CC BY
28
Вкник Днтропетровського ушверсигету. Бiолоriя. Еколопя. - 2011. - Вип. 19, т. 2. - С. 13-18. Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2011. - Vol. 19, N 2. - P. 13-18.
УДК 631.618:633.2.031
Т. Ю. Бець, О. М. Баштанник
Днтропетровський державний аграрный yrnieepcnmem
ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВ1ДН1СТЬ ТЕХНОЗЕМ1В ЯК ПОКАЗНИК ЕКОЛОГ1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АГРОБ1ОГЕОЦЕНОЗУ
Установлено, що електрична пров1дтсть дерново-лггогенних Грунт1в на лесопод1бних суглинках демонсгруе закономрну просторову мшливкть, яка в1дпов1дае град1ентн1й просторов1й структур!. За допомогою регресшного анал1зу оц1нено залежтсть м1ж електропров1дтстю досл1джуваних техно-зем1в i деякими еколог1чними властивостями агробюгеоценозу. Агрегатний склад i3 фракц1ями 0,250,50, 1-2, 3-5 мм i проективне покриття трав'янисто1 рослинност1 - суттев1 фактори, як1 впливають на розпод1л електропров1дност1 дерново-л1тогенних Грунт1в на лесопод1бних суглинках.
Т. Ю. Бец, О. Н. Баштанник
Днепропетровский государственный аграрный университет
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ТЕХНОЗЕМОВ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗА
Установлено, что электрическая проводимость дерново-литогенных почв на лессовидных суглинках демонстрирует закономерную пространственную изменчивость, которая соответствует градиентной пространственной структуре. С помощью регрессионного анализа оценена зависимость между электропроводностью исследуемых техноземов и некоторыми экологическими свойствами агробиогеоценоза. Агрегатный состав с фракциями 0,25-0,50, 1-2, 3-5 мм и проективное покрытие травянистой растительности - существенные факторы, влияющие на распределение электропроводности дерново-литогенных почв на лессовидных суглинках.
T. Y. Bets, O. M. Bashtannik
Dnipropetrovsk State Agrarian University
ELECTRIC CONDUCTIVITY OF ТЕCHNOZEMS AS AN INDEX OF ECOLOGICAL PROPERTIES OF AGROBIOGEOCOENOSIS
The electrical conductivity of sod-lithogenic soil on the loess-like loams shows logical spatial variability which conforms to the gradient spatial structure. By means of the regression analysis we assessed the relationship between electroconductivity of the technozems and some environmental properties of the agrobiogeocoenosis. Aggregate composition of the fractions of 0.25-0.50, 1-2, 3-5 mm and plants projective cover are essential factors that influence on the electroconductivity of sod-lithogenic soil on loess.
Вступ
Важлив1 завдання сучасного грунтознавства - дослщження ф1зичних властивос-тей грунпв, таких як елекгроф1зичш властивосп, пошук нових метод1в дослщження, що дозволяють проводити облш усього комплексу фактор1в, яю впливають на рют i розвиток сшьськогосподарських культур [8]. Грунти, перебуваючи як у постшному, так
© Т. Ю. Бець, О. М. Баштанник, 2011
i у перемшному електричному полi, проводять електричний струм. Ця властивiсть характеризуемся електричним опором або питомою електропровщшстю. Електропро-вiднiсть зумовлюеться наявнiстю у середовищ^ яке проводить струм, заряджених час-ток (електронiв або юшв). Оскшьки грунт являе собою дисперсне середовище з великою кшьюстю пор i капiлярiв, заповнених розчинами електролiтiв, вiн мае в основному юнну провiднiсть. Таким чином, вщ концентрацп та рухливостi iонiв у грунт! багато в чому залежить величина електропровiдностi [6; 7; 10].
Рухливють iонiв у грунтi, а отже, i електропровiднiсть залежать вщ вологостi, температури, загально! вологоемностi (saturation percentage - SP) i щшьносп грунту (pb) [2; 5; 10]. Тага показники як SP та pb безпосередньо залежать вiд вмюту глини та оргашчно! речовини у груш! Обмiнна поверхня на глиш та органiчна речовина забез-печують рiдкофазний шлях електричного струму переважно через обмiннi катiони, отже, тип глини та li склад, катюнну обмiнну здатнiсть i оргашчну речовину слiд розгля-дати як додатковi фактори, що впливають на електричну провiднiсть грунту (soil electrical conductivity - ECa). Кшьюсш ощнки ECa повиннi бути iнтерпретованi з урахуван-ням зазначених ддачих факторiв.
Оскiльки електрична провiднiсть грунпв може бути легко використана в сшьському господарствi для вимiрювання засоленосп грунтiв, застосування ЕСа вико-ристано для встановлення просторово! варiабельностi деяких фiзико-хiмiчних власти-востей, яю впливають на цей показник [16]. Геопросторове вимiрювання ЕСа зручне для характеристики просторово! мiнливостi з багатьох причин. Ця ознака надшна, легко та швидко вимiрюеться. Обладнання для проведення вимiрювань ЕСа не громiздке, мае доступну цiну. Важливо, що ЕСа чутлива до впливу багатьох грунтових факторiв, завдяки чому просторова мiнливiсть цих властивостей може бути охарактеризована з використанням електрично! провщносп [15].
Едафiчнi властивостi впливають на ECa, тому просторовий розподiл цього по-казника в межах поля забезпечуе потенцiйну можливiсть картування просторово! мшливосп едафiчних властивостей, грунтуючись на вiдборi грунтових проб, мiсце вщбору яких визначаеться за ECa. [11]. У випадку, коли ECa корелюе з певною грунтовою властивiстю, електрична провщшсть допоможе оптимiзувати процедуру збирання зразкiв, що дозволить установити просторовий розподш цiе! властивостi, а також мiнiмальну кшьюсть i мiсця для вщбирання проб для характеристики мiнливостi. Якщо ECa корелюе з урожайшстю, така система вiдбирання зразюв може бути використана для щентифшацп грунтових властивостей, яю впливають на мiнливiсть урожайностi [12].
Мета дано! роботи - встановити просторовий розподш електрично! провщносп техноземiв i виявити зв'язок мiж електричною провiднiстю та деякими екологiчними властивостями агробiогеоценозу (фiтомасою, проективним покриттям трав'янисто! рослинностi, твердiстю, агрегатним складом, вмiстом гумусу, мiнералiзацiею, pH) техноземiв на прикладi дерново-лiтогенних грунпв на лесоподiбних суглинках.
Матерiал i методи дослiджень
Дослiдження проводили на науково-дослщному стацiонарi Днiпропетровського державного аграрного утверситету (м. Орджонiкiдзе). Експериментальну д^нку для визначення оптимальних режимiв рекультивацп створено у 1968-1970 роках. В^^р проб проведено з регулярною сггкою пробно! дiлянки на варiантi техноземiв, сформо-ваних i лесоподiбних суглинках. Сггка складаеться з 8 трансект, розташованих у на-прямку iз заходу на схiд. Трансекти мають iнтервал 1,5 м. Кожна трансекта включае
20 проб з imepBaroM вщбору 1,5 м. Таким чином, у межах експериментально! д^нки 3i6paHO 160 проб. Вимipювaли електричну пpовiднiсть грунту за допомогою сенсора HI 76305 (Hanna Instruments, Woodsocket, RI) у межах кожно! клiтини у тpиpaзовiй повторностг Облiк pослинностi та фiтомaси проводили у червш 2010 року в межах квадрапв 0,5 х 0,5 м. Рослини зpiзaли пiд коршь у сepeдинi дня, мiж сходом ранково! роси та початком утворення веч1рньо1, зв'язували у снопи та надсилали до лабораторп, де !х зважували [9]. Рослини визначали до виду, а також оцiнювaли за кшьюстю пaгонiв. У кожнiй клтгиш полiгону визначали загальне проективне покриття травостою за вiзуaльною шкалою iз гpaдaцiями 0, 10, ..., 90, 100 % [4].
Твердють грунпв вимipювaли у польових умовах за допомогою ручного пенетрометра Eijkelkamp на глибину 50 см з штервалом 5 см. Середня погрштсть peзультaтiв приладу складае 8 %. Вишрювання проводили конусом iз pозмipом поперечного пepepiзу 1 см2. У межах кожно! клггини вимipювaли твepдiсть грунту одноразово. Агрегатну структуру грунту визначали за допомогою сухого просдавання в систeмi сит [3]. Установлено сшввщношення ваги (% вщ сумарно! кiлькостi) таких фракцш як агрегати pозмipом менше 0,25, 0,25-0,50, 0,50-1, 1-3, 3-5, 5-7, 7-10 i понад 10 мм. Iншi характеристики визначали за загальноприйнятими методиками [1].
Результати та ix обговорення
Середне значення eлeктpопpовiдностi грунту у межах експериментально! д^н-ки перебувае на piвнi 1,48 ± 0,25 дС/м. Асимeтpiя та ексцес розпод^ нeзнaчнi, що характерно для нормального розпод^, piвномipний розподш значень описуе 83 % да-них. Вiдповiднiсть pозподiлу нормальному закону шдтверджуеться статистикою Колмогорова - Смирнова (d = 0,09,р < 0,05).
Геостатистичш параметри дозволяють оцiнити внесок просторових фaктоpiв у мшливють електрично! пpовiдностi грунту. Нагет-ефект вказуе на знaчимiсть непросторово! компоненти мшливосп ознаки, цей показник для дослщжуваних гpунтiв складае 0,04. Спшьний облiк часткового порогу (просторово! компоненти мшливосп) та нагет-ефекту дозволяе ощнити piвeнь просторово! зaлeжностi (показник SDL, або просторове вiдношeння). Цей показник змшюеться вiд 0 до 100 %. У paзi сильно! просторово! залежносп просторове вiдношeння перебувае в межах 0-25 %. Якщо просторове вщношення мае меж 25-75 %, залежнють змiнно! помipнa; перевищуе 75 % -змiннa розглядаеться як слабко просторово залежна [12]. На шдст^ одержаних даних можна зробити висновок, що просторова мшливють електропровщносп дерново-лiтогeнних гpунтiв на лeсоподiбних суглинках близька до помipно! просторово! зaлeжностi (65,6 %).
Рaдiус впливу свiдчить про масштаб просторового взаемозв'язку дослiджувaно! змiнно!. Ця геостатистика для дослщжуваних грунпв складае 5,6 м.
На просторову зaлeжнiсть пepeмiнно! вказуе також iндeкс Морана. Цей показник -коефщент кореляц^' мiж значенням ознаки в дaнiй точщ простору та усередненим зна-ченням цiе! ознаки в сусiдньому оточенш дано! точки. Тотальна /-статистика Морана також пщтверджуе просторову зумовлeнiсть мшливосп eлeктpопpовiдностi грунту (I-Морана = 0,14, р = 0,05). Корелограма за допомогою I-статистики Морана дозволяе виявити просторову структуру процесу (рис. 1).
Анашз корелограми Морана зручно поеднувати з вивченням карти просторово! мшливосп ознаки (рис. 2). Структура корелограмми Морана для дерново-лггогенних грунпв на лeсоподiбних суглинках вiдповiдaе гpaдiентнiй пpостоpовiй стpуктуpi [13]. На кари мшливосп електропровщносп спостер^аються зони з пщвищеним piвнeм цiе!
ознаки з градieнтним переходом у зони низько! електропровiдностi. Середнi розмiри д^нок з однорiдним значенням ознаки вщповщають 4-5 м, нижня межа наведено! оцшки близька до значення радiуса впливу для варiограми та значення максимально! дистанцi! корелограми, за яко! спостерiгаeться вiрогiдна автокореляцiя.
0,2
10 12 14 16 18 20 22 24 Дпстанцш
Рис. 1. Корелограма Морана електропроввдносп для дерново-лггогенних rрунтiв на лесопод1бних суглинках: трикутники - статистично достсгарш (з урахуванням корекцп Бонферрош) шдекси Морана, кружечки - нев1ропдт шдекси
5278005
5278000
5277995
2.2 2.1 2
1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2
0.9 0.8
585805 585810 585815 585820 585825 585830
Рис. 2. Просторова мшливкть електропроввдносп дерново-лггогенних Грунтш
на лесопод1бних суглинках
Для ощнки зв'язку мiж електричною провщтстю техноземiв та екологiчними властивостями бюгеоценозу (фiтомасою, проективним покриттям, твердiстю, агрегат-ним складом, гумусом, мiнералiзацieю, рН) застосовано метод множинно! регресi!, який полягае в аналiзi зв'язку мiж декiлькома незалежними змiнними (називаними та-кож регресорами або предикторами) i залежною змiнною. У результатi анашзу вста-новлено, що в цшому дослiджувана модель статистично значима. Враховаш в моделi факторнi ознаки пояснюють результативну ознаку на 53 %, непояснена решта може
1
бути пов'язана iз впливом iнших неврахованих факторiв, таких як вологiсть, температура, щшьтсть техноземiв. Розглянемо стандартизован коефiцieнти регресп для ви-значення, яка з незалежних перемiнних робить максимальний внесок у прогнозування просторового розподiлу електрично! провiдностi дерново-лiтогенних грунпв на лесоподiбних суглинках (табл.).
Таблиця
Параметри стандартно'! моделi мможиммоУ регреси електричноТ мровмносм дерново-лiтогенних Грунтт на лесомодiбних суглинках
Параметр Р
Фггомаса г/м2 -0,00 0,42
Проективне покриття, % 0,00 0,00
Тверд1сть, МПа 0-5 см -0,11 0,19
5-10 см 0,06 0,31
10-15 см -0,02 0,50
15-20 см -0,00 0,94
20-25 см 0,02 0,37
25-30 см 0,02 0,29
30-35 см -0,02 0,45
35-40 см 0,03 0,15
40-45 см -0,04 0,06
45-50 см -0,03 0,12
Фракц1я, % >10 мм 0,02 0,06
10-7 мм 0,02 0,23
7-5 мм -0,03 0,27
5-3 мм 0,05 0,00
3-2 мм 0,02 0,15
2-1 мм 0,03 0,03
1-0,5 мм -0,02 0,47
0,5-0,25 мм 0,07 0,02
<0,25 мм -0,02 0,45
Гумус, % -0,23 0,14
рн 0,25 0,31
сг 1,56 0,95
бо4~2 16,29 0,62
Са+2 92,04 0,08
Мх+2 100,57 0,24
НСО3- -25,33 0,44
К++Ма+ 46,80 0,33
Сума юшв -32,74 0,25
Сухий залишок 10,10 0,40
Прим1тки: Ь - параметри модел; р - достжртстъ визначення коефщента
Множинний регресiйний анашз показав, що проективне покриття трав'янисто! рослинностi - статистично значимий предиктор розподшу електрично! провiдностi для дерново-лгтогенних грунтiв на лесоподiбних суглинках. Даний показник багатства фiтоценозу безпосереднъо залежить вiд умiсту орган1чних речовин у грунт!, тому цi речовини можна розглядати як фактори, яю впливають на ЕСа. Мiнливiстъ агрегатного складу фракцш 0,25-0,50, 1-2, 3-5 мм - також суттевий фактор, який впливае на розподiл електрично! провщносп дослiджуваних техноземiв, тому ЕСа може бути легко використана для оперативного визначення агрономiчно цiнно! фракцп техноземiв.
Висновки
1. Електрична провщтсть дерново-лгтогенних грунпв на лесопод1бних суглинках демонструе законом1рну просторову м1нлив1стъ, яка вщповщае град!ентнш просторовш структур!.
2. Просторова м1нливють електропровщносп Грунт1в для дослщженого типу технозем1в близъка до пом!рно! просторово! залежносп.
3. Статистично значим! предиктори розпод!лу електрично! пров!дност! дослщжуваних технозем!в - проективне покриття травостою та агрегати з фракц!ями
0.25.0,50, 1-2, 3-5 мм.
Б1бл1ограф1чн1 посилання
1. Бекаревич Н. Е. Породы надрудной толщи и их агробиологическая оценка // О рекультивации земель в степи Украины. - Д. : Промшь, 1971. - С. 20-37.
2. Вадюнина А. Ф. К оценке электропроводности как метода определения влажности почв // Почвоведение. - 1977. - № 3. - С. 391-404.
3. Вадюнина А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. - М. : Агропромиздат, 1986. - 416 с.
4. Воронов А. Г. Геоботатка. - М. : Высшая школа, 1973. - 384 с.
5. Долгов С. И. О соотношении между электропроводностью почвы и содержанием в ней воды // Тр. Всесоюзного НИИ агропочвоведения. - 1937. - Вып. 13. Физика почв. - С. 47-74.
6. Лыткин И. И. Закономерности статистической и динамической сорбции катионов и анионов торфяными почвами. Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - М. : МГУ, 1982. - 24 с.
7. Нерпин С. В. Физика почв / С. В. Нерпин, А. Ф. Чудновский. - М. : Наука, 1967. - 583 с.
8. Поздняков А. И. Электрофизические свойства некоторых почв / А. И. Поздняков, Ч. Г. Гю-лалыев. - Москва - Баку : Адильоглы, 2004. - 240 с.
9. Родин Л. Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / Л. Е. Родин, Н. П. Ремезов, Н. И. Базилевич. - Л., 1968. - 145 с.
10. Савич В. И. Подвижность катионов в почве в зависимости от влажности, температуры // Изв. ТСХА. - 1920. - Вып. 5. - С. 110-120.
11. Corwin D. L. Apparent soil electrical conductivity measurements in agriculture / D. L. Corwin, S. M. Lesch // Comp. Electron. Agric. - 2005. - Vol. 46. - P. 11-43.
12. Field scale variability of soil properties in central Iowa soils / C. A. Cambardella, T. B. Moorman, J. M. Novak et al. // Soil Science Soc. Am. - 1994. - Vol. 58. - P. 1501-1511.
13. Identifying soil properties that influence cotton yield using soil sampling directed by apparent soil electrical conductivity / D. L. Corwin, S. M. Lesch, P. J. Shouse et al. // Agron. J. - 2003. - Vol. 95, N 2. - P. 352-364.
14. Legendre P. Spatial pattern and ecological analysis / P. Legendre, M. J. Fortin // Vegetatio. - 1989. -Vol. 80. - P. 107-138.
15. Pennisi B. V. 3 ways to measure medium EC / B. V. Pennisi, M. van Iersel // GMPro. - 2002. -Vol. 22, N 1. - P. 46-48.
16. Soil electrical conductivity and soil salinity: New formulations and calibrations / J. D. Rhoades, N. A. Man-teghi, P. J. Shouse, W. J. Alves // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1989. - Vol. 53. - P. 433-439.
Надшшла до редколегп 28.09.2011
