ЛЕКЦІЯ 4" Методологічні аспекти оцінки і прогнозу якості земель"

1. Оцінка гумусного стану земель з використанням балансового методу

Враховуючи важливу роль гумусу в родючості ґрунту, необхідно вміти регулювати його вміст і поліпшувати показники якості. Для різних грунтово-кліматичних зон потрібно розробити комплекс агротехнічних заходів, ефективних у конкретних умовах. Перш ніж перейти до розробки заходів щодо регулювання органічної речовини ґрунту, треба розрахувати баланс гумусу, який характеризує направленість процесів мінералізації та гуміфікації.

Під балансом гумусу в ґрунті розуміють різницю між статтями його надходження і витрат за однаковий проміжок часу. До статей надходження балансу гумусу належать: надходження органічної речовини із кореневими та пожнивними рештками; з гноєм та іншими органічними доб­ривами; з насінням та садивним матеріалом; зв'язування вуг­лекислого газу атмосфери синьо-зеленими водоростями. До статей витрат гумусу належать: мінералізація органічних речовин ґрунту; винос гумусу поверхневими та вертикальними стока­ми; втрати внаслідок ерозії.

   Надходження органічної речовини за рахунок діяльності синьо-зелених водоростей, з насінням і садивним матеріалом, за даними А.М.Ликова, коливається в межах 100-200 кг/га вуглецю, що повністю витрачається під час вертикального та поверхневого стоку. Для спрощення розрахунків ці статті балансу не враховують.

Виділяють три типи балансу:

бездефіцитний - коли витрати гумусу поповнюються його новоутворенням;

позитивний - новоутворення перевищує його витрати на мінералізацію;

від'ємний (дефіцитний) - витрати гумусу перевищують його новоутворення.

Визначення балансу гумусу і потреб в органічних і мінеральних добривах проводиться шляхом співставлення частин надходження і витрат. Баланс гумусу розраховується за різницею між сумарною середньозваженою величиною новоствореного внаслідок гуміфікації рослинних решток гумусу та мінералізованого з урахуванням втрат на ерозію в межах  допустимої  величини.

 Для цього використовується формула:

де  Бг - баланс гумусу, т/га сівозмінної площі;

 n - кількість культур у сівозміні;

 М_р - маса рослинних решток кожної культури (і), розрахована за рівнянням регресії, або взята з довідників;

 К_г - коефіцієнт гуміфікації рослинних решток для кожної культури;

 Г_м - мінералізація гумусу (т/га) за довідковими даними;

 S_і - площа кожної культури в сівозміні;

 П_ер.- втрати гумусу від ерозії.

   Важливо чітко розмежовувати втрати гумусу внаслідок ерозії та біологічної мінералізації. В середньому по Україні внаслідок ерозії втрачається щорічно 0,5-0,6 тон гумусу з гектара. Еродовані ґрунти займають більше 30% від загального фонду орних земель. В лісостепових і степових слабкозмитих різновидах ґрунтів вміст гумусу знижується у порівнянні з незмитими на 14-15%, а в середньо- і сильнозмитих – на 30-40%. У цих умовах основний шлях до покращення гумусового режиму на даному етапі є не збільшення кількості органічних добрив, а зменшення ерозійних втрат гумусу .

Середньорічні втрати ґрунту від дефляції та водної  ерозії розраховуються згідно з методикою, викладеною в навчальному посібнику „Формування екологічно сталих агроландшафтів” [Булигін С.Ю.,2001]. Потім, використовуючи показники вмісту гумусу в ґрунті і ерозійних втрат ґрунту, знаходять втрати гумусу від ерозії. 

Кількість гумусу, що втрачається внаслідок його мінералізації, залежить від багатьох агротехнічних факторів, серед яких основними є сівозміна, удобрення та обробіток ґрунту. Стабілізації вмісту гумусу можна досягти виключно за рахунок ретельного дотримання всього комплексу агротехнічних заходів, які збільшують надходження в ґрунт органічних речовин у вигляді кореневих і пожнивних решток та органічних добрив. Розрахунки показують, що для бездефіцитного балансу гуму­су в Україні треба щороку одержувати та вносити не менш як 340 млн. т органічних добрив, у тому числі на Поліссі - 16, в Лісостепу - 11, в Степу - 8 т/га ріллі.

Після припинення ерозійних втрат гумусу, його баланс у сівозміні розраховують за методом Г.Я.Чесняка, рекомендованим для чорноземних ґрунтів, або О.М.Ликова – для дерново-підзолистих ґрунтів.

За методом Г.Я.Чесняка (чорноземні ґрунти):

де Б- баланс гумусу сівозміни, т/га;

n - кількість полів у сівозміні;

К_гум. - коефіцієнт гуміфікації сухої маси органічних решток вирощуваних культур у частках одиниці;

А і В - параметри рівняння регресії виду х =Ау ± В, що застосовується для розрахунку сухої маси органічних решток даної культури, якщо врожайність основної продукції (ВРОЖ) складає у, ц/га;

  Н _гн. - норма гною, що вноситься під дану культуру, т/га;

  К_мінер. - величина щорічної мінералізації гумусу під даною культурою, т/га.

За методом О.М.Ликова (дерново-підзолисті ґрунти):

де Б - баланс вуглецю гумусу в сівозміні, кг/га;

К_мех. - поправочний коефіцієнт до біологічного виносу азоту, що враховує гранулометричний склад ґрунту;

К_культ. - поправочний коефіцієнт до біологічного виносу азоту, що враховує тип культури (просапні, багаторічні трави, зернові суцільного посіву);

ВИНОС N - табличний винос азоту культурою, кг/га на 1 т основної продукції;

ДОЗА N - доза азоту, що вноситься під дану культуру, кг/га.

Якщо баланс гумусу (чи вуглецю гумусу) від'ємний, то для розрахунку додаткової норми гною, т на 1 га сівозміни користуються формулами:

а) для методу Г.Я.Чесняка:   

б) для методу О.М.Ликова:    

Потребу в органічних добривах встановлюють, виходячи з конкретних умов і завдання щодо досягнення врівноваженого або позитивного балансу гумусу.

Для підтримання бездефіцитного балансу гумусу норму гною розраховують за формулою Г.Я.Чесняка:

де Н_м - мінімальна норма гною на 1 га сівозмінної площі, що забезпечує бездефіцитний баланс гумусу, т/га;

     Н₁ - норма гною, що використовується у сівозміні, т/га;

       Б_г - баланс гумусу у сівозміні, т/га;

     Кг - кількість гумусу, що утворюється з 1 т гною (в умовах Полісся -0,042, Лісостепу -  0,054; Степу - 0,059 т/га).

Існує також й інша методика визначення норми гною в сівозміні для забезпечення бездефіцитного балансу гумусу. Для цього використовують наступну формулу:

де Н - норма гною на 1 га сівозмінної площі, т/га;

  П - середньорічні втрати гумусу, т/га;

  К - кількість гумусу, що утворюється з 1 т гною на 1 га;

  У - утворення гумусу за рахунок рослинних решток, т/га;

  Т - середньорічна кількість гумусу, що утворюється під багаторічними травами (у перерахунку на гній), т/га.

Робоча формула розрахунку середньорічного балансу гумусу за методом Г.Я.Чесняка має такий вигляд:

де Бс - середньорічний баланс гумусу в ґрунті на 1га за ротацію сівозміни, т/га;              

 П₁ - сума новоутвореного за рахунок рослинних решток гумусу під культурами за ротацію сівозміни; т/га;

П₂ - сума новоутвореного за рахунок органічних добрив гумусу за ротацію сівозміни, т/га;  

 Р - сумарна кількість гумусу, що мінералізується під культурами за ротацію сівозміни, т/га;

 t_p - тривалість ротації, років.

Для стабілізації гумусного стану ґрунтів потрібно збільшити обсяги застосування органічних добрив, оптимізувати співвідношення між просапними культурами і культурами суцільного посіву, збільшити посівні площі багаторічних трав, мінімізувати обробіток ґрунту, проводити хімічну меліорацію (вапнування, гіпсування), що зумовлює закріплення гумусу на поверхні мінеральної частини ґрунту.

2. Якісна оцінка земель методом спеціального бонітування

На першому етапі складається еколого-агрохімічний паспорт поля, який характеризує стан родючості ґрунту та ступінь його забруднення токсичними агрохімікатами, важкими металами, радіонуклідами тощо.

На другому етапі проводиться оцінка родючості ґрунту поля (земельної ділянки). Для цієї мети розробляються норма­тивні дані урожайності зернових культур (озима пшениця, ярий ячмінь, горох, просо, овес) на різних типах грунтів. Нормативні врожаї розробляють на рівні адміністративних районів і областей. Вони відповідають переважно середнім показникам родючості ґрунту.

На конкретному полі нормативна врожайність корегується на фактичні показники родючості ґрунту, які наведено в еколого-агрохімічному паспорті поля. Для корегування розроблено поправочні коефіцієнти на еродованість, заболоченість, солонцюватість, засоленість, гранулометричний склад, ступінь кислотності, вміст рухомих поживних речовин та інші. Корегування нормативної врожайності проводиться на найбільш істотні фактори. Спочатку на еродованість, заболоченість, засоленість, а потім на ґрунтові показники (гранулометричний склад, ступінь кислотності, вміст рухомих поживних речовин). Кількість поправочних коефіцієнтів повинна бути обмеженою і диференціюва­тися в залежності від розміщення поля (рельєф, експозиція тощо).

Алгоритм розрахунку наступний:

У_роз. = У_нор. (К₁ ∙К₂  ∙К₃ ....К_n ),

де: У_роз.  - урожай розрахунковий, ц/га;

У_нор. - урожай нормативний, ц/га;

К₁ ∙К₂  ∙К₃ ....К_n  - поправочні коефіцієнти.

Для прикладу наведемо розрахунок на конкретному полі. Основні показники характеристики ґрунту:

- чорнозем звичайний слабоеродований середньогумусний важкосуглинковий на карбонатних суглинках;

- нормативний врожай зернових культур – 30,5 ц/га;

- поправочний коефіцієнт на еродованість ґрунту – 0,90 (К₁);

- поправочний коефіцієнт на гранулометричний склад ґрунту – 0,90 (К₂);

- поправочний коефіцієнт на вміст обмінного калію -1,10 (К₃).

Інші фактори чи ґрунтові показники слабо впливають на величину врожаю, тому в розрахунки не вводяться. Розрахунковий врожай складає:

У_роз. = 30,5 ц/га • (0,90 • 0,90 • 1,10) = 30,5 • 0,89 = 27,1 ц/га.

Розраховують середньозважені врожаї на різних рівнях управління: поле, сільгосппідприємство, адміністративний рай­он, адміністративна область. Між фактичною врожайністю зер­нових культур і розрахованою визначається коефіцієнт кореляції. Якщо встановлено тісний кореляційний зв'язок, то розрахунки можна вважати коректними.

Наступним етапом є екологічна оцінка ґрунту. Як правило, встановлюється рівень забруднення ґрунту важкими металами, радіонуклідами, пестицидами та іншими токсичними речовинами. До визначеного агрохімічного балу вводиться поправка на забрудненість.

3. Оцінка якості земель з використанням агроекологічного методу

Для якісної оцінки земель та їх еколого-агрохімічної паспортизації використовують агроекологічний метод Зражевського-Сірого. Авторами цього системного методу обґрунтовані відповідні нормативи і поправочні коефі­цієнти, які після ряду уточнень і доповнення були прийняті за основу при розробці Керівного нормативного документу "Еколого-агрохімічна паспортизація полів та земельних ділянок".

Теоретичною основою агроекологічного принципу бонітування ґрунтів є закон  рівнозначимості та незамінності факторів життєзабезпечення рослин, до яких за К.А.Тімірязєвим належать світло, тепло, пожива та воло­га. Перші з них (світло і тепло) віднесені до космічних, два останніх (пожива і волога) - до земних факторів. Бонітування ґрунтів, як "метод визначення ґрунтової родючості" (В.В.Докучаєв), дає можливість надати кількісну оцінку якості ґрунтів, тобто виявити, наскільки один ґрунт краще за інший. Показником якості або еколого-агрохімічного стану ґрунту є бонітет, виражений в балах. Останній являє собою інте­гральну величину різноманітних властивостей і природних ознак, виражених в мг, %, мг-екв, мм та інших одиницях вимірю­вання, які перераховують в бали бонітету.

Внутрішні природні властивості і ознаки ґрунту виступають як критерії бонітування і діляться на дві групи - основні (типові) та модифіковані. До основних критеріїв відносяться показники, що безпосередньо характеризують здатність ґрунту задовольняти потребу рослин у воді і елементах мінерального живлення. Це - максимально можливі запаси продуктивної вологи (ММЗПВ), запаси гумусу і вміст поживних речовин, головним чином по­тенційно доступних форм азоту, фосфору і калію. Модифікаційні критерії характеризують специфічні властивості ґрунту, які впливають на здатність рослин використовувати в процесі формування врожаю поживу і вологу. Так, ґрунт при достатньому вмісті поживних речовин і вологи, але через підвищену кислотність, солонцюватість або наявність у кореневмісному шарі токсичних речовин, несприятливі агрофізичні та інші властивості, суттєво знижує рівень ґрунтової родючості, про­дуктивність і якість сільськогосподарських культур. Це обумовлює необхідність враховувати і кількісно оцінювати їх негативну дію. А оскільки негативні властивості (підвищена кислотність, со­лонцюватість, оглеєність, еродованість, забруднення і таке інше) мають місцевий (зональний або регіональний) характер, то вони враховуються через поправочні коефіцієнти до оціночних балів, що вираховуються за основними критеріями (максимально можливими запасами продуктивної вологи та запасами гумусу в метровому шарі, вмістом азоту, фосфору і калію). Останні необхідно вважати обов'язковими для всіх без виключення проектно-технологічних центрів родючості ґрунтів, які виконують оціночні роботи при складанні еколого-агрохімічних паспортів на окремі поля і земельні ділянки.

Що стосується мікроелементів, то використання даних про їх вміст для оцінки якості ґрунтів дещо завищує зведений показник їх еколого-агрохімічного стану. Через це проведено уточнення оптимальних параметрів для некарбонатних і карбонатних ґрунтів. Крім того, пропонується проводити розрахунки не по всіх шести мікроелементах, а лише по тих, що лімітують урожай. Як правило, це - один-два мікроелементи: в зоні бурякосіян­ня - марганець, молібден; на торфових ґрунтах - мідь; в зоні Полісся - молібден, бор; у Північно-західному регіоні - ко­бальт; в Степовій зоні — цинк тощо.

Заслуговує на увагу також спосіб, запропонований Вінницьким ПТЦ "Облдержродючість", за яким середньоарифметичне значення балу по сумі 6-ти мікроелементів виступає як один показник, що за значимістю прирівнюється до окремих макропоказників, тобто основних типових критеріїв.

Формула розрахунку наведена нижче:

де:

Б - середньозважений бал поля, земельної ділянки;

ММЗПВ - максимально можливі запаси продуктивної вологи;

Г - гумус;

N - азот, що легкогідролізується;

Р - рухомий фосфор;

К - обмінний калій;

В -бор;

Мо - молібден;

Мn - марганець;

Cu - мідь;

Со - кобальт;

Zn - цинк.

Примітка: всі показники подаються в балах.

За параметрами основних критеріїв і вмістом мікроелементів обчислюють бал бонітету, після чого вводяться поправки на не­гативні властивості і отримують зведений показ­ник еколого-агрохімічного стану ґрунтової відміни поля. Якщо в межах поля знаходиться одна ґрунтова відміна, то отриманий показник буде характеризувати все поле. У випадках, коли поле або земельна ділянка складається з декількох ґрунтових кон­турів, вираховують середньозважений бал поля за бонітетом усіх його ґрунтових відмін.

Розрахунки проводять за формулою:

де: Б - середньозважений показник якості ґрунтового по­криву (в балах);

Б₁, Б₂ ….Б_n - показники якісної оцінки ґрунтових відмін, з яких складається поле (в балах);

S₁, S₂…..S_n - площі ґрунтових відмін, га.

   Отже, якісна оцінка ґрунтового покриву земельної ділянки починається з оцінки елементарного ґрунтового ареала, виділеного на ґрунтовій карті або агрохімічній картограмі. З цією метою для кожного ґрунтового різновиду вибира­ються і заносяться в спеціальну картку всі дані, що потрібні для розробки еколого-агрохімічного паспорту. Середні дані діагностичних ознак служать основою для встановлення бала бонітету грунтів, який обчислюється таким чином. Для кожного діагностичного показника з групи основних типових критеріїв спочатку обчислюють бал бонітету як процентне відношення фактичного значення критерію до еталонно­го (стандартного):

Бт.о. = Ф : Е х 100, де

Бт.о.- бал типової діагностичної ознаки;

Ф - фактичне значення ознаки;

Е  - еталонне (стандартне) значення ознаки.

В такий спосіб переводять абсолютне значення ознаки у від­носне. Але для цього потрібне обґрунтоване нормативне забезпе­чення основних (типових) ознак для визначення еталонного ґрунту.