CC BY
10
УДК 631.618:631.4.425.4.001.2 Доктор с.-х. наук В.А. ЗАБАЛУЕВ
(Национальный университет биоресурсов и природопользования, г. Киев) Аспирант А.А. ГАВРЮШЕНКО
(Днепропетровский ГАЭУ, Украина, [email protected])
ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИКИ СТРУКТУРНО-АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЗЕМОВ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОМ ОСВОЕНИИ В УСЛОВИЯХ НИКОПОЛЬСКОГО
МАРГАНЦЕВОРУДНОГО БАССЕЙНА
Рекультивация, технозем, горные породы, органическое вещество, агрофитоценоз, агрегатный состав
В настоящее время проблема трансформации экосистем и их основных компонентов -почвенного, растительного покрова, климатических показателей - из-за активной хозяйственной деятельности человека приобретает глобальный характер. В связи с этим рациональное и эффективное использование природных ресурсов - это главная проблема развития агропромышленного комплекса Украины. Приоритетом при этом выступает вопрос рационального использования и охраны почвы как основы жизни на планете и основного средства производства в сельском и лесном хозяйствах.
Структура ландшафтов во многих промышленно развитых и густонаселенных областях Украины на протяжении второй половины XX века существенно изменилась. В результате производственной деятельности горнорудных и перерабатывающих предприятий неуклонно увеличивается площадь техногенных ландшафтов.
Ландшафты, базовые компоненты которых (рельеф, горные породы) сформированы техногенным путем, называются техногенными. Свойства и режимы преобразованного рекультивацией техногенного ландшафта определяются способами его формирования и восстановления.
При открытой добыче полезных ископаемых происходит деструкция почв и растительного покрова, геологического строения и гидрогеологических условий. В результате такого воздействия на природные экосистемы в местах добычи полезных ископаемых формируются новые эдафо-технические компоненты со специфическим составом, свойствами и взаимодействием с окружающей средой. Поэтому проблема восстановления земель требует глубочайшего теоретического исследования, прогнозирования агроэкологических ситуаций, создание специальных технологий и приёмов, изучение особенностей функционирования техноземов [1, 2].
Одной из таких особенностей, а также целью нашего исследования - было изучение динамики структурно-агрегатного состояния моделей техноземов в процессе длительного биологического освоения в условиях Запорожской биоэкологической станции мониторинга техногенных ландшафтов Степного Приднепровья (Никопольский марганцеворудный бассейн, Украина).
Гранулометрические элементы разнокачественных горных пород и насыпного плодородного слоя почвы чернозема южного (смесь горизонтов Н + НР), используемых в качестве конструкций техноземов в процессе биологической рекультивации, объединяются под воздействием природных факторов в структурные агрегаты (фрагменты, почвенные комки и комочки) различной формы и размеров. Их форма, размер и соотношение может служить индикационным признаком или показателем, который будет отражать генетические особенности и плодородие отдельных горизонтов техногенных «почв». Поэтому особенности агрегатного состава субстрата техноземов являются одним из основных диагностических показателей эффективности биологического этапа рекультивации [3, 4].
Наиболее определенная оценка значения агрегатного состояния была дана В.Р. Вильямсом утверждавшим, что структура почвы оказывается главным условием ее плодородия[5]. В наше время эта оценка дополнилась современными представлениями об агроэкологической значимости агрегатного состава [6, 7, 8, 9, 10].
В качестве детального исследования были заложены модели техноземов в зарытых отрезках стальных труб диаметром 1200 и высотой 1500 мм, объем которых заполняли селективно снятыми основными полиминеральными горными породами, которые прикрывают марганцеворудный пласт: лессовидными суглинками, смесью красно-бурых глин и суглинков, серо-зелеными мергелистыми глинами. Использовали также селективно снятый насыпной плодородный слой почвы,
представленный черноземом южным (смесь горизонтов Н + НР). В качестве контроля был принят чернозем южный с ненарушенного участка.
Для изучения и обоснования особенностей структурно-агрегатного состояния техноземов в процессе длительного биологического освоения использовали исходные данные непосредственно через 1 год после отсыпки, 1998 г., а также отбирали смешанные почвенные образцы в слое 0-20 см в 3-кратной повторности на 15-й год использования, 2012 г., - результаты приведены в таблице.
Т а б л и ц а. Структурно-агрегатное состояние техноземов на разных этапах биологического освоения
Модели техноземов Этапы биологического освоения Размер фракций, мм (%)* Коэффициент структурности Общее количество водостойких агрегатов,%
OK 10-7 in ■ 7 СП I in <N i т ■ <N rn, о" - 0,5-0,25 <0,25
1 1998 32,2 20 12,9 2,1 3,2 2,5 5,4 11,5 10,6 1,34 32,30
0,7 1,2 3,3 4,1 6,3 16,7 67,7
2012 27,8 12 12,1 10,6 9,3 11,1 6,1 5,3 5,9 1,97 65,60
2,2 3,8 6,8 14,3 16 22,7 34,4
2 1998 60,1 11 4,6 5,3 4,9 3,1 3,6 4,2 2,9 0,59 31,50
0,8 1,3 2,3 3,2 9,2 14,7 68,5
2012 41,3 9,6 6,8 11,1 8,1 3,3 7,8 7,3 4,7 1,17 63,30
1,5 2,4 5,9 16,7 17 19,8 36,7
3 1998 68,3 13 3,7 4,8 3,1 3,4 0,8 1,4 1,1 0,44 53,10
0,6 3,8 11 9,5 14 14,6 46,9
2012 38,8 5,8 10,6 11,1 9,7 7,2 3,8 7,7 5,3 1,27 78,20
1,7 4,3 12 15,2 19 26,1 21,8
4 1998 36,2 13 10,4 11,6 8,9 9,3 2,2 4,1 4,4 1,46 53,30
3,5 3,7 5,5 7,3 12 21,1 46,7
2012 21,7 12 11,1 9,5 10 18,2 4,3 6,7 6,2 2,58 62,30
3,5 4,9 6,7 11,6 15 20,8 37,7
5 1998 12,7 6,5 11,7 19,7 14 14,1 5,2 5,2 11,3 3,17 57,90
2,7 3,6 2,8 8,5 16 24,1 42,1
2012 17,7 9,8 7,4 11,5 11 10,8 8,3 7,6 16,2 1,95 58,30
0,6 1,1 11 15,1 12 18,1 41,7
Примечание: в числителе - сухое просеивание; в знаменателе - мокрое просеивание.
В модельных вариантах длительное время выращивались бобово-злаковые травосмеси, которые были представлены: люцерной посевной (Medicago sativa L.), эспарцетом песчаным (Onobrychis arenaria (Kit.) DC), житняком узкоколосым (Agropyron desertorum Schult.), кострецом безостым ( Bromopsis inermis).
Определение структурно-агрегатного состава проводили ситовым методом в модификации Н.И. Саввинова [11, 12].
Модели техноземов, на которых проводили исследования.
1. Лессовидный суглинок (борт карьера, 0-150 см).
2. Смесь красно-бурых глин и суглинков (борт карьера).
3. Серо-зеленая глина (борт карьера).
4. Насыпной плодородный слой почвы (смесь горизонтов Н + НР );
5. Чернозем южный с ненарушенного участка.
Как свидетельствуют данные таблицы, при биологическом освоении во всех моделях техноземов увеличилось количество водостойких агрегатов. Так, например, в модели, сложенной из лессовидного суглинка, в начале освоения количество водостойких агрегатов составило 32,3%, а через 15 лет использования - 65,6%. Повысился также и коэффициент структурности - с 1,3 до 2,0. Если сравнить все модели техноземов, то по наибольшему общему количеству водостойких агрегатов выделялась модель с серо-зеленой глины - 78,2%. Отмечено, что во всех техноземах в слое 0-20 см через 15 лет освоения произошло уменьшение количества агрегатов в размере (>10 мм) и увеличилось содержание ценных в агрономическом смысле почвенных комочков (10-0,25 мм).
Результаты исследований выявили мощное воздействие растительности и микроорганизмов. Особенно следует уделить внимание многолетним бобово-злаковым фитоценозам, так как именно эти травы развивают наибольшую часть своих корней, которые при разложении образуют достаточное количество органического вещества, которое имеет свойство цементировать почвенные агрегаты, а также обеспечивает благоприятный воздушный, водный и питательный режимы данных моделей техноземов.
Таким образом, установлено, что структурно-агрегатный анализ моделей техноземов при биологическом освоении четко указывает на необходимость залужения многолетними травами рекультивированных земель, отведенных под сельскохозяйственное использование. Подтверждено влияние органического вещества, которое образуется вследствие комплексного взаимодействия бобово-злаковых компонентов с условиями техногенной среды.
При длительном мелиоративном воздействии многолетних трав факторы, отвечающие за изменение свойств агрегатов почвенной структуры, также начинают преобладать над факторами, их разрушающими. Это способствует образованию истинной, водопрочной структуры, сравнимой по показателям водопрочности и плотности со структурой ненарушенного чернозема южного.
Изучено, что агроэкологическое значение структурообразования состоит в том, что явно улучшаются условия для биоразнообразия, аккумуляции влаги, уменьшения контрастности температур и тем самым создаются условия для благоприятного течения многих биоклиматических, биохимических и обменных процессов.
Структура в виде агрегатного состава - это основной фактор, формирующий почвенное поровое пространство, в котором содержатся все необходимые вещества для растений. Это прежде всего вода, воздух и питательные элементы. Все это указывает на то, что формирование специфических устойчивых почвенных агрегатов связано с особыми свойствами органического вещества, вырабатываемого специфической микробиотой.
Л и т е р а т у р а
1. Масюк Н.Т., Сидорович Л.П. К вопросу о плодородии почв и пород // Освоение нарушенных земель. -М.: Наука, 1976. - С. 5-26.
2. Волох П.В., Трухов О.В. Агрегатный состав насыпного плодородного слоя почвы и вскрышных пород при рекультивации / Рекультивация земель: Сб. науч. тр. / ДСХИ. - Днепропетровск, 1987. - С. 54-61.
3. Воронин А.Д. Основы физики почв. МГУ. - М.: Наука, 1986. - 244 с.
4. Медведев В.В. Структура почвы (методы, генезис, классификация, эволюция, география, мониторинг, охрана). - Харьков: Изд-во. «13-я типография», 2008. - 406 с.
5. Вильямс В.Р. Почвоведение. Общее земледелие с основами почвоведения. - М.: Сельхозгиз, 1936. - 647 с.
6. Бекаревич Н.Е. Изменение водопроницаемости в связи с различной начальной скоростью увлажнения почв// Труды Днепропетровского СХИ. Т.6. - 1956. - С. 82-89.
7. Бекаревич Н.Е., Горобец Н.Д., Колбасин А.А. Результаты возделывания сельскохозяйственных культур на рекультивируемых землях в степи // Рекультивация земель в СССР. - М., 1973. - С. 167-191.
8. Бекаревич Н.Е., Кречун И.Б. Водопрочность почвенной структуры и определение ее методом агрегатного анализа: Сб. по методике исследований в области физики почв. - Л.: Изд. ВАСХНИЛ, 1964. -С. 86-95.
9. Tate III P.L. Soil organic matter biological and ecological effects. - N.Y.: John Wiley and Sons, 1991. - 399 p.
10. Шеин Е.В. Курс физики почв: Учебник. МГУ. - М.: 2005. - 432 с.
11. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований физических свойств почв грунтов. - М.: Высш. шк., 1973. - 400 с.
12. Качество почвы. Определение структурно-агрегатного состава ситовым методом в модификации Н. И. Саввинова: ГОСТ (ДСТУ) 4744:2007 [действителен от 2008-01-01]. - К.: Госстандарт Украины, 2008. - 10 с. - (Национальный стандарт Украины).
