Зміна рослинності і властивостей пірогенних утворень на згорілих торфових ґрунтах Західного Полісся

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміна рослинності і властивостей пірогенних утворень на згорілих торфових ґрунтах Західного Полісся

Наведено основні причини пожеж на торфовищах, розподіл їхньої кількості по території України. Представлено основні види вторинних пірогенних утворень, оцінено зміну осушуваних ґрунтів, які зазнали пірогенної деградації в зоні Західного Полісся. Детально описано зміну рос-линного покриву на деградованій ділянці, ґрунтові розрізи (порівняно з контролем), їхні агрохі-мічні показники. Досліджено можливість відновлення пірогенно деградованих торфовищ задля їх подальшого сільськогосподарського використання.

Ключові слова: пірогенні утворення, торфові ґрунти, біорізноманіття, деградація. пірогенний осушуваний ґрунт деградований

Останніми десятиліттями на фоні пору-шення гідрологічного режиму внаслідок осу-шення більшості боліт і змін клімату в Україні значно збільшилася пожежонебезпечна ситуа-ція. Загальна площа осушених земель в Україні становить 3 млн 120 тис. га. Проте через від-сутність належного догляду за осушувальною мережею, а також деградацію ґрунтів у сіль-ськогосподарському використанні перебуває лише 2 млн 200 тис. га, або 71%, осушеної площі, а раціонально використовується її тільки 40% (880 тис. га). Це спричинено виходом із ладу осушувальних систем і вторинним заболочу-ванням ґрунтів. Тому на цих ґрунтах останніми роками значно збільшилася пожежонебезпеч- на ситуація, яку можна спостерігати лише на осушених торфовищах.

Пожежі в природних екосистемах зазви-чай завдають великих збитків. Висока темпе-ратура повітря й тривала відсутність опадів призводять до значного висушування ґрунту і створення надзвичайного стану. Основними причинами виникнення пожеж у природних екосистемах є діяльність людини, природні чинники, самозаймання торфу та спалювання залишків сільськогосподарської продукції. У 2016 р. зареєстровано понад 13 тисяч випад-ків пожеж у природних екосистемах (проти 14,5 -- у 2015 р.), їхня кількість зменшилася на 9 %.

Пожежі на торфових полях відрізняються від решти пожеж тривалістю ліквідації та по-тенційною можливістю збільшення їхніх масш-табів. Складність гасіння таких пожеж полягає в тому, що горіння проникає в глибші горизонти торфу. При підземних пожежах вогню на по-верхні ґрунту немає, лише інколи пробивається з-під землі невеличкий димок наче від однієї цигарки курива, але скоро зникає, потім виді-ляється дим, який стелеться поверхнею. На такі пожежі не впливають ні вітер, ні добові зміни погоди, а горіння може тривати місяцями.

За даними Державної служби України з надзвичайних ситуацій, упродовж 2016 р. ви-никло 568 торфових пожеж. Найбільшу кіль-кість їх було зареєстровано у Львівській (303; з 5443,9 га торфовищ -- на 91,9 га), Київській (128; понад 11 га) і Волинській (54; на площі по-над 40 га) областях, що становить 85,3% загаль-ної кількості пожеж на торфовищах України.

На рис. 1 наведено розподіл кількості по-жеж, що виникали в 2016 р. на торфовищах.

Торфові ґрунти займають значну частину Полісся, лише в зоні Західного Полісся низинні

Рис. 1. Розподіл кількості пожеж, що виникали в 2016 р. на торфовищах [1]

торфові ґрунти поширені на площі 242,7 тис. га. Пожежі на торфових ґрунтах спалахують що-річно. І, як наслідок, збільшуються площі по- страждалих земель, погіршується екологічна ситуація. Основною причиною цього явища є відсутність або недостатність регулювання рів-ня ґрунтових вод, що зумовлює відривання капілярної облямівки ґрунтових вод від орга-ногенних товщ, сприяє пересиханню торфу і його легкому загоранню. Ще однією з причин пожеж можна вважати відсутність культури землеробства на осушених торфових землях, оскільки після осушення вони використовують-ся в умовах незахищеності поверхні торфу від загорання. Тому в літній та осінній періоди тут часто спалахують поверхневі шари торфу [2].

Вчені Інституту експериментальної бо-таніки НАН Білорусі зазначають, що кількість пожеж можна зменшити, якщо відроджувати болота: застосовувати комплексне вторинне обводнення і відновлення боліт як метод ре-культивації освоєних торфовиків, при цьому знижуватиметься їхня здатність до загорання й підвищення екологічної безпеки прилеглих територій.

З кожним роком у зоні Українського По-лісся кількість торфових ґрунтів, які постраж-дали від пірогенної деградації, зростає.

Розглянемо основні види вторинних пі- рогенних утворень і оцінимо зміну низинних осушуваних грунтів, які зазнали пірогенної деградації в зоні Західного Полісся, а саме -- в Рівненській області.

Територія після вигорання верхнього шару залишається без родючого ґрунтового органогенного горизонту. Поверхня згарища вкрита шаром жовто-вохристого попелу, май-же не зайнята рослинністю й піддається в цей час вітровій ерозії. Після пожежі на торфовищі замість родючих осушених ґрунтів з'являють-ся вторинні пірогенні утворення. Виділяють такі основні види вторинних пірогенних утво-рень:

1) пірогенно-перегнійні утворення. Верх-ній горизонт має товщину 6-10 см. Він утворе-ний масою жовто-вохристого попелу, що міс-тить значну кількість гідроксиду заліза. Нижче залягає темний шар супіску товщиною 10-20 см, глибше -- світло-сірий оглеєний пісок;

2) пірогенно-піщані утворення. Цей вид відрізняється від пірогенно-перегнійних від-сутністю вуглистого і перегнійного шарів. Пере-гнійний шар може існувати в профілі ґрунту, але товщина його не перевищує 3-5 см;

3) піщані утворення. Ці утворення фор-муються як наслідок підняттям мінерального дна болота. Вони вищі від навколишньої по-верхні на 0,3-0,5 м. Піщані утворення на ви-горілих ділянках займають здебільшого не-велику площу;

4) пірогенні дерново-піщані утворення. Утворення відбуваються за наявності «похова-ної деревини», яка «спікається» під час пожежі і утворює на поверхні шар товщиною до 50 см. Цей ґрунт неоднорідний, що спричинює фор-мування специфічного мікрорельєфу;

5) пірогенно змішані торфові ґрунти. Тані утворення найбільш розповсюджені біля трас каналів, а також на всій довжині дренаж-них ліній завширшки 5-8 м. Їхні горизонти мають мати різну товщину. Для цих утворень характерне інтенсивне осушення верхніх ша-рів торфу; воно відбувається при підвищенні температури, й тоді торф втрачає здатність до набухання та зволоження.

Спостереження засвідчують, що пірогенно змішані торфові ґрунти формуються на осуше-них масивах глибоких торфовищ, тобто там, де потужність торфу перевищує норму осушення, або в зоні напірних вод. Крім того, пірогенні утворення формуються і на неосушених тор-фовищах, які зазнали вигорання [3].

У літературі [2-5] описується досить по-вільна динаміка відновлення рослинного по-криву на згарищах. Це пояснюється високим значенням рН, що зумовлюється високою кон-центрацією поташу у верхніх шарах ґрунту. Наступного року після пожежі починається повільне заселення згарища. При цьому най-більше різноманіття рослинності зосереджу-ється по краях полів.

Поступово, під впливом затоплення за-плави, а також під час танення снігу відбува-ється процес вилуговування з поверхневих горизонтів вуглекислого калію. Показник рН пірогенно-перегнійних утворень знижуєть-ся, і лише після цього розпочинається процес заселення території пожарища твав'янистою рослинністю [2]. На четвертий-п'ятий рік про-цес заселення рослинністю стабілізується, і тоді можна простежити певні закономірності розселення рослин.

За наявності пірогенних утворень, у про-філі яких повністю вигорів торф, потрібно про-водити глибоку оранку, що є обов'язковою умо-вою їх ефективного використання в аграрному виробництві.

Ґрунти, які піддалися пожежам, але збе-регли родючість, після механічного перемі-шування їх верхнього попелястого горизонту і підстилаючого торфового шару можуть бути придатними для вирощування сільськогос-подарських культур. Пірогенні утворення в умовах інтенсивного землеробства можна ви-користовувати тільки як луки невисокої якості для виробництва грубих кормів. Для поліп-шення стану пірогенних утворень необхідні землювання, реконструкція дренажу, внесення значних доз органічних і мінеральних добрив, формування родючого ґрунтового шару. Після рекультивації такі ґрунти придатні для ви-рощування районованих культур. Території, зайняті пірогенними утвореннями, можна ви-користати і в інших галузях народного госпо-дарства [5].

Деградовані торфові ґрунти відзначають-ся погіршенням водно-повітряних, фізичних, хімічних властивостей, що негативно позна-чається на веденні сільського господарства та потребує додаткових заходів для поліпшення властивостей ґрунту. У зв'язку зі зміною вод-но-фізичних властивостей на межі контакту торфового шару і підстилаючої породи відбу-вається розрив капілярного зв'язку, що спри-чинює майже повне порушення доступу води в нижні водоносні горизонти в залишковому шарі торфу. Саме тому водний режим вигорі-лих торфовищ дуже нестійкий і залежить від кількості атмосферних опадів [2].

Чим менший залишковий шар торфу, тим більш нестійкий і більш несприятливий для росту й розвитку рослин його водно-повітря-ний режим, оскільки малопотужний залиш-ковий шар торфу не може впродовж усього вегетаційного періоду акумулювати необхідну кількість продуктивної вологи. У процесі регу-лювання водного режиму потрібно забезпечити оптимальну польову вологоємність активного (орного) шару ґрунту, яка відповідала б необ-хідним біологічним особливостям вирощуваних культур.

За своїми властивостями пірогенний шар ґрунту значно відрізняється від шару природ-ного торфу осушеного болота. Ефективна родю-чість його дуже низька, оскільки в ньому майже немає легкогідролізованих форм азоту й спо-стерігається дефіцит легкорозчинних сполук фосфору та калію, доступних для рослин.

Господарська цінність пірогенних від-кладів визначається потужністю залишкового шару торфу та його властивостями. Часто в межах одного вигорілого масиву простежують-ся досить широкі коливання товщини залиш-кового торфу, що зумовлюється особливостями підстилаючої породи. Це створює певні труд-нощі в його освоєнні. Зі створенням лучних угідь залишковий шар торфу уберігається від надмірної мінералізації [4].

Особливістю їх освоєння є те, що потрібно механічно перемішувати залишок вигорілого торфового ґрунту з підстилаючим мінераль-ним, щоб утворився родючий профіль. Спосіб механічного перемішування визначається гли-биною горілого шару. Якщо він не перевищує 20 см, то застосовують безполицеву оранку на глибину 30-35 см, яку можна проводити в будь-який час (влітку чи восени). Така оранка добре перемішує горілий торф з негорілим, а внесення відповідних мінеральних добрив ще й підвищує їхню родючість.

Якщо товщина шару горілого торфу біль-ша ніж 40 см, то ґрунти можна окультурити плантажною оранкою на глибину, яка пере-вищує товщину горілого шару на 10-15 см. Виораний ґрунт дискують і вносять у нього мінеральні добрива [5].

Система обробітку ґрунту, удобрення, під-бір відповідних культур на вигорілих торфо-вищах у початковий період освоєння має бути спрямована на активізацію біологічних проце-сів, посилення аерації та зменшення шкідливої дії закисних сполук, які тривалий час накопи-чувались у природному шарі торфу, а після його згорання вийшли на поверхню.

Під час оцінювання наслідків пожеж і ви-значення способів рекультивації велике зна-чення має характер поширення пожеж. Буває локальне й тотальне вигорання торфових ґрун-тів. У випадку тотального вигорання знищуєть-ся повністю вся площа ґрунтів. При локальному простежується пірогенне вигорання на окре-мих ділянках.

Метою наших досліджень було дослідити можливість відновлення пірогенно деградо- ваних торфовищ задля їхнього подальшого сільськогосподарського використання.

Об'єктом спостереження були пірогенні утворення, що виникли після спустошливої по-жежі 2000 р. на низинних осушених торфових ґрунтах болотного масиву «Чемерне», осуше-них у 1924 р., а реконструкцію меліоративної системи було проведено в 1958, 1975 та частково в 1997 р. Протягом останнього десятиріччя ця територія була природним малопродуктивним угіддям, а після пожежі залишилась без ґрун-тового шару глибиною 0,5-0,8 м. Гончарний дренаж був повністю оголений і його довелося прибрати з поля. Поверхня згарища залиши-лася вкрита шаром ржаво-вохристої золи, яка легко розвіюється в сухому стані.

Одразу після пожежі на всій площі масиву не було виявлено ні деревної, ні трав'янистої рослинності, ні мохів. Пірогенне утворення було багате на елементами мінерального живлення (табл. 1). Наступного року почалося повільне за-селення поверхні згарища, яке мало характерну особливість -- вегетативні органи рослин були пригнічені. Серед трав'яних рослин трапляли-ся кульбаба лікарська (Taraxacum officinale Wigg), фіалка польова (Viola arvensis Murr.), полин звичайний (Artemisia vulgaris L.), грици-ки звичайні (Capsella bursapastoris (L.), Medic.), мати-й-мачуха (Tussilago farfara L.), щавель кінський (Pumex maritimus L.) та інші види.

Було виявлено й одиничні види деревних -- верба попеляста (Salix cinerea, L.), береза пух-наста (Betula pubescens, Ehrk.), береза низька (Betula humilis), а з трав'янистих -- іван-чай вузьколистий (Chamaenerium angustifolium (L.), Scop.). У невеликих заглибинах на поверхні пірогенних утворень траплявся мох -- лейпто- брей грушоподібний (Leptobrium Wils., Hedw.). Уздовж осушувальних каналів виявлено осоку польову (Sonehus arvensis L.). Спостерігалася неповна зайнятість екотопу.

За сім років видовий склад луки змінився, а саме: 40% -- тонконіг лучний (Poa pratcnsis L.), 40 -- мітлиця біла (Agrostis stolonifera),

9 -- верба попеляста (Salix cinerea L.), 9% -- очеретянка звичайна (Phalaroides arundina- cea), у нижньому ярусі травостою спостері-гали поширення жовтецю їдкого (Ranunculus acris), стали поодиноко траплятися куртини кропиви дводомної (Urttca dioica), осоки (Ca- rex), ситничку (Juncus) та іншого різнотрав'я. Через 13 років видовий склад луки став такий: 20% -- тонконіг лучний, 30 -- мітлиця біла, 20 -- щучник дернистий, 5 -- верба попеляста,

10 -- очеретянка звичайна, 15 -- інші види. У нижньому ярусі травостою в найбільш зволо-жених місцезростаннях помітну роль відіграє жовтець їдкий, трапляються поодинокі кур-тини кропиви дводомної, ситнику скупченого та іншого різнотрав'я. Отже, відбулися значні зміни видового складу рослин.

Наступного року цей масив поверну-ли до сільськогосподарського використання після окультурення. Застосували глибоку оранку, виораний ґрунт дискували, перемі-шуючи горілий торф із негорілим. Висіяли тим-офіївку лучну, а з 2006 р. висівали вико-ві- всяну сумішку, які давали врожаї хорошої якості.

Проаналізувавши структуру й характер утворення досліджуваного нами поля, можна стверджувати, що маємо утворення пірогенно змішаних торфових ґрунтів.

Для визначення морфологічних власти-востей торфових ґрунтів закладали два екс-периментальні розрізи ґрунту: 1) торфовий ґрунт, який не зазнав пірогенної деградації (контроль); 2) торфове згарище. Через сім років після пожежі мати наступні результати.

Розріз 1 (травопільна сівозміна: в останні три роки на цій ділянці висівали сумішку з багаторічних трав, а два роки -- вико-вівсяну сумішку й тимофіївку лучну -- ґрунт не по-страждав від пірогенної деградації:

Т0 -- 0-7 см. Дернина багаторічних трав.

Т1 -- 7-30 см. Сильно розкладений тем-но-коричневий торф (землистий), пронизаний коренями трав, свіжий, перехід різкий.

Т2 -- 30-78 см. Слабо розкладений жов-то-бурий торф, у верхній частині включені по-одинокі корені трав, трапляються напіврозкла- дені залишки гіпсових мохів та осоки й іншої рослинності. Трапляються прошарки торфу з ознаками колишніх пожеж. Вологий.

T3GI -- 78-118 см. Слабо розкладений жовто-бурий торф із зеленим відтінком, си-ніє на повітрі, добре помітні напіврозкладені дерев'янисті та осокові рештки, оглеєний, мо-крий.

T4G1 -- 118-140 см. Жовто-бурий слабо- розкладений торф, мокрий донизу, замулений

1 сильно оглеєний. Вода в шурфі через годину піднялась до 88 см.

Розріз 2 (травопільна сівозміна: тимофі-ївка лучна -- 2 роки, вико-вівсяна сумішка --

2 роки) -- торфове згарище:

Т -- 0-30 см. Орний шар. Торф сильно розкладений, ржаво-бурого кольору з вохрис-тими дрібними грудочками з розораних шарів попелу (свіжий, розпилений).

Т2 -- 30-54 см. Середньорозкладений буро-коричневий торф із прошарками горілого торфу та залізисто-вівіанітовими відкладами брудно-сірого кольору, на повітрі синіє.

T3GI -- 57-76 см. Слаборозкладений жов-то-бурий торф із поодинокими фрагментами горілого торфу та вівіаніту, оглеєний, у нижній частині мокрий, перехід помітний.

T4G1 -- 79-108 см. Слабо розкладений тем-но-бурий торф, знизу із суглинком, оглеєний, мокрий.

Т 5GI -- 108 см і глибше. Сильнорозкладе- ний торф, поступово переходить у підстилаючу піщану породу, гумусований, оглеєний, мокрий. Вода в шурфі швидко піднялася до 68 см.

Через 13 років після пожежі були такі результати.

Розріз 1:

Т1 -- 0-25 см. Торф темно-коричневого кольору, добре розкладений, пухкий, дрібно- грудкуватої структури, вологий, пронизаний коренями рослин. Перехід до наступного го-ризонту різкий.

Т2 -- 25-92 см. Торф світло-бурий зі сла- бовираженим жовтуватим відтінком, слабо- розкладений, вологий, добре помітні залишки стебел осок та гіпнових мохів, слабоущільнений. Перехід до наступного горизонту чіткий.

Т3 -- 92 см і глибше до води. Торф тем-но-бурий із жовто-зеленим відтінком, пухкий, вологий у верхній частині, донизу -- мокрий,

3 добре збереженими залишками стебел осок та гіпнових мохів.

Розріз 2:

Т1 -- 0-21 см. Вигорілий торф темно-ко-ричневого кольору, зі значними вкрапленнями горілого й неоднорідно розподіленого вздовж горизонту горілого торфу, ущільнений, воло-гий, пронизаний коренями рослин. Перехід до наступного горизонту різкий.

Т2 -- 21-32 см. Горілий торф темно-оран-жевого кольору, сильно ущільнений, вологий, пронизаний коренями рослин. Перехід до на-ступного горизонту різкий.

T3gl -- 32 см. і глибше. Підстилаюча поро-да. Пісок сірий, середньозернистий, оглеєний, збагачений органічними залишками, вологий.

Таким чином, видно, наскільки сильно змінився профіль ґрунту, особливо орний (0-30 см) і підорний (30-50 см) шари.

На цих ґрунтах відбиралися також проби для визначення основних агрохімічних показ-ників (див. табл. 1).

Під час сільськогосподарського викорис-тання на обох полях вносили однакові дози амі-ачної селітри й вирощували однакові культури (вико-вівсяну сумішку та багаторічні трави). Як видно з табл. 1, показники пірогенно дегра- дованого ґрунту досить строкаті. Однозначно, в разі їх подальшого сільськогосподарського використання не потрібно вносити азотних і фосфорних добрив. Ґрунт згарища став ба- гатозольним і ще на довгі роки забезпеченим усіма хімічними елементами. Разом з тим від-бувається тенденція його підкислення, тому обов'язково слід стежити за показником рН задля подальшого вапнування цього ґрунту.

Часті пожежі на осушених торфових ґрунтах є серйозною проблемою сьогодення. Адже під час пожежі повністю знищується рос-линний покрив і повністю або частково вигорає торф при чому формуються вторинні пірогенні утворення. На вигорілих ділянках найчастіше спостерігається порушення водно-повітряного режиму, самі по собі ці ґрунти стають мало-придатними для сільського господарства.

Із запобіжних заходів слід улаштовувати захисні канави глибиною на 0,5 м нижче від рівня ґрунтових вод і шириною дна до 1 м в місцях, де є небезпека виникнення торфових пожеж.

Ґрунти, які піддалися пожежам, але збе-регли родючість, після механічного перемі-шування їх верхнього зольного горизонту і підстилаючого торфового шару можуть бути придатними для вирощування сільськогос-подарських культур. Пірогенні утворення в умовах інтенсивного землеробства можна ви-користовувати тільки як луки для виробництва грубих кормів.

Оскільки проблема збереження біорізно- манітності має національне значення, то по-трібно забезпечити його збереження та під-готувати нормативно-законодавчу базу для стійкого використання осушених торфових ґрунтів України.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Аналітичний огляд стану техногенної та при-родної безпеки в Україні за 2016 рік. -- С. 433. [http://www.dsns.gov.ua/ua/Analitichniy-og- lyad-stanu-tehnogennoyi-ta-prirodnoyi-bez- peki-v--Ukrayini-za-2015-rik.html]

2. Зайдельман Ф.Р., Шваров А.П. Пирогенная и гидротермичная деградация торфовых почв, их агроэкология, песчаные культуры земле-делия, рекультивація. М.: Изд-во МГУ, 2002.

3. Зайдельман Ф.Р., Банников М.В., Шваров А.П. Пирогенные образования на месте осушен-ных сгоревших торфяных почв -- свойства и плодородие / / Почвоведение. -- 1998. -- № 9. -- С. 1150-1159.

4. Зайдельман Ф.Р., Банников М.В., Шваров А.П. Структура и экологическая оценка пирогенных образований на сгоревших осушенных торфя-ных почвах // Весн. Москов. ун-та. Сер. 17. -- Почвоведение. -- 1998. -- № 2. -- С. 31-36.

5. Рекомендації по використанню осушених тор-фово-болотних ґрунтів. -- К.: Урожай, 1965.

6. Коваль С.І. Особливості видового складу піро- генних новоутворень на осушених торфових ґрунтах / / Матеріали дев'ятої конф. молодих учених-біологів «Наукові основи збереження біотичної різноманітності». Львів: Ін-т екології Карпат НАН України, 2009.

7. Коваль С.І. Пірогенні утворення на місці осу-шених згорівших торфових ґрунтів -- їх роз-виток / / IX Междунар. Науч.-практ. конф. «Проблемы экологической безопасности и развития морехозяйственного и нефтегазового комплексов» 20 мая 2015 г., Одесса, Украина.

Размещено на Allbest.ru