ТЕМА 8. АГРОФІЗИЧНА ДЕГРАДАЦІЯ.

1. Причини і наслідки втрати агрономічно цінної структури грунту.

Значної шкоди ґрунтам завдає агрофізична деградація. Основними причи- нами її є високий ступінь розорювання ґрунтів, застосування інтенсивного обробітку ґрунту, недотримання чергування культур у сівозміні, недостатня кількість органічних добрив, що вноситься у ґрунт, недотримання технологій вирощування культур.

Оцінку процесам агрофізичної деградації ґрунту дають за такими показниками: щільність складення; вміст агрономічно цінних агрегатів; вміст водотривких агрегатів; водопроникність.

Структура ґрунту є одним із головних факторів її родючості. Внаслідок дії на ґрунт вищезазначених чинників агрофізичної деградації, погіршується його структурний стан.

Структурність - здатність ґрунту розпадатися на окремості різного роз- міру та форми. Структурою називаються ці самі окремості (грудки, зерня, го- ріхи, брили, призми та ін.), що складаються з механічних елементів, зцементованих між собою. Оскільки будь-яка структурна окремість (агрегат) складається із скріплених (зцементованих) між собою механічних елементів, то структура (як властивість) спостерігається лише в суглинкових та глинистих ґрунтах. У піщаних і супіщаних ґрунтах механічні елементи звичайно перебувають у частково розділеному стані. В залежності від розміру структурних окремостей, виділяють такі групи структури: брилиста – більше 10 мм; макроструктура – 10-0,25 мм; груба мікроструктура – 0,25-0,01 мм; тонка мікроструктура – менше 0,01 мм (П. Вершинін, 1958).

В агрономічному відношенні найбільше значення має грудкувата та зерни- ста макроструктура поверхневого шару ґрунту. Оптимальні умови повітряного й водного режимів створюються в ґрунтах із дрібногрудкуватою і зернистою структурою (агрегати розміром 10-0,25 мм) з достатньою кількістю пор, але найкращими є агрегати від 1 до 5 мм. Слід зауважити, що в надмірно вологих ґрунтах оптимальним розміром є 10 мм, а в ґрунтах посушливих районів – 2 мм. В першому випадку крупна макрострук тура забезпечує кращий водно-повітряний режим, а в другому – дрібні макроагрегати (близько 2 мм) при достатній аерації ґрунту добре зберігають вологу і, одночасно, є стій- кими проти ерозії (розмиву), захищають ґрунт від дефляції (вітрової ерозії). Слід зазначити, що не тільки макро-, але й мікроагрегати, особливо розміром від 0,25 до 0,05 мм, мають позитивний вплив на родючість ґрунту. Але якщо в ґрунті є тільки вона, а немає агрегатів макроструктури, то це не забезпечить сприятливих властивостей ґрунту, а навпаки – погіршить їх.

Таблиця 1 ‒ Оцінка структурного стану ґрунтів

У структурному ґрунті створюються оптимальні умови водного, повітря- ного і теплового режимів, що, у свою чергу, обумовлює розвиток мікробіологіч- ної діяльності, мобілізацію й доступність поживних речовин для рослин. Оцінка структурного стану ґрунтівнаведена в таблиці 6.7. Змінюючи структурний склад ґрунту, можна управляти розвитком рослин і надходженням елементів живлення й вологи.

Для оцінки структурного стану ґрунту використовують наступні показ- ники. За даними сухого просіювання (по М. Саввінову) розраховують коефіцієнт структурності:

де Кст – коефіцієнт структурності;

А – сума розміром від 0,25 до 10 мм, %;

Б – сума агрегатів менше 0,25 і більше 10 мм, %.

Проте важливим є не лише загальна кількість агрономічно цінних агрега- тів, але і їх стійкість до розмивання. У таблиці 6.8 наведено оцінку структури ґрунту за вмістом водотривких агрегатів.

Таблиця 2 ‒ Оцінка структурного стану ґрунтів за вмістом водотривких агрегатів

За результатами мокрого просіювання визначають критерій водостій- кості за формулою:

де Кв – критерій водостійкості, %;

С – вміст структурних фракцій у ґрунті розміром від 1 до 0,25 мм, отриманих при сухому просіюванні, %;

Свв – вміст водостійких агрегатів розміром від 1 до 0,25 мм, % .

Оптимізація агрофізичних властивостей ґрунту найбільш тісно пов'язана з його обробітком і вирощуваними культурами. Відомо, що на структуроутворення позитивно впливають органічні добрива, особливо гній, багаторічні  трави,  кальцієвмісні  добрива. Проте Т. Мальцев (1988) робить висновки, що збагачувати ґрунт перегноєм, покращувати його структуру здатні не лише багаторічні, але й однорічні рослини при умові поверхневого обробітку ґрунту. Покращення структури ґрнту під однорічними рослинами при поверхневому обробітку відбувається за рахунок того, що коренева маса знаходиться у верхньому шарі ґрунту, а також за рахунок збільшення вмісту органічної речовини.

2. Причини і наслідки переущільнення орних ґрунтів, профілактика запобігання.

Найбільш поширеним із різновидів агрофізичної деградації є переущільнення ґрунту. Інтенсивна дія ходових систем потужних тракторів, важких сільськогосподарських машин та інших транспортних засобів стала серйозною загрозою родючості ґрунтів, приводячи до їх руйнування і являючись однією з причин розвитку ерозійних процесів. Ходовi системи засобiв механізації в землеробстві мають рiзнi конструктивнi параметри, а тому ущiльнюють ґрунт по-рiзному. Гусеничнi трактори менше ущiльнюють ґрунт нiж колiснi. Ходові системи трак- торів у яких гусениці мають менший шаг, а опорнi катки – меншу віддаль мiж собою здатні в меншiй мiрi ущільнювати ґрунт.

Колiснi ходовi системи тракторiв також мають рiзнi конструктивнi особливостi i дiють на ґрунт по-рiзному (спаренi колеса, шини розширеного профилю, шини високого чи низького тиску i т.п.). Вiд конструкцiї шин залежать питомi навантаження на ґрунт, деформацiя його при буксуваннi, що впливає на ущiльненнiсть ґрунту. Найбільше ущільнюється ґрунт по периферії поля.

Опади у виглядi дощу ущiльнюють ґрунт завдяки ударам капель, запли- вання, додаткової маси. Ущільнення ґрунту збiльшується по мiрi збiльшення кiлькостi опадів. Загальна кількість води, що попадає на ґрунт, ущiльнює його завдяки збiльшення маси, запливання. Iнтенсивнiсть i вид зрошування впливають на кiлькiсть води i каплеутворення, що впливає на запливання ґрунту i енергiю удара, а це значить i на ущiльнення ґрунту. Зрошення ущільнених ґрунтів неефективне, оскільки часто виникає навіть цементація поверхні. Після ви- сихання утворюються величезні тріщини.

При ущільненні відбувається:

·     збільшення питомої маси ґрунту;

·     зниження загальної і особливо некапілярної пористості.

·     затримання росту кореневої системи, коли зменшується загальна маса коренів і проникнення коріння в орні і підорні шари ґрунту, зменшення вологозабезпеченості рослин.

·     погіршення водно-фізичних властивостей: вологоємкості, швидкості вбирання поливної води, зменшення водопроникності.

·     погіршення аерації і біологічних процесів.

·     посилення поверхневого стоку води і змиву дрібнозему.

·     погіршення поживного режиму ґрунту.

·     зниження урожайності та якості с/г продукції.

Внаслідок нерегульованого випасу худоби відбувається переущільнення пасовищ. Найбільше зазнають ущільнення староорні ґрунти. У них утворюються плужні підошви, затримання води на яких призводить навіть до оглеєння. При цьому активізується анаеробна мікрофлора, посилюються відновні процеси, в ре- зультаті яких утворюються сірководень і аміак, що є токсичними для рослин.

Щільність ґрунту тісно зв’язана із іншими показниками, так як впливає на режими ґрунту. В.В. Медвєдєв (2004) зазначає, що водний режим як сукупність процесів надходження, перерозподілу, акумуляції і випаровування вологи в ґрунті залежить від щільності складення. В загальному вважається, що пухкий ґрунт краще сприймає вологу, ніж щільний.

Найчастіше оцінку щільності ґрунту дають за Н.А. Качинським, яка наведена у таблиці 1.

Таблиця 1 ‒ Оцінка щільності складення суглинкових і глинистих ґрунтів (за Н.А. Качинським)

Вбирання вологи в пухкий ґрунт супроводжується його ущільненням, швидким настанням рівноважного стану. Одночасно з цим різко зменшується надходження вологи у ґрунт. Затухання вбирання тим стрімкіше, чим пухкіший і гірше оструктурений ґрунт. Переміщення вологи всередині ґрунту також залежить від щільності. В пухкому ґрунті більша глибина промочування, щільному – менша. Щільність обумовлює також і висхідні потоки вологи: фізичне випаровування, транспірацію. Надмірно пухкий ґрунт швидко втрачає вологу, щільний – гірше, оптимальна транспірація спостерігається при помірному ущільненні.

У формуванні повітряного режиму також особлива роль належить щільності складення. Повітреємність ґрунту при найменшій вологоємкості має зворотний лінійний зв'язок із щільністю складення, причому найбільш тісна залежність у ґрунтах суглинкового та глинистого гранулометричного складу. Також існує зв'язок між складом газової фази ґрунту та динамікою і щільністю ґрунту.

Тепловий режим, як і два вищезазначені регулюється щільністю складення. Від неї залежать теплопровідність і теплоємкість. Розпушування або коткування можна розглядати як прийоми теплової меліорації.

Впливаючи на водний, повітряний та тепловий режими, щільність здійснює суттєвий вплив на біологічний режим ґрунту. Так, надмірне ущільнення ґрунту призводить до зниження біологічної і ферментативної активності, і як наслідок, знижує доступність для рослин елементів живлення. Враховуючи негативний вплив ущільнення на ріст та розвиток рослин, мікробіологічну активність та інші показники, В.В. Мєдвєдєв наводить допустиму щільність складення ґрунту (таблиця 2).

Таким чином, допустима щільність закономірно збільшується із зменшенням вмісту гумусу, зміною гранулометричного складу від важкого до легкого і зниженням найменшої вологоємкості.

Одним із шляхів профілактики агрофізичної деградації є мінімізація обробітку ґрунту. Проте, досить поширеною є думка, що зниження інтенсивності обробітку ґрунту призведе до ущільнення орного шару ґрунту. Науковою підставою при виборі способів обробітку ґрунту є співвідношення між значеннями рівноважної та оптимальної щільності. Якщо ці показники збігаються або є близькими – є підстава для зменшення глибини основного обробітку ґрунту. Особливо актуальним є аналіз показників щільності ґрунту при впровадженні технологій прямого висіву культур (нульового обробітку ґрунту), за якого висів культур здійснюється у необроблений ґрунт спеціальними сівалками. Дані технології активно впроваджуються в Україні, особливо в посушливих регіонах.

Рівноважною вважають щільність горизонтів (шарів) ґрунту, які довгий час не оброблялись. Оптимальною щільністю вважається така щільність, при якій за інших рівних умов отримують найбільші врожаї сільськогосподарських культур. Численними дослідженнями у ґрунтово-кліматичних зонах України було встановлено оптимальні параметри агрофізичних властивостей ґрунтів при вирощуванні різних сільськогосподарських культур.

За даними Інституту землеробства УААН, для більшості зернових культур на дерново-підзолистих ґрунтах Полісся оптимальні умови для росту і розвитку виявляються в діапазоні щільності 1,1-1,4 г/см³ (таблиця 2).

Таблиця 17 ‒ Допустима щільність орних ґрунтів при найменшій вологоємно- сті (В.В. Медвєдев, 2002)

У лісостеповій зоні на сірих опідзолених ґрунтах, чорноземах опідзолених і типових залежно від гранулометричного складу оптимальна щільність становить 1,0-1,4 г/см³. У степовій зоні на чорноземах звичайних і південних, темно- каштанових ґрунтах оптимальна щільність становить 1,1-1,3 г/см³. Наведені у таблиці 3 інтервали щільності не є константами. Вони змінюються у часі і насамперед залежно від вологості ґрунту. При підвищеній вологості оптимум змі- нюється до нижчих значень, за умов недостатнього зволоження – до вищих (А. Малієнко, 1989).

Таблиця 3 ‒ Показники рівноважної щільності основних ґрунтів України в шарі 0-20 см (А. Малієнко, 1989)

         Важливим показником, що характеризує фізичний стан ґрунту, є пористість ґрунту – сумарний об'єм усіх пор і проміжків між механічними елементами, структурними агрегатами і в середині них в одиниці об'єму ґрунту непорушеної будови. Від загальної кількості пор їх розміру залежить співвідношення між газовою і рідкою фазами ґрунту, умови руху ґрунтових розчинів, повітря, тепла і розвиток живих організмів, вологоємність, водотривкість, водопіднімальна здатність, аерація та інші властивості ґрунту. Особливо важливе значення вона має у зрошуваних ґрунтах, обумовлюючи глибину просочування води, капілярне підняття підґрунтових вод та інтенсивність процесів випаровування.

Таблиця 4 ‒ Оптимальні значення щільності ґрунту для зернових культур (А.М. Малієнко, 1989)

Загальну пористість поділяють на капілярну (діаметр пор менше 1 мм) і некапілярну (діаметр пор більше 1 мм). Крупні пори в ґрунті більшу частину часу зайняті повітрям (пористість аерації).Їх кількість повинна складати не менше 20-25% від загальної пористості, а співвідношення між некапілярною і капілярною пористістю – приблизно 1:1. Загальну пористість ґрунту визначають, використовуючи показники щільності ґрунту і щільності його твердої фази. Роз- рахунки виконують за формулою:

де Р_заг – загальна пористість, % від об'єму ґрунту; D – щільність твердої фази ґрунту, г/см³;

d_v – щільність ґрунту, г/см³.

Загальну пористість орного шару ґрунту оцінюють за шкалою Н.А. Качинського: ґрунт із пористістю понад 65% є надмірно пухким, 55–65% – відмінним, 50–55% – задовільним, 50–40% – незадовільним, менше 40% – надмірно низьким (таблиця 5).

Таблиця 5 ‒ Ступінь ущільнення ґрунту залежно від загальної пористості, % від об'єму (за Н.А. Качинським)

3. Технології відтворення агрофізично деградованих грунтів.

Основним заходом із профілактики агрофізичної деградації, яка проявляється, насамперед у переущільненні ґрунту та руйнуванні структури, є вибір оптимальним способів обробітку ґрунту. Дослідженнями багатьох вчених встановлено, що ефективним є перехід на безполицеві способи обробітку ґрунту. У даному розділі ми детально розглядаємо основні питання мінімізації обробітку ґрунту як одного з найефективніших шляхів збереження його родючості.

Для зменшення ущільнення ґрунту пропонується такий захід, як піску- вання. Проте використання його на великих площах є проблематичним з огляду на високу вартість робіт із закупівлі і транспортуванні піску. Тому він найчастіше використовується при приготування ґрунтосумішей для вирощування овочевих, плодових і декоративних культур.

Важливими є заходи із відновлення структури ґрунту, серед яких виділяють механічні, хімічні та біологічні заходи.

Механічні заходи полягають у проведенні обробітку ґрунту в стані фізичної стиглості, а також у зниженні інтенсивності його обробітку.

Хімічні заходи передбачають використання структурополіпшувачів для відновлення структури ґрунту. До них відносяться штучні та природні клєючі речовини, такі як гумінові кислоти, торф’яний клей, «криліуми». Проте, як зазначають (О.Ф. Гнатенко та ін., 2005), хімічні структуроутворювачі практично не використовуються через їх високу вартість. Також до цієї групи відносять заходи хімічної меліорації кислих і солонцевих ґрунтів. Унаслідок вапнування поліпшується структура ґрунту, оскільки кальцій сприяє коагуляції колоїдів, збільшується водопроникність, зменшується щільність ґрунту. Після проведення гіпсування в результаті заміщення катіонів натрію кальцієм у ґрунтовому вбирному комплексі створюються більш сприятливі агрофізичні властивості ґрунтів, поліпшується їх структурний стан. З органічних колоїдів найміцніше скріплюються агрегати гуматами кальцію, який сприяє створенню водо тривкості структури. Саме тому внесення органічних добрив для відтворення органічної речовини ґрунту є ефективним заходом поліпшення агрофізичних властивостей. При систематичному внесенні органічних добрив у ґрунт знижується його щільність.