Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського”

Трофименко Петро Іванович

УДК 631.582 : 631.8

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Картографо-аналітична оцінка агроекологічного стану ґрунтового покриву (на прикладі Чернігівщини)

06.01.03 - агрогрунтознавство і агрофізика

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” Української академії аграрних наук та Чернігівському державному інституті економіки і управління, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН Трускавецький Роман Степанович, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, головний науковий співробітник лабораторії родючості гідроморфних та кислих ґрунтів.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Стрельченко Володимир Петрович, завідувач кафедри ґрунтознавства і землеробства Державного агроекологічного університету, м. Житомир;

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник, Соловей Вадим Борисович, завідувач лабораторії ґрунтового покриву, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН.

Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра ґрунтознавства і охорони ґрунтів, Кабінет міністрів України (м. Київ).

Захист відбудеться 22 грудня 2004 року о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий “ 19 “ листопада 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Як засвідчують численні літературні джерела за останні 15 років (Медведєв В.В. та ін., 1992; Орлов Д.С., Васильєва В.Д., 1994; Надточій та ін., 1997; Созінов О.О., 1998; Медведєв В.В., Лактіонова Т.М., 1998; Медведєв В.В. та ін., 2000;), наукова проблематика з моніторингу агроекологічного стану ґрунтів і ґрунтового покриву є однією з найактуальніших. Це твердження в повній мірі відноситься і до ґрунтового покриву Чернігівщини, який зазнав і зазнає інтенсивного агро- і техногенного впливів.

Характер господарської діяльності людини віддзеркалюється у зміні властивостей ґрунтів і структури ґрунтового покриву, в динаміці родючості та агроекологічного стану ґрунтів. Вивчення цих змін, встановлення критеріїв агроекологічної оцінки, їх формалізація та розробка картографічного матеріалу, що відображають динаміку змін в структурі ґрунтового покриву в результаті деградації або покращання конче необхідні для вибору ефективних шляхів його раціонального використання.

У цілому переважна більшість ґрунтів Чернігівщини характеризується достатньо високим потенціалом природної родючості. Найбільш родючі чорноземні ґрунти, що поширені в Лісостеповій зоні і займають в структурі ґрунтового покриву площу 385,4 тис. га. (Карпенко Ю.О., 2002). Поширені також сірі лісові ґрунти, перш за все, на лесових островах поліської зони. Дерново-підзолисті ґрунти грубої гранулометрії займають на Чернігівщині відносно меншу площу й поширені, в основному, у центральній і західній частинах Українського Полісся.

Інтенсивне розорювання земель, недостатньо обґрунтовані агрохімічні та меліоративні заходи, порушення системи сівозмін, функціонування в межах Чернігівщини численних промислових об'єктів з відсутністю екологічно безпечних циклів виробництва, відведення вагомої частини земель під об'єкти видобувної і переробної промисловості негативно вплинули на стан земельно-ресурсного потенціалу. Істотний негативний екологічний відбиток залишила аварія на ЧАЕС. У цьому контексті питання збору, систематизації і оцінки даних про сучасний агроекологічний стан ґрунтів і ґрунтового покриву постають особливо актуальними в Україні і, зокрема, в Чернігівській області.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження проводились в межах НТП УААН на 1996-2000 рр. “Родючість ґрунтів” з завдання “Розробити агроекологічну оцінку ґрунтового покриву в зоні водорегулюючих систем Полісся та нормативи агрозаходів по його оптимізації”, № ДР 0196U012532 та в 2000-2002 рр. НТП “Родючість і охорона ґрунтів” з завдання “Провести комплексний аналіз агроекологічного стану меліорованих земель Полісся і розробити технології їх ефективного та сталого функціонування”, № ДР 0101U006036.

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень - дати оцінку сучасному агроекологічному стану ґрунтів і ґрунтового покриву Чернігівщини з використанням критеріїв буферності та засобів геоінформаційних технологій і на основі отриманих результатів позначити шляхи покращання цього стану.

Для досягнення названої мети ми вирішували такі задачі:

Зібрати, систематизувати і проаналізувати матеріали агрохімічного та суцільного радіаційного обстежень території Чернігівщини.

Провести ґрунтові обстеження на типових ключових місцях Чернігівщини з відбором зразків ґрунтів та подальшим визначенням основних оціночних показників, зокрема показників буферних властивостей, що більш об'єктивно характеризують агроекологічний стан ґрунтів.

Удосконалити методи визначення і формалізації оціночних показників рН-, фосфат- і калій-буферної здатності грунтів та відповідні програми автоматизованого їх розрахунку.

На основі фондових і додатково отриманих даних про агроекологічний стан ґрунтового покриву Чернігівщини розробити методику їх генералізації і подання у виді як окремих, так і інтегральних картосхем з використанням геоінформаційних систем (ГІС) та технологій.

На основі вирішення чотирьох вищеназваних задач виявити території з різним рівнем агроекологічної небезпеки і відповідні шляхи покращання агроекологічного стану ґрунтового покриву Чернігівщини.

Об'єкт досліджень - картографо-аналітична оцінка агроекологічного стану ґрунтів і ґрунтового покриву Чернігівщини.

Предмет досліджень - методологія картографічної формалізації та просторова диференціація ґрунтового покриву Чернігівщини за показниками їх агроекологічного стану.

Методи досліджень. Використано методи польових, лабораторно-аналітичних досліджень, статистичної та геоінформаційної обробки даних. При виконанні лабораторно-аналітичних досліджень використовували атестовані та тимчасово допущені до використання методики, зокрема з визначення буферної здатності ґрунтів.

За узагальненими даними нами опрацьовані методичні підходи щодо оцінки агроекологічного стану ґрунтів Чернігівщини з використанням окремих технологічних функцій ГІС, зокрема топологічного оверлею, з розробкою різноманітного картографічного матеріалу, а також застосування комп'ютерних програм з метою автоматизації проведення кореляційно-регресійного аналізу даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено методологію комплексних досліджень агроекологічного стану ґрунтового покриву, які включають створення просторових схем за розробленими нами градаціями небезпеки агрогосподарювання та складання на їх основі інтегральної картосхеми цього стану. Встановлено закономірності взаємозв'язку між окремими показниками агроекологічного стану.

Доведено доцільність використання показників буферних властивостей ґрунтів як важливих критеріїв оцінки їх агроекологічного стану, що характеризують динамічність його зміни, інтенсивність та глибину погіршення цього стану.

Запропоновано комплексні показники агроекологічного стану ґрунтів за буферними їх властивостями відносно окремих основних елементів живлення (фосфору і калію) та кислотно-лужних навантажень, які дозволяють діагностувати рівень окультуреності ґрунтів та ефективності застосування добрив і меліорантів як основи раціонального використання земель.

Розроблено комп'ютерну картографо-інформаційну систему оцінки агроекологічного стану ґрунтового покриву, за допомогою якої в автоматизованому режимі здійснюється аналіз і картографічна формалізація просторових особливостей різноманітних факторів окультурювання та деградації грунтів.

Практичне значення отриманих результатів. Результати досліджень дають можливість провести експертизу агроекологічного стану ґрунтового покриву як за окремими показниками його оцінки, так і за сукупним їх впливом. Розроблена комп'ютерна картографо-інформаційна система може бути використана в якості складової частини моніторингу стану ґрунтового покриву, ґрунтово-екологічного районування земель, розробки і реалізації регіональних програм охорони, підвищення родючості та раціонального використання грунтів.

Методичні підходи щодо складання комплексних карт з використанням ГІС-технологій включено до навчального процесу при підготовці інженерів-геоінформатиків за спеціальністю “Геоінформаційні системи і технології” в Чернігівському державному інституті економіки і управління.

Особистий внесок здобувача полягає в складанні та реалізації програми досліджень, в плануванні та проведенні теоретичних та експериментальних робіт, в обстеженні ґрунтів на ключових ділянках, участі у проведенні аналітичних робіт та варіаційно-статистичної обробки результатів досліджень, в зборі, систематизації і аналізі фондових і літературних даних, розробці методичних підходів до складання різного роду картосхем, що відображають агроекологічний стан ґрунтів. Основні наукові положення дисертаційної роботи, висновки і рекомендації сформульовано і обґрунтовано особисто автором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації оприлюднені на методично-практичній конференції Чернігівського державного інституту економіки та управління, 1999 рік; на Всеукраїнській науково-практичній конференції ”Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення”, м. Харків, 2001 рік; на VI з'їзді УТГА, м. Умань, 2002 рік; міжнародній науково-практичній конференції “Геоекосистеми України - біопродуктивність, еволюція, моніторинг та використання”, ХНАУ ім. В.В. Докучаєва, м. Харків, 2003 рік; четвертій міжнародній науково - практичній конференції “Проблеми сільськогосподарської радіології: 17 років після аварії на Чорнобильській АЕС”, м. Житомир, 2003 рік, а також на об'єднаному засіданні кафедр “Землевпорядкування і кадастр”, “Аграрних технологій”, “Геоінформаційних систем і технологій”, “Геодезії і фотограмметрії”, “Водопостачання та водовідведення” Чернігівського державного інституту економіки і управління та вченій раді ННЦ “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського“.

Публікації. За матеріалами дисертаційних досліджень опубліковано 9 наукових праць з яких 3 - у виданнях, визнаних ВАК України як фахові для даної спеціальності.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, пропозицій до виробництва, списку літератури, що налічує 190 найменувань. Робота викладена на 208 сторінках, в тому числі 133 сторінки основного тексту, 24 таблиці та 28 рисунків, та додатки на 23 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Умови ґрунтоутворення та агроекологічний стан ґрунтів Чернігівщини (аналітичний огляд). На підставі аналітичного огляду літературних джерел розглянуто особливості факторів ґрунтоутворення та структури ґрунтового покриву Чернігівщини (Гедройц К.К., 1928; Діброва О.Т., 1954; Самбур Г.М., Бойко Є.І., 1963; Скорина С.О., 1969 та інші).

Висвітлена ступінь впливу сучасного техногенезу і агровиробництва на загальний агроекологічний стан ґрунтів (Гринь Г.С., 1969; Булигін С.Ю., Можейко Г.О., Тимченко Д.О., 1998; Медведєв В.В., Лактіонова Т.М., 1998; Мельник А.І., 2002; Мельник А.І. та інші, 2003) та територіальну диференціацію поширення в них деградаційних процесів. Встановлена відсутність достатньо об'єктивної інформації, що характеризує сучасний агроекологічний стан досліджуваної території та віддзеркалює небезпеку наявності кризових ситуацій, а також географічне їх поширення.

Методика та зміст досліджень. Відбір ґрунтових зразків здійснено на території різних за структурою ґрунтового покриву господарств, які розташовано у Поліській, Лісостеповій та перехідній зонах з орного (0-25 см) і підорного (30-50 см) шарів ґрунту. Визначення показників буферності основних ґрунтових відмін Чернігівщини проведено за методикою, розробленою в Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН (м. Харків). Формалізацію у вигляді моделей та визначення основних оціночних показників кислотно-основної, фосфатної та калійної буферностей ґрунтів виконано з допомогою комп'ютерних програм, розроблених лабораторією меліорації ґрунтів та родючості ННЦ “ІГА ім. О.Н. Соколовського” за безпосередньої участі автора дисертації.

Визначення буферних властивостей проведено в зразках основних типів ґрунтів, що відібрані на ключових ділянках. Результати досліджень в цілому показали, що значення показників буферності залежать від генетичної природи ґрунту і характеризують його схильність до окультурювання чи деградації. Оцінки агроекологічного стану ґрунтів здійснювали за графічними моделями рН-, калій- і фосфат-буферності, що являють собою формалізовану реакцію ґрунту на зовнішні кислотні, лужні, калійні і фосфатні навантаження.

Згідно моделей визначали такі основні показники буферної здатності: позитивну і негативну буферні ємності (БЄ_П і БЄ_Н), що вимірювались за величиною площ СЕD і СGH (на прикладі моделі калій-буферності). Для зручності величину буферної ємності виражали не в одиницях виміру площі, а у відносних одиницях - балах, які розраховувались як відношення площі буферної ємності до еталонної площі GDF. Остання прийнята за 100 балів. Вона характеризує максимально можливу буферну ємність ґрунту. Співвідношення позитивної і негативної площ характеризує коефіцієнт буферної асиметричності (КБА). Загальну оцінку буферності (ЗОБ) визначали за позитивною буферною ємністю і коефіцієнтом буферної асиметричності, згідно формули:

ЗОБ = БЄ_П Ч (1 - | КБА | ) (1)

де ЗОБ - показник загальної оцінки буферності; БЄ_П - позитивна буферна ємність; КБА - коефіцієнт буферної асиметричності.

За атестованими методиками визначали також такі характеристики ґрунтів: гранулометричний склад за Качинським (ГОСТ 12536-79), загальний вміст органічної речовини за методом Тюріна (ГОСТ 26213-91), ємність вбирання та склад обмінних основ (ГОСТ 27821-88), форми актуальної кислотності - рН водний, рН сольовий та потенційна кислотність - НГ (ГОСТ 26423-85, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91), вміст рухомих форм заліза і алюмінію (R2O3) (ГОСТ 26485-85), зольність (ГОСТ 27784-88) та ступінь розкладу (в органогенних ґрунтах) (ГОСТ 10847-74).

Статистична обробка та регресійний аналіз даних виконано з використанням сучасних комп'ютерних програм.

Картографо-агроекологічний аналіз з попереднім умовним розподілом на “основні” та “другорядні” (допоміжні) інформаційні шари здійснювали на базі лабораторії “Геоінформаційних систем і технологій” Чернігівського державного інституту економіки і управління. Завдяки використанню специфічних функцій ГІС, а саме топологічного оверлею (зведення двох або декількох інформаційних шарів в один з утворенням нового), розроблено високоінформативний картографічний матеріал, аналіз якого дозволив більш точно і об'єктивно відобразити особливості сучасного агроекологічного стану ґрунтового покриву Чернігівщини та виявити зони з різним ступенем небезпеки агрогосподарювання.

Для створення геоінформаційної системи використано: дані масових грунтових обстежень Державного проектно-вишукувального центру “Родючість” в Чернігівській області за 1996-2000 роки - еколого-агрохімічні паспорти виробничих підрозділів підприємств області, що виготовлено на сільськогосподарські угіддя; дані суцільних радіологічних обстежень забрудненості сільськогосподарських угідь ізотопами ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs та ⁹⁰Sr, проведених обласною проектно-вишукувальною станцією хімізації сільського господарства за участю інших організацій в 1990-1993 роках.

У якості картографічної основи використано топографічну карту Чернігівської області з масштабом 1:50000 та ґрунтову - з масштабом 1:1,5 млн. Аналіз проведений з використанням стандартних програмних пакетів фірми ESRI - Arc View - 3.1 з модулями Spatial Analyst, Geoprocessing та програми Arc Info- 8.0 ліцензія ESRI Arc View GIS 3/x s/n 798481108646.

Результати досліджень

Агроекологічний стан ґрунтів та ґрунтового покриву Чернігівщини

Показники буферності як важливі критерії оцінки агроекологічного стану ґрунтів.

Під агроекологічним станом ґрунтів мається на увазі рівень сприятливості умов ґрунтового середовища для росту і розвитку сільськогосподарських культур, його забрудненості, який визначає урожайність та якість рослинницької продукції.

З метою підвищення об'єктивності агроекологічної оцінки ґрунтів використані, крім відомих основних характеристик (вміст гумусу, гранулометричний склад, кислотність, вміст рухомих форм основних елементів живлення рослин тощо), показники буферних властивостей ґрунтів. До них відносяться: показник буферної здатності (ПБЗ) - відношення величини добавок елементів (фосфору і калію) у ґрунт до зміни їх активності або концентрації; показники позитивної і негативної буферних ємностей (БЄ_П, БЄ_Н). Буферність характеризує здатність ґрунту протидіяти кислотним, лужним та удобрювальним навантаженням або, навпаки - чинити опір процесам виснаження ґрунту на елементи живлення.

Запропоновано новий комплексний оціночний показник буферної здатності ґрунтів (ЗОБ). Його застосування дає можливість характеризувати ґрунти відносно їх стійкості до кислотно-лужних впливів, іммобілізації та депонування елементів живлення рослин (фосфору і калію), їх мобілізації (вивільнення) зворотно у ґрунтовий розчин, а також здатність ґрунтової буферної системи повертатися у початковий стан після припинення зовнішніх навантажень у вигляді внесення добрив або меліорантів чи, навпаки, у випадку тривалої їх відсутності. У відповідності з теорією комплексних оцінок (Новик Ф.С., Арсов Я.Б., 1980; Гринченко Т.А., 1992; Гринченко Т.А., 1997; та ін.) зазначений показник являє собою додаток найбільш важливих складових проведення такої оцінки і в даному випадку враховує основні буферні характеристики ґрунтів (формула 1.).

Застосування показників буферності в доповненні до існуючих, традиційно вживаних характеристик ґрунтів, дозволяє:

· підвищити достовірність та об'єктивність оцінки агроекологічного стану ґрунтів;

· здійснювати діагностику за величиною їх стійкості до зовнішніх навантажень;

· прогнозувати напрям зміни агроекологічного стану ґрунтів у різних умовах агрогосподарювання;

· діагностувати можливий рівень виснаження ґрунтів та їх вторинного підкислення, попередньо встановивши параметри оптимальних режимів функціонування ґрунтів;

· розраховувати нормативи застосування добрив і хімічних меліорантів.

Використовуючи виключно тільки загальновживані методи аналізу ґрунтів у практиці агроекологічного моніторингу, ми не отримуємо достатньої інформації про динамічність зміни агроекологічного стану ґрунтів. У цьому аспекті використання методів визначення різних видів буферності відносно елементів родючості ґрунтів значною мірою підвищує точність їх агроекологічної оцінки.

Виходячи з цього, для агроекологічної оцінки ґрунтів нами використано основні показники кислотно-основної, фосфатної і калійної буферної здатності ґрунтів Чернігівщини.

Кислотно-основна рівновага ґрунтів. Дано характеристику кислотно-основного стану ґрунтового покриву Чернігівщини за показником рН сольовий. При цьому використано дані останнього туру агрохімічних обстежень земель. Для більш об'єктивної оцінки, як уже зазначалось, поряд із показником кислотності (рН сольовий) використані показники кислотно-основної буферної здатності ґрунтів.

Встановлено, що високі значення буферної ємності чорноземів, лучно-чорноземних, лучних легкосуглинкового і середньосуглинкового гранулометричного складу та органогенних ґрунтів притаманні як в кислотному, так і в лужному інтервалах навантажень (табл. 1). Тобто, цим ґрунтам властива висока здатність нейтралізувати дію як фізіологічно кислих, так і лужних добрив.

Невисокими буферними ємностями у кислотному і лужному інтервалах характеризуються дерново-підзолисті ґрунти грубої гранулометрії Полісся. При цьому більш вираженою для них є протилужна нейтралізуюча здатність. Проте для названих ґрунтів ненормовані лужні навантаження можуть виявитися агроекологічно небезпечними через можливість їх перевапнування саме внаслідок невисоких величин кислотно-основної буферної здатності. Дані явища можуть унеможливити отримання високих і якісних врожаїв таких районованих в цьому регіоні сільськогосподарських культур як льон, картопля та люпин.

Проміжне положення щодо стійкості кислотно-лужної рівноваги займають опідзолені різновиди лесових ґрунтів Лісостепу (чорноземи опідзолені легко- і середньосуглинкові) і лесових островів Полісся Чернігівщини (ясно-сірі і сірі супіщані) з кислою реакцією ґрунтового розчину та переважаючою лужною буферною ємністю. Більш високий вміст обмінних основ при однакових з дерново-підзолистими ґрунтами значеннях рН ґрунтового розчину забезпечують в них більш агроекологічно сприятливе для сільськогосподарських культур середовище.

Таблиця 1 Оціночні показники кислотно-основної буферної здатності ґрунтів ( 0-25 см )

Для більш повної агроекологічної оцінки кислотно-лужної рівноваги проведений кореляційний і регресійний аналізи між показниками рН-буферності та показниками інших ґрунтових характеристик у мінеральних безкарбонатних ґрунтах.

При цьому встановлено, що коефіцієнти множинної кореляції між БЄ_К і БЄ_Л, з одного, боку та показниками вмісту гумусу, фізичної глини, R₂O₃, сумою увібраних основ, рН сольовим, гідролітичною кислотністю, з другого, перевищують коефіцієнти парної кореляції між означеними характеристиками. Аналогічна закономірність спостерігається також у органогенних ґрунтах при встановленні взаємозв'язку між показниками кислотної і лужної буферних ємностей з одного боку та показниками зольності, ступеня розкладу органічної речовини, сумою увібраних основ, вмістом R₂O₃, рН водним - з іншого. Так, у випадку з мінеральними ґрунтами значення коефіцієнтів парних кореляцій r залежно від показника, у відповідності з вищенаведеними показниками властивостей становлять 0,51; 0,42; 0,62; 0,32; 0,07; 0,46; (для лужної буферної ємності) та 0,85; 0,70; 0,52; 0,74; 0,74; -0,37 (для кислотної буферної ємності). В той час, як значення коефіцієнтів множинної кореляції R лужної та кислотної буферних ємностей з зазначеними показниками істотно вищі - відповідно 0,88 та 0,90. В органогенних ґрунтах значення коефіцієнту множинної кореляції становлять відповідно 0,73 (для лужної ємності) та 0,98 (для кислотної ємності).

Виявлено, що низькі значення показників загальної оцінки буферності відносно зрушення кислотно-основної рівноваги мають дерново-підзолисті ґрунти легкої гранулометрії Полісся, тоді як ґрунти більш важкого гранулометричного складу Лісостепу та низинні торф'яники, характеризуються високими їх значеннями (табл. 1).

Установлено, що під впливом окультурювання буферні властивості дерново-підзолистих ґрунтів істотно покращуються. При цьому показник загальної оцінки (ЗОБ) рН-буферності помітно збільшується.

Таким чином, показники кислотно-основної буферності ґрунтів дозволяють більш різнобічно оцінювати їх агроекологічний стан відносно кислотно-лужних навантажень та значно ґрунтовніше прогнозувати можливі його зміни.

Фосфатний і калійний стан ґрунтів. Аналогічно кислотно-основному стану ґрунтів, фосфатний і калійний стани також оцінювали не тільки за вмістом в ґрунтах рухомих форм фосфору і калію, але й за показниками їх буферності відносно названих елементів. Узагальнення масових даних агрохімслужби з визначення рухомих форм калію і фосфору в ґрунтах Чернігівщини станом на 1996-2000 роки та складання відповідних картосхем показали, що значна частина ґрунтів Чернігівського Полісся збіднена на ці поживні речовини. Проте, одна лише інформація про вміст рухомих форм калію і фосфору не повністю характеризує агроекологічний стан ґрунтів відносно названих елементів через відсутність характеристики стійкості його зміни. Це пов'язане з тим, що в одних типах ґрунтів одна й та ж кількість поживних елементів у ґрунтовому розчині, виявлена на момент відбору зразку, може значно зменшуватись з часом, а в інших, навпаки, знаходитись достатньо тривалий період на сталому рівні, забезпечуючи сприятливий поживний режим для сільськогосподарських культур. Крім того, методи аналізу (за Кірсановим та Чиріковим), за допомогою яких визначали рухомий фосфор, дають істотні похибки і не завжди об'єктивно відображають реальну картину забезпеченості рослин цим елементом, особливо на вапнованих кислих ґрунтах та багатих обмінними основами чорноземах. Недосконалість існуючих методів детально обґрунтована в роботах А. О. Христенко (1999, 2001, 2003).

Виходячи з цього, за основу при діагностуванні рівня забезпеченості рослин фосфором і калієм нами прийнятий “фактор інтенсивності”, який визначається у витяжці нейтральної солі (0,01М і 0,02 М CaCl₂) за методом Скофілда.

Як показують наші дослідження, характерною особливістю фосфат-буферних властивостей більшості мінеральних та деяких торф'яних ґрунтів є істотне переважання позитивної буферної ємності над негативною, що свідчить про високу здатність ґрунту фіксувати фосфор і низьку - переводити фосфатні іони із твердої фази до ґрунтового розчину (табл. 2).

Установлено, що позитивна фосфат-буферна ємність, а значить і здатність ґрунтів фіксувати рухомий фосфор, у мінеральних ґрунтів підвищується залежно від вмісту гумусу з кореляцією (r = 0,68), фізичної глини (r = 0,55), суми увібраних основ (r = 0,54), вмісту полуторних окислів (r = 0,46) та величини актуальної кислотності (r = 0,53).

Проведено порівняння коефіцієнту множинної кореляції між іммобілізаційною буферною ємністю та іншими показниками мінеральних грунтів, а саме вмістом гумусу, R₂O₃, фізичної глини, актуальною кислотністю (рН сольовий), сумою увібраних основ, гідролітичною кислотністю з коефіцієнтами парних кореляцій між зазначеними показниками. Установлено, що множинний коефіцієнт, як правило, істотно вищий за коефіцієнти парних кореляцій названих показників (R = 0,72). Це свідчить про зумовленість здатності ґрунтів депонувати сполуки рухомого фосфору сумісною дією декількох чинників і пояснює відносно невисокі значення коефіцієнтів парної кореляції між означеними показниками.

Таблиця 2 Оціночні показники фосфат- та калій-буферних властивостей ґрунтів ( 0-25 см)

Встановлено, що найбільш високою оцінкою фосфат-буферної здатності характеризується органогенний (торф'яний) евтрофний ґрунт завдяки високому вмісту органічних речовин, слабокислому середовищу та низькій зольності. Даний ґрунт може слугувати еталоном оптимальності агроекологічного стану відносно умов фосфатного живлення рослин. При цьому буферна система торф'яного ґрунту оптимально функціонує як у напрямі депонування фосфору, так і в напрямі його мобілізації або переходу зворотно у ґрунтовий розчин.

Загальна оцінка фосфат-буферності як інтегральний показник, що визначений в балах, найбільш висока серед мінеральних ґрунтів в опідзолених лесових ґрунтах з слабокислим середовищем, легко- і середньосуглинковим гранулометричним складом (табл. 2). Зі зниженням вмісту фізичної глини, а також при зменшенні значення показника гідролітичної кислотності загальна оцінка фосфат-буферності незначно знижується.

Аналіз створеного на основі показників фосфат-буферності ґрунтів Чернігівщини відповідного картографічного матеріалу, який представлений у дисертаційній роботі, дозволив територіально визначити ареали поширення різних за агроекологічною цінністю ґрунтових відмін відносно їх фосфатної функції. А використання для оцінки агроекологічного стану ґрунтів показників фосфат-буферності дозволяє в значній мірі підвищити достовірність такої оцінки.

Дослідження калій-буферних властивостей основних типів ґрунтів Чернігівщини показали істотну різницю в їх значеннях (величинах). Встановлено, що дерново-підзолисті зв'язно-піщані та супіщані ґрунти з низьким рівнем актуальної кислотності (в межах 5,0-5,4 одиниць) мають низьку іммобілізаційну буферну здатність і, як наслідок, погано утримують калій в твердій фазі ґрунту (табл. 2). Тому існує велика вірогідність непродуктивних втрат рухомого калію через вимивання у підгрунтові води, особливо в умовах відсутності рослинного вкриття. Більш високими показниками калій-буферної ємності відзначаються ясно-сірі та сірі лісові ґрунти, що обумовлено більш високим вмістом у цих ґрунтах фізичної глини.

Здатність депонувати іони калію значно зростає в ґрунтах чорноземного типу та лучних ґрунтах легко- та середньосуглинкового гранулометричного складу, де значення позитивної буферної ємності коливаються в межах 11,7-30,3 балів. Коефіцієнти парної кореляції показника буферної ємності з вмістом у ґрунтах фізичної глини і мулу становлять відповідно - r = 0,91 та r = 0,84. Крім гранулометричного складу, встановлено кореляцію показників калій-буферної ємності з вмістом гумусу - r = 0,84, величинами вмісту увібраних основ - r = 0,94 та показника реакції ґрунтового середовища - r = 0,57. При цьому значення множинного коефіцієнту кореляції цього показника, з одного боку, та величинами вмісту гумусу, полуторних окислів, фізичної глини, увібраних основ, показниками актуальної і потенціальної кислотності - з іншого, є доволі високим і становить R = 0,98.

Негативною ознакою чорноземних ґрунтів є високий коефіцієнт буферної асиметричності, що знижує загальну оцінку калій-буферної здатності цих ґрунтів (табл. 2).

Специфічною особливістю відносно калій-буферних властивостей характеризуються торф'яні ґрунти. Не дивлячись на надто низькі валові запаси калію в цих ґрунтах, вони відзначаються високою калійною функцією (здатністю ґрунту забезпечувати рослини живильним калієм). Вказана особливість обумовлює високу ефективність на цих ґрунтах калійних добрив (Трускавецький Р.С., Дудинець Ф.Н., Вознюк С.Т. та ін.).

Агроекологічну оцінку ґрунтів відносно фосфору і калію, таким чином, необхідно здійснювати не тільки за традиційними показниками вмісту їх рухомих форм, зокрема “фактору інтенсивності”, а обов'язково використовувати основні показники буферної здатності ґрунтів відносно названих елементів. Крім того, показники буферних властивостей є характерними для кожного різновиду ґрунтів і можуть слугувати додатковим критерієм їх генетичної ідентифікації.

Гумусовий стан ґрунтів. За даними Мельника А.І. і Шабанової І.І. (1993), вміст гумусу в орному шарі ґрунтів Чернігівщини останніми роками помітно зменшився. Водночас, за результатами останнього туру агрохімічних обстежень встановлено, що вміст гумусу в ґрунтах останнім часом стабілізувався. На ґрунтах лесових островів спостерігається незначне збільшення його вмісту (+ 0,17 %), а в Лісостеповій частині відстежується тенденція до зменшення вмісту гумусу в межах 0,07 - 0,13%. Проте, наведені значення не виходять за межі достовірної різниці, що засвідчує відсутність чіткої закономірності в динаміці змін гумусового стану. Водночас, диференціація ґрунтового покриву за валовими запасами гумусу чітко виражена, що ілюстровано в дисертації відповідною картосхемою. За запасами гумусу найбільш несприятлива агроекологічна ситуація характерна для ґрунтового покриву піщаних надзаплавних терас Дніпра, Десни, Сейму і інших рік, а також моренно-зандрових і зандрових рівнин Чернігівського Полісся. За результатами картографо-аналітичної оцінки виявлений підковоподібний ареал найбільш високих запасів гумусу в південно-східному регіоні Чернігівської області, тобто за гумусовим станом на даній території поширений найбільш потужний земельно-ресурсний потенціал Чернігівщини.

Радіаційне забруднення ґрунтів та його агроекологічна небезпека. При проведенні оцінки агроекологічного стану ґрунтів Чернігівщини нами здійснений аналіз рівнів радіонуклідного забруднення, без якого дана оцінка була б неповною. Вплив радіонуклідного забруднення на ґрунтовий покрив Чернігівщини вивчався на основі узагальнення існуючих фондових матеріалів з урахуванням фізичного розпаду радіонуклідів за відомою рекомендованою формулою (Пристер Б.С., Лощилов Н.А, Немец О.Ф., Поярков В.А. та ін., 1991). Значна частина території Чернігівської області зазнала техногенного впливу різного ступеня інтенсивності, за виключенням невеликих ділянок сільськогосподарських угідь Лісостепової її частини.

Встановлення земельних територій, на яких існує різний рівень агроекологічної небезпеки відносно забруднення сільськогосподарської продукції радіоцезієм, також здійснювалось нами з використанням ГІС-технологій, зокрема функцій топологічного оверлею. Небезпека забруднення рослин радіонуклідами визначається не тільки безпосередньо щільністю забруднення ґрунтів, але й основними показниками ґрунтів, що суттєво впливають на інтенсивність накопичення радіонуклідів у рослинницькій продукції, зокрема для ¹³⁷Cs використано рівень кислотності та забезпеченість калієм. Ці фактори визначають рівень транслокації радіоцезію у рослини за інших рівних умов. Тому інтегральну картосхему створено накладанням на основний (пріоритетний) інформаційний шар (щільність забруднення) допоміжних шарів і, таким чином, отримано картосхему небезпеки забруднення сільськогосподарської продукції радіоцезієм.

Дана картосхема відображає ареали з різним ступенем небезпеки агрогосподарювання відносно радіоцезію. Різні рівні небезпеки оцінено у балах у межах відповідних градацій. Виділені райони з трьома рівнями небезпеки агрогосподарювання враховують не тільки радіаційне забруднення, але й показники ґрунтового середовища, які впливають на інтенсивність накопичення радіонуклідів в рослинах. Для стронцію такими показниками є вміст гумусу в ґрунтах і рівень кислотності ґрунтового розчину, що в роботі ілюструється відповідною картосхемою.

Забруднення грунтів важкими металами та його агроекологічна небезпека. Агроекологічний стан ґрунтового покриву істотно погіршується внаслідок забруднення важкими металами. Цей фактор не завжди враховується при якісній оцінці земель. Нами здійснено картографо-аналітичну оцінку ґрунтового покриву Чернігівщини за величинами концентрації рухомих форм важких металів. Використано дані агрохімічної служби про вміст таких важких металів: мідь, кобальт, цинк, свинець. На основі цієї інформації розроблено відповідні картосхеми з використанням ГІС-технологій. Отримано дрібномасштабні картосхеми як для кожного елементу, так і синтетичну за накладанням окремих інформаційних шарів (картосхема 4-х елементів - Pb, Cu, Co, Zn).

Попередньо здійснено групування ґрунтів за вмістом важких металів, сутність якого полягає в порівнянні фактичного вмісту елементів з середнім природнім їх вмістом (запозичено з методичних рекомендацій за редакцією Созінова О.О. і Прістера Б.С., 1994). За їх градацією виділено вісім рівнів вмісту важких металів. Виконаний аналіз показує, що ґрунтовий покрив у межах Чернігівщини характеризується чіткою диференціацією лише за п'ятьма рівнями вмісту важких металів: менший за середній природний, на рівні його, вищий за його рівень (слабке, помірне та середнє забруднення). Відсутні високий, надто високий, катастрофічний рівні. Найбільш поширені ареали з вмістом міді середнім і меншим за середній природний вміст. За кобальтом відмічається найбільш поширене слабке (41 %) та помірне забруднення; за цинком виявлено переважання дефіциту та рівня середнього природного вмісту; свинцеве забруднення ґрунтів виявлено на рівні слабкого та помірного забруднення, тобто аналогічно кобальту.

Встановлено ділянки ґрунтового покриву Чернігівщини з вмістом важких металів, меншим за середній природний. В основному, це ґрунти північної та західної частин поліської та західної частин поліської зони області.

Наведений в роботі картографічний матеріал свідчить, що незважаючи на порівняно більш високі значення вмісту важких металів у ґрунтах Лісостепової частини Чернігівщини в порівнянні з Поліською, небезпека їх негативного впливу на рослини є менш вираженою, зважаючи на більш сприятливі кислотно-основні умови ґрунтового середовища.

Загальна оцінка агроекологічного стану ґрунтового покриву Чернігівщини. З метою встановлення рівня оптимальності основних показників ґрунтової родючості, на основі розробленої картографо-інформаційної системи оцінки агроекологічного стану грунтового покриву Чернігівщини з використанням окремих картосхем вмісту в ґрунтах гумусу, фосфору, калію та рівня рН, в роботі розроблено інтегральну картосхему, що характеризує сучасну небезпеку цього стану за основними (названими) показниками родючості ґрунтів.

Картосхема засвідчує, що значна частина сільськогосподарських угідь Чернігівського Полісся має незадовільний агроекологічний стан (виражено у відносних балах) через підвищений рівень кислотності ґрунтів та низький вміст гумусу. Задовільним та добрим станом за сукупною кількістю балів характеризуються ґрунти, які поширені у лісостеповій частині Чернігівщини та перехідній зонах Чернігівщини (між Поліссям і Лісостепом).

Загальна агроекологічна оцінка ґрунтового покриву Чернігівщини відображена на інтегральній картосхемі. Дана картосхема поєднує окремі агроекологічно значимі ареали синтетичних картосхем: стану родючості та рівня вмісту важких металів і індивідуальних - щільності забруднення ґрунтів за цезієм і стронцієм. Крім того, у інтегральну картосхему додано дані проявів інших деградаційних процесів, що мають місце на землях Чернігівщини і які не були безпосереднім предметом наших досліджень. Ці дані запозичено з літературних та фондових матеріалів ґрунтових обстежень земельних угідь Чернігівщини. агроекологічний ґрунтовий чернігівщина

Дана інтегральна картосхема дозволила об'єктивно оцінити агроекологічний стан ґрунтового покриву за окремими видами деградації. Інтеграція картографо-аналітичних оцінок і створення інтегральної картосхеми дало можливість виявити земельні ділянки з наявністю комплексу негативних явищ, високий рівень розвитку яких створює кризові агроекологічні ситуації на окремих територіях Чернігівщини, а також оцінити загальний агроекологічний стан ґрунтового покриву в різних регіонах області.

Особливо агроекологічно нестабільними є ґрунти Придніпровської (західної) частини Чернігівщини з високою щільністю забруднення радіоцезієм й радіостронцієм та поширенням на цій території дефляційних процесів, а також північна й північно-східна частини регіону з забрудненням ґрунтового покриву ¹³⁷Cs та наявністю великих площ ґрунтів з низькою оцінкою рівня ґрунтової родючості. На вказаних територіях небезпека агрогосподарювання пов'язана як з несприятливою радіологічною ситуацією на ґрунтовому покриві, так й з проявом дестабілізуючих чинників, які значно підсилюють цю небезпеку.

Шляхи покращання агроекологічного стану ґрунтів Чернігівщини

Отримані нами картографічні матеріали, що віддзеркалюють фактичний стан ґрунтового покриву Чернігівщини, слугують основою для розробки диференційованих заходів з покращання агроекологічного стану ґрунтів області. Розроблені картосхеми слід розглядати як вихідний матеріал для реалізації меліоративних, агротехнічних і інших заходів з окультурювання земель, охорони та раціонального використання ґрунтів Чернігівщини.

До першочергових заходів з покращання агроекологічного стану ґрунтів необхідно віднести недопущення подальшого забруднення ґрунтів внаслідок шкідливого впливу об'єктів нафто- і газовидобувної і переробної промисловості в південній частині Чернігівщини.

Зважаючи на наявність на території області ґрунтів, забруднених різними полютантами, за наявності підсилюючих та дестабілізуючих факторів, які підвищують небезпеку їх впливу на якість рослинницької продукції, пропонується здійснювати диференційований й комплексний підходи до планування заходів з послаблення їх негативного впливу.

На агроекологічно нестабільних ділянках раціонально скоротити площі орних земель шляхом їх переведення в екологічно стабільні угіддя (сіножаті, пасовища) з впровадженням реабілітаційних заходів. На решті ріллі покращити агроекологічний стан можна шляхом коригування існуючих сівозмін, тобто включення до їх структури відносно індиферентних до забруднення полютантами сільськогосподарських культур. Оптимізації поживного та кислотно-основного режимів ґрунтів та покращання їх буферних механізмів також належить важливе значення в стабілізації агроекологічного стану ґрунтового покриву. В цьому відношенні перспективним є спосіб локального окультурювання ґрунтів, який розроблений в ННЦ ІГА ім. О.Н. Соколовського з нашою участю у проведенні виробничої апробації в дослідному господарстві “Прогрес” Чернігівського інституту агропромислового виробництва.

Внесення до ґрунту комплексного органо-мінерального добрива-меліоранту дозволяє сформувати агроекологічно значимий ґрунтовий буферний механізм відносно фосфору і калію, а також знизити вірогідність транслокації полютантів у рослини за відносно незначної технологічної собівартості цього заходу. З метою заощадження коштів при заготівлі комплексних добрив доцільно використовувати природно-ресурсний потенціал Чернігівщини - місцеві торфові та вапняні родовища (“Замглай”, Новгород-Сіверське та ін.).

На виявлених нами агроекологічно небезпечних земельних територіях Чернігівщини у першочерговому порядку рекомендовано в системі моніторингу ґрунтів використовувати показники їх буферної здатності, а також розроблену нами картосхему загального агроекологічного стану ґрунтів Чернігівщини.

На дефляційно небезпечних ділянках ґрунтового покриву, що зазнали інтенсивного радіаційного забруднення та забруднення важкими металами, рекомендується проводити комплекс протидефляційних заходів, що істотно зменшить вірогідність дестабілізації агроекологічного стану прилеглих і віддалених від них земельних ділянок.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено методологію та результати картографо-аналітичної оцінки агроекологічного стану ґрунтового покриву Чернігівщини, які отримано на основі узагальнення фондових і літературних даних та результатів власних експериментальних досліджень, а також висвітлено питання підвищення якості цієї оцінки та її прикладне значення.

Методологія картографо-аналітичної оцінки агроекологічного стану ґрунтів і ґрунтового покриву базується на застосуванні найбільш значимих показників, що характеризують цей стан та на основі вивчення їх взаємообумовленості та можливості географічно встановити різні за небезпекою агрогосподарювання території. Важливою складовою методології є використання засобів геоінформаційних технологій (Arc View - 3,1, Arc Info - 8,0), а також специфічної функції геоінформаційних систем - топологічного оверлею.

Комплексна картографо-аналітична оцінка проведена за такими ґрунтовими показниками: рівень кислотності ґрунтів, вміст рухомих форм поживних елементів (фосфору і калію), загальний вміст гумусу, рН-, фосфат- і калій-буферні властивості ґрунтів, щільність забруднення грунтів радіоцезієм та радіостронцієм, вміст важких металів - міді, кобальту, цинку, свинцю. Дана оцінка включає як індивідуальні (побудовані за кожним окремим показником), так і різного роду інтегральні та узагальнену картосхеми агроекологічного стану ґрунтового покриву. Остання відображає просторову диференціацію рівнів сприятливості ґрунтового покриву для вирощування сільськогосподарських культур.

Доведено доцільність використання в агроекологічній оцінці показників буферної здатності ґрунтів на прикладі кислотно-основної, фосфатної і калійної функцій ґрунтів.

Установлено, що найбільш екологічно вразливими територіями за небезпекою накопичення радіонуклідів у рослинницькій продукції є західна та північно-західна частини Чернігівщини з поширеними в цих районах дерново-підзолистими ґрунтами зі слабо-, середньо- та сильнокислою реакцією ґрунтового середовища (рН сольовий 3,8-5,7), легким гранулометричним складом, низьким рівнем природної родючості та найбільшою щільністю забруднення ґрунтового покриву радіонуклідами. До менш вразливих до радіаційного забруднення відносяться ґрунти Лісостепу Чернігівщини - чорноземи, лучно-чорноземні, лучні ґрунти легко- та середньосуглинкового гранулометричного складу.

Значна частина ґрунтового покриву Чернігівщини відноситься за вмістом важких металів до категорії дефіцитних, перш за все, ґрунти північного Полісся. Проте, мають місце явища локального забруднення важкими металами ґрунтів Придніпровської частини Полісся (дерново-підзолисті та ясно-сірі легкої гранулометрії) спричинені, переважно, факторами агрогенного характеру.

За показниками буферної ємності кислотного та лужного інтервалів встановлено, що кислотно-основна рівновага найбільш стійка в чорноземних та органогенних ґрунтах з нейтральною реакцією ґрунтового середовища. Зрушення кислотно-основної рівноваги у лужний бік підвищує кислотну буферну ємність і знижує лужну. При цьому загальна буферна ємність залишається, як правило, без зміни. Величини буферних ємностей в кислотному та лужному інтервалах (БЄ_К, БЄ_Л) і показника загальної оцінки буферності (ЗОБ) засвідчили про високий рівень піддатливості як до підкислення, так і до підлуження дерново-підзолистих та ясно-сірих лісових ґрунтів зв'язно-піщаного і супіщаного гранулометричного складу (коливання становлять: БЄ_Л = 6,4 - 28,7, БЄ_К = 2,9 - 8,4, ЗОБ = 5,8 - 16,8). Для лучних, лучно-чорноземних ґрунтів та чорноземів названі параметри буферних ємностей істотно вищі (БЄ_Л = 32,5 - 42,7, БЄ_К = 15,9 - 54,7, ЗОБ = 37,8 - 55,2).

Установлено, що характерною особливістю фосфат-буферних властивостей більшості мінеральних та торфових алкалітрофних ґрунтів є високий коефіцієнт буферної асиметричності, як правило, відсутність мобілізаційної ємності, а також середній ступінь парної кореляції в мінеральних ґрунтах показника БЄ_П з показниками вмісту гумусу, фізичної глини, суми увібраних основ та величини актуальної кислотності, відповідно r = 0,68, r = 0,55, r = 0,54, r = 0,53.

Установлено, що здатність депонувати калій підвищується у напрямку від ґрунтів легкої гранулометрії Полісся (дерново-підзолисті й ясно-сірі зв'язно-піщані та супіщані) до ґрунтів більш важкого гранулометричного складу Лісостепу Чернігівщини (чорноземи, лучні, лучно-чорноземні легко- і середньосуглинкові). Коефіцієнти парної кореляції показника буферної ємності з іншими показниками становлять: з вмістом фізичної глини r = 0,91, із мулом r = 0,84, гумусом r = 0,84, увібраних основ r = 0,94.

Для оцінки стійкості функціонування ґрунтів, їх агроекологічного стану та рівня окультуреності доцільно використовувати показник загальної оцінки буферності (ЗОБ), розрахунок якого обґрунтовано вперше. Значення коефіцієнту множинної регресії цього показника в мінеральних ґрунтах, з одного боку, з вмістом гумусу, полуторних окислів, фізичної глини, рН сольовим, сумою увібраних основ та потенційною кислотністю ґрунтів - з іншого, становить для рН-буферності R = 0,95, для фосфат-буферності R = 0,90, для калій-буферності R = 0,96. Значення коефіцієнту сумарної регресії показника ЗОБ з показниками: зольності, ступеню розкладу, вмістом карбонатів, сумою полуторних окислів, рН водним у органогенних ґрунтах становлять для рН-буферності R = 0,82, для фосфат-буферності R = 0,94, для калій-буферності R = 0,97.