Ґрунти заплав малих та середніх річок Північно-Західного Причорномор’я

Елювіально-ілювіальна диференціація грунтів сульфатно-хлоридних областей долин річок може проявлятися у формуванні рідкісної дрібношаруватої будови профілю - чергуванні від поверхні грунту до глибини 40-45 см тонких (1-4 мм) світло- і темнозабарвлених горизонтальних пластин (відмитих від гумусових речовин і гумусованих).

Особливості грунтоутворення при осушенні і зрошенні грунтів

Процеси соленакопичення при осушенні заплав. Дослідження на ключових ділянках в пониззі р. Когильник засвідчили індивідуальність сольових режимів осушуваних лучноземів, стратоземів, глейоземів і злитоземів. Відзначені режими: стабільний, вторинного засолення, розсолення (при типізації пропонується характеризувати динаміку сольового максимуму (СМ) - режими з підняттям СМ, стабільним СМ, опусканням СМ, зникненням СМ тощо). В цілому, осушення лучно-болотних диференційовано-засолених і солончакових заплав пониззя середніх річок створює тільки територіальні умови для зручності їхнього використання, але істотного поліпшення продуктивності грунтів осушувальні заходи не викликають. На широких заплавах із невеликими абсолютними позначками поверхні виявилося неможливим знизити рівні підгрунтових вод нижче критичної глибини через підпирання їх лиманами і неглибоко врізаними річищами. Дреновані грунти на обвалованих масивах за відсутності природного і штучного промивання (останнє у зв'язку з маловодністю річок) в основному або зберігають попередній вміст і склад солей, або порізно змінюють типи будови сольових профілів із вторинним засоленням поверхневих горизонтів, що спричиняє ускладнення грунтового покриву (рис. 5). Найбільшою мірою до вторинного засолення схильні глейоземи; на початковому етапі осушення глейоземів мулуватих їх сольовий баланс визначається як баланс вторинного засолення із підняттям СМ, а в подальшому, при набутті грунтами ознак злитості, як урівноважений з опусканням СМ. Таким чином, від частки глейоземів у складі грунтового покриву залежить масштаб вторинного засолення осушених заплав.

Вплив осушення на гумусний стан грунтів. При осушенні заплав гумусний стан грунтів має індивідуальну природу трансформації, а ступінь перетворення гумусного профілю в окремих осушуваних грунтах визначається глибиною і характером зміни їхніх режимів і зовнішніх чинників. Заплавні грунти поділяються на групи з більшим або меншим потенціалом трансформації гумусного стану. Стабільним гумусовим станом характеризуються лучноземи ясногумусові і зернисті. Протилежні характеристики мають осушувані глейоземи. Аналізуючи динаміку дегуміфікації глейоземів відзначимо, що найбільш інтенсивно органічна речовина мінералізується в перші роки після осушення, хоча і з деяким запізненням. Наступне використання осушених глейоземів у кормових сівозмінах, насичених багаторічними травами, і їх залуження сприяє частковому відновленню вмісту гумусу.

Динаміка складу обмінних катіонів в осушуваних грунтах. Склад ГВК великою мірою визначається тими чинниками, на котрі “націлена” осушувальна меліорація. За умови незмінності сольового режиму відзначена значна стійкість ступеня солонцюватості лучноземів. Найбільш складним перетворенням піддається ГВК осушуваних глейоземів, що складають злитоморфну часову катену. При злитизації і згасанні глейового процесу відбувається зміна складу ГВК і зменшення суми вбирних основ. Відзначене явище в осушуваних “болотних” грунтах пояснюється дегідратацією глинистих мінералів і розвитком злитості грунтів. Істотною особливістю злитоморфної ГЧК є розширення з часом їх Са-Мg співвідношення в ГВК. Ця обставина може служити підставою для використання відношення вбирних Са²⁺/Мg²⁺ для діагностики деструктивних грунтових процесів - розвитку або згасання процесу оглеювання.

Зрошення лучноземів мінералізованими водами: термодинамічні потенціали грунтових реакцій і буферні властивості грунтів. Води малих і середніх річок характеризуються вираженою динамічністю витрат, мінералізації та хімічного складу. Їх об'єктивна оцінка при використанні для зрошення солонцювато-засолених грунтів можлива на основі порівняння вапняних і натрієво-кальцієвих потенціалів у системі “поливні води - грунти”. Розсолення, осолонцювання і трансформація буферних властивостей грунтів при зрошенні змінюють характер впливу поливних вод на грунти і, як наслідок, показники якісної оцінки вод. Визначено, що зрошення в будь-якому випадку дестабілізує ГВК та інші властивості заплавних грунтів. Середньомінералізовані меженні води річок, маючи вапняний потенціал більше 7, а натрієво-кальцієвий менше 0,3-0,5, можуть сильно підлужнювати і солонцювати незасолені лучноземи з причини значних розходжень між термодинамічними характеристиками вод і грунтів. Водночас зрошення лучноземів зернистих солончакуватих сульфатними магнієво-натрієвими водами з мінералізацією до 5,5 г/дм³ призводить лише до незначного їх осолонцювання без вираженої зміни фізичних властивостей. Складовими процесу розсолення при іригаційно-дренажному типі водного режиму у лучноземах є зменшення інтенсивності сезонної акумуляції солей, загального солевмісту, збільшення вмісту солей у поверхневих горизонтах, зростання частки токсичних солей. Процеси розсолення грунтів супроводжуються збільшенням рухомості гумусу. Пептизуванню тонкодисперсної частини і руйнуванню структури зрошуваних грунтів при 3-7% натрію в ГВК запобігають наявність у поверхневих горизонтах карбонату кальцію і збільшення там же легкорозчинних солей.

Еколого-агромеліоративна класифікація і оцінка заплавних земель і грунтів

Запропонована класифікація земель за землепридатністю для раціонального використання у природному стані або після проведення відповідних меліорацій грунтується на виділенні категорій напрямку використання земель, класів грунтів за факторами, що лімітують родючість, агромеліоративних груп і підгруп за піддатливістю меліоративному впливу і характеру необхідних агротехнічних і меліоративних заходів, які здатні зменшувати негативний вплив несприятливих факторів. Критеріями доцільності використання окремих заплавних грунтів є середній вміст легкорозчинних солей у кореневмістному шарі (50% зменшення врожайності озимої пшениці на лучноземах ясногумусових і зернистих відбувається при 1%-му вмісті легкорозчинних солей у шарі 0-60 см.); серед інших показників, що обумовлюють здатність до деградації або невисоку продуктивність заплавних грунтів і визначені як критерії необхідності трансформації земельних угідь, є легкий і занадто важкий гранулометричний склад, солонцюватість, невеликий (<1,5%) вміст гумусу, перезволоження і низька окисно-відновна буферність.

Висновки

1. Вперше на основі системного підходу, поєднання концепцій елементарних грунтових процесів і еволюції грунтів з ландшафтно-геохімічним аналізом грунтоутворення, проведенні дослідження однієї із складових частин грунтового покриву півдня України - грунтів заплав малих та середніх річок Причорномор'я. Оцінка властивостей і потенційних можливостей грунтового покриву долин річок, наслідків впливу меліоративних заходів на процеси грунтоутворення є науковою основою оптимізації долинного землекористування.

2. Грунти долин малих і середніх річок є полігенетичними і поліхронними утвореннями, що відображають давні етапи педо- і літогенези, геоморфолого-геологічну будову річкових долин, зонально-фаціальні і локальні умови, природну трансформацію чинників грунтоутворення і антропогенний вплив. Серед основних факторів функціонування певних структур грунтового покриву в заплавах річок виділяються ті, що обумовлюють формування літологічного профілю грунтів, процеси гумусонакопичення, оглеювання і засолення. Найбільш потужним чинником диференціації грунтового покриву заплав є галогенез, що проявляється в різних типах і ступенях соленакопичення і має місцеві особливості прояву в залежності від зонально-кліматичних та геоморфолого-геологічних умов долинно-заплавних ландшафтів.

3. 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 грунтів з однаковими ознаками, властивостями і будовою.

У долинно-заплавних ландшафтах північно-західного Причорномор'я визначено шість сімейств грунтів - стратоземи, лучноземи, глейоземи, злитоземи, солончаки і агроземи, - які поділені на 18 типів грунтів, виділених на основі діагностичних горизонтів, що в поєднанні з іншими генетичними горизонтами та ознаками формують відповідні типи будови грунтових профілів.

Діагностику поширених у долинно-заплавних ландшафтах динамічних грунтових утворень доцільно проводити на основі поняття грунтової часової катени, яка являє собою певний грунтовий ареал, де циклічно або поступально грунт змінюється таким чином, що виникає необхідність зміни його класифікаційної належності. Виділені циклічні - глейово-солончакові - і поступальні - злитоморфні - грунтові часові катени.

4. Галогенез є одним із головних ландшафто-утворюючих процесів у заплавах річок північно-західного Причорномор'я. Мінералізація і склад підгрунтових вод, ступінь і тип засолення заплавних грунтів є взаємозалежними характеристиками і особливості їх динамічної рівноваги мають місцеві і географічні закономірності. Основним типом соленакопичення для найбільш поширеного діапазону мінералізації підгрунтових вод (3-25 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. Найпоширенішою і моногенетичною формою соленакопичення є утворення солончакуватих грунтів із сезонно-пульсуючим солевмістом і диференційованим за співвідношенням SO₄/Cl елювіально-ілювіальним сольовим профілем. Основними мінеральними формами солей, що знаходяться у твердій фазі грунтів є мірабіліт, тенардит, галіт, гіпс, кальцит. Типи і роди досліджених грунтів мають індивідуальні особливості морфології сольових новоутворень, будови грунтово-сольової маси, будови сольового профілю, складу і динаміки солей.

5. Злитогенез є ландшафтно-механогеохімічним процесом, що на сучасному етапі активно поширюється у заплавах долин і дельт річок у зв'язку з природно-антропогенним їх осушенням. У північно-західному Причорномор'ї злитогенез відбувається в акумулятивних ландшафтах з відкладами болотно-старичної фації за умови монтморилонізації порід, оглеювання, злитизації, вертисолізації та виникнення літогенного водного режиму - самоекранування грунтів від підгрунтових вод потужною монтморилонітово-глинистою товщею і циклічного поверхневого перезволоження-пересихання у створених псевдоавтоморфних умовах.

6. Елементарні грунтові процеси гумусоутворення і гумусонакопичення, засолення, осолонцювання і солонцево-ілювіальний, глеєутворення і злитизація складають основу комплекту ЕГП долинно-заплавного грунтоутворення у північно-західному Причорномор'ї:

а) накопичення й трансформація органічної речовини у заплавних грунтах визначається типом умов гуміфікації і відбувається у формі: 1) накопичення детриту; 2) накопичення власне гумусової речовини і 3) вуглефікації рослинних решток. Морфологія гумусу і гумусовий стан грунтів залежить від особливостей засолення і оглеювання грунтів;

б) у гідроморфних ландшафтах північно-західного Причорномор'я проявляється типовий, сульфідний і прихований глей. З точки зору меліоративної практики гідроморфні грунти, що характеризуються широким спектром окисно-відновних режимів - від домінування окиснювального до сірководневого середовища, - доцільно поділяти за типами інтенсивності розвитку оглеювання на основі співвідношення окисно-відновної буферності між зональними автоморфними і гідроморфними грунтами. У заплавах малих і середніх річок виділяються: 1) грунти, стійкі до розвитку відновних процесів; 2) грунти, слабостійкі до розвитку відновних процесів; 3) грунти з мобільними реакціями відновлення і сповільненими реакціями оксидації;

в) у долинах річок розповсюджені грунти із підвищеною по профілю часткою увібраного натрію, яка має високу ступінь залежності від вмісту натрієвих легкорозчинних солей і розвитку глейового процесу. У той же час елювіально-ілювіальна будова є рідкісною, але може бути у легких за гранулометричним складом грунтах, переважно із сульфатно-хлоридним типом засолення. Осолонцювання грунтів має декілька механізмів. Для всіх грунтів характерний процес вирівнювання натрій-кальцієвого потенціалу грунтового розчину і твердої фази грунтів. Відсутність содопрояву в умовах глибокого анаеробіозису дозволяє зробити висновок про несуттєвість ролі чинника біохімічного утворення соди в осолонцюванні глейоземів. Осолонцювання глейових грунтів обумовлене зниженням натрій-кальцієвого потенціалу через підвищення активності натрій-іону у відновлювальному середовищі та хімічне вбирання кальцію при відновленні сірчанокислих солей. Солонцево-ілювіальний процес у грунтах із сприятливими умовами лесиважу забезпечується сезонно-пульсуючим соленакопиченням і відбувається циклічно, разом із сезонними осолонцюванням та самомеліорацією грунтів;

г) злитизація є стадійним процесом спрямованої зміни вихідної мікробудови грунтів, що складається із фаз субзлитості - цементації грунтової маси в процесі чергування періодів відновлення і оксидації - і власне злитості - посилення щільності енергії когезії за рахунок незворотного мікрооструктурення (масового формування пакетів орієнтованих глинистих мінералів) при чергуванні гідратації - набухання та дегідратації - усадки грунтової маси.

7. Основу грунтових комбінацій заплав малих та середніх річок північно-західного Причорномор'я складають грунти із специфічними генетичними особливостями, морфологією, складом і властивостями:

а) лучноземи ясногумусові з незначним (біля 2%) вмістом гумусу і лучноземи зернисті - типові, глеюваті та злиті, - які є основним компонентом делювіально-лучних і алювіально-лучних заплав і характеризуються потужним ізогумусовим із вираженою структурністю профілем, що може відображати процеси олучніння, засолення, злитизації і оглеювання;

в) глейоземи мулуваті, злито-криптоглейові, зернисті та ясногумусові, що в залежності від літо- і гідрологічних умов характеризуються індивідуальною будовою, специфічними мінералогічним складом, морфологією і складом гумусу, складом грунтового вбирного комплексу та фізичними властивостями;

г) сімейство злитоземів, що включає типи алювіальних злитоземів структурно-монолітних і дисперсно-монолітних, виділених за будовою і властивостями злитого горизонту. При їх специфічній генезі, що полягає у розвитку процесів злитизації у псевдоавтоморфних умовах, вони характеризуються своєрідними мінералогічним складом, фізичними і фізико-хімічними властивостями, окисно-відновним, водним, який характеризується як літогенний, та сольовим режимом, що визначається верховодкою і слабо залежить від підгрунтових вод.

д) солончаки, що є переважно дериватами глейоземів, і поширені в пониззях річок. Специфічність солончакових ландшафтів полягає у формуванні западинно-горбкуватого мікрорельєфу, у комплексності рослинного покриву, в утворенні контрастних за вмістом гумусу, солей і солонцюватістю мікроареалів грунтів.

е) стратоземи примітивно-шаруваті, що утворюються в результаті сучасних заплавно-алювіальних процесів та шарувато-ясногумусові, що мають реліктову двочленну будову і специфічні, завдяки їй, водно-сольовий та окисно-відновний режими, властивості і ознаки. Їх своєрідність полягає у виразній полігенетичності - посиленні реліктової літологічної шаруватості багатокомпонентною диференціацією за рахунок сучасних солонцево-ілювіального і елювіально-глейового процесів, пульсуючого соленакопичення.

8. Солонцеві (елювіально-ілювіальні) профілі у заплавах не є моногенетичними. Для гирлових областей із сульфатно-хлоридним типом засолення характерні полігенетичні грунти із властивостями так званих “солончаків-солонців”, що визначаються як солончаки ілювіально-солонцеві. Алювіальний процес і пульсуючий характер соленакопичення в комплексі є механогеохімічним генератором, що забезпечує дію солонцево-ілювіального та глейово-ілювіального процесів і формування у долинах річок грунтів із елювіально-ілювіально-диференційованою будовою.

9. Трансформація комплексу грунтових процесів і еволюція заплавних грунтів визначаються характером антропогенного впливу та генетичними особливостями грунтів. В цілому, масштабне осушення заплав у пониззях середніх річок, при неможливості зниження рівня підгрунтових вод нижче критичної глибини і відсутності умов для зрошення (промивання), є екологічно і економічно не раціональним через неможливість якісної зміни сольового режиму в лучноземах та вторинне засолення і злитизацію глейоземів.

Зрошення засолених заплавних грунтів підвищує їх продуктивність, незважаючи на негативні тенденції - вторинне засолення поверхневих горизонтів при зменшенні загального солевмісту, зниження буферності та посилення рухомості гумусу. Характер трансформації властивостей зрошуваних грунтів залежить від величини розходження термодинамічних показників у системі “поливні води - грунти”.

10. У грунтовому покриві гідроморфних ландшафтів північно-західного Причорномор'я є рідкісні за розповсюдженням та унікальні за генезою і властивостями грунти, що потребують охорони.

Землекористування при значному поширенні засолених, заболочених та потенційно злитих грунтів у долинах річок повинно базуватися на еколого-біосферній концепції відновлювального земле- і природокористування, застосу-ванні адаптивно-ландшафтних систем землеробства для збереження природного різноманіття грунтів і збільшення площ екологостабілізуючих угідь, які функціо-нують за природними аналогами при мінімальному антропогенному впливі.

Рекомендації щодо використання наукових висновків

Профільно-генетичну класифікацію заплавних грунтів із відповідними принципами діагностики грунтів доцільно використати при повторному обстеженні і картографуванні грунтового покриву України. Ввести у номенклатурний список грунтів степової зони України зазначені у схемі профільно-генетичної класифікації типи заплавних грунтів. Грунтову часову катену (ГЧК) як елементарну грунтово-географічну одиницю рекомендується використовувати на рівні з елементарними грунтовими ареалами (за В.М.Фрідландом, 1972) і мікрокатенами (за Я.М.Годельманом, 1981) у дослід-женнях просторової організації грунтового покриву і картографуванні грунтів.

У проектах осушення заплав степової зони необхідно передбачати широкий розвиток злитогенези у так званих “псевдоавтоморфних умовах”, що виникають завдяки самоекрануванню глинистих грунтів від підгрунтових вод, та вторинне засолення глейоземів злитоморфних ГЧК, що характеризуються накопичувальним незворотним типом балансу солей.

При грунтово-меліоративних дослідженнях і прогнозуванні грунтоутворення доцільно використовувати картограми інтенсивності функціонування елементарних грунтових процесів. Оцінку інтенсивності розвитку глейового процесу, одного із найважливіших показників доцільності використання грунтів, необхідно проводити на підставі співвідношення ОВ-буферності у заплавних і зональних (чорноземах) грунтах.

Іригаційна оцінка річкових вод на підставі порівняння вапняних і натрієво-кальцієвих потенціалів у динамічній системі “поливні води - грунти” повинна враховувати мінливий характер впливу поливних вод на грунти, який визначається не тільки трансформацією характеристик якості річкових вод, але й процесами розсолення, осолонцювання і метаморфозом буферних властивостей грунтів.

Основні публікації за темою дисертації

Монографія