Електропровідність ґрунту

Разом із впровадженням технологій точного землеробства виникає потреба у проведенні детальних ґрунтових обстежень. Однак профільно-морфологічні і фізико-хімічні дослідження — справа довготривала, трудомістка і дорога, саме тому для моніторингу широко використовують електрофізичні методи дослідження. Одним із них є визначення електропровідності ґрунту. Електропровідність ґрунту — це здатність ґрунту проводити електричний струм, що виражається у мілісіменсах на сантиметр (мСм/см).

Електропровідність — це показник, який чутливо реагує на зміну вологості та температури ґрунту, гранулометричний склад, ємність катіонного обміну, засоленість, уміст поживних речовин, уміст органічної речовини тощо. Виміри можна проводити безпосередньо в полі й у лабораторних умовах у ґрунті, ґрунтово-водній суспензії чи пасті. Кожен із цих методів має свої переваги і недоліки. Наприклад, визначення електропровідності ґрунту у полі можливе за допомогою портативних приладів або електродів, встановлених на ґрунтообробну техніку, що прискорює збір даних. Тоді як електропровідність ґрунтово-водних суспензій не залежить від вологості та більшості інших характеристик ґрунту, а визначається лише температурою розчину та концентрацією заряджених частинок.

Ґрунтовий розчин перебуває у постійній взаємодії з живими організмами, твердою і газовою фазами ґрунту, тому його склад, реакція і концентрація дуже мінливі й динамічні. Ґрунтовий розчин являє собою колоїдну систему, до складу якої входять розчинені гази, різноманітні органічні і мінеральні сполуки. Реакція ґрунтового розчину характеризується активною кислотністю чи лужністю ґрунту (pH водне). У табл. 1 наведено приклад як різні концентрації сульфату амонію, сульфату магнію і гумату калію впливають на електропровідність та pH водного розчину.

Таблиця 1. Електропровідність (ЕС) та pH водних розчинів

Концентрація ґрунтового розчину є одним із основних показників придатності ґрунтів для вирощування сільськогосподарських культур. Висока концентрація призводить до підвищення осмотичного тиску, як наслідок, припиняється поглинання води і рослини в’януть. Вимірити осмотичний тиск ґрунтового розчину вкрай важко, тому вимірюють його електропровідність, що перебуває з осмотичним тиском у прямій залежності. Адже посуха, внесення необґрунтовано високих доз добрив, малий уміст гумусу, низька ємність катіонного обміну різко підвищують концентрацію ґрунтового розчину, тим самим підвищуючи електропровідність. Нормальний уміст водорозчинних солей у ґрунті становить 1–2 мСм/см, що відповідає загальній концентрації 0,7–1,5 г/л.

Однак дослідження електрофізичних властивостей дуже рідко використовуються під час встановлення властивостей та генезису ґрунтів.

Дослідження електропровідності ґрунтово-водних суспензій чорноземів типових (рис. 1) у межах Зіньківського району Полтавської області, засвідчило таке:

1. Електрофізичні показники змінюються за сезонами року і залежать від систем удобрення та обробітку ґрунту;

2. Всі досліджувані варіанти характеризуються електропровідністю, що відповідає низькому вмісту водорозчинних солей (рис. 2);

3. Зафіксовано сильну позитивну кореляцію між показниками pH (водного 0,74 і сольового 0,77) і показниками електропровідності, водночас зафіксовано помірну негативну кореляцію (-0,77) з гідролітичною кислотністю (таким чином, отримані дані свідчать про зниження електропровідності з підвищенням умісту в ґрунті H+ іону);

4. Перелогове використання та багаторічні трави сприяють більш збалансованому іонному обміну у шарі 0–10 см;

5. Зниження показників електропровідності у варіанті інтенсивної системи землеробства пов’язано зі значним підкисленням ґрунту і свідчить про необхідність проведення вапнування та корегування системи удобрення.

6. Внесення органічних добрив сприяє збільшенню кількості вільних іонів, на що вказує вищий, порівняно з інтенсивною системою землеробства, рівень показників електропровідності;

7.Найвищі показники електропровідності зафіксовано в материнській породі і дещо нижчі у верхній частині гумусо-акумулятивного горизонту, а найнижчі — у шарах 20–40 см.

У перебігу досліджень аналізували індивідуальні ґрунтові зразки, відібрані посезонно за генетичними горизонтами, а у верхньому гумусо-акумулятивному — відібрано за шарами 0–10, 10–20, 20–30 та 30–40 см. Визначено такі показники ґрунту, як електропровідність, гідролітична кислотність, рН водний і сольовий. Варіанти включали: органічну систему землеробства (сидерат), де вирощено озиму пшеницю після сидерату вики ярої; переліг (понад 20 років без обробітку); органічну систему землеробства (компост), де вирощували кукурудзу на зерно із внесенням 20 т/га компосту; інтенсивну систему землеробства (мінеральні добрива), де вирощували кукурудзу на зерно із застосуванням мінеральних добрив у нормі N130P30K30.

Таблиця 2. Загальний уміст солей у ґрунті залежно від електропровідності, мСм/см (за Л.С. Гільом та ін., 2008) водних розчинів

Отже, низькі значення електропровідності свідчать про високу кислотність чи збіднення відповідного шару ґрунту на гумус або поживні елементи. Таким чином, показник електропровідності є свого роду індикатором змін, що відбуваються у ґрунті. За допомогою цього показника зручно уточнювати межі ґрунтових відмін, що дає можливість використання цього показника у точному землеробстві для створення різноманітних картограм та карт-завдань.

Рис. 2. Динаміка середньорічних показників електропровідності чорнозему типового за умов різних систем землеробства, мСм/см

Нс (0–2 см) — степова повстина, нижня частина якої добре розкладена;

H(d) (2–52 см) — гумусово-акумулятивній, до 15 см добре задернований, свіжий, темно-сірий, середньосуглинковий, грудкувато-зернистий, щільний, скипає від НСl з глибини 50 см, видимі форми виділення карбонатів відсу­тні, велика кількість коренів, копролітів і червороїн, пос­тупово за кольором і щільністю переходить у:

Hpk (52–87 см) — верхній перехідний, свіжий, темно-сірий з ледь помітним палевим відтінком, середньосуглинковий, грудкувато-зернистий, менш щільний, скипає від НСl, без видимих форм виділення карбонатів, велика кі­лькість коренів і червороїн, поступово за кольором і щільністю переходить у:

Hpk (87–137 см) — нижній перехідній, вологий, брудно-палевій, середньосуглинковий, зернисто-грудкуватій, де­що щільніший за попередній горизонт, карбонати виділя­ються у формі псевдоміцелія і прожилок, значна кількість коренів рослін, велика кількість кротовин, заповнених материнською породою, на глибині 100–110 см знайдено свіжу кротовину, заповнену гумусованим матеріалом, пе­рехід хвилястий поступовий, за кольором і щільністю пе­реходить у:

Pk (137 і глибше) — материнська порода, вологій, пале­вий, середньосуглинковий, грудкуватий, щільний, карбо­натний лес.

С. Рєзнік, вчений агроном

журнал "Пропозиція", №5, 2021 р.