Особливості еколого-меліоративного стану осушуваних земель Київської області за різних умов їх використання

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ

06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (сільськогосподарські науки)

УДК 631.6.02:631.4

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Особливості еколого-меліоративного стану Осушуваних земель Київської області за різних умов їх використання

МАРДІМАСОВА ОЛЕНА

ОЛЕКСАНДРІВНА

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Національному університеті біоресурсів і природокористування України (НУБіП України)

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, академік УААН РОМАЩЕНКО Михайло Іванович, Інститут гідротехніки і меліорації УААН, перший заступник директора інституту.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Клименко Микола Олександрович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри екології;

кандидат сільськогосподарських наук Зінчук Микола Іванович, Волинський державний проектно-технологічний центр охорони родючості грунтів «Облдержродючість», директор.

Захист відбудеться „26” червня 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН за адресою 03022, м. Київ, вул. Васильківська,37.

Автореферат розісланий „23” травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, Топольнік Т.І. кандидат технічних наук, с.н.с.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Осушування і подальше сільськогосподарське використання земель спричинюють помітні зміни у всіх складових болотної екосистеми, які потребують подальшого ретельного вивчення, аналізу і контролю, з метою своєчасної та об'єктивної оцінки еколого-меліоративного стану гідроморфних ґрунтів, як основи для визначення напрямків їхнього ефективного екологобезпечного використання.

Дані моніторингу осушуваних земель, що здійснюється у відповідності з Законом України «Про меліорацію земель», Положенням про державну систему моніторингу довкілля (затверджено постановою Кабінету Міністрів України), Державною цільовою екологічною програмою проведення моніторингу навколишнього природного середовища (затверджено постановою Кабінету Міністрів України) та іншими нормативними актами, базуються на обмеженій кількості показників, і не повною мірою характеризують еколого-меліоративний стан земель та їхню трансформацію під впливом антропогенної діяльності.

Зважаючи на це та враховуючи специфічність торфових осушуваних ґрунтів, актуальним є дослідження змін їхні морфолого-генетичних особливостей, біологічної активності та екоценотичного стану рослинного покриву за період тривалого використання, що не тільки доповнить дані еколого-меліоративного моніторингу, але і дасть можливість окреслити напрями розвитку ґрунтових процесів та підходи до раціонального використання осушуваних органогенних земель в сучасних умовах господарювання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідної роботи №03.02.02-050 Дослідити процеси трансформації меліорованих територій, розробити системи їх комплексного захисту від деградації і підтоплення та моніторингу довкілля НТП УААН 03 „ Розвиток меліорованих територій ” (номер державної реєстрації 0106U005537).

Метою дослідження було встановлення особливостей еколого-меліоративного стану осушуваних земель Київської області й визначення найбільш економічно ефективних та екологічно безпечних заходів з їх використання.

Програма досліджень включала:

- проведення морфолого-генетичної оцінки осушуваних торфових ґрунтів та встановлення їхніх змін за різного сільськогосподарського використання;

- аналіз особливостей еколого-меліоративного стану осушуваних торфових ґрунтів за параметрами фізичних, фізико-хімічних, хімічних та біологічних властивостей;

- дослідження динаміки хімічного складу дренажної води осушуваних торфовищ за різного антропогенного навантаження;

- екоценотична оцінка та виявлення якісних змін природного рослинного покрив в зв'язку з тривалим осушуванням;

- визначення агроекономічної ефективності вирощування різних видів сільськогосподарських культур на осушуваних торфових ґрунтах.

Об'єкт досліджень: процеси формування еколого-меліоративного стану осушуваних ґрунтів, якісного складу вод і змін болотної рослинності.

Предмет досліджень: еколого-меліоративний стан, морфолого-генетичні особливості осушуваних торфових ґрунтів, трансформація водно-фізичних і фізико-хімічних властивостей та органічної речовини, біологічна активність торф'яників, гідрохімічний режим ґрунтових і поверхневих вод, показники еколого-ценотичного стану флори меліорованих земель.

Методами досліджень були польові стаціонарні досліди, морфолого-генетичний аналіз ґрунту, лабораторні аналізи водно-фізичних, фізико-хімічних властивостей торфових ґрунтів, хімічного складу води, мікробіологічні та флористичні дослідження, математично-статистичний аналіз результатів експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на основі системного підходу для осушуваних земель Київської області встановлено:

- зміни морфолого-генетичних, фізичних, фізико-хімічних та хімічних властивостей осушуваних торфових ґрунтів;

- закономірності трансформації рослинного покриву та ґрунтової біоти;

- особливості еколого-меліоративного стану залежно від напрямів їхнього використання.

Практичне значення одержаних результатів. Встановлені зміни кількісних і якісних показників осушуваних торфових ґрунтів дають змогу скорегувати напрямки їхнього раціонального, екологобезпечного використання із збереженням органічної речовини і продуктивності в лукопасовищних і травопільних сівозмінах з періодичним поліпшенням травостою.

Результати наукової роботи Мардімасової О.О. використовують в діяльності Трубіжського та Ірпінського міжрайонних управлінь водного господарства при розробленні рекомендацій та здійсненні заходів раціонального використання осушуваних земель.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом обґрунтовано програму та методи досліджень, зібрано та проаналізовано літературні і фондові матеріали з досліджуваних питань, проведено польові досліди, аналізи водних, ґрунтових і рослинних зразків, виконано аналіз, узагальнення, математичну обробку експериментального матеріалу, сформульовано висновки та пропозиції виробництву.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень доповідались і обговорювались на конференціях наукових працівників та аспірантів Національного аграрного університету 2005-2007рр., на 7 з'їзді Українського товариства ґрунтознавців і агрохіміків (27-28 липня 2006 р., м. Київ), на науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених „ Екологізація сталого розвитку агросфери і ноосферна перспектива інформаційного суспільства ” (м. Харків, 3-5 жовтня 2007 р.), на науково-практичній конференції молодих вчених „ Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства ” (м. Київ, 4-5 грудня 2007 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 6 наукових праць, у тому числі 4 у фахових виданнях (3 з яких одноосібні).

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 149 сторінок комп'ютерного тексту і складається із вступу, 6 розділів основної частини, висновків та пропозицій виробництву та включає 43 таблиці і 39 рисунків. Список використаних джерел містить 220 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність, викладено мету та завдання досліджень, наведено стислу характеристику дисертаційної роботи.

У першому розділі на основі літературних джерел подано огляд і аналіз досліджень, які присвячені генезису, природоохоронній ролі, еколого-меліоративному стану торфових ґрунтів, а також впливу осушування і сільськогосподарського використання на параметри органогенних ґрунтів та екологічні компоненти гідроморфних біогеоценозів. Узагальнено результати багаторічних досліджень і розглянуто проблеми трансформації торфових ґрунтів під антропогенним впливом та наведено шляхи раціонального екологобезпечного ведення на них землеробства.

Найбільш відомі дослідження з цього напрямку викладені в працях Р.C.Трускавецького, С. Т. Вознюка, М.О. Клименка, С. В. Скрипніченко, В.А.Лапанової, Б. С. Маслова, М.І. Зінчука, Ф. Р. Зайдельмана, С.Г.Скоропанова, В. Р. Гімбаржевського, В. Є. Алексєєвского, І.Т.Слюсаря. На основі проведеного аналізу було виявлено ряд питань і положень, які потребують перегляду, визначено мету і необхідність проведення досліджень.

У другому розділі наведено умови та методику проведення досліджень.

Дослідження по темі дисертаційної роботи проводили на торфових ґрунтах заплави р. Ірпінь, яка є типовою для болотних ландшафтів Поліської зони та на заплаві р. Трубіж, що є аналогічно типовою для Лісостепової ґрунтово-кліматичної зони.

Польові дослідження проводили протягом 2005-2007 рр. на стаціонарних дослідах Гостомельського опорного пункту лабораторії землеробства на осушуваних землях УНДІЗ у заплаві р. Ірпінь (посівна площа ділянки - 32,4 м2, облікова 25,0 м2), схема варіантів досліджень включала три види використання осушуваних торфових ґрунтів: під просапні культури, беззмінне вирощування багаторічних трав і для порівняння - переліг та на фіксованих ділянках в заплаві р. Трубіж з використанням під пасовище, сіножаті та природні луки (неосушені). Торфовий грунт досліджуваних варіантів у заплаві р. Ірпінь (Полісся) - низинний, добре розкладений, деревно-очеретяно-осоково-гіпновий, підстилається алювіальними піщаними відкладами; у заплаві р. Трубіж (Лісостеп) - низинний, добре розкладений, деревно-очеретяно-осоковий, підстилається карбонатним лесовидним суглинком. Ґрунти заплав річок Трубіж та Ірпінь незасолені токсичними солями. Щільність радіоактивного забруднення торфових ґрунтів за вмістом цезію-137 коливаються в межах 0,043-0,213 Кі/км2, тобто вони є незабрудненими.

Погодні умови під час проведення досліджень: у заплаві р. Ірпінь температура повітря в 2007 році була більшою від середньобагаторічної, опадів у 2006 році випало близько норми, у 2007 їх було на 78 мм менше. Розподіл опадів за час вегетації нерівномірний. У районі заплави р. Трубіж сума опадів досягала 715 мм (2005), а в посушливий (2007) - знижувалась до 538 мм. Загалом, температурні показники даного регіону за роки досліджень відповідали оптимальним значенням і створювали сприятливі умови для вирощування більшості сільськогосподарських культур.

За період досліджень визначали:

- водно-фізичні, фізико-хімічні і хімічні властивості та мікробіологічні параметри торфових ґрунтів (основні дослідження торфових ґрунтів проводили навесні та восени в три - чотирикратній повторності по генетичних горизонтах; структурно-агрегатний (ДСТУ 4744:2007), щільність твердої фази (ISO 11508), щільність складення грунту (ДСТУ ISO 11272 - 2001), вологість (ГОСТ 5180 - 84), вологоємність (капілярна і повна) (ГОСТ 5180 - 84), водна витяжка (ГОСТ 26423 - 85), рН грунту (ГОСТ 26423 - 85), обмінна кислотність (ГОСТ 26484 - 85), сума обмінних основ (ГОСТ 27821 - 88), гідролітична кислотність (ОСТ 4648 - 76); кількість бактерій, які ростуть на ґрунтовому агарі, кількість і різноманіття целюлозоруйнуючих мікроорганізмів за методом Н.С. Єгорова і Д.Г. Звягінцева, інтенсивність «дихання» ґрунту - сорбційним методом; облік макрофауни методом пошарового викопування, розбір проб грунту за Гіляровим. Статистистичний обробіток даних - методом дисперсійного та кореляційно-регресивного аналізу);

- хімічний склад поверхневих та ґрунтових вод (відбір проб для гідрохімічного аналізу здійснювали у період - весна, літо, осінь; амоній (ISO 5664:1984), гідрокарбонати (ISO 9963:1964), твердість (ISO 6055:1984), кальцій (ISO 6058:1984), калій (ISO 9964-3:1993), натрій (ISO 9964-3:1989), нітрати (ISO 7890-3:1988), рН (ISO 10523:1994), сульфати (ISO 9280:1990), хлориди (ISO 9297:1989);

- флору і рослинність осушуваних земель ( геоботанічні дослідження проводили протягом вегетаційного періоду за допомогою методів - маршрутного, закладання пробних площ, геоботанічного профілювання, динаміки рослинності, що опрацьовані вченими В.Д. Александровою, А.А.Корчагіною, Е.М. Лавренко, І.М. Григорою, Б.Є. Якубенком з використанням гербарних матеріалів кафедри ботаніки НАУ; ботанічний склад і ступінь розкладу торфу - мікроскопічним методом);

- агроекономічну ефективність вирощування сільськогосподарських культур (оцінку врожайності проводили поділянково з облікової площі 25 м2, економічну оцінку - згідно з рекомендованими методиками; математичну обробку даних - методом дисперсійного аналізу).

У третьому розділі наведено результати дослідження з вивчення впливу використання торфових ґрунтів на їхній еколого-меліоративний стан.

Морфолого-генетичні дослідження торфових ґрунтів заплави р. Трубіж показали, що ґрунти, які використовуються під пасовищами і сіножатями у верхньому торфово-перегнійному горизонті є добре розкладеними, а в нижчих генетичних горизонтах мають достатню кількість карбонатних включень та залізистих сполук у вигляді вохристих плям та зцементованих конкрецій. На неосушеній ділянці з природними луками заплави р. Трубіж характерною особливістю стану ґрунтів є невисокий ступінь розкладення торфу верхнього генетичного горизонту, видимі ознаки оглеєння всередині профілю та близьке залягання ( 65 см) ґрунтових вод.

Морфологічними дослідженнями торфових ґрунтів заплави р. Ірпінь встановлено, що використання їх тривалий час під просапні культури призвело до зменшення (на 4 см) потужності верхнього генетичного горизонту, помітному розпиленню та розкладу торфової маси, порівняно з варіантом вирощування багаторічних трав. На перелозі осушений торф'яник з природною рослинністю має найбільш потужний верхній горизонт (41 см) з добре вираженою дерниною порівняно з іншими варіантами сільськогосподарського використання. Насичення ґрунтової товщі однорічними злаковими культурами і невідчуження їх з поверхні протягом багатьох років сприяє збереженню торфової маси.

Водно-фізичні властивості торфових ґрунтів добре корелюють з вмістом органічної речовини і потужністю торфового горизонту (табл.1). Так, щільність складення торф'яно-глейового ґрунту під пасовищем у верхньому (0 - 10 см) шарі є високою 0,67 г/см3, що свідчить про спрацювання і ущільнення торфової маси внаслідок осушування і сільськогосподарського використання.

Торфовий грунт, який зайнятий природними луками і практично не осушений, що знаходиться в притерасній частині заплави р. Трубіж, має значно меншу щільність порівняно з іншими ґрунтами від 0,36 г\см3 (0-10 см) до 0,25 г\см3 (30-40 см) за суттєво вищих показників загальної пористості і вологоємності.

Водно-фізичні властивості торфових ґрунтів заплави р. Ірпінь свідчать, що щільність складення на різних варіантах використання є приблизно однаковою і становить 0,36-0,38 г/см3. Більш розущільненим є грунт шару 40-50 см , де розкладання торфу в зв'язку з осушенням суттєво затухає. Останнє підтверджується даними загальної пористості, що коливається в межах 81,0-82,4 % від об'єму ґрунту, а також в 1,3 - 1,5 рази вищою капілярною і повною вологоємністю.

Водопроникність торф'яно-глеєвого і торфового ґрунту заплави р.Трубіж коливається в межах 0,1 і 1,2 мм/хв., в заплаві р. Ірпінь вона є помітно вищою.

Отже, осушування ґрунтів заплави р. Трубіж і їхнє сільськогосподарське використання привело, особливо у верхньому шарі, до помітного ущільнення торфової маси та зменшення капілярної і повної вологоємності, що відповідним чином вплинуло на їхній еколого-меліоративний стан. Останній, за даними показниками, оцінюється як задовільний при використанні земель як пасовище та сприятливий під сіножатями.

Таблиця 1 Водно-фізичні параметри осушуваних торфових ґрунтів Київщини за різного використання

Назва ґрунту, варіант використання	Генетичний горизонт і глибина відбору ґрунту, см	Щільність, г/см3	Загальна пористість, % від об`єму	Вологоємність, % на сухий грунт
		твердої фази	складення		капілярна	повна
Заплава р. Трубіж
Торфово-глейовий (пасовище)	ТНк 0-10	1,93	0,67	65,5	110	124
	ТНк 10-20	1,90	0,57	69,2	87,3	102
	Нтрк 30-40	2,33	1,03	55,8	45,0	53,1
	Р(h) glk 50-60	2,54	1,19	52,9	-	-
Торфовий середньоглибокий (сіножаті)	T1 hk 0-10	1,81	0,43	76,0	201	236
	Т1 hk 10-20	1,82	0,47	74,3	176	210
	Т2 k 30-40	1,70	0,23	83,5	389	463
	Т2 k 50-60	1,71	0,24	86,2	384	462
Торфовий неглибокий (неосушені природні луки )	T1 hk 0-10	1,76	0,36	79,7	328	343
	Т2 k 30-40	1,73	0,25	85,4	448	459
Заплава р. Ірпінь
Торфовий середньоглибокий (багаторічні трави)	ТН0-32 10-20	1,63	0,38	76,4	172	203
	Т1 32-70 40-50	1,52	0,27	82,4	263	274
Торфовий середньоглибокий (просапні культури)	ТН0-28 10-20	1,61	0,36	77,4	205	239
	Т1 28-58 40-50	1,53	0,28	81,3	266	276
Торфовий середньоглибокий (переліг)	ТН0-41 10-20	1,64	0,37	77,4	189	202
	Т1h 41-78 40-50	1,53	0,29	81,0	258	270

Результати досліджень структурного складу верхнього 0-10 см шару торфових ґрунтів заплав р. Ірпінь і р. Трубіж свідчать (табл.2), що найбільш розпиленими є торфові ґрунти під просапними культурами, де вміст ерозійно-небезпечних агрегатів становить 71,7 %, а частка пилуватої фракції - 30,7%. Вирощування багаторічних трав декілька років поспіль гальмує розпилення ґрунтової маси. Дані про структурний склад торфових ґрунтів заплави р. Трубіж за різного їх використання, свідчать про високу оструктуреність ґрунту під природними травами цілинної ділянки.

Таблиця 2 Структурний склад торфових ґрунтів

Варіант використання	Розмір агрегатів (мм) і вміст їх (%) від маси повітряно-сухого ґрунту
	>10	10-1	1-0,5	0,5-0,25	<0,25	<1,0
Заплава р. Ірпінь
Просапні культури	1,1	27,2	23,1	18,0	30,7	71,7
Багаторічні трави	7,5	56,8	11,8	10,7	13,1	35,7
Переліг	10,1	55,8	9,6	8,6	15,9	34,1
Заплава р. Трубіж
Пасовище	1,8	61,2	13,7	6,6	14,8	35,1
Сіножаті	6,1	62,8	14,0	8,3	9,0	31,3
Природні трави (цілина)	5,0	65,4	16,2	6,5	6,8	29,5

При використанні торфовищ під пасовище спостерігається певна розпиленість верхнього шару ґрунту, а використання торфовищ під сіножатями сприяє підтриманню належного структурного стану.

Фізико-хімічні властивості торфових ґрунтів є важливою характеристикою еколого-меліоративного стану осушуваних земель (Цвєтова О.В.), особливо кількісні показники кислотно-основних характеристик, які використовуються при класифікаційному визначенні торфових ґрунтів.

Дані сезонної динаміки фізико-хімічних властивостей шару 0-30 см осушуваних торфовищ за різного сільськогосподарського використання засвідчили тенденцію підкислення ґрунтів в осінній період (табл.3), особливо на варіантах з просапними культурами, де рНKCl - 5,07, а гідролітична кислотність - 26,2 мг-екв на 100 г ґрунту.

Ступінь насичення основами протягом вегетаційного періоду знаходиться в межах 81,8 - 89,2 %, а рНводний менше 6,0. Дані ґрунти на родовому рівні можна віднести до ненасичених (Трускавецький Р.С., 2008).

Торфові грунти заплави р.Трубіж насичені основами, а реакція грунтового розчину (рНводний) знаходилась в межах 7,02-7,78.

Таблиця 3 Фізико-хімічні властивості торфових ґрунтів заплави р. Ірпінь за різного використання (0-30 см)

Варіанти використання	Період відбору зразків	Кислотність	S	MKO	V, %
		рНводний	рНKCl	Нг
				мг-екв на 100 г ґрунту
Просапні культури	Весна Літо Осінь	5,97 5,49 5,23	5,75 5,37 5,07	15,4 22,0 26,2	129 109 126	145 131 152	89,2 85,1 82,9
Багаторічні трави	Весна Літо Осінь	5,82 5,50 5,36	5,64 5,29 5,26	19,4 23,5 18,4	124 108 135	143 132 153	86,4 81,8 88,2
Переліг	Весна Літо Осінь	5,72 5,73 5,31	5,57 5,62 5,10	18,7 18,1 24,2	123 116 123	142 135 147	86,6 86,3 83,6

Порівняльний аналіз результатів дослідження вмісту золи та органічної речовини торфових ґрунтів за різного використання свідчить, що осушення помітно зменшує вміст органічної речовини у верхньому активно аерованому шарі. Так, кількість органічної речовини в торфовому неосушеному ґрунті під природними луками становить 64,9 % (табл.4), а на осушеному торфовому ґрунті (під сіножатями) - 58,6 %.

Таблиця 4 Трансформація торфу під впливом осушування та сільськогосподарського використання у заплаві р. Трубіж

Генетичний горизонт	Глибина,см	Вміст золи,%	Вміст органічної речовини, %	Запаси органічної речовини, т/га
Торфово-глейовий (пасовище)
ТН 0-28	0-10	63,4	36,6	245
	10-20	52,1	47,9	273
Нtpk 28-51	30-40	77,6	22,4	230
P(h)glk 51-68	50-60	82,5	17,5	208
Торфовий середньоглибокий (сіножаті)
Tlhk 0-30	0-10	41,4	58,6	252
	10-20	40,3	59,7	275
T2k 30-63	50-60	25,2	74,8	187
Торфовий неглибокий грунт (природні луки, неосушені)
T1(h)r 0-27	0-10	35,1	64,9	233
T2hgl 28-65	30-40	20,2	79,8	199

Така закономірність проявляється і для нижньої частини профілю. Використання осушуваних торфових ґрунтів під пасовище привело до більш суттєвого ( на 32,3 %) зменшення вмісту органічної речовини, а відповідно збільшення частки зольних елементів, що свідчить про активну мінералізацію торфової маси і більш щільне її складення.

Трансформація торфу ґрунтів заплави р. Трубіж під впливом осушування і сільськогосподарського використання спричинює погіршення їхнього еколого-меліоративного стану до задовільного під пасовищем і сприятливого під сіножатями.

Оцінка біологічної активності торфових ґрунтів за різного використання. В природних ценозах важлива роль при накопиченні органічної речовини ґрунту, крім рослин, належить також і живим істотам та мікроорганізмам. Велике значення відіграє ґрунтова макрофауна, але головна роль у формуванні ґрунту належить життєдіяльності мікроорганізмів (Слюсар I. T., Звягинцев Д. Г., Гиляров М. С., Канівець В. А., Криволуцкий Д. А., Зименко Т. Г.).

За даними досліджень, макрофауна у грунтах представлена в основному дощовими черв'яками, личинками комах, довгоносиками (10,2-81,6 мм). При пасовищному використанні в шарі ґрунту 0-30 см заплави р. Трубіж знаходилась найбільша кількість представників макрофауни (110 шт/м2). Під просапними культурами в заплаві р. Ірпінь кількість макрофауни менша і становить 29 шт/м2. При вирощуванні багаторічних трав спостерігається ще менша кількість дощових черв'яків як влітку (16 шт/м2), так і восени (17шт/м2), що пов'язано з більшим висушуванням верхнього шару трав'янистою рослинністю. Чисельність макрофауни на перелозі найменша і коливається в межах 10-14 шт/м2 залежно від пори року.

Проведені дослідження по визначенню кількості мікроорганізмів показали, що чисельність мікроорганізмів за різних умов використання змінюється в такому напрямку: пасовище > переліг > сіяні багаторічні трави > просапні культури > сіножаті. Найбільше мікроорганізмів на пасовищі від 132 до 464 х105 КУО/г торфу залежно від пори року. На цьому варіанті висока різноманітність спорових бактерій Bacillus megaterium, Bacillus subtilis і р. Pseudomonas sp., серед актиноміцетів - Actinomyces griseus (100 х 105 КУО/г торфу), що стосується інших варіантів, то кількість мікробів в 3-5 разів менша. При використанні осушуваних земель як сіножаті, чисельність мікроорганізмів найменша і становить від 14 до 240х105КУО/г торфу. Така особливість мікробного ценозу пояснюється специфікою формування його під пасовищами. Проведені дослідження також показали, що видова різноманітність на варіантах заплави р. Ірпінь представлена в основному мікроміцетами.

Найбільша кількість мікроорганізмів, що розкладають целюлозу, спостерігається на пасовищі - від 11 до 181 х103 КУО/г торфу. Видовий склад представлений актиноміцетами Actinomyces roseus. При вирощуванні багаторічних трав чисельність цих мікроорганізмів найменша (3-34х103КУО/г торфу), переважаючими є мікроміцети (Aspergilus niger і Penicillium sp.) та актиноміцети (Actinomyces roseus).

За даними дослідження продукування діоксиду вуглецю, найбільш активним процес дихання є під пасовищем у заплаві р. Трубіж - з виділенням 71,2-152 мг СО2 на 1 г ґрунту; а найменш активним на варіанті з сіяними багаторічними травами в заплаві р. Ірпінь - 28,4 - 58,8 мг СО2 на 1 г ґрунту залежно від пори року.

Загалом, мікробіологічні дослідження підтверджують направленість біологічних процесів у сторону мінералізації органічної речовини і можуть бути використані як показники оцінки еколого-меліоративного стану органогенних ґрунтів.

У четвертому розділі характеризується динаміка показників якості води на меліорованих територіях. яка є невід'ємним компонентом оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель. “Якість води” має динамічний характер, який змінюється зі зростанням антропогенного впливу на навколишнє середовище.

При дослідженні води магістрального і бічного каналів Трубіжської осушувально-зволожувальної системи (ТОЗС) встановлено, що вона належить до гідрокарбонатно-натрієвого типу. А ґрунтова вода ТОЗС і вода Ірпінської осушувально-зволожувальної системи (ІОЗС) до гідрокарбонатно-кальцієвого. осушуваний торфовий ґрунт антропогенний

Динаміка іонів нітратів та амонію (біогенних елементів) змінюється залежно від інтенсивності біохімічних та біологічних процесів, збільшення їхньої кількості у дренажних водах вказує на активізацію процесів мінералізації осушуваних торфових ґрунтів.

В органічних сполуках азот входить головним чином у склад амінокислот та білків тканин організмів та продуктів їхнього розпаду. В окисних умовах аміак нестійкий, в присутності кисню під дією бактерій він окислюється в нітрити і нітрати, тому вміст амонію у поверхневих водах невисокий (рис.1, 2) в діапазоні 0 - 0,6 мг/дм3 у магістральному каналі та 0,2-0,7 у бічному каналі ТОЗС; 0,1 - 0,4 мг/дм3 і 0,1 - 3,5 мг/дм3 у дренажних водах ІОЗС.

Ці реакції екзотермічні, енергія, що утворюється, використовується бактеріями для підтримання їхнього розвитку. Процес нітрифікації може проходити лише в аеробних умовах (поверхневі води меліоративних систем). Таким чином нітратні іони є кінцевим продуктом складного процесу мінералізації органічної речовини. При недостатній кількості кисню проходить протилежний процес - денітрифікація, що призводить до зменшення зв'язаного азоту у водах, водночас азот виділяється у вільному стані.

Головним джерелом накопичення нітратів у поверхневих водах слід вважати ґрунтовий покрив (рис. 3, 4). Але в прісних водоймах нітрати не концентруються. Високі концентрації нітратів у природних водах спостерігаються навесні 2005 року (ІОЗС): 53,3 мг/дм3 - у магістральному каналі, 52,0 - у бічному каналі, 50,0 - у ґрунтових водах внаслідок активізації процесів мінералізації торфових ґрунтів.

У період енергійного розвитку (влітку) водних рослин концентрація нітратів падає практично до нуля.

У грунтові води нітрати проникають внаслідок інфільтрації поверхневих вод. Ці води більше забруднюються нітратами, ніж поверхневі водойми, тому що біота в них практично відсутня. Головними джерелами мінеральних сполук азоту в ґрунтових водах є продукти біохімічного розкладу органічних речовин.

Отже, хімічний склад води ОЗС корелює з даними водної витяжки торфових ґрунтів досліджуваних заплав. Води ТОЗС та ІОЗС мають перевищення ГДК за наступними показниками (табл.5).

Загальна мінералізація природних вод осушувально-зволожувальних систем постійно зростає протягом останніх років. Це пов'язано з розкладом торфової маси та вивільненням зольних елементів, які через біокругообіг потрапляють у дренажні води, водночас сприяючи евтрофікації.

Таблиця 5 Зафіксовані перевищення вмісту іонів в одиницях ГДК (2005-2007 рр.)

Об'єкт	Са2+	Mg2+	NH4+	NO3-	Загальна твердість	Cl-	Загальна мінералізація
Трубіжська осушувально-зволожувальна система
Магістральний канал	-	1,2	-	-	-	1,2	Солонуваті
Боковий канал	-	1,9	-	-	1,1	-	Солонуваті
Грунтові води	1,0	3,0	-	-	1,4	-	З підвищеною мінералізацією
Ірпінська осушувально-зволожувальна система
Продовження табл.5
Магістральний канал	-	-	-	1,2	-	1	З підвищеною мінералізацією
Боковий канал	-	1,5	1,3	1,1	1,4	-	З підвищеною мінералізацією
Грунтові води	1,0	3,3	1,8	1,1	1,6	-	З підвищеною мінералізацією

У п'ятому розділі наведена екоценотична оцінка заплав річок Трубіж та Ірпінь, результати якої є основою для визначення напрямків подальшого використання осушуваних земель. Розвиток органогенних ґрунтів тісно пов'язаний з гідроморфною рослинністю, тому вивчення та аналіз видового складу природних луків осушуваних заплав у систематичному, екологічному, біоморфологічному та господарсько-ботанічному відношенні, визначення можливих шляхів використання та збереження фіторізноманіття є невід'ємною складовою при розробленні проектів осушування та сільськогосподарського використання. Вивченню цих питань значну увагу приділяли: Трускавецький Р. C., Зеров Л. Д., Андрієнко Т. Л., Бачуріна Г. Ф., Адамень Ф. Ф., Шеляг-Сосонко Ю. Р., Григора І. М., Якубенко Б. Є.

Проведеними дослідженнями на території осушувально-меліоративної системи р. Трубіж виявлено 258 видів квіткових рослин, які належать до 144 родів і 41 родини, в заплаві р. Ірпінь в кількості 230 видів квіткових рослин, які належать до 128 родів і 36 родин. Багато видів - синантропні, що з'явилися в заплавах річок у результаті меліорації. Найбільш численними родинами серед дводольних є айстрові, бобові, гвоздичні і ранникові, а серед однодольних - осокові, тонконогові. За своїм генезисом досліджувана флора заплав є гетерогенною, здебільшого бореального і середземноморського характеру.

Перевищення групи гемікриптофітів (рис.6) є загальною ознакою для угруповань, які сформувались після осушування боліт, але значна участь у травостої рослин групи терофітів свідчить про синантропізацію заплав однорічними бур'янистими видами, і це веде до деградації природних кормових угідь, які сформувались під дією меліорації.

Загалом простежується суттєвий вплив осушування, що призводить до ксерофітизації флори. Переважання в травостої природних лук рослин групи мезофітів свідчить про середній рівень вологості грунту осушуваних заплав. Присутність інших екологічних груп є ознакою того, що умови зволоження ґрунту є досить варіабельні.

Більшість видів рослин досліджуваних заплав належить до лучного типу.

Розподіл флори за вимогливістю до вологозабезпечення.

Отже, в результаті осушування формуються угіддя з підвищеною кількістю видів, що належать до різнотравної групи, які менш вибагливі до мінерального живлення та зволоження ґрунту. Травостій сформованих луків осушуваних заплав представлений, в основному, малостравлюваними видами і тому природні угіддя можуть бути використані під пасовища і сіножаті тільки після штучного покращення видового складу їхнього травостою.

У шостому розділі наведено дані про ефективність вирощування сільськогосподарських культур на осушуваних торфових ґрунтах.

Результуючим фактором впровадження різних агротехнічних заходів, а також меліорації ґрунтів є підвищення їхньої родючості та продуктивність сільськогосподарських угідь. Важливим водночас є економічна складова отримання врожаю та екологічні аспекти застосування агротехнологій, особливо це проявляється в зв'язку з переходом сільськогосподарських земель у приватне користування та суттєвим подорожчанням мінеральних добрив.

Дані урожайності столових буряків на осушених землях заплави р. Ірпінь, свідчать, що застосування калійних добрив, які є в дефіциті на органогенних ґрунтах, позитивно вплинуло на продуктивність культури. В середньому урожайність буряків на цьому варіанті порівняно з контролем збільшилась на 4,7 т/га (табл.6). Внесення фосфорно-калійних добрив (Р45К150) сприяло отриманню прибавки урожаю в середньому за три роки 15,3 т/га.

Продуктивність багаторічних трав, які беззмінно вирощують протягом 20 років, також залежала від внесення мінеральних добрив і погодних умов. Найвища врожайність відмічалась на варіанті із внесенням повного мінерального добрива (N90P45K150) і встановила в різні роки - 9,5-12,4 т/га. Урожайність трав на контролі без добрив була в середньому за три роки майже в два рази меншою, ніж на удобрюваних фонах - 5,4 т/га проти 10,5 т/га.

Таблиця 6 Урожайність сільськогосподарських культур стаціонарних дослідів ННЦ ”Інституту землеробства УААН” в заплаві р. Ірпінь, т/га

Варіант удобрення	Столові буряки	Монокультура багаторічних трав
	2005	2006	2007	Середнє	2005	2006	2007	Середнє
Без добрив	35,0	27,6	29,9	30,8	6,0	6,7	3,7	5,4
К150	36,7	35,6	34,1	35,5	7,3	8,2	6,1	7,2
Р45К150	45,4	53,8	39,1	46,1	8,4	10,2	7,7	8,8
N90P45K150	-	-	-	-	9,8	12,4	9,5	10,5
НІР05, ц/га	2,4	2,5	3,2		0,5	0,6	0,4

Вирощування багаторічних трав на осушених торфових ґрунтах також було ефективним. Найвища урожайність сіна 10.5 т/га і умовно-чистий прибуток 3204 грн одержали за внесення N90P45K150, хоча рівень рентабельності на цьому варіанті і собівартість продукції були дещо меншими порівняно з контролем (без добрив), завдяки високій вартості мінеральних добрив.

Загалом, посіви багаторічних трав на осушуваних торфовищах є не тільки економічно вигідними, але й зберігають природну родючість органогенних ґрунтів та екологічну стабільність осушуваних земель.

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

У дисертації наведено результати досліджень основних компонентів (ґрунтів, дренажних вод, рослинності, біоти) меліорованих екосистем і виявлено їхні зміни внаслідок осушування і сільськогосподарського використання.

1. Морфолого-генетичним аналізом торфових осушуваних ґрунтів підтверджено, що використання їх під постійним залуженням багаторічними травами гальмує процес розкладання і мінералізації торфової маси порівняно з використанням торфовищ під просапними культурами, де потужність торфово-перегнійного горизонту становила в середньому 0 - 28 см і торфова маса мала сипучу консистенцію, тоді як під травами верхній горизонт знаходився в межах 0 - 32 см і був певною мірою оструктурений.

2. Осушування і сільськогосподарське використання торфових ґрунтів заплави р. Трубіж суттєво змінило водно-фізичні параметри, порівняно з неосушеними аналогами. Щільність верхнього горизонту торфово-глейового ґрунту збільшилась на 0,26 г/см3, а капілярна і повна вологоємність зменшилась відповідно на 229 і 230 %, що характеризує як задовільний еколого-меліоративний стан. На середньоглибоких торфовищах під сіножатями ці показники змінились відповідно на 0,09 г/см3 (1,39 - 1,20 %), що відповідають сприятливому стану.

3. Використання осушуваних торфових ґрунтів протягом багатьох років під просапні культури спричиняє розкладання і мінералізацію торфової маси та розпилення (вміст ерозійно-небезпечних агрегатів - 71,3 %) і відповідно інтенсифікацію ерозійних процесів.

4. Дослідженнями встановлено, що антропогенне навантаження на торфовища призводить до помітної трансформації складу торфової маси органогенних ґрунтів. За використання осушуваних ґрунтів під пасовища суттєво (на 32,3%) зменшується вміст органічної речовини і відповідно зростає частка мінеральних компонентів ґрунту. Використання осушуваних торфових ґрунтів під сіножаті сповільнює мінералізацію органічної речовини торфу (до 6,3 %) і сприяє стабілізації еколого-меліоративного стану осушуваних земель.

5. Встановлено, що чисельність мікроорганізмів за різних умов використання змінюється в такому напрямку: пасовище > переліг > сіяні багаторічні трави > просапні культури > сіножаті. Найбільше мікроорганізмів на пасовищі (від 132 до 464 х105 КУО/г торфу залежно від пори року). При використанні осушуваних земель як сіножаті, чисельність мікроорганізмів найменша і становить від 14 до 240 х105 КУО/г торфу.

Найбільш активним процес дихання є під пасовищем у заплаві р. Трубіж з виділенням 71,2-152 мг СО2 на 1 г ґрунту; а найменш активним - на варіанті з сіяними багаторічними травами в заплаві р. Ірпінь - виділення СО2 складає 28,4 - 58,8 мг на 1 г ґрунту залежно від пори року.

6. Виявлено, що у поверхневих (дренажних) водах Ірпінської осушувально-зволожувальної системи чітко простежується розвиток евтрофікації, яка спричинена порушенням рівноваги у водних екосистемах (підвищенням концентрації амонію від 0,1 до 3,5 мг/дм3, калію від 5,5-17,3 мг/дм3, збільшенням рН від 7,7 до 8,4 мг/дм3). У дренажних водах Трубіжської осушувально-зволожувальної системи зафіксовано коливання сульфатів (36,0-96,0 мг/дм3), гідрокарбонатів (428,0-624,4 мг/дм3), нітратів (0,4-7,8 мг/дм3), калію (2,5-6,5 мг/дм3), магнію (17,0-46,8 мг/дм3) залежно від пори року.

7. Дослідженнями підтверджено, що за своїм генезисом флора досліджуваних заплав є гетерогенною, здебільшого бореального і середземноморського характеру. Господарська діяльність людини спричиняє глибокі ценотичні зміни первинної болотної рослинності. Зростає участь лучних видів у складі болотних фітоценозів (30% у заплаві р. Трубіж та 38% у заплаві р. Ірпінь). На осушуваних болотах майже повністю зникають гіпнові мохи, з'являється багато синантропних видів (заплава р. Трубіж - 15%, заплава р. Ірпінь - 32%). Травостій сформованих луків осушуваних заплав представлений в основному малостравлюваними видами - 69 % на заплаві р. Трубіж та 73 % на заплаві р. Ірпінь, тому природні угіддя можуть бути використані під пасовища і сіножаті тільки після штучного покращення видового складу травостою.

8. За даними досліджень та узагальнення, найбільш екологічно сприятливим та економічно ефективним варіантом використання осушуваних земель заплави р. Ірпінь є сіножаті під залуженням багаторічними травами, а торфових ґрунтів заплави р. Трубіж - у лукопасовищних і травопільних сівозмінах з періодичним поліпшенням травостою.

За таких напрямів використання формується задовільний (заплава р. Ірпінь) та сприятливий (заплава р. Трубіж) еколого-меліоративний стан земель, а економічна ефективність досягає понад 3000 грн/га.

СТАТТІ У ФАХОВИХ ВИДАННЯХ

1. Мардімасова О. О. Еколого-меліоративний стан осушених органогенних ґрунтів заплави ріки Трубіж / О.О. Мардімасова, М.Ф. Бережняк // Агрохімія і ґрунтознавство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. Спеціальний випуск до 7 з'їзду УТГА. - Харків - 2006. - С.268-270. (Особистий внесок: проводив експериментальні дослідження, обраховував результати досліджень, формував висновки - 75%).

2. Мардімасова О.О. Вплив багаторічних трав на властивості осушених земель / О.О. Мардімасова // Вісник аграрної науки. - К.,2007. - №3. - С.79-81.

3. Мардімасова О.О. Еколого-ценотична оцінка рослинності торфових ґрунтів / О.О. Мардімасова // Вісник аграрної науки. -К., 2007. - №12. - С.78-80.

4. Мардімасова О.О. Динаміка показників якості води на осушувальних системах/ О.О. Мардімасова // Меліорація і водне господарство. - К.,2007. - Вип. 95. - С. 125-131.

Наукові видання та тези доповідей

5. Мардімасова О.О. Біологічна активність осушених торф'яних ґрунтів різного використання / О.О. Мардімасова // Роль меліорації в забезпеченні сталого розвитку землеробства. Матеріали науково-практичної конференції молодих вчених. - К.,2007. - С.40-42.

6. Мардімасова О.О. Властивості осушених торфових ґрунтів за різного їх використання / О.О. Мардімасова // Екологізація сталого розвитку агросфери і ноосферна перспектива інформаційного суспільства. Матеріали наукової конференції студентів, аспірантів і молодих вчених. - Харків. - 2007. - С. 139.

АНОТАЦІЯ

Мардімасова О.О. Особливості еколого-меліоративного стану осушуваних земель Київської області за різних умов їх використання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації. - Інститут гідротехніки і меліорації УААН - Київ, 2009.

На основі системного підходу до оцінки параметрів морфолого-генетичних, фізичних, фізико-хімічних та хімічних властивостей осушуваних торфових ґрунтів, дослідження складу та якості дренажної води, аналізу змін рослинного покриву і ґрунтової біоти виявлено особливості еколого-меліоративного стану осушуваних земель Київщини за різних напрямів їхнього використання.

Комплексними дослідженнями встановлено, що осушування і сільськогосподарське використання торфових ґрунтів заплави р. Трубіж змінило їхні водно-фізичні параметри порівняно з неосушеними аналогами: на ділянках під пасовищем суттєво збільшилась щільність, зменшилась капілярна і повна вологоємність, загальна пористість ґрунту, під сіножатями ці зміни були менш помітними. Фізичні властивості ґрунтів заплави р. Ірпінь істотно не змінювались залежно від їх використання, а з глибиною процеси трансформації фізичних параметрів затухають. Використання осушуваних торфових ґрунтів протягом багатьох років під просапні культури привело до суттєвого розпилення верхнього 0-10 см шару ґрунту та ймовірності прояву ерозійних процесів. Відмічена тенденція підкислення торфових ґрунтів заплави р. Ірпінь в осінній період. За даними водної витяжки вміст токсичних солей у даних ґрунтах незначний.

Спостереження за кількісним і видовим складом ґрунтової макрофауни по варіантах сільськогосподарського використання показали, що найбільша кількість „живої” речовини знаходиться на пасовищі в заплаві р. Трубіж, де створюються кращі екологічні умови для її існування.

Дослідження динаміки дренажних вод показало: збільшення загальної мінералізації, розвиток евтрофікації, підвищення концентрації амонію, калію, збільшення рН.

Екоценотичний аналіз свідчить про глибокі ценотичні зміни первинної болотної рослинності під впливом господарської діяльності людини. Зростає участь лучних видів у складі болотних фітоценозів.

Ключові слова: осушування, еколого-меліоративний стан, фізичні параметри грунту, грунтова біота, екоценотичний аналіз, економічна ефективність.

Мардимасова Е.А. Особенности эколого-мелиоративного состояния осушаемых земель Киевской области при разных условиях их использования. - Рукопись.

Диссертация на соискание степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации. - Институт гидротехники и мелиорации УААН - Киев, 2009.

На основе системного подхода к оценке параметров морфолого-генетических, физических, физико-химических и химических свойств осушаемых торфовых почв, исследования состава и качества дренажной воды, анализа изменений растительного покрова и грунтовой биоты обнаружены особенности эколого-мелиоративного состояния осушаемых земель Киевской области при разных направлениях их использования.

В результате комплексных исследований было установлено, что осушение и сельскохозяйственное использование торфовых почв поймы р.Трубеж изменило их водно-физические параметры по сравнению с неосушаемыми аналогами: на участках под пастбищем существенно увеличилась плотность, уменьшилась капиллярная и полная влагоемкость, общая пористость почвы, под сенокосами эти изменения были менее заметными. Физические свойства почв поймы р. Ирпень сильно не изменялись в зависимости от их использования, а с глубиной процессы трансформации физических параметров затухают. Использование осушаемых торфових почв на протяжении многих лет под пропашные культуры привело к существенному распылению верхнего слоя 0-10 см почвы и вероятности проявления эрозийных процессов. Отмечена тенденция подкисления торфовых почв поймы р. Ирпень в осенний период. По данным водной вытяжки содержание токсических солей в этих почвах незначительно.

Наблюдение за количественным и видовым составом почвенной макрофауны по вариантам сельскохозяйственного использования показали, что наибольшее количество «живого» вещества находится на пастбище в пойме р. Трубеж, где создаются лучшие экологические условия для их существования.

Исследование динамики дренажных вод показало: увеличение общей минерализации, развитие эвтрофикации, повышение концентрации аммония, калия, увеличение рН.

Экоценотический анализ свидетельствует о глубоких ценотических изменениях первичной болотной растительности под воздействием хозяйственной деятельности человека. Увеличивается количество луговых видов в составе болотных фитоценозов.

Ключевые слова: осушение, эколого-мелиоративное состояние, физические параметры почвы, почвенная биота, экоценотический анализ, экономическая эффективность.

Mardimasova O.O. Details of the ekological-reclamative state of draining lands of the Kyiv region in different conditions of their use. - Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Agricultural Sciences on speciality 06.01.02 - agricultural ameliorations. - Institute of Hydraulic Engineering and Amelioration of the UAAS - Kyiv, 2009.

On the basis of systemic approach to the estimation of parameters of morphological-genetical, physical, physical and chemical and chemical properties of the draining peat soils, research of composition and quality of drainage water, analysis of changes of vegetative cover and soil biota, detals of ecological - reclamative state of the draining lands of the Kyiv region at the various directions of their use are revealed.

As a result of complex research it was established, that drainage and the agricultural use of peat soils of flood plain of Trubizh river changed their water-physical parameters as compared to the un drained analogues: on plots under pasture the density of soil substantially increased, capillary and total moisture capacity, total porosity of soil diminished, under hayfields these changes were less noticeable. The physical properties of soils of Irpin high-water bed did not undergo material changes depending on their use and with the depth the physical parameter transformation processes go out. The use of the draining peat soils during many years under tilled crops resulted in substantial dispersion of dipper most (0-10 cm) layer of soil and the probability of manifestation of erosive processes. The tendency of peat soils acidulation of Irpin' flood plain in autumn period is noted. According to the data of water extract the toxic salt content in these soils is insignificant.

Observation on the quantitative and species composition of soil macrofauna on the variants of the agricultural use showed that the greatest number of „living” are on a pasture in Trubizh flood plain, where the best ecological conditions are ensured for its existence.

Research of dynamics of drainage waters showed: the increase of total mineralization, development of euthrophication, rise of ammonium, potassium concentration, increase of рН.

The ecocoenotic analysis testifies of deep coenotic changes of primary marsh vegetation under the influence of human economic activity. The participation of meadow species with in marsh phytocenoses increases.

Key words: drainage, ecological-reclamative state, physical parameters of soil, soil biota, ecocoenotic analysis, economic efficiency.

Размещено на Allbest.ru

...