Трансформація груп та форм заліза і алюмінію в бурувато-підзолистих оглеєних ґрунтах південного Передкарпаття під впливом елементарних ґрунтових процесів та використання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трансформація груп та форм заліза і алюмінію в бурувато-підзолистих оглеєних ґрунтах південного Передкарпаття під впливом елементарних ґрунтових процесів та використання

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Бурувато-підзолисті оглеєні грунти Передкарпаття, які простягаються вузькою смугою з північного заходу на південний схід паралельно Карпатським горам, характеризуються значною генетичною, й викликаною різними способами використання, різноманітністю ознак і властивостей. Історично склалося так, що грунтове вкриття Передкарпаття досліджено нерівномірно. В значному обсязі вивчені будова й склад, фізичні, фізико-хімічні, хімічні та агрономічні властивості бурувато-підзолистих оглеєних грунтів, з'ясований характер впливу осушувальної та хімічної меліорацій на динаміку грунтових процесів, знайдені способи сповільнення або припинення глеєтвірних процесів, зниження грунтової кислотності, зменшення вмісту рухомого алюмінію, покращення водно-повітряного і поживного режимів, підвищення вмісту органічної речовини з метою теоретичного обґрунтування та розробки практичного методу їх окультурення (И.И.Назаренко, 1981).

Заслуговує на увагу вивчення багатьма авторами генезису передкарпатських грунтів, на основі якого зроблені суперечливі висновки по переважанню тих чи інших грунтових процесів: підзолистого (Г.Г.Махов, 1941; Н.Б.Вернандер, М.М.Годлин, Г.Н.Самбур, С.А.Скорина, 1951), підзолистого та дернового (И.П.Подгаевская, 1959; Г.О.Андрущенко, 1970; З.П.Паньків, 1997), буроземного, елювіально-глеєвого та процесів кислотного гідролізу (В.И.Канивец, 1987, 1991), лесиважу та глеє-елювіювання (Н.И.Полупан, 1988), підзолистого, буроземного та елювіально-глеєвого (І.С.Смага, 1995; В.А.Нікорич, 1999). Проте, наукові дані про генетичні зміни в бурувато-підзолистих оглеєних грунтах в зв'язку з трансформацією груп та форм заліза і алюмінію під впливом елементарних грунтових процесів (ЕГП), різного використання та місця розміщення їх на схилі відсутні. Отже, вивчення особливостей генезису бурувато-підзолистих оглеєних грунтів в залежності від трансформації груп та форм заліза і алюмінію в них під впливом елементарних грунтових процесів, різного використання і місця розміщення їх на схилі є актуальним і необхідним.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертація є частиною планової роботи і виконувалась в межах наукової теми кафедри грунтознавства та агробізнесу "Встановити особливості біогеохімії, розробити систему охорони і оптимізації екологічного стану грунтів Карпатсько-Придністровського регіону" (№ держреєстрації 0196V012536-1996-2000 рр.).

Мета і завдання досліджень. Метою дослідження було встановлення закономірностей трансформації груп та форм заліза і алюмінію в бурувато-підзолистих оглеєних грунтах південного Передкарпаття під впливом елементарних грунтових процесів, використання і місця розміщення їх на схилі.

Завдання досліджень:

вивчити морфологічну будову, основні хімічні, фізичні та фізико-хімічні властивості бурувато-підзолистих оглеєних грунтів південного Передкарпаття під лісом та виявити зміни в них в залежності від використання;

на основі моделювання встановити закономірності впливу елементарних грунтових процесів на вміст і профільний розподіл груп та форм заліза і алюмінію;

визначити і обгрунтувати якісні критерії діагностики елементарних грунтових процесів по вмісту і профільному розподілу груп та форм заліза і алюмінію;

виявити вміст і профільний розподіл груп та форм заліза і алюмінію під впливом різних типів використання грунтів;

з'ясувати залежність розподілу груп та форм заліза і алюмінію по профілю бурувато-підзолистого оглеєного грунту від місця розміщення на схилі.

Наукова новизна роботи полягає у встановленні закономірностей трансформації та профільного розподілу груп та форм заліза і алюмінію при моделюванні буроземного, підзолистого, глеєвого й елювіально-глеєвого елементарних грунтових процесів та їх комплектів (буроземного і підзолистого; буроземного і глеєвого; буроземного і елювіального-глеєвого, підзолистого і глеєвого). Крім того, виявлені і обгрунтовані якісні діагностичні ознаки елементарних грунтових процесів (ЕГП) в бурувато-підзолистих оглеєних грунтах південного Передкарпаття різного використання на основі характеру профільного розподілу груп та форм заліза і алюмінію. Поряд з цим, встановлена особливість трансформації груп та форм заліза і алюмінію в бурувато-підзолистих оглеєних грунтах схилу.

Практична цінність роботи. Отримані при моделюванні ЕГП діагностичні критерії знайдуть застосування в практиці визначення характеру грунтоутворення та поглибленого вивчення генезису відмін, які близькі до підзолистих, буроземних та бурувато-підзолистих грунтів. Дані по вмісту груп та форм заліза і алюмінію доцільно використати в практиці підвищення родючості та окультурення бурувато-підзолистих оглеєних грунтів, а також при прогнозуванні змін генетичних особливостей цих грунтів під впливом використання та місця розміщення їх на схилі. Одержані дані можуть бути використані в лекційних курсах з грунтознавства у ВУЗах України.

Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наукових результатів, викладених в дисертації, є основним і полягає у визначенні напрямку, обсягів і методів дослідження; постановці мети та формуванні завдань; у виконанні основного об'єму експериментальної частини; в аналізі та узагальненні результатів; статистичній обробці матеріалу; апробації отриманих результатів і підготовці наукових праць до друку; написанні та оформленні дисертації. Аналіз та обговорення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на V Українському з'їзді грунтознавців та агрохіміків в місті Рівне (1998 р), на міжнародній науковій конференції "Генеза, географія та екологія грунтів" в місті Львові (1999 р), а також на засіданнях кафедри грунтознавства та агробізнесу Чернівецького державного університету ім. Ю.Федьковича.

Публікації. На основі матеріалів дисертації автором і за його участю опубліковано 6 наукових статей, з них 4 у фахових виданнях.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків. Робота викладена на 207 сторінках друкованого тексту і включає 35 рисунків, 5 таблиць. Список використаної літератури має 305 найменуваннь, серед яких зарубіжних 19. Дисертація вміщує 48 додатків.

Основний зміст

оглеєний ґрунт підзолистий

1. Особливості формування бурувато-підзолистих оглеєних грунтів, їх характерні ознаки та головні діагностичні критерії

Віднесення грунту до того чи іншого типу зумовлюється характером переважаючих у ньому грунтотвірних процесів. Узагальнені відомості літературних джерел (Н.Б.Вернандер, 1951; С.А.Скорина, 1949; Г.А.Андрущенко, 1952; И.П.Подгаевская, 1959; И.И.Назаренко, 1981; Н.И.Полупан, 1987, 1988; В.И.Канивец, 1987, 1990, 1991) дозволяють зробити висновок, що бурувато-підзолисті оглеєні грунти Передкарпаття є грунтами складного генезису. При аналізі літератури нами не виявлено досліджень, спрямованих на діагностику ЕГП за даними групового та фракційного складу заліза і алюмінію в бурувато-підзолистих оглеєних грунтах - одних з найбільш розповсюджених у Передкарпатті.

Як показують результати досліджень багатьох вчених (J.A.McKeaque, J.E.Brydon, M.N.Miles, 1971; Л.А.Карманова, 1978; И.Я.Крым, 1981; И.И.Назаренко, С.М.Польчина, И.С.Смага, 1996), групи і форми заліза і алюмінію є досить інформативними показниками, з допомогою яких можна діагностувати основні і супутні грунтотвірні процеси і, відповідно, простежити зміну останніх під дією різних чинників, в тому числі при окультуренні, різному сільськогосподарському використанні, розвитку ЕГП, від місця розміщення грунту на схилі.

2. Об'єкт, умови та методика досліджень

Об'єктами вивчення були фонові для Передкарпаття бурувато-підзолисті оглеєні грунти в межах Вижницького району Чернівецької області. Детальний опис об'єктів та умов дослідження наведений у дисертаційній роботі (підрозділ 2.1).

На основі закладеного під лісом розрізу 1А із середини кожного горизонту бурувато-підзолистого оглеєного грунту відбирали зразки для лабораторних експериментів - закладки колонок по вивченню впливу визначених елементарних грунтових процесів та їх поєднань. При цьому зразки грунту відбирали, дотримуючись відповідного співвідношення (1:4) за потужністю горизонтів, і переносили у пластикові банки. Масу грунту по кожному горизонту розраховували, виходячи із щільності та об'єму останніх. Для покращення дренажу під материнську породу підстилали бите скло. Сумарна маса однієї грунтової колонки становила 2830 г. Моделювання елементарних грунтових процесів проводилось при кімнатній температурі.

Буроземний процес. Поверхня грунту в колонках накривалася 3-сантиметровим шаром подрібненої дубово-грабової підстилки масою 10 г. Промивання грунту в колонці провели дистильованою водою до появи перших її порцій на поверхні дренажу і через кожні 20 діб операцію повторювали. У міжпромивний період вологість грунту підтримувалась на рівні 60-70% від повної вологоємності (ПВ) за контрольною масою.

Підзолистий процес. Поверхня грунту в колонках накривалася 3-сантиметровим шаром подрібненого опаду з хвої масою 10 г. Наскрізне промивання грунту в колонці проводили дистильованою водою до виходу її 50-100 мл з дренажу. Через кожні 10 діб промивання повторювали. Воду доливали поступово, щоб уникнути переміщення мулистих частинок грунту (лесиважу). На протязі міжпромивних періодів вологість грунту підтримувалася в межах 60-70% від ПВ за контрольною масою.

Глейовий процес. Поверхня грунту в колонках накривалася 3-сантиметровим шаром подрібненої дубово-грабової підстилки масою 10 г. Перед закладкою досліду в грунт вносили глюкозу з розрахунку 2% від маси і ретельно перемішували. На протязі всього періоду експерименту вологість грунту в колонках підтримували на рівні ПВ, шляхом занурення їх у дистильовану воду до рівня поверхні грунту.

Елювіально-глейовий процес. Поверхня грунту в колонках накривалася 3-сантиметровим шаром подрібненої дубово-грабової підстилки масою 10 г. Перед закладкою досліду в грунт вносили глюкозу з розрахунку 2% від маси і ретельно перемішували. На протязі періоду дослідження створювали контрасні окисно-відновні умови шляхом підтримання на протязі 20 діб вологості грунту на рівні ПВ, а наступні 10 діб - вільний стік води і підтримували вологість в межах 60-70% від ПВ за контрольною масою.

В колонках, де поєднувались процеси (буроземний і підзолистий, буроземний і глейовий, буроземний і елювіально-глейовий, підзолистий і глейовий) створювалися умови характерні для елементарних процесів з яких складається комплект.

Перед закладенням досліду (0) та через 6, 12 та 18 місяців з генетичних горизонтів відбиралися зразки грунту для лабораторних аналізів.

На основі F-критеріїв Фішера встановлювали достовірність змін груп та форм заліза і алюмінію в досліджуваних грунтах. При достовірних змінах визначали їх позитивний (+) чи негативний (-) характер, а також відмічали відсутність та статистичну незначущість змін (0) з подальшим використанням цих даних для діагностики елементарних грунтових процесів.

Для вивчення впливу ЕГП на трансформацію і профільний розподіл груп (валова, силікатна і несилікатна) і форм (окристалізована та аморфна) заліза і алюмінію під впливом використання буровато-підзолистих оглеєних грунтів південного Передкарпаття були закладені розрізи під наметом широколистяного лісу з хвойними домішками (3Б2Д2Вл2С1Я) та слабкорозвинутим трав'янистим покривом (розрізи 1 і 1А). Вік лісу коливається в межах 140-150 років, внаслідок чого сформувався природній біогеоценоз, що розглядався нами, як еталонний; на пасовищі, фітоценоз, якого представлений злаково-бобовими асоціаціями (розріз 2); на ріллі (розріз 3), де запроваджена польова сівозміна. Пасовище та рілля виведені з-під лісу і залучені у сільськогосподарське виробництво понад 40 років тому.

Для проведення лабораторних аналізів з середини кожного генетичного горизонту відбиралися зразки грунту.

Для з'ясування залежності розподілу груп та форм заліза і алюмінію від місця розміщення на схилі по профілю бурувато-підзолистого оглеєного грунту використали схил крутизною 10^є. Землі схилу виведені з-під лісу біля 40 років тому і використовуються в основному для вирощування сумішки багаторічних трав. На схилі з багаторічними травами другого року використання закладалися розрізи та прикопки в такій послідовності: нижня частина схилу - розріз 1; верхня частина схилу - розріз 2; по схилу - прикопки 1,3-7.

В грунтових зразках визначали хімічні та фізико-хімічні показники за загальноприйнятими методиками (Е.В.Аринушкина, 1971; Л.Н.Александрова, О.А.Найденова, 1986). Визначення груп та форм заліза і алюмінію проводили за прописсю Ю.И.Добрицкой и др. (1973).

Одержані аналітичні дані опрацьовували методами кореляційно-регресійного аналізу двох і трьох ознак та однофакторного орто- і неортогонального дисперсійного аналізів, описаних Б.А.Доспеховим (1985), Г.Ф.Лакіним (1990). Для статистичної обробки результатів був прийнятий 5%-й та 1%-й рівні значущості.

3. Вплив елементарних грунтових процесів на властивості бурувато-підзолистих оглеєних грунтів Передкарпаття і трансформацію груп та форм заліза і алюмінію

Бурувато-підзолисті оглеєні грунти південного Передкарпаття еталонного біогеоценозу характеризуються високою кислотністю (рН_сол в межах 3.82-4.08; гідролітична кислотність 7.04-10.9 мг-екв/100 г грунту); низькою насиченістю грунтово-поглинального комплексу основами (45.7-65.7%); низьким вмістом гумусу (0.52-3.79%).

В досліджуваному бурувато-підзолистому оглеєному грунті розподіл валового заліза по профілю характеризується зростанням його вмісту у Іglm горизонті до 4.16% у порівнянні з вмістом у Неgl горизонті - 3.67% та Рgl горизонті - 3.29%. Вміст силікатного заліза у Неgl та Еgl горизонтах (2.22% та 1.90%) перевищує вміст несилікатного (1.45% та 1.89%), що свідчить про переважання елювіальних процесів. Процент окристалізованого заліза зростає порівняно з аморфним, особливо в Іglm горизонті і складає 2.34. У верхній частині профілю його вміст дещо зменшується (1.05% у Неgl та 1.52% в Еgl горизонтах), що свідчить про їх періодичне перезволоження.

Всі ЕГП та їх комплекти, які моделювалися (крім комплекту буроземного та елювіально-глеєвого процесів), призводили до посилення перерозподілу валового заліза по профілю грунту. Зростання вмісту вільного несилікатного заліза пояснюється значним його вивільненням із кристалічних решіток мінералів, а збільшення вмісту окристалізованого заліза над аморфним при буроземному процесі свідчить про переважання у нижній частині профілю окисних умов, тоді як для поверхневого горизонту властиве перезволоження.

В різних варіантах модельного досліду виявлені відмінності в кількості та профільному розподілі валового алюмінію. При підзолистому ЕГП профільний розподіл валового алюмінію характеризується максимальним накопиченням його в Iglm та Pgl (12.6%, 13.2%) і зменшенням у Hegl (9.62%) і Рgl (11.8%) після 18 місяців експозиції. Вміст несилікатних форм алюмінію на відміну від заліза, значно нижчий від силікатних.

Для буроземного процесу характерний більш рівномірний профільний розподіл силікатного і несилікатного алюмінію, а для підзолистого - чітко виражений елювіально-ілювіальний перерозподіл.

При глеєвому процесі виявлена залежність кількості силікатних оксидів алюмінію від ступеня оглеєння. З підсиленням інтенсивності цього процесу вміст силікатного алюмінію в горизонтах Hegl та Egl підвищується з 7.42% до 8.96%, та з 7.68% до 8.98% відповідно, що ймовірно проходить за рахунок неосинтезу силікатів. Після 6 місяців експерименту спостерігається виражене накопичення аморфних форм алюмінію в гумусовому горизонті і втрата їх з глибиною. В нижніх горизонтах при оглеєнні вміст аморфного алюмінію знижується до 0.50% в Iglm та 0.46% в материнській породі. Таким чином, досліджуваним грунтам Передкарпаття властивий глеєвий процес, його продукти та кислотний гідроліз алюмосилікатів є найбільш суттєвими причинами, що викликають накопичення алюмінію (И.И.Назаренко, 1966; И.С.Кауричев, 1967, 1974; В.И.Канівець, 1973, 1975).

Елювіально-глеєвий ЕГП зумовлює перерозподіл груп алюмінію по профілю, при якому Egl-горизонт збіднюється несилікатними і збагачується силікатними, що складають 2.20% та 8.13% відповідно в кінці досліду.

При сумісному протіканнні підзолистого і глеєвого процесів у грунті збільшується вміст несилікатного алюмінію, причому його кількість з підсиленням цих процесів збільшується.

Для комплексної оцінки одержаних результатів використали дисперсійний аналіз. На основі F-критеріїв Фішера встановили достовірність змін груп та форм заліза і алюмінію в досліджуваних грунтах. При достовірних змінах визначили їх позитивний (+) чи негативний (-) характер, а також відмітили відсутність та статистичну незначущість змін (0). Одержані результати дали змогу провести якісну діагностику елементарних грунтових процесів, яка наведена в таблиці 3.1.

4. Трансформація груп та форм заліза і алюмінію, зміна властивостей бурувато-підзолистих поверхнево-оглеєних грунтів Передкарпаття під впливом використання

Значну інформацію впливу використання на грунтоутворюючі процеси дає співвідношення груп та форм заліза і алюмінію. Для валового заліза характерне збільшення його вмісту вниз по профілю, з максимальними значеннями в ілювіальному горизонті (3,87% у лісі та 3,79% на пасовищі). На ріллі проходить незначне зменшення валового заліза (3,48%) в орному горизонті та збільшення (4.20%) в материнській породі, що можна пояснити посиленням процесів елювіальної деградації грунту (рис. 4.1).

Силікатне залізо в грунті всіх угідь, переважає над несилікатним з максимальними значеннями його в ілювіальному горизонті та материнській породі: 2,29%, 2,81% на ріллі та 2,16%, 2,17% на пасовищі відповідно, тобто спостерігається елювіально-ілювіальний перерозподіл цієї форми заліза, що характерно для підзолистого процесу.

Якісна діагностика елементарних грунтових процесів