Тема. Вміст гумусу в грунтах України та Вінницької області

Шкатула Ю.М.

ПРАКТИКУМ

З ОХОРОНИ ГРУНТІВ

Навчальний посібник

Вінниця 2015

Шкатула Ю. М. Практикум з охорони грунтів.

– Вінниця: ВНАУ, 2015. - с.

 

 

Розглянуто і рекомендовано до друку на засіданні кафедри землеробства, грунтознавства та агрохімії

(протокол № від 2015 р.)

 

 

Рекомендовано до друку науково-методичною радою Вінницького національного аграрного університету

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник «З охорони грунтів » написаний для студентів агрономічного факультету зі спеціальності 7.04010601 «Агрономія» і вивчається на п’ятому курсі в обсязі 90 год. (14 год., лекційних занять, 28 год., лабораторно-практичних занять і 48 год., самостійного вивчення дисципліни).

Курс «Охорона грунтів» є деталізацією і розвитком курсу «Грунтознавство». В структуро-логічній схемі навчання із агрономічних спеціальностей йому повинні передувати курси землеробства, рослинництва, луківництва, меліорації, механізації сільського господарства. Він мксить стати своєрідним курсом синтезу агрономічних і технічних знань для екологічної стабілізації землеробства й охорони природи.

Термін «охорона грунтів» охоплює більш широкі поняття, ніж «захист грунтів від ерозії» чи «ґрунтозахисне землеробство». Як природне тіло і як відкриту біокосну систему грунт слід оберігати від усіх чинників його деградації – водної, вітрової, іригаційної, пасовищної і техногенної ерозії, від забруднення радіонуклідами чи побутовими стоками, від втрати родючості внаслідок дегуміфікації, декальцинації, агрофізичної та фізико-хімічної деградації, підтоплення, засолення, осолонцювання, потенційного забруднення орного шару насінням бур’янів.

За період становлення незалежної держави в Україні припинилася дія програм підвищення родючості грунтів – лісо-, гідро- і хімічної меліорації. Різко знизилось застосування мінеральних та органічних добрив. Це посилило розвиток деградаційних процесів у грунтах, що призвело до виснаження їх ресурсного потенціалу та формування від’ємного балансу гумусу і поживних речовин. Дегуміфікація призвела до створення інших проблем деградації грунтового покриву: схильність до ерозії земель, втрати гумусу на еродованих грунтах, вимивання біогенних речовин, декальціонізація грунтів призвела до погіршення фізико-хімічних та фізико-механічних властивостейгрунтів. Руйнується структура еродованих відмін чорноземів, у 2-3 рази збільшується питома частка пилової фракції, водо тривкість агрегатів зменшилась до 10-15%, а пористість грунтів стала нижче оптимального рівня.

Тому контроль, дослідження та відновлення родючості грунтів як безцінного, вичерпного, важко поновлюваного ресурсу повинні стати приорітетом нашої держави. Раціональне використання земельних ресурсів та їх охорони як складової навколишнього середовища є нагальною потребою нашої держави. Послідовне та всебічне вивчення проблем охорони грунтів, розробка управлінських рішень щодо їх збереження та відтворення, а також впровадження інженерних проектів з рекультивації порушених земель є запорукою підвищення добробуту громадян України і покращення екологічного стану довкілля.

 

 

Практична робота № 1

Тема. Вміст гумусу в грунтах України та Вінницької області

Мета роботи – ознайомитися із вмістом гумусу в грунтах України та Вінницької області

 

Теоретичні відомості

Гумус грунту – це складний динамічний комплекс органічних сполук, що утворились при розкладі та гуміфікації органічних решток і вступили в тісний зв'язок з мінеральною частиною грунту. Серед гумусових речовни розрізняють три групи сполук: гумінові кислоти, фульвокислоти та гумін або нерозчинний залишок.

Гумінові кислоти – за хімічною будовою являють собою органічні кислоти, тобто сполуки, до складу яких входять карбоксильні групи (СООН). У воді гумінові кислоти розчиняються слабо і утворюють колоїдні розчини бурого кольору, в мінеральних кислотах не розчиняються зовсім, в лужних розчинах розчиняютья добре. Елементний склад гумінових кислот: С - 52-62%, Н – 2,8-5,8%, О – 31-39%, N – 1,7-5%.

Фульвокислоти – це органічні кислоти, які відносяться до групи оксикарбоновихазотовмісних кислот. Вони добре розчиняються у воді та мінеральних кислотах, але не розчиняються в лужних розчинах. Елементний склад фульвокислот: С – 40-50%, Н- 4-6%, О – 31-39%, N – 1,5-2%.

Гумін – найменш вивчений з гумусових речовни. Гуміни – це складний комплекс гумінових та фульвокислот, що сполучені між собою за типом ефірів.

Виділяють такі типи гумусу – гуманний, фульватно-гуматний, гуманно-фульватний, фульватний. Типи гумусу, в основному відповідають і певним типам грунтів. Так, підзолисті та дерново-підзолисті грунти Полісся найчастіше мають фульватний або гуматно-фульватний тип, сірі опідзолені грунти Лісостепової зони – гуманно-фульватний або фульватно-гуматний, чорноземи Степової зони мають гуманний тип гумусу.

Біомаса рослин, тварин є продуктом життєдіяльності екосистем. В процесі їх метаболізму грунт отримує енергію, яка консервована та трансформована фотосинтетичним шляхом, ліофільні елементи, акумульовані рослинами, а також інші вихідні речовини сприяють утворенню гумусу. За мікробіологічним впливом, всі речовини органічних решток поділяють на три групи:

1.Речовини, які швидко розкладаються та вбираються мікроорганізмами – моносахариди та білки.

2. Речовини, які повільно розкладаються, розщеплюються під дією ензимів. Основне джерело гумусоутворення – целюлоза, лігнін, пектин.

3. Речовини-інгібітори, які подавляють мікробіологічну активність, важко розкладаються – дубильні речовини, смоли, воски.

Всі речовини органічних решток у складних біохімічних процесах перетворюються за двома напрямками – мінералізація та гуміфікація. При мінералізації складні органічні сполуки за участі різних груп мікроорганізмів перетворюються у прості хімічні речовини – воду, вуглекислий газ, солі різних аніонів та катіонів. У цьому процесі бере участь більша частина органічних решток – дл 70-80%. Продукти мінералізації потрапляють у грунтові розчини і знову включаються у біологічний кругообіг.

Гуміфікація– грунтовий процес, при якому хімічні сполуки рослинних решток, що не мінералізувались, перетворюються у різні речовини грунтового гумусу. В утворенні гумусу активну участь беруть і кореневі виділення рослин. В результаті гумусоутворення формується гумусово-акумулятивні горизонти різних типів та потужності.

Завдяки життєдіяльності рослин, синтезу гумусових речовин та поступової мінералізації проходить постійна мобілізація елементів мінерального живлення рослин, азоту, фосфору, калію, сфрки, які переходять в доступні для рослин форми і акумулюються в біологічно активних верхніх шарах грунтового профілю. Гумусові речовини обумовлюють регулярність засвоєння поживних речовин рослинами. Цим і пояснюється загальновідомий факт: чим більше в грунті гумусу, тим вище родючість грунтів. Гумус – це основний показник родючості, який інтегрує в собі практично всі властивості та явища грунтів.

До складу гумусу входять практично всі елементи живлення рослин, а також ферменти, антибіотики, вітаміни. Завдяки гумусу в грунті утворюється певний резерв поживних та фізіологічно активних речовин. Крім того, гумус – один з основних факторів структуроутворення грунту, а структура – забезпечує оптимальний водно-повітряний та тепловий режими грунту та в цілому навколишнє середовище.

 

Таблиця 1

Гумусовий стан зональних грунтів України

 

  Показники Дерново-підзолисті грунти Сірі опідзолені Чорноземи типові Чорноземи південні Каштанові
Потужність гумусових горизонтів, см          
Вміст гумусу, % 3-5 7-8 5-6 4-5
Тип гумусу Фульват- ний Гуматно-фульватний Гуматний Фульватно-гуматний Фульватно-гуматний
Відношення С:N 11-12 10-11 9-10

 

Рівень родючості грунтів оцінюється, перш за все, за вмістом органічної речовини або гумусу. Чим більше гумусу в грунті, тим він багатший на основні елементи живлення, адже в ньому сконцентровано біля 98% азоту, 60% фосфору, 80% сірки та значна кількість інших макро- і мікроелементів.

За 100 років (1982-1981 рр.) вміст гумусу в грунтах України знизився на 0,97%, при цьому майже половину його (0,44%) втрачено у період інтенсифікації землеробства. Фактичні втрати гумусу в староорних чорноземах України складають 20-30% від початкового його запасу.

Вирішальне значення для відновлення гумусу мають набір та чергування сільськогосподарських культур у сівозміні, обробіток грунту та кількість і якість внесених добрив. Внесення мінеральних добрив, у тому числі азотних, навіть у високих нормах не вирішує проблеми, оскільки, у будь-якому випадку, урожай культур на 50-60% формується за рахунок грунтового азоту, тобто гумусу. Проте внесення мінеральних добрив на фоні органічних є позитивним фактором у збереженні, а в окремих випадках і в підвищенні вмісту гумусу в грунті за рахунок збільшення маси кореневих залишків та побічної продукції рослинництва. Довготривале використання земель за незначної питомої ваги у структурі посівних площ багаторічних та бобових трав і недостатнього внесення органічних добрив сприяє зниженню вмісту гумусу.

Грунти з низьким вмістом гумусу поширені в усіх грунтово-кліматичних зонах і займають 15% території України (табл. 2). Найменше таких грунтів у Степовій зоні (біля 5%), найбільше – у зоні Полісся (на порядок вище).

 

Таблиця 2

Розподіл площ сільськогосподарських угідь за вмістом гумусу

 

  Зони Розподіл площ за вмістом гумусу, %
низький < 2,0 середній 2,0-3,0 підвищений 3,1-4,0 високий > 4,0
Полісся +/- до попереднього туру -2 +2
Лісостеп +/- до попереднього туру +2 +1 -3
Степ +/- до попереднього туру -2 -2 +5 -1
Україна +/- до попереднього туру -1 +3 -2

 

У Волинській та Житомирській областях показник вмісту низький вміст гумусу характерний для 60-82% обстежених площ, де середньозважений показник вмісту гумусу складає відповідно 1,60 та 1,92%. Грунти із середнім вмістом гумусу (2,1-3,0%) складають 28% з невеликим відхиленням у різних зонах.

Результати досліджень з агрохімічної паспортизації земель свідчить, що більше половини обстежених земель займають грунти з підвищеним та високим вмістом гумусу (> 3,0%). У зоні Полісся площа таких грунтів менше 20 відсотків. Поряд із цим відмічено і негативну тенденцію: скорочення площ

із високим вмістом (> 4,0%) за рахунок переходу цих площ до груп із підвищеною та середньою забезпеченістю. Найбільш помітні ці зміни в зоні Лісостепу.

За даними наукових досліджень, оптимальним вважається такий рівень вмісту гумусу, який дає можливість отримати запланований урожай за максимальної ефективності від мінеральних і органічних добрив та механічного обробітку. Дані фактичного й оптимального вмісту гумусу в грунтах різних зон наведено в таблиці 3.

Таблиця 3

Фактичний та оптимальний рівні вмісту гумусу в грунтах України

 

Зона Вміст гумусу, %
фактичний оптимальний різниця
Полісся 2,15 2,6 -0,45
Лісостеп 3,21 4,3 -1,04
Степ 3,46 4,3 -0,84
Україна 3,15 4,0 -0,85

 

Зменшення втрат гумусу можна досягти шляхом збільшення обсягів застосування органічних добрив, використання залишків побічної продукції рослинництва, розширення площі багаторічних бобових трав, сидератів, мінімізації обробітку грунту, оптимізації співвідношення у сівозмінах просапних культур і культур суцільного посіву, науково обґрунтованого використання мінеральних добрив.

На жаль процеси дегуміфікації протягом останніх 20 років не зупинилися, а продовжують протікати з достатньо високою інтенсивністю. За результатами агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення протягом останніх 4-х турів (1986-2005 рр.) уміст гумусу в Україні зменшився на 0,5 % в абсолютних одиницях (рис. 1).

Грунти з низьким вмістом гумусу поширені в усіх грунтово-кліматичних зонах.

Найбільш поширеними ґрунтами у Вінницькій області є опідзолені ґрунти - 1214,3 тис. га, з яких приблизно - 90 % орні землі. Середній вміст гумусу в ясно-сірих опідзолених ґрунтах - 1,85%, темно-сірих опідзолених - 2,77 % і чорноземах опідзолених - 3,39 %.

Чорноземні ґрунти займають площу 487,3 тис. га, з яких розорюється 93 %. Середній вміст гумусу - 4,01 %.

 

 

 

V тур – 1986-1990; VI – 1991-1995; VII – 1996-2000; VIII – 2001-2005 рр.

Рис. 1 – Динаміка вмісту в ґрунті гумусу за 1986-2005 рр.

 

Таблиця 4

Агрохімічна характеристика обстежених орних земель Вінницької області за вмістом гумусу

 

  Рік обстеження   Площі грунтів за вмістом гумусу, тис.га Серед.зважен показ, %
дуже низький низький середній підвищений високий дуже висок
<1,1 % 1,1-2,0 % 2,1-3,0 % 3,1-4,0 % 4,1-5,0 % >5,0 %
1981-1985 0,0 255,5 653,8 516,9 182,5 25,3 2,91
1986-1991 0,0 342,9 681,3 477,8 126,4 5,7 2,79
1991-1996 0,0 309,8 648,1 393,7 115,7 0,0 2,78
1996-2001 0,0 250,4 576,0 354,4 93,0 0,0 2,74
2001-2006 0,7 195,5 464,8 326,1 90,0 4,7 2,70
2006-2011 2,1 267,1 510,1 371,1 89,6 6,8 2,70

 

Решта типів ґрунтів поширені переважно на незначних площах.

Середній вміст гумусу в ґрунтах області за даними Вінницького філіалу інституту "Укрземпроект" - 2,70 %. Найвищий вміст його мають ґрунти Липовецького (4,02 %), Хмільницького (4,08 %), Калинівського (3,48 %), Козятинського (3,67 %) районів, найнижчий у Барському (1,83 %), Жмеринському (1,72 %), Тиврівському (1,88 %) і Муровано-Куриловецькому (1,94 %), Шаргородському (1,97 %) районах (Табл. 4).

До особливо цінних ґрунтів в області віднесені чорноземи нееродовані суглинкові на лесах, лучно-чорноземні суглинкові, темно-сірі і чорноземи опідзолені суглинкові на лесах та їх глеюваті відміни, торфовища глибокі і середньоглибокі осушені. Загальна площа їх складає 580,9 тис. га, з них під орними землями 550,1 тис. га.

Література

1. Бомба М. Я. Землеробство з основами ґрунтознавства, агрохімії та агроекології: Навч. посіб. / .Я. Бомба, Г.Т. Періг, С. М. Рижук [та ін.]. – К.: Урожай., 2003. – 400 с.

2. Гладюк М. М. Основи агрохімії. Хімія в сільському господарстві /М. М. Гладюк. – К.; Ірпінь: Перун, 2003. – 288 с.

3. Купчик В. І., Грунти України: властивості, генезис, менеджмент родючості / В.І. Купчик, В.В. Іваніна, Г.І. Нестеров та ін..; Навч. посібник. За ред.. В.І. Купчика. – К.: Кондор, 2007. – 414 с.

4. Лопушняк В. І. Агрохімічне обслуговування сільськогосподарських формувань: навчальний посібник /В. І. Лупушняк, І. О. Корчинський, М. М. Вислободська [та ін.]. – Львів: «Новий Світ – 2000», 2011. – 288 с.

Практична робота № 2