Реферат: Оцінка протидефляційної стійкості ґрунтового покриву південного степу України

Реферат: Оцінка протидефляційної стійкості ґрунтового покриву південного степу України

Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського”

Хотиненко Ольга Миколаївна

УДК 631.459.3

Оцінка протидефляційної стійкості грунтового

покриву Південного Степу України

06.01.03 – агрогрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Миколаївському державному аграрному університеті, Міністерство аграрної політики України.

Науковий керівник доктор сільськогосподарських наук, професор

Чорний Сергій Григорович, Миколаївський державний аграрний університет, завідувач кафедри ґрунтознавства та агрохімії.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор

Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В.Докучаєва, завідувач кафедри ґрунтознавства;

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Тарасов Валерій Іванович, Луганський інститут агропромислового виробництва, завідуючий лабораторією охорони ґрунтів від ерозії.

Захист відбудеться «20» травня 2008 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

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

Автореферат розісланий «17» квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Ф. Павленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Деградація ґрунтового покриву України внаслідок прояву дефляційних процесів є актуальною проблемою сьогодення. В Україні площа потенційно дефляційно-небезпечних сільськогосподарських угідь становить 19 млн. га, в тому числі ріллі 16,6 млн. га. Серед усіх грунтово-кліматичних зон процеси дефляції проявляються найчастіше саме у Степовій зоні.

Розвиток дефляційних процесів у Степовій зоні зумовлюється специфічними погодними умовами, особливо весною, а також виникненням дефляційно-небезпечних станів агроландшафтів у найбільш дефляційно небезпечний весняний період, які залежать від змін дефляційних характеристик стійкості ґрунтів до дефляції та наявності рослинності на поверхні ґрунту. Останнє безпосередньо залежить від типу сільськогосподарських культур, що вирощуються в сучасних сівозмінах. Зміни в структурі посівних площ сільськогосподарських угідь: розширення посівних площ ярих культур, особливо соняшнику, на фоні скорочення площ посівів багаторічних та однорічних трав, зернобобових культур, – призвели до значних змін дефляційної стійкості сільськогосподарських угідь. Підтвердженням посилення дефляційної небезпеки в регіоні є виникнення 23-24 березня 2007 року пилової бурі, яка охопила приблизно 20% площі України або 50% площі всієї Степової зони. Катастрофічні наслідки пилових бур і загальне посилення дефляційної небезпеки в регіоні зумовлюють актуальність вивчення впливу найбільш поширених у сучасних польових сівозмінах Південного Степу видів сільськогосподарських культур та їх попередників на дефляційні властивості й рівень дефльованості чорнозему південного.

Зв'язок роботи з науковими програмами, проектами, темами. Основою дисертації є матеріали науково-дослідних робіт, які виконувалися протягом 2004-2007 років за завданням 01.01 “Розробити теорію формування ґрунтозахисних агроландшафтів на підставі вивчення природи і механізму просторово розподілених ерозії та дефляції” підпрограми 2 “Охорона ґрунтів від ерозії та техногенного забруднення” НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів” на 2001-2005 рр. (№ ДР 0101U006042), а також за завданням 01.02.01-21 “Розробити теоретичні засади та комп’ютерну технологію оцінювання ерозійної небезпеки та ґрунтозахисної оптимізації агроландшафтів” підпрограми 2 “Розробити систему еколого-стабілізуючих заходів з охорони ґрунтів від деградації та науково-інформаційні основи сталого й ефективного їх використання” НТП УААН “Родючість, охорона та екологія ґрунтів” на 2006-2010 рр. (№ ДР 0106U004781). Також дослідження були складовою частиною плану науково-дослідної роботи агрономічного факультету Миколаївського державного аграрного університету “Підвищення продуктивності агроландшафтів Південного та Сухого Степу України” (№ ДР 0105U001575).

Мета і завдання дослідження. Головною метою дисертаційної роботи є вивчення сучасної протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України залежно від сільськогосподарських культур та попередників.

Для досягнення поставленої мети були виконані такі завдання:

-      досліджено ґрунтові властивості, які зумовлюють формування дефляційно стійкої поверхні чорнозему південного на різних агрофонах;

-      досліджено вплив сільськогосподарських культур та рослинних решток на протидефляційну стійкість ґрунтового покриву;

-      виявлено вплив метеорологічних факторів на стійкість поверхні ґрунту від дефляції;

-      зроблено прогноз щодо змін у грудкуватості та загальній дефляційній небезпеці в зоні Південного Степу України залежно від змін зимових температур і загальних змін клімату;

-      дана оцінка протидефляційній стійкості ґрунтового покриву на основі розрахунку потенційно можливих утрат ґрунту від дефляції залежно від агрофонів;

-      оцінено еколого-енергетичну ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур із урахуванням змін енергопотенціалу ґрунту під впливом дефляції.

Об’єкт дослідження – протидефляційна стійкість ґрунтового покриву Південного Степу України.

Предмет дослідження – протидефляційні складові ґрунтового покриву, а саме: параметри протидефляційної стійкості ґрунту, рослинності та рослинних решток залежно від агрофонів і погодних умов.

Методи дослідження. Для досягнення означеної мети були використані такі методи: візуальний, лабораторний, математично-статистичний, розрахунково-порівняльний. Лабораторні аналізи зразків ґрунту виконували за атестованими та стандартизованими методиками.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна досліджень полягає у визначенні для умов Південного Степу:

-      впливу попередників та сільськогосподарських культур на протидефляційну стійкість південних чорноземів (зокрема на грудкуватість і зв’язність ґрунтових агрегатів) та рослинності в дефляційно небезпечний період року;

-      внутрішньорічної динаміки показників протидефляційної стійкості ґрунтового покриву;

-      залежності протидефляційної стійкості ґрунтового покриву навесні від кількості циклів “заморожування-танення” впродовж зимового періоду;

-      впливу змін клімату в регіоні на ґрунтові фактори дефляції та зроблено прогноз щодо майбутніх ґрунтозахисних властивостей агроландшафтів регіону;

та здійсненні для умов Південного Степу

-      кількісної оцінки протидефляційної стійкості ґрунтового покриву;

-      еколого-енергетичної оцінки протидефляційної ефективності технологій вирощування сільськогосподарських культур із урахуванням змін енергопотенціалу ґрунту під впливом дефляції.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження дають змогу оцінити для умов Південного Степу вплив попередників та головних сільськогосподарських культур на протидефляційну стійкість ґрунтового покриву. Виявлені закономірності стану протидефляційних параметрів ґрунтового покриву в найбільш дефляційно небезпечний період та впливу сучасних кліматичних змін у регіоні дають змогу прогнозувати потенційні втрати ґрунту й розробляти системи ґрунтозахисних заходів.

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

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи висвітлено на Причорноморських регіональних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу агрономічного факультету МДАУ (м. Миколаїв, 2005-2007), на Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства” (м. Чернівці, 2005), на конференціях ХНАУ (2005, 2006), на Першій регіональній науково-практичній агроекологічній конференції “Перлини степового краю” (м. Миколаїв, 2005), на Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення його сталого розвитку на початку 21-го століття” в ННЦ “ІГА ім. О.Н. Соколовського” (м. Харків, 2006), на конференції “Регіональні проблеми України: географічний аналіз та пошук шляхів вирішення” в ХДАУ (м. Херсон, 2005), VII з’їзді УТГА (м. Київ, 2006), на Міжнародній науково-практичній конференції “Аспекти сучасного розвитку аграрного виробництва в ринкових умовах” в МДАУ (м. Миколаїв, 2006), на науковій конференції “Проблеми моніторингу ґрунтів і сучасні технології відтворення їх родючості” в Подільському державному аграрно-технічному університеті (м. Кам’янець-Подільський, 2007), на Всеросійських науково-практичних конференціях (м. Бєлгород, м. Курськ, 2007).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 17 наукових праць, у тому числі 8 статей у наукових журналах та збірниках (4 – у фахових виданнях) та 9 тез за матеріалами доповідей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, який включає 193 найменування (в тому числі 43 роботи англомовних авторів), та 18 додатків. Робота викладена на 126 сторінках комп’ютерного тексту, містить 30 таблиць та 30 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан вивченості питання. У роботах Є.І. Шиятого, М.Й. Долгілевича, Д.О. Тімченка, С.Ю. Булигіна, А.А. Зайцевої, Ю.І. Васильєва, Г.О. Можейка, К.С. Кальянова досліджено основні закономірності розвитку дефляційних процесів та формування протидефляційної стійкості ґрунтів. Відмічено, що суттєвими факторами є значення показників грудкуватості та механічної зв’язності агрегатів ґрунту, шорсткості підстилаючої поверхні. Однак вивчення протидефляційної стійкості агроландшафтів в умовах сучасного землеробства проводиться в недостатній мірі, що визначило напрям досліджень.

Об’єкт, методика й умови проведення досліджень.

Дослідження протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України проводили впродовж 2004-2007 рр. у польовому досліді, розміщеному на землях Миколаївського інституту АПВ УААН, і в лабораторному експерименті. Ґрунт – чорнозем південний малогумусний залишково-слабосолонцюватий важкосуглинковий на лесі.

Об’єктами польового дослідження були 13 агрофонів: 1 – “горох після соняшника”; 2 – “озима пшениця після гороху”; 3 – “соняшник після озимої пшениці”; 4 – “озимий ячмінь після соняшника”; 5 – “соняшник після озимого ячменю”; 6 – “кукурудза після озимої пшениці”; 7 – “озимий ячмінь після кукурудзи”; 8 – “ярий ячмінь після озимої пшениці”; 9 – “кукурудза після ярого ячменю”; 10 – “соняшник після кукурудзи”; 11 – “чорний пар після сорізу”; 12 – “озима пшениця після чорного пару”; 13 – “соріз після кукурудзи”.

Згідно з робочою програмою дослідження протидефляційної стійкості грунтового покриву, залежно від сільськогосподарських культур та їх попередників, проводилися такі спостереження та аналізи: агрегатний аналіз поверхневого (0-3 см) шару ґрунту за Н.І. Савіновим згідно з методикою – МВВ 31-4970558-011-2005 (6-кратна повторність); механічна зв’язність дефляційностійких агрегатів розміром понад 1 мм (6-кратна повторність); кількість рослинних решток в г з 1 м2 (8-кратна повторність); визначення вологості ґрунту термостатно-ваговим методом (6-кратна повторність); гранулометричний склад ґрунту методом піпетки в модифікації Н.А. Качинського згідно з методикою МВВ 31-497058-010-2003 (4-кратна повторність); уміст гумусу (за ДСТУ 4289:2004); відносна масова вологість ґрунту (за ГОСТ 28268-89), середньозважений діаметр агрегатів ґрунту – розрахунковим способом; визначення вмісту ЕГЧ за С.Ю. Булигіним; фенологічні спостереження за ростом та розвитком сільськогосподарських культур – візуально.

Еколого-енергетична оцінка протидефляційної ефективності різних агротехнологій з урахуванням змін еколого-енергетичних параметрів ґрунту під впливом потенційних втрат ґрунту від дефляції проводилась за методикою Ю.О. Тараріка. Статистична обробка експериментальних даних досліджень проводилася в програмі “Міcrosoft Excel” методами параметричної статистики.

Вплив сільськогосподарських культур та попередників на протидефляційні характеристики грунтового покриву

Протидефляційні властивості ґрунтового покриву у дефляційно небезпечний період залежно від виду сільськогосподарської культури та попередників. Реалізація процесу дефляції в конкретному агроландшафті при наявності вітрів вищих за критичні швидкості залежить від стану складових діяльної поверхні агроландшафту, а саме: протидефляційної стійкості ґрунту та шорсткості поверхні. Основний показник протидефляційної стійкості чорнозему південного, показник грудкуватості поверхневого 0-3 см шару в дефляційно небезпечний період змінюється за роками під впливом різних погодних умов.

Грудкуватість поверхневого 0-3 см шару чорнозему південного навесні 2005 та 2007 років по досліджуваних агрофонах знаходилась відповідно в межах 28-39% та 28-36%, що свідчить про дефляційно небезпечний стан усіх поверхонь агрофонів, а навесні 2006 року грудкуватість 54-65% забезпечувала надійний захист ґрунтів від дефляції. У березні 2005 та 2007 років показник грудкуватості ґрунту по досліджуваних агрофонах коливався в межах від 18 до 44% та від 27 до 42%, у той час як в 2006 році його значення знаходилося в межах 66-76%. Це пояснюється різними метеорологічними умовами зимового періоду, а саме, зменшенням у 2006 році в порівнянні з 2005 та 2007 роками кількості циклів “заморожування-танення” ґрунту. У травні 2005 та 2007 років грудкуватість ґрунту внаслідок процесів агрегатоутворення (агротехнічних заходів, мікробіологічних, зволожування-висушування тощо) поступово збільшується, а в 2006 році, навпаки, зменшується внаслідок руйнування кірки, що утворилася навесні по всіх агрофонах.

З метою поглиблення аналізу змін показника грудкуватості ґрунту навесні було проведено групування агрофонів за спільністю технологій вирощування на групи озимих, ранніх та пізніх ярих культур. У межах кожної групи проводилася статистична оцінка суттєвості різниць між значеннями показників грудкуватості в ранньо- та пізньовесняний періоди за критерієм Крамера-Уелча (табл. 1).

Результати оцінки суттєвості різниці за критерієм Крамера-Уелча між середніми значеннями грудкуватості в цих групах культур у березні та травні вказує на однорідність математичних очікувань, тобто на відсутність достовірних різниць між досліджуваними показниками. Тому можна зазначити, що у весняний період у середньому за 2005-2007 роки грудкуватість поверхневого 0-3 см шару ґрунту по досліджуваних агрофонах залежно від термінів визначення істотно не змінювалася і складала менше 50%, що свідчить про низький протидефляційний стан ґрунтової поверхні протягом усієї весни. Оцінка ж показника грудкуватості у весняний період за роками досліджень указує на те, що поверхневий 0-3 см шар чорнозему південного навесні 2005 та 2007 роках на відміну від 2006 року знаходився по всіх агрофонах у дефляційно-небезпечному стані.

Механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів у 2005 році у середньому за весняний період коливалась від 65 до 72%, у 2006 році – від 75 до 82% та в 2007 році – від 64 до 81%. Такі коливання значень механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів за роками також зумовлюються різними метеорологічними умовами зимового періоду. Так, у 2006 році порівняно з 2005 та 2007 роками скорочення кількості циклів “заморожування-танення”, “зволожування-висушування” ґрунту сприяло зниженню ступеня руйнування макроагрегатів.

Досить важливим з точки зору виникнення дефляції протягом усього весняного періоду є статистичний аналіз змін механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів по групах культур методом Крамера-Уелча (табл. 2).

Механічна зв’язність ґрунтових агрегатів у середньому по агрофонах озимих культур у травні порівняно із березнем істотно зменшується майже на 5,6% і становить у березні та травні відповідно 74,68 та 69,08%.

На посівах ранніх ярих культур механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів у березні та травні становить відповідно 71,39 та 76,98%. У середньому за роки досліджень механічна зв’язність по агрофонах “ярий ячмінь після попередника озима пшениця” та “горох після попередника соняшника” зростають відповідно на 6,54 та 4,64%.

На посівах пізніх ярих культур механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів навесні зростає по всіх досліджуваних агрофонах у середньому на 6,75%. Найбільше механічна зв’язність зростає на посівах соняшника (попередники – озимий ячмінь, озима пшениця та кукурудза), а також на агрофоні соріз після попередника кукурудзи.

Таблиця 1

Оцінка суттєвості різниць між середніми значеннями показника грудкуватості ґрунту в ранньо- та пізньовесняний періоди в групах озимих, ранніх та пізніх ярих культур (у середньому за 2005-2007 роки)

Таблиця 2

Оцінка суттєвості різниць між середніми значеннями механічної зв’язності дефляційно-стійких агрегатів ґрунту в ранньо- та пізньовесняний періоди в групах озимих, ранніх та пізніх ярих культур (у середньому за 2005-2007 роки)