Агроекологічна характеристика кислотно-основних функцій ґрунтового покриву басейну ріки Горинь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

Агроекологічна характеристика кислотно-основних функцій ґрунтового покриву басейну ріки горинь

Драб Р.Р.

У зв'язку з напруженою екологічною ситуацією, погіршенням агроекологічного стану ґрунтів басейну ріки Горинь, а також зважаючи на структурні зміни та нові земельні відносини в аграрно-промисловому виробництві необхідно впровадити нові екологічно безпечні методи зі сталого функціонування земель, для чого потрібно дослідити екологічні та продуктивні функції ґрунтів, а зокрема, стан їх кислотно-основної рівноваги, адже вона є вагомим регулятором внутрішньої впорядкованості екосистеми Горині та її злагодженості. Нами зроблена спроба оцінити кислотно-основні функції ґрунтового покриву басейну ріки Горинь, опираючись на постулати теорії буферності ґрунтів

В результаті досліджень виявилось, що 87,1% вивчених нами ґрунтів відзначаються кислою чи слабокислою реакцією ґрунтового середовища (рНводн<6); реакція ґрунтового розчину безпосередньо впливає на живлення рослин, засвоєння ними необхідних поживних речовин, процеси гуміфікації-мінералізації органічних речовин, коагуляції-пептизації колоїдів, мікробіологічні процеси тощо. При низьких значеннях рН такі фактори, як токсичність гідрогену та алюмінію, дефіцит мікроелементів, підвищений вміст та рухомість важких металів, несприятливі фізичні властивості ґрунтів, порушення обмінних процесів чинять пригнічуючу дію на ріст та розвиток рослин. Внаслідок антропогенного навантаження, рівень якого зростає, що пов'язано з промисловим забрудненням території та акваторії басейну, використанням фізіологічно кислих мінеральних добрив та випаданням кислотних дощів та туманів, які утворюються внаслідок забруднення атмосфери неочищеними викидами промислових підприємств, спостерігаються явища вторинного підкислення ґрунтів, що вивчались, тобто можна говорити про явища кислотної деградації ґрунтів.

Тому для розробки максимально збалансованих та мінімально затратних агроекологічних заходів окультурення ґрунтів басейну ріки Горинь необхідно вивчити основні принципи функціонування їх буферних механізмів, адже основні оціночні показники буферності ґрунтів характеризують зміну природних властивостей внаслідок зовнішніх навантажень не тільки якісно, але й кількісно.

У режимах функціонування ґрунтових систем присутні два зворотні процеси: депонування (накопичення, адсорбції, іммобілізації) та активації (вивільнення, мобілізації) елементів живлення рослин та енергії. Показник буферної ємності ґрунту в кислотному інтервалі навантажень (ПБЄк) характеризує негативне крило буферності та визначає мобілізаційні реакції досліджуваних ґрунтів, за допомогою його визначають їх стійкість до підкислення.

Ми прослідкували зміну ПБЄк ґрунтів басейну ріки Горинь залежно від їх актуальної кислотності (ВТ), колоїдно-хімічних властивостей та гранулометричного складу, адже кислотно-основна буферність ґрунту залежить від багатьох чинників.

Також ми дослідили інтенсивність зрушень рН ґрунтових суспензій залежно від умісту в ній протонів при таких рівнях протонного навантаження: 0, 2, 4, 6, 9, 12 мг-екв/100 г ґрунту. Вихідне значення рН досліджуваних ґрунтів, що характеризує їх кислотно-основну рівновагу, забезпечується такими буферними механізмами, як реакції катіонного обміну за участю функціональних груп специфічних органічних кислот (дерново-підзолисті, сірі, торфові, лучні та лучно-чорноземні), протонування СОО--груп фульвокислот та аніонів неспецифічних низькомолекулярних органічних кислот (дерново-підзолисті, сірі), а також наявністю карбонатної (торфові, лучні та лучно-чорноземні) та силікатної (чорноземи опідзолені, у яких основним продуктом реакції є хімічні зміни структури глинистих мінералів) буферної систем.

Зі збільшенням протонного навантаження до 2 мг-екв/100 г ґрунту в дію вступають такі буферні системи, як реакції заміщення обмінних основ (всі типи досліджуваних ґрунтів (підтипи важкого гранулометричного складу), крім чорноземів опідзолених), процеси катіонного обміну за участю функціональних груп специфічних органічних кислот, протонування СОО--груп фульвокислот та аніонів неспецифічних низькомолекулярних органічних кислот (лучні та лучно-чорноземні ґрунти та чорноземи опідзолені), процеси розкладу солей сильних основ органічних кислот (всі типи зразків, що вивчались, окрім торфових), а також реакціями розкладу алюмінію на СООН групах гумусових кислот, реакціями розкладу Fe- та Al- органічних комплексів (дерново-підзолисті ґрунти)

Слід відзначити найбільшу буферну ємність в кислотному інтервалі навантажень торфових ґрунтів, особливо середньо- та високозольних їх підтипів (24,19-32,75 бали), доволі високу - у лучно-чорноземних (11,69-25,80), лучних (12,29-22,75) та чорноземів опідзолених (17,91-23,82), найменшим цей показник виявився щодо сірих (6,55-17,96) та дерново-підзолистих ґрунтів (4,13-11,09). Встановлені прямопропорційні взаємозв'язки між ПБЄк досліджуваних мінеральних ґрунтів та вмістом гумусу, фізичної глини, суми увібраних катіонів та обернено пропорційні - з гідролітичною кислотністю.

Інтенсивність зрушень рН у різних горизонтах усіх ґрунтів Горині є приблизно рівномірною, що демонструє дію якісно та кількісно однакових буферних систем. Відповідно до отриманих аналітичних даних складена картосхема буферної ємності ґрунтів басейну ріки Горинь в кислотному інтервалі навантажень (рис. 1) за градацією, яка є однотипною і в лужному інтервалі зовнішніх впливів:

Ш < 10 балів - дуже низькобуферні ґрунти;

Ш 10-20 балів - низькобуферні ґрунти;

Ш 20-30 балів - середньобуферні ґрунти;

Ш 30-40 балів - ґрунти підвищеної буферності;

Ш 40-50 балів - високобуферні ґрунти;

Ш >50 балів - дуже високобуферні ґрунти

Найбільш агроекологічно цінними є ґрунти, що характеризуються буферністю 20-40 балів, які здатні утримувати генетично притаманне значення рН ґрунтового розчину та відновлювати його з часом внаслідок дії зовнішніх навантажень з найменшими енергетичними (термодинамічними) затратами. Ґрунти, яким властива низька буферність, є агроекологічно вразливими, тому що добрива та меліоранти практично не утримуються у їх ґрунтово-вбирному комплексі і при вимиванні потрапляють у підґрунтові води, що призводить до забруднення довкілля. Ґрунти з надто високою буферністю (більше 40 балів) навпаки занадто сильно утримують поживні речовини, тим самим забезпечуючи їх доступ рослинам.

Показник буферної ємності ґрунтів у лужному інтервалі зовнішніх впливів (ПБЄл) характеризує позитивне крило буферності та визначає мобілізаційні (акумулятивні) процеси, що відбуваються в ґрунті, за допомогою його можна прослідкувати стійкість ґрунтів до підлужнення. Найбільш сприятлива агроекологічна ситуація властива таким ґрунтам, буферні механізми яких здатні нейтралізувати не тільки кислотні, але й лужні навантаження, що дозволяє їм відновити кислотно-основну рівновагу з часом.

Слід відмітити найбільш оптимальні параметри буферної ємності в лужному інтервалі навантажень лучних (28,51-34,09 балів), лучно-чорноземних (26,50-30,62 бали), сірих (26,58-39,36 балів), торфових ґрунтів басейну ріки Горинь (26,91-35,39 бали) та чорноземів опідзолених (33,98-35,45 бали), що вказує на кислу або слабокислу реакцію ґрунтового розчину більшості з них, однак на досить високу агрономічну цінність для вирощування сільськогосподарських культур, що пов'язано із більш високим вмістом обмінних катіонів в колоїдному комплексі та ґрунтовому розчині та більш сприятливими для рослин параметрами вапняного потенціалу (рН-0,5рСа), тобто співвідношенням між гідрогенними і кальцієвими йонами. Фізико-хімічні показники впливають також на стан ПБЄл дерново-підзолистих ґрунтів, однак в даному випадку цей показник досить суттєво залежить і від гранулометричного складу і становить 14,76-18,35 балів у піщаних підтипів, 21,08 - у зв'язно-піщаних та 20,01 - у супіщаних.

Рис. 1. Картосхема буферної ємності ґрунтів басейну ріки Горинь в кислотному інтервалі навантажень

Також нами вивчались зрушення рН ґрунтових суспензій при зростаючому гідроксильному навантаженні на таких рівнях: 2,4, 4,8, 7,2, 9,6, 12,0 мг-екв/100 г ґрунту Са(ОН)2 для визначення максимального лужного навантаження, при яких спрацьовують буферні системи та механізми ґрунтів, щоб підтримати кислотно-основну рівновагу. При впливі лугу 2,4 мг-екв/100 г ґрунту спрацьовують такі буферні механізми, як депротонування ОН-груп глинистих кристалітів та основ низькомолекулярних органічних кислот (дерново-підзолисті ґрунти, легкосуглинкові підтипи сірих ґрунтів, середньо- та високозольні підтипи торфових ґрунтів та чорноземи опідзолені), депротонування ОН-груп фенольних сполук (дерново-підзолисті, важкосуглинкові підтипи сірих ґрунтів та чорноземи опідзолені) та буферні системи, пов'язаних з реакціями депротонування карбонатної кислоти та неспецифічних карбонатних кислот (малозольні різновиди торфів).

Згідно з отриманими аналітичними даними складена картосхема буферної ємності ґрунтів басейну ріки Горинь в лужному інтервалі впливів (рис. 2).

Поняття про стан загальної кислотно-основної буферності ґрунтів Горині дає нам показник загальної оцінки буферності (ПЗОБ), який включає в себе суму буферних ємностей в кислотному та лужному інтервалі впливів, а також враховує коефіцієнт буферної асиметрії ґрунту (КБА).

КБА є дуже важливим оціночним показником буферності, тому що він встановлює, наскільки кислотна та лужна буферна ємності рівні між собою (симетричні), адже асиметричність є однобічністю функціонування ґрунту, що включає частку незворотного напрямку розвитку процесу. Дезорганізація внутрішньої структури ґрунту найчастіше пов'язана з величиною саме цієї частки контролюючого процесу. Чим нижчий КБА, тим більш високий рівень перебігу зворотніх процесів, тобто рівень саморегуляції генетично притаманної кислотно-основної рівноваги ґрунту.

Окрім оціночних показників буферності, ПЗОБ враховує й фізико-хімічні, особливості гранулометричного складу ґрунтів, що вивчаються, тобто дає повну оцінку агроекологічного стану досліджуваних ґрунтів.

Найбільш сприятливими серед досліджених для рослин та агроекологічно стійкими виявились торфові грунти (ПЗОБ становить 16,14 - 26,77 балів), чорноземи опідзолені (20,55 - 24,97), лучні (15,29 - 22,84) та лучно-черноземні грунти (14,22 - 24,54). Ці типи грунтів здатні підтримувати рН ґрунтового розчину в оптимальних параметрах завдяки насиченому колоїдному комплексу та високим умістом органічної речовини, в якій містяться гідрогенні, гідроксидні та амінні групи, що сприяють ефективній нейтралізації різного роду навантажень, про що свідчить і КБА, який наближається до нуля.

Сірим опідзоленим ґрунтам властива дещо нижча загальна буферність - 9,84 для легкосуглинкових підтипів та 18,79 для важкосуглинкових, пов'язана з невеликим запасом органічної речовини в ґрунті та глибоким заляганням карбонатів, що спричинює дефіцит кальцію, кислу реакцію ґрунтового розчину та переміщення мулистих часток. Буферні механізми сірих опідзолених ґрунтів діють дещо однобічно, про що свідчить КБА до 0,72, тобто вони досить добре протистоять підлужненню та гірше нейтралізують кислотні навантаження.

Рис. 2. Картосхема буферної ємності ґрунтів басейну ріки Горинь в лужному інтервалі навантажень

Дерново-підзолисті ґрунти мають найгірший показник ЗОБ з досліджуваних, він становить 5,65-11,74 бали, КБА - 0,29-0,56, що свідчить про низьку їх здатність щодо протидії як кислотним, так і лужним навантаженням, що зумовлюється підвищеною кислотністю, низькою насиченістю ґрунтово-вбирного комплексу основами, зокрема основами кальцію, процесами вимивання органічних і мінеральних речовин з верхніх шарів ґрунту завдяки грубій гранулометрії та невисокою інтенсивністю мікробіологічних процесів.

Нами були встановлені взаємозалежності між оціночними показниками буферності (буферною ємністю в кислотному та лужному інтервалах навантажень, загальною оцінкою буферності та коефіцієнтом буферної асиметрії) та вмістом гумусу, фізичної глини, сумою увібраних катіонів і гідролітичною кислотністю (для мінеральних ґрунтів) та зольністю, ступенем розкладу й сумою увібраних катіонів (для торфів); проведена відповідна статистична обробка аналітичних даних, результати якої представлені в таблиці. Як видно з табличного матеріалу, в органічних ґрунтах виявляється прямий зв'язок ПБЄк та ПЗОБ та зворотній зв'язок ПБЄл та КБА з їх зольністю, ступенем розкладу та сумою увібраних катіонів. У мінеральних ґрунтах відмічається прямопропорційна залежність ПБЄк, ПБЄл, ПЗОБ від вмісту гумусу, фізичної глини, суми увібраних катіонів, окрім сірих опідзолених, у яких спостерігаються зворотні взаємозалежності та обернено пропорційний зв'язок вищезазначених показників буферності всіх типів ґрунтів басейну ріки Горинь (крім сірих опідзолених) із гідролітичною кислотністю. КБА корелює з показниками вмісту гумусу, фізичної глини, суми увібраних катіонів негативно, а з величиною гідролітичної кислотності - позитивно. Отриманий статистичний матеріал підтверджує функціонування буферних механізмів у досліджуваних ґрунтах для нейтралізації зовнішніх впливів та відновлення кислотно-основної рівноваги, які були наведені вище.

За результатами узагальнення аналітичних даних складена картосхема загальної оцінки буферності ґрунтового покриву басейну ріки Горинь (рис.3), з якої очевидно, що основна частина досліджених ґрунтів відноситься до низькобуферних та дуже низькобуферних, що пов'язано з їх генетично кислою природою та вимагає обґрунтованого вибору та реалізації раціональних та ефективних заходів для покращення їх агроекологічного стану. кислотний буферність ґрунт агроекологічний

Таблиця Коефіцієнти прямолінійної кореляції показників буферності досліджуваних ґрунтів басейну ріки Горинь з їх фізико-хімічними показниками та гранулометричним складом

Рис. 3. Картосхема загальної буферності ґрунтового покриву басейну ріки Горинь

Ґрунти басейну ріки Горинь є досить упорядкованими та організованими системами для того, щоб протидіяти деградаційним впливам випадкових явищ. Проте, досвід використання земельних ресурсів показує, що генетично притаманної ґрунтам екологічної стійкості недостатньо, щоб нейтралізувати негативні зовнішні впливи, що вимагає системної та відновлюючої дії процесів управління і самоуправління основними функціями ґрунтів та їх родючістю.

Основним стратегічним завданням системного управління є поступове надання ґрунтовій системі більш високої внутрішньої конструктивності, формування стійких механізмів буферної здатності, що може успішно вирішуватись на основі моделей нормативного прогнозування і направленої еволюції різних буферних систем ґрунту, також необхідно враховувати й особливості розвитку процесів сучасного ґрунтоутворення, що спрямовані на покращення буферних ґрунтових механізмів.

У сучасних умовах реформування сільськогосподарського виробництва, коли в аграрному секторі значно збільшилась частка приватних господарств і призупинилась підтримка держави в проведенні агромеліоративних заходів, окультурювання ґрунтів басейну ріки Горинь, більшість яких визначається як "кислі", повинно базуватись на принципах екологічної безпеки та енергозбереження з максимальним використанням новітніх досягнень в цій галузі.

Найбільш значимими насьогодні є агрозаходи, що здатні істотно покращити агроекологічний стан кислих ґрунтів та сприяти підвищенню їх родючості за умов високої економії ресурсів та екологічної надійності. До таких заходів ми відносимо: технологію локальної і “підтримувальної” хімічної меліорації, фітомеліорації, комплексного окультурювання тощо. У концептуальному ракурсі нові технології на відміну від існуючих, побудовані на гармонійному поєднанні всіх агрозаходів з відтворенням родючості ґрунтів, зокрема висвітлюються принципово нові положення щодо основного внесення добрив і меліорантів, які не передбачають кардинальної зміни кислотно-основної природи всього об'єму орного шару ґрунту.

Тільки при врахуванні всього комплексу заходів з окультурювання ґрунтів басейну ріки Горинь, які направлені не на нейтралізацію зайвої актуальної кислотності, а на цілеспрямовану зміну діяльності кислотно-основних буферних механізмів можна досягти стійкої кислотно-лужної рівноваги ґрунтового покриву на рівні заданих оптимальних параметрах. Якщо ж не зважати на вищеперераховані заходи та проводити хімічну меліорацію традиційними прийомами, то це обов'язково нанесе ґрунтам і довкіллю непоправної агроекологічної шкоди.

Анотація

В статті наводяться оціночні показники та картосхеми кислотно-основної буферності ґрунтів басейну ріки Горинь; пропонуються деякі нові технології щодо покращення їх агроекологічного стану.

The article presents the soil acid-alkaline buffer capacity research indexes and cartocheme of the Gorin-river reservoir; the some new agroecological improvement technologies are given.

Размещено на Allbest.ru