілізуючу роль гумусу у формуванні основних властивостей та показників грунту, які забезпечують оптимальні умови для росту та розвитку рослин, тобто сприяють максимальному прояву ефективної родючості грунту. Наші дослідження мали сприяти вивченню закономірностей розвитку культурного грунтоутворювального процесу, розумінню особливостей еволюції грунтів та обгрунтуванню заходів з підвищення їх природної родючості в умовах різного антропогенного навантаження, що має виняткове науково-практичне значення для раціонального використання земель України.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт кафедри грунтознавства Харківського державного аграрного університету, є складовою теми "Вивчення закономірностей розвитку культурного грунтотворного процесу, еволюції грунтів та підвищення їх родючості" (номер ДР 0101U003197) і відповідає НТП "Родючість грунтів" з пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки на 1996-2000 рр.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження було розкриття ролі гумусу у стабілізації основних агрономічних характеристик (структурно-агрегатний склад, фізичні показники, ферментативна активність, рухомість важких металів) чорноземів типових Лівобережного Лісостепу України.
Відповідно до мети вирішувалися такі задачі:
вивчення кількісних та якісних змін гумусу у природних умовах і агроценозах;
визначення зв'язку гумусового стану чорноземів типових із їх структурним станом і деякими фізичними показниками;
встановлення функціонального зв'язку окремих показників гумусового стану чорноземів типових із їх ферментативною активністю;
визначення функції гумусу в регулюванні рухомості важких металів у чорноземах типових.
Об'єкт дослідження - грунтові процеси, які відбуваються у чорноземах типових за участю гумусових речовин у природних умовах і агроценозах.
Предмет дослідження - роль гумусу в стабілізації структурного стану та інших фізичних показників грунту, його ферментативної активності, рухомості важких металів і в забезпеченні певного рівня родючості чорноземів.
Методи дослідження. У польових і лабораторних дослідженнях використовувались атестовані та окремі тимчасово допущені методики. Для встановлення тісноти зв'язку між показниками гумусового стану і основними агрономічними характеристиками чорнозему типового було використано методи кореляційного та регресійного аналізу, для обробки результатів досліджень – методи математичної статистики.
Наукова новизна одержаних результатів. 1.Виявлено закономірності ролі гумусу та його складових (детрит, пасивний гумус) у формуванні структури та інших фізичних характеристик чорнозему типового середньосуглинкового Північного Лісостепу України, та чорнозему типового важкосуглинкового Північно-Східного Лісостепу, що залежать від типу утримання грунту та антропогенного навантаження. 2. Прямими дослідженнями доведено, що тривале періодичне випалювання природної рослинності на цілинному чорноземі типовому призводить до значних втрат енергії гумусу. 3.Підтверджено, що до складу пасивного гумусу входять власне гумусові речовини та детрит як складова макроагрегатів грунту. Незалежно від гранулометричного складу чорноземів детрит з адсорбованими на ньому власне гумусовими речовинами бере участь у формуванні водостійкої структури. 4. Розроблено наукові підходи до визначення блокуючої ролі активної форми колоїдного гумусу щодо рухомості важких металів. 5. Встановлено функціональний зв'язок активності ферментів (інвертази, дегідрогенази, пероксидази, поліфенолоксидази) чорноземів з окремими показниками їх гумусового стану.
Практичне значення одержаних результатів.
Розроблено рекомендації щодо створення умов, сприятливих для формування структурних макроагрегатів, а також для підвищення агрономічної якості орних чорноземів.
В умовах природних ценозів не рекомендується проводити систематичні випалювання травостою, з метою запобігання втрат енергії гумусу.
Результати досліджень впроваджуються на дослідно-виробничих об'єктах лісового господарства, зокрема в Данилівському дослідному держлісгоспі УкрНДІЛГА; при розробці заходів з охорони грунтів та підвищення їх родючості в господарствах Харківського, Балакліївського та Дворічанського районів Харківської області.
Особистий внесок здобувача полягає у безпосередній участі в підборі об'єктів дослідження, у польових обстеженнях і лабораторних дослідах (1997-1999 рр.), у подальших розробках ідей, започаткованих на кафедрі грунтознавства ХДАУ ім.В.В.Докучаєва під керівництвом М.І.Лактіонова та В.В.Дегтярьова. Особисто автором показано стабілізуючу роль гумусу в регулюванні грунтових процесів.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення та висновки дисертаційної роботи доповідалися на науковій конференції "Ноосферологія - наука про виживання та майбутнє людства", присвяченій річниці пам'яті проф. О.М.Гринченка (м.Харків, 1999 р.); на науково-практичній конференції "Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи" (м.Харків, 2000 р.); на конференціях професорсько-викладацького складу ХДАУ (м.Харків, 1997,1998,1999 рр.).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано дев'ять наукових праць, з них шість у фахових виданнях, затверджених ВАК України. Сім публікацій - одноосібні, дві - у співавторстві.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із загальної характеристики, вступу, семи розділів з відповідними підрозділами, висновків, рекомендацій з використання результатів досліджень. Загальний обсяг дисертації -244 сторінки комп'ютерного тексту. Основний матеріал викладений на 136 сторінках. Робота має 59 таблиць, 30 рисунків, дев'ять додатків. Список літератури містить 298 найменувань, в тому числі 17 іноземних джерел.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Сучасні уявлення про роль гумусу в забезпеченні функціонування грунтових процесів
У розділі подано огляд літератури з питань ролі гумусу в житті грунту та у функціонуванні грунтових процесів. Формуючись у процесі появи та розвитку грунту, гумус істотно впливає на сам процес грунтоутворення та на найголовніші характеристики грунту, що і обумовлює грунтову родючість. Існуючі в літературі дані не досить різнобічно висвітлюють роль гумусу в стабілізації грунтових процесів. Недостатньо вирішеними є питання про роль гумусу (його кількісних та якісних показників) у забезпеченні основних агрономічних характеристик грунту та у формуванні основної його якості - родючості.
Об'єкти та методи досліджень
У розділі описано фізико-географічне положення, клімат, геоморфологію, рослинний покрив, грунтотворні породи, грунтовий покрив району досліджень.
Для досягнення мети та вирішення поставлених задач об'єктами досліджень були обрані чорноземи типові середньосуглинкові на лесовидному суглинку Українського державного степового заповідника "Михайлівська цілина" та чорноземи типові важкосуглинкові на лесовидному суглинку Роганського стаціонару дослідного поля Харківського ДАУ ім.В.В.Докучаєва.
Згідно з агрогрунтовим районуванням України, територія заповідника "Михайлівська цілина" знаходиться в північно-західній підпровінції лівобережної високої провінції Лісостепу (ЛС41).
У межах Михайлівської цілини зразки грунту для досліджень були відібрані з абсолютної цілинної ділянки заповідника (абсолютна цілина), з періодично випалюваної (1986,1988,1990, 1992 рр.) ділянки абсолютно заповідного степу (випалювана цілина), з ділянки лісосмуги, яка була висаджена в 1956 р. по межі цілинного степу (лісосмуга), а також з ділянки перелогу, яка розорювалася до 1956 р., а потім була засіяна кострицею лучною та залишена під переліг, з ділянки поля №1 кормово-травопільної сівозміни СП "Червона Зірка" Лебединського району Сумської області, яка в 1933 р. була відведена господарству із цілинного масиву та розорана.
Згідно з агрогрунтовим районуванням України, територія Роганського стаціонару знаходиться в східній підпровінції лівобережної високої провінції Лісостепу (ЛС42).
Для дослідження нами були вибрані деякі варіанти досліду кафедри агрохімії, закладеного в 1983 р.: контроль (без добрив), варіант з внесенням мінеральних добрив (мінеральна система з насиченістю мінеральними добривами 281 кг/га д.р. на рік) та варіант із спільним внесенням мінеральних і органічних добрив (насиченість органічними добривами - 11,3 т/га на рік, з періодичністю внесення один раз у чотири роки, мінеральними - 120 кг/га д.р. на рік). З 1995 р. добрива не вносилися, вивчалась їх післядія. Зразки грунту були відібрані також на ділянках перелогу (1956 р.) та лісосмуги (1956 р.), яка була висаджена по орному грунту.
Зразки досліджуваних грунтів відбиралися через кожні 10 см до глибини 50 см (шар степової повсті відкидався, глибина відбору визначалася від поверхні грунту) з грунтових розрізів у триразовій повторюваності, а також за допомогою бура, методом конверту. Для аналізу структурних характеристик використовувалися зразки грунту непорушеного складу масою 1 кг, а характеристики гумусового стану визначалися зі змішаних зразків.
Для характеристики гумусового стану досліджуваних чорноземів визначалися такі показники: загальний вміст гумусу - методом І.В.Тюріна в модифікації В.Н.Симакова; вміст власне гумусових речовин та детриту - модифікованим методом Ю.Шпрингера з використанням суміші оцтового ангідриду, льодяної оцтової кислоти та концентрованої сірчаної кислоти у співвідношенні 5:5:1; вміст колоїдних форм гумусу - методом О.Н.Соколовського; реакційна здатність гумусу - за М.І.Лактіоновим; вміст рухомого гумусу - методом М.А.Єгорова; груповий та фракційний склад гумусу - методом М.М.Кононової та Н.П.Бєльчикової. З метою встановлення функції гумусу у формуванні основних агрономічних характеристик чорноземів типових визначалися такі показники: структурно-агрегатний склад - методом М.І.Савинова; щільність грунту - методом ріжучого кільця Н.А.Качинського; щільність твердої фази грунту - пікнометрично; шпаруватість - розрахунково; вміст обмінно-увібраних катіонів: кальцію та магнію - комплексометрично, натрію та калію - на полуменевому фотометрі; гідролітична кислотність - за Г.Каппеном; ємність поглинання грунту - за сумою обмінно поглинених катіонів; активність ферментів - інвертази, поліфенолоксидази, пероксидази, дегідрогенази - відповідними методами; вміст рухомих форм важких металів - за М.К.Крупським та А.М.Александровою атомно-абсорбційним методом на приладі С-115.
Для встановлення тісноти зв'язку між показниками гумусового стану і основними агрономічними характеристиками чорнозему типового було використано методи кореляційного та регресійного аналізу.
Достовірність результатів підтверджується матеріалами статистичної обробки даних.
Гумусовий режим досліджуваних чорноземів
Кількісні зміни гумусу в чорноземах залежно від інтенсивності антропогенного навантаження. Проведені нами дослідження показують, що найкращі умови для гумусонакопичення складаються в цілинних чорноземах (табл.1). Періодичне випалювання цілини практично не впливає на зміни вмісту загального гумусу, власне гумусових речовин (ВГР) і детриту в шарі 0-10 см, але з глибиною вміст гумусу дуже різко зменшується порівняно з цілинним чорноземом, що відбувається в основному за рахунок зменшення вмісту детриту. Утримання грунту в стані перелогу сприяє збільшенню вмісту гумусу порівняно з орними чорноземами. Вміст ВГР у складі гумусу також збільшується, але менш помітно, ніж вміст детриту, що обумовлено створенням більш сприятливих умов для накопичення детриту. У свою чергу розорювання чорнозему (в нашому прикладі - протягом 65 років) веде до значного зменшення вмісту гумусу. Дія лісових насаджень на гумусовий стан чорноземів Михайлівської цілини проявляється в значному збідненні грунту на детрит порівняно з цілинними аналогами.
Таблиця 1
Параметри гумусового стану чорнозему типового Михайлівської цілини
залежно від типу його утримання
Глибина Типи утримання земельних ділянок
Показники відбору зразків,см Абсолют-на цілина Випалюва-на цілина Лісо-смуга Переліг Рілля
Вміст 0-10 10,05 9,96 9,28 8,59 6,15
загального 10-20 8,27 6,95 7,81 7,79 5,98
гумусу,% 20-30 7,16 5,77 6,50 6,35 5,91
30-40 5,61 4,87 5,83 5,71 5,73
40-50 4,59 4,65 5,13 4,99 5,05
Вміст 0-10 4,79 4,57 5,30 4,45 3,70
власне 10-20 3,84 3,48 3,92 4,06 3,60
гумусових 20-30 3,34 3,03 3,63 3,47 3,56
речовин,% 30-40 3,16 2,76 3,25 3,25 3,56
40-50 2,54 2,68 3,10 2,69 2,87
Вміст 0-10 5,26 5,39 3,98 4,14 2,45
детриту,% 10-20 4,43 3,47 3,89 3,73 2,38
20-30 3,82 2,74 2,87 2,88 2,35
30-40 2,45 2,11 2,58 2,46 2,17
40-50 2,05 1,97 2,03 2,30 2,18
НІР05 0,06
У чорноземі перелогу та лісосмуги Роганського стаціонару відмічено збільшення вмісту загального гумусу порівняно з контролем (табл.2). У чорноземі лісосмуги накопичення детриту іде повільніше, ніж у грунті перелогу. Застосування мінеральної та органо-мінеральної систем добрив викликає деяке збільшення вмісту загального гумусу порівняно з контролем. Між собою ці варіанти практично не відрізняються за досліджуваними показниками. Отже, зміни вмісту гумусу відбуваються переважно за рахунок детриту. У свою чергу детрит, адсорбуючи ВГР, сприяє їх накопиченню та збереженню у грунті.
Таблиця 2
Параметри гумусового стану чорнозему типового Роганського стаціонару
залежно від типу його утримання та антропогенного навантаження
Глибина Рілля Система добрив
Показники відбору зразків,см Переліг Лісосмуга неудобрена (контроль) міне- ральна органо-мі- неральна
Вміст 0-10 7,24 6,97 5,09 5,36 5,49
загального 10-20 6,08 6,78 4,98 5,25 5,36
гумусу,% 20-30 5,41 5,63 4,84 5,17 5,30
30-40 5,28 4,90 4,23 4,51 4,78
40-50 4,36 4,22 4,16 4,29 4,38
Вміст 0-10 3,48 3,97 3,20 3,32 3,36
власне 10-20 2,91 3,99 3,19 3,32 3,34
гумусових 20-30 2,85 2,82 3,09 3,20 3,16
речовин,% 30-40 2,81 2,53 2,66 2,43 2,80
40-50 2,31 2,42 2,29 2,36 2,50
Вміст 0-10 3,76 3,00 1,89 2,04 2,13
детриту,% 10-20 3,17 2,79 1,79 1,93 2,02
20-30 2,56 2,81 1,75 1,97 2,14
30-40 2,47 2,37 1,57 2,08 1,98
40-50 2,05 1,80 1,87 1,93 1,88
НІР05 0,04
Накопиченню детриту в значно більшій мірі сприяє виведення грунту з ріллі, ніж застосування мінеральних та органо-мінеральних добрив.
Якісні зміни гумусу в чорноземах залежно від інтенсивності антропогенного навантаження. За колоїдно-хімічними властивостями гумусу О.Н.Соколовський виділяв "активну" та "пасивну" його форми. Наші дослідження показали, що умови утримання грунту визначають вміст колоїдних форм гумусу. Збільшення вмісту активної форми гумусу відбувається за рахунок активізації за М.І.Лактіоновим, пасивної форми. Це свідчить про покращання якості гумусу в агрономічному розумінні.
За М.І.Лактіоновим, об'єктивним показником, який фіксує зміни, що відбулися з гумусовими речовинами в колоїдно-хімічному плані, є показник реакційної здатності гумусу (ПРЗГ), який являє собою ємність поглинання 1% гумусу. У цілинних грунтах цей показник найнижчий, в орних - найвищий, що також свідчить про підвищення якості гумусу орних грунтів в агрономічному розумінні. Застосування мінеральної системи добрив сприяє деякому підвищенню ПРЗГ відносно контролю, а застосування органо-мінеральної системи добрив веде до його зниження.
Поряд з визначенням вмісту колоїдних форм гумусу ми визначали вміст рухомого гумусу за М.А.Єгоровим. Встановлено, що зменшення вмісту рухомого гумусу в орних чорноземах дещо стримується внесенням добрив, що свідчить, за М.А.Єгоровим, про підвищення ступеня окультуреності грунтів.
Різне використання чорноземів викликає незначні зміни типу гумусу, які знаходяться в межах одного типу гумусоутворення. Для чорнозему типового Михайлівської цілини за класифікацією Л.А.Гришиної і Д.С.Орлова характерним є фульватно-гуматний тип гумусу, для чорнозему типового Роганського стаціонару - гуматний. Підтверджено, що антропогенний вплив не змінює притаманний досліджуваним грунтам тип гумусу. Але в межах типового рівня спостерігається деяке збільшення частки гумінових речовин і зменшення частки фульворечовин у складі гумусу грунтів, які зазнають найбільш інтенсивного антропогенного навантаження, що можливо пов'язано із певною зміною грунтових режимів.
Структурно-агрегатний склад і фізичні показники грунту та стабілізуюча функція гумусу в їх формуванні залежно від антропогенного навантаження. Як відомо, найкращі за структурними показниками характеристики належать цілинним чорноземам, а також чорноземам, які тривалий час утримуються в стані перелогу. Встановлено, що в чорноземі під лісосмугою спостерігається погіршення структурного стану порівняно з цілинним аналогом (рис.1), але ці зміни менш істотні ніж в орному чорноземі.
Утримання грунту в стані перелогу та під лісосмугою (Роганський стаціонар) сприяє відтворенню структурного стану грунту відносно ріллі (рис.2). Застосування тільки мінеральних добрив призводить до часткового руйнування структури. Одночасне ж застосування органічних та мінеральних добрив не викликає погіршення структурного стану грунту завдяки компенсуючій дії органічних добрив. Зі змінами структурного стану чорнозему тісно пов'язані зміни фізичних показників грунту. Деревна та трав'яна рослинність знижує негативні наслідки сільськогосподарського використання, зменшуючи параметри щільності складення та щільності твердої фази грунту і підвищуючи шпаруватість чорнозему порівняно з орним грунтом.
За допомогою кореляційного аналізу встановлено, що важлива роль у формуванні агрономічно цінної структури грунту (10-0,25 мм), у забезпеченні водостійкості структурних агрегатів, формуванні фізичних показників досліджуваних чорноземів належить вмісту загального гумусу і особливо вмісту детриту у складі пасивного гумусу. Відмічено незначний зв'язок між вмістом ВГР та фізичними показниками чорнозему типового Михайлівської цілини.
| 
