Як деградують чорноземи

Основним засобом сільськогосподарського виробництва є ґрунт. Він сформувався завдяки довготривалому впливу на материнську ґрунтотворну породу клімату, рельєфу, рослинам і тваринам та антропогенному фактору. Фізичні властивості ґрунту тісно пов’язані з основними процесами, що проходять у ньому.

Між важливими складовими частинами в ньому формуються пори, в яких знаходиться ґрунтовий розчин і повітря. Розмір, форма та спосіб групування механічних часток і агрегатів ґрунту визначають співвідношення між об’ємами, що займає тверда частина, рідина та гази. Тверда частина є основою у вивченні структури його складу й властивостей. У ґрунті об’ємне співвідношення між твердою, рідкою та газовою фазами безперервно змінюється. Це зумовлено його зволоженням й підсиханням, у результаті чого ґрунт набухає та осідає, а також проведенням обробітку та його ущільненням. Особливо непостійним є співвідношення між вмістом води й повітря, які настільки взаємопов’ язані між собою, що в разі збільшення кількості однієї фази друга на таку саму кількість зменшується. Співвідношення між твердою й рідкою частинами ґрунту суттєво впливає на газообмін та аерацію. Повітря в ґрунті розміщується у вільному від води об’ємі. Це своєю чергою відображається на тепловому режимі ґрунту та в цілому на рості й розвитку рослин. Взаємодія твердої та рідкої частин ґрунту також має вплив на фізико-механічні властивості (пластичність, липкість, зв’язність та інші).

Довготривала експлуатація ґрунту агровиробниками із застосуванням різних агротехнічних засобів призвела до суттєвих змін його властивостей. Екстенсивне використання ґрунту як засобу виробництва зумовило значну його деградацію. Особливу актуальність це питання набуває в умовах інтенсивного та тривалого землекористування. Така проблема виникла насамперед через недотримання науково обґрунтованих сівозмін, їхнє насичення технічними культурами та використання традиційного відвального обробітку. Негативний вплив діяльності людини позначився на фізичних властивостях і вмісту органічної частини ґрунту.

Для формування порівняльної оцінки чорнозему звичайного за вмістом гумусу та основними агрофізичними показниками на цілині й ріллі провели дослідження на Ерастівській дослідній станції ДУ Інститут зернових культур. На території дослідної станції збереглася цілина — ділянка цілинного степу з еталоном чорнозему звичайного. Дослідження чорнозему звичайного та його властивостей проводили на ґрунтових розрізах по ріллі та цілині. Розрізи ґрунту мали глибину 0–200 см, цілинна ділянка та рілля були розміщені на одній території на відстані 200–250 м біля села Байківка П’ятихатського району Дніпропетровської області.

Параметри показників агрофізичних властивостей ґрунту визначали за наявними методами. Під час вивчення структури цілинного ґрунту на основі одержаних результатів досліджень методом сухого просіювання було встановлено, що у верхньому шарі 0–5 та 5–10 см знаходяться досить високі показники агрономічно цінної фракції (10–0,25 мм). У цих шарах кількість цінної фракції становила 84,3 і 82,2%, у горизонті 10–15 та 15–20 см — відповідно по 75,1% і в шарі 20–25 см — 72,9 і горизонті 25–30 см — 70,6%. Найбільші зміни показників агрономічно цінної фракції ґрунту відбулись на ріллі в орному шарі 0–30 см за довготривалого її використання. Частка цінних агрегатів на ріллі в шарі 0–5 см становила 69,9%, у шарі ґрунту 5–10 та 10–15 см — відповідно 70,0 та 68,6%. Кількість агрономічно цінної фракції у показниках на цілині за вищезгаданими шарами ґрунту зменшилась відповідно на 14,4; 12,2 та 6,5%. На ріллі в нижніх шарах ґрунту (20–30 см) цей показник знизився на 5,2–6,1%, а в підорному шарі — на 2,9–5,5%. Детальніша порівняльна оцінка показників цінної структури чорнозему звичайного по ріллі та цілині наведена в графіку (рис. 1).

За довготривалого інтенсивного використання оранки суттєві зміни чорнозему звичайного відбулися й за іншими агрофізичними показниками. Традиційна оранка мала негативний вплив на ґрунт і також змінила агрегатний склад, особливо у верхніх шарах, де інтенсивно проводився обробіток. Так, у шарі ґрунту 0–5 см і 5–10 см брилиста фракція на ріллі становила 23,3 та 25,3%, що перевищувало показники на цілині відповідно на 9,9 і 8,6%.

Із глибиною ця брилиста фракція дещо зростає порівняно з цілиною, але різниця суттєво скорочується. В шарі ґрунту 10–15 та 15–20 см вона вже відрізняється відповідно на 4,0 та 4,8%. У шарі ґрунту 20–25 см і 25–30 см різниця на ріллі порівняно з цілиною становила 4,8 та 5,4%. Зростання показників брилистої фракції відмічали до глибини 100 см, а далі вони були майже однакові (рис. 2).

Проведений аналіз показників ґрунту на цілині за вмістом пилу показав, що в шарі 0–5 см його було 2,3%, в горизонті 5–10 см — 1,1% і в 10–15 см — 1,9%. У шарі ґрунту 15–20 і 25–30 см цей показник становив 1,3 та 1,4%. У глибших шарах ґрунту (до 70 см) кількість пилу коливалась в межах 1,5–1,7%, а з глибини 70 до 150 см — від 1,9 до 2,5%.

Проведений облік фракції пилу на ріллі показав, що під час інтенсивного обробітку за використання відвальної оранки значно збільшилася частка пилу в шарі 0–5 см. Уміст її зріс майже втричі та досягнув 6,8%, а в шарі 5–10 і 10–15 см — відповідно 4,7 та 4,4%. Пилова фракція ґрунту діаметром менше ніж 0,25 мм по оранці на глибині 30–40 см вирівнюється, але з подальшим заглибленням її кількість знову дещо зростає (рис. 3).

Характеризуючи комплексний показник коефіцієнта структурності ґрунту, слід відзначити, що під дією довгострокового відвального обробітку у чорноземі звичайному на ріллі відбувається його суттєве зниження через збільшення брилистої та пилуватої фракції і зменшення агрономічно цінної структури ґрунту. На цілині загальний коефіцієнт структурності в шарі ґрунту 0–5 і 5–10 см становив 5,37 та 4,62, а по ріллі — відповідно 2,32 і 2,33. Цей показник на цілині в шарі ґрунту 10–15; 15–20 і 25–30 см становив по 3,02 і 2,40, а на ріллі — відповідно 2,18; 2,10 й 1,82. У глибших шарах ґрунту (30–100 см) на цілині коефіцієнт структурності коливався від 1,67 до 1,88, а на ріллі — в межах 1,36–1,62.

Одним із важливих інформаційних показників агрофізичних властивостей будови ґрунту є щільність, що характеризує співвідношення твердої та газоподібної фаз. Щільність будови є основним показником рівня розпушеності чи ущільнення та залежить від механічного складу, органічної речовини, а також указує на будову й структуру ґрунту. Показники щільності ґрунту суттєво знижуються за найкращих умов під час формування більшої частки структурних агрегатів, що відмічалось на цілині.

Втім процес формування агрегатів виявляється найкращим чином і щільність була близькою до 1,0 г/см³ або нижче цього рівня. Таким чином, процес формування найкращої щільності, відмічений на цілині, є важливим фактором, що визначає оптимальні його параметри для чорнозему звичайного.

За одержаними результатами обліку щільності ґрунту найменші її показники були характерними для цілини. Так, в шарі ґрунту 0–5 см вона становила 0,73 г/см³, а в шарі ґрунту 5–10, 10–15 і 15–20 см — відповідно 0,85; 0,87 та 0,92 г/см³.

За наявної відвальної системи основного обробітку ґрунту і довготривалого її використання щільність у горизонті 0–5 см становила вже 0,88 г/см³, у шарі ґрунту 5–10 і 10–15 см — відповідно 0,95 і 0,96 г/см³. За такого застосування ріллі щільність у шарі ґрунту 0–5, 5–10 та 10–15 і 15–20 см зросла відповідно до вищезгаданих шарів на 20,5; 11,8; 10,3 і 7,6%. У глибших шарах ґрунту (20–25, 25–30 та 30–40 см) ущільнення зростало від 5,3 до 8,2%. На глибині 40–50 см показники щільності вже вирівнюються та наближаються до рівня цілини. Проте по оранці вони все ж таки були дещо більшими. Це пов’язано із зниженням кількості  гумусу й застосуванням енергонасичених важких тракторів і сільськогосподарських знарядь, а також негативною дією їхніх ходових частин, які значно ущільнюють підорні шари по всьому профілю ґрунту (рис. 4).

У ґрунті постійно відбуваються два взаємопротилежні процеси: з одного боку, це гуміфікація, тобто формування нових сполук гумусу завдяки органічним добривам і рослинним решткам, а з другого — мінералізація, тобто зворотній процес розпаду органічної речовини. Напрям змін гумусного стану в ґрунті залежить від того, який із цих процесів займає домінантні позиції. Щоб оцінити спрямованість цих змін, потрібно визначити початкову та кінцеву кількість гумусу за конкретний період часу.

У результаті проведених супутніх досліджень здійснено всебічну порівняльну оцінку чорнозему звичайного за вмістом гумусу на цілині та ріллі. Через кожні 5 см по профілю ґрунтового розрізу відбирали зразки ґрунту, в яких визначали наявну кількість гумусу.

Так, вміст гумусу на цілині в шарі 0–5 і 5–10 см становив 8,25 та 6,76%, на ріллі — всього 4,2 і 4,1%. Проведений аналіз даних по вмісту гумусу на ріллі свідчить про суттєве його зниження у верхньому шарі 0–5 см майже на 50%, 5–10 см — на 41,2%.

Дещо менші показники зниження рівня гумусу відмічали на ріллі в шарі 10–15 см, що становило 27,3%, у шарі 15–20 см — 29,6% і 20–25 см — 24,0%. У нижніх горизонтах орного шару (25–30 см) рівень зниження гумусу становив 9,5% порівняно з цілиною. Вміст гумусу за час нашого довготривалого господарювання у верхніх горизонтах орного шару знизився майже вдвічі, в нижніх — більш ніж на чверть, що детально відображено в графіку (рис. 5).

Чорноземам звичайним раніше хоча й було характерно висока стійкість проти деградації, проте за інтенсивного традиційного обробітку вони втрачають цю здатність через значні втрати гумусу та погіршення фізичних властивостей ґрунту. Екстенсивний шлях використання землі призвів до погіршення агрофізичних властивостей, зниження кількості органічної речовини ґрунту. За руйнування агрономічної цінної структури на ріллі збільшилась кількість фракції брил і пилу, відмічається переущільнення і, як наслідок — погіршення водно-повітряного режиму та умов для росту й розвитку рослин, їхніх кореневих систем. Знижується загальний рівень створення сприятливих умов для росту і розвитку рослин, що суттєво скорочує продуктивність сільськогосподарських культур.

До зменшення запасу гумусу призводить часте розпушення ґрунту та оранка з використанням полицевих знарядь. До того ж швидко розкладається активна гумусова частина. Такий негативний процес особливо інтенсивно відбувається в перші роки розорювання цілинних земель.

Процеси мінералізації активізуються завдяки високому рівню аерації, насиченості сівозмін просапними культурами, незначному використанню органічних добрив. Якщо надалі будуть проходити такі негативні процеси і винос поживних речовин із урожаєм не буде компенсований науково обґрунтованою системою удобрення, то ґрунти деградують і в майбутньому стануть просто непридатними для використання в землеробстві та рослинництві. На сьогодні рівень внесення органічних добрив є недостатнім і потребує застосування підвищених доз для відновлення родючості ґрунту.

Проведений комплексний аналіз родючості чорноземів звичайних за фізичними властивостями та вмістом гумусу після їхнього інтенсивного й довготривалого сільськогосподарського використання порівняно з цілиною свідчить про суттєву деградацію за всіма показниками. Тому потрібно систематично впроваджувати всі агрозаходи, спрямовані на суттєве зменшення негативного впливу антропогенного фактора на ґрунт.

Також слід підвищити дози внесення органічних речовин у вигляді гною та компостів, широко використовувати сидерати, багаторічні трави та бобові культури в сівозміні. Це стабілізує вміст гумусу за рахунок більшої кількості кореневих залишків.

Потрібно залучити й використання пожнивних рештків для покращання надходження органічної частини, а також обов’язково впроваджувати науково обґрунтовані багатопільні сівозміни, правильну систему мінімального обробітку ґрунту. Всі ці заходи забезпечать поступове накопичення цінних форм гумусових речовин, що покращить агрофізичні властивості чорнозему звичайного.

С. Артеменко, канд. с.-г. наук

Я. Алєксєєв, наук. співробітник

ДУ Інститут зернових культур НААН

Журнал «Пропозиція», №5, 2018 р.