Чорноземні ґрунти острова Зміїний - географо-генетичні особливості та тенденції еволюції

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний університет імені І.І. Мечникова,

кафедра географії України, ґрунтознавства і земельного кадастру

Чорноземні ґрунти острова Зміїний - географо-генетичні особливості та тенденції еволюції

Я.М. Біланчин, канд. геогр. наук, доцент

І.В. Леонідова, канд. геогр. наук, асистент

А.О. Буяновський, канд. геогр. наук, доцент

М.Й. Тортик, канд. геогр. наук, доцент

В статті узагальнено й аналізуються результати багаторічного, починаючи з 2003-2005 рр., вивчення умов і процесів утворення та географо-генетичних особливостей чорноземних ґрунтів о. Зміїний. Встановлено тенденції сучасних процесів чорноземоутворення та вірогідні сценарії еволюційної зміни чорноземів острова. Обгрунтовано стратегію заходів щодо збереження унікального степового ландшафту острова з генетично-своєрідними чорноземними ґрунтами.

Ключові слова: острів Зміїний, чорноземні грунти та їхні географо-генетичні особливості, вірогідні сценарії еволюції острівних чорноземів.

ЧОРНОЗЕМНЫЕ ПОЧВЫ ОСТРОВА ЗМЕИНЫЙ - ГЕОГРАФО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ТЕНДЕНЦИИ ЭВОЛЮЦИИ

В статье обобщены и анализируются результаты многолетнего, начиная с 2003-2005 гг., изучения условий, процессов образования и географо-генетических особенностей черноземных почв о. Змеиный. Установлены тенденции современных процессов черноземообразования и вероятные сценарии эволюционного изменения черноземов острова. Обосновано стратегию мероприятий по сохранению уникального степного ландшафта острова с генетически своеобразными черноземными почвами.

Ключевые слова: остров Змеиный, черноземные почвы и их географо-генетические особенности, вероятные сценарии эволюции островных черноземов.

CHERNOZEM SOILS OF ZMIINY ISLAND - GEOGRAPHIC- GENETIC FEATURES AND TRENDS OF EVOLUTION

Problem Statement and Purpose. Even the first researchers of the nature of the small (20.5 hectares) rocky Zmiiny Island in the northwestern Black Sea region visually diagnosed the soil there with black earth. However, the first special studies of the genetic nature of morphology, substance-chemical composition and properties of the chernozem soils of the island were conducted only from 2003-2005. The aim of the research is to establish geographic and genetic features of the soils of the island as a mirror of its specific natural and ecological conditions.

Data & Methods. The materials cited in the article were obtained as a result of carrying out a considerable amount of field and laboratory-analytical work and research and mapping of soils of Zmiiny Island. Peculiarities of formation of chernozem soils on the island morphology, substance-chemical composition and properties and trends of modern change are analyzed using the methodological principles of the process- genetic paradigm and the results of many years of research.

Results. Chernozem soils on the island are formed on a low-strength (25-40, up to 50 cm) rocky-gravelly crust of weathering of dense acidic rocks under the cover of almost virgin steppe herbaceous vegetation and year-round salting from the sea, mainly chlorides and Na sulfates. About 60-70% of the biomass of grasses is concentrated in the horizon of the ground turf Hd + on the ground layer of the steppe fume Ns, which can store a significant amount of atmospheric moisture. Surface runoff of surface water on areas with herbaceous vegetation is practically absent, therefore soil erosion is not manifested. The peculiarity of the process of black soil formation on the island is the increase in the capacity of the humus and accumulative horizon and the profile in general upwards direction as the bio-productivity of herbaceous vegetation increases.

The chernozem soils, which were formed, are short-profile, gravel-stony, noncarbonate, practically non-structural, acidic, varyingly saline and solonettious, but without solonetso-iliuvial profile differentiation. The humus content in the upper horizons is very high (10-12, up to 15-18%), it is typical of the chernozem composition of the C.,: C,., (2,5-3,3), but with a sharp dominance of the fraction of HA-1

(70% and more) and very low content (1-2, up to 3-4%) or lack of typical chernozem fraction of HA-2. It is established that there is a tendency of irreversible constant increase of the chernozem properties and characteristics in soils - increase in the capacity of the humus and accumulative horizon and the profile in general, increase of the amount of absorbed cation-bases and reserves of humus and the content of the fraction of HA-2, decrease of acidity, increase of reserves of nutrition elements of plants. Two scenario of soil evolution is forecasted - ecologically optimistic provided the herbaceous vegetation is kept, and ecologically threatening at three sites of violation and contamination of the surface and destruction/erosion of the cover of herbal vegetation within the economic functional zone. We recommend to take measures for preservation of the unique steppe landscape of the island with genetically peculiar chernozem soils.

Keywords: Zmiiny Island, chernozem soils and their geographic and genetic features, probable scenarios of the evolution of island chernozem soils.

ВСТУП

Загальновідомо, що грунт і грунтовий покрив території є функцією її природно-господарських умов та результатом відповідного цим умовам процесу грунтоутворення. І залежно від особливостей умов території і процесів ґрунтотворення низкою особливостей вирізняються сформовані тут грунти і грунтовий покрив загалом. У пропонованій статті проілюструємо сказане результатами нашого багаторічного, починаючи з 2003-2005 рр., вивчення і картографування грунтів і грунтового покриву острова Зміїний і домінуючих у покриві чорноземних грунтів. На цьому невеликому (всього 20,5 га) острові - куполоподібному останці девон-юрського періоду в північно-західній акваторії Чорного моря вперше візуально діагностували тамтешні грунти чорноземами топограф

М.Д. Критський у 1823 р. і перший дослідник природи острова професор Рішельєвського ліцею (м. Одеса) О. Д. Нордман у 1841 р. В подальшому, буквально до 2003-2005 рр., спеціальних досліджень генетичної природи, складу і властивостей чорноземних ґрунтів острова не проводилось.

З часів В.В. Докучаєва утворення і поширення чорноземних грунтів зазвичай асоціюється з багатою лучно-степовою і степовою трав'яною рослинністю лісостепової і степової зон в умовах слабоаридного клімату з добре вираженою його сезонною контрастністю. Ґрунтоутворювальними породами тут найчастіше є карбонатні високопористі лесові і лесоподібні суглинки і глини легкі. Активна мінералізація і гуміфікація опаду багатої трав'яної рослинності та її потужної кореневої системи впродовж відносно вологого і теплого весняно-ранньолітнього періоду змінюється періодом поліконденсації - ускладнення новоутворених гумусових речовин у наступні жарку і посушливу та морозну пори року. В результаті у верхній частині профілю ґрунту і формується темно-забарвлений до чорного гумусово-акумулятивний горизонт з високим вмістом (до 8-10% і більше) перегною та біофільних елементів, включно і Кальцію. Нижня частина профілю чорноземів - це зазвичай горизонт акумуляції карбонатів. Верхні горизонти чорноземів на лесових породах вирізняються пухким структурним складенням і грудкувато-зернистою структурою, нейтральною чи близькою до неї реакцією, високою ємністю катіонного обміну (до 40-50 і навіть 60 ммольекв/100 г) з домінуванням увібраного Кальцію (до 80-90% ємності), високою забезпеченістю елементами живлення рослин.

Безумовно, природно-екологічні умови невеликого о. Зміїний в акваторії Чорного моря доволі своєрідні і суттєво відмінні від умов утворення «класичних» чорноземів. Поверхня острова складена кислими породами значної міцності (конгломерато-брекчії, конгломерати, пісковики), а кора вивітрювання цих порід малопотужна (до 25-40, рідко 60-70 см), сильнокам'янисто-щебенювата. В результаті низкою особливостей і вирізняються процеси ґенези, морфологія, речовинно-хімічний склад і властивості чорноземних ґрунтів острова, що з різною детальністю відмічалось у публікаціях [1-8] та ін.

У зв'язку з викладеним мета дослідження - з'ясувати географо-генетич- ні особливості чорноземних ґрунтів о. Зміїний як «дзеркала» своєрідних його природно-екологічних умов. Відповідно об'єктом дослідження є чорноземні ґрунти острова. Предмет дослідження - чинники і процеси утворення цих ґрунтів, географо-генетичні особливості їхньої морфології, речовинно-хімічного складу і властивостей та тенденції сучасної зміни.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

В статті використані результати багаторічного вивчення, починаючи з 20032005 і до 2015-2018 рр., природно-екологічних умов території о. Зміїний, чинників і процесів утворення, географії та тенденцій сучасної зміни ґрунтів, і чорноземних зокрема, їхніх морфолого-генетичних особливостей, речовинно-хімічного складу і властивостей. Дослідження проводились на 9 ключових ділянках і 6 ландшафтних (ґрунтово-рослинно-оролітологічних) профілях- трансектах на різних геоморфолого-гіпсометричних та експозиційно-схилових рівнях поверхні (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема ключових ділянок досліджень та ґрунтово-рослинно-оролітологічних профілів на о. Зміїний (укладачі - Я. М. Біланчин, П. І. Жанталай, М. Й. Тортик, А. О. Буяновський, І. В. Леонідова)

Умовні позначення

?ОЗ-13...21 - ключові ділянки досліджень;

ҐРОПОЗ-1...6 - ландшафтні (ґрунтово-рослинно-оролітологічні) профілі;

1.5 - геоморфо-гіпсометричні рівні (зони) поверхні острова:

1 - рівень (зона) вершинно-вододільного гребенеподібного плато і привододільних спадистих схилів; 2 - рівень (зона) схилових місцевостей ухилом до 3-5(6)⁰, в межах яких виділено:

2а - кам'янисто-схилові урочища в південно-східній та північно-східній частинах, 2б - середня третина схилу західної експозиції ухилом до 5-6°, 2в - урочища улоговин на північному схилі;

3 - рівень (зона) делювіально-акумулятивних підніж схилів; 4 - рівень (зона) давніх морських терас; 5 - рівень (зона) узбережних крутосхилів і урвищ та фрагментарних ділянок сучасної морської тераси.

Більшість ключових ділянок досліджень і ландшафтних профілів закладено у заповідній зоні острова, де у кращому стані вихідні природні умови, і зокрема степові трав'яні ценози, порівняно із господарською частиною території, значно порушеною господарською діяльністю та військово-оборонним використанням. При виконанні робіт і досліджень використано загальноприйняті в ґрунтознавчо-географічній практиці методи польового і лабораторно-аналітичного вивчення та картографування ґрунтів [9, 10 та ін.] із залученням аеро- і космічних знімків території. Основними методами ґрунтово-генетичних досліджень на острові були порівняльно-географічний, профільно-морфологічний та порівняльно-аналітичний. Достатньо детально і повно методи та методика проведених досліджень висвітлені в публікації [8, с. 18-27].

чорноземний ґрунт географічний генетичний

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Компоненти природно-екологічного середовища острова як чинники чорноземоутворення та їхній ґрунтоутворювальний потенціал. Як зазначалось вище, поверхня о. Зміїний складена щільними кислими породами палеозойського віку, які повсюдно виходять на денну поверхню, займаючи від 5-10 до 30-50% території, а інколи й більше. Кора вивітрювання цих порід малопотужна і сильнокам'янисто-щебенювата. Клімат району острова помірно континентальний з тривалим жарким літом і короткою м'якою зимою. Річна кількість опадів біля 300-350 мм, випаровуваність же за рік сягає 800-1000 мм. Встановлено, що схили північної і західної експозицій острова дещо краще вологозабезпечені порівняно із схилами південної і східної частин його території. Практично цілорічно на поверхню острова з атмосферними опадами і відкладеннями та безпосередньо з моря поступають солі, головно хлориди і сульфати Натрію [4].

Ділянки поверхні між виходами щільних порід на 75,5% площі острова покриті практично незайманою степовою різнотравно-злаковою рослинністю. Сприятливіші умови для розвитку рослинності на делювіально-акумулятивних підніжжях схилів та днищах понижень, а також на дещо краще вологозабезпечених західній і північній схилових частинах території. Сумарна біомаса трав'яних степових фітоценозів тут сягає 70-85 до 110 т/га, в межах же ксе- роморфніших східної і південної частин території вона у 3-4 (5) рази менша. Біля 60-70% біомаси трав зосереджено в горизонті ґрунтової дернини Щ + наземному шарі степової повсті Нс. Основна маса коріння трав сконцентрована у періодично зволожуваному та менш кам'янистому верхньому гумусово- акумулятивному горизонті профілю ^ чи Н до глибини пересічно 15-25 см. Встановлено надзвичайно високу здатність ґрунтової дернини і наземної повсті та верхніх високогумусних горизонтів ґрунтів акумулювати й утримувати атмосферну вологу. Поверхневий же, й особливо підґрунтовий стік на ділянках з покривом трав'яної рослинності мало інтенсивні і швидкоплинні [3].

Проведена нами вперше оцінка ґрунтоутворювального потенціалу природних чинників ґрунтоутворення на острові [5] засвідчила пріоритетність біологічного чинника, передусім степової трав'яної рослинності та її біомаси в утворенні чорноземів, оскільки визначає особливості процесу утворення і накопичення гумусу, формування морфології їхнього профілю, складу і властивостей та рівня природної родючості. Високозначимим є потенціал щільних кислих порід та малопотужної кам'янистої кори їх вивітрювання. Потужність ґрунтоутворювальної товщі, її літологія, склад і властивості суттєво впливають на процес утворення, морфолого-генетичні особливості, речовинно-хімічний склад і властивості сформованих на цих породах ґрунтів. Мала потужність ґрунтоутворювального субстрату є перепоною для формування потужної кореневої системи рослин, а відповідно й потужнопрофільних ґрунтів. Сформувались тут пересічно неповнорозвинені і короткопрофільні чорноземні ґрунти із потужністю гумусового горизонту до 25 і 25-45 см відповідно (рис. 2). А сильна кам'янистість ґрунтоутворювальної товщі і сформованих на ній ґрунтів зумовлює дуже високу їх водопроникність та швидку зміну поверхневого стоку води на підґрунтовий. В результаті навіть на схилових ділянках поверхні під покривом трав'яної рослинності розвиток процесів ерозії ґрунтів малоймовірний. При порушенні же чи зведенні покриву трав'яної рослинності на схилах ухилом 3-5 (6)° констатуються прояви слабкої чи навіть до середньої еродова- ності ґрунтів.

Ґрунтоутворювальним потенціалом клімату та атмосферно-хімічних умов острова зумовлюються сезонні відмінності процесів гуміфікації органічних решток, гумусоутворення і гумусонакопичення, засолення, а ймовірно, і осолонцювання ґрунтів. Потенціалом рельєфу, а точніше його рівнево-гіпсометричними та експозиційно-схиловими відмінностями, спричинюється просторова диференціація процесів формування морфології, речовинно-хімічного складу і властивостей чорноземних ґрунтів, до характеристики яких і переходимо.

Особливості морфології, речовинно-хімічного складу і властивостей чорноземних ґрунтів острова. Деякі результати польового і лабораторно-аналітичного вивчення характеризованих чорноземних ґрунтів наведено у табл. 1. Навіть ознайомлення нашвидку із наведеними даними дає підстави стверджувати, що морфологія, речовинно-хімічний склад і властивості чорноземів острова сформувались і продовжують формуватись під визначальним впливом малопотужної кам'янистої кори вивітрювання щільних кислих порід. Впливом ґрунтоутворювальної товщі зумовлені їхня щебнистість-кам'янистість, короткопрофільність і кислотність, які посилюються до низу профілю, зазвичай піщано-легкосуглинковий і супіщаний гранулометричний склад дрібнозему, некарбонатність і збідненість основами.

Характеризуються чорноземи квазірівноважно-динамічним режимом засоленості залежно від погодно-кліматичних умов та атмосферно-хімічних процесів впродовж року. Найвищою по профілю зазвичай є концентрація легкорозчинних солей у поверхневому горизонті ґрунтової дернини Щ (пересічно 0,3-0,4 %). Тут, очевидно, акумулюється не тільки волога атмосферних опадів, а й поступаючі з ними і атмосферними відкладеннями та безпосередньо з моря солі. Засоленість же по профілю ґрунтів доволі неоднорідна як по території острова, так і в межах геоморфно-гіпсометричних рівнів поверхні - найчастіше від 0,15-0,20 до 0,30-0,40 % (табл. 1).

Чорноземні ґрунти острова слабко мікроагреговані і практично безструктурні, на відміну від чорноземів півдня України на лесових породах. Вірогідно,

Рис.2. Карта-схема ґрунтів острова Зміїний

(укладачі - Я. М. Біланчин, П. І. Жанталай, М. Й. Тортик, А. О. Буяновський, І. В. Леонідова) Умовні позначення

Загальні відомості про будову профілів, речовинно-хімічний склад і властивості чорноземних ґрунтів о. Зміїний