Фітоіндикація початкових етапів ґрунтогенезу на рекультивованих землях Нікопольського марганцеворудного басейну

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

03.00.16 - екологія

УДК 631.48:631.618

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Фітоіндикація початкових етапів грунтогенезу на рекультивованих землях Нікопольського марганцеворудного басейну

Бабенко Михайло

Григорович

Дніпропетровськ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики та продовольства України.

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор

Забалуєв Віктор Олексійович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, професор кафедри ґрунтознавства та охорони ґрунтів ім. М.К. Шикули

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Звірковський Василь Миколайович,

Дніпропетровський національний університет, професор кафедри геоботаніки, ґрунтознавства і екології кандидат сільськогосподарських наук Кулініч Віктор Васильович, ТОВ «Призма», в.о. директора.

Захист відбудеться «__» _________ 2011 року о _____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.804.02 у Дніпропетровському державному аграрному університеті за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25, корпус 1, конференц-зал (ауд. 342).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпропетровського державного аграрного університету за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25.

Автореферат розісланий 31 травня 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.О. Мицик

Актуальність теми. Фундаментальні дослідження з сільськогосподарської рекультивації порушених земель у степовій зоні України, проведені М.О. Бекаревичем, М.Т. Масюком, І.Х. Узбеком, І.П. Чабаном, В.О. Забалуєвим та ін., заклали наукові основи сучасного уявлення про функціонування агроекосистем у посттехногенних ландшафтах.

Дослідження швидкості і спрямованості ґрунтогенезу в едафотопах, сформованих із потенційно-родючих гірських порід без покриття їх родючим шаром ґрунту, є актуальними при формуванні ґрунтових конструкцій (техноземів за Л.В. Єтеревською, 1984) для регіонів зі значними площами порушених земель, у т.ч. для Нікопольського марганцеворудного басейну - найбільшого родовища марганцю у Європі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати експериментів, які викладені в дисертації, є складовою частиною досліджень кафедри екології та ґрунтознавства Дніпропетровського державного аграрного університету (НТП "Продовольство-95" за темою "Вдосконалення системи створення і використання рекультивованих земель в техногенних ландшафтах степової зони України" (№ д.р. 0194U021015); НТП 01.04 "Охорона і відтворення земельних ресурсів" за темою "Технологія біологічного відновлення і підвищення родючості порушених гірничими роботами земель на ранніх етапах рекультивації у степовій зоні" (№ д.р. 0196U021023).

Мета і завдання дослідження. Мета - дослідити агроекологічні чинники формування родючості і морфологічних ознак техноземів, сформованих із різних за літологічним складом розкривних гірських порід і гумусованого шару зонального ґрунту за тривалого сільськогосподарського використання рекультивованих земель в умовах південного Степу України. Для вирішення поставленої мети були сформульовані такі задачі:

· визначити едафічні характеристики субстратів основних розкривних гірських порід Нікопольського марганцеворудного басейну і зонального ґрунту, субстрати яких використовують для формування техноземів;

· дослідити кількісні і якісні зміни ресурсів біофільних елементів у профілі різноякісних за літогенним складом конструкціях техноземів за їх тривалого біологічного освоєння і сільськогосподарського використання;

· дослідити формування родючості у профілі моделей техноземів з різним літологічним складом, які протягом тривалого часу знаходяться у сільськогосподарському використанні;

· використовуючи продуктивність тест-рослин з різними еколого-трофічними вимогами до едафічного середовища, встановити рівень родючості різноякісних техноземів та її розподіл у профілі;

· дослідити тенденції формування морфологічних ознак у профілі різноякісних техноземів за тривалого сільськогосподарського використання;

· встановити вплив різноякісних за літологічним складом та тривалістю біологічного освоєння техноземів на хімічний склад надземної фітомаси тест-рослин.

Об'єктом дослідження є процес грунтогенезу, формування якісних і кількісних змін у профілі літогенно різноякісних техноземів за тривалого сільськогосподарського використання.

Предмет дослідження - різноякісні моделі техноземів, сформовані лесоподібними суглинками (плейстоцен), сумішшю червоно-бурих глин і суглинків (пліоцен), сіро-зеленими мергелястими глинами (міоцен), а також родючим шаром ґрунтової маси чорнозему південного (голоцен); зміна їх профільної родючості при тривалому сільськогосподарському використанні.

Методи дослідження базуються на вченні В.В. Докучаєва, О.О. Роде, І.А. Соколова, В.О. Таргульяна про ґрунтогенез. Для вирішення поставлених на вивчення завдань застосовували методи: польового експерименту, що дає змогу отримати максимально точну картину змін властивостей досліджуваних техноземів; лабораторний - для визначення фізико-хімічних і агрохімічних показників техноземів; математико-статистичний - для визначення достовірності отриманих результатів досліджень; порівняльно-розрахунковий - для визначення еколого-енергетичної ефективності грунтогенезу у різних за літогенною основою моделях техноземів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в умовах південного Степу України встановлені особливості сучасного грунтогенезу в техноземах, сформованих з потенційно родючих гірських порід плейстоцен-міоценового геологічного віку за їх тривалого сільськогосподарського використання. Розширено уявлення про первинні процеси сучасного грунтогенезу в посттехногенних ландшафтах. Одержало подальшого розвитку уявлення про родючість та можливості ефективного господарського використання потенційно родючих гірських порід при біологічній рекультивації порушених земель.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати досліджень дають уявлення про формування рівня родючості техноземів з різноякісною літологічною основою без використання родючого шару ґрунту, що дозволяє оцінювати і прогнозувати можливості подальшого сільськогосподарського використання у якості спеціальних моделей (літоземів) або формування універсальної моделі технозему шляхом покриття їх гумусованим шаром ґрунтової маси чорнозему південного після стабілізаційно-фітомеліоративного періоду.

Результати досліджень використані при розробці проектів рекультивації порушених земель для Орджонікідзевського і Марганецького гірничо-збагачувальних комбінатів, інших посттехногенних ландшафтів південного Степу України, а також у навчальному процесі при вивченні дисциплін “Ґрунтознавство”, “Агроекологія”, “Охорона та відтворення родючості ґрунтів”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійних досліджень дисертанта, що проводилися протягом 1989-2009 рр. Особисто автором виконані польові, вегетаційні та лабораторні дослідження, систематизована і проаналізована отримана наукова інформація, сформульовано висновки. Наукові праці за результатами досліджень опубліковано автором одноосібно та у співавторстві.

Апробація результатів дослідження. Основні результати досліджень доповідались на міжнародних науково-практичних конференціях «Земельні ресурси України: рекультивація, раціональне використання та збереження» (Дніпропетровськ, 1996); “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель” (Дніпропетровськ, 2001 р.), "Відновлення порушених природних екосистем" (Донецьк, 2002); “Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання рекультивація, охорона” (Дніпропетровськ, 2003), “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів” (Дніпропетровськ, 2003); «Раціональне землевикористання рекультивованих та еродованих земель: досвід, проблеми, перспективи» (Дніпропетровськ, 2006); «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель» (Екатеринбург, 2007), на щорічних наукових конференціях Дніпропетровського державного аграрного університету (1997-2009 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 наукових праць, з яких 4 статті у виданнях, затверджених ВАК як фахові.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, огляду літератури, опису природно-кліматичних умов та методики досліджень, трьох розділів з описанням результатів власних досліджень, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, додатків.

Дисертаційна робота викладена на 184 сторінках тексту комп'ютерного набору, з яких 138 сторінок ? основний текст. В роботі 34 таблиці, 12 малюнків. Бібліографія налічує 233 джерела, з них 27 - латиницею. Додатки викладені на 22 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

СТАН ВИВЧЕННЯ ПРОБЛЕМИ (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

У першому розділі приведено аналітичний огляд попередніх досліджень різних авторів з ґрунтогенезу на непорушених, посттехногенних і рекультивованих територіях, на основі якого зроблено висновок, що на сьогодні встановлені географічні закономірності ґрунто- та гумусоутворення, досліджено біохімію процесів гуміфікації і гуміфіксації, доведена роль гумусу в формуванні родючості зональних ґрунтів різного походження і грунтоподібних конструкцій у посттехногенних ландшафтах.

Показано, що рівень природної родючості обумовлений процесом ґрунтогенезу, який трансформує літогенні склад та властивості материнської породи у конкретні ґрунти. Разом з тим недостатньо дослідженими залишаються процеси формування профільної родючості у техноземах з різною літологічною основою за сільськогосподарського використання рекультивованих земель в умовах степової зони України та можливості їх прискорення.

Аналіз літературних джерел дозволив визначити невирішені або суперечливі питання щодо грунтогенезу на рекультивованих землях, обґрунтувати напрямок, мету і задачі наших досліджень.

Умови ТА МЕТОДИКА проведення досліджень

Дослідження проводили на науково-дослідному стаціонарі з рекультивації порушених земель Дніпропетровського державного аграрного університету та Орджонікідзевського гірничо-збагачувального комбінату, створеному на порушених землях Нікопольського марганцеворудного басейну (південний Степ).

Об'єкт досить добре і всебічно вивчений у геоботанічному, ґрунтово-геоморфологічному і сільськогосподарському аспектах.

Кліматичні умови території формуються під впливом Атлантичного океану і Середземного моря та Євразійського континенту. Середньорічна температура повітря +8,8...9,1оС, випаровування з відкритої водної поверхні 730...770 мм, сума атмосферних опадів 420...450 мм.

Основними обмежуючими екологічними чинниками для рослинності є дефіцит вологи і високі літні температури. Середньорічний ГТК становить 0,63...0,86. Тривалість вегетаційного періоду 175...205 днів з сумою активних температур 3100...3500оС.

За геоботанічним районуванням територія Нікопольського марганцеворудного басейну належить до зони справжнього степу, перехідної смуги від дерновинно-злакової багаторізнотравної до дерновинно-злакової біднорізнотравної рослинності.

Основними ґрунтами є чорноземи південні малогумусні важкосуглинкові і легкоглинисті на лесах повнопрофільні і еродовані.

Геологія. Нижче ґрунтового покриву (голоцен) залягають лесоподібні (плейстоцен) і червоно-бурі (пліоцен) суглинки, які потужністю до 7-12 м займають усю територію вододілів. З глибини 7-12 м залягають пліоценові червоно-бурі глини, під якими - міоценові сіро-зелені мергелясті й темно-сірі сланцюваті відкладення. На терасах зустрічаються постпліоценові древньоалювіальні піски. Покрівля марганцевого пласта з глибини 60-90 м представлена олігоценовими вохристо-зеленими, зеленими та темно-сірими глинами.

Методика дослідження. Вегетаційні і польові експерименти та лабораторні аналізи проводили відповідно до існуючих методик і державних стандартів, прийнятих у ґрунтознавстві і екологічних дослідженнях. У вегетаційних дослідах вивчали формування профільної родючості і морфологічних ознак у техноземах, сформованих з різноякісних техногенних сумішей потенційно-родючих розкривних гірських порід Нікопольського марганцеворудного басейну: 1 ? лесоподібних суглинків; 2? суміші червоно-бурих глин і суглинків; 3 ? сіро-зелених мергелястих глин, які протягом тривалого часу (понад 25 років) піддавались цілеспрямованому фітомеліоративному впливу шляхом насичення агросукцесій багаторічними бобовими і бобово-злаковими багаторічними агроценозами.

Для порівняння використовували субстрати гірських порід, відібрані з борту кар'єру (не підданих сучасному грунтогенезу), а також ґрунтову масу зонального чорнозему (орний шар) з непорушеної ділянки польової сівозміни агрофірми «Катеринівська» Нікопольського району Дніпропетровської області.

Для фітотестування рівня профільної родючості техноземів відбирали субстрати через кожні 10 см на глибину до 1 м, якими заповнювали вегетаційні посудини ємністю 5 кг. Вегетаційні досліди проводили за методикою З.І. Журбицького (1969). Повторність досліду ? 3-кратна.

Рівень родючості визначали за продуктивністю надземної фітомаси тест-рослин з різними вимогами до едафічних ресурсів (за еколого-біологічною класифікацією М.Т. Масюка, 1974): мегатрофи представлені ячменем ярим (Hordeum sativum Jessen), мезотрофи - горохом посівним (Pisum sativum L.), еврітрофи - люцерною посівною (Medicago sativa L.).

У зразках гірських порід і ґрунтовій масі визначали: гранулометричний склад (ДСТУ 4730:2007); уміст загального гумусу (ДСТУ 4289:2004); рН водне і сольове (ДСТУ 180 10390-2001); суму ввібраних основ за Каппен-Гільковіцем; загальний азот за Кєльдалем; рухомий фосфор за Мачигіним; обмінний калій за Протасовим і Кірсановим. Вміст енергії в органічній речовині техноземів визначали за ГОСТ-147-74. Відбір рослинних зразків здійснювали згідно методики з проведення польових досліджень за Доспєховим (1985). У зразках надземної фітомаси тест-рослин визначали: вміст загального азоту з використанням реактиву Неслера, фосфору фотоколориметруванням, калію на полуменевому фотометрі, вміст рухомих форм металів - на атомно-адсорбційному спектрофотометрі С-302 за Разумовським (1972).

Польові досліди проводили на науково-дослідному стаціонарі з рекультивації земель Дніпропетровського ДАУ та Орджонікідзевського ГЗК згідно загальноприйнятих методик. Облікова площа ділянок 25 м2 при 5-разовому повторенні. Результати досліджень обробляли математично дисперсійним методом з використанням кореляційного аналізу (Доспехов, 1985), застосовуючи електронні таблиці Ехсеl MS Office.

ВПЛИВ СКЛАДУ І ВЛАСТИВОСТЕЙ розкривних гірських порід НА ФОРМУВАННЯ едафічнИХ характеристик техноземів

Встановлено, що успішність біологічного освоєння техноземів, сформованих з різноякісних за літологічним складом субстратів розкривних гірських порід на перших етапах визначається їх дисперсністю, полімінеральністю, відсутністю фітотоксичних хімічних сполук і елементів.

Сприятливий гранулометричний та хіміко-мінералогічний склад більшості розкривних осадових полімінеральних полідисперсних гірських порід Нікопольського марганцеворудного басейну обумовлюють задовільні водно-фізичні властивості, здатні забезпечувати еврітрофні рослини певною кількістю біофільних ресурсів (за виключенням азоту і фосфору) з моменту їх експонування на денній поверхні. Однак низький рівень природної родючості на початку біологічного освоєння ускладнює їх широке сільськогосподарське використання у якості моделі техногенних едафотопів (літоземів) без покриття гумусованим шаром ґрунтової маси і застосування підвищених норм азотних і фосфорних добрив, адже у порівнянні із зональними непорушеними ґрунтами, вони мають більше лімітуючих чинників для росту і розвитку вимогливих до родючості культурних рослин, а їх обмежувальний рівень більш значний. Однак за тривалої фітомеліорації деякі фактори (поживний режим, засолення, щільність складення) зменшують обмежувальний рівень, про що свідчать дані фітоіндикації рівня родючості свіжовинесених (відібраних з борту кар'єра) і фітомеліорованих (за 25-річного сільськогосподарського використання) гірських порід культурними рослинами з різними вимогами до едафічного середовища (табл. 1).

Методом фітоіндикації встановлено, що продуктивність дослідних тест-рослин була вищою при вирощуванні на субстратах, відібраних з верхніх шарів техноземів у порівнянні з субстратами гірських порід з борту кар'єру. Залежно від літологічної основи техноземів, різниця у продуктивності тест-рослин склала: по ячменю - 1,86-2,0 рази, по гороху - 1,43-1,66, по люцерні - 1,37-1,49 рази. Тобто, найбільш чутливим фітоіндикатором є ячмінь ярий, а люцерна найменше реагувала на зміни рівня родючості.

Не зважаючи на різноякісність моделей техноземів, отримані результати свідчать про суттєве покращення умов для росту і розвитку рослин з різними еколого-трофічними вимогами, про покращення властивостей у верхніх шарах техноземів за тривалого сільськогосподарського використання.

Таблиця 1 Фітоіндикація профільної родючості техноземів за 25-річного сільськогосподарського використання (середнє з 5 серій вегетаційного досліду)

* А - г/посудину;

Б - % до верхнього 0-10 см шару;

В - % до орного шару чорнозему.

формування родючості і морфологічних ознак

у профілІ РІЗНОЯКІСНИХ моделЕЙ техноземів

Одним з центральних питань рекультивації порушених земель є дослідження процесу ґрунтоутворення в літоземах. Завдяки широкомасштабним кар'єрним гірським розробкам є можливість досліджувати початкові процеси ґрунтоутворення й еволюції техногенного елювію гірських порід у ґрунти.

Згідно з докучаєвською моделлю, грунтогенез починається з моменту взаємодії ґрунтоутворюючих факторів, функціонування едафічної системи іn sіtu у гірській материнській породі, суть якого полягає у протіканні різноманітних мікропроцесів, обміні речовиною й енергією між субстратом і зовнішнім середовищем усередині екосистеми, частиною якої є едафотоп.

Циклічне довготривале відтворення живих організмів, насамперед рослин, призводить до незворотніх (або частково незворотніх) процесів, що обумовлюють мікроефекти, зміну речовинного складу і структурної організації твердої фази субстрату. Накопичення таких змін обумовлює елементарні ґрунтові процеси (за Герасимовим), завдяки яким гірська материнська порода поступово перетворюється в грунтоподібне тіло з властивими зональному ґрунту морфологічними ознаками.

У результаті тривалої фітомеліорації товща техноземів, сформованих з потенційно родючих гірських порід, яка була порівняно гомогенною і ізотропною за складом і властивостями «в нуль-момент» грунтогенезу (у межах окремих геологічних пластів, що селективно розробляли і з яких формували відвали), з часом перетворюються у вертикально-анізотропне розчленоване на горизонти грунтоподібне тіло.

На рис. 1 показано, що у техноземах за 25-річний період фітомеліоративного впливу агроценозів з насиченням багаторічними бобовими травами відбулась диференціація профілю за рівнем родючості. Тобто, вже на ранніх стадіях біологічного освоєння у техноземах формуються екологічні ресурси біофільних речовин, здатні більш повно забезпечувати ними рослини.

Використовуючи продуктивність тест-рослин з різними едафо-трофічними вимогами, нами встановлена пошарова диференціація рівня родючості (накопичення біофільних ресурсів) у метровій товщі різноякісних за складом і властивостями техноземів, які, на нашу думку, можуть бути прообразами генетичних горизонтів майбутніх ґрунтів. Результати фітотестування підтверджуються й агрохімічними аналізами умісту біофільних елементів у всіх досліджуваних моделях техноземів.

Отже, проведені дослідження дозволяють стверджувати, що протягом стартового 25-річного періоду грунтогенезу в різноякісних за літологічним складом моделях техноземів формуються прообрази генетичних горизонтів (ПГГ). До першого прообразу горизонту (ПГГ1) ми відносимо шар техноземів 0-20 см, який оцінюється найвищою продуктивністю найбільш вимогливим до родючості ярим ячменем. В усіх моделях техноземів вона була у 1,8?2 рази вищою, ніж на відібраних з борта кар'єру зразках цих же порід, що до початку дослідів не піддавалися впливу грунтогенезу.

За ефективною родючістю ПГГ1 (порівняння з орним шаром зонального ґрунту) для ярого ячменю досягала від 61,4% у техноземі з червоно-бурих глин і суглинків до 78,4% у техноземі з лесоподібних суглинків. Такі ж показники відповідають рівню родючості зонального ґрунту на глибині 40-50 см.

Другий горизонт (ПГГ2) формується на глибині 20-40 см у моделях техноземів з лесоподібних суглинків і 20?50 см - у сіро-зелених мергелястих і в червоно-бурих глинах і суглинках. Він характеризується меншими показниками продуктивності усіх тест-рослин. Рівень ефективної родючості в ПГГ2 техноземів сягав 55,5?57,9 (за продуктивністю ячменю) і 63,1-74,5% (за продуктивністю гороху) від рівня зонального чорнозему. Показники родючості шарів техноземів нижче другого горизонту (з глибини понад 40?50 см) були такими ж, як і у свіжовідібраних з борта кар'єру гірських породах. зональний ґрунт родючість технозем

Завдяки фітотестуванню родючості у профілі різноякісних за літологічним складом техноземів вставлено, що за 25-річний період їх сільськогосподарського освоєння відбувається диференціація профілю, що свідчить про формування молодих ґрунтів з двома прообразами генетичних горизонтів. Не зважаючи на різноякісність складу і властивостей гірських порід, з яких сформовані техноземи, ґрунтогенез у них йде за зональним типом. Тому виходячи з генетичної моделі чорнозему, можна прогнозувати, що ПГГ1 - це прообраз гумусового горизонту, а ПГГ2 у майбутньому трансформується в перехідний горизонт зонального ґрунту.

Враховуючи, що первинний рівень родючості досліджуваних техноземів в усій метровій товщі був однаковий, вже через 25 років встановлена диференціація їх профілю на прообрази генетичних горизонтів молодих ґрунтів, що свідчить про високу потенційну родючість гірських порід і про винятково важливу роль рослинності у грунтогенезі. Протогоризонти ще не набули морфологічних ознак, складу і властивостей відповідних генетичних горизонтів зонального ґрунту, однак уже диференційовані за рівнем ефективної родючості.

Отже, використовуючи продуктивність тест-рослин з різними едафо-трофічними вимогами, встановлена диференціація рівня родючості у метровій товщі різноякісних за складом і властивостями техноземів, що дозволила виділити прообрази генетичних горизонтів майбутніх ґрунтів.

ФОРМУВАННЯ ресурсІВ біофільних елементів у техноземАХ

за їх тривалого сільськогосподарського використання

За тривалого сільськогосподарського використання з насиченням агросукцесій рослинами-фітомеліорантами сприяли суттєвому підвищенню вмісту біофільних елементів у верхніх шарах техноземів, адже міграція і їх біогенне накопичення відбувається в усякому ґрунті і є наслідком їх перерозподілу рослинністю з нижніх шарів у верхні. Наявність вихідної (на початку освоєння) і поточної інформації про едафічні характеристики техноземів за сільськогосподарського використання дозволили визначити сучасні тенденції грунтогенезу.

Отримані аналітичні дані едафічних властивостей різноякісних за літологією моделей техноземів за 2008 рік, їх порівняння з попередніми даними, опублікованими М.Д. Горобцем (1974), М.Т. Масюком (1982), В.О. Забалуєвим (1998) дозволяють зробити узагальнення, що за 38-річний період їх сільськогосподарського використання підвищився вміст основних макроелементів у верхньому 20 см шарі: загального азоту - в середньому у 2,5-3,8 рази; рухомого фосфору - в 2,3-5,2; обмінного калію - в 1,4-1,8 рази. Уміст мікроелементів не перевищував гранично допустимих показників.

При вивченні грунтогенезу у техногенних едафотопах найбільш цінною є інформація про гумусонакопичення. За 25-річного сільськогосподарського використання технозему, сформованого лесоподібними суглинками, вміст гумусу у верхньому 0-20 см шарі збільшився на 0,78 %, що в 2,1 рази перевищує первинний вміст. У техноземах з технічної суміші червоно-бурих суглинків і глин уміст гумусу збільшився на 0,75 % (в 3,2 рази). Найбільший приріст гумусу відмічено в техноземах, сформованих із сіро-зелених мергелястих глин 0,96 %, що у 4,1 рази перевищує первинний вміст. Отже, завдяки інтенсивній фітомеліорації у початковий період сільськогосподарського використання техноземів відбувається суттєве підвищення умісту гумусу до 1,0-1,3% у верхньому 20 см шарі, що відповідає показникам другого перехідного генетичного горизонту зонального чорнозему південного.

ЗМІНИ РІВНЯ РОДЮЧОСТІ ТЕХНОЗЕМІВ ЗА ТРИВАЛОГО СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИКОРИСТАННЯ

У багаторічному польовому досліді, закладеному у 1971 році, досліджували зміни рівня родючості техноземів за генеративною продуктивністю ячменю (табл. 2).

Таблиця 2 Тестування рівня родючості техноземів за генеративною продуктивністю ячменю ярого залежно від тривалості періоду сільськогосподарського використання (багаторічні польові досліди, 1971-2008 рр.)

Доведено, що тривале сільськогосподарське використання з насиченням сівозмін багаторічними бобовими травами на перших етапах освоєння сприяє збільшенню рівня родючості техноземів: якщо на початку біологічного освоєння рівень родючості характеризувався як низький (10,2-15,5% від зонального ґрунту), то завдяки спрямованій фітомеліорації через 36-38 років сільськогосподарського використання він підвищився до 75,2-81,5% від рівня зонального чорнозему південного.

вплив різноякісних за літологічним складом

та тривалістю біологічного освоєння техноземів

на хімічний склад рослинНОЇ ПРОДУКЦІЇ

Якісні показники рослинницької продукції, вирощеної на техноземах без використання родючого шару ґрунту в умовах південного Степу, достатньо повно досліджені В.О. Забалуєвим (2005), О.Г. Тарікою (2006), М.М. Харитоновим (2010). Проведені нами аналізи мікроелементного складу надземної фітомаси ячменю ярого, гороху посівного й люцерни посівної, вирощених на техноземах, сформованих потенційно родючими розкривними породами (табл. 3), не виявили перевищення встановлених ГДК, з чого можна зробити висновок, що рослинницька продукція, вирощена на техноземах, є екологічно безпечною за умістом важких металів.

Таблиця 3 Уміст мікроелементів у надземній фітомасі культурних рослин залежно від літологічного складу технозему, мг/кг

ЕНЕРГЕТИКА ГРУНТОГЕНЕЗУ

Грунтогенез - складний процес обміну речовин та енергії між літосферою, атмосферою і живими організмами. Функціонування рослинності значною мірою залежить від енергії, яка накопичується в органічній компоненті автотрофних і тваринних решток, а також в енергії гумусових речовин, адже гумус є біологічним акумулятором сонячної енергії і депонентом біофільних елементів. Тому процеси, що обумовлюють накопичення і трансформацію органічної речовини в техноземах, мають важливе значення при формуванні молодих ґрунтів як природно-історичного тіла. За сільськогосподарського освоєння літоземів основним ґрунтовим процесом є гумусонакопичення, швидкість якого залежить не тільки від едафічних властивостей, біокліматичних умов, але й від фітомеліоративних можливостей сільськогосподарських культур.

За 25-річний період сільськогосподарського використання техноземів у верхньому 40 см шарі накопичено 39,0-53,2 т/га органічної речовини, у якій акумульовано 195-266 ГДж/га енергії. Це у 3,1-3,5 разів більше у порівнянні з первинним умістом, однак становить лише 11,2-14,9% від запасів енергії у гумусі зонального ґрунту.

ВИСНОВКИ

Проведені дослідження дозволили встановити, що потенційно родючі розкривні гірські породи Нікопольського марганцеворудного басейну мають склад і властивості, що певною мірою забезпечують ріст і розвиток рослин-еврітрофів едафічними і біогенними ресурсами з моменту їх виносу на денну поверхню. У результаті тривалої фітомеліорації за сільськогосподарського використання товща техноземів, сформованих з потенційно родючих гірських порід, яка була однорідною і ізотропною за складом і властивостями «в нуль-момент» грунтогенезу, перетворюється у вертикально-анізотропне грунтоподібне тіло з прообразами генетичних горизонтів. Узагальнення експериментальних даних дозволяє зробити такі висновки.

1. Початковий рівень родючості техноземів, сформованих з розкривних потенційно родючих гірських порід без використання родючого шару ґрунтової маси є низьким, однак з часом він підвищується завдяки природнім процесам ґрунтоутворення, а також у результаті цілеспрямованого антропогенезу -комплексу фітомеліоративних, агротехнічних і агрохімічних заходів.

2. На ранніх стадіях біологічного освоєння техноземи відносно швидко накопичують специфічні ознаки і властивості, характерні для зональних ґрунтів (речовинний склад, рівень біогенної акумуляції вуглецю й азоту), що свідчить про напрямок грунтогенезу за зональним типом. У молодих ґрунтах на рекультивированных землях уже на ранніх стадіях розвитку формуються морфологічні, фізико-хімічні й інші властивості, що характерні для зональних ґрунтів.

3. За інтенсивної фітомеліорації з участю переважно багаторічних бобових трав і бобово-злакових травосумішок протягом стартового 25-річного періоду грунтогенезу у первинних едафотопах сформувалися прообрази генетичних горизонтів, які чітко діагностуються за продуктивністю ячменю ярого, гороху і люцерни. Результати фітотестування підтверджуються й агрохімічними аналізами умісту біофільних елементів у всіх досліджуваних моделях техноземів.

4. Первинний рівень родючості досліджуваних техноземів в усій метровій товщі був однаковий, а вже через 25 років встановлена диференціація їх профілю на прообрази генетичних горизонтів молодих ґрунтів, що свідчить про високу потенційну родючість гірських порід і про винятково важливу перетворюючу роль рослинності.

5. Не зважаючи на різноякісність складу і властивостей гірських порід, ґрунтоутворюючий процес у них йде за зональним типом. Тому виходячи з генетичної моделі чорнозему, можна прогнозувати, що ПГГ1 - це прообраз гумусового горизонту; ПГГ2 у майбутньому трансформується в перший перехідний горизонт, а ПГГ3 - у другий перехідний горизонт.

6. Виділені протогоризонти ще не набули морфологічних ознак, складу і властивостей відповідних генетичних горизонтів зонального ґрунту, однак уже диференційовані за рівнем ефективної родючості. У суглинистих субстратах (техноземах з лесоподібних суглинків) за 25-річного сільськогосподарського використання сформований 50-см профіль, а в глинистих (техноземах з червоно-бурих і сіро-зелених глин) - 40 см профіль молодого ґрунту.

7. Тривале сільськогосподарське використання техноземів з насиченням сівозмін багаторічними бобовими травами сприяє підвищенню їх родючості. Так, на початку біологічного освоєння рівень родючості по відношенню до мегатрофних рослин характеризувався як низький (10,2-15,5% від зонального ґрунту), то через 36-38 років він підвищився до 75,2-81,5% від рівня зонального чорнозему південного.

8. Аналізи мікроелементного складу надземної фітомаси ячменю ярого, гороху посівного й люцерни посівної, вирощених на техноземах, сформованих потенційно родючими розкривними породами, не виявили перевищення ГДК, тобто, рослинницька продукція є екологічно безпечною за умістом важких металів.

9. За 25-річний період сільськогосподарського використання у техноземах накопичено 39,0-53,2 т/га органічної речовини, у якій акумульовано 195-266 ГДж/га енергії, що у 3,1-3,5 разів більше у порівнянні з первинним умістом, однак становить лише 11,2-14,9% від запасів енергії у гумусі зонального ґрунту.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Виробництву пропонується внести зміни до технології рекультивації порушених земель для сільськогосподарського використання. Родючий шар ґрунту наносити не через 2-3 роки після планування відвалів, а через 15-25 років залежно від способу відвалоутворення, потужності порушеної літологічної товщі, едафічних і усадочних характеристик відвальної маси. Протягом цього часу проводити комплекс з фітомеліорації техноземів та стабілізації пластики рельєфу.

За 25-річний період сільськогосподарського використання техноземів з різною літологічною основою без покриття ґрунтовою масою вміст гумусу в них збільшився з 0,2-0,4 до 1,1-1,3 %, біофільних елементів - у 1,4-5,2 рази порівняно з первинним вмістом. Тобто, фактично сформувався генетичний горизонт з родючістю на рівні другого перехідного генетичного горизонту зонального чорнозему південного. Це дозволяє рекомендувати виробництву зменшити товщину нанесення родючого шару ґрунту в умовах Нікопольського марганцеворудного басейну з 50 см до 40 см без зниження рівня родючості техноземів, отже, економити 1000-1200 м3/га гумусованої ґрунтової маси.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у фахових виданнях

• 1. Забалуев В.А. Исследование эффекта совместного произрастания люцерны посевной и райграса высокого на горных породах плейстоцен-олигоценового возраста / В.А. Забалуев, М.Г. Бабенко, А.Г. Тарика, А.П. Бурковский // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - 2000. - №1-2. - С. 41-44. Особистий внесок дисертанта: закладання та проведення досліду, аналіз отриманих результатів, участь у написанні статті.
• 2. Харитонов М.М. Аналіз прояву деяких адаптивних реакцій, що забезпечують екологічну стійкість сільськогосподарських культур / М.М. Харитонов, В.О. Забалуєв, М.Г. Бабенко // Вісник Аграрної науки Причорномор'я. - Миколаїв, 2001. - Спец. вип. 3 (12). - Т. 2. - С. 210-216. Особистий внесок дисертанта: участь у виконанні експериментів, розрахунки, літературний аналіз, написання статті.
• 3. Харитонов М.М. Роль біологічного вивітрювання у підвищенні рухомості мікроелементів в гірських породах після тривалої фітомеліорації / М.М. Харитонов, М.Г. Бабенко, М.І. Лукашенко // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - Дніпропетровськ, 2001. - № 2. - С. 17-19. Особистий внесок дисертанта: відбір зразків гірських порід, їх хімічний аналіз та узагальнення результатів, формування висновків.
• 4. Забалуєв В.О. Початкові процеси ґрунтоутворення на літоземах / В.О. Забалуєв, М.Г. Бабенко // Вісник Харківського національного аграрного університету імені В.В. Докучаєва. Серія „Ґрунтознавство, агрохімія, землеробство, лісове господарство”. -2008. - №1. - С. 45-51. Особистий внесок дисертанта: відбір зразків з профілів техноземів, проведення вегетаційних та польових дослідів, аналіз експериментальних даних з узагальненням результатів, формування основних положень і висновків.
• ІНШІ ВИДАННЯ ТА ТЕЗИ ДОПОВІДЕЙ
• 1. Масюк Н.Т. Биотестирование автотрофами толщи почвенной массы, длительно хранившейся в буртах / Н.Т. Масюк Н.Т., М.Г. Бабенко // Экологические проблемы аграрного производства. Симпозиум 1. Биологические и горнотехнические проблемы рекультивации нарушенных земель и повышение их продуктивности: Материалы межрегион. научн. - практ. конф. - Днепропетровск: ДГАУ, 1992. - С. 118-120.
• 2. Масюк Н.Т. Формирование биогеогоризонтов на первичных эдафотопах в Никопольском марганцеворудном бассейне / Н.Т. Масюк, М.Г. Бабенко // Экологические проблемы аграрного производства. Симпозиум 1. Биологические и горнотехнические проблемы рекультивации нарушенных земель и повышение их продуктивности: Материалы межрегион. науч.-практ. конф. - Днепропетровск: ДГАУ, 1992.- С. 44-50.
• 3. Масюк М.Т. Вплив фітомеліоративних сівозмін на формування грунтового профілю рекультивованих гірських порід / Н.Т. Масюк, М.Г. Бабенко // Тези доп. IV з`їзду грунтознавців і агрохіміків України. Серпень 1994 р. - Харків: Укр. НДІ ґрунтознавства та агрохімії, 1994. - С. 116-117.
• 4. Бабенко М.Г. Микробиологическая активность чернозема при длительном хранении / М.Г. Бабенко, И.Б. Зленко // Земельні ресурси України: рекультивація, раціональне використання та збереження. Матер. міжнарод. наук. конф., присвяченої 90-річчю з дня народження проф. М.О. Бекаревича.- ДДАУ.- Дніпропетровськ.- 1996. - С. 85.
• 5. Масюк М.Т. Технологія створення сіножатей і пасовищ на рекультивованих і еродованих землях / М.Т. Масюк, В.О. Забалуєв, О.О. Мицик, М.Г. Бабенко, О.Г. Таріка // Рекомендації з раціонального використання рекультивованих та еродованих земель. - Дніпропетровський ДАУ.? Дніпропетровськ. ? 1999. ? 16 с.
• 6. Харитонов М.М. Прояв адаптивного потенціалу бобових культур в умовах едафічної адаптації до гірських порід / М.М. Харитонов, В.О.Забалуєв, М.Г. Бабенко // Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель. - Матеріали міжнародної наук.-практ. конф. / ДДАУ - Дніпропетровськ. - 2002. - С. 60-61.
• 7. Масюк М.Т. Наукові основи створення довголітніх високоврожайних сіножатей на рекультивованих землях / М.Т. Масюк, В.О.Забалуєв, О.Г. Таріка, М.Г. Бабенко // Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель. Матеріали міжнародної наук.-практ. конф. / Дніпропетр. держ. аграрн. ун-т. - Дніпропетровськ. ? 2002. ? С. 111-114.
• 8. Забалуєв В.О. Дослідження зі створення стійких агрофітоценозів в постфітомеліоративний період сільськогосподарського освоєння літоземів / В.О.Забалуєв, О.Г. Таріка, Р.І. Надтока, М.Г. Бабенко // Відновлення порушених пр...