2. Показники родючості ґрунту і заходи їх регулювання

Показники родючості ґрунту — це кількісно визначені його влас­тивості, які відіграють важливу роль у повному забезпеченні рослин факторами життя і створенні умов для такого забезпечення. їх умов­но поділяють на біологічні, агрохімічні, агрофізичні та меліоративні.

До біологічних показників відносять вміст і якісний склад ор­ганічної речовини в ґрунті, його біологічну активність та очищеність від насіння й вегетативних органів розмноження бур’янів, від шкід­ників і збудників хвороб сільськогосподарських культур.

Органічна речовина вважається найважливішою складовою частиною ґрунту, а отже, її вміст — найважливішим показником його родючості. Вона відіграє вирішальну роль у процесах ґрунто­утворення, тобто у формуванні властивостей ґрунту, які визначають рівень його родючості. Органічна речовина, яка потрапляє в ґрунт з рослинними рештками після збирання урожаю сільськогосподарсь­ких культур та з органічними добривами, забезпечує життєдіяль­ність ґрунтової мікрофлори і фауни як енергетичний ресурс. Ґрун­тові мікроорганізми, споживаючи органічну речовину, перетворю­ють її на продукти своєї життєдіяльності: частково на складні орга­нічні сполуки специфічної природи — гумусові речовини, а частково на мінеральні сполуки елементів живлення.

Гумусові речовини акумулюються в ґрунті і створюють у сукупно­сті запаси гумусу, які становлять до 90 % загальної кількості орга­нічних речовин. Вміст його в різних ґрунтових відмінах коливається досить широко: від 400 — 700 т/га в чорноземах до 0,6 — 0,7 т/га в дер­ново-підзолистих супіщаних ґрунтах.

Гумусовий фонд ґрунту створюється в результаті тривалих різно­бічних процесів трансформації органічних речовин, які узагальнено називаються процесом їх гуміфікації. Це розкладання, продукуван­ня та консервація речовин рослинного й мікробного походження. Роль гумусу у створенні ґрунтової родючості надзвичайно важлива й різнобічна. Він є джерелом практично всіх елементів мінерального живлення рослин, які вивільняються в процесі мінералізації гуму­сових речовин. Крім того, процеси розкладання й мінералізації, які здійснюються мікроорганізмами, супроводжуються продукуванням вуглекислого газу, необхідного рослинам для фотосинтезу, а також різних біологічно активних речовин (ферментів), які стимулюють процеси життєдіяльності рослинних організмів.

Гумусові речовини поліпшують фізичні властивості ґрунту. Вони є клеючим засобом, який склеює розпилені тонкодисперсні ґрунтові час­точки в структурні агрегати (розміром 0,25 — 10 мм у діаметрі) і таким чином сприяє створенню агрономічно цінної водостійкої структури, від якої залежить оптимізація будови ґрунту, його водно-фізичних власти­востей — волого- та повітроємності, волого- та повітропровідності, теп­лоємності й теплопровідності, а відповідно і водного, повітряного та теплового режимів ґрунтового середовища. Особливо важливу роль у цьому відіграють органо-мінеральні комплекси гумусових речовин з кальцієм. Вони забезпечують найбільший клеючий ефект, а також об­мінне закріплення елементів мінерального живлення на поверхні ор- гано-мінеральних колоїдних часточок ґрунтового вбирного комплексу, що захищає їх від непродуктивних втрат з кореневмісного шару ґрунту шляхом вимивання. При цьому також зростає буферна здатність ґрун­тового середовища протистояти різкому підвищенню концентрації ґрунтового розчину при внесенні високих доз добрив, що сприяє ефек­тивнішому використанню їх рослинами.

Підвищення гумусованості ґрунту забезпечує більшу стійкість його до переущільнення сільськогосподарськими машинами й агре­гатами. При цьому оптимізується рівноважна щільність кореневмі­сного шару, яка наближається до оптимальної для сільськогоспо­дарських культур (1 — 1,3 г/см³). Позитивний вплив підвищення гу- мусованості на легкі (піщані та супіщані) ґрунти виявляється у збі­льшенні їх зв’язності, а на важкі (важкосуглинкові та глинисті) — у зростанні оструктуреності, що сприяє зменшенню щільності всіх ґрунтів, а також посиленню їх стійкості до ерозії.

Збагачення ґрунту органічною речовиною сприяє інтенсивнішій нейтралізації біотоксичних речовин, які потрапляють у нього з пе­стицидами та іншими шляхами. Це відбувається завдяки активі­зації життєдіяльності мікроорганізмів, тобто підвищенню біологіч­ної активності ґрунту як також важливого показника його родючо­сті, особливо за умов значного застосування хімічних засобів при інтенсивних технологіях вирощування сільськогосподарських культур. До того ж з біологічною активністю ґрунту пов’язаний ко- лообіг поживних речовин у землеробстві, рівень забезпечення ни­ми рослин у доступних для живлення формах, процеси трансфор­мації (гуміфікації, мінералізації) органічної речовини в ґрунтово­му середовищі тощо.

Отже, на добре гумусованих ґрунтах створюються кращі умови живлення вирощуваних рослин завдяки підвищенню вмісту пожив­них речовин та оптимізації фізичних і біологічних властивостей ґрунтового середовища, поліпшенню водного, повітряного, теплового та поживного режимів, а відповідно, забезпечується вища врожай­ність сільськогосподарських культур і, що теж дуже важливо, вища якість отримуваної продукції. Тому систематичне поповнення ґрун­ту органічною речовиною для відтворення і збереження запасів гу­мусу є чи не найважливішим завданням інтенсивного землеробства.

Джерелом такого систематичного (щорічного) збагачення ґрунту на органічну речовину є рештки рослин, що залишаються на поверх­ні ґрунту (залишки надземної частини) і в ґрунті (коріння) після збирання врожаю. Як свідчать результати досліджень кафедри зем­леробства Уманського ДАУ, найбільше рослинних решток на поверх­ні і в шарі ґрунту завтовшки 0 — 40 см залишається після багаторіч­них бобових трав (7,4 — 9,8 т/га) та після озимих зернових (6 — 7 т/га), а найменше — після просапних культур (1,0 — 2,5 т/га). Отже, всі вирощувані польові культури, за винятком багаторічних трав, не можуть забезпечити сталий високий рівень гумусованості ґрунту (бездефіцитний баланс гумусу в ньому), оскільки за даними дослі­джень, у Лісостепу України на розораних ґрунтах у польових сіво­змінах середньорічні втрати гумусу сягають 1,1 т/га, а утворюється з рослинних решток в середньому лише 0,3 — 0,4 т/га. Тому для забез­печення бездефіцитного балансу гумусу в ґрунті рекомендується вносити органічні добрива з розрахунку на гектар сівозмінної площі по 13 — 14 т у поліській, по 11 — 13 — у лісостеповій і по 8 — 9 т (на зрошуваних землях по 11 — 13) — у степовій зонах.

Для підтримання гумусованості ґрунту на сталому і достатньо високому рівні та забезпечення високої біологічної активності ґрунтового середовища крім систематичного поповнення його органічними речовинами застосовують ще такі заходи: правильне чергування культур, вирощування в сівозмінах багаторічних трав, внесення разом з органічними і мінеральних добрив, раціональний обробіток ґрунту, заходи боротьби з ерозією, вапнування кислих і гіпсування засолених ґрунтів для збагачення їх на кальцій та по­ліпшення фізичних властивостей тощо.

Очищеність ґрунту від органів розмноження бур’янів та від шкідників і збудників хвороб сільськогосподарських культур не є природною властивістю, що характеризує рівень його родючості, однак від цих показників значною мірою залежить урожайність, і тому їх потрібно завжди враховувати при характеристиці ґрунтової родючості на тому чи іншому полі. Для очищення ґрунту від шкід­ливих консументів застосовують різні заходи механічного обробітку ґрунту, хімічні засоби, правильне чергування культур у сівозмінах, що буде докладніше розглянуто далі.

До агрохімічних показників родючості й окультуреності ґрунту відносять вміст і режим у ньому поживних речовин, ємність вбиран­ня, суму увібраних основ, ступінь насичення основами, реакцію ґрун­тового розчину.

Безумовно, ступінь родючості ґрунту прямо пов’язаний з вміс­том поживних речовин. Високий загальний вміст їх свідчить про відповідну потенційну родючість, яка визначає рівень урожайності сільськогосподарських культур. Важливою умовою є перебування достатніх кількостей поживних речовин у доступних для живлення рослин формах. Такі умови створюються у високоокультурених ґрун­тах з більшою ємністю вбирання.

Зі збільшенням ємності вбирання зростає буферність ґрунтового середовища. При окультуренні й підвищенні родючості в ґрунті збіль­шується вміст таких основ, як кальцій і магній, підвищується сту­пінь насичення ними ґрунтового вбирного комплексу. Вони витис­кують з вбирного комплексу водень, натрій та алюміній, вміст яких при цьому в ґрунті зменшується. Результатом цих процесів є нейт­ралізація кислотності та лужності ґрунтового середовища і набли­ження його реакції до нейтральної.

Нейтральна або близька до неї реакція ґрунтового середовища (ґрунтового розчину) є оптимальною для живлення рослин і мікроор­ганізмів, для корисної спрямованості біологічних та біохімічних про­цесів, що відбуваються в ґрунті. Найвища продуктивність сільського­сподарських культур досягається за нейтральної та слабокислої реа­кції ґрунту в межах рН = 6...7. Подальше відхилення її як у бік під­кислення, так і підлуження призводить до послаблення їх росту і зниження урожайності. Корисні ґрунтові мікроорганізми також не витримують значних відхилень реакції від нейтральної. Так, нітри- фікатори сильно пригнічуються і відмирають при рН = 4,6.5, буль­бочкові бактерії на корінні люцерни гинуть при рН = 4,0...4,8, а горо­ху — 4,6. За лужної реакції при рН = 8,5 пригнічуються майже всі культурні рослини, а деякі навіть гинуть. Кислою реакцією характе­ризуються дерново-підзолисті ґрунти і меншою мірою — сірі опідзо- лені, а лужною — засолені. Вони мають несприятливі фізичні влас­тивості, особливо насичені натрієм засолені ґрунти, їх безструктур- ність призводить до запливання внаслідок значного зволоження і подальшого утворення щільної кірки.

Для збагачення ґрунту на поживні речовини в нього вносять до­брива, а для підвищення вмісту доступних (мінеральних) форм елементів живлення застосовують ще й інші заходи: розпушують ґрунт обробітком для посилення його аерації і, відповідно, мінералі­зації органічних речовин, нейтралізують реакцію кислих ґрунтів вапнуванням, а лужних — внесенням гіпсу. При цьому підвищуєть­ся насиченість ґрунтового вбирного комплексу кальцієм. Для нейт-

ралізації реакції ґрунтового середовища застосовують і біологічні меліоранти: на кислих ґрунтах вирощують люцерну, а на лужних — буркун. ^ ^

До агрофізичних показників родючості ґрунту відносять його гранулометричний склад, структуру і будову (складення). Вони зу­мовлюють фізико-механічні й технологічні властивості ґрунту, його водно-повітряний і тепловий режими, напрями та інтенсивність мі­кробіологічних процесів, які формують режим поживних речовин у ґрунтовому середовищі.

Гранулометричний склад — це досить стабільна властивість ґрунту, яка майже не змінюється під впливом загальнопоширених заходів окультурення, однак від нього залежать такі показники як будова і структура, водо- і повітропроникність, волого- і повітроєм- ність, ємність вбирання, аерація і теплові властивості ґрунту, отже, водно-повітряний, тепловий і поживний режими.

Цей показник можна деякою мірою регулювати внесенням глини чи піску в орний шар ґрунту, однак цей захід надто трудомісткий і широко не застосовується.

Структура ґрунту — це різні за розміром і формою окремості (агрегати), які всі в сукупності складають ґрунт як природне тіло; структурність — це здатність ґрунту розпадатись на окремості (структурні агрегати). За розмірами агрегати поділяють на макро- структурні (понад 0,25 мм у діаметрі) і мікроструктурні (до 0,25 мм у діаметрі).

Макроструктурні агрегати за розмірами поділяють на такі групи:

1. Брилисті (діаметром понад 10 мм)	Брили великі середні малі	>10 см 3 — 10 см 1 — 3 см
2. Грудочкуваті	Грудочки великі	3 — 10 мм
(діаметром 0,25 — 10 мм)	середні	1 — 3 мм
	малі	0,5 — 1 мм
	Зернисті елементи	0,25 - 0,5 мм

Найкращі для створення високої родючості ґрунту макрострук­турні агрегати діаметром 0,25 — 10 мм. Їх називають агрономічно цінними. Крім оптимальних розмірів агрономічно цінні структурні агрегати мають бути ще водостійкими, тобто здатними протистояти розмиванню водою, а також пористими і, відповідно, вбирати воду та утримувати її в капілярних порах.

У межах розмірів агрономічно цінної структури за достатнього зволоження ґрунту найкращими є структурні агрегати діаметром

2. — 5 мм, а в посушливих умовах — 0,25 — 2 мм. Однак у степових районах, де діє вітрова ерозія, а також при зрошенні кращими вва­жаються структурні агрегати діаметром понад 1 мм, які є стійкіши­ми до видування і запливання поверхневого шару ґрунту.

Мікроструктурні часточки також мають певне значення для ро­дючості ґрунту, в них міститься значна частина поживних речовин. Однак ґрунти з надто високим вмістом мікроструктурних агрегатів здатні швидко ущільнюватись і при зволоженні утворювати поверх­неву кірку. Вони відрізняються невисокою пористістю (переважно капілярною) і відповідно слабкою водо- та повітропроникністю, ни­зькою водо- та повітроємністю, що призводить до погіршення водно- повітряного режиму. У таких безструктурних ґрунтах пришвидшене капілярне підняття вологи посилює її фізичне випаровування. Тому доводиться їх частіше поверхнево розпушувати, що збільшує витра­ти на обробіток. Вони також більшою мірою зазнають ерозії.

Ґрунти, в яких переважає макроструктура, мають вищу загальну пористість, що складається з більших некапілярних пор між структу­рними агрегатами і менших капілярних у самих макро- і мікрострук­турних часточках. Тому вони одночасно можуть утримувати воду і повітря у достатніх для рослин кількостях. В них краще просочується вода з опадів і створюються більші запаси її в кореневмісному шарі. У таких структурних ґрунтах процес аерації, тобто газообмін між ґрун­товим та атмосферним повітрям відбувається інтенсивніше, що дуже корисно для вирощуваних сільськогосподарських культур.

Висока водопроникність структурних ґрунтів зумовлює менше поверхневе стікання талої та дощової води, що сприяє зменшенню дії водної ерозії на схилах. Макроструктура має велике значення і для послаблення вітрової ерозії ґрунту. Так, відомо, що за перева­жання в ґрунті структурних часточок до 1 мм в діаметрі їх видуван­ня починається за швидкості вітру 6 — 7 м/с, а часточки розміром понад 1 мм видуваються вітром зі швидкістю понад 11 м/с. Тому ерозійностійким вважається ґрунт, у якому понад 50 % часточок ді­аметром понад 1 мм.

Макроструктурні ґрунти здатні тривалий час бути достатньо по­ристими (загальна пористість понад 50 — 60 % об’єму ґрунту) і не ущільнюватись, що дає змогу проводити менше обробітків з метою поліпшення фізичного стану ґрунту. Якщо в ґрунті міститься не менш як 80 % агрономічно цінних структурних агрегатів, у тому чис­лі 70 % водостійких, то це структура оптимальна, за вмісту відпо­відно 60 — 80 і 55 — 70 % — структура добра, 40 — 60 і 40 — 55 % — задовільна, 20 — 40 і 20 — 40 — незадовільна і до 20 % — дуже неза­довільна.

Структурні ґрунти завжди родючіші порівняно з безструктурни­ми. Особливо велике значення структура має у важких за грануло­метричним складом ґрунтах (суглинкових і глинистих). Тут чим ближча вона до оптимальної, тим вища родючість ґрунту за однако­вих або близьких інших показників родючості. Тому структуру ґрун­ту потрібно зберігати і систематично поліпшувати.

Утворення макроструктурних часточок у ґрунті здійснюється за­вдяки різним процесам, зокрема внаслідок укрупнення дрібних ча­сточок або, навпаки, подрібнення великих окремостей на агрегати меншого розміру. Однак основний процес утворення водостійкої аг­рономічно цінної структури відбувається шляхом склеювання роз­пилених часточок у більші грудочки завдяки наявності на поверхні мікроагрегатів колоїдних плівок — органічних та органо-міне- ральних структур, при зволоженні і набуханні яких ці агрегати сти­каються, а при підсиханні склеюються в більші грудочки. Цей про­цес найефективніше здійснюється за достатнього збагачення ґрунту свіжими гумусовими сполуками при гуміфікації органічних речо­вин. Для поліпшення ґрунтової структури надзвичайно важливим заходом є вирощування багаторічних бобових трав та їх сумішок зі злаковими травами, що забезпечує найбільше збагачення ґрунту на органічні речовини (порівняно з іншими культурами) і одночасно — на кальцій. Велике значення має також внесення органічних доб­рив, вапнування кислих і гіпсування засолених ґрунтів.

Макроструктурні агрегати потрібного розміру можуть утворюва­тись і при механічній дії на ґрунт різних факторів, наприклад: роз­ривання ґрунтових часточок на дрібніші при замерзанні води в їх­ніх порах; розчленування їх корінням рослин та організмами ґрун­тової фауни; подрібнення знаряддями механічного обробітку ґрунту в спілому стані, коли він найкраще розкришується. Однак ці струк­турні агрегати порівняно зі склеєними колоїдними комплексами набувають відповідних розмірів і форми на коротший час, оскільки під час механічного утворення вони не набувають такої високої во­достійкості, як останні.

Більш міцні й водостійкі структурні агрегати утворюються з роз­пилених часточок ґрунту під впливом синтетичних структурантів, які сприяють оструктурюванню безструктурних ґрунтів і поліпшен­ню їх фізичних властивостей. Це так звані кріліуми: К-4, К-6, ГІПАН, ПАА, а також лінійні колоїди, поверхнево-активні речовини, орга­нічні дисперсії, синтетичні смоли, неорганічні гелі, пінисті речови­ни (пінопласти) тощо. Вони вносяться в орний або поверхневий (для запобігання утворенню кірки) шар ґрунту в нормах від 0,3 до 6 т/га і забезпечують збільшення кількості водостійких структурних агрега­тів на 18 — 60 % і більше, а їх післядія може тривати 3 — 6 років.

Зі структурним станом ґрунту тісно пов’язаний такий агрофізич­ний показник його родючості, як будова або складення. Будова ґрунту — це співвідношення між об’ємами твердої частини (фази) ґрунту і пор. Вона характеризується показниками об’ємної маси і пористості.

Об’ємна маса (щільність) — це відношення маси твердої фа­зи ґрунту до його об’єму, який фіксується за непорушеної будови під час вимірювання, і виражається вона в грамах на кубічний санти­метр (г/см³). Її величина залежить від ступеня розпушеності чи ущі­льненості ґрунту. В природному стані чим більше в ґрунті органіч­ної речовини відносно його загальної маси, тим менший показник щільності. В добре гумусованих структурних ґрунтах її показники коливаються в межах 1,0 — 1,2 г/см³, а в мінеральних слабогумусо- ваних — 1,4 — 1,5 г/см³. Тому різним ґрунтовим відмінам в природ­ному стані залежно від гумусованості та структури притаманна пе­вна об’ємна маса, що називається рівноважною щільністю. В ґрун­тах, що знаходяться в сільськогосподарському користуванні і довго не обробляються, вона встановлюється під дією зовнішніх та внут­рішніх факторів (сил гравітації, зволоження і висихання, замерзан­ня й відтавання тощо).

Щільність ґрунту, за якої створюються найкращі умови коренево­го живлення, росту і розвитку рослин, називається оптимальною щільністю. Для більшості сільськогосподарських культур вона пе­ребуває в межах 1,1 — 1,3 г/см³. Усі культурні рослини негативно реагують на її зменшення нижче 1,1 г/см³ (надмірне розпушення) і на збільшення понад 1,3 г/см³ (надмірне ущільнення). Лише в окремих випадках верхня межа оптимальної щільності може стано­вити 1,4 г/см³. Більші її показники характерні для багаторічних трав і проса, середні — для озимих та ярих зернових культур і най­менші — для корене- і бульбоплодів (буряків, картоплі та ін.).

Основний захід регулювання щільності ґрунту — його механіч­ний обробіток. Чим більше відрізняється рівноважна щільність (та, що встановлюється на необроблюваних певний час полях) певного ґрунту від оптимальних її параметрів, тим частіше й інтенсивніше доводиться його обробляти для її оптимізації (наближення до опти­мальної). Якщо ж різниця незначна або рівноважна щільність пере­буває в межах оптимальної, то можна зменшувати кількість та ін­тенсивність обробітків, тобто мінімізувати обробіток ґрунту, прово­дити його лише для боротьби з бур’янами, загортання добрив та ре­шток рослин, збереження вологи тощо.

Пористість ґрунту як характеристика його будови — це су­марний об’єм усіх пор, виражений у відсотках до загального об’єму ґрунту. Пори в ґрунті, як і структурні агрегати, в яких або між яки­ми вони знаходяться, бувають різного діаметра: менш як 0,1 мм — капілярні, понад 0,1 мм — некапілярні. В капілярних порах діють сили меніскового натягу щодо рідин, і тому в них утримується ґрун­това волога, яка може підніматись цими порами з глибших шарів ґрунту до його поверхні. В некапілярних порах знаходиться в основ­ному повітря.

Максимальна кількість вологи, що може міститись у капілярних порах, якщо всі вони заповнені водою, відповідає повній капілярній вологоємності ґрунту. В природних умовах таке явище — дуже рід­кісне і короткочасне. Тому в землеробстві існує поняття пористості найменшої вологоємності — це така кількість вологи, яка може утримуватись у порах без стікання в глибші шари ґрунту, а також поняття пористості сталої аерації — це об’єм пор, заповнених повіт­рям, при зволоженні ґрунту до найменшої вологоємності. Є ще по­няття пористості аерації або ступеня аерації — це об’єм пор, запов­нених повітрям, виражений у відсотках до загального об’єму ґрунту при його вологості на час визначення цих показників.

При ступені аерації 10 — 25 % газообмін між ґрунтом і атмосфе­рою добрий, при 10 — 15 % — задовільний і при менш як 10 % — не­задовільний. Порогом аерації, що відповідає фізіологічно мінімаль­ному запасу повітря в ґрунті, вважається такий стан, коли ним за­повнений об’єм пор, що становить 15 % загального об’єму ґрунту.

Будова ґрунту значною мірою залежить від його структури, тому для її регулювання застосовують ті самі заходи, що й для острукту- рення ґрунту і підвищення водостійкості структурних агрегатів. Як­що структура гірша від оптимальної, то для надання йому належної будови доводиться більше обробляти його механічно. При цьому важ­ливо, щоб оптимальну будову мав якомога глибший (кореневмісний) шар ґрунту, в якому могла б вільно розростатись коренева система вирощуваних рослин і яка була б достатньо забезпечена вологою, по­вітрям, теплом та поживними речовинами. Отже, ефективна родю­чість ґрунту значною мірою залежить від товщини орного (окуль­туреного, кореневмісного) шару. Його глибину збільшують поглиб­ленням обробітку з одночасним внесенням органічних та мінераль­них добрив, а також, за потреби, вапняних матеріалів чи гіпсу.