Заплавне ґрунтоутворення Полісся та Лісостепу України (еволюція, біогеохімія, окультурювання)

На Оржицькому стаціонарі було зафіксовано такі агрохімічні фони (0-30см): вміст N - 2,58%, Р2О5 - 0,62%, К+ - 0,29%, рН - 7,8. В розчинній (10%НСl) частині золи вміст Р2О5 досягав 0,5%, К2О - 0,09%, СаО - 12-14%, MgO - 2%, Na2O - 0,25-0,35%. При всій важливості, з огляду на закон мінімуму, дефіциту в осушених торф'яниках міді та калію, їх найцікавішою еколого-біогеохімічною рисою є збагаченість органічними речовинами, а разом з ними і агрономічно цінованим азотом (табл.3).

Ці ґрунти є також збагаченими на фосфор - в 0-15 см шарі низинних евтрофних торф'яників заплави р. Цирь при рН = 4,8-5,2 та значній кількості рухомих сполук Fe та Al вміст Р2О5 становить 2085 мг/кг, а на глибині 30-45 см - 1789 мг/кг, проте вміст його малорухомих форм не перевищує 2% (20-35 мг/кг). Якомога повніша мобілізація та утилізація цього акумульованого біосферою в заплавах багатства і є метою меліорації торф'яників.

Задум осушення заплавних торф'яників і його непрофесійне здійснення ретроспективно видається нам екоетично сумнівним. Єдиною противагою сумнівам могла б стати (але не стала!) висока, доведена в експериментах (і загалом гарантована), продуктивність штучних агроекосистем, створюваних згідно з програмними установками на осушених заплавних болотах. Внаслідок такого фатального прорахунку ефективна родючість трофічно найбагатших ґрунтів планети реалізовувалася найзбитковішому варіанті.

В 1 н солянокислу витяжку з лучних, лучно-болотних і болотних ґрунтів переходить передусім Са, а за ним, в порядку зменшення вмісту - Al, Fe, Mg, Mn (K i Na не визначалися). При цьому вміст Mg і Mn був меншим Са в 10-12 разів; Al - в 2-3; Fe - в 4-5 раз менше від вмісту Са. Найменшу кількість мікроелементів вміщують дернові піщані ґрунти прируслов'я, а найбільшу - болотні, де багато також Са і Fe. Цікаво, що лучні суглинисті і болотні глинисті ґрунти вміщують найбільшу кількість рухомого кремнію, в той час, як в супіщаних і, особливо, піщаних ґрунтах прируслової заплави його вміст був незначним. Серед основних мікроелементів кількісно переважає Sr, особливо в лучних суглинистих (зокрема, розораних і удобрених) болотних ґрунтах, а найменше Sr виявлено в легких дернових ґрунтах прируслов'я (тут помічено найбільше накопичення в лучних шаруватих ґрунтах Zn, Cu, Ni, Pb, Cr, хоч в дернових піщаних ґрунтах ці елементи виявлені в мінімальній, а в болотних - в найбільшій кількості).

Оглеєння спричинює помітну рухомість сполук типоморфних елементів з перемінною валентністю, особливо Fe та Mn. У лучному суглинистому ґрунті вміст розчинного в 1 н Н2SO4 Fe в шарі 0-10 см досягав 243 мг, а в болотному - 477 мг/100г ґрунту. Високий (до 428 мг/100г), зумовлений зональною фералітизацією, вміст Fe (Fe+++Fe+++) спостерігався в заплавних субтропічних ґрунтах (вміст Mn мало відрізнявся від лісостепових).

Заплавні ґрунти р. С.Донець мають не >0,2% легкорозчинних солей, практично незасолені (табл. 4). Вміст обмінно увібраного Na в жодному з досліджених зразків не перевищував 1%, діагностуючи відсутність солонцюватості, що підтверджують і величини активності іонів aNa+=1,44-2,95, aCa++=7,75-8,90 мМоль/л ґрунтового розчину. Загальна кількість мікроорганізмів та їх окремих фізіологічних груп також різниться за видами ґрунтів, глибинами (рис. 1), варіантами окультурювання (див. нижче).

Розділ 4. Екологічні та біогеохімічні особливості

Окультурювання заплавних ґрунтів

Еколого-біогеохімічні аспекти окультурюючої корекції природного педогенезу в заплавно-долинних (та інших) ландшафтах, гранично актуалізовані земельною реформою, дозволяють побачити в землі суверенний суб'єкт, який потребує турбот соціуму про родючість ґрунтів, чистоту довкілля, грунтово-ценотичне біорізноманіття. Визнання землі сувереном набуває сьогодні світоглядницького і водночас прагматичного змісту. Людина (соціум) отримує можливість облаштувати свої стосунки з землею на культурологічній основі з урахуванням екоеволюційно заданої цілісності (емерджентності) ландшафту та біосферно-космічної ритміки ґрунтотворних процесів. Земля-суб'єкт стає незамінним порадником окультуреного соціуму у виборі істинних, а не ілюзорних цінностей.

4.1. Концепція окультурювання. Окультурювання ґрунтів з метою підвищення їх родючості являє собою свідомо задуману, цілеспрямовану зміну (перетворення, трансформування, корекцію, модифікацію) природного педогенезу, здійснювану в ході раціонального культивування с.-г. рослин у відповідності до їх біологічних запитів щодо властивостей та екологічних режимів ґрунту, який почав окультурюватись з моменту освоєння людьми неоліту цілинної планети. Являючи собою інтегральну біосферну функцію, родючість ґрунту завжди була категорією історичною, приреченою на перманентне оновлення свого змісту, світоглядницького ракурсу та екоінформаційного навантаження. У будь-якій моделі підвищення родючості ґрунту та біопродуктивності екосистем реально керованою ланкою біогеоценозу є екобіогеохімічний тандем “ґрунт-рослина”. І якщо на орних землях окультурювання ґрунтів стає дійсним пріоритетом землеробства, продиктованим жорсткими вимогами до ґрунтово-екологічних режимів гранично обмеженого набору найважливіших с.-г. культур, то в екосистемах (передусім природних) кормового призначення (або схожих на них) провідні ролі переходять до розмаїтого фіторізноманіття, гармонійно адаптованого до педолітогенного наповнення ландшафтів.

Висловлені міркування ставлять землевласників перед вибором: 1)на який з типів біопродуктивності робити ставку у перспективній моделі землекористування - на первинну фітомасу чи вторинну зоомасу? 2)що вибрати - ріллю? лучні угіддя? чи те й інше, гармонізоване з біосферою? Модель використання вторинної продуктивності ландшафтів (передусім окраїн ойкумени, річкових заплав, денудованих крутосхилів) є досить привабливою при постановці ноосферних експериментів, які переслідують мету не стільки максимізувати біопродуктивність екосистем, скільки гарантувати їх довготривале і стабільне (гармонійне) функціонування у складі біосфери. Унікальність стартових можливостей для подібних експериментів (в т.ч. й авторських) забезпечується феноменально економним розподілом енергії в багатокаскадному природному біогеоценозі, до якого ми привертаємо увагу тих землевласників, які при створенні високопродуктивних культурних агрофітоценозів дбають також про найповніше використання подовженого біоенергетичного потоку, мальовничість краєвидів (екосоціальний комфорт) і ґрунтово-ценотичне біорізноманіття - гарант стабільного функціонування біосфери. При цьому залишається в силі питання: як гармонізувати взаємовідносини біосфери і вмонтованого в неї соціуму, коли екстенсивні та інтенсивні технології окультурювання ґрунтів себе дискредитували? Відповіді на нього маємо відшукувати, усвідомлюючи неможливість людського існування посеред деградованих заплавно-долинних ландшафтів, індивідуальну відповідальність за зниження родючості ґрунтів, зневіру в наперед гарантований науково-технічний прогрес.

4.2. Біопродукційна здатність і підвищення родючості заплавних ґрунтів. Дані про врожайність лучних фітоценозів чітко відображають окультурюючий вплив в різні за погодою роки агрохімічних фонів на ґрунтово-екологічні режими заплавних ґрунтів.

Оптимальні погодно-гідрологічні умови посилювали окультурюючі впливи на цілинні алювіальні ґрунти та мезофільні травостої поліваріантних тукосумішок впродовж 1978-93 рр. Раніше, взявши за орієнтир високу природну продуктивність заплавних ландшафтів, ми отримали на Оржицькому, Ратнівському та інших болотних стаціонарах переконливі докази окультурюючого ефекту від застосування на осушених в 60-ті роки минулого століття торфовищах PKCu-тукосумішок (табл.5). Після реставрації (1995р.) болотного процесу в Оржицькій заплаві ми виявили сліди існувавших тут стаціонарів, які співпали з колишніми лучною, просапною, лучно-просапною та структурно-меліорованою ділянками, на яких поновлювали свої екологічні ніші лучні та інші трав'янисті фітоценози, зруйновані меліорацією торфовищ. Аналіз глибинних першопричин цих явищ показав, що провідна роль в окультурюванні вже осушених заплавних торф'яників залишається за агрохімічним чинниками, ефективна дія яких проявляється лише при надійному регулюванні водно-повітряного режиму цих ґрунтів. Агрохімічне окультурювання осушених торф'яників, гарантуючи отримання значних за величиною врожаїв с.-г. культур, переводить їх ефективну родючість в ранг економічно прибуткової.

Приклад природних фітоценозів кормового призначення немеліорованих заплав демонструє зрівнювання в продуктивності трофічно найбідніших та найбагатших ґрунтів річкових заплав (табл. 6), до чого додаються ще й “невагомі” прибавки від екологізації заплавного природокористування. В цих умовах нами й було задумано фітоагрохімічне окультурювання, яке в нашій уяві являє собою екологічно нейтральну корекцію природного грунтотворення через посередництво добрив у кооперації з цілинними угрупованнями рослин (лучних фітоценозів кормового призначення). Еволюційно ця різновидність педогенезу співпадає з його сучасним (пізньоголоценовим) етапом, технологічно передбачає раціональне застосування поліваріантних тукових наборів, а біогеохімічно має на меті збільшення біопродуктивності агроекосистем і підвищення родючості ґрунтів у поєднанні з поліпшенням якості с.-г. продукції, збереженням притаманного біосфері біорізноманіття (зміцнення позицій трав-едифікаторів) і біосферозначимих грунтово-екологічних режимів (біофіксація бобовими екологічно чистого азоту).

Добрива в умовах природних лучних фітоценозів гарантують підвищення врожайності трав незалежно від погоди - вже в першому укосі всього через місяць після внесення NPK гарантовано отримується 200-300ц/га зеленої маси (плюс ще через місяць в сприятливі роки до 160ц/га з.м. отави) при врожайності на контролі 80-90ц/га. Високою продуктивністю природні лучні фітоценози завдячують дернині, яку ми вважаємо біосферно впливовим екогенетичним горизонтом алювіальних та інших ґрунтів, майже повсюдно знищеним оранкою та меліорацією. Періодично некосимі луки репрезентують феноменально високу (нарівні з агрохімічно окультурюваними варіантами) продуктивність лучних фітоценозів, поєднану тут з екологічним комфортом для їх зоокомпонентів.

Таблиця 4 Урожайність лучних трав кормового призначення на варіантах фітоагрохімічного окультурювання цілинних ґрунтів заплави р. С. Донець, ц/га з.м. першого укосу

Врожай кормових трав у притерасових та інших зниженнях річкових заплав завжди, незалежно від погоди, є гарантовано високим. Природні фітоценози на легких ґрунтах прируслов'я також здатні продукувати за сприятливих погодних умов лише в першому укосі від 70 до 500 ц/га зеленої маси. В суху та жарку погоду трави тут “вигорають”, в дощову - буяють, демонструючи флористичні флуктуації, в той час як на заболочених ґрунтах видовий склад і врожайність травостоїв є, навпаки, стабільними.

Це розширює можливості фітоагрохімічного коригування грунтово-екологічних режимів в заплаві без осушення, оранки, посіву, знищення дернини та інших жорстких втручань в їх перебіг. Екологічно вмотивованим прийомом тут стає диференційоване (з огляду на строкатість СГП та кормове призначення продукції) застосування багатокомпонентних тукосумішок, які, окрім NPK, включають Ca, Mg, Na, Mo та інші біофіли.

4.3. Фітоіндикація екологічних та біогеохімічних змін при окультурюванні ґрунтів в заплавних ландшафтах. Окультурюючі тукосумішки не лише підвищують врожайність лучних травостоїв, але й помітно коригують ценотичні позиції їх компонентів - позиції злаків зміцнює внесення NPK; зникнення бобових загальмовує NPK+Са; стабілізація високо цінованих у кормовиробництві різнотравно-бобових травостоїв та підвищення їх продуктивності забезпечує безазотистий комплект РКСа+Мо; кормові якості лучних трав поліпшуються на NPK+MgNa, а їх врожайність (при незмінному флористичному складі, але з явною “мезофілізацією”, отже поліпшенням якості ксероморфних травостоїв) підвищується на окультурюваному варіанті NPKCaMgNaMo дернових піщаних ґрунтів прируслов'я (дози макродобрив не > 60 кг/га д.р., а для Мо - 100 г/га д.р.).

Таблиця 5 Співвідношення деяких біогенних елементів в лучних кормових травах

Кумуляція окультурюючого ефекту від щорічного застосування добрив на цілинних алювіальних ґрунтах (з дерниною) помічається фітоіндикацією: різні види лучних трав-едифікаторів (та їх угруповань) на різних алювіальних ґрунтах та їх окультурюваних варіантах споживають різну кількість основних катіонів (навіть при однакових співвідношеннях). K здатен (при внесенні незбалансованих Ca, Mg, Na та іншими катіонами тукосумішок) створювати в кормах хронічний дефіцит цих та інших потрібних тваринам катіонів (табл.7); зближене співвідношення Ca:K:Mg в снопі по післядії РКМо і на контролі, з певною долею умовності, можна сприймати за еко-біогеохімічний еталон.

Моніторинг подальшого пересування первинної фітопродукції по трофічному ланцюгу (до ясел корів) помічає той факт, що, вносячи мінеральні добрива, ми збільшуємо вміст і валові збори протеїну й фосфору в кормах. Там Са (як і Na) постають в ролі найважливіших компонентів кормових раціонів, залишаючи далеко позаду фітофільний K (принципово елемент молодості). Зональною біогеохімічною особливістю лучних трав в лівобережному лісостепу України виявилося збагачення їх золи передусім Ca, Mg, K і меншою мірою Na. Вміст Са в кормових травах регламентується для злаків біля 10 г/кг і бобових - 15 г/кг пср. Досліджені нами трави в цю градацію укладаються, але ж оптимальне співвідношення в них катіонів зазвичай не витримується. Співвідношення Na:K в проаналізованих травах, наприклад, коливалось між показниками 914 (злаки в заплаві р.Гуміста), 133-172 (злаки на варіанті NPK лучного суглинистого і різнотрав'є на контролі лучного шаруватого цілинних ґрунтів ур.Цикалово) і 1 (природні травостої з повторно заболочених торф'яників Оржицького стаціонару) при оптимумі для тварин 0,5. Це спонукає збагачувати корми галітом вже в яслах корів. Тому ми позитивно оцінюємо збагачення Na трав на деяких з окультурюваних варіантів заплавних цілинних ґрунтів. Cпричинений надлишком К дефіцит Mg в кормах зводить нанівець найліпші їх показники, оскільки при дисбалансі катіонів тварини виснажливо хворіють. Роль Na для теплокровних організмів взагалі є унікальною, через що Na, який методично “виганяється” при окультурюванні ґрунтів кальцієм з колоїдного комплексу солонцюватих ґрунтів А.М.Гринченко, О.М.Можейко, Ю.Є.Кізяков та ін., посідає в раціонах тварин не притаманне рослинам провідне місце (зайняте в рослинах K).

Апробовані нами тукосумішки виявилися тією реальною біогеохімічною композицією, яка стає в нагоді при здійсненні екологічно вивіреної регуляції катіонів та аніонів у кормових травах, а через них - у раціонах домашніх тварин, а загалом в еволюційно заданих трофічних ланцюгах бiосфери. Мікроелементи-ВМ (Zn, Cu, Mo, Sr, Cs, Co) споживалися по-різному на N-вмісних, безазотистих і неудобрених варіантах. Для Мо особливо репрезентативним виявився варіант, на якому цей мікроелемент було додано в екологічно невразливу для біосфери тукосумішку РКМо - тут його вміст у травах (передусім, бобових) вдвічі перевищив контроль (на N-вмісних варіантах вміст Мо в травах був меншим).

Для Co показовим став варіант NPKСа. Тобто альтернативність N-вмісних, безазотистих, Ca-вмісних та інших варіантів фітоагрохімічного окультурювання цілинних заплавних ґрунтів за зазначеними параметрами (ВМ-мікроелементи) є більш, ніж очевидною. На прикладі Cd і Pb (двох вкрай небезпечних забруднювачів біосфери) ми переконалися, що в досліджуваних алювіальних ґрунтах їх вміст був на порядок нижчим від ГДК, вони акумулюються передусім в коренях лучних трав кормового призначення (рис.2), а накопичення в рослинах Cd супроводжується також підвищенням в них вмісту K, Cu, Rb, Sr. Кадмій посилено споживався лучними травами на всіх удобрених варіантах, за винятком NPK+Ca, де його вміст зменшувався проти інших варіантів - не виключено, що добре відома (О.Н.Соколовський, В.Д.Муха, Ф.П.Топольний) охоронно-сторожова роль Са набуває ще одного протекторного (суто екофункціонального) відтінку.

Підвищення з різних причин (в т.ч. і через посередництво кадмію) вмісту в кормових травах міді оцінюється як прихована для тварин небезпека, бо цим створюється згубний для їх здоров'я дефіцит Мо. Ця обставина спонукає нас рекомендувати внесення з добривами під лучні трави та інші кормові культури, окрім Са, також Мо навіть тоді, коли це не впливає на врожайність, а лише поліпшує поживну цінність кормів. Якщо в агрофітоценозах є бобові рослини, то роль Мо стає ще вагомішою (посилює їх ценотичні позиції в травостоях, стимулюючи водночас перебіг біосферозначимого процесу азотофіксації).

У заплаві р. Вовча злаки поглинають Са і Mg в іншій, ніж в заплавах рр. С.Донець, Гуміста, Юдорта, Оржиця пропорції - вдвічі більше за калій (індикуючи цим геохімічний вплив мергельно-крейдового ландшафтного фундаменту на перебіг заплавного педолітогенезу і функціонування лучних кормових фітоценозів, які, крім Са, споживали тут також більшу кількість Sr, Cs, але менше Pb, Co, Ni, Cu, Mo, Fe, Mn, Zn, при схожості інших екобіогеохімічних тенденцій, встановлених по ур. Цикалово). Співвідношення Ca:Sr в кормових травах (оптимум біля 80) засвідчує, що загрози передозування Sr в заплавах рр. С.Донець і Вовча не існує: в конюшині, скошеній на контролі лучного цілинного ґрунту, пропорція Ca:Sr = 172, сигналізуючи скоріше про дефіцит Sr у кормах, ніж про його надлишок. Добрива коригують співвідношення Са: Sr у травах в бік зниження.

4.4. Біологічна активність окультурюваних заплавних ґрунтів. Осушення заплавних торф'яників оптимізує розвиток більшості (за винятком грибів) фізіологічних груп мікроорганізмів, сприяє поліпшенню живлення вирощуваних тут с.-г. культур і водночас появі в біосфері еконебезпечного (своєю деградаційною спрямованістю) процесу втрати з торф'яних ґрунтів органічних речовин, азоту і інших біогенних елементів. Таке антропогенно скориговане спрямування заплавного грунтотворення набуває реальних абрисів при вилученні з меліоративних технологій ретельно підігнаних до них агрохімічних і фітомеліоративних (у т.ч. й мікробно-ризосферних) чинників. Найсуттєвішою з ознак мікробоценозів заплавних ґрунтів, як і біоценозів загалом, є їх видове різноманіття, притаманне навіть трофічно найбіднішим варіантам прируслов'я. Окультурюючий вплив добрив на заплавне грунтотворення в ур.Цикалово в центральній і прирусловій заплаві теж виразно індикувався через посередництво мікроорганізмів. Джерельні води палеогена, що живлять тут заплавні ґрунти, є стерильними, демонструючи еталонність геоекологічних моделей для антропогенних корекцій гідроморфного педолітогенезу в заплавах.

4.5. Моніторинг грунтово-екологічних режимів в окультурюваних заплавних ґрунтах. При фітоіндикації та біодіагностиці окультурюючих впливів на заплавний педолітогенез ґрунту відводилась пасивна роль індиканта. Далі описано результати аналітичного моніторингу змін, що відбуваються в окультурюваних торф'яних, дернових, лучних (в т.ч. галоморфних) заплавних ґрунтах.

4.5.1. Гумусовий режим і трофність. Встановлена для зональних ґрунтів уява про фактичну відповідність їх гумусованості продуктивності культивованих на них агроценозів не знаходить підтвердження в досліджуваних природних заплавних ландшафтах, де репрезентується стабільне функціонування вельми продуктивних фітоценозів на практично безгумусних едафотопах. Екологічне лідерство в таких біосферних нішах відбирає у ґрунту з його гумусовим станом фітоценотичний чинник. І все ж, застосовуючи при окультурюванні екологічно агресивні субстрати (удобрювальні солі), ми не ігноруємо зумовлену високою гумусованістю буферність заплавних ґрунтів, яка здатна пом'якшувати (Р.С.Трускавецький) впливи на ґрунт солей, важких металів та інших негативних чинників, максимально посилюючи всі позитивні сторони окультурюючого задуму. Нами помічена тенденція до збільшення вмісту гумусу та активації його колоїдних форм на варіантах фітоагрохімічного окультурювання цілинних лучних ґрунтів, що діагностує водночас і ступінь їх окультуреності.

Якщо провідним окультурюючим прийомом в мінеральних ґрунтах вважається стабілізація в них гумусового стану, то на торф'яниках позитивним чинником стає, навпаки, підвищення вмісту мінеральних речовин - канонічною тут є рекомендація збагачувати їх зольними елементами, в т.ч. при структурних меліораціях (С.Т.Вознюк, Р.С.Трускавецький, Д.В.Лико, М.О.Клименко). Найцікавішою екобіогеохімічною рисою осушених торф'яників є їх збагаченість органічними речовинами, а разом з ними і азотом (при дефіциті міді і калію). Саме потреба мобілізації та утилізації цього акумульованого біосферою в заплавах багатства і породжує відомі окультурюючі агротехнології зі стандартною і нескладною рекомендацією запроваджувати на торф'яних ґрунтах сівозміни з закономірним чергуванням просапних культур і культур суцільного посіву і сінокосо- та пасовищезмін з багаторічними травами, залишаючи пріоритет в окультурюванні за добривами (РKCu). Забезпечуючи отримання високих врожаїв, вони зводять до мінімуму еконебезпечне та непродуктивне вилучення з біологічного кругообігу NO3-, які продукуються в торф'яниках при меліоративній оптимізації гідротермічного режиму.

Заплавні торф'яники є також збагаченими органо-, Fe- та Al-фосфатами, через що окультурювання передбачає тут трансформацію їх органічних форм в мінеральні та накопичення в ґрунті фосфатів Са як найближчого реально доступного їх резерву. Дані по врожайності с.-г. культур на окультурюваних фосфотуками торф'яниках підтверджують це положення. Показано, що причетні до розкладу фосфатів бактерії легко активізуються на фоні PKCu (особливо при зниженні рівня підгрунтових вод).

Перевищуючи запасами N i P чорноземи, торфові ґрунти дуже збіднені, крім міді, ще й калієм: навіть в Лісостепу, не дивлячись на більшу, проти Полісся, кількість калію в торф'яниках, він є таким же невід'ємним компонентом окультурюючої тукосумішки PKCu. Причиною цього є регіональний галоморфізм алкалітрофних торф'яників - тут споживання калію рослинами загальмовується здеформованим співвідношенням К+, Ca++, Na+, NH4+, Mg++ та інших іонів в ґрунтовому розчині (природні галофільні фітоценози в цьому відношенні є незалежними від добрив, демонструючи своєю високою біопродуктивністю екологічний еталон для оновлених стратегій заплавного землекористування).

У режимі трофності алювіальних мінеральних ґрунтів немеліорованих заплав екологічно знаковою виявилася періодична повна відсутність нітратів під пологом природних мезофільних трав'янистих угруповань. Якщо в осушених заплавних торф'яниках накопичується надмірна кількість рухомих форм азоту, то забезпеченість ними алювіальних ґрунтів оцінюється загалом як середня. В умовах природних лучних фітоценозів кормового призначення практиковане нами покращання їх забезпечення азотом значною мірою коригувало конкурентні стосунки між окремими видами трав, але в ґрунтах під такими лучними травостоями нам далеко не завжди вдавалось виявити навіть сліди нітратів. У дійсності ж нітрифікація в заплавах завжди проходить інтенсивно, про що свідчать наші дані щодо утворення нітратів на розораних лучних ґрунтах, де вони не встигають поглинатися редукованою кореневою системою с.-г. рослин. Така кількість нітратів у супроводі найбільшої в заплаві чисельності мікроорганізмів не отримує позитивної екобіогеохімічної оцінки - мінімум рухомих біогенних сполук у ґрунті в поєднанні з максимальною біопродуктивністю ценозів і рясним біорізноманіттям є моделлю еталонного господарювання в заплавах. Але нітрифікація в лучних ґрунтах повсякчас приречена на послаблення з цілого ряду причин, гальмуючих її навіть у ґрунтах, насичених основами, з нейтральною (а то й слабо лужною) реакцією, добре аерованих, заселених нітрифікаторами. Помічене нами пожвавлення нітрифікації на варіантах з добавкою до NPK кальцію (149 проти 60мг/кг на NPK), магнію та натрію (>400мг/кг) вказує тут на чіткі екологічні та біогеохімічні орієнтири. Зникнення амонію з заплавних ґрунтів в середині літа також індикує одну з причин послаблення нітрифікації, а саме - дефіцит поживного субстрату, яким є для нітрифікаторів той амоній, який влітку сам щонайактивніше поглинається корінням лучних трав і ризосферними мікроорганізмами. Чим густіше пронизана дернина коренями, тим швидше зникає з ґрунту амоній, який утворюється при амоніфікації. У цьому контексті неодмінно цікавим є окультурюваний РКМо варіант цілинного лучного ґрунту, де мінімум нітратів влітку поєднується з максимальною для центральної заплави кількістю амонію (джерела нітратів) - стабільно однаковою як на початку, так і в середині літа, коли в заплаві вдруге скошують трави (48-56мг/кг ґрунту). Така модель азотного режиму видається нам екологічно привабливою - висока продуктивність цього цілинного варіанту фітоагрохімічного окультурювання, примножена збереженим біорізноманіттям, прикрашає та стабілізує природні фітоценози.

Причини зростання врожайності лучних фітоценозів та зміни їх флористичного складу на окультурюваних варіантах лучних ґрунтів є далекими від бажаної очевидності. Безумовно, життєвість лучних трав залежить передусім від їх забезпеченості поживними речовинами. Але якщо забезпеченість калієм і фосфором лучних ґрунтів центральної заплави досить однозначно оцінюється на рівні не нижче середньої, то аналогічні показники азотного режиму з огляду на їхню неймовірну варіабельність є куди менш надійними і не завжди зрозумілими, хоч самі тенденції в трансформації азотовмісних сполук у досліджуваних ґрунтах помічалися нами досить легко. Заплава відкривається для прояву таких тонких еколого-біогеохімічних процесів, як нітрифікація лише в травні після повені (навіть посеред літа тут нерідко панують такі ж масштабні, як і повінь, паводкові процеси). Ясно, що про нітрифікацію в повінь не може бути й мови, але тут є один, суто екологічний нюанс - продуктів нітрифікації в повеневих водах не повинно бути. Крім нітратів, в азотному живленні трав бере участь також і амонійний іон. Незважаючи на широкий діапазон умов, за яких відбувається амоніфікація та зближеність умов живлення рослин цими двома джерелами азотної їжі, ми все ж переконались, що в таких заплавних ґрунтах, як торф'яники наявність великої кількості амонію не є однозначним індикатором забезпеченості вирощуваних культур доступними формами азоту, оскільки засвідчує факт накопичення таких же неокислених, як і NH4+, але токсичних сполук біогенних елементів (H2S, PH3, CH4 тощо).

Грунтово-екологічні режими ур. Цикалово для засвоєння амонію лучними травами є не гіршими, ніж для нітратів. А оскільки вони коригуються концентрацією і співвідношенням певних катіонів та аніонів, це стало ще одним вагомим аргументом для запровадження в схеми окультурювання поліваріантного набору тукосумішок, покликаних суттєво активізувати споживання різних біогенів, в т.ч. й амонійного азоту. З іншого боку, повне забезпечення лучних трав (особливо бобових) Р на відповідних варіантах експерименту в заплаві здатне вивести в лідери споживання травами азоту їжі якраз нітратний іон. Проте при дефіциті в поживних субстратах Мо його редукція до NH4+ повністю паралізується, створюючи цим еконебезпечну (із-за надлишку NO3-) ситуацію для консументів кормових трав. Самі ж ці завжди молоді трави ніколи не встигають повністю оформити свій фотосинтетичний апарат і, постійно наражаючись на небезпеку власного “аміачного отруєння”, стають ще більш вибагливими до нітратного живлення (при окультурюванні воно регулюється в першому наближенні внесенням селітри, хоч це не єдиний шлях).

Вміст рухомого калію в перші роки експерименту на алювіальних ґрунтах ур. Цикалово був на рівні 100мг/кг ґрунту з тенденцією знижуватись восени внаслідок інтенсивного споживання фітофільного калію молодими кормовими травами, які, постійно знаходячись в стресовому стані, заданому відчуженням фітомаси при випасанні та сінокосінні, весь час відчувають потребу саме в цьому елементі “молодості”. Все це слід враховувати при підборі окультурюючого комплекту біогенних елементів для застосування їх не на збіднених калієм торф'яниках, а на цілинних мінеральних (в т.ч. й багатих калієм) алювіальних ґрунтах, які використовуються для лучного кормовиробництва. Весняний вміст рухомих форм калію в ґрунтах центральної заплави був завжди помітно знівелійованим по варіантах натурного експерименту при підвищеній його кількості на варіантах РКМо і розораному лучному ґрунті центральної заплави та при найменшому вмісті в легких ґрунтах прируслов'я. Ці розбіжності між літогенетично різними ґрунтами прируслової, центральної та притерасової заплав зумовлені відомими залежностями вмісту К від гранулометричного складу. У реальних ландшафтах виявлена картина щодо рухомого калію ускладнюється алювіальними, повеневими, глейовими, гумусово-акумулятивними та іншими грунтово-екологічними процесами в заплаві, до яких додається також і фітоагрохімічна корекція заплавного педолітогенезу.

Добавка Са до окультурюючих NPK тукосумішок запроваджується нами незалежно від багатства ним лучних та інших ґрунтів з огляду на феноменальність екобіогеохімічних функції цього регулятора життєзабезпечуючих процесів в рослинному, тваринному (включаючи людський) організмах, а також у ґрунті. Інші елементи також додаються з урахуванням розширених (еколого-біогеохімічних, а не агрохімічних) міркувань. Це підтверджують здобуті нами в натурних експериментах знахідки - в разі добавок Na, Mg, , внесення Р у вигляді Са3(РО4)2, а також мікродоз Мо, який відрізняється від інших проаналізованих нами ВМ тим, що в умовах досліджуваних ґрунтів він являється одним з найбільш доступних рослинам мікроелементів. Його вміст підвищується у зразках лучних трав на Са-вмісних варіантах, особливо, де Са вносився разом з Мо. Уява про Мо як надійного антагоніста ВМ є додатковим аргументом на користь концепції про його детоксикаційний вплив на несприятливі для розвитку рослин грунтово-екологічні режими і навіть про часткову заміну або зменшення доз хімічних меліорантів внесенням молібденових мікродобрив. З огляду на біологічні (екологічні, біосферні) функції цього інтригуючого мікроелементу, ми не квапимося з висновком про фіто-, а тим більше зоотоксичність виявленого нами вмісту Мо в заплавних ґрунтах та гігромезофільних травостоях, залишаючи цю еко-біогеохімічну колізію відкритою.

Несподівані відповіді на проблемне питання про післядію фосфатів дає безазотистий варіант РКМо, де вони розсіювались у формі Ca3(PO4)2 рано навесні безпосередньо по поверхні молодих трав. Результати обліку їх врожайності та флористичні описи засвідчують яскравий окультурюючий вплив Ca3(PO4)2 на природні мезофільні фітоценози центральної і прируслової заплави. Який механізм лежить в основі такого впливу - чи кислотність екзовиділень лучних трав, чи посилене споживання кальцію бобовими травами, що рясно розростаються на безазотистих варіантах окультурювання і покращують розчинність трикальційфосфату - цього ми не знаємо (а можливо, що однозначної відповіді тут взагалі не існує).

4.5.2. Важкі метали та супутні елементи. Імовірність попадання в трофічні ланцюги ВМ з добривами є стаціонарною, має кумулятивний тренд і, постійно посилюючись, здатна набувати в заплаві еконебезпечного характеру, хоч при невисоких (як в ур. Цикалово) концентраціях вони ніколи не пригнічують біоти. Тому, незважаючи на дійсну біотехнохемогенну перевантаженість (в т.ч. й ВМ) заплавних топопозицій долинної едафокатени р. С.Донець, алювіальні ґрунти тут немає підстав вважати хемогенно забрудненими. Важкі метали тут є невід'ємним компонентом заплавно-педолітогенної асоціації біогенних макро-, мікро- та ультрамікроелементів, без якої не змогло б відбутись ні грунтово-ценотичне різноманіття, ні найвища в біосфері біопродуктивність, ні мальовничість досліджуваних ландшафтів, ні багато інших, суттєвих для ойкумени, еколого-біогеохімічних феноменів. Тут лише підкреслимо, що особливу загрозу жуйним тваринам приносить не стільки наявність ВМ в травах, як інші чинники (наприклад, ковтання ними забрудненого ґрунту). Це накладає особливу відповідальність за екологічні наслідки господарської діяльності на заплавних ґрунтах, очисна екофункція яких сприяє надійному осадженню ВМ на всіх педобіогеохімічних бар'єрах. І якби в стратегіях природокористування соціум задовольнився лише цією функцією грунтово-ценотичного тандему заплавних ландшафтів, жодних колізій з біосферою у нього б не виникло. Але така біосфероцентрична модель господарювання поки що є віртуальною, і навіть в авторському екологізованому варіанті заплавного землекористування була чітко позначена користь - лучні трави мали кормове призначення. В такій, зорієнтованій на лучне кормовиробництво, моделі неодмінно постає проблема обмеження надлишкових надходжень не лише важких металів, але й інших забруднювачів, в т.ч. й сполук легких (вочевидь біогенних) елементів (NO3-, NH4+, K+ тощо) з ґрунту до рослин, а від них до тваринного і людського організмів.

Лучні трави є принципово толерантнішими до зміни концентрацій мікроелементів в ґрунтовому середовищі, ніж до такої ж зміни концентрації іонів макроелементів (Na+, Cl-, K+, Mg++, Сa++, S-SO4--). Рідкісні важкі метали швидко інактивуються продуктами метаболізму, зате інактивацію надлишку в організмі того ж К, який поcтупає в рослину без жодних обмежень, вона здійснити не спроможна. Ми це умисно підкреслюємо, оскільки в досліджуваній екоситуації з калієм виникають подальші ускладнення на наступному поверсі трофічної піраміди, коли, наприклад, корови споживають молоду траву, збагачену саме калієм, особливо на удобрених ним варіантах. Завдяки відомій рекомбінації в рядах токсичності елементів, потреба в них у тварин та рослин не співпадає (передусім по K, Na, Ca, Cl, J, F, Co...). Це питання особливо актуалізується стосовно К та Na, позбавлених механізмів міцного зв'язування клітинами. Серед особливо цікавих для нас рослин, які споживають Na (і Cl) як абсолютно необхідні біогенні елементи, назвемо галофіти, саме через це найбільш корисні для травоїдних тварин. Наведені приклади свідчать про перспективність і практичну невичерпність можливостей фітоагрохімічного регулювання біологічного кругообігу макро- та мікроелементів в цілинних екосистемах, хоч при цьому і залишається багато відкритих запитань для землевласників, які не бажають псувати та забруднювати свою землю, ґрунти, агроценози.

4.5.3. Режим типоморфних елементів з перемінною валентністю. Крім можливої фітотоксичності для лучних трав конче потрібного гетеротрофам іону Na, залишається також далекою від ясності доля сполук Fe в заплавних ґрунтах, “залізиста спеціалізація” яких є процесом у такій же мірі педохімічним, як і гідрогеохімічним (вони тут амфібійно поєднуються). Залізотехногенне вторгнення в біосферу є ще слабо дослідженим (Г.В.Добровольський, К.І.Лукашов, С.В.Зонн, Д.Г.Тихоненко, А.П.Травлеєв, Ф.П.Топольний), а отже й еконебезпечним для ґрунтів, рослин, тварин і людини (хоч залізо й залишається чи не єдиним з ВМ, не токсичних для біоти - навпаки, в заплавних ландшафтах Fe++ здатен повністю нейтралізувати появу отруйного для біоти сірководню). Наші вегетаційні досліди з внесенням до торфу підвищених (до 100мг/100г ґрунту) доз Fe++, Fe+++ та Al+++ засвідчили, що органогенні ґрунти позбавляють ці іони токсичності навіть тоді, коли їх вміст досягає критичних для піщаних ґрунтів показників. Обидві форми рухомого заліза, додані до NPK в дуже високих (не <1000 мг/100г ґрунту) дозах на лучних суглинистих ґрунтах не виявляли токсичності, але на фоні NPK+Cа сильно пригнічували розвиток вівса.

4.5.4. Галоморфізм та активність іонів. Легкорозчинні солі своїм складом і кількістю постійно й досить надійно інформують про еволюційні напрямки заплавного галогенезу, а стан гігромезофільних фітоценозів не менш надійно індикує про його грунтово-екологічні наслідки. За умови продуктивного функціонування в заплаві природних гігрогаломезофільних фітоценозів солі їм в цьому лише сприяють, навіть при вмісті один-три (для засолених торф'яників) відсотки. Такі фітоценози становлять значний інтерес для екологізованого ведення кормового господарства в галоморфних заплавно-долинних ландшафтах, тим більше, що всі слабо засолені лучні (центральної заплави), лучно-болотні та болотні, лучні супіщані та дернові піщані (прируслов'я) ґрунти в цілинному варіанті наділені від природи оптимальними фізико-хімічними параметрами, багато в чому зобов'язаними присутністю в заплавних ландшафтах регіону педохімічно активного і біогенно впливового катіону Са - антагоніста Na.

У всіх досліджених ґрунтах спостерігається досить стабільна, хоч і мозаїчна, картина в розподілі активності його іонів по вертикалі. Загалом невисока активність іону Na+ (не >3 мМоль/л) не дає підстав діагностувати прояв в них процесів осолонцювання, на заваді якого знову постає також Са. На варіантах фітоагрохімічного окультурювання цілинних лучних ґрунтів відбувається суттєва, специфічна для кожного конкретного варіанту, рекомбінація активностей іонів:

Таблиця 6 Активність іонів в окультурюваних лучних ґрунтах, 1988 р., мМоль/л

1)підвищується aNO3- на всіх удобрюваних варіантах, особливо помітно на Са-вмісних варіантах з азотом і на РКМо; 2)підвищується аСа++ на NPKCa і зменшується на всіх інших (особливо на РКМо); 3)підвищується аNa+, aCa++, aNO3- на NPKMgNa. Потрійне зменшення проти контролю активності Са++ на РКМо виявилось несподіваним, оскільки Са тут вносився практично в тій же кількості, що й на NPK, де аСа++ в шарі 0-10 см була в 2,6 рази вищою проти РКМо. Показово, що в шарі 10-20 см аСа++ на цих двох варіантах практично не розрізнялась і була вочевидь високою (6,61 - для NPK i 6,31 - для РКМо), а на глибині 20-30 см аСа++ на РКМо перевищувала варіант NPK (5,89 проти 4,79). Втім зауважимо, що, крім азоту, ці варіанти відрізняються ще й формою внесеного разом з фосфором Са (на NPK - суперфосфат або нітроамофоска, а на РКМо - трикальційфосфат).

Розділ 5. Перспективи заплавного землекористування

Перспективи заплавного (загалом любого) землекористування залежать від основного імперативу суспільства, яке опікується про своє виживання. Бажано, щоб кожне покоління задовольняло за рахунок ґрунту свої потреби так, щоб не ставити під загрозу надії прийдешніх генерацій. Завжди слід з'ясовувати, чи варті поставлені цілі того, щоб їх досягати, чи не отримають люди при цьому екологічний бумеранг, що їх повністю знецінить. Звідси й витікає логіка наших наробок: не стільки щодо раціоналізації заплавного землекористування, скільки щодо його екоетичної корекції.

5.1. Біосферні функції заплавного педолітогенезу та породжених ним едафічних утворень повністю вичерпується їх екологічними функціями. Повторюючи аналогічні функції педосфери (унікальна геодерма планети, найчисельніша біорізноманіттям, найпродуктивніша з екологічних ніш біосфери, гарант її кіральної чистоти), вони модифікуються в заплаві амфібійністю та молодістю рясного грунтово-ценотичного біорізноманіття екополіфункціонального призначення. Ігнорування цих екофункцій призвело до знищення грунтово-ценотичного розмаїття заплав при їх меліорації, затопленні, розорюванні, стало символом духовного зубожіння нації, виявило суттєві розбіжності в базових концепціях антропогенної діяльності в заплавно-долинних ландшафтах.

5.2. Ландшафтно-екологічна типологія заплавних земель є складною для розробки, у зв'язку зі значною варіабельністю кожного з чинників алювіального та торфогенного педолітогенезу, а також важко вловимою (із-за дефіциту фактичних даних) відносною їх роллю в ландшафто- (ґрунто-) творенні. Ми скористались базовою типологією заплав В.Р.Вільямса, матеріалами Г.В.Добровольського, Д.Г.Тихоненка-К.Л.М'Байлао, В.И.Галицького, Л.Г.Раменського, Л.А.Бельгардта, К.А.Куркіна, В.І.Михайлюка, Ю.Є.Кизякова, А.П.Травлеєва, Є.Н.Красехи, стилізувавши їх у власній модифікації та залишивши осторонь лісорослинну орієнтацію заплав (О.С.Мігунова). На нашу думку, позиція заплави є більш адаптованою для лучних кормових угідь: “равнины - пашне, склоны - лесам и садам, поймы - лугам”. Для типології земель, зорієнтованої на лучне кормовиробництво, застосовують комплект геоекологічних чинників, в якому чітко поєднуються через ординацію-класифікацію суто заплавні параметри і режими (повеневість, алювіальність, літогенетичний профіль, рН): середньо- та довгоповеневі прирічкові території (І); коротко- та середньоповеневі землі прируслов'я зі строкатим ґрунтово-ценотичним та гідролітогенним різноманіттям (ІІ-ХІІІ); середньоповеневі землі центральної заплави (XIV-XVІ); середньо- та довгоповеневі землі притерасової заплави (ХVІІ-ХХVІ); акватериторії (ХХVІІ). Агрохімічні параметри самі по собі не є тут самодостатніми поза ландшафтно-екологічною типологією, яка набуває великого значення при проектуванні систем агрохімічного окультурювана заплавних лучних угідь. Для коротко- і довгоповеневих лугів слід запроваджувати різні системи добрив, диференційовані для злакових, бобових, різнотравних та інших угруповань. Альтернативним є удобрення лугів на алювіальних ґрунтах і осушених торф'яниках. Не менш результативним стає застосування ґрунтово- (а в цілому ландшафтно-) екологічної типології заплавних земель при вирішенні всіх інших проблем лучного кормовиробництва, але й не тільки його - рекреації, організації доріг, загалом, гармонізації заплавного землекористування.

5.3. Екологічна експертиза проектів господарювання в заплавно-долинних ландшафтах і формування резервного фонду земель. Екологічна експертиза протидіє тим, навіть економічно вигідним, проектам, які суперечать екологічним пріоритетам та екоетичним принципам заплавно-долинного землекористування. Найефективнішою виявилась обрана нами незалежна експертиза, здійснювана на громадських засадах групою професіоналів-екологів, в тісному контакті з місцевими жителями-однодумцями. Проплачена авторами проектів експертиза претендувати на несхибленість експертних оцінок не може.

5.4. Стратегічні напрямки заплавного землекористування та окультурювання ґрунтів. У методологічно оновленій стратегемі на зміну задоволення зростаючих потреб громадян приходить безумовний пріоритет сталого екобезпечного розвитку людства на основі нероздільності екологічних імперативів та економічних законів. Розв'язання грунтово-екологічних проблем (аморальність хімізації землеробства, переосушення заплавних торф'яників, оранка заплавних лугів) унемо...