Міністерство аграрної політики України

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота

на тему:

Оцінка калійної функції лучного і лучно-болотного супіщаного ґрунту за показниками калійної буферності

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харків-2013

ЗМІСТ

Вступ.......................................................................................................................

1.Основні характеристики ґрунту........................................................................

  1.1 морфологічні ознаки ґрунту, умови утворення...........................................

  1.2 вміст гумусу, фізико-хімічні властивості.....................................................

  1.3 розповсюдження цього ґрунту в Україні..................................................

2.  Буферність ґрунтів...........................................................................................

3. Метод визначення. ДСТУ конкретної буферності. Застосування комп’ютерної програми «буферність»...................................................................

4. Оцінка конкретної буферної здатності ґрунту..................................................

    4.1 графіки буферності ґрунту,без навантаження і з навантаженням..........

    4.2 оціночні показники буферності.Складання таблиці з показників  буферності...............................................................................................................

   4.3  інтерпретація отриманих даних або власно оцінка буферної здатності ґрунту........................................................................................................................

5. Розрахунки  меліорантів і добрив для даного ґрунту за графіками буферності...............................................................................................................

   5.1  прогнозування дії  меліорантів і добрив за графічними моделями буферності...............................................................................................................

  5.2  рекомендації виробництву...........................................................................

Висновок.....................................................................................................................

Список використаних джерел................................................................................

 

 

Вступ

Ґрунти є одним із важливих компонентів природного середовища, невід’ємною частиною середовища життєдіяльності людини, рослин та тварин, основою здійснення господарської та іншої діяльності.

Важливою властивістю грунтів є їх родючість. Завдяки їй грунти є основним засобом виробництва в сільському та лісовому господарствах, головним джерелом сільськогосподарських продуктів та інших рослинних ресурсів, основою забезпечення добробуту населення. Тому охорона грунтів, раціональне використання, збереження та підвищення їх родючості  неодмінна умова дальшого економічного прогресу суспільства.

Охорона ґрунтів – комплекс правових, організаційних, економічних та інших заходів, направлених на раціональне використання и збереження ґрунтів і ґрунтового покриву, попередження їх деградації, захист від природних та техногенних впливів і діянь.

Охорона грунтів стає нині особливо актуальною в зв'язку із зростаючим приростом населення Землі та продовольчою проблемою, яка для багатьох країн і, насамперед для країн Азії, Африки та Південної Америки, що економічно розвиваються, є досить гострою.

Заплавне ґрунтотворення разом з породженими ним ґрунтами та їх репродуктивними можливостями неодмінно привертає до себе увагу ґрунтознавців, особливо після класичних робіт В.В.Докучаєва, М.М. Сибірцева, В.Р.Вільямса, Б.Б.Полинова, В.А. Ковди, Г.В. Добровольського. Ця теоретично значуща проблема має під собою і досить міцний практичний фундамент, зводячи докупи інтереси держави і землевласника, посилюючи актуальність деталізації еколого-біогеохімічних закономірностей та еволюційної спрямованості цього загальнобіосферного процесу. Сформовані за законами природи заплави згодом ввібрали в себе безліч наслідків діяльності людини як культурних, так і деградаційно обтяжених. Назавжди втрачено затоплену заплаву Дніпра. Розорані, безцінні за своїм ґрунтово-ценотичним біорізноманіттям і первозданною мальовничістю заплави наших малих і середніх річок нагадують про непередбачуваність і некерованість тими явищами, що породжуються за межею їх понівеченої цілісності. Найбільш раціональні варіанти розв’язання цієї проблеми зорієнтовані на прагматичне втілення в господарську практику розробленої нами екоетичної стратегії окультурювання алювіальних мінеральних і торфових органогенних ґрунтів при відмові від чужорідного для заплави їх розорювання та жорсткої меліорації, за умови стабілізації та захисту загальнобіосферних функцій заплавних ґрунтів у поєднанні з максимально ефективним їх використанням в господарських та інших цілях соціуму в повній відповідності до екологічних вимог. Розроблена теорія і практика фітоагрохімічного окультурювання заплавних ґрунтів була вплетена в біосфероцентричний абрис екологізованої моделі використання заплав у складі долинних ландшафтів, що гарантує підвищення продуктивності лучних кормових фітоценозів, розв’язує проблему стабільного (з травня по жовтень) надходження зелених кормів і сіна взимку при збереженні та примноженні природного ґрунтово-ценотичного біорізноманіття заплав. Досліджувана проблематика актуалізується державною програмою “Україна-2010”, розробленою на виконання Указу Президента України від 26.II.1998р № 43 та розпорядження Кабінету Міністрів України від 21.IX.1998 № 933-р

1.Основні характеристики ґрунту.

Ґрунт — самостійне природно-історичне органомінеральне тіло, що виникло у поверхневому шарі літосфери Землі в результаті тривалого впливу біотичних, абіотичних і антропогенних факторів, має специфічні генетико-морфологічні ознаки і властивості, що створюють для росту і розвитку рослин відповідні умови.

Сучасна наука про ґрунти — ґрунтознавство — визначає ґрунт як складову частину педосфери разом з іншими біокосними тілами — ґрунтоподібними тілами (педолітами), ґрунтовими плівками, підґрунтовим ярусом біосфери. У докучаєвському генетичному ґрунтознавстві загальноприйнятим є субстанційно-функціонально-атрибутивне визначення, за яким ґрунт  — це складна поліфункціональна і полікомпонентна відкрита багатофазна структурна система в поверхневому шарі кори вивітрювання гірських порід, що володіє родючістю, і є комплексною функцією гірської породи, організмів, клімату, рельєфу та часу. Ґрунтова школа США  має у цілому тотожне докучаєвській парадигмі визначення ґрунту, за яким ґрунт — це природне тіло, що складається з твердих (мінеральних і органічних) речовин, рідини і газів, утворюється на поверхні землі, має горизонтальне поширення і характеризується одним або двома послідовними горизонтами або шарами, які відрізняються від вихідного матеріалу в результаті накопичення, виносу, зміни і перетворення енергії та матерії і здатне підтримувати коріння рослин в природному середовищі. Світова реферативна база ґрунтових ресурсів (WRB) використовує ширший підхід, називаючи ґрунтом будь-який об’єкт, що формує частину епідерми Землі; у WRB ґрунт — це будь-який матеріал у межах 2 м від поверхні Землі, що контактує з атмосферою (за виключенням ділянок із суцільним льодом, водних тіл, глибших 2 м, живих організмів).

Ґрунт серед інших фізичних тіл Землі живої (організми) і косної (гірські породи та мінерали) природи займає особливе проміжне положення, будучи так званим «біокосним тілом природи». У його складі беруть участь як мінеральні, так і органічні речовини, у тому числі велика група специфічних сполук — грунтовий гумус. Невід'ємну частину ґрунту — його живу фазу — складають живі організми: кореневі системи рослин, тварини різного розміру, що живуть у ґрунті, величезна різноманітність мікроорганізмів. Але більш глибоке розуміння сутності ґрунту передбачає, що його основні ознаки не специфічні: ґрунт є біокосним тілом, але є і інші біокосні тіла; ґрунт є багатофазною системою, але є і інші багатофазні системи, включно із живою фазою; фактори, що називаються ґрунтоутворюючими, формують також і інші природні тіла; не тільки ґрунти володіють біопродуктивностю.

1.1 морфологічні ознаки ґрунту, умови утворення.

Формування ґрунтів у заплавах відбувається за участю двох процесів — повеневого і алювіального. Повеневий процес спричиняється періодичним затопленням заплави талими водами, а алювіальний пов'язаний зі щорічним відкладанням твердих часточок з повеневих вод (алювію) на поверхні заплавних ґрунтів, який включається в ґрунтотворний процес. Унаслідок цього алювіальні ґрунти наростають угору, періодично отримуючи нові порції алювію. Ґрунтовий покрив заплав залежить від характеру поверхні заплавних терас, відстані їх частин від русла річки, рівня підґрунтових вод тощо.

У результаті ґрунтоутворюючого процесу з материнської породи формується ґрунт. Вона здобуває ряд важливих властивостей і ознак, у ній виникають нові речовини, яких не було в ґрунтоутворюючій породі. Ґрунт розчленовується на генетичні горизонті і здобуває тільки їй властиві зовнішні, чи морфологічні, ознаки. Таким чином, ґрунт відрізняється від ґрунтоутворюючої породи не тільки родючістю, але і морфологічними ознаками, по яких можна відрізнити ґрунт від породи, а також один ґрунт від іншої. По них можна приблизно судити про напрямок і ступінь виразності ґрунтоутворюючого процесу.

До головних морфологічних ознак ґрунту відносяться: 1) будова ґрунту; 2) потужність ґрунту й окремих її горизонтів; 3) забарвлення; 4) механічний склад; 5) структура; 6) додавання; 7) новотвори і включення.

Будова ґрунту - це її зовнішній вигляд, обумовлений визначеною зміною у вертикальному напрямку її шарів, чи горизонтів.

Горизонти відрізняються один від іншого кольором, структурою, додаванням і іншими морфологічними ознаками. Вони мають різний хімічний, а нерідко і механічний склад, у них по-різному протікають біологічні процеси. Та чи інша будова ґрунту формується під впливом природних процесів ґрунтоутворення і виробничого використання.

У ґрунті розрізняють кілька горизонтів, що, у свою чергу, можна підрозділити на підгоризонти. Кожен горизонт має свою назва і літерне позначення (індекс).

Звичайно виділяють наступні горизонті: А_п — орний; А_о - лісова підстилка, А_¶ — дернина; A₁ — гумусовий (гумусо - акумулятивний, гумусо - ілювіальний), А₂ — елювіальний; В — ілювіальний, або перехідний по гумусу; G — глеєвий; С — материнська порода; Д — порода, що підстилає.

Орний горизонт (А_п). На всіх орних ґрунтах він розташований з поверхні; утвориться за рахунок верхніх шарів ґрунту.

Лісова підстилка (A_o). На цілинних і перелогових ґрунтах з поверхні залягає обрій органічних залишків, що розкладаються, з домішкою мінеральних часток. У лісах це шар лісової підстилки (опалі листи, хвоя, гілки і т.д.), на луках - трав'янистий, чи степова повсть (опалі стебла і листи).

Дернина (А_¶ ). Верхня частина гумусованого шару цілинних і перелогових ґрунтів під трав'янистою рослинністю, сильно переплетена вузлами кущіння і коренями.

Гумусовий горизонт (A₁) формується у верхній частині ґрунтового профілю. У ньому накопичується (акумулюється) найбільша кількість органічної речовини (гумусу) і елементів харчування. Його забарвлення переважно більш темне в порівнянні з іншими горизонтами.

Елювіальний горизонт (А₂). З цього горизонту в процесі ґрунтоутворення виноситься ряд речовин у нижчі горизонті.

Ілювіальний горизонт (В). У ньому відкладаються речовини, що виносяться з вище розташованих ґрунтових горизонтів, а іноді приносяться струмом ґрунтових-грунтово-ґрунтових вод з підвищених елементів рельєфу. У ґрунтах, де не спостерігається явищ переміщення мінеральної алюмосилікатної основи (чорноземи, каштанові ґрунти), обрій У є не ілювіальним, а перехідним від гумусо-акумулятивного до породи.

Глеєвий горизонт (G) утвориться в гігроморфних ґрунтах. Унаслідок тривалого чи постійного надлишкового зволоження і нестачі вільного кисню в ґрунті йдуть анаеробно-відновлювальні процеси, що приводить до виникнення закисних сполук заліза і марганцю, рухливих форм алюмінію, дезагрегуванню ґрунту і формуванню глеєвого горизонту.

Материнська порода (С) являє собою породу, слабко порушену ґрунтоутворюючими процесами.

Порода, що підстилає, (Д) виділяється в тому випадку, коли ґрунтові горизонті утворилися на одній породі, а нижче лежить порода з іншими властивостями.

Будова ґрунтів може бути виражене по-різному. В одних випадках, горизонти чітко виділяються на ґрунтовому профілі, в інших виявляються слабко. Це залежить головним чином від типу і віку ґрунтів і особливостей материнських порід. У молодих ґрунтах генетичні горизонти виражені погано. У ґрунтах заплав, що розвиваються на шаруватих алювіальних наносах, ці горизонти бувають замаскована шаруватістю самої породи, тому їхній профіль приходиться розділяти на шари з позначенням римськими цифрами: I шар, ІІ шар і т.д.

Кожному ґрунтовому типу властиво своє сполучення горизонтів. Тому деякі з них метуть у тім чи іншому профілі бути відсутніми. Потужність ґрунту й окремих її горизонтів. Потужністю ґрунту називається товщина, від її поверхні всередину до слабко порушеної ґрунтоутворюючими процесами материнської породи. У різних ґрунтів потужність різна, з коливаннями від 40—50 до 100—150 см. Потужність горизонту відзначають з точністю до 1 см, при цьому вказують його верхню і нижню границі.

Забарвлення ґрунту — найбільш доступна і насамперед характерна для неозброєного ока морфологічна ознака. Це істотний показник процесів, що відбуваються в ґрунті, і приналежності її до того чи іншого типу.

У забарвленні ґрунту, у його відтінках і переходах дуже яскраво відбиваються особливості ґрунтоутворюючого процесу. Тому спостереження за забарвлення, за зміною колірних відтінків у різних ґрунтах, а також в одному і тому ж ґрунті, але в різних його горизонтах можуть дати багато для розуміння сутності процесів, що відбуваються в ґрунті, і для розкриття походження ґрунтів.

Забарвлення ґрунтів має і велике агрономічне значення. Практики-хлібороби з давніх часів судили про якість, про родючість ґрунтів по їх забарвленню. При цьому родючість ґрунтів найчастіше ставилася в залежність від вмісту гумусу, а отже, було пов'язано з чорним чи темно-сірим забарвленням. Колір ґрунту визначається фарбуванням тих речовин, з яких вона складається, а також фізичним її станом і ступенем зволоження.

Найбільш важливі для забарвлення ґрунтів наступні групи речовин: 1) гумус, 2) сполуки заліза; 3) кремнієва кислота, вуглекисле вапно,

Гумусові речовини обумовлюють чорне, темно-сіре і сіре забарвлення.

Мінералогічний склад дерново-підзолистих ґрунтів різноманітний і залежить головним чином від механічного складу і властивостей ґрунтотворних порід. У великих фракціях механічних елементів зустрічаються кварц, польові шпати, слюди й інші первинні мінерали. По Н. И. Горбунову, у мулистій (0,001 мм) фракції ґрунтів, що утворилися на моренних і покривних суглинках, найбільш характерними високодисперсними мінералами є гідрослюди, вермикуліт, мінерали , несилікатні аморфні окисли. Іноді є присутнім невелика домішка каолініту, кварцу, рідко гетиту, гібсита. При цьому високодисперсних глинистих мінералів і окислів звичайно менше в підзолистому горизонті і більше в ілювіальному. У ґрунтах, що сформувалися на масивних-кристалічних чи добре дренуємих осадових породах, переважають гідрослюди, вермикуліт, каолініт, мінерали, хлорати. Як супутні мінерали зустрічаються аморфні полуторні окисли, кварц.

Механічний склад — важлива агрономічна характеристика ґрунту. Він до деякої міри характеризує родючість ґрунту. Від механічного складу ґрунтів залежать майже всі їхні фізичні властивості (щільність, прозорість, вологоємність, водопроникність, водопідйомна здатність, повітряний і тепловий режими й ін.), а, також технологічні особливості ґрунтів (твердість, липкість, крихкість шару при оранці). Знання механічного складу ґрунтів необхідно для вирішення таких питань, як визначення глибини оранки, підбор грунтооброблюючих знарядь, розміщення культур, визначення глибини закладення насінь і добрив, установлення термінів і способів поливу і т.п.

Осадонакопичення і постседиментаційні перетворення, які відбуваються в заплаві, залежать від клімату і від відстані до активного русла. Заплава може затоплюватись паводковими і повеневими водами кілька разів на рік. Швидкість заплавного осадонакопичення доволі мала через відносно високу швидкість течії заплавних вод і низьку концентрацію зваженого осаду під час максимуму паводку. Седиментація відбувається головним чином із водної суспензії, і у відкладах відмічається тенденція до зменшення зернистості по мірі віддаленості від русла ріки. Лише значні паводки здатні відкладати осади, потужністю більше 10-15 см, і то не суцільним покривом, а плямами. Рослинність допомагає визначити місце як седиментації, так і ерозії на поверхні заплави. У період між повенями і паводками заплавні відклади висихають, при цьому утворюються тріщини усихання, та інші характерні ознаки субаеральної експозиції

Заплава — частина дна річкової долини, що лежить вище меженного рівня води в річці і періодично затоплюється під час повені. Утворюється заплава майже на всіх рівнинних річках та гірських потоках, за винятком ділянок з порогами і водоспадами та вузьких ущелин. Формуються заплави внаслідок бокової ерозії річища. У будові заплави беруть участь різні типи алювіальних відкладів, потужність яких залежить від глибини річки і висоти рівня води під час повені. В основі заплави залягає русловий алювій, складений з пісків з галькою та гравієм; вище — заплавний алювій, представлений супісками і суглинками з нечітко вираженою горизонтальною або хвилястою шаруватістю. У заплавних озерах утворюється старичний алювій, що складається з мулів і глин з лінзами піску і тонкою горизонтальною шаруватістю. Склад відкладів заплави та її рельєф найінтенсивніше змінюється під час високої повені, коли води, що затоплюють заплаву, утворюють з річищем єдину течію.

За морфологічними особливостями розрізняють заплаву руслову, що складається з різнозернистих пісків, центральну — з дрібнозернистих пісків та супісків та притерасну, що складається з мулистих відкладів і суглинків, заболочену, з озерами.

За положенням відносно річища заплави бувають двобокі та однобокі. Рельєф заплав ускладнений прирусловими валами, гривами, старицями, дюнами, останцями першої надзаплавної тераси. За характером рельєфу розрізняють сегментні, паралельно-гривисті і обваловані типи заплав. Сегментні заплави властиві меандруючим рікам, коли дугоподібні гриви і міжпасмові зниження (сухі або зайняті озерами) є результатом зміщення меандр і блукання річища по дну долини. Такий тип характерний для рівнинних річок України, наприклад, нижньої течії Прип'яті, Десни, Псла, Ворскли, Орелі та інших. Паралельно-гривисті заплави характерні, зокрема, для окремих ділянок Дніпра. Вони зумовлені зміщенням річища до західного схилу долини. Особливістю рельєфу цього типу заплав є видовжені паралельно до річища пасма і міжпасмові зниження, де часто утворюються озера (наприклад, заплави Дніпра в межах Канівського заповідника). Паралельно-гривисті заплави однобокі. Обваловані заплави властиві звуженим ділянкам річкових долин з малорухливим річищем і прирусловими валами (Дністер та його притоки Стрівигор і Бистриця-Тисьменицька, Західний Буг, Іква, Стир у їхніх верхів'ях та інші. Ширина і висота заплав над меженним рівнем залежить від довжини річки, її гідрологічного режиму та віку, тектонічних рухів та положення базиса ерозії. У долинах річок виділяють два рівні заплав — високу і низьку. Наприклад, у Дніпра та його приток Прип'яті і Десни, а також у Сіверського Дінця, Дністра і Прута та інших виділяють високу заплаву, що заливається у повінь раз на кілька років або десятків років, та низьку заплаву, яка заливається щороку.Низька заплава Дніпра (нижче Києва) має висоту 2-3 м, висока — від 4-5 до 7 м. Ширина заплави змінюється від кількох сотень метрів (у верхів'ї) до кількох десятків кілометрів (у пониззях рівнинних річок). У малих річок ширина заплави від 300-500 м до 1-2 км. Ділянки заплав окремих річок України затоплені водосховищами. В межах заплав є родовища піску, торфу, болотних залізних руд тощо. Рослинність переважно лучна, поширені чагарники центральні і притерасні. Заплави великих річок часто вкриті ділянками заплавних лісів. Різноманітний твариннй світ заплав, особливо багато птахів.

Це азональні ґрунти, що формуються в заплавах річок під лучною, лучно-болотною, а також деревною рослинністю в умовах постійного перезволоження підґрунтовими й періодичного повеневими та паводковими водами.

Алювіальні ґрунти включають такі типи: алювіальні дернові, алю­віальні лучні, алювіальні лучно-болотні й алювіальні болотні ґрунти.

 

1.2 Вміст гумусу, фізико-хімічні властивості

Лучно-болотні алювіальні ґрунти

Розповсюджені у притерасних і прикорінних пониженнях, біля стариць, формуються під лучно-болотною рослинністю. На поверхні цих ґрунтів під час повеней відкладається намулом, збагачений органічними речовинами. При неглибокому заляганні підґрунтових вод (1,0—1,5 м) капілярна кайма досягає поверхні. Оглеєння починається з верхнього перехідного горизонту.

Лучно-болотні ґрунти поділяються на такі роди: карбонатні, мергелі- зовані, озалізнені, солонцюваті, засолені тощо. Будова профілю:

Нd — перегнійно-дернинний горизонт грубизною 10—15 см, наси­чений перегнійними речовинами, перехід помітний;

Н — гумусовий горизонт, рихлогрудкуватий, темно-сірий, перехід поступовий;

НPglk — верхній перехідний горизонт, темнувато-сірий з іржаво-бу­рими плямами, розводами, перехід поступовий;

Рhglk — нижній перехідний, сірувато-оливковий, грудкуватий, за­бруднює руки, перехід поступовий;

Рglk — ґрунтотворна порода, оглеєна, шаруватай, суглинкова або глиниста, насичена водою.

Ці ґрунти можна використовувати, як сіножаті.

Лучно-болотні карбонатні ґрунти скипають з поверхні та мають будову профілю:

Нk+Нрkgl+Рhkgl+РаlkGl,

Лучно-болотні мергелізовані ґрунти:

Нk+Нpglk+РhglM+РаlGlk,

Лучно-болотні оторфовані ґрунти:

Тh (грубизною 10 — 20 см)+Нgl+НРgl+РаlGlk, Грубизна профілю 40—70 см.

Лучно-болотні поверхнево-солонцюваті солончакуваті ґрунти:

Ніd+Нis+НРgls+РаlGls

У лучно-болотних солончакових ґрунтів засолений весь профіль:

Нds+Hs+НРgls+РаlGls

Лучно-болотні осолоділі ґрунти мають чіткий розподіл профілю за елювіально-ілювіальним типом. Будова профілю слабкоосолоділого ґрунту:

Неd+Не(gl)+НРеgl+Рhigl+РаlGl;

середньо- і сильноосолоділого:

Неd+Еhgl+Рhigl+РаlGl

 

У складі поглинутих катіонів алювіальних ґрунтів заплави Сіверського Дінця домінує кальцій, вміст якого в гумусових горизонтах досягає 83-89% від їх суми. Обмінні Na+ та К+ мають незначну частку – відповідно 0,5-1,6 та 0,5-2,5% від загальної суми. У складі поглинутих катіонів кальцій різко переважає над магнієм (відношення Ca:Mg у гумусових горизонтах дорівнює 6-9, а у першому перехідному горизонті зменшується до 4-7. Оглеєні горизонти мають більшу кількість магнію. Переважання кальцію у складі обмінно-поглинутих катіонів і приуроченість до верхніх горизонтів пояснюється його біогенною та гідрогенною акумуляцією. Збагачення опаду дуба на кальцій і зволоження заплавних лісових ґрунтів водами гідрокарбонатного типу із значним вмістом кальцію перешкоджають підкисленню ґрунтів під широколистяними лісами та входженню іонів водню у ґрунтовий поглинальний комплекс. Склад обмінних катіонів і, близька до нейтральної, реакція ґрунтового розчину відображають акумулятивну природу ґрунтів під лісом і лучними травами. Незначна кількість обмінного натрію вказує на відсутність солонцетворення.

Акумулятивний характер утворення алювіальних ґрунтів заплави р. Сіверський Донець впливає на кількісний, груповий і фракційний склад гумусу. Ці ґрунти характеризуються високою гумусованістю на значну глибину.

Максимальна кількість гумусу зосереджена в гумусовому горизонті лучних і лучно-болотних ґрунтів центральної та притерасової заплав (6,2-7,1%), збільшуючись до 8,67-9,07% у його верхньому (2-10 см) шарі. Менш гумусованими є лучні ґрунти прируслової заплави – (відповідно 5,66% і 6,13%), що, пов’язано з умовами зволоження; вмістом мулистої та пилуватої фракцій, які за Ю.Є. Кізяковим (1966, 1967), закріплюють сукупно 75-80% загальних запасів гумусових речовин. Дослідження показали, що вміст гумусу в гумусовому горизонті заплавних ґрунтів вищий під лісом, а грубизна горизонту більша під лучними травами. Кількість водорозчинного гумусу в гумусовому горизонті заплавних ґрунтів становить 0,06-0,08%, поступово зменшуючись вниз за профілем.

Запаси гумусу (діаграма) у шарі ґрунту 0-20 см складають 103-146 т/га, а у метровій товщі – 283-631 т/га і оцінюються як середні та високі. Більші запаси гумусу у метровій товщі лучних ґрунтів центральної частини заплави (631 т/га під лісом і 517 т/га під травами) порівняно з лучно-болотними ґрунтами притерасся (відповідно 562 та 459 т/га) пояснюються тим, що в лучно-болотних ґрунтах гумус накопичується переважно у верхніх горизонтах профілю завдяки розміщенню тут основної маси коріння та зниженню інтенсивності мінералізації органічних речовин в умовах перезволоження. Гумус акумулятивних горизонтів заплавних лісових ґрунтів характеризується переважанням гуматів над фульватами. Гумус лучного шаруватого середньосуглинкового лісового ґрунту прируслової заплави – фульватно-гуматний у гумусовому горизонті та фульватний у нижній частині профілю (Сгк:Сфк відповідно 1,6-1,8 та 0,4-0,56), у лучному ґрунті центральної та лучно-болотному притерасової заплав – гуматний у гумусовому горизонті (Сгк:Сфк >2) та фульватно-гуматний (Сгк:Сфк >1) у нижній частині профілю цих ґрунтів. У складі гуматів переважають фракції, зв’язані з кальцієм. У відповідності до показників гумусового стану ґрунтів (Л.А. Гришина, Д.С. Орлов, 1978) у складі гуматів вміст вільних і зв’язаних з рухомими R2O3 фракцій дуже низький (6,7-18,0%), зв’язаних з кальцієм – середній (47,8-65,5%), а міцно зв’язаних з мінералами – високий (27,6-53,3% від суми).

Запаси гумусу в ґрунтах різних геоморфологічних частин заплави р. Сіверський Донець, т/га: 1 – лучному прируслової; 2 – лучному центральної; 3 – лучно-болотному притерасової (всі під лісом); 4, 5, 6 – аналогічно під травами.

Ступінь гуміфікації органічних речовин переважно середній та високий. Між вмістом фізичної глини та кількістю гуматів виявлений тісний кореляційний зв’язок (r= 0,92-0,97).

Гумусові горизонти алювіальних ґрунтів заплави Сіверського Дінця добре забезпечені рухомими формами фосфору та калію. Їх вміст (за Чириковим) у некарбонатному лучному середньосуглинковому ґрунті під лісом у межах гумусового горизонту коливався від підвищеного (15 мг/100 г для Р2О5 та 14,8 мг/100 г для К2О) у шарі 2-10 см до середнього (відповідно 9,9 і 9,1 мг/100 г) у 10-30 см шарі. У шарі 0-10 см лучного супіщаного ґрунту під травами кількість цих елементів живлення був середнім (відповідно 6,7 та 9,0 мг/100г ґрунту). Униз за профілем ґрунтів показники вмісту рухомих форм фосфору та калію коливаються залежно від гранулометричного складу від середніх до низьких і навіть дуже низьких.

У карбонатних ґрунтах центральної та притерасової заплав вміст рухомих форм фосфору та калію (за Мачигіним) був високим: 5,4-6,0 мг/100 г Р2О5 та 22,2-26,8 мг/100 г К2О у лучному ґрунті та 3,9-4,1 мг/100 г Р2О5 і 21,3-24,0 мг/100 г К2О у лучно-болотному ґрунті. Нітратний азот міститься в заплавних ґрунтах у незначній кількості (0,18-0,45 мг/100 г). Вміст амонійного азоту в межах гумусового горизонту лучних і лучно-болотних ґрунтів дещо більший під лісом (1,65-3,30 мг/100 г ґрунту) порівняно з лучними травами (1,08-2,18 мг/100 г ґрунту). Кількість лужногідролізованого азоту у профілі лучних ґрунтів центральної заплави та лучно-болотних ґрунтів притерасся коливається у межах 11,5-7,7 мг/100 г, дещо нижчі показники характерні для ґрунтів прируслової заплави - 4,9-8,0 мг/100 г ґрунту. Хімічні показники відображають високу потенційну родючість заплавних ґрунтів та ідентичність генетичного акумулятивного їх походження під лісом і луками.

Лучні алювіальні ґрунти

Формуються в центральній заплаві на суглинковому або суглинково-піщаному алювії під високопродуктивною різнотравно-злаковою лучною рослинністю. Ці ґрунти мають глибокий, добре гумусований профіль акумулятивного типу, що постійно нарощується завдяки від­кладанню під час повеней добрегумусованого дрібноземистого намулу і гідрогенного постачання біофільних та інших елементів. У гумусовому горизонті (Н) вміст гумусу сягає 8—12%, що на декілька відсотків біль­ше ніж на прилеглих плакорних ґрунтах, а ємність поглинання не менш 30 мг-екв/100г ґрунту. Неглибоке залягання підґрунтових вод (1—2 м) обумовлює гарний розвиток травної рослинності й оглеєння нижньої частини профілю (з нижнього перехідного горизонту, тобто з 60 см). В оглеєних горизонтах кислих ґрунтів утворюються Fе-Мп — конкреції, а в насичених і карбонатних — карбонатні. Ці ґрунти мають виключно високий рівень родючості.

Серед алювіальних лучних ґрунтів виділяють такі роди: карбонатні, мергелисто-карбонатні, високоскипаючі, типові, кислі, опідзолені, вох­ристо-залізисті, засолені, солонцюваті, осолоділі ґрунти. За грубизною профілю виділяють такі види: примітивні (від декількох сантиметрів, короткопрофільні (25—40 (45) см) та глибокі (> 80 см).

Будова профілю:

Н — гумусовий горизонт, темно-сірий, зернистий, пухкий, верхня частина задерновання (Нd), перехід поступовий;

Нрk — верхній перехідний горизонт, темнувато-сірий, крупнозернистий, пухкий, перехід поступовий;

Рhglk — нижній перехідний горизонт, на бурувато-сірому фоні — зеленкувато-сірі, сизі плями, іржаво-вохристі прожилки, розводи, перехід поступовий;

Раlglk— ґрунтотворна порода — оглеєний алювій.

Грубизна профілю 45—85см і більше.

У високоскипаючих ґрунтів профіль аналогічний, але карбонати присутні тільки в материнській породі: Нd+Н+Нр+Phgl+Раlgl.

Карбонатні ґрунти скипають з поверхні:

Нdk+Нk+Нрk+Рhglk+Раlglk.

У мергелисто-карбонатних ґрунтів спостерігається гідрогенна акумуляція карбонатів у нижньому перехідному горизонті у вигляді лучно­го мергелю (М). будова профілю: Нd + Н + Нрk + РhMgl + Раlglk.

Вохристо-залізисті ґрунти формуються в заплавах із залізистими підґрунтовими водами в Поліссі, Лісостепу. У цих ґрунтів весь профіль або перехідні горизонти і порода пронизані іржаво-вохристими прожил­ками, плямами, інколи горизонти рівномірно озалізнені.

У примітивних ґрунтів профіль складається з алювіальних, з різкою гумусованістю і гранулометричним складом шарів, у нижній частині оглеєний. Грубизна профілю коливається від декількох до 50 см.

Будова профілю: РаІ₁h₁+РаІ₂h₂+... +РаІ_пh_пgІ+РаІgІ.

Алювіальні лучні опідзолені ґрунти формуються на ділянках заплав, вкритих лісовою рослинністю (нині або в минулому). Мають диференційований профіль за елювіально-ілювіальним типом. У верхньому гумусово-елювіальному горизонті помітна кремнеземлиста присипка, перехідні ілювійовані горизонти, бурі, ущільнені, горіхувато-дрібнопризматичні, з колоїдним лакуванням. Скипає в материнській породі. Будова профілю: Не+Нрі+РhlgІ+РаІglk.

 

 

1.3 Розповсюдження ґрунту в Україні

Лучні ґрунти сформувалися на понижених ділянках рельєфу і в заплавах річок на алювіальних, делювіальних і льодовикових відкладах під трав'янистою рослинністю. Подібними до них є дернові глейові, які формуються в умовах надмірного ґрунтового і поверхневого зволоження. Ці ґрунти мають глибокий гумусний горизонт і порівняно високий вміст гумусу (3-5 %).

На лучних і освоєних дернових оглеєних ґрунтах вирощують овочеві і кормові культури.

Болотні ґрунти на Поліссі займають близько 10 % території. Найпоширенішими серед них є низинні болота. Вони займають значну площу в нашій країні - до 95 % болотного фонду. Ґрунти цього типу формуються в заплавах річок, на притерасних пониженнях, днищах балок тощо.

У профілі цих ґрунтів виділяють такі горизонти: лісова підстилка або лучна повсть (О), торфовий (Т), глейовий (О) і материнська порода (С). В умовах інтенсивного розкладання органічної маси між торфовим і глейовим горизонтами формується гумусний горизонт (А). Залежно від режиму ґрунтових вод і їх мінералізації на певній глибині формується рудяковий горизонт (ВГ) - скупчення болотної руди.

Ґрунти верхових і перехідних боліт становлять всього 5 % болотних ґрунтів України. Вони поширені в основному на Поліссі і в Карпатах. Ці ґрунти сформувались на безстічних западинах, неглибоких пониженнях вододілів, терасних пониженнях тощо.

Основними діагностичними ознаками торфових ґрунтів є потужність торфового горизонту, величина зольності, ступінь розкладання і гуміфікації органічних речовин.

За вмістом золи торфові ґрунти поділяють на слабкозольні (12 %), середньозольні (12-20 %) і багатозольні (20-50 %). Ґрунти верхових боліт є слабкозольними (2-6 % золи). Зольність низинних боліт середня і висока.

У сільському господарстві широко використовуються низинні болотні ґрунти, які містять багато азоту, фосфору, інших зольних елементів і мають слабкокислу реакцію.

Основним меліоративним заходом на цих ґрунтах є зниження рівня ґрунтових вод.

2. Буферність ґрунтів

Відродження хімічної меліорації кислих ґрунтів повинно базуватись на принципово нових підходах з використанням новітніх ресурсозбережувальних технологій, до яких відносяться локальне окультурювання кислих ґрунтів, підтримувальне окультурювання, фітомеліорація тощо, і які здатні істотно покращити екологічний стан на кислих ґрунтах та сприяти підвищенню їх родючості.

Одним із головних завдань грунтознавчої науки є вирішення теоретичних та практичних питань з поліпшення екологічного стану кислих ґрунтів. Особливої значимості вони набули наприкінці минулого і на початку поточного сторіччя, коли глобальні зміни кліматичних умов на Землі відчутно впливають на всі сфери її життя, а відтак на екологічний стан грунтів і сталий розвиток сільськогосподарського виробництва.

Провідним напрямком щодо розробки принципово нової сучасної методології оцінки якості ґрунтів та їх агроекологічного стану є передові наукові досягнення з вивчення буферних властивостей ґрунтів.

Найбільш поширене визначення буферності ґрунту трактується як його здатність протидіяти зовнішнім навантаженням і зберігати основні функції.

В останні десять років з “буферної” проблематики можна зустріти чималу кількість опублікованих як у вітчизняній, так і у зарубіжній літературі цікавих наукових праць. Переважна більшість із них, все ж таки, присвячена кислотно-основній буферній здатності ґрунтів (рН-буферності) або здатності ґрунтів протидіяти зміні реакції ґрунтового розчину під впливом кислот і лугів.

Серія наукових праць з вивчення рН-буферності ґрунтів, які було проведено в останні десятиріччя закордонними фахівцями треба відмітити наступні. Динаміці змін форм кислотності в залежності від кислотно-основної буферності ґрунтів присвячена наукова праця угорських вчених Д. Филепа и М. Редлі у якій детально висвітлена природа ґрунтових буферних систем з нейтралізації протонів.

Слід зауважити, що окрім рН-буферності ґрунтам притаманні і інші види буферності. В роботах Р.С. Трускавецького визначено понад 17 видів буферності грунтів серед яких, крім рН-буферності, зазначено фосфат- і калій-буферність, азот-буферність, буферність відносно важких металів та окисно-відновного потенціалу, гідробуферність тощо.

Про фосфат-буферну здатність ґрунтів вперше у 1928 році згадує С.М. Драчев.

На початку останньої чверті минулого сторіччя, після появи робіт з вивчення різних видів буферності ґрунтів іноземних авторів Х. Аслінга, П.Х.Т. Бекета, Р.Е. Уайта, Р.К.Скофілда, відбувся справжній бум у справі вивчення потенціалів родючості та потенційної буферної здатності ґрунту щодо фосфору та калію. Ці роботи відкрили шлях із цієї проблеми і вітчизняним дослідникам, а також їх колегам із ближнього зарубіжжя для отримання більш об‘єктивної характеристики відносно фосфатного і калійного режимів ґрунтів різного генезису і окультуреності. Значну увагу зі встановлення буферності грунтів відносно інших ґрунтових інгредієнтів наприкінці вісімдесятих років минулого сторіччя приділили російські вчені. Ці публікації послугували поштовхом з вивчення буферності відносно важких металів та окисно-відновного потенціалу (ОВП) ґрунтів (ОВП-буферність).

Значним науковим проривом у сфері вивчення буферних властивостей грунтів є вихід у 2003 році монографії Р.С. Трускавецького “Буферна здатність грунтів та їх основні функції”. В монографії практично вперше систематизовано і обґрунтовано основні положення теорії буферної здатності грунтів, висвітлено значимість буферних властивостей грунтів у функціонуванні їх продуктивних і екологічних режимів, показано перспективність використання в практиці агроекологічного моніторингу оціночних показників і графічних моделей буферності.

На основних типах ґрунтів України різними дослідниками було розроблено методи визначення буферності. У теперішній час найбільш часто визначають наступні види буферності ґрунту: pH-буферність; фосфат-буферність; калій-буферність; буферність до важких металів; гідробуферність ґрунту тощо.

Безумовно, і наведених вище різних видів буферності нас цікавлять саме ті види буферності, які дозволяють оцінювати біосферну функцію ґрунтового покриву і в кількісних параметрах діагностувати екологічний стан ґрунтів. Відповідно, ґрунт розглядають як систему, в якій можна виділити блок саморегуляції, який відповідає за буферну здатність і притаманний будь якій відкритій термодинамічній системі.

З.Г. Гамкало розглядає процес зв’язування протонів твердою фазою ґрунту як один з буферних механізмів захисту ґрунтового середовища від природного (трофного) та антропогенного підкислення.

В основі визначення буферних характеристик ґрунту лежить принцип термодинамічної стійкості Гібса-Ле-Шатель’є. Цей принцип стосовно ґрунтів формулюється так: зовнішні навантаження, що зрушують ґрунтове середовище з відносно урівноваженого стану, водночас стимулюють процеси, які послаблюють результати цих впливів. Буферність визначає ту частку внутрішнього енергетичного потенціалу ґрунту, з якою пов’язані процеси мобілізації і іммобілізації елементів родючості.

Буферність ґрунтової родючості охарактеризовано як здатність ґрунту зберігати притаманний йому рівень ефективної родючості і тим самим чинити певний опір до зовнішніх впливів, нейтралізувати їх дію.

Слід зазначити, що буферність ґрунту можна ототожнювати з функціональною стійкістю, маючи на увазі здатність ґрунту чинити опір зовнішнім навантаженням і зберігати основні функції.

М.Д. Богданова розмежовує ці поняття, за її визначенням “...під стійкістю грунтів, розуміють здатність грунтів при зміні рН протидіяти руйнації грунтово-вбирного комплексу, диспергації колоїдів, виносу речовин за межі грунтового профілю і появі у розчинах токсичних елементів”. Стійкість – поняття більш загальне яке відноситься до всього комплексу притаманних ґрунту властивостей.

Піддатливість грунтів до деградації або зміни властивостей під впливом окультурювання визначає їх стійкість. Треба зауважити, що як дезорганізуючі, так і організуючі (удосконалюючи) ґрунтову систему процеси є складовими сучасного ґрунтоутворення. Тому, одним з головним завданням науки і практики є максимальне підвищення функції першої з одночасним зменшенням негативного впливу другої складової.

Стійкість ґрунту та інших складних природних об’єктів визначають як їх здатність зберігати свою внутрішню структуру (конструктивна стійкість) та режими функціонування (функціональна стійкість) за різних умов зовнішніх впливів і навантажень.

Особливу важливість відіграє функціональна стійкість грунтів яка є більш гнучкою та лабільною ніж структурна стійкість. Саме функціональна стійкість, яка характеризується буферними властивостями ґрунтів, має вельми вагоме значення у формуванні врожаїв сільськогосподарських культур.

Реакція грунтових систем на зовнішні впливи полягає у їх відхиленні від генетично притаманного і урівноваженого з факторами ґрунтоутворення стану та спрямування зміни зрушеного стану поступовим поверненням до стартових рівнів, що потребує так званого релаксаційного періоду. При цьому, внутрішня структура ґрунту може залишатися незмінною або змінюється без суттєвого впливу на його продуктивні та екологічні функції. Після того як припинилось те чи інше зовнішнє навантаження, перебіг внутрішніх ґрунтових процесів, протікає спонтанно. Термодинамічні потенціали, що виникають у ґрунтовій системі між його окремими “фазами” (твердою, рідкою, живою і повітряною), у середині кожної із них, між ними та навколишнім середовищем є рушійною силою цих процесів. Завдяки цьому, ґрунтовим системам притаманні: самоорганізація, саморегуляція і самозбереження.

Таким чином, стійкість ґрунтів до зовнішніх впливів та навантажень в останні десятиріччя стали об’єктами широких теоретичних досліджень та напрацювань, про що засвідчують хоча б вище цитовані нами літературні джерела. Разом з цим, прикладні сторони теорії функціональної стійкості ґрунтів вивчені надто скупо і з упевненістю можна сказати, що ця проблема знаходиться тільки на початковій фазі свого розвитку і наукових досліджень. Мова йде, перш за все, про необхідність розробки конкретних методів і критеріїв оцінки функціональної стійкості ‑ ґрунтів, без яких унеможливлюється процес ефективного та сталого управління їх родючістю та упровадження конкурентноздатного і еколого-економічно надійного землеробства.

Спроба розмежувати поняття “стійкість” і “буферність” для ґрунту як відкритої системи, що знаходиться у нерівноважних умовах була зроблена М.М. Мірошниченко. Він вважає, що стійкість є мірою зовнішнього впливу відносно відгуку системи, а буферність є мірою внутрішньосистемних сил (мається на увазі ґрунтових), які компенсують цей вплив. А.Д. Фокин вважає, що буферність є невід’ємною складовою стійкості грунтів до зовнішніх впливів. Він запропонував оцінювати стан ґрунтів та екосистем за трьома видами стійкості: структурно-статичною, функціонально-динамічною і буферною. Структурно-статичну стійкість, він пропонує визначати, як властивість ґрунту зберігати стабільність структури, будову і склад, та співвідношення між окремими компонентами системи. Оціночними параметрами даного виду стійкості є елементний, агрегатний та мінералогічний склад ґрунтів, а також будова ґрунтового профілю. Функціонально-динамічна стійкість є властивістю ґрунту зберігати стабільність функціонування, що забезпечується протилежно спрямованими процесами наприклад, надходженням і виносом поживних речовин, гуміфікацією та мінералізацією органічних речовин, кислотно-основною рівновагою тощо. Буферність – здатність ґрунтів до самовідродження структурних властивостей і функціональних параметрів, порушених в результаті збурюючих зовнішніх впливів. Вона реалізується через різні структурно-статичні властивості та функціонально-динамічні механізми і відображується у здатності ґрунту реагувати на любі зовнішні впливи, які невластиві даному ґрунту.

Виходячи з останнього, за нашою думкою, буферність може бути  характеристикою структурно-статичної та функціонально-динамічної стійкості ґрунту, а саме функціональною характеристикою загальної стійкості. Але ж для цього необхідно розробити та удосконалити кількісні показники які характеризують буферні властивості ґрунтів. Тому у дисертаційній роботі ми робимо акцент на вирішенні цього питання.

А.В. Смагін наголошує, що стійкість ґрунтів є однією з головних екологічних проблем сучасного ґрунтознавства. Стійкість ґрунтів він розглядає у поєднанні з іншими компонентами екосистеми, і в першу чергу їх живої речовини.

У процесі вивітрювання грунтів з ґрунтоутворюючих мінералів вивільняються і надходять у ґрунтовий розчин, безпосередньо впливаючи на стан кислотно-лужної рівноваги, такі біогенні елементи як Ca та Mg, а також високозарядний катіон алюмінію (Al³⁺). Саме від їх поведінки у ґрунтовому розчині багато в чому залежить буферність ґрунтів, і, в першу чергу, кислотно-основна буферність. Як відмічено в роботі, найбільш важливими ґрунтовими компонентами і реакціями з буферною дією є: приєднання та віддача протонів ґрунтовими колоїдами (глинистими мінералами, органічними колоїдами, гідроксидами металів, гідратованими металевими окислами); утворення-розчинення мінералів, що легко вивітрюються; перетворення полімерів гідроксидів алюмінію та алюмінієвих гідроксокомплексів; утворення  декомплексація органічних металевих комплексів; система CaCO₃-Ca(HCO₃)₂-CO₂.

Як зазначають Т.А. Соколова та А.П. Пахомов, в органогенних шарах ґрунту основними механізмами буферних реакцій є необмінне закріплення протону на функціональних групах органічних кислот, якому сприяє зниження розчинності і, вірогідно, зміна конфігураційного стану молекул органічних речовин при підкисленні. У мінеральних шарах буферність ґрунту до кислоти здійснюється частково за рахунок реакції катіонного обміну – витискування протоном з обмінних позицій Al ³⁺ і його гідроксокомплексів, а також Ca та Mg.

Саме через буферний механізм ґрунту, під впливом вивітрювання стійких ґрунтових структур і внесення добрив, підвищується концентрація елементів родючості у ґрунтовому розчині. Можна зазначити, що механізми буферності грунтів суттєво впливають на процеси обміну речовин між твердою фазою ґрунту і його розчином.

Відомо, що притаманна ґрунтам буферна здатність відображає функціонування їх основних режимів: поживного, теплового, водного, повітряного, токсичного, кислотно-лужного тощо. Буферність ґрунту виступає інтегральним показником функціонування всіх компонентів ґрунтової системи, включаючи внесені добрива та меліоранти. Поряд з геохімічними бар’єрами (хімічними, геотермічними, морфо-генетичними, окисно-відновними, біологічними тощо) буферність ґрунтів є одним з механізмів їх саморегуляції.

Параметри буферності у сукупності є функцією всіх хімічних компонентів ґрунту через здатність останніх впливати на кислотно-лужну рівновагу, та завдяки процесам молекулярної та обмінної сорбції-десорбції гасити чи підсилювати ефект від введених кислот та лугів.

Отже, треба зазначити, що питання теорії і практики буферної здатності ґрунтів є актуальним і перспективним напрямом досліджень. Використання концепції буферної здатності грунтів, власне удосконалення і розвиток її основних положень, дозволить нам розробити об’єктивні оціночні критерії щодо діагностики агроекологічного стану кислих грунтів, вирішити проблеми раціонального застосування добрив і меліорантів, підвищення коефіцієнтів використання внесених у ґрунт поживних речовин і запобігання їх втрат до оточуючого середовища.

Незважаючи на численні літературні дослідження з рН-буферної здатності ґрунтів із кислою реакцією середовища, багато питань на цей час залишаються дискусійними і невизначеними. Зокрема, залишаються гіпотетичними і дискусійними положення щодо утворення ґрунтової кислотності через збільшення вмісту рухомого алюмінію і його надто токсичну дію на рослини, невизначена його роль у формуванні кислотно-основної буферної здатності у ґрунтових системах.

Відповідно до вищевикладеного, ми в дисертаційній роботі зосереджуємо увагу на ще не відображених у ґрунтознавчій літературі цілій низці питань пов’язаних з буферними властивостями ґрунтів. До цих питань відносяться розробка нових принципів, методів та алгоритмів щодо діагностики, оптимізації і прогнозування поведінки основних елементів родючості з використанням графічних моделей буферності кожного конкретного елементу. Крім цього, новітні теоретичні і практичні положення буферної здатності ґрунтів, відкрили нам шлях для розробки системи оціночних показників агроекологічної стійкості кислих ґрунтів, а також для розрахунків норм меліорантів відповідно використовуємих агрозаходів з окультурювання кислих ґрунтів.

Підсумовуючи вищенаведений огляд літератури зазначимо, що світова і вітчизняна наукова громадськість, яка працює над питаннями меліорації кислих ґрунтів, зосереджує власні зусилля в напрямку екологізації та енергозбереження землеробства.

Світовий досвід з питань меліорації кислих ґрунтів свідчить, що в умовах розвиненої ринкової економіки всі енергоємні агрозаходи, перш ніж їх реалізувати, ретельно обґрунтовуються з різних сторін ‑ енергетичної, економічної, екологічної, комерційної тощо.

Найбільш поширені на Поліссі дерново-підзолисті і дернові ґрунти грубої гранулометрії відзначаються високорозвиненим інфільтраційно-промивним режимом та інтенсивними процесами розкладу органічних речовин в орному шарі ґрунту (коефіцієнти мінералізації досягають 0,86-0,91). Встановлено, що на добре угноєних ґрунтах емісія СО₂ та летких азотних сполук буває занадто висока. За таких умов суцільне розкидання органічних і мінеральних добрив та хімічних меліорантів по всій площі з наступним заорюванням їх у ґрунт слід сприймати як вкрай еколого-економічно небезпечний прийом у системі існуючого поліського землеробства. Така технологія призводить до надлишкових витрат матеріальних і енергетичних ресурсів та завдає відчутної шкоди навколишньому середовищу.

В останні роки з метою економії матеріальних та енергетичних ресурсів було запропоновано спосіб так званого “підтримувального” вапнування, який хоча й частково вирішує проблему ресурсозбереження та охорони довкілля, все ж таки не дозволяє істотно поліпшити якість окультурюваного ґрунту.

Окремим і дуже важливим ланцюгом ресурсозбережувальних технологій є фітомеліорація. Вона включає підбір і розташування в сівозміні сільськогосподарських культур, що витримують і непогано розвиваються в кислому середовищі ґрунту, тобто більш толерантних як до високої кислотності, так і до токсичної дії алюмінію у ґрунті.

Заслуговують на увагу й заходи з локального застосування мінеральних добрив, в тому числі з добавками меліорантів, високу ефективність яких засвідчено у багатьох наукових працях. Але ж, і ці агрозаходи мають короткочасний ефект. Справа в тім, що вже у наступний рік при оранці внесені добрива і меліоранти перемішуються з усією орною масою ґрунту, а локалізація зводиться нанівець. Як наслідок вищенаведені агрозаходи незважаючи на високу трофну ефективність, все ж таки суттєво не поліпшували якість самого ґрунту.

Сучасні концептуальні положення з окультурювання кислих ґрунтів спрямовані на підвищення їх родючості з одночасним усуненням негативних наслідків антропогенних навантажень, істотне підвищення продуктивності землеробства, запровадження екологічно надійних ресурсозберігаючих технологій. Серед принципово нових підходів щодо вирішення зазначених проблем, а також проблеми підвищення родючості ґрунтів з кислою реакцією середовища і поліпшення їх агроекологічного стану, є локальне внесення добрив та меліорантів.

Відповідно нашої гіпотези, добрива і меліоранти в ґрунт треба вносити разом, у комплексі, з подальшим заорюванням нижче орного шару з метою забезпечення тривалої післядії, штучно створювати у ґрунті просторову неоднорідність з метою оптимізації ґрунтового розчину відповідно вимог вирощуваних сільськогосподарських культур, пролонгації дії добрив та меліорантів, підвищення екологічної стабільності ґрунту.

За визначенням В.В. Медведєва, неоднорідність ґрунтів (soil heterogeneity) це зміна ґрунтових властивостей у межах поліпедону ‑ елементарного ґрунтового ареалу.

Розвиваючи ідею ефективного поєднання хімічної меліорації з усією системою відтворення родючості ґрунтів (внесення добрив та меліорантів, обробіток, сівозміна) та використовуючи принципи “комплексності” і “гетерогенності” нами розроблено основні принципи технології локального окультурювання кислих ґрунтів, яка дозволяє: суттєво зменшити непродуктивні витрати біогенних елементів, заощадити енергетичні, матеріальні та людські ресурси. Треба зазначити, що локальне окультурювання ґрунту через нерівномірне внесення добрив та меліорантів, створює у ґрунті неоднорідність першого рівня ‑ мікронеоднорідність (mikrogeneity).

Ідея необхідності врахування при розрахунках нормативів застосування хімічних меліорантів не тільки вихідних рівнів кислотно-лужного стану ґрунтів, але й їх стійкість щодо підкислення та підлуження, знайшла своє втілення у методології визначення норм добрив і меліорантів відповідно до використовуємих агрозаходів з окультурювання кислих ґрунтів, конкретних ґрунтових умов та вимог вирощуємих сільськогосподарських культур.

Термінологічні тлумачення основних понять з екології і агроекології ґрунтів наведено у численних публікаціях.

3. Метод визначення. ДСТУ конкретної буферності. Застосування комп’ютерної програми «буферність»

Визначення кислотно-основних буферних властивостей грунтів гумідних регіонів України було здійснено за допомогою модифікованої методики. На відміну від існуючих методик для визначення кривої буферності в лужному інтервалі замість лугу NaOH використано гідроокис кальцію Ca(OH)₂ як безпосередній меліорант кислих грунтів. Кислотне плече буферності для кислих ґрунтів нами прийнято за від’ємне (негативне) крило рН-буферності, а лужне – за позитивне. Крім цього було розроблено показники оцінки буферної здатності ґрунтів і визначено їх параметри для основних різновидів грунтів.

Основними показниками рН-буферної здатності ґрунтів є такі:

• буферна ємність ґрунту в лужному плечі (інтервалі) навантажень (БЄ_Л);
• буферна ємність ґрунту в кислому плечі (інтервалі) навантажень (БЄ_К);
• коефіцієнт асиметрії (КА) – співвідношення між різницею та сумою вищеназваних ємностей ;
• загальна оцінка рН-буферності (ЗОБ), що включає суму буферних ємностей з урахуванням коефіцієнту асиметрії і визначається за формулою:

(БЄ_Л + БЄ_К)(1- |КА|).

Для визначення названих оціночних показників рН-буферної здатності, розроблено комп’ютерну програму, яка дозволяє всі розрахунки і побудову графічної моделі буферності здійснювати в автоматичному режимі. Вихідним (нульовим) стандартом для розрахунків показників буферності служить крива зміни рН за добавок кислоти і лугу в безбуферному субстраті – чистому великозернистому кварцовому піску – крива “нуль” рН-буферності (рис.)

Буферну ємність у балах запропоновано визначати за відхиленням кривої буферності від “нуль”-кривої, або величиною утвореної між ними площі (рис., фіг.3). За сто балів прийнята сума стандартних площ максимально можливих буферних ємностей лужного (АВС) і кислотного (DEA) інтервалів. Такий підхід обумовлений тим, що штучне зменшення або збільшення буферної ємності кислотного плеча автоматично призводить до збільшення або зменшення буферної ємності лужного плеча. Звідси витікає, що сума максимально можливої буферної ємності практично не змінюється.

З метою поглиблення діагностичної та управлінської значимості показників буферності ґрунту запропоновано на криву рН-буферності наносити оптимальні рівні рН конкретного ґрунту. Для більшості досліджуваних ґрунтів цей оптимум знаходиться за рН 5,5-7,0. Це дає можливість діагностувати агроекологічний стан ґрунту за місцем знаходження на кривій буферності вихідного значення рН ‑ відображаючої точки (ВТ).

 

Графічні моделі буферності ґрунтів (рН-буферність).

Принципи побудови графіків. Безбуферний субстрат.

 

 

- DB - крива рН-буферності порівняльного субстрату (кварцового піску);

- HG - крива рН-буферності ґрунту;

- F- відображувальна точка стану (ВТ, активна кислотність).

- A’DH = SК

-АВG = Sл

- За 100 балів приймають суму стандартних площ (S_Л.СТ + S_К СТ = АВС + ADЕ), які утворюються між кривими зміни рН порівняльного малобуферного субстрату та проведеною через точку з рН = 7 на осі ординат прямою, що паралельна осі абсцис.

 

Основні принципи методології оцінки агроекологічного стану ґрунтів за показниками буферності.

Запропонована МЕТОДОЛОГІЯ діагностики АЕСКГ та нормування добрив і меліорантів за графічними моделями і показниками буферності дозволяють на принципово нових підходах ефективно здійснювати управління ґрунтовою родючістю, проводити моніторингові спостереження і прогнозувати зміну АЕСКГ під впливом зовнішніх навантажень.

Наприклад: За графіками буферності визначають норми кальцієвмісних меліорантів у фізичній вазі без встановлення в них кількості карбонату кальцію для кислих ґрунтів, або сульфату кальцію для солонцевих. Для цього використовують безпосередньо наявний у господарстві меліорант (вапно, крейду, мергель, дефекат, або фосфогіпс чи гіпс тощо) зростаючи дози якого відображають на осі абсцис (рис.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  Графік залежності рівня рН ґрунту від дози кальцієвмісного меліоранту (пряма АВС для кислого, а DEF солонцевого ґрунтів).

 

ДСТУ 4456:2005 Якість ґрунту. Метод визначення кислотно-основної буферності ґрунту; ДСТУ 4375:2005 Ґрунти. Метод визначення калій-буферності ґрунту; ДСТУ 4724:2007 Якість ґрунту. Визначання фосфат-буферності ґрунту; Інструкція з проведення кислотної зйомки на осушуваних землях України НД 33-5.5-16-2005.

Розроблено комп’ютерні програми з визначення кислотно-основної (рН-buff), фосфатної (рР-buff) і калійної (рК- buff) буферної здатності ґрунтів.

Ці матеріали використовуються Міністерством аграрної політики та продовольства України, Харківським обласним державним проектно-технологічним центром охорони родючості ґрунтів і якості продукції “Облдержродючість” та в навчальному процесі вищих навчальних закладів Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (Харківському національному аграрному університеті імені В.В. Докучаєва, Житомирському національному агроекологічному університеті та Чернівецькому національному університеті імені Ю. Федьковича).

 

Оцінка конкретної буферної здатності ґрунту

Щодо буферної здатності ґрунту до калію або фосфору в англомовних джерелах зустрічаються лише посилання у роботах теоретичного характеру на класичні варіанти показників, визначуваних за Беккетом та Скофільдом. Практично жодної спроби безпосередньо використати будь-які показники калійної або фосфатної буферності для потреб дозування добрив або меліорантів у англомовних джерелах не знайдено. У роботі Ротамстедської експериментальної станції 1976 року зроблено спробу оцінити теоретичну потребу в фосфатному добриві на основі врожайності і виносу рослинами за даними вегетаційного досліду на 24 ґрунтах. В роботі потреба у фосфорі показана як функція трьох параметрів:

•       кількість фосфору, необхідна рослині,
•       кількість фосфору, необхідна для підтримування вмісту фосфору в ґрунтовому розчині та
•       запас рухомого фосфору.

Автор зазначає, що буферна здатність ґрунту (класична, за Беккетом) істотно впливає на потребу в фосфатному добриві через два останні параметри, але не знаходить можливості однозначно формалізувати цей вплив і обмежується вказівкою на необхідність порівнювати запропоновані параметри всередині груп ґрунтів з приблизно однаковим рівнем фосфатної буферності.

Загалом, під виразом “буферна здатність ґрунту” без уточнення, яка саме, звичайно розуміють кислотно-основну буферність. Останнім часом з’явилося окреме, більш конкретне визначення: “вапняна буферна здатність” (lime buffer capacity), ВБЗ (LBC), тобто числовий вимір внесеного вапна як меліоранту на одиницю зміни рН ґрунту. У циркулярі Відділу сільськогосподарського співробітництва факультету сільського господарства та наук про довкілля Університету штату Джорджія, США, (Циркуляр 874), викладена загальна методика визначення цього показника. За допомогою запропонованої роботизованої системи, у ґрунт додають розрахункові обсяги гідроокису кальцію, який автори називають “швидко діючим вапном”, після чого вимірюють рН.

Результати, показані у графічному вигляді, демонструють визначення ВБЗ для піднімання рН з 5 до 6 одиниць. Базуючись на масі ґрунту орного шару та активності вапняного матеріалу, автори виводять формулу для перерахунку ВБЗ у дозу вапна для внесення:

Фунти меленого вапна на акр = ВБЗ ▪ (цільове рН – рН СаСl₂) ▪ 4

Звертає на себе увагу наближеність такого методу, пов’язана з лінійністю отримуваних залежностей (за двома точками). Залежність логарифмічного показника рН від не логарифмованої дози внесеного матеріалу не може бути лінійною за визначенням. Крім того, отримана за таким методом буферна здатність матиме не лише різні значення, а і різний рівень похибки у різних інтервалах рН. Для виробничих потреб за умов постійного контролювання рН ґрунту така похибка може не мати практичного значення, але для дослідницьких цілей і на широкому спектрі ґрунтових типів метод не застосовний.

Поширеним на теперішній час методом визначання кислотно-основної буферності є додавання до ґрунту буферного розчину. Метод згаданий, наприклад, в “Агрономічній бібліотеці” Spectrum Analytic INC. До ґрунтового зразка додають фіксовану кількість буферного розчину стандартизованого складу, після чого вимірюють рН. Показником буферності за такого методу називають у цій роботі отримане значення рН, яке позначають “ВрН” (буферне рН). На основі отриманого значення ВрН лабораторії видають рекомендації з вапнування, які є таким чином до деякої міри експертною оцінкою. “Для визначення рекомендацій з вапнування лабораторія розглядає різницю між вихідним рН ґрунту і кінцевим рН, що встановився після того, як з ґрунтом прореагував буферний розчин. Якщо різниця між двома вимірюваннями рН велика, це означає, що рН ґрунту легко змінити і достатніми будуть низькі дози вапна. Якщо рН ґрунту після додавання буферного розчину змінюється не набагато, це означає, що рН ґрунту важко змінити, і для досягнення бажаного для сільськогосподарських рослин рН потрібні більші дози вапна.”

Згаданий метод спирається на давно практикований у світовому ґрунтознавстві засіб оцінювання потреби у вапні через зсув кислотно-основної рівноваги системи ґрунт – буферний розчин щодо самого буферного розчину. Обсяг зміни рН, спричиненої у системі ґрунтом, розглядають як показник стійкості кислотно-основної рівноваги ґрунту. Існує досить широкий спектр застосовуваних для цієї мети буферних розчинів, перший з яких, буфер Мехліча (Mehlich), який був запропонований іще в сорокові роки, а після зазнав ряду модифікацій, і досі широко застосовують для визначання потреби у вапні. Так, наприклад, у роботі “Випробування ґрунтів Австралії: оцінка якості вимірюваннями, інтерпретація і рекомендації”, яку доповіли на Австралійській конференції промисловості добрив у 2004 р., метод оцінки потреби у вапні з застосуванням буфера Мехліча входить до рекомендованої добірки “сучасних і зручних хімічних методів дослідження ґрунту, придатних для оцінювання рівня родючості ґрунту і очікуваного відклику на добрива” для ґрунтів північного Квінсленду, про які відомо, що вони не містять колчеданових мінералів.

Агрономічна служба Департаменту сільського господарства і послуг споживачам Північної Кароліни (США), викладає детально метод Мехліча, включно із складом буферного розчину, як метод визначення обмінної кислотності. Наведений у бюлетені склад буферного розчину наступний:

•       гліцерофосфат натрію;
•       триетаноламін;
•       льодяна оцтова кислота;
•       хлорид амонію;
•       хлорид барію.

Гліцерофосфат натрію використано як основний буферний компонент, застосовний у широкому проміжку рівнів рН. Хлорид амонію – для витіснення у розчин з твердої фази чинників обмінної кислотності. Хлорид барію, доповнюючи за твердженням авторів цю останню функцію, одночасно працює як консервант проти грибкової мікрофлори в умовах тривалого зберігання реактиву. Оцтова кислота працює як буфер в інтервалі рН від 3,8 до 5,2, забезпечуючи лінійність буферної функції гліцерофосфату, і крім того, використана для доведення рН до 6,6 у процедурі готування буферного розчину. Те саме призначення за твердженням авторів у триетаноламіну.

Таким чином, розчин досить складний і вносить у ґрунт підчас аналізу речовини, звичайно ґрунту не притаманні. Виникає питання, наскільки за таких умов виправдане створювання буферних властивостей у розчині, функція якого – зсув рН ґрунту. “Забуферення” розчину забезпечує певність, що зміна рН рідкої фази спричинена лише зміною вмісту підлуговувального чинника у рідкій фазі, а не якимись іншими фізико-хімічними чи біологічними явищами на кшталт розчинення вуглекислоти, вивільнення сторонніх речовин із ґрунту або життєдіяльності згаданих вище грибків, чи інших мікроорганізмів. З іншого боку, ті самі фактори впливатимуть і на функціонування вапна у ґрунті, а похибка, яку вносять не притаманні ґрунту речовини з буферного розчину, не піддається оцінюванню і може виявитися досить великою. Так, наприклад, у роботі зазначене аномальне порушення лінійності кривої титрування буфера підчас визначання потреби у вапнуванні; аномалія так і не знайшла однозначного пояснення. Модифікації методу Мехліча і подальший розвиток методики не спростили, а ускладнили систему. З’явилися нові рецептури буферних розчинів з різними значеннями рН, з’явилися методи “двох буферів”, які охоплюють оброблення одного ґрунту двома буферними розчинами з різним рН. Наприклад, у роботі Т.Л.Юаня “Метод двох буферів для визначення потреби у вапні кислих ґрунтів” наведений буфер, що містить імідазол, хромат і піридин у 0,2 М розчині хлориду кальцію з рівнями рН 8 та 5,4. Буферну здатність ґрунту за цим методом визначають діленням різниці ґрунтової кислотності, нейтралізованої у двох буферних системах, на різницю двох рівноважних значень рН. Відношення різниць логарифмованих значень за фізичним змістом показує нахил лінії буферності, (точніше – відхилення цієї лінії від бісектриси), але тут знову не врахована нелінійність кривої, і взяті до уваги лише дві точки рН. Отримані таким чином значення, очевидно, можуть правити за непрямий показник потреби ґрунту у вапні, але це навряд-чи компенсує складність їх визначання і вимагає трудомістких і тривалих процедур доведення застосовності до різних груп ґрунтів. Так у роботі С.Мачачі “Порівняння лабораторних методів рН-буферності для прогнозування потреби у вапні для кислих ґрунтів Східної Ботсвани” проведене дослідження придатності рН-буферних методів для визначення потреби у вапні регіональних ґрунтів. Досліджені методи подвійного буфера Юаня, двобуферний та однобуферний методи Шумейкера, Макліна і Пратта (ШМП-ДБ та ШМП-ОБ), однобуферний метод Адамса і Еванса (АЕ-ОБ). Оцінювання ґрунтувалося на можливості цими методами прогнозувати наявну потребу ґрунту у вапні для доведення рН до 6,5, виявлену методом інкубації ґрунту з вологим СаСО₃. Інкубацію і визначення потреби у вапні всіма зазначеними методами проводили у трьох повтореннях. Отримали значну кореляцію (r від 0,79 до 0,94 за рівня значності 0,001) для всіх випробуваних методів, найвищу – для подвійних буферів, але для масових аналізів ґрунту в Східній Ботсвані автором рекомендований однобуферний метод ШМП-ОБ, оскільки він простий та швидкий.

Таким чином, можна зробити висновок, що підхід до визначення буферності ґрунту з метою дозування меліоранту в світовому ґрунтознавстві, за англомовними джерелами, базується на теперішній час на непрямих або наближених показниках. Жодної спроби підходу через фізичне моделювання розгляд публікацій не виявив.

 

Лучний заплавний грунт

 

Вхiднi та розрахунковi данi:

(х*10^(-4) моль/100г; n*Ck,мг/100г; Ck,n*10^(-4) моль/100г; pK; delta Ck,n*10^(-4) моль/100г; КБЗ)

 

1) 0  6.45  1.654  3.782;

2) 1  7.82  2.005  3.698  0.351  2.847;

3) 2.5  9.22  2.364  3.626  0.710  3.520;

4) 5  12.12  3.108  3.508  1.454  3.439;

5) 7.5  16.42  4.210  3.376  2.556  2.934;

6) 10  21.86  5.605  3.251  3.951  2.531;

7) 15  30.49  7.818  3.107  6.164  2.433;

 

Показники буферності:

 

БЕп =11.678

БЕн =3.354

КБА =0.554

ПЗОБп =5.212

ПЗОБн =1.497

ПЗОБз =6.709

 

Результат розрахунку оптимальних доз K2O (кг/га) при внесенні:

 

під суцiльну оранку:0

під культивацiю:0

за локального окультурювання:0

 

Графiчна модель калій-буферності:

 

Діагностику та оптимізацію кислотно-лужного стану конкретного ґрунту здійснюють шляхом: визначення оптимальних значень рН ґрунтового розчину для сільськогосподарських культур; побудови графіка рН-буферності для конкретного ґрунту з відокремленням оптимальних зон рН на графіку; визначення оптимального рівня рН ґрунту в межах конкретної культури, або групи культур, для досягнення якого треба розрахувати дозу меліоранту; розрахунку і внесення відповідної дози меліоранту в ґрунт з метою досягнення заданого рівня кислотно-основної рівноваги.

 

 

Лучно-болотний супіщаний грунт

 

Вхiднi та розрахунковi данi:

(х*10^(-4) моль/100г; n*Ck,мг/100г; Ck,n*10^(-4) моль/100г; pK; delta Ck,n*10^(-4) моль/100г; КБЗ)

 

1) 0  1.955  0.501  4.300;

2) 1  2.38  0.610  4.214  0.109  9.176;

3) 2.5  3.01  0.772  4.112  0.271  9.242;

4) 5  4.49  1.151  3.939  0.650  7.692;

5) 7.5  5.865  1.504  3.823  1.003  7.481;

6) 10  7.038  1.805  3.744  1.303  7.673;

7) 15  10.16  2.605  3.584  2.104  7.130;

 

Показники буферності:

 

БЕп =36.048

БЕн =0.841

КБА =0.954

ПЗОБп =1.644

ПЗОБн =0.038

ПЗОБз =1.683

 

Результат розрахунку оптимальних доз K2O (кг/га) при внесенні:

 

під суцiльну оранку:0

під культивацiю:0

за локального окультурювання:0

 

Графiчна модель калій-буферності:

Використовуючи графіки рН-буферності грунтів, можна встановлювати нижню і верхню межі оптимального кальцієвого навантаження на ґрунтовий покрив. При цьому внесення точно розрахованої кількості вапняного меліоранту позитивно впливає на природу розвитку грунтових процесів та довкілля (підгрунтові води, біологічні властивості ґрунту тощо). Це сприяє гармонізованому поєднанню ресурсозбережувальних агрозаходів з одночасним підвищенням врожаїв сільгоспкультур і позитивно позначується на якості отримуваної рослинницької продукції.

Кислотність ґрунтів безпосередньо пов’язана з вмістом лужних і лужноземельних катіонів як основних антагоністів гідрогену, та інших елементів, які впливають на формування ґрунтової кислотності. Саме баланс цих елементів у ґрунті визначає вектор напрямку ґрунтових процесів відповідно у бік підкислення, або, навпаки, підлуження ґрунтового середовища.

Вплив реакції ґрунту на урожайність сільськогосподарських культур може бути вельми значним, особливо за умов високої кислотності. Втім у зв’язку з тим, що культурні рослини у залежності від своєї природи по різному відносяться до реакції ґрунту, вплив концентрації іонів гідрогену може бути менш значимим, ніж вплив від нестачі вапна та інших макроелементів.

Величина активної чи потенційної кислотності часто не є об’єктивною характеристикою щодо кислотно-основної функції грунтів. У теоретичному та практичному значенні більш важливішим є чітке визначення рівня піддатливості грунтів до підкислення, або навпаки, до підлуження. Застосування останніх досягнень грунтознавчої науки в напрямку використання теоретичних і практичних положень буферної здатності грунтів дозволяє позбутися цих недоліків

Аналітичні дані про рН – буферність, отримані за допомогою електронної таблиці.

Таблиця

 

 

Варіант	Показники буферності
	рН	БЕл	БЕк	КБА	ЗОПБ
0-10	6,13	32,55	14,35	0,388	28,705
10-20	5,71	32,43	12,58	0,441	25,15
25-35	5,89	33,79	11,59	0,489	23,189
70-80	7,47	26,01	17,98	0,182	35,97
110-120	8,12	22,10	27,87	0,115	44,206

 

 

Отже, графічні моделі рН-буферності грунтів, або графіки залежності рН водн. від добавок Са(ОН)₂ дозволяють значно точніше у порівнянні з існуючими методами проводити діагностику кислотно-лужної рівноваги, визначати норми вапняних меліорантів та робити прогноз зміни рН грунтового середовища грунтів на певний відрізок часу.

 

Розрахунки меліорантів і добрив за графіками буферності

Матрична таблиця розрахунків норм внесення СаСО₃ на основі графічної моделі рН-буферності грунтів за різних технологій їх окультурення

Показники, об’єкт	Одиниці виміру	Параметри навантажень
Добавки гідроксиду кальцію Са(ОН)2, шкала навантажень (вісь абсцис)	мг-екв на 100 г ґрунту	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	2,0	3,0
Добавки карбонату кальцію СаСО3	кг СаСО3 на 1т ґрунту	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30\	0,35	0,40	0,45	0,50	1,0	1,5
Звичайна технологія окультурення, суцільна оранка – перемішування меліоранту з 3000 т ґрунту	кг СаСО3 на 1га	150	300	450	600	750	900	1050	1200	1350	1500	3000	4500
Звичайна технологія окультурення, культивація – перемішування меліоранту з 1500 т  ґрунту	кг СаСО3 на 1га	75	150	225	300	375	450	525	600	675	750	1500	2250
Технологія локального окультурення – перемішування меліоранту з 200 т ґрунту	кг СаСО3 на 1га	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	200	300

Діагностика, оптимізація та нормативний прогноз калійного стану ґрунтів за допомогою графічних моделей калій-буферності

Графічні моделі калій-буферності дозволяють здійснювати діагностику і прогноз калійного стану досліджуваного ґрунту, визначати дози калійних добрив у відповідності до оптимальних параметрів кожного конкретного ґрунту та потреб у калії сільськогосподарських культур.

Для прикладу візьмемо графік калій-буферності ясно-сірого опідзоленого поверхнево оглеєного ґрунту (рис. 1Г), де на осі ординат відкладено показники рК, а на осі абсцис калійні навантаження у молях на 100 г ґрунту.

 

 

Рис. 1Г фрагмент кривої калій-буферності ясно-сірого опідзоленого поверхнево оглеєного ґрунту

 

Оптимальні межі рК для зернових культур на ясно-сірому опідзоленому оглеєному ґрунті становлять: нижня 4,0 і верхня 3,0 (табл. 1Д). Відокремлюємо відрізок оптимальних меж рК на графіку калій-буферності (відрізок АД). Визначаємо рК в ясно-сірому опідзоленому оглеєному ґрунті або параметри відображувальної точки. Діагностику калійного стану ґрунту проводимо за місцезнаходженням відображувальної точки (ВТ). Розрахунки оптимальних параметрів калійного стану ґрунту та нормативне прогнозування (керований прогноз) рівня забезпеченості ґрунту рухомим калієм за графічною моделлю калій-буферності проводимо у такій послідовності.

1Г Оптимальні параметри показників концентрації калійних (рК) іонів у ґрунтових розчинах

Ґрунти	Оптимум рК
	нижній	верхній
Дерново-підзолисті глейові супіщані	3,8	3,0
Ясно-сірі опідзолені поверхнево оглеєні легкосуглинкові	4,0	3,0
Лучні середньосуглинкові	4,5	не встановлено
Дернові опідзолені оглеєні суглинкові	не визначено	не визначено
Торфові евтрофні мало- і середньозольні	3,8	3,0
Торфові алкалітрофні багатозольні	4,0	3,2
Мулувато-торфові	4,4	не встановлено

У нашому випадку ВТ дорівнює 4,2. Отже, для того, щоб досягти нижньої межі оптимуму рухомого калію треба зменшити рК на 0,2 одиниці (різниця координат точок ВТ та нижньої межі оптимуму) або збільшити концентрацію калійних іонів у ґрунтовому розчині, тобто перевести рК з 4,2 до 4,0. На осі абсцис визначаємо кількісну різницю параметрів проекцій відображувальної точки і оптимального значення забезпеченості ґрунту калієм, яка, наприклад, дорівнює нижній межі оптимального забезпечення калієм. Проекція ВТ дорівнює нулю, а проекція нижньої межі оптимуму 1,710 ⁴ моль/100 г ґрунту. Отже, різниця проекцій цих значень на осі абсцис складає 1,710^-4 моль/100 г ґрунту.

За матричною таблицею 2Г переводимо цю величину в кількість добрив (К₂О), які потрібно внести на гектар сівозмінної площі. Відповідно цього для досягнення нижньої межі оптимуму концентрації калію в ясно-сірому опідзоленому оглеєному ґрунті треба внести в ґрунт за звичайною оранкою 239,7 кг/га, за культивацією – вдвічі менше – 119,0 кг/га, а за технологією локального окультурювання всього 14,3 кг/га калійних добрив у перерахунку на К₂О.

Інше завдання, наприклад, ВТ становить 4,0 тобто дорівнює нижній межі оптимуму, а треба довести рК до середнього рівня забезпеченості рухомим калієм (точка С на графіку), що на осі абсцис відповідає значенню 7,010^-4 моль/100 г ґрунту. Різниця проекцій цих параметрів на осі навантажень дорівнює 7,0-1,7 = 5,310^-4 моль/100 г ґрунту. За таблицею 2Д визначаємо, що за звичайними технологіями для цього потрібно: звичайна оранка – 746 кг, культивація 373 кг, а за умов локальної меліорації 45 кг К₂О на кожний гектар окультурюваного ґрунту.

Проте, з урахуванням відносно низької буферної ємності ясно-сірого опідзоленого оглеєного ґрунту зовсім необов’язково доводити його забезпечення рухомим калієм до середньої межі оптимуму. На першому етапі окультурювання цього ґрунту достатньо довести ґрунт до нижнього значення оптимуму забезпечення калієм.

Нормативний прогноз темпів виснаження ґрунтів на рухомий калій за графічною моделлю калій-буферності та встановлення тривалості післядії калійних добрив, здійснюється у зворотньому порядку, тобто в залежності від щорічного виносу калію з урожаєм за кривою буферності визначаємо той сумарний винос, який призведе до повного виснаження ґрунту на живильний калій.

Для прикладу візьмемо окультурений за звичайною технологією ясно-сірий опідзолений ґрунт, у якому відображувальна точка знаходиться в точці В на кривій буферності (рис. 1Г). За графіком калій-буферності діагностуємо, що даний ґрунт забезпечений рухомим калієм у межах оптимального інтервалу. Для встановлення конкретного значення рівня забезпеченості з точки В опускаємо перпендикуляр на вісь абсцис. Як бачимо, це значення відповідає 2,510^-4 моль/100 г ґрунту. За таблицею 2Г встановлюємо, що воно дорівнює вмісту рухомого калію 351,5 кг/га. Відомо, що сільськогосподарські культури зернової сівозміни виносять з урожаєм щорічно біля 50 кг калію у перерахунку на К₂О. Наприклад, за 6-пільну сівозміну буде винесено 650 кг =  300 кг/га К₂О.

Тобто, якщо за наведену сівозміну в ґрунт не будуть надходити калійні добрива, то його рухомі запаси понизяться з 351,5 до 51,5 кг на гектар, а це вже нижче оптимального рівня забезпеченості калієм. Відповідно до цього можна спрогнозувати величину зниження врожаїв сільськогосподарських культур.

1Г Калійні навантаження на ґрунтову масу залежно від технологій окультурювання ґрунту

Показники, об’єкт	Одиниці виміру	Параметри навантажень
Добавки калію, шкала навантажень (ось абсцис), сК	моль10-4 на 100 г ґрунту	0,1	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0	13,0	14,0	15,0
Добавки калійних добрив К2О	кг на 1 т ґрунту	0,005	0,047	0,094	0,141	0,188	0,235	0,282	0,328	0,375	0,422	0,469	0,516	0,563	0,610	0,657	0,704
Звичайна технологія окультурення, суцільна оранка – перемішування добрив з 3000 т ґрунту	кг К2О на 1 га	14,1	141	281	422	563	704	845	985	1126	1269	1408	1548	1689	1830	1971	2111
Звичайна технологія окультурення, культивація – перемішування добрив з 1500 т  ґрунту	кг К2О на 1 га	7,0	70	141	211	281	352	422	493	563	633	704	774	844	915	985	1056
Технологія локального окультурення, – перемішування добрив з 180 т ґрунту	кг К2О на 1 га	0,85	8,4	16,9	25,3	33,8	42,2	50,7	59,1	67,6	76,0	84,5	92,9	101,3	109,8	118,2	126,7

 

Висновок

Без хімічної меліорації вирощування високих та сталих урожаїв сільськогосподарських культур на кислих ґрунтах, основою якого є вапнування, неможливе.

Питання теорії і практики буферної здатності ґрунтів є актуальним і перспективним напрямом досліджень. Використання концепції буферної здатності грунтів, власне удосконалення і розвиток її основних положень, дозволить нам розробити об’єктивні оціночні критерії щодо діагностики агроекологічного стану кислих грунтів, вирішити проблеми раціонального застосування добрив і меліорантів, підвищення коефіцієнтів використання внесених у ґрунт поживних речовин і запобігання їх втрат до оточуючого середовища. Зокрема, залишаються гіпотетичними і дискусійними положення щодо утворення ґрунтової кислотності через збільшення вмісту рухомого алюмінію і його надто токсичну дію на рослини, невизначена його роль у формуванні кислотно-основної буферної здатності у ґрунтових системах.

Кислотність ґрунтів безпосередньо пов’язана з вмістом лужних і лужноземельних катіонів як основних антагоністів гідрогену, та інших елементів, які впливають на формування ґрунтової кислотності. Саме баланс цих елементів у ґрунті визначає вектор напрямку ґрунтових процесів відповідно у бік підкислення, або, навпаки, підлуження ґрунтового середовища.

Вплив реакції ґрунту на урожайність сільськогосподарських культур може бути вельми значним, особливо за умов високої кислотності. Втім у зв’язку з тим, що культурні рослини у залежності від своєї природи по різному відносяться до реакції ґрунту, вплив концентрації іонів гідрогену може бути менш значимим, ніж вплив від нестачі вапна та інших макроелементів.

Список використаної літератури

 

1.   Арманд А.Д. Устойчивость (гомеостатичность) географических систем к различным типам внешних воздействий // В кн.: Устойчивость геосистем. М.:Наука, 1983. -С. 14-30.
2.   Артюхов Д.Б., Дронова Т.Я. и др. Водорастворимые основания как один из буферных компонентов лесных подзолистых почв // Вестн. Моск. Ун-та. - Сер. 17. - Почвов. - 1997. - № 2. - С. 42-46.
3.   Глазовская М.А. Биохимическая организованность экологического пространства в природных и антропогенных ландшафтах как критерий их устойчивости // Изв. РАН. - Сер. геогр. - 1992. - № 5. - С. 5-12.
4.   Горбатов В.С. Устойчивость и трансформация оксидов тяжёлых металлов (Zn, Pb, Cd) в почвах // Почвоведение. - 1988. - №1. - С. 35-43.
5.   Губарева Д.Н. Определение буферной ёмкости почв // Пути повышения плодородия почв. - Киев: Урожай, 1967. - С. 148-152.
6.   Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). –М.: Наука, 1990. –259 с.
7.   Драчёв С.М. К изучению мобильности фосфатов почвы // Научно-агрономич. журнал. - 1928. - № 9. - С. 587-601.
8.   Жарикова Е.А. Потенциальная буферная способность в отношении калия почв равнин Приамурья. - Биол.-почв. ин-ут ДВО РАН. - Владивосток, 1999. - 20 с.
9.   Зайцева Т.Ф. Буферность почв и вопросы диагностики // Изв. СОРАН СССР. Сер. биология. - 1987. - № 14/2. - С. 69-80.
10. Иванова С.Е., Ладонин Д.В., Соколова Т.А. Экспериментальное изучение некоторых кислотно-основных буферных реакций в палево-подзолистой почве // Почвоведение. - 2002. - №1. - С. 68-77.
11. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам // ж.Агрохимия, № 10, 1995. – С.109-113.
12. Інструкція з проведення кислотної зйомки на осушуваних землях України. НД 33-5.5-16-2005. – Київ: Держводгосп, 2005. – 23 с.
13. Канунникова Н.А., Ковриго В.П. Буферные свойства дерново-подзолистых суглинистых почв в отношении калия // Биологическая наука. - 1981. - С. 90-96.
14. Карпачевский Л.О. Почва - компонент разных природных систем. Методологические вопросы // История и методология естественных наук. - Вып. XXIУ. - М.: МГУ, 1980. - С.55-61.
15. Копцик Г.Н., Силаева Е.Д. Буферность лесных подстилок к атмосферным кислотным опадам // Почвоведение. - 1955. - № 8. - С. 954-962.
16. Кудеярова А.Ю. Использование показателя фосфатной буферной способности почв для изучения фосфатного режима и обоснования эффективного применения фосфорных удобрений // Агрохимия. - 1971. - № 11. - С. 15-21.
17. Мотузова Г.В. Природа буферности почв к внешним химическим воздействиям // Почвоведение. - 1994. - № 4. - С. 46-52.
18. Надточий П.П. Определение кислотно-основной буферности почв // Почвоведение. - 1993. - № 4. - С. 34-39.
19. Нікіфоренко Л.I. Дослідження фосфатного режиму грунту iз застосуванням показників фосфат-буферної можливості i фосфатного потенціалу // Вісник с.-г. науки, 1975. - № 11. – С. 24-32.
20. Пампура Т.В., Пинский Д.Л., Остроумов В.Г. Экспериментальное изучение буферности чернозема при загрязнении медью и цинком // ж. Почвоведение, №2, 1993. –С. 104-110.
21. Позняк С.П., Гамкало М.З. Кислотно-основная буферность бурозёмов Украинских Карпат // Почвоведение. - 2001. - № 6. - С. 660-669.
22. Савич В.И., Кауричев И.С., Латфулина Г.П. Окислительно-восстановительные буферные свойства почв // Почвоведение. - 1980. - № 4. - С. 73-82.
23. Соколова Т.А., Иванова С.Е., Лукьянова О.Н. Изменение кислотно-основнй буферности лесных подзолистых почв под влиянием модельных кислых осадков // Почвоведение. - №5. - 2000. –С. 548 – 556.
24. Трускавецкий Р.С. Буферность плодородия осушеных торфяников УССР и методы ее оценки // Почвоведение. – 1983. – №3. – С. 63-73.
25. Трускавецький Р.С. Буферність ґрунту: методологія, види, меліоративне та агроекологічне значення // Матеріали ІV з’їзду УТГА. / Пленарні доповіді. – Харків. – 1994. – С. 38-41.
26. Трускавецький Р.С. Буферність ґрунту: методологія, види, меліоративне та агроекологічне значення // Матеріали IV з`їзду грунт. та агрох. України: Пленарні доповіді. - ІГА УААН. - 1994. - С. 38-41.
27. Трускавецький Р.С. Буферна здатність ґрунтів та їх основні функції // Харків: ППВ „Нове слово”, 2003. – 225 с.
28. Трускавецький Р.С., Цапко Ю. Л. Оціночні показники кислотно-основної буферності грунтів //Агрохімія і грунтознавство. – 2003. – Вип.64. – С.12-16.
29. Трускавецький Р.С., Цапко Ю. Л., Хімічна меліорація земель // Технологія відтворення родючості грунтів у сучасних умовах (за редакцією Рижука С.М., Медведєва В.В.). – Київ-Харків, 2003. – С. 162-168.
30. Трускавецький Р.С., Чешко Н.Ф. Калійні потенціали ґрунту як критерії оцінки умов калійного живлення рослин // Вісник ХДАУ. – Харків. – 2001. – №4. – С. 16-18.
31. Трускавецький Р.С., Цапко Ю. Л., Чешко Н.Ф., Шимель В.В. Функціонування калій-буферних грунтових механізмів // Фосфор і калій у землеробстві / Міжнародна науково-практична конференція (Чернігів, 12-14 липня 2004 р.). – Чернігів – Харків, 2004. ‑ С.241-250.
32. Филеп Д., Рэдли М. Формы кислотности и кислотно-основная буферность почв // Почвоведение. - 1989. - № 12. - С. 48-59.
33. Фрид А.С. Методология оценки устойчивости почв к деградации // Почвоведение. - 1999. - № 3. - С. 399-405.
34. Хуа Ло. Буферность почв по отношению к тяжелым металлам и фтору в некоторых почвах КНР // Изв. ТСХА, вып.1, 1991. –С.202-206.
35. Цапко Ю.Л. Вплив гумусових кислот на підкисляючу дію алюмінію у дерново-підзолистому ґрунті // Вісник ХДАУ. – Харків, 2001. – № 3. –
    С. 163-165.
36. Цапко Ю.Л. Вплив трофної гетерогенності орного шару ґрунту на його родючість // Вісник ХНАУ. – Харків, 2003. – № 1. – С. 79-83.
37. Цапко Ю.Л. Нові підходи до встановлення потреб кислих ґрунтів у вапнуванні // Вісник аграрної науки. – 2003. – № 6. –С. 14-17.
38. Цапко Ю.Л. Науковий моніторинг ґрунтів за графічними моделями буферності // Вісник ХНАУ. – Харків, 2004. – № 1. – С. 114-117.
39. Цапко Ю.Л. Використання моделей буферності ґрунтів у моніторингових спостереженнях //Вісник ХНАУ. – Харків, 2005. – №1. –С.96-99.
40. Шамрикова Е.В., Соколова Т.А., Забаева И.В. Кислотно-основная буферность органогенных горизонтов подзолистых и болотно-подзолистых почв республики Коми // Почвоведение. - № 7. – 2003. – С. 797-867.
41. Aslyng H.C. The lime and phosphate potentials of soils; the solubility and availability of phosphates // Royal. Vet. Agr. Coll. - Copenhagen: Jearb., 1954. - V. 1. - P. 1-50.
42. Beckett P.H.T. Studies on soil potassium. Part II: The "immediate" Q/I Relations of labile potassium in the soil // Soil Sci. - 1964. - V. 15. - № 1. - Р. 9-23.
43. Beckett P.H.T., White R.E. Studies of the phosphate potentials of soils. Part III: The pool of labile inorganic phosphate // Plant and Soil. - 1964. - V. 21. - № 2-3. - Р. 253-282.
44. Blume (Hrsg.) H.-P. Handbuch des Bodenschutzes (Bodenokologie und - belastung Vorbeugende und abwehrende Schutzmaßnahmen // 2 Aufl. - 1992. - S. 98-107, 609-614.
45. Hamer M., Middendorf C., Brummer G.W. Prozesse und Raten der Protonenpufferung durch Schichtsilicate // Ref. DBG. - B. 91. - № 3. - S. 1387-1390.
46. Jensen H.E. Phosphate potential and phosphate capacity of soils // Pland and soil. - 1970. - V. 33. - № 1. - Р. 17-29.