Оцінка протидефляційної стійкості ґрунтового покриву південного степу України (стр. 5 из 7)
Під час вирощування сільськогосподарських культур частка недоотриманої антропогенної енергії компенсується насамперед за рахунок ґрунтової енергії. Показник екологічної ефективності Кек вказує на розміри компенсації антропогенної енергії через зниження енергоємності ґрунту. Так, показник екологічної ефективності в групі озимих культур у середньому за роки дослідження становить -2,05, у групі ранніх ярих культур -5,25, у групі пізніх ярих культур -3,88 та для чорного пару -12,25.
Отже, енергопотенціал ґрунту по всіх досліджуваних агрофонах та групах сільськогосподарських культур і чорному пару знижується. Найбільші втрати енергії ґрунту зафіксовані на агрофонах ранніх ярових культур та чорному пару. У структурному відношенні основна частина енергії ґрунту втрачається за рахунок зміни енергоємності гумусу. У результаті прояву дефляції відбувається енергетична деградація ґрунтового покриву, що при довготривалому процесі може призвести до зниження продуктивності агроландшафтів, а також росту прогресуючих витрат антропогенної енергії при зниженні рівня її ефективності.
Вплив метеорологічних та кліматичних факторів на протидефляційні властивості ґрунту
Сучасні зміни клімату в Південному Степу України. Нашими дослідженнями підтверджено факт загального потепління клімату в Південному регіоні Україні. У результаті аналізу даних за змінами середньорічної температури в часі по метеостанціях Одеси, Миколаєва, Херсона, Запоріжжя, Генічеська встановлено, що в Південному Степу вона зростає за останні п’ятдесят років, і особливо в останні десять-двадцять років.
Зростання середньорічної температури повітря як в Україні, так і в зоні Південного Степу України відбувається за рахунок підвищення температури в зимові місяці (рис. 2).
 |
| Рис. 2. Динаміка середньої температури повітря зимових місяців (t Cº) у Південному Степу України |
Так, при від’ємних загальних середніх багаторічних температурах зими (“грудень – лютий”) аналіз даних рисунка 2 показує, що за останні 20-25 років поступово температури зростають, досягнувши, зокрема в останній період спостережень, уже додатних значень у приморських районах.
Вплив потепління клімату в регіоні на кількість циклів “промерзання-танення” та ґрунтові фактори дефляції. Збільшення зимових температур призводить до нестійких зим, що характеризуються великою кількістю відлиг та переходів температури ґрунту через 0°С. Узагальнення метеорологічних даних по регіону з цього приводу дали можливість встановити приблизний зв'язок між середньою температурою зими та кількістю переходів температури повітря (а отже і температури поверхневого 0-3 см шару ґрунту) через 0ºС. Максимальне значення циклів “промерзання-танення” спостерігається при температурах, близьких до 0ºС, та їх зменшення і збільшення - при більш високих та більш низьких температурах. Такі температури зими призводять до 50-70-кратного переходу температури повітря через 0ºС, а значить до повної руйнації вітротривкої структури ґрунту.
Залежність величини грудкуватості та зв’язності ґрунту від кількості циклів “заморожування-танення” (лабораторний експеримент). У результаті проходження циклів “заморожування-танення” в ґрунтових моделях спостерігається інтенсивне руйнування ґрунтових агрегатів розміром понад 1 мм. Найбільш інтенсивного руйнування під впливом метеорологічних факторів зазнавали агрегати розміром > 10, 2-3 та 1-2 мм, у той же час відносно стійкими до руйнування виявились агрегати розміром 3-5, 5-7 та 7-10 мм.
Під впливом проходження циклів заморожування-танення ґрунту відбувається руйнування макроагрегатів, що відображається в зниженні значень їх механічної зв’язності. Так, при проходженні 25 циклів заморожування-танення ґрунту механічна зв’язність дефляційно-стійких агрегатів знижується від 86 до 74%.
Дослідження показали, що для чорноземів південних важкосуглинкових досягнення рівня дефляційно допустимого вмісту ґрунтових агрегатів < 1 мм в 50 – 52% спостерігалося під дією лише 25-30 циклів “заморожування-танення” при початковому вмісту дефляційно-небезпечних частинок в 38,62±9,34%. Безперервне заморожування та танення поверхні ґрунту призводить до збільшення вмісту дефляційно-небезпечних фракцій в агрегатному складі південного чорнозему. Допустимі межі безпечного агрегатного складу ґрунту переходять через 25-30 циклів “заморожування-танення”.
Очевидно, що сучасні зміни клімату в регіоні, пов’язані із зростанням зимових температур повітря і ґрунту та із загальною нестабільністю зимових погод, імовірно призводить до збільшення небезпеки виникнення пилових бур.
У дисертації наведені результати польових та лабораторних досліджень щодо протидефляційної стійкості ґрунтового покриву Південного Степу України. Встановлено вплив різних видів агрофонів та погодних умов зимового періоду на протидефляційну стійкість поверхневого шару чорнозему південного у весняний період. Проведено оцінку протидефляційної стійкості ґрунтового покриву залежно від агрофонів та еколого-енергетичну оцінку технологій вирощування сільськогосподарських культур. Результати досліджень мають значення для проектування протидефляційних заходів.
1. Протидефляційна стійкість поверхні агроландшафту складається з вітростійкості ґрунту та шорсткості поверхні. Вітростійкість ґрунту є функцією його грудкуватості та зв’язності. У свою чергу шорсткість поверхні агроландшафту залежить від стану рослинності, кількості рослинних решток та шорсткості власне поверхні ґрунту, яка визначається середньозваженим діаметром агрегатів.
2. Встановлено, що у найбільш дефляційно небезпечний весняний період грудкуватість по агрофонах істотно не змінювалася і складала менше 50%, що свідчить про загальний низький протидефляційний стан ґрунту. Поверхневий шар ґрунту навесні 2005 та 2007 років на відміну від 2006 року знаходився у більш розпиленому стані по всіх агрофонах. Уміст агрегатів розміром понад 1 мм у ці роки складав 28-39%, а 2006 – 54-65%.
3. Доведено пряму статистичну залежність між грудкуватістю та зв’язністю, а тому зв’язність ґрунту найбільшою була весною 2006 року, а найменшою в 2005 та 2007 роках. На зв’язність ще впливають рух та дія робочих знарядь сільськогосподарських машин під час проведення польових робіт. Зокрема, на посівах озимих культур протягом весни механічна зв’язність агрегатів ґрунту знижувалась (з 77% до 69%), а на посівах ранніх та пізніх ярих культур, навпаки, зростала (з 71 до 77% по ранніх ярих та з 70% до 76% по пізніх ярих).
4. У дефляційно небезпечний період на зяблевих агрофонах найбільша кількість рослинних решток утворювалася після вирощування сорізу (58 г/м2), на відміну від озимого та ярого ячменю (7-9 г/м2), озимої пшениці (19 г/м2), кукурудзи (25 г/м2) та соняшника (18 г/м2). На озимих агрофонах значну кількість рослинних решток утворював соняшник (55 г/м2).
5. Визначення мікроагрегатного стану ґрунту вказує на наявність певного взаємозв’язку між умістом елементарних ґрунтових часток (ЕГЧ) та вмістом дефляційностійких агрегатів розміром понад 1 мм. Уміст ЕГЧ у поверхневому шарі ґрунту навесні в значній мірі зумовлюється впливом зимових метеорологічних факторів, зокрема кількістю циклів “заморожування-танення” ґрунту.
6. Виявлені зміни в агрегатному складі поверхневого шару чорнозему південного після пилової бурі 23-24 березня 2007 року залежно від типу сільськогосподарської культури та попередників. Але загальною для всіх агрофонів закономірністю є те, що в ґрунті після процесу дефляції знижувався вміст агрегатів розміром менше 1 мм, особливо менше 0,5 мм, та зростав уміст грудок розміром понад 10 мм. Проте, зв’язність агрегатів під дією пилової бурі практично не змінювалася.
7. Грудкуватість чорнозему південного має певну динаміку в часі. Однак, по всіх групах культур, які досліджувалися, поверхневий шар ґрунту за показником грудкуватості можна оцінити як невітростійкий – показник грудкуватості в середньому за 3 роки коливався в межах до 50%. Лише по ранніх ярих культурах середня грудкуватість тільки восени досягала 55%. Найвищі значення грудкуватості по всіх групах культур відмічені восени, а істотно грудкуватість змінювалася лише впродовж зими за рахунок метеорологічних чинників, зокрема кількості циклів „заморожування-танення” поверхні ґрунту. Якщо порівняти розпорошеність ґрунту за роками досліджень, то видно, що за зиму 2004-2005 та 2006-2007 років пройшла інтенсивна руйнація вітростійкої структури ґрунту приблизно на 20-50%, але зимою 2005-2006 років така руйнація не спостерігалася.
8. Істотні зміни шорсткості поверхні спостерігалися лише в осінньо-зимовий та весняний періоди. Середньозважений діаметр агрегатів ґрунту з осені до весни дещо зріс (з 3,5 мм до 4,1 мм), причому таке зростання сталося за рахунок лише 2006 року, коли винятково холодна зима 2005-2006 років не призвела до руйнації вітростійких агрегатів.