Показники родючості та окультуреності ґрунту
Родючість та окультуреність ґрунту визначаються багатьма показниками, які умовно можна поділити на такі групи: біологічні, агрохімічні, агрофізичні та меліоративні.
До біологічних показників належать вміст органічних речовин у ґрунті, їх якісний склад, біологічна, біологічна активність ґрунту, чистота його від насіння та вегетативних органів розмноження бур’янів, шкідників та хвороб сільськогосподарських культур.
Органічні речовини є найважливішою складовою частиною ґрунту. Роль їх у процесах ґрунтоутворення і формування родючості дуже велика і багатогранна. Частина органічних речовин, розкладаючись у ґрунті, перетворюється в складні органічні сполуки специфічної природи і стає джерелом утворення гумусових речовин – високомолекулярних азотовмісних сполук. Вони становлять 85 – 90 % загальної кількості органічних речовин у ґрунті.
Вміст гумусу у ґрунтах коливається в широких межах. Найбільше його в чорноземах, найменше – в сіроземах та дерново – підзолистих ґрунтах.
Органічні речовини – важливе джерело елементів живлення для рослин. Вони містять майже весь азот, значну частину фосфору та сірки, а також незначну кількість калію, кальцію, магнію та інших поживних речовин. Гумус є основним джерелом поживних речовин та енергетичним матеріалом для більшості ґрунтових мікроорганізмів. Він уповільнює процеси вимивання поживних речовин з кореневмісного шару, підвищує ефективність мінеральних добрив, поліпшує структуру, вологоємкість, водо- і повітропроникність, тепловий режим ґрунту.
У ґрунтах з високим вмістом гумусу рівноважна щільність орного шару не перевищує 0,9 – 1,2 г/см3, тобто майже оптимальна. Підвищується також вміст водостійких агрегатів, ефективність високих доз мінеральних добрив. Такі ґрунти під час обробітку менше ущільнюються машинами і агрегатами.
При посиленій життєдіяльності мікроорганізмів у збагачених органічними речовинами ґрунтах швидше розкладаються і знешкоджуються внесені пестициди (у дослідах Г. Муромцеві з симазином – у 4 рази), що дуже важливо в умовах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва.
Вміст гумусу залежить рівень урожайності сільськогосподарських культур. За даними О. М. Грінченка, Р. Г. Дерев’янка, О. О. Бацули та інших вчених, у Лісостепу України із збільшенням вмісту гумусу в ґрунті від 3 до 5% урожайність озимої пшениці підвищувалась на 4 -5 ц/га, цукрових буряків – 75 – 98 ц/га, кукурудзи – на 3,7 – 10,7 ц/га.
Дуже важливою є те, що продукція, вирощена на збагачених гумусом ґрунтах, має вищу якість. На таких ґрунтах рослина характеризується підвищеною стійкістю до хвороб та шкідників.
Оскільки зберіганню та збагаченню на органічні речовини орних земель поки що приділяється недостатньо уваги, на Україні за 100 останніх років втрати гумусу в ґрунтах Полісся досягли 18,9%, у лісостепу – 21,9, Степу – 19,5% , а середньорічні втрати становили відповідно 0,18 т/га, 0,37 т/га і 0,3 т/га.
Джерелом підвищення вмісту органічних речовин у ґрунті є залишені на полі рештки рослин (корені, частинки стебел, опале листя) та органічні добрива. Дослідження в Уманському сільськогосподарському інституті показали, що найбільше рослинних решток залишається після багаторічних бобових трав та озимих зернових, значно менше – після просапних культур.
Польові культури, які вирощують без внесення органічних добрив, за винятком багаторічних трав, не можуть забезпечити бездефіцитний баланс гумусу. Так, за даними Г. І. Радченка, М. М. Глущука, на неудобрених ділянках у стаціонарних дослідах в Лісостепу України середньорічні втрати гумусу становили 1,1 т/га, а за рахунок надходження рослинних решток утворювалося лише 0,3 – 0,4 т/га.
Для збагачення ґрунту на органічні речовини застосовуються різні заходи: внесення мінеральних та мінеральних добрив, травосіяння, правильне чергування культур у сівозміні, раціональний обробіток ґрунту, боротьба з ерозією та ін. Основним з них є внесення органічних добрив. Для підтримання бездефіцитного балансу гумусу в ґрунті на Поліссі треба вносити: 13 – 14 т/га, в Лісостепу – 11 – 13 т/га, в Степу – 8 - 9 т/га, а при зрошенні – 11 13 т/га органічних добрив у середньому за рік ротації сівозміни.
Результати багатьох досліджень свідчать про те, що існує тісний зв’язок між родючістю ґрунту і його біологічною активністю (сукупністю біологічних процесів, що відбуваються в гранті). ЇЇ рівень визначається комплексом показників, до яких належать кількість мікроорганізмів, ферментативна активність, целюлозорозкладальна і нітрифікуючи здатність, інтенсивність дихання тощо.
До агрохімічних показників родючості та окультуреності ґрунту належать вміст у ньому поживних речовин, ємкість вбирання, сума увібраних основ , степінь насиченості основами, реакція ґрунтового розчину.
Ґрунти з високим ступенем окультуреності містять поживних речовин значно більше, ніж менш окультурені. Вони знаходяться в них і в більш сприятливих для рослин співвідношеннях. При систематичному внесені добрив вміст поживних речовин у ґрунті підвищується.
Вбирна здатність ґрунту характеризується ємкістю вбирання, яка показує загальну кількість у ґрунті здатних до обміну увібраних катіонів. Ємкість вбирання катіонів у різних ґрунтах неоднакова і коливається від 5 мг-екв/100г у дерново – підзолистих піщаних ґрунтах до 65 мг-екв/100 г у чорноземах. Ґрунти з більшою ємкістю вбирання містять більше увібраних і необхідних для рослин поживних речовин.
Добре окультурені ґрунти містять більше кальцію та магнію і менше натрію, а також водню та алюмінію. Кальцій і магній більш активні і коагулюють органічні та мінеральні колоїди, що запобігає вимиванню їх у нижні шари ґрунту. Дрібні частинки ґрунту при цьому склеюються і утворюють агрономічні цінні структурні грудочки (агрегати).
Ріст і розвиток рослин та ґрунтових мікроорганізмів значної мірою залежить від швидкості і спрямованості хімічних та біологічних процесів, що відбуваються у ґрунті, реакції ґрунту. Більшість культурних рослин формує висок врожаї лише при нейтральній або близькій до нейтральної реакції гранту. Кисла реакція шкодить розвитку багатьох корисних мікроорганізмів, зокрема амоніфікуючих та нітрифікуючи бактерій і азотобактера.
Лужна реакція властива засоленим ґрунтам. Вони мають незадовільні фізичні властивості, підвищений вміст у ґрунтовому вбирному комплексі (ГВК) катіонів натрію, що зумовлює їх без структурність. При зволожені такі ґрунти запливають, а при висушуванні перетворюються в щільну брилисту масу. На незначній глибині від поверхні в них залягає ущільнений ілювіальний горизонт, який утруднює проникнення коренів у глибші шари ґрунту і його обробіток.
Агрофізичні показники. Серед агрофізичних властивостей ґрунту розрізняють загальні і фізико – механічні (технологічні). До загальних належать гранулометричний склад, будова і структура ґрунту, а до фізико – механічних – зв’язність, пластичність, присипання і спілість. Розглянемо загальні фізичні властивості, а про фізико – механічні йтиметься в розділі про обробіток ґрунту.
Від гранулометричного складу залежать будова і структура ґрунту , водопроникність та вологоємкість, ємкість вбирання, повітряний , тепловий і поживний режими. Ґрунти з легким гранулометричним складом мають вищу водопроникність та повітроємкість і нижчу вологоємкість та ємкість вбирання. Це природний фактор і його важко регулювати. Внесенням в орний шар глини чи піску можна дещо змінити гранулометричний склад ґрунту, але через трудоємкість виконання цей захід має обмежене застосування.
Питома маса – це відношення маси твердої фази абсолютно сухого ґрунту до маси такого самого об’єму води при 4 0С. Вона залежить від мінералогічного складу та вмісту органічних речовин і в середньому (за винятком торфоболотних ґрунтів) становить 2,4 – 2,8 (у глинистих – 2,5 – 2,6, піщаних – 2,4 – 2,5). З питомою масою пов’язані зусилля, які доводиться витрачати на обробіток ґрунту. Від агротехнічних заходів вона змінюється мало.
Будова ґрунту – це співвідношення між об’ємами твердої фази ґрунту і проміжків різних розмірів (пористістю). Вона значною мірою залежить від гранулометричного складу, вмісту гумусу, структури і складення (взаємного розташування ґрунтових частинок) ґрунту. Характеризується будова ґрунту об’ємною масою і пористістю.
Об’ємна маса – це маса 1 см3 абсолютно сухого ґрунту при непорушеній будові (в такому стані, в якому ґрунт перебуває на полі). Вона характеризує щільність складення ґрунту, тому її розуміють як синонім цього показника.
Пористість – сумарний об’єм усіх пор, виражений у процентах до загального об’єму ґрунту. Пори бувають різні за розмірами і формами, властивості їх неоднакові. Розрізняють пори внутрішньоагрегатні і міжагрегатні, капілярні (діаметр менше 0,1 мм) і некапілярні (більше 0,1 мм). Оскільки зволоження ґрунту до капілярної вологоємкості в природі
трапляється зрідка, розрізняють пористість найменшої вологоємкості (пори заповнені водою при найменшій вологоємкості). Виділяють також пористість аерації (ступінь аерації) – пори заповнені повітрям при вологості, яка склалася.
Будова ґрунту має велике значення для його родючості. Вона визначає середовище, в якому зосереджені вода, повітря, поживні речовини, мікроорганізми і корені рослин. Від будови ґрунту залежать багато його водно – фізичних властивостей та умов життя рослин.
Дослідження свідчать, що рослини однаковою мірою негативно реагують на надмірне розпушування і ущільнення ґрунту. У дуже ущільненому ґрунті затруднюється ріст коріння, погіршується постачання їх водою і повітрям. Надмірна розпушуваність ґрунту збільшує випаровування ґрунтової вологи, посилює розкладання органічних решток і вимивання утворених при цьому рухомих поживних речовин у глибші шари. У надмірно розпушеному ґрунті насіння під час сівби потрапляє на різну глибину, при цьому не створюється належний контакт між насінням і ґрунтом, внаслідок чого воно повільно проростає. Сходи з’являються ослаблені і недружні, а продуктивність рослин знижується. У надмірно розпушеному ґрунті коріння рослин розвивається погано.
Дослідні дані свідчать, що оптимальна щільність для більшості польових культур знаходиться здебільшого в межах від 1,1 до 1,3 г/см3. В окремих випадках її верхньою межею може бути 1,4 гсм3.
Важливим показником будови ґрунту є пористість ґрунту та співвідношення об’ємів різних за розміром пор. Оптимальна загальна пористість окультуреного орного шару становить 55 – 65 % об’єму ґрунту, задовільно – 50 – 65 %, незадовільна – менше 50 %.
Багато вчених оцінюють стан ґрунту за об’ємом стан ґрунту за об’ємом пор, заповнених повітрям, які повинні забезпечувати вільний газообмін між ґрунтом і атмосферою. Виявлено, що при ступені аерації 15 – 25 % (відносно об’єму ґрунту) газообмін у ґрунті добрий, 10 – 15 % - задовільний, менше 10% - незадовільний. Якщо повітрям заповнено 15 % пор (до об’єму ґрунту), то це вважається фізіологічно мінімальним запасом повітря, або порогом аерації.
Звичайно оптимальна щільність для різних рослин неоднакова. Наприклад, для багаторічних трав краще, коли ґрунт щільний (у зазначених межах), для озимих та ярих зернових – дещо менш ущільнений, а для корене- і бульбоплодів – ще менше ущільнений.
Ґрунт характеризується також рівноважною щільністю, тобто щільність, яка встановлюється під впливом дії зовнішніх і внутрішніх факторів.
Будова ґрунту динамічна, бо на неї діють фактори, які сприяють не тільки його ущільненню, а й розпушуванню. Ущільнюється ґрунт під дією власної маси, машин, що переміщуються по полю, дощових крапель, розпадання ґрунтових структурних агрегатів, висихання і розморожування. До факторів, що сприяють розпушуванню ґрунту, належать набухання під час зволоження, утворення газів при розкладанні органічних речовин, утворення структурних агрегатів, замерзання води в ґрунті, риття ходів представниками ґрунтової фауни, розпушування під час обробітку.
Структура ґрунту – це різні за розмірами і формою агрегати, з якими утворюється ґрунт. Здатність ґрунту розпадатися на агрегати називається структурністю. Залежно від розмірів агрегати поділяють на макроструктурні (діаметром понад 0,25 мм) і мікроструктурні (менше 0,25 мм).
Агрономічно цінними вважають частинки ґрунту, діаметр яких становить від 0,25 до 10 мм. Власне ґрунти, які складаються з таких частинок, називають структурними, тому що лише в них забезпечуються сприятливі водний, повітряний і поживний режими. У деяких ґрунтах водотривкі агрегати розміром 0,05 мм також забезпечують сприятливі для рослин умови в ґрунті. Агрегати ґрунту повинні характеризуватися водотривкістю, тобто здатністю протистояти розмиванню водою, і пористістю, яка зумовлюється наявністю капілярних пор, які пронизують агрегати, завдяки чому частинки ґрунту здатні вбирати воду.
У районах достатнього зволоження структурні частинки в межах зазначених розмірів повинні бути крупнішими, ніж у посушливих. Так, у посушливих і сухих степах з чорноземами і каштановими ґрунтами оптимальна будова забезпечується вмістом частинок розміром 0,25 – 2 мм. Більші розміри вони повинні мати і в районах поширення вітрової ерозії.
В цілому ґрунт з оптимальною структурою містить близько 80 % повітряно – сухих агрегатів розміром 0,25 – 10 мм, 70 % маси ґрунту водотривких, доброю – відповідно 60 – 80 % і 70 – 55 %, задовільною – 60 – 40 % і 40 – 20 % і поганою, коли повітряно – сухих та водотривких агрегатів менше 20 %.
Недоліком мікроструктурних (безструктурних) ґрунтів є схильність до швидкого ущільнення, утворення ґрунтової кірки. Такі ґрунти мають незначну пористість. У них низькі водопроникність і повітроємкість, що призводить до антагонізму між водою і повітрям, погіршує вбирання дощової і талої води. Велика швидкість капілярного підняття вологи у безструктурних ґрунтах посилює її фізичне випаровування. Безструктурні ґрунти доводиться частіше обробляти і витрачати на це більше зусиль. Вони більшою мірою зазнають вітрової та водної ерозії.
Набагато краще складаються умови в макроструктур них ґрунтах, які мають більшу загальну пористість (близько 50 – 60 % об’єму ґрунту) і меншу щільність (1,1 – 1,2 г/см3). У структурних ґрунтах створюється сприятливе співвідношення між водою і повітрям. Вода в таких ґрунтах міститься в структурних агрегатах, а повітря – між ними або частково і всередині їх при недостатньому зволоженні ґрунту.
Макроструктурним ґрунтам властива водопроникність, що сприяє
вбиранню і утриманню вологи опадів. Крім того, із збільшенням агрегатів зменшується швидкість і висота капілярного підняття води, що зменшує випаровування її з ґрунту. Завдяки цим властивостям структурні ґрунти набагато економніше витрачають запаси води, ніж безструктурні. Оскільки великі міжагрегатні проміжки ґрунту не заповнюються водою, у структурних ґрунтах завжди краща аерація (навіть тоді, коли в них достатньо вологи). Крім того, в структурному ґрунті набагато більша швидкість дифузії, яка є основним фактором газообміну між ґрунтом і атмосферою. Структура посилює стійкість ґрунтів до водної і вітрової ерозії.
Добра водопроникність структурних ґрунтів запобігає поверхневому стіканню дощової і талої води на схилах, що значно послаблює водну ерозію.
Значення структури для захисту ґрунтів від вітрової ерозії визначається стійкістю її крупних фракцій до переміщення вітром і механічного руйнування. Так, за даними Всесоюзного науково – дослідного інституту зернового господарства (ВНДІЗГ), грудочки розміром менше 1 мм починають переміщуватися при швидкості вітру 6 – 7 м/с, а більше 1 мм – понад 11 м/с. Тому ерозійно стійкими вважаються частинки і агрегати ґрунту розміром більше 1 мм. При вмісті їх понад 50 % ґрунт стійкий проти вітрової ерозії.
Структурний ґрунт характеризується низькою зв’язністю , легко розсипається, менш схильний до злипання і утворення кірки. Для обробітку його потрібно значно менше тягових зусиль порівняно з обробітком безструктурного ґрунту з такими самим гранулометричним складом. Оскільки високо структурні ґрунти не ущільнюються протягом тривалого періоду, на них можна зменшувати кількість міжрядних розпушувань просапних культур. На суцільних посівах (зернові, льон та ін.) довше зберігається сприятлива для рослин будова ґрунту. Якщо на макроструктурних чорноземних ґрунтах об’ємна маса через рік після оранки рідко перевищує 1,0 – 1,1 г/см3, то на мікроструктурних сіроземах і деяких підзолистих ґрунтах вона підвищується до 1,5 г/см3 і більше. Слід зазначити, що при ущільненні орного шару понад 1,3 – 1,4 г/см3 урожайність рослин значно знижується.
Не слід і перебільшувати агрономічну роль структури ґрунту. Без структурні ґрунти з легким гранулометричним складом і сприятливими водним та поживним режимами можуть бути також родючими.
Звичайно не слід ототожнювати структуру і родючість ґрунту. Однак, враховуючи те, що структурні ґрунти не запливають, довше зберігають надану обробітком будову, не переущільнюються, вимагають менших тягових зусиль під час обробітку, стійкі проти водної та вітрової ерозії, зрозуміло, що між ними існує тісний зв’язок. За всіх однакових умов структурні ґрунти завжди родючіші, ніж безструктурні. Тому структуру ґрунту треба зберігати і поліпшувати.
Структура ґрунту динамічна, оскільки на неї діють фактори, які спричинюють як руйнування, так і утворення, так і утворення ґрунтових грудочок. Процес оструктурення ґрунту залежить від того, дія яких факторів переважає. Так, структурні грудочки ґрунту руйнуються при механічній дії знарядь під час обробітку та інших машин, які переміщуються по полю, від удару дощових крапель, при витісненні з ґрунтового вбирного комплексу кальцію, розкладенні гумусу тощо.
До факторів структуроутворення належить наявність на поверхні мікро агрегатів колоїдних плівок, при набуханні яких ці агрегати стискаються, а при висиханні склеюються і міцно утримуються у вигляді крупніших грудочок. Процес цей посилюється при одночасному ущільненні ґрунту. До них належать і фактори, які сприяють розчленуванню маси ґрунту – зміна вологості (вода розклинює ґрунт, при висиханні він розтріскується), зміна температур, дія коріння рослин, риття ходів тваринами, обробіток ґрунту тощо.
Агрономічно цінну структуру можна відновлювати агротехнічними заходами, внесенням у ґрунт спеціальних речовин – штучних структурантів, відповідною структурою посівних площ. Так, багаторічні трави (чисті бобові культури чи бобово – злакові травосумішки) залишають у ґрунті більше кореневих решток і кращої якості, ніж однорічні. Тому після них утворюється більше гумусу і краще оструктурюється ґрунт.
На оструктурення ґрунту впливають добрива. Вони сприяють підвищенню врожаю надземної і кореневої мас, посилюючи цим роль рослинності в оструктуренні ґрунту. Крім того, органічні добрива (гній, торфокомпости, сидерати та ін.) є однаковим джерелом утворення гумусу і безпосередньо поліпшують водотривкість структури. Цьому сприяють також вапнування кислих і гіпсування засолених ґрунтів.
Зберіганню та поліпшенню структури може сприяти правильний і вчасний обробіток ґрунту. Так, працями Д.Г. Віленського і П. В. Вершиніна доведено, що при обробітку оптимально зволоженого ґрунту утворюються міцні агрегати з пористістю, характерною для природних. Під час обробітку сухого або перезволоженого ґрунту, навпаки, структура руйнується і тим більше, чим більші відхилення вологості від оптимальної. На староорних розпорошених чорноземах підорний шар нерідко структурніший, ніж ефективна глибока оранка з внесенням наверх крупки (зернистої структури) підорного шару.
Зберіганню структури може сприяти заміна оранки поверхневим обробітком, зменшення кількості (або виключення) міжрядних розпушувань на посівах просапних культур, поєднання кількох операцій в одному робочому процесі, застосування комбінованих агрегатів.
Для відновлення структурного стану ґрунту використовується штучні структурати типу клейки речовин – гумінових кислот, торфового клею, бітумів, синтетичних полімерів, які при внесенні в ґрунт поліпшують водотривкість його структури. Для створеної структури ґрунту триває протягом – 3 – 6 років.
Родючість ґрунту значною мірою залежить від товщини орного шару, особливо дерново – підзолистих ґрунтів. Окультурені ґрунти мають більшу товщину орного шару.
Глибину орного шару збільшують поглибленням оранки з одночасним внесенням органічних добрив та мінеральних добрив, а пари необхідності вапняних чи гіпсу.