Трансформація родючості ґрунтів під впливом тривалого зрошення мінералізованою водою
Анотація
Зрошення водами з високим вмістом солей є небезпечною необхідністю для сталого виробництва сільськогосподарських культур у посушливих та напівпосушливих регіонах в умовах зміни клімату та дефіциту прісної води. Враховуючи потенційний шкідливий вплив мінералізованих вод на стан ґрунтів, особливо на їх родючість, основною метою цього дослідження було встановити масштаби негативного впливу на темно-каштанові ґрунти Півдня України, який проявився внаслідок тривалого зрошення орних земель мінералізованою водою з Інгулецької зрошувальної системи. Інгулецька зрошувальна вода характеризується високим вмістом натрію (10,49-21,63 мг-екв./л), великою кількістю токсичних іонів (11,83-21,97 мг-екв./л) та високим загальним вмістом розчинних солей (1489-2280 мг/л). Дослідження проводили впродовж 2003- 2018 років у Білозерському районі Херсонської області. Родючість ґрунту оцінювали за такими показниками: вміст гумусу, азоту, фосфору та калію. Достовірність змін ґрунтових ознак визначали при Р < 0,05 за допомогою тренд-тесту Манна-Кендалла та методу кумулятивних сум змін. В результаті було встановлено, що існує статистично значуща тенденція до зменшення вмісту гумусу в ґрунті (–0,73 %; Z-статистика 2,0381); в той же час, для азоту, фосфору та калію спостерігаються незначні, але достовірні тенденції до збільшення (+9, +2, +65 мг/кг відповідно; Z-статистика 0,6794, 0, і 0 відповідно). Варто зазначити, що основна позитивна динаміка припадає на період після 2013 року, оскільки попередній період характеризується переважно зниженням родючості ґрунтів за всіма досліджуваними показниками. Результати дослідження мають високу практичну цінність і важливість, оскільки окреслюють наслідки довготривалої трансформації родючості ґрунтів під впливом безперервного зрошення мінералізованою водою, надають цінну інформацію щодо меліоративних та агрохімічних заходів, які слід враховувати в таких умовах сільськогосподарського землекористування для запобігання деградації ґрунтів у вразливих агроекосистемах
Ключові слова
гумус; меліорація ґрунту; азот; фосфор; калій; засолення
[1] Baliuk, S., Zakharova, M., Vorotyntseva, L., Leah, T., & Filipciuc, V. (2020). Changes in the humus state of chernozems of Ukraine and Moldova under irrigation. Scientific Papers. Series A. Agronomy, Vol. LXIII(2), 11-17.
[2] Breus, D., & Skok, S. (2021). Spatial modelling of agro-ecological condition of soils in steppe zone of Ukraine. Indian Journal of Ecology, 48(3), 627-633.
[3] Cheng, M., Wang, H., Fan, J., Wang, X., Sun, X., Yang, L., Zhang, S., Xiang, Y., & Zhang, F. (2021). Crop yield and water productivity under salty water irrigation: A global meta-analysis. Agricultural Water Management, 256, article number 107105. doi: 10.1016/j.agwat.2021.107105.
[4] DSTU 2730:2015. (2016). Environmental protection quality of natural irrigation water. Agronomical criteria. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=62381.
[5] DSTU 4114-2002. (2003). Soils. Determination of mobile phosphorus and potassium compounds by the modified Machigin method. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=58928.
[6] DSTU 7538:2014. (2015). Soil quality. Determination of soil nitrification capacity by the Kravkov method. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=64090.
[7] El Attar, I., Hnini, M., Taha, K., & Aurag, J. (2022). Phosphorus availability and its sustainable use. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 22, 5036-5048. doi: 10.1007/s42729-022-00980-z.
[8] El-Ramady, H., Brevik, E.C., Elsakhawy, T., Omara, A.E.D., Amer, M.M., Abowaly, M., El-Henawi, A.S., & Prokisch, J. (2022). Soil and humans: A comparative and a pictorial mini-review. Egyptian Journal of Soil Science, 62(2), 101122. doi: 10.21608/EJSS.2022.144794.1508.
[9] FAO. (n.d.). Retrieved from https://www.fao.org/home/en.
[10] Feng, G., Zhu, C., Wu, Q., Wang, C., Zhang, Z., Mwiya, R.M., & Zhang, L. (2021). Evaluating the impacts of saline water irrigation on soil water-salt and summer maize yield in subsurface drainage condition using coupled HYDRUS and EPIC model. Agricultural Water Management, 258, article number 107175. doi: 10.1016/j. agwat.2021.107175.
[11] Gamajunova, V., Panfilova, A., Kovalenko, O., Khonenko, L., Baklanova, T., & Sydiakina, O. (2021). Better management of soil fertility in the southern steppe zone of Ukraine. In Soils under stress: More work for soil science in Ukraine (pp. 163-171). Cham: Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-030-683948_16.
[12] Gerke, J. (2022). The central role of soil organic matter in soil fertility and carbon storage. Soil Systems, 6(2), article number 33. doi: 10.3390/soilsystems6020033.
[13] Hafez, E.M., Osman, H.S., El-Razek, U.A.A., Elbagory, M., Omara, A.E.D., Eid, M.A., & Gowayed, S.M. (2021). Foliarapplied potassium silicate coupled with plant growth-promoting rhizobacteria improves growth, physiology, nutrient uptake and productivity of faba bean (Vicia faba L.) irrigated with saline water in salt-affected soil. Plants, 10(5), article number 894. doi: 10.3390/plants10050894.
[14] Hailu, B., & Mehari, H. (2021). Impacts of soil salinity/sodicity on soil-water relations and plant growth in dry land areas: A review. Journal of Natural Sciences Research, 12(3), 1-10. doi: 10.7176/JNSR/12-3-01.
[15] Hamed, K.H. (2008). Trend detection in hydrologic data: The Mann-Kendall trend test under the scaling hypothesis. Journal of Hydrology, 349(3-4), 350-363. doi: 10.1016/j.jhydrol.2007.11.009.
[16] Hranovska, L., Morozov, O., Pisarenko, P., & Vozhegov, S. (2022). Ecological problems of irrigated soils in the south of Ukraine. Visnyk of VN Karazin Kharkiv National University, Series “Geology. Geography. Ecology”, 57, 282295. doi: 10.26565/2410-7360-2022-57-21.
[17] Hussain, M.I., Farooq, M., Muscolo, A., & Rehman, A. (2020). Crop diversification and saline water irrigation as potential strategies to save freshwater resources and reclamation of marginal soils – A review. Environmental Science and Pollution Research, 27(23), 28695-28729. doi: 10.1007/s11356-020-09111-6.
[18] Kankarla, V., Shukla, M.K., Picchioni, G.A., VanLeeuwen, D., & Schutte, B.J. (2020). Germination and emergence responses of alfalfa, triticale and quinoa irrigated with Brackish groundwater and desalination concentrate. Agronomy, 10(4), article number 549. doi: 10.3390/agronomy10040549.
[19] Licata, M., Farruggia, D., Iacuzzi, N., Leto, C., Tuttolomondo, T., & Di Miceli, G. (2022). Effect of irrigation with treated wastewater on bermudagrass (Cynodon dactylon (L.) Pers.) production and soil characteristics and estimation of plant nutritional input. Plos One, 17(7), article number e0271481. doi: 10.1371/journal. pone.0271481.
[20] Lykhovyd, P. (2021). Irrigation needs in Ukraine according to current aridity level. Journal of Ecological Engineering, 22(8), 11-18. doi: 10.12911/22998993/140478.
[21] Lykhovyd, P.V., & Kozlenko, Y.V. (2018). Assessment and forecast of water quality in the River Ingulets irrigation system. Ukrainian Journal of Ecology, 8(1), 350-355. doi: 10.15421/2018_221.
[22] Mohanavelu, A., Naganna, S.R., & Al-Ansari, N. (2021). Irrigation induced salinity and sodicity hazards on soil and groundwater: An overview of its causes, impacts and mitigation strategies. Agriculture, 11(10), article number 983. doi: 10.3390/agriculture11100983.
[23] Negacz, K., Malek, Ž., de Vos, A., & Vellinga, P. (2022). Saline soils worldwide: Identifying the most promising areas for saline agriculture. Journal of Arid Environments, 203, article number 104775. doi: 10.1016/j. jaridenv.2022.104775.
[24] Ouko, K.O., & Odiwuor, M.O. (2023). Contributing factors to the looming food crisis in sub-Saharan Africa: Opportunities for policy insight. Cogent Social Sciences, 9(1), article number 2173716. doi: 10.1080/23311886.2023.2173716.
[25] Pescod, M.B. (1992). Wastewater treatment and use in agriculture. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
[26] Phogat, V., Mallants, D., Cox, J.W., Šimůnek, J., Oliver, D.P., Pitt, T., & Petrie, P.R. (2020). Impact of long-term recycled water irrigation on crop yield and soil chemical properties. Agricultural Water Management, 237, article number 106167. doi: 10.1016/j.agwat.2020.106167.
[27] Qiao, L., Wang, X., Smith, P., Fan, J., Lu, Y., Emmett, B., Li, R., Dorling, S., Chen, H., Liu, S., Benton, T.G., Wang, Y., Ma, Y., Jiang R., Zhang, F., Piao, S., Muller, C., Yang, H., Hao, Y., Li, W., & Fan, M. (2022). Soil quality both increases crop production and improves resilience to climate change. Nature Climate Change, 12, 574-580. doi: 10.1038/ s41558-022-01376-8.
[28] Rasul, G. (2021). Twin challenges of COVID-19 pandemic and climate change for agriculture and food security in South Asia. Environmental Challenges, 2, article number 100027. doi: 10.1016/j.envc.2021.100027.
[29] Sabir, A., Khati, U., Lavalle, M., & Srivastava, H. S. (2024). Adapting CuSUM algorithm for site-specific forest conditions to detect tropical deforestation. Remote Sensing, 16(20), article number 3871. doi: 10.3390/ rs16203871.
[30] Toor, M.D., Adnan, M., Rehman, F.U., Tahir, R., Saeed, M.S., Khan, A.U., & Pareek, V. (2021). Nutrients and their importance in agriculture crop production: A review. Indian Journal of Pure & Applied Biosciences, 9(1), 1-6. doi: 10.18782/2582-2845.8527.
[31] Turdaliev, A.T., Darmonov, D.Y., Teshaboyev, N.I., Saminov, A.A., & Abdurakhmonova, M.A. (2022). Influence of irrigation with salty water on the composition of absorbed bases of hydromorphic structure of soil. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1068, article number 012047. doi: 10.1088/17551315/1068/1/012047.
[32] Vozhehova, R.A. (2021). Agroecological aspects of optimization of the system of irrigated agriculture in the Steppe zone of Ukraine under the regional climate change. In Achievements of Ukraine and the EU in ecology, biology, chemistry, geography and agricultural sciences (pp. 108-130). Giga: Publishing House “Baltija Publishing”. doi: 10.30525/978-9934-26-086-5-6.
[33] Wolski, P., Lobell, D., Stone, D., Pinto, I., Crespo, O., & Johnston, P. (2020). On the role of anthropogenic climate change in the emerging food crisis in southern Africa in the 2019-2020 growing season. Global Change Biology, 26(5), article number 2729. doi: 10.1111/gcb.15047.