Грунти заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор’я

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський національний університет імені Івана Франка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук

11.00.05 - біогеографія і географія грунтів

Грунти заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я

Михайлюк Віктор Іванович

Львів - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському державному сільськогосподарському інституті Міністерства аграрної політики України

Науковий консультант: доктор географічних наук, професор Позняк Степан Павлович, Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри географії грунтів

Офіційні опоненти:

Доктор географічних наук, професор Будз Маркіян Дмитрович, Рівненський державний технічний університет, завідувач кафедри гідрології та гідрогеології

Доктор географічних наук, професор Польовий Анатолій Миколайович, Одеський державний екологічний університет, завідувач кафедри агрометеорології і агрометеорологічних прогнозів

Доктор біологічних наук, професор Красєха Єрофей Нікіфорович, Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, завідувач кафедри географії України

Провідна установа: Національний науковий центр “Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, м. Харків

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Волошин І.М.

Анотація

грунт річка долина

Михайлюк В.І. Грунти заплав малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора географічних наук за спеціальністю 11.00.05 - біогеографія і географія грунтів.- Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2002.

На основі системного підходу, поєднання концепцій елементарних грунтових процесів (ЕГП) і еволюції грунтів з ландшафтно-геохімічним аналізом грунтоутворення визначені механізми і географічні особливості функціонування ландшафтно-геохімічних і ЕГП, розроблені модель заплавного грунтоутворення, профільно-генетична класифікація заплавних грунтів, еколого-агромеліоративна класифікація заплавних земель; запропоновані критерії діагностики грунтів і лабільних грунтових тіл на основі поняття грунтова часова катена, розкриті особливості екології, генези і географії грунтів, їх будови, складу, властивостей, режимів. На підставі багаторічного моніторингу агроекологічного стану грунтів проаналізована динаміка ЕГП та характер зміни властивостей грунтів при їх осушенні та зрошенні, розроблені критерії доцільності використання заплавних земель. Відзначається, що масштабне осушення заплав є не раціональним.

Ключові слова: грунти, грунтовий покрив, заплава, класифікація, моделі, елементарні грунтові процеси, ландшафтно-геохімічні процеси, властивості, моніторинг.

Аннотация

Михайлюк В.И. Почвы пойм малых и средних рек северо-западного Причерноморья. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук по специальности 11.00.05 - биогеография и география почв.- Львовский национальный университет имени Ивана Франка, Львов, 2002.

На основе системного подхода, объединения концепций элементарных почвенных процессов (ЭПП) и эволюции почв с ландшафтно-геохимическим анализом почвообразования определены механизмы и географические особенности функционирования ландшафтно-геохимических и ЭПП, разработаны модель пойменного почвообразования, профильно-генетическая классификация пойменных почв, эколого-агромелиоративная классификация пойменных земель; предложены критерии диагностики почв и лабильных почвенных тел на основе понятия почвенная временная катена, раскрыты особенности экологии, генезиса и географии почв, их строения, состава, свойств, режимов. На основании многолетнего мониторинга агроэкологического состояния почв проанали-зированы динамика ЭПП и характер изменения свойств почв при их осушении и орошении, разработаны критерии целесообразности использования пойменных земель. Отмечается, что масштабное осушение пойм является не рациональным.

Ключевые слова: почвы, почвенный покров, пойма, классификация, диагностика, модели, элементарные почвенные процессы, ландшафтно-геохимические процессы, свойства, мониторинг.

Summary

Mikhailiuk V.I. The soils of flood plains of the small and mean rivers in north-western part of the Black sea. - Manuscript. Dissertation for granting the academic degree of Doctor of Geographical Sciences on speciality 11.00.05 - biogeography and geography of soils. - Lviv Ivan Franko National University, Lviv, 2002.

Object of research is alluvial soils of flood plains. The system methodical approach and connecting of the concepts of elementary soil process (ESP) and evolution of soils are applied with landscape-geochemical analysis of soil formation. The features of ecology, genesis and geography, the properties, regimes, composition of alluvial flood plains soils of the small and mean rivers in the northwestern part of the Black Sea are learnt.

Geographic peculiarity of upbuilding, morphology and dynamics of salts in alluvial soils is investigated, mathematical models of salts upbuilding in soils and groundwater's are proposed. Formation of humus is examined in the alkaline-saline soils and at progressing of gley process. Gley process (typical, concealed and sulphide the types of gley horizons are characterized); processes of alkalization on the basis of analysis of dynamics of salts and condition of soil colloids; stage of process of formation of compact structure of soils were studied. Model of formation of alluvial soils in flood-plains; profile-genetic classification of soils of flood-plains (six associations of soils are characterised - stratifiedzem, meadowzem, gleyzem, vertisolis, solonchak and agrozem, - and 18 types of soils); method of diagnostics of labile soils on the basis of concept the soil temporary catena (STC); ecological-agromelioration classification of grounds of flood-plains; the theory of vertisolis formation as landscape-straingeochemical of process, which is developed in pseudo-automorphic conditions; the physico-mechanical concept of formation of compact adding up of soils as elementary soil process; the appreciation of intensity of progressing of gley process on the base of a proportion oxidation-reduction buffering in zone and hydromorphig soils; the mechanism of a alkalization of gley soils are designed.

STC - elementary soil areal, in which one soil will evolve with current of time in other soil. The concept STC is recommended to be utilized for diagnostics of labile soils and soils mapping. It is expedient to distinguish cyclical and progressive STC. To cyclic belong gley and salines STC, and to progressive vertisolis-morphic STC.

The formation and upbuilding of humus is learnt at three types of conditions: 1) upbuildings of humus at influencing of anaerobic conditions; 2) upbuildings of humus in conditions of the decrease biological activity because of presence of toxic salts; 3) upbuildings of humus in zone conditions. On intensity of progressing of gley process of soil are divided on steady against progressing reduction processes, on is gentle steady against progressing reduction processes and on soils with mobile reactings of reduction and sluggish oxidizing reactions.

The formation of vertisolis is process of the directional variation of the microstructure - magnification of force of energy of cohesion at microaggregation of soils at the expense of mass forming of packages of oriented clays. Microaggregation of clay particles takes place at the expense of deformation of soil mass in consequence of swelling soils. The stages of a subсompact (cyclical sealing of isotropic soil mass) and representative compact (directional sealing of soils at forming anisotropic soil mass with oriented clay minerals) are characterized. Micromorphological properties have been used as criteria to subdivide soil into vertisolis and sub-vertisolis ones. Vertisolis of flood-plains of the small and mean rivers are formed in pseudo-automorphig conditions at lithogene aqueous regime. His key feature is the very low involvement of groundwaters in aqueous balance of soils because of screening a surface by clay material. The salinization of vertisolis takes place as a result lateral of carrying salts.

The basic reductant of a top-soil of flood-plains are meadowzem, which one are characterized isohumus by a profile and gentle attributes of gley process.

The alluvial salines are derivatives of a meadow soil, gley soil and vertisolis. Specificity of saliniferous landscapes in flood-plains of the rivers is exhibited in forming a complex microrelief and of a vegetative overlying strata, in forming contrast on the contents of humus and salts of microstations of soils. The solonetz profiles in flood-plains of the rivers have a polygenetic genesis. In deltas of the rivers with a sulfate-chloride type of a salinization the salines-solonetz are formed. They are characterized by intensive upbuilding of salts and feebly marked differentiation of a profile of soils.

The conditions of forming gley soils promote their intensive salinization. In soils, which one flank contiguity to marshland with intensive gley processes, the significant quantity(amount) of hydrooxides of iron collects. The soils as chemical barriers of iron describe by a separate subtype - gleyzem ferriferous.

The long-term monitoring of an agroecological condition of soils has allowed analysing dynamics ESP and nature of variation of properties of the drained and irrigated soils. The correlative connections between properties of soils and agricultural crops are determined, and also the yardsticks of expediency of use of grounds of flood plains of the small rivers are designed.

Agricultural use of grounds at significant propagation of alkaline-salines, gley and potentially compact soils should be founded on the ecological concept of management of nature, applying of adaptive landscape system of agriculture. The rare and unique soils require juridical protection.

Key words: top-soil, soil, flood-lands, classification, diagnostics, model, elementary soil processes, landschaft-geochemical processes, properties, monitoring.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Малі та середні річки, через велику їх кількість, являють собою один із найважливіших елементів географічного середовища. Оптимізація природокористування в долинах річок немислима без знань грунтових умов і ландшафтно-геохімічних процесів у заплавах.

Долинні ландшафти Причорномор'я унікальні за специфічним складом грунтового покриву і різноманітною генетичною природою грунтів. Вони також є майже єдиним місцем, де збереглися природні біогеоценози, і у той же час відносяться до об'єктів інтенсивного антропогенного впливу. Значна частина русел обвалована і спрямлена, на багатьох масивах заплав улаштована осушувальна мережа, схили долин і заплави інтенсивно використовуються у сільськогосподарському виробництві. При цьому, на відміну від зональних грунтів, що активно досліджувалися грунтознавцями, гідроморфним грунтам Причорномор'я не приділялася належна увага. Відсутні систематика і дослідження з питань географії грунтів, є значні прогалини в теорії генези і еволюції грунтів, невивчені грунтові та ландшафтно-геохімічні процеси, відсутній локальний та регіональний моніторинг - спостереження, оцінка і прогноз змін властивостей грунтів.

Правильна оцінка властивостей і потенційних можливостей грунтового покриву долин річок, моніторинг стану заплавних земель дозволить визначити доцільність їх освоєння, збільшити продуктивність угідь, що вже знаходяться у використанні, вирішити екологічні проблеми ефективного функціонування грунтів долин річок Причорномор'я.

У генетичному грунтознавстві питання генези заплавних (алювіальних) грунтів, їх класифікації, меліорації та сучасної еволюції мають дискусійний характер. Разом з тим, сьогодні піддані корекції принципи загальної класифікації грунтів, запропоновані основи диференціації географії грунтів, є розуміння необхідності параметризації функціональних особливостей грунтоутворення як передумови всебічної математизації науки. З цих причин грунти заплав також заслуговують великої уваги і серйозного систематичного вивчення, тому що, крім вагомого господарського значення, вони представляють вдячний об'єкт для опрацювання багатьох теоретичних питань грунтознавства.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Дисертаційне дослідження пов'язане з “Національною програмою охорони земель на 1996-2010 роки” і проводилося у відповідності до НТП “Родючість грунтів” на 1996-2000 роки. Дисертаційна робота є складовою частиною наукової теми “Еколого-меліоративні проблеми використання земель півдня України”, що виконується кафедрою меліорації і грунтознавства Одеського державного аграрного університету. Номер державної реєстрації 001U001744.

Мета і завдання дослідження. Основною метою роботи є розробка наукових основ удосконалення заходів раціонального використання грунтів долин малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я. Основні завдання роботи полягають у:

розробці теорії грунтоутворення в заплавах малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я;

встановленні якісних відмінностей між заплавними грунтами, розробці нових принципів класифікації заплавних грунтів, розробці таксономічного списку грунтів;

удосконаленні діагностики грунтів і морфолого-аналітичній характеристиці основних типів грунтів у відповідності до нових принципів їхньої класифікації;

встановленні географічних закономірностей прояву і особливостей функціону-вання елементарних грунтових і ландшафтно-геохімічних процесів, що визначають диференціацію грунтового покриву, розвиток і еволюцію заплавних грунтів.

У практичному аспекті поставлено завдання організувати моніторинг агроекологічного стану осушених і зрошуваних грунтів та розробити критерії доцільності використання заплавних земель.

Об'єктом дослідження є грунтовий покрив і грунти заплав малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я, а предметом - географічні закономірності прояву і особливості функціонування елементарних грунтових і ландшафтно-геохімічних процесів, географія, екологія, систематика, діагностика, оцінка, моніторинг і використання грунтів.

Дослідження проводилися в межах двох геоморфологічних районів - Західно-Причорноморської плоскохвилястої і Дністерсько-Бузької лесової рівнин - в заплавах річок Когильник (базовий об'єкт у першому районі), Барабой (базовий об'єкт малої річки), Великий Куяльник (базовий об'єкт у другому районі), а також річок-балок системи Сухого лиману, Тилігул, Сосик та інших.

Методи дослідження. Робота виконана на основі системного методичного підходу і поєднання концепцій еволюції грунтів і елементарних грунтових процесів з ландшафтно-геохімічним аналізом грунтоутворення. Основним є порівняльно-географічний метод, який включав в себе вивчення грунтових катен та окремих опорних розрізів у тісному зв'язку з факторами грунтоутворення. У роботі використані методи грунтових ключів, морфологічний, що включав мікро- і субмікроморфологічний аналіз, порівняльно-аналітичний, грунтових монолітів для моделювання грунтових процесів у польових і лабораторних умовах. Дослідження кінетики сучасного грунтоутворення в заплавах річок реалізувалися методом грунтово-режимних спостережень, що проводилися з 1979 по 1999 роки на окремих ключ-ділянках і ключ-профілі стаціонару “Когильник”. Для аналізу речовинного складу грунтів використаний комплекс традиційних фізичних, хімічних та фізико-хімічних аналітичних методів, зокрема - рентгенометричний, іонометричний, грунтових витяжок. Аналітичні дані і картографічні матеріали були піддані математичній обробці та аналізу в програмах Excel та ArcView GIS.

Наукова новизна отриманих результатів. Розроблена концепція грунтоутворення і формування структури грунтового покриву в заплавах малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я, яка відображає взаємопов'язаність функціонування основних елементарних грунтових і ландшафтно-геохімічних процесів в умовах просторово-часової неоднорідності природних та антропогенних факторів. На основі концепції реалізований підхід до заплавних грунтів як до складних полігенетичних і поліхронних утворень, що відображають давні етапи літо- і педогенези та геоморфолого-геологічну будову річкових долин, зонально-фаціальні та локальні умови, природну трансформацію чинників грунтоутворення і різнобічний антропогенний вплив. На підставі розробленої факторно-еволю-ційної моделі заплавного грунтоутворення у грунтознавстві запроваджуються поняття “грунтові часові катени”, як елементарні грунтово-географічні одиниці (пропонуються їх класифікація та моделі), і “потенціал грунтоутворення”.

Вперше проведена систематика грунтів заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я з використанням не загальноприйнятого факторно-екологічного принципу, а розробленої профільно-генетичної класифікації заплавних грунтів.

Для заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я вперше проаналізовані географічні закономірності галогенези як ландшафтно-геохімічного процесу і запропоновані математичні моделі соленакопичення у грунтах і підгрунтових водах.

Запропонована теорія злитогенези як ландшафтно-механогеохімічного процесу, що розвивається у псевдоавтоморфних умовах заплавних ландшафтів, а також дістала подальший розвиток авторська фізико-механічна концепція злити-зації як елементарного грунтового процесу, з вичлененням стадій його розвитку.

Вперше для грунтів заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я встановлений комплект основних елементарних грунтових процесів із характеристикою особливостей їх прояву і запровадженням поняття “географія функціонування елементарних грунтових процесів”. Встановлені особливості гумусоутворення, гумусонакопичення і вуглефікації рослинних решток у грунтах за виділеними трьома типами умов гуміфікації в заплавах. Встановлені основні типи глеєутворення і запропонована оцінка інтенсивності розвитку глейового процесу на основі співвідношення окисно-відновної буферності у зональних (чорноземах) і досліджуваних грунтах. Встановлений механізм осолонцювання глейоземів, який полягає у зниженні натрій-кальцієвого потенціалу за рахунок мобілізації натрієвих сполук і виводу активного кальцію із грунтового розчину у сульфідно-глейовому середовищі.

На підставі запропонованого поняття “механогеохімічний генератор” поясню-ється генетична природа грунтів із елювіально-ілювіально-диференційованим профілем - солончаків і стратоземів, що вперше описані у досліджуваному регіоні.

На підставі започаткованих грунтово-режимних досліджень у заплавах малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я виявлені основні тенденції функціонування елементарних грунтових процесів - засолення, осолонцювання, гумусонакопичення - при осушенні та зрошенні грунтів.

Практичне значення отриманих результатів. Існуючий факторно-екологічний принцип систематики грунтів вимагає корекції. Запропонована класифікація заплавних грунтів може бути частиною профільно-генетичної класифікації грунтів України.

Запропоновані принципи класифікації і діагностики грунтів, систематика грунтів заплав малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я, результати морфолого-аналітичних досліджень грунтів можуть бути використані при повторному обстеженні грунтового покриву України.

Запропоновані принципи ступеневої еколого-агромеліоративної класифікації заплавних земель та грунтів і отримані показники властивостей грунтів, що обумовлюють доцільність використання заплавних земель, призначені для використання при веденні земельного кадастру, обгрунтування напрямків цільового використання і охорони земель, консервації і трансформації угідь.

20-річні спостереження сезонної динаміки, аналіз еволюції і прогноз агроекологічного стану осушених і зрошуваних грунтів можуть стати базою для опрацювання прийомів їх раціонального використання і охорони.

Результати досліджень використані у “Регіональній комплексній програмі розвитку меліорації земель та поліпшення екологічного стану зрошуваних та осушених угідь Одеської області у 2001-2005 роках і прогнозі до 2010 року” і використовуються у навчальному процесі Одеського державного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. Автору належать розробка програми досліджень та її виконання, польові дослідження, значна частина аналітичної роботи, аналіз та узагальнення вихідної інформації, теоретичні розробки, висновки і рекомендації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації оприлюднені на VІІ і VІІІ з'їздах Всесоюзного товариства грунтознавців (Ташкент, 1985; Новосибірськ, 1989), на ІІ, ІІІ, ІV з'їздах грунтознавців і агрохіміків України (Харків, 1986; Львів, 1990, Херсон, 1994), VІІІ з'їзді Українського географічного товариства (Луцьк, 2000), всесоюзних (Ленінград, 1985; Москва, 1989), міжнародних (Херсон, 1993; Одеса, 1994, 1996; Москва, 1996; Київ, 1997, Дніпропетровськ, 1999, Львів, 1999, 2001) українських (Львів, 1994; Одеса, 1994; Харків, 1996, 2001) наукових, науково-практичних конференціях і семінарах.

Публікації. Результати дисертації опубліковані у монографії (19,76 ум. друк. арк.) і 56 статтях.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, восьми розділів, висновків. Повний обсяг дисертації 393 сторінки; в роботі наведено 75 рисунків і 74 таблиці. Список літературних джерел складається з 301 найменування.

2. Основний зміст роботи

Історія і проблеми досліджень грунтів заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я

Аналіз історії досліджень заплавних грунтів дозволяє виділити три періоди: період описової характеристики земель у ХІХ сторіччі; період спорадичної аналітичної характеристики грунтів, започаткований А.І. Набоких (1911-1915); період виробничо-пошукових досліджень з середини ХХ сторіччя, що пов'язаний з грунтово-меліоративними зйомками Одеської філії Укрпівдендіпроводгоспу для проектів осушення заплав (Пекаторос, 1967-1970).

Відсутність єдності поглядів за всіма аспектами питань генези, географії і еволюції заплавних грунтів, специфічність і слабка вивченість грунтового покриву заплав річок Причорномор'я окреслили основні проблеми і обумовили використання системного методичного підходу із запропонованою концепцією поєднання ландшафтно-геохімічного аналізу закономірностей грунтоутворення з теоріями елементарних грунтових процесів і еволюції грунтів.

Малі та середні річки північно-західного Причорномор'я: фізико-географічний нарис. Характеризуються річки та їх долини, своєрідність яких полягає у наявності широких (0,5-2 км) заплав, що не відповідають сучасній гідрологічній ситуації, слабкому прояві алювіально-заплавних процесів та інтенсивному прояві делювіального процесу у V-подібних долинах.

Класифікація і закономірності поширення грунтів

Географічні закономірності факторів диференціації грунтового покриву і класифікація заплав на їх підставі. Методичною основою досліджень став поєднаний аналіз складу грунтового покриву заплав малих та середніх річок у північно- середньо- і сухостеповій підзонах (проаналізовано 12500 га на грунтових картах), характеристик грунтів ключ-ділянок і особливостей будови долин річок. У формуванні структури грунтового покриву заплав північно-західного Причорно-мор'я досліджена роль чинників, що визначають літологічний профіль грунтів, процеси гумусонакопичення, оглеювання, засолення. Найбільш суттєвою і загальною рисою є залежність направленості грунтоутворення в заплавах від ступеня дренування їх руслом річки, який визначається, у першу чергу, формою поперечного профілю річкових долин. Найбільш потужним фактором диференціації грунтового покриву заплав є галогенез, що проявляється в різних типах соленакопичення і ступенях засолення грунтів у залежності від зонально-кліматичних і геоморфолого-геологічних умов заплав. Від лісостепової зони до сухого степу закономірно змінюються основний тип засолення заплавних грунтів (із сульфатно-содового на хлоридно-сульфатний і сульфатно-хлоридний у гирлах річок) та форми сольових профілів. Іншим потужним чинником диференціації грунтового покриву і визначення його структури в різних областях і типах річкових долин є болотний процес, що також має чіткі особливості прояву в залежності від зонально-кліматичних і геоморфолого-літологічних характеристик окремих територій.

Із урахуванням основних факторів диференціації грунтового покриву, пропонується схема типізації заплав, або прируслових областей у долинах без вираженої заплави. За гідролітологічними умовами грунтоутворення і проявом процесу оглеювання виділяються типи заплав: 1) делювіально-лучні; 2) делювіально-алювіально-лучні; 3) алювіально-лучні; 4) алювіально-болотно-лучні; 5) алювіально-лучно-болотні; 6) мулувато-болотні. Підтипи за гранулометричною диференціацією заплав: 1) суглинисто-недиференційовані; 2) суглинисто-диференційовані; 3) глинисто-суглинисті слабодиференційовані; 4) глинисто-суглинисті сильнодиференційовані; 5) суглинисто-глинисті, а також галоморфні підтипи за особливостями прояву процесу засолення: 1) незасолені; 2) диференційовано-засолені; 3) солончакові.

Профільно-генетична класифікація грунтів заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я. Існуюча факторно-екологічна класифікація заплавних (алювіальних) грунтів, у якій грунти частково підміняються ландшафтними поняттями (болотні грунти, лучні грунти), а таксономічні одиниці виділяються не на основі твердо встановлених однозначних критеріїв, є не повною і нераціональною для діагностики грунтів. Її схема піддана суттєвому перегляду у Росії (Класифікація грунтів Росії, 1997), Молдові (Урсу, 1999).

З різних причин у долинах малих і середніх річок та річок-балок Причорномор'я майже не відбуваються заплавно-алювіальні процеси, і грунтоутворення на їх заплавних терасах має багато спільних рис із гідроморфним позазаплавним. Запропонована схема профільно-генетичної класифікації (сімейства грунтів - літогенні групи грунтів - типи грунтів) дозволяє об'єднати синлітогенні (алювіальні, делювіальні) і постлітогенні (позазаплавні) типи гідроморфних грунтів з однаковими будовою і властивостями (табл. 1).

Основою виділення типів заплавних грунтів у запропонованій класифікації послужили наступні основні діагностичні горизонти, що в поєднанні з іншими генетичними горизонтами та ознаками формують відповідні типи будови грунтових профілів: зернистий (HU) - темноколірний гумусово-акумулятивний горизонт із зернистою або грудкуватою структурою; ясногумусовий (HY) - гумусово-акумулятивний, що характеризується світлим забарвленням через низький вміст гумусу (переважно менше 2%) у піщано-середньосуглинистому профілі, а також слабооформленою структурою; шаруватий (ясногумусовий - HY:P, зернистий - HU:P); злитий (V); глейовий (типовий - Gl, криптоглейовий - Q, гідротроілитовий - GB, рудяковий - GF); солончаковий (S); агрогенний (зернистий - HU:A, ясногумусовий - HY:A). Розроблені критерії виділення підтипів, родів і видів, а також пропонуються додаткові символи генетичних горизонтів. У запропонованій схемі не виділяється підтип “засолені”, що обумовлено фоновим характером засолення грунтів долин річок Причорномор'я.

Таблиця 1. Класифікація грунтів заплав малих і середніх річок Причорноморської низовини

Факторно-еволюційна модель заплавного грунтоутворення. У грунтознавстві розроблялися концепції просторово-часової організації грунтового покриву (Корсунов, Красеха, 1990). Запропонована концепція грунтоутворюючих потенціалів природних факторів - ГППФ (Шоба, Герасимова, Таргулян, 1999). Модель заплавного грунтоутворення синтезує ці уявлення і є упорядкованою сукупністю парагенетичних грунтових індивідуумів (об'єднаних у парагенетичні ряди долинно-заплавного грунтоутворення), розвиток яких зумовлений динамічним комплексом елементарних грунтових процесів, що діють при певному сполученні ГППФ, змінних у просторі і часі. Виділені літогенний, гідрогенний та галогенний ряди.

Вичерпний опис моделей “динамічна структура ГППФ - грунтові процеси - грунти” неможливий на основі існуючих понять структури грунтового покриву. Зручним інструментом є поняття “грунтова часова катена - ГЧК”, яке дозволяє проводити діагностику лабільних грунтових тіл і аналізувати еволюцію грунтів. ГЧК являє собою певний грунтовий ареал, де циклічно або поступально грунти змінюються таким чином, що виникає необхідність зміни їх класифікаційної належності. Доцільно виділяти “циклічні ГЧК”, коли через певні відрізки часу від-творюються декілька грунтів (класифікаційних одиниць), і “поступальні ГЧК”, в яких при певних циклічних процесах формуються грунти з новими стійкими властивостями і відтворення початкових ознак неможливе при збереженні даного комплекту факторів грунтоутворення. Прикладом поступальної ГЧК може бути “злитоморфна ГЧК”, яка складається із стадій: глейоземів алювіальних мулуватих потужних, глейоземів мулуватих субзлитих (осушені глейоземи, що періодично пересихають і ущільнюються, але не мають основних рис будови типових злитоземів), глейоземів злито-криптоглейових глинистих і злитоземів:

Окремими ареалами доцільно виділяти лучно-солончакові і глейово-солончакові циклічні ГЧК, в яких періодично утворюються солончаки.

Подальший аналіз факторно-еволюційної моделі заплавного грунтоутворення в її теоретично-прикладному значенні дозволяє сформулювати поняття “потенціалу грунтоутворення” і “географії потенціалів грунтоутворення”. Потенціал грунтоутворення - це прогнозний квазірівноважний стан грунтів, який відтворює припустиму зміну факторів грунтоутворення. Наприклад, в заплавах річок Причорномор'я можливі такі прогнозні моделі грунтів: грунти потенційно злиті в умовах контрастного гідротермічного режиму; грунти потенційно засолені (солончакуваті, солончакові) при каналізації річищ в умовах недостатнього природного промивання; грунти потенційно солонцюваті в умовах зрошення мінералізованими водами; грунти потенційно розсолені в умовах зниження рівня підгрунтових вод. Дослідженнями встановлено, що при зміні певного фактора, наприклад при зниженні рівня підгрунтових вод, швидкість і напрямок трансформації грунтів визначаються еволюційними потенціалами їх окремих ознак та властивостей - осібними еволюційними потенціалами. У свою чергу, осібні еволюційні потенціали залежать від генетичних особливостей, характеристик складу і властивостей грунтів, стадій їх розвитку.

На підставі запропонованих понять уявляється можливим розроблення прогнозних картограм, які б могли включати контури імовірних грунтових тіл у випадку реалізації тих або інших проектів зміни чинників грунтоутворення.

Галогенез у долинах малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я

Питанням галогенези грунтів і підгрунтя України, у тому числі південно-західної її частини, присвячено ряд змістовних праць (Гринь, 1969, Баєр, 1984). Проте регіональні особливості соленакопичення у гідроморфних ландшафтах у науковій літературі практично не висвітлені. Методичною основою досліджень послужив поєднаний ландшафтно-геохімічний аналіз вмісту і закономірностей накопичення солей у підгрунтових водах і грунтах заплав різних геоморфологічних районів, а в межах останніх - різних областей долин середніх річок і, окремо, малих річок.

Закономірності географії та динаміки мінералізації і складу солей у підгрунтових водах. Типи соленакопичення у грунтах. Долини середньої і нижньої частини середніх річок Західно-Причорноморської і Дністерсько-Бузької лесової рівнин, і окремо малих річок, характеризуються індивідуальними типами соленакопичення у підгрунтових водах, залежністю вмісту провідних іонів від мінералізації, варіюванням вмісту іонів. Грунти заплав певних районів і областей також характеризуються відповідними комплектами типів соленакопичення (табл. 2).

Основним типом соленакопичення для найбільш поширеного діапазону мінералізації підгрунтових вод (3-22 г/л) і звичайних для заплав засолених грунтів є хлоридно-сульфатний. При цьому для підгрунтових вод характерний магнієво-натрієвий склад, а для грунтів - кальцієво-натрієвий. Мінералізація підгрунтових вод і відносний вміст хлор- і натрій-іона збільшується вниз за течією рік. У грунтах відносна кількість цих іонів збільшується в зворотному напрямку - вверх за течією. При цьому ступінь засолення грунтів теж більший у заплавах пониззя рік. Західно-Причорноморська і Дністерсько-Бузька рівнини мають менш виразні відмінності, але все ж підгрунтові води на схід від Дністра характеризуються підвищеним вмістом кальцію та магнію і, особливо, Cl-іона, що стає домінуючим уже на початку діапазону середньомінералізованих вод. У складі солей заплавних грунтів Дністерсько-Бузької рівнини також виявляється більша, у порівнянні із середніми значеннями, питома вага хлоридів. Окремою стороною результатів досліджень є можливість одержання за математичними моделями розрахункового іонного складу підгрунтових вод і легкорозчинних солей грунтів певних районів і областей.

Таблиця 2. Комплекти типів соленакопичення у грунтах заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я

Фактори соленакопичення у заплавних грунтах і підгрунтових водах. Визначені корелятивні зв'язки між факторами соленакопичення, складом солей, мінералізацією підгрунтових вод та ступенем засолення грунтів. Сольова гетерогенність грунтового покриву заплав визначається комплексом чинників з різним ступенем впливу - гранулометричним складом алювіальних відкладів, геоморфологічними характеристиками заплав, рівнем, складом і мінералізацією підгрунтових вод. Виявлені основні особливості динаміки формування сольових профілів у грунтах пониззя річок - соленакопичення має пульсуючий характер із закономірним формуванням сольового профілю та розподілом окремих солей.

Природа і морфологія новоутворень солей та особливості формування сольових профілів у грунтах заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я. Дослідження морфології легко- і важкорозчинних солей і мікробудови засолених грунтів виконані з використанням комплексного методу, запропонованого Т.В. Турсіною (1982), що полягає у поетапному макро-, мезо-, мікро- і субмікроморфологічному аналізі із паралельними хімічними і фізико-хімічними методами визначення кількісних і якісних характеристик новоутворень солей та системи “грунт - солі” в цілому.

У грунтах заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я виявлені наступні мінерали-солі, що накопичуються у значних кількостях: мірабіліт, тенардит, галіт, гіпс, кальцит. За формами виділення у грунтовій масі сольові новоутворення заплавних грунтів об'єднуються і характеризуються за такими видами: 1) сольові новоутворення в порах; 2) сольові псевдоморфози по рослинних рештках; 3) сольові покриття; 4) грунтово-сольова гомогенна суміш; 5) сольові вкраплення.

Грунти заплав характеризуються індивідуальними мінералогічною природою солей, комплектом сольових новоутворень і будовою грунтово-сольової маси. Найхарактерніші їх ознаки - локальний характер розподілу солей у грунтовій масі і взаємодії солей з органікою, сезонно-пульсуюче соленакопичення із зміною співвідношення між окремими солями - мають свої особливості в залежності від генетичної природи грунтів.

Елементарні грунтові процеси і географія їх функціонування.

Генетичний аналіз грунтоутворення і дослідження просторової організації грунтового покриву заплав річок доцільно виконувати на основі вивчення особливостей прояву і географії функціонування елементарних грунтових процесів (ЕГП). Запроваджуване поняття географії функціонування ЕГП базується на тому, що відповідний елементарний грунтовий процес має різну інтенсивність і певну структуру прояву в просторі, яка визначає утворення певних ареалів інтенсивності прояву ЕГП. Розчленування окремого ЕГП за інтенсивністю прояву дозволяє складати картосхеми його функціонування, наприклад, картосхеми просторової структури окисно-відновної буферності грунтів, просторової структури інтенсивності оглеювання грунтів тощо (рис. 1).

Гумусоутворення і гумусонакопичення. У засолених гідроморфних грунтах відзначаються звужене співвідношення Сгк/Сфк, значна рухливість, більш слабка конденсованість, підвищена дисперсність і гідрофільність гумусу (Ахтирцев, 1995; Самойлова, 1981; Reddy, Patrik, 1975).

Дані регресійного аналізу свідчать, що в заплавах малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я гумусоутворення відбувається при значному впливі легкорозчинних солей, солонцюватості й оглеювання. Найбільш істотно на процес гуміфікації і якісний склад гумусу впливає оглеювання і вміст солей натрію. Гідро- і галоморфізм степових заплавних грунтів яскраво відображаються у мікробудові органічної речовини, що акумулюється в трьох основних формах: а) накопиченні детриту; б) накопиченні власне гумусової речовини; в) вуглефікації рослинних решток. Торфонокопичення не відбувається у грунтах заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я. За мікроморфологічними особливостями виявлені наступні форми гумусу: дифузний гумус; згустковий; натічний. Усі три мікроформи гумусу зустрічаються в різноманітних грунтах, проте їхнє співвідношення, барвні характеристики, співвідношення з органічними речовинами індивідуальної природи в різних підтипах і родах грунтів неоднакові. Це, у свою чергу, зумовлює “зональність” морфології гумусу в заплавах у зв'язку з неоднорідністю умов грунтоутворення і комплексністю грунтового покриву.

Гумусоутворення і гумусонакопичення проаналізовані за трьома типами умов накопичення гумусу, що виділені у заплавах: 1) накопичення гумусу в умовах впливу анаеробіозису при перезволоженні грунтів; 2) накопичення гумусу в умовах пониженої біологічної активності через наявність токсичних солей; 3) накопичення гумусу в умовах, близьких до зональних. Гуміфікація в умовах впливу анаеробіозису, який, природно, супроводжується засоленням і солонцюватістю, відбувається шляхом утворення рухомого колоїдно-дисперсного гумусу гуматно-фульватного складу і вуглефікації органічної речовини. У неглейових засолених грунтах (горизонтах) при значній частці зернистого інертного гумусу відзначена вуглефікація рослинних решток і локальна рухомість гумусу, що визначається характером розподілу сольових мас у грунтовій масі - їхньою локальною концентрацією в порах і, отже, слабким впливом на процеси у внутрішньоагрегатних зонах. Гумус зстеповілих лучноземів подібний до чорноземного, але має свою специфіку, яка характеризує їх проміжний стан між зональними і глейовими заплавними грунтами.

Глеєутворення. У грунтах заплав малих і середніх річок північно-західного Причорномор'я виявлені і досліджені наступні типи глею: 1) типовий, що проявляється при перерозподілі та акумуляції сполук заліза в помірно-відновних умовах; 2) сульфідний, що проявляється при закріпленні заліза у формі сульфідів, і має значне поширення в засолених з інтенсивно-відновними умовами глейоземах і солончаках; 3) прихований, що проявляється у так званих “криптоглейових” грунтах із механізмом гальмування типового оглеювання. Виділено також п'ять типів окисно-відновного режиму у грунтах заплав північно-західного Причорномор'я.

При моделюванні оглеювання визначено характер стійкості грунтів до розвитку відновних умов, що для південного степу з контрастним режимом зволоження напівгідроморфних і гідроморфних грунтів має вагоме практичне значення. Беручи до уваги численність ОВ-систем у грунті, а також індивідуальну природу розвитку глейового процесу, запропоновано оцінку інтенсивності розвитку глейового процесу через співвідношення ОВ-буферності (сталості ОВ-потенціалу при затопленні) у зональних і заплавних грунтах:

К = Тз _200мВ / Тд _200мВ 100,

де Тз _200мВ і Тд _200мВ є час (у годинах), необхідний для зниження Eh до 200 мВ відповідно у зональних і досліджуваних (заплавних) грунтах при їх затопленні.

Виконана типізація грунтів за інтенсивністю розвитку глейового процесу і ОВ-станом. Виділені грунти, стійкі до розвитку відновних процесів (стратоземи і лучноземи заплавних узвиш і схилів долин і лучноземи ясногумусові солончакові); грунти, слабостійкі до розвитку відновних процесів (стратоземи і лучноземи глеюваті без значного соленакопичення, злитоземи із значним ступенем засолення, глейові солончаки); грунти з мобільними реакціями відновлення і сповільненими реакціями оксидації (глейоземи і злитоземи без значного соленакопичення, в яких відновні процеси розвиваються за 18-48 год. і можливе підтримання Eh на рівні -100 ч -200 мВ при відсутності води на поверхні грунту).

Специфіка умов досліджуваних об'єктів - контрастний гідротермічний режим, комплексні літологічні і геоморфологічні умови, сульфатне засолення вод і грунтів - визначає не тільки специфічність прояву глейових процесів, але й індивідуальність географії глеєутворення. Відзначається висока комплексність ОВ-режимів, що найбільш характерна для дельт малих і середніх річок.

Осолонцювання і солонцево-ілювіальний процес. Аналітичні дані і морфологічний аналіз свідчать, що солонцюватість грунтів у вигляді підвищеного вмісту обмінних натрію і магнію, а також солонцево-ілювіальний процес, який проявляється у фронтальному відмиванні тонкодисперсної маси або в утворенні шарувато-лінзовидної будови поверхневих горизонтів, чітко поєднані з генетичними особливостями грунтів. Визначена залежність ступеня солонцюватості від солевмісту. У грунтах, що у верхній частині профілю характеризуються окиснювальним середовищем, динаміка складу грунтового вбирного комплексу (ГВК) та особливості лесиважу визначаються їх сольовим режимом. Сезонна пульсація солевмісту і зміна якісного складу солей обумовлюють циклічність осолонцювання, самомеліорації та періодичність прояву лесиважу за умови виникнення критичної величини від'ємного заряду грунтових колоїдів, яку експериментально визначали за показником ?

рН = рН_сол- рН_вод.

Солонцево-ілювіальний процес в найбільшій мірі проявляється в областях із сульфатно-хлоридним типом засолення - солончакових заплавах дельт малих і середніх річок.

Специфічним є склад вбирних основ глейоземів мулуватих та інших, що проходили у своєму розвитку мулову стадію. Вони, не маючи навіть зачатків елювіально-ілювіальних горизонтів, характеризуються надвисокою часткою обмінного натрію - до 40-60% - і підвищеним вмістом обмінного магнію. Відсутність содопрояву в глейових грунтах у їхньому природному стані та при моделюванні грунтових процесів дозволяє зробити висновок про несуттєвість чинника біохімічного утворення соди в осолонцюванні досліджуваних “болотних” грунтів. Осолонцювання глейоземів зумовлене підвищенням активності натрію при зниженні ОВП і відновленням в анаеробних умовах сірчанокислих солей кальцію і магнію, через що із грунтового розчину виводиться активний кальцій і, в такий спосіб, зменшується натрієво-кальцієвий потенціал грунтів. Зменшення натрієвого потенціалу грунтів за наведеною схемою діє подібно до содового осолонцювання, коли з рідинної фази також усувається кальцій шляхом переведення його в СаСО₃. Енергійне впровадження натрію у ГВК додатково забезпечується супердисперсним станом органічних і мінеральних сполук у глейоземах.

Злитогенез як ландшафтно-механогеохімічний процес і злитизація як елементарний грунтовий процес. З моменту перших досліджень злитоземів виникло декілька концепцій злитогенезу і злитизації (Корнблюм, Козловский, 1965; Подимов, 1968; Хітров, 1995; Wilding, Tessier, 1988), які не можуть пояснити регіональні особливості формування злитоморфних грунтів.

Злитогенез і процес злитизації - механізм незворотного ущільнення грунтової маси і формування злитого горизонту - розглядаються як поліфазні явища. Злитогенез є ландшафтно-утворюючим процесом, що зумовлює формування злитоземів, в яких процес злитизації і вертисолізація - педотурбаційні процеси розтріскування, поверхневого самомульчування грунту і переміщення одних грунтових мас відносно інших з утворенням горбкуватого мікрорельєфу - задіяні в результаті сполучення певних факторів і процесів, що виникають при еволюції відповідних (злитоморфних) ландшафтів. На цій підставі злитогенез варто розглядати як механогенний процес і, одночасно, як ландшафтно-геохімічний.

Алювіальні злитоземи формуються за умови пересихання заплавних знижень з потужними (більше 1,5 м) відкладами болотно-старичної фації, виникнення “літогенного” водного режиму - самоекранування грунтів від підгрунтових вод і циклічного поверхневого перезволоження-пересихання в створених псевдоавтоморфних умовах - і дії певного комплекту елементарних грунтових процесів (монтморилонізації, оглеювання, злитизації) і мікропроцесів. Злитизація є процесом спрямованої зміни вихідної мікробудови грунтів - збільшення щільності енергії когезії при мікрооструктуренні за рахунок масового формування пакетів орієнтованих глин. Мікрооструктурення глинистих часток пояснюється деформацією грунтової маси при її набуханні і розклинюючим тиском водних плівок. Значні розбіжності в мікробудові грунтів злитоморфних часових катен дозволяють диференціювати злитизацію з виділенням стадій субзлитості (зворотне ущільнення ізотропної грунтової маси) і типової злитості (незворотне ущільнення при формуванні анізотропної грунтової маси з орієнтованими глинистими мінералами). Особливості генези і морфолого-аналітична характеристика грунтів.

Основним компонентом грунтового покриву заплав малих та середніх річок Причорномор'я є лучноземи, що виділяються серед інших грунтів ізогумусовоподібним профілем і слабкими ознаками оглеювання або відсутністю їх у гумусованих горизонтах.

Лучноземи ясногумусові - типові, глеюваті та ілювіально-солонцеві - формуються переважно на горбкуватих формах рельєфу заплав середніх річок і їх діагностичними ознаками є відносно легкий гранулометричний (до середньосуглинистого) склад, мікрогумусність і світле забарвлення гумусового горизонту, слабка структурність, висока щільність, поступова гранулометрична диференціація, масивна будова з компактним мікроскладенням, слабка стійкість тонкодисперсної маси при малій частці вбирного натрію. Переважають середньопотужні види грунтів із фульватно-гуматним гумусом при відносно вузькому відношенні Сгк/Сфк через несприятливі умови гумусоутворення та гумусонакопичення (легкий гранулометричний склад, засолення, солонцюватість). Поширені солончакуваті і глибокозасолені роди із хлоридно-сульфатним типом засолення. Характерними ознаками є слабка буферність, періодична поява соди в зоні капілярного насичення і висока потенційна здатність формування елювіально-ілювіальної будови в солончаково-солонцюватих родах.

Лучноземи зернисті - типові, глеюваті та злиті - є основним компонентом делювіально-лучних і алювіально-лучних заплав. Характерною особливістю лучноземів зернистих є наявність у них темногумусового профілю з вираженою структурою - потужного (у середньому 60-80 см), з поступовим переходом гумусових горизонтів до незайманих грунтоутворенням порід, з відсутністю видимої шаруватості, - що в макро- і мікробудові може відображати процеси засолення, злитизації і оглеювання. Переважають мало- і середньогумусні види; гумус фульватно-гуматний (відносно найбільш скоагульований, подібний до чорноземного) з широким відношенням Сгк/Сфк і посиленням рухомості та дисперсності в засолених і глеюватих горизонтах. Умови дренування заплав забезпечують достатньо широкий спектр засолення лучноземів зернистих і, у зв'язку з цим, багатозначність інших властивостей, що визначають їх продуктивність.