Склад і властивості каштанових ґрунтів

Склад і властивості каштанових ґрунтів Сухого Степу пов'язані з розвитком процесів гумусонакопичення, карбонатизації і осолонцювання, які відбуваються в умовах посушливого клімату. Інтенсивність прояву процесів залежить від мезо- і мікрорельєфу, механічного складу ґрунтотворних порід, наявності в них карбонатів і легкорозчинних солей.

За механічним складом серед каштанових солонцюватих ґрунтів переважають важкосуглинкові і легкоглинисті різновидності темно-каштанових 71,5%, каштанових – 90%, середьосуглинкові 8,2 і 0, супіщані - 2 і 0% (М.І.Полупан, 1988).

Профіль темно-каштанових і каштанових солонцюватих ґрунтів чітко диференційований за елювіально-ілювіальним типом. Про це свідчить перерозподіл мулу і фізичної глини по профілю. Верхній елювійований [H(e)] горизонт менше містить цих частинок, порівняно з перехідними ілювійованими [Нр(і) та Рhік] горизонтами (табл. 3.55). Чим сильніше виражена солонцюватість, тим помітнішою є диференціація профілю за вмістом мулу.

Мінеральна частина каштанових ґрунтів становить 97-98% їх маси. В мулистій фракції переважають мінерали монтмориллонітової групи і гідрослюді. Вторинні мінерали каолінітової групи зустрічаються рідко. Грубі фракції представлені переважно кварцем, польовими шпатами і слюдами.

Валовий вміст SiО₂ в профілі змінюється слабо, хоча зустрічаються не значні скупчення його у верньому гумусово-елювіальному горизонті.

Вміст півтораоксидів заліза (Fe₂O₃) і алюмінію (Аі₂О₃) визначається ступенем солонцюватості і зростає в перехідних ілювійованих горизонтах (табл. 3.55). Це підтвержується співвідношенням SiО₂:R₂О₃, яке є найвищим у гумусових елювійованих горизонтах (в темно-каштанових ґрунтах – 5,0, а в каштанових – 5,7 і зменшується в ілювійованих шарах, відповідно до 3,8-4,2 та 3,8-3,9).

Гумус каштанових ґрунтів міцно пов'язаний з мінеральною частиною ґрунту. Вміст його в темно-каштанових ґрунтах на азово-причорноморській смузі в глинистих і важко суглинкових різновидах становить 2,5-3,5%, а у Кримській підзоні Сухого Степу 1,7-3,0%. В легкосуглинкових і супіщаних різновидах він не перевищує 0,7-1,5%. В каштанових ґрунтах вміст гумусу не перевищує 1,3-3,0%. Загальною закономірністю є поступове зменшення вмісту гумусу вниз за профілем.

Гумусовий профіль темно-каштанових ґрунтів у важкосуглинкових і легкоглинистих різновидностях коливається в межах 50-75 см, легкосуглинкових супіщаних – 70-80, а в каштанових ґрунтах важкого механічного складу – 45-65 см.

Таблиця 3.55 – Хімічний склад, вміст фізичної глини і мулу в каштанових ґрунтах (М.І.Полупан, 1979)

У складі гумусу каштанових ґрунтів переважають гумінові кислоти. Співвідношення Сгк до Сфк у верхніх гумусових елювійованих горизонтах темно-каштанових ґрунтів становить 1,2-1,6, а в каштанових 1-1,3. В підгумусових горизонтах воно менше 1.

За фульватно-гуматного типу гумусу і наявності обмінного натрію відбувається диспергація гумусових речовин. Останні набувають рухомості і після коагуляції накопичуються в перехідних ілювійованих горизонтах. Чим більший ступінь солонцюватості, тим більша рухомість гумусових речовин.

Реакція ґрунтового розчину темно-каштанових ґрунтів близька до нейтральної чи нейтральна, каштанові ґрунти слаболужні або лужні; що обумовлено наявністю обмінно увібраного натрію і його водорозчиних солей. З глибиною збільшується зміст карбонатів і лужність зростає (табл. 3.56).

Ґрунтовий вбирний комплекс каштанових ґрунтів насичений катіонам кальцію і магнію, вміст яких є високим і дуже високим. У складі увібраних катіонів переважає кальцій. В темно-каштанових ґрунтах його частка становить 69-72% від ємності катіонного обміну, а в каштанових – 63-71%. На частку обмінного магнію припадає відповідно 20-26 і 30-36%. Співвідношення між увібраними катіонами Са²⁺ і Mg²⁺ вузьке: в темно-каштанових 2,7-3,4 і 2,0-2,1 в каштанових ґрунтах.

Таблиця 3.56 – Фізико-хімічні показники каштанових грунтів (М.І.Полупан, 1979)

Вміст обміного натрію в темно-каштанових ґрунтах становить 2-3%від ємності котіонного обміну, зростаючи до 3-4% у каштанових ґрунтах. Значний вміст обмінно увібраних магнію і натрію обумовлюють погіршення агрофізичних показників та складу гумусу і, як наслідок, характерним є прояв фізичної або хімічної солонцюватості. За непромивного водного режиму в каштанових солонцюватих ґрунтах відбувається акумуляція на різній глибині скупчень карбонатів, гіпсу і легкорозчиних солей.

Темно-каштанові ґрунти Правобережжя Дніпра належать до незасолених. Сухий залишок не перевищує 0,07-0,14% (табл. 3.57). Їх аналоги у лівобережній частині Сухого Степу – глибокосолончакуваті, оскільки скупчення солей відбувається з глибини 100-150 см. Вміст солей в шарі 150-200 досягає 0,4-0,6%, серед яких переважають сульфати кальцію.

До глибокосолончакуватих відносяться темно-каштанові ґрунти північного Криму і більшість каштанових ґрунтів зони. Вміст водорозчинних солей в шарі 100-150 см 0,3-0,5%, а на глибині 150-200 см – 0,9-1,0%. У верхній частині профілю солі представлені здебільшого бікарбонатами натрію, кальцію, магнію; а з глибини 55-65 см з'являються скупчення сульфатів і хлоридів кальцію. Загальна кількість солей (сухий залишок) зростає до 0,4-2%.

За невисокого вмісту гумусу в орному шарі темно-каштанових ґрунтів, кількість валового азоту становить 0,15, а каштанових 0,13% (табл. 3.58).

Таблиця3.57 –Склад водної витяжки каштанових ґрунтів, мг-екв 100 грунту (М.І.Полупан, 1979)

Показники	Темно-каштановий солонцюватий легкоглинистий на лесах	Каштановий солонцюватий легкоглинистий на лесах
Генетичний горизонт
Н(е)а	Нр(і)	Phi/k	Pk(h)	Hed	HPik	Phik	Pk(h)
Глибина відбору зразків, см	0-10	35-45	50-60	70-80	0-6	17-43	33-43	85-95
Сухий залишок	0,07	0,08	0,1	0,14	0,12	0,21	0,26	0,41
Аніони
СО		Не виявл.		0,17		Не виявл.		0,12
НСО	0,55	0,85	1,09	1,44	0,52	0,79	1,68	0,8
Cl-	0,1	0,06	0,07	0,09	0,04	0,03	0,68	3,42
SO	0,2	0,05	0,09	0,14	1,07	2,09	2,37	2,09
Катіони
Са2+	0,69	0,56	0,32	0,37	0,47	0,47	0,56	0,32
Мg2+	0,11	0,07	0,31	0,04	1,03	1,96	2.24	0,3
Na+	0,09	0,28	0,62	1,34	0,18	0,76	1,32	5,3
К+	0,06	0,001	0,01	0,01	0,05	0,005	0,005	0,008

Таблиця 3.58 – Агрохімічні показники каштанових ґрунтів

(Б.С.Носко, С.П.Латишев, 1994)

Найбільше його в темно-каштанових ґрунтах Північного Криму – до 0,16%. Валового фосфору більше в каштанових ґрунтах – 0,10-0,13%. Темно-каштанові містять його 0,09-0,11%. Як темно-каштанові, так і каштанові ґрунти мають значні запаси валового калію. Його вміст коливається в межах 2,1-2,5%.

Рухомими фосфатами темно-каштанові і каштанові ґрунти середньозабезпечені, відповідно 18-22 і 21-29 мг Р₂О₅ на 1 кг ґрунту. Таким чином, ґрунти потребують збільшення вмісту цих сполук в орному шарі. Це досягається внесенням фосфорних добрив, які на даних ґрунтах характеризується високою окупністю врожаєм. Слід мати на увазі можливі явища закріплення фосфатів у нерухомі форми.

Вміст обмінного калію в темно-каштанових ґрунтах знаходиться на оптимальному рівні (225-267 мг), а в каштанових – підвищений (298-305 мг К₂О на 1 кг ґрунту) і збільшення не потребує. Однак в зрошуваних умовах вміст обмінного калію знижується і вони потребують калійних добрив.

В темно-каштанових і каштанових важкосуглинкових і легкоглинистих ґрунтах міститься мікроелементів вище середнього рівня. На 1 кг сухого ґрунту припадає, мг: кобальту – 17-18, марганцю – 560-1200, цинку – 110-140, бору – 30-40, міді – 30-60, нікелю – 30-50.

Темно каштанові і каштанові солонцюваті ґрунти характеризуються задовільними водно-фізичними властивостями, близькими до чорноземів південних. Щільність твердої фази коливається в межах 2,53-2,68 г/см³, зростаючи з глибиною. Щільність верхнього гумусового горизонту становить 1,15-1,17 г/см³ і є сприятливою для вирощуваних культур. В перехідних ілювійованих і, особливо, карбонатних горизонтах, щільність зростає до 1,40-1,48 г/см³ (табл. 3.59). Значного ущільнення зазнають каштанові зрошувані ґрунти, особливо вторинноосолонцьовані.

Відповідно щільності змінюється і пористість ґрунту. У верхніх гумусових горизонтах вона становить 55-56% знижуючить до 45-48% в перехіних ілювійованих і карбонатних горизонтах.

Структурно-агрегатний склад каштанових ґрунтів сприятливий, але якісно гірший, ніж в чорноземах південних. При зрошенні він погіршується за рахунок зростання брилистості та зменшення кількості агрономічно-цінних агрегатів. Найменше водотривких агрегатів крупніше 0,25 мм містять темно-каштанові солонцюваті ґрунти правобережного Сухого Степу, а найбільше – ґрунти північного Криму.

Важкий механічний склад темно-каштанових і каштанових ґрунтів, їх осолонцювання і наявність водорозчинних солей обумовлюють високі показники максимальної гігроскопічності (9-11%) і вологості в'янення (14-17%).

Таблиця 3.59 – Водно-фізичні показники каштанових ґрунтів (М.І.Полупан 1979, Б.С.Носко, С. П. Латишев, 1994)

Найменша вологоємність у верхніх гумусових горизонтах задовільна (26-29%), знижується до показників незадовільної в перехідних ілювійованих і карбонатних горизонтах (21-24%). Це обумовлює низькі запаси продуктивної вологи, які становлять всього 6-16% при найменшій вологоємності.

Слабка структурність верхнього гумусового та ущільненість і злитість перехідних ілюйованих горизонтів темно-каштанових і каштанових солонцюватих ґрунтів є основними причинами низької їх водовбирної та фільтраційної здатності. Коефіцієнт фільтрації за Йовенком не перевищує 0,2-0,3 мм за хвилину.

Ґрунти мають також незначну глибину промочування. Осінні опади промочують ґрунт не глибше 70-100 см. В посушливі роки, з незначною кількістю опадів, глибина промочування не перевищує 50 см. Глибше промочуються каштанові ґрунти середньосуглинкового і супіщаного механічного складу, які мають кращу водопроникність. Весняні води можуть промочувати ґрунтову товщу до 1,5-2,0 м. Нижче 2 м в каштанових важкосуглинкових і легкоглинистих ґрунтах є наявним горизонт, що цілий рік залишається без промочування, який згідно із Висоцьким називається «мертвим», з постійною вологістю незалежно від періоду року.

Темно-каштанові і особливо каштанові солонцюваті ґрунти характеризуються високим дефіцитом вологи, що є основною причиною нестійких урожаїв вирощуваних сільськогосподарських культур.

Оцінюючи властивості каштанових солонцюватих ґрунтів, слід зазначити їх загальні особливості. Для них є характерним:

– вираженадиференціація профілю за елювіально-ілювіальним типом, яка обумовлена наявністю у ГВК обмінно увібраних катіонів Na⁺, значним вмістом обмінного Mg²⁺ та легкорозчинних солей, переважно гідрокарбонатів натрію, які створюють лужне середовище, викликають диспергацію і рухомість колоїдів;

– фізична солонцюватістьяка проявляється в розчленованості профілю на гумусово-елювійований Не з крихкою слабозернистою або платівчатою структурою і перехідний гумусово-ілювійований Нрі горизонт, ущільнений, зернисто-горіхуватої структури. Фізична солонцюватість не обумовлена достатньою наявністю обмінного натрію;

– чіткадиференціація профілю за вмістом фізичної глини і мулу. Горизонт Не містить цих частинок менше, порівняно з перехідними горизонтами [Нрі та Рhік]. Чим сильніше виражена солонцюватість, тим більший ступінь диференціації за містом мулу;

– слабка змінавмісту SiО₂ в профілі та зростання вмісту півтораоксидів Fe₂О₃ і Аl₂О₃в перехідних ілювійованих горизонтах, що визначається ступенем солонцюватості;

– міцний зв'язокгумусу з мінеральною частиною ґрунту та залежність його вмісту від механічного складу;

– коливання вмісту гумусу в межах 1,7-3,5% в темно-каштанових ґрунтах та 1,7-3% в каштанових;

– переважаннягумінових кислот у складі гумусу та фульватно-гуматний тип гумусу, переважання серед мікроорганізмівбактерій, які за сприятливих умов теплозабезпечення у вологі періоди здатніінтенсивно мінералізувати органічну речовину ґрунту;

– нейтральна, слаболужна або лужнареакція ґрунтового розчину;

– важкий механічний склад, що обумовлює достатню ємність катіонного обміну, яка не є лімітуючим фактором;

– насиченість ГВК на 63-72%кальцієм і на 20-36% обмінниммагнієм,вузьке співвідношення між ними (2-3,5), вміст обміногонатрію не перевищує 4%;

– вміст водорозчинних солей у верхніх горизонтах меншепорогу токсичності, ґрунти переважно глибокосолончакуваті, в складі солей переважають бікарбонати натрію, кальцію і магнію, а глибшим горизонтам притаманні скупчення сульфатів і хлоридів кальцію;

– середні запаси валових азоту і фосфору та підвищені – калію, середня забезпеченість рухомими фосфатами і азотом, підвищений вміст обмінного калію, вище середнього рівня забезпеченість мікроелементами;

– задовільні водно-фізичні властивості і наявність ущільнених ілювійованого і карбонатних горизонтів, що обумовлюєдиференціацію профілю за водопроникністю, незначну глибину промочування і наявність «мертвого» горизонту з постійною вологістю; високі показники МГ і ВВ не забезпечують достатніх запасів продуктивної вологи, яка є основним лімітуючим фактором продуктивності темно-каштанових і каштанових ґрунтів;

– можлива піддатливість вітровій ерозії в посушливі періоди з суховіями і безсніговими зимами.

За даними А.І.Сірого (1998), в зоні Сухого Степу за інтенсивної мінералізації і послаблення процесу гуміфікації, при одночасному накладенні солонцевого процесу в умовах посушливого клімату і зрідженого типчаково-ковилового і полинно-злакового покриву сформувались коротко профільні малогумусні каштанові ґрунти. Найбільш гумусовані і менш солонцюваті темно-каштанові ґрунти на півночі зони. Запас гумусу у них сягає 228 т/га. У слабосолонцюватих відмінах його запас знижується до 192, а в каштанових солонцюватих ґрунтах на півдні зони – до 160 т/га у горизонті 0-100 (табл. 3.60).

Звужене співвідношення між кальцієм і магнієм у ГВК та наявність обмінного натрію вплинули на агрохімічні особливості цих ґрунтів. Нейтральна, слаболужна або лужна реакція ґрунтового розчину у поєднанні з важким механічним складом обумовлюють високу і дуже високу забезпеченість рухомими фосфатами.

Агрофізичні властивості каштанових ґрунтів хоча і залишаються задовільними, проте вони є помітно гіршими у порівнянні з чорноземами.

У міру зростання ступеня солонцюватості погіршується структура, орний шар ущільнюється, розтріскується, зменшується загальна шпаруватість.

Збільшується частина недоступної рослинам вологи, внаслідок чого різко звужується діапазон активної вологи, який становить 125-140 мм у шарі 0-100 см.

Суттєво впливають на якість каштанових ґрунтів і несприятливі гідротермічні умови. Поправковий коефіцієнт на клімат тут маємо 0,68.

Усі ці особливості і визначають невисоку природну родючість цих ґрунтів. Бонітет їх коливається від 20 балів у каштанових солонцюватих до 37 балів у темно-каштанових легкоглинистих.

Таблиця 3.60 – Якісна оцінка (бонітування) каштанових ґрунтів (А.І.Сірий, 1998)