Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Основы производственного, кризисного и научного мониторинга почв веховья Припяти

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Основы производственного, кризисного и научного мониторинга почв веховья Припяти"

РГ6 од

2 2 ';••'*! ■- -

ІНСТИТУТ ГРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ Ш.О.Н.СОКОЛОВСБКОГО

ЗІНЧУК МИКОЛА ІВАНОВИЧ

УДК 631.412: 631.413: 631.46.8

ОСНОВИ ВИРОБНИЧОГО КРИЗОВОГО ТА НАУКОВОГО МОНІТОРИНГУ ГРУНТІВ У ВЕРХІВ’ЯХ ПРИП’ЯТІ

06.01.03 - Агрогрунтознавство і агрофізика Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 1998

Дисертацією є _____рукопис

Робота виконана в Поліській філії Інституту грунтозиавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського, Українська академія аграрних наук.

Науковий керівник: доктор біологічних наук професор

Медведев Віталій Володимирович, інститут щушознавства та агрохімії ім.О.Н.Соколовського УААН. директор

Офіційні опоненти

1. Доктор сільськогосподарських наук, професор Позняк Степан Павлович Львівський державний університет ім. І.Франка, завідуючий кафедрок географії грунтів.

2. Кандидат сільськогосподарських наук, Пащенко Ярослава Вячеславівна Інститут грунтознавства та агрохімії' ім.О.Н.Соколовського УААН завідуюча лабораторією меліорації гідроморфних і кислих грунтів.

Провідна установа Українська державна академія водного господарства, кафедра грунтознавства, м. Рівне

Захист відбудеться « 23 » червня 1998 року о 13 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Інституті грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН за адресою: 310024, м.Харків - 24, вулЛайковського, 4

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту грунтознавства ті агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН, 310024, м.Харків - 24

вулЛайковського, 4

Автореферат розісланий « 22 » травня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат сільськогосподарських наук

Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність роботи. Полісся - унікальне природне творення. Поряд з високою різноманітністю ландшафтів, рослинних іепозів та грунтових відмін - це найбільш екологічно вразливий регіон ’'країни. Основними причинами є низька буферність грунтів легкого ранулометричного складу та високий відсоток гігроморфних грунтів, які [іддапі меліоративному осушенню. Результатом є прояв ряду деградаційних гроцесів, таких як дефляція, окарбоначуванпя, «залізнення, спрацювання орфовиїц (Скршшікова, 1960; Донських, 1982; Єфімов, 1980; Медведєв, 992; Трускавецький, Гринченко, Балюк, Бондар, 1992).

В зв’язку з цим, гостро стоїть питання широкомасштабних та истематичних спостережень з метою своєчасного виявлення та запобігання іегативішм наслідкам антропогенного впливу иа природно-територіальні ;омплекси Полісся. Саме це є основним предметом агроекологічного іоніторингу грунтів.

Проте, враховуючи специфічність грунтів Полісся, а також іеоборотність ряду деградаційних процесів постає завдання розробки восрідної концепції моніторингу і, зокрема, наукового, який повинен іередбачати пошук, розробку та адаптацію новітніх методів, способів і іристроїв для підвищення ефективності функціонування ЛЕМ. . Традиційні іетодики діагностики є малочутливими при визначенні мікрокількостей лементів. Поліські ж грунти містять незначні кількості як мікро, так і іакроелементів. Альтернативним напрямком с розробка високочутливих іетодик оцінки стану грунтів по дрібнодисперсних фракціях (Айдинян, 966; Боровський, Яцина, 1984; Мірошниченко, 1991; Мазур, 1994; "рмодаск, 1997). При аналізі окремих фракцій значно зростає чутливість і очність стандартних методик, в тому числі інструментальних методів атомна абсорбція, потенціометрія).

Найбільш небезпечним наслідком антропогенного впливу с кар’єрні юзробки. Особливо цей вплив небезпечний для Поліських піщаних та орфовнх грунтів, оскільки порушення гідрологічного режиму веде до ювної деградації їх продуктивності (Алексієвський, 1993; Бондар 1996; іондарчук, 1997). Тому, головним завданням є розробка методик прогнозу мін в ландшафтах в цілому. Перспективним напрямком є енергетичний [ідхід (Волобуєв, 1974; Медвсдовський, 1985, 1986), який ми прагнули икористати в даній роботі.

Мета і завдання робот и. Основна мета роботи — обгрунтування організація системи агроекологічного моніторингу в Західному Поліссі 'країни, зокрема локального грунтового моніторингу (лівобережжя Іерхів’я Прип’яті), відпрацювання методик виробничого, кризового і

наукового напрямків та системи організації стаціонарів. Досягалась вона шляхом вирішення наступних завдань:

1. Вивчення ареалів поширення деградаційних процесів та організації первинної сітки стаціонарів, яка контролює зони з прогресуючими на даний час деградаціями грунтів.

2. Організації фонового полігону та вторинної сітки стаціонарів (локального моніторингу), яка нередбачас створення детальної систематичної мережі стаціонарів.

3. Розробки методів високочутливої діагностики змін мінеральних грунтів на основі аналізу високодисперсних фракцій.

4. Розробки методики оцінки еколого-економічних збитків при кар’єрних розробках на Поліссі.

Наукова цінність і новизна роботи. Закладено основи агроекологічного моніторингу в Західному Поліссі України. Обгрунтовано доцільність використання Шацького ПНП в якості фонового полігону. Розроблено методику розрахунку еколого-економічних збитків при кар’єрних розробках на Поліссі. Створено пристрій для повітряної сепарації грунту та запропоновано методику визначення вмісту новітрямо-стійких агрегатів. Запропоновано метод високочутливої діагностики змін в мінеральних грунтах та виявлено особливості сорбції елементів різними грунтовими механічними фракціями. • '

На основі запропонованого структурно-компонентного методу проаналізовано зміни в дерново-підзолистих грунтах в процесі окультурення та деградації. Реалізовано в локальному моніторингові метод високочутливої діагностики вмісту важких металів та стану гідро-морфності грунтів Полісся за допомогою аналізу фракцій повітряно-стійких агрегатів.

Практична значимість роботи. Організація мережі стаціонарів, з відзнятім фонових показників, за допомогою порівняльного методу дозволяє провести оцінку змін в ландшафтах Західного Полісся. Розроблена методика розрахунку еколого-економічних збитків на об’єктах кризового моніторингу із значним водонониженннм. Використаний сконструйованого приладу для повітряної сепарації грунтів, крім прискорення процесу визначення різновиду гранскладу (склад повітряно-стійких агрегатів), дозволяє чітко фіксувати зміни компонентів, що знаходяться в мікрокількостях та зміну гідроморфності. Показано, як за допомогою структурно-компонентного аналізу оцінити ступінь окультурення чи деградації грунтів легкого гранулометричного складу.

з

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ ТАКІ ПОЗИЦІЇ РОБОТИ:

1. Обгрунтування і організація локального агроекологічного грунтового моніторингу на лівобережжі Верхів’я Прип’яті.

2. Прилад та методика сепарації повітряно-стійких агрегатів грунтів.

3. Застосування структурно-компонентного аналізу фракцій повітряно-стійких агрегатів для високочутливої діагностики змін агроекологічного стану мінеральних грунтів Полісся.

4. Методика розрахунку сколого-економічних збитків в зоні критичного водононижеііня при кар’єрних розробках на грунтах легкого гранулометричного складу.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідались на протязі трьох років на вчених радах інституту грунтознавства та агрохімії УААН, на наукових конференціях молодих вчених (1996, 1997р.р.). Результати розрахунку еколого-скономічних збитків доповідались на Українсько-Білоруській нараді з проблем будівництва “Хотиславського кар’єру” в Мінскології 1994 року, подано матеріали на патенгування способу розділення дрібнозему грунтів.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано шість наукових праць, чотири з яких у співавторстві.

Декларація особисто г о в іі е с к у . Дисертантом проведено узагальнення матеріалів по деградаційних явищах грунтів Західного Полісся та особливостях структури агроекологічного моніторингу, проведено розрахунки енергетичної та грошової оцінки еколого-економічних збитків в зоні водопониження. Розроблено та сконструйовано прилад для повітряної сепарації грунтів, вивчено механізм розподілу елементів по фракціях гіри наростанні концентрацій, розроблено методики високочутливої діагностики гідроіморфпого процесу, а також окультурення і деградації дерново-підзолистого грунту. Результати наукових досліджень реалізовані на стаціонарах локального моніторингу. Основні висновки викладені в шести друкованих працях.

Структура і об’єм роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, пропозицій виробництву, додатка, бібліографії з 200 найменувань, в т.ч. 28 іноземних джерел. Робота виконана на 220 сторінках машинописного тексту, містить 17 таблиць, 9 малюнків та 59 додатків на 60 сторінках.

Час та місце виконання роботи. Робота виконувалась з 1993 но 1997 роки, три роки з яких (1995-1997) - під час проходження аспірантури з відривом від виробництва при інституті грунтознавства та агрохімії ім.

О.Н. Соколовського УААН, на базі Поліської філії (м. Луцьк).

ОБ’ЄКТИ, УМОВИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ Дослідження проводились на території Волинської області та зокрема у лівобережжі Верхів’я Прип’яті.

На території Шацького ПНП в 1993 році було закладено сітку грунтових стаціонарів па різних ландшафтних структурах, яку в 1994 році було розширено у східному напрямку, в зв’зку з будівництвом Хотиславського кар’єру.

Вивчались мінеральні (різновиди дернових, дерново-підзолистих, підзолистих) та торфові грунти.

Агрохімічна характеристика грунтів подана в таблиці 1.

1. Агрохімічна характеристика досліджуваних грунтів

Грунти, горизонти ріісол n-nh4 р2о5 к2о Нг, мг-е/100 г Гумус, %

мг\100

Дерново-підзолисті Не піщані і зв’яз- Р ноішцані 4,0-4,4 4,5-5,9 7,1-12,4 6,5-12,5 3.0-7,4 2.1-5,2 2349 0,9-2,2 1,7-3,9 0,9-1,9 1,1-2,1 0,1-0,4

Дернові II глейові PG1 5,4-63 6,1-6,8 9,5-13,7 7,8-8,8 5,7-12,5 5,1-7,7 1.0-3,2 1.0-1,5 0,7-3,6 ■ 0,4-0,7 5,9-6,8 0,6-0,8

Дсрново-бо- ІІс рові піски Р 3.7-4,7 4.8-53 7.5-113 8.5-8,8 4,1-5,4 5,6-6,8 2,1-2,7 0,9-1,2 2,7-4,2 0,8-1,5 1,1-1,9 0,1-03

Торфові ТІ 4,6-5,6 6,9-19,7 1,8-3,1 13-1,7 1,9-29,0 -

Лабораторні дослідження проводилися за такими методиками: гумус по Тюріпу, pH та Еіі - потенціометрично, рухомий калій - на полум’яному спектрофотометрі, кальцій, магній - комшіексономстрично, аміачний азот - колориметрично, фосфор - по Кірсанову, фракційний фосфор - за методикою Чанга-Джексона, алюміній - по Соколовському, залізо (II), (III) - фотоколориметрично, важкі метали - за допомогою атомної абсорбції.

Прн вивченні грунтових розрізів по профілю використовували класифікацію Соколовського. При організації стаціонарів намагалися використати декілька типів угідь, розташованих на одній місцевості. Відбір зразків проводили в 3-кратніії повторності по профілю. З метою вивчення неоднорідності грунтового покриву відбиралися зразки з верхнього горизонту в діаметрі 10-15 метрів у різних напрямках.

Модельні досліди проводились в лабораторних умовах в 4-кратній повторності.

Обробку результатів проводили з використанням сучасного математичного апарату: кореляційного та регресійного методів, пакету програм

лати епіка для Прапсц 8”, “ Foxgraph”, “Microsoft Word”, ”ЕхеІ”, “Point *ush” , а також з застосуванням мови програмування BASIC.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

СТАН АГРОЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ ГРУНТІВ Посилення антропогенного тиску на природно-територіальні ►мплекси (ПТК), в зв'язку з інтенсифікацією сільського господарства та юмислового виробництва, на Поліссі викликало значні порушення в шаміці природних процесів. Це вже сьогодні створило загрозу екологічної і продовольчої проблеми через втрату значних масивів сільгоспугідь, їх бруднення і зниження родючості.

Тому назріла необхідність в організації системи спостережень за іінами в ПТК та розробці заходів запобігання негативним наслідкам інтропізаціі" природних багатств. Вирішити дані завдання покликаний •роеколої ічний моніторинг (АЕМ) України (в тому числі регіональний оніторинг Західного Полісся, як його частина).

Нами розроблено раціональну систему функціонування АЕМ в іхідному Поліссі. Вона включає два розділи виробничого моніторингу -знтролюючнй і кризовий, та науковий, продукцію якого використовує ирвбшічий моніторинг. Спостереження ведуться по чотирьох блоках: іунтовому, гідрологічному, рослинному і кліматичному. .

Керуючись розробленою карто-схемоіо ареалів можливого прояву яду деградаційішх процесів, що пов'язані з антропогенною діяльністю, рло організовано первинну сітку дослідних стаціонарів кризового оніторингу (рис .1). На них було проведено ряд науково-дослідних робіт 990 - 1996р.р.), а результатом даної роботи, вже на сьогодні, є конкретні взроблепі заходи по управлінню екологічним станом в межах поширення их чи інших порушень в ПТК (Бондар, Власюк, 1993; Бондарчук, 1994; олуб, 1996). Наступним етапом розвитку регіонального АЕМ грунтів с ормування детальної мережі спостережень, яка б давала багатогранну іформацію про агроекологічний стан грунтів, як у науковому, так і у иробничому планах. Звичайно, що головна увага приділялась і риділясться найбільш ключовим об'єктам моніторингу. Для Західного [олісся - цс басейн р.Прип'ять, зокрема її верхів'я.

В зв'язку з цим в 1993-1997 роках було організовано систему гаціонарів на лівобережжі верхів’я Прип’ять Орієнтовне розміщення аних розрізів приведене на карті-схсмі (рис.2).

Трьох-чотирьохрічні дослідження за 15 показниками, по радиційпих методиках, по профілю розрізів стаціонарів не дозволили становити чітких тенденцій змін.

■■ ОВолВолинський

Умовні позначення

Н-зона Г^І-зона^

розробокта Ь&З окарбоначування дефляції торфу грунтів

рт| - зона озалізнення ^щя - зона вітроаоі і Г :.І ГРУНТІВ В0Ва - • "

І о І фомо»ий стаціонар о> дослідні стаціонари

водної ерозії

Рис 1. Карта-схема деградаційних процесів грунтів та первинна сітка стаціонарів АБМ.

Державний *кораон

1 Річки, канали Озера

а?

Населені

ггункти

Хотислав-ський КОМ

оооо

розрізи

оао

стаціонари

СТАЦІОНАРИ: ф Шацького ПНП (2^огмславсь<ого КБМ |§)|Ратиівс*>ісого мідно-руаного(гціоекгного)

кар'єру

Рис.2. Карта-схема розміщення детальної мережі стаціонарів на ліиобережжі Верхів’я Прип’яті.

ОБГРУНТУВАННЯ ВИКОРИСТАННЯ ШАЦЬКОГО ПНП ЯК ФОНОВОГО ОБ’ЄКТА В СИСТЕМІ АЕМ

Для кількісною обгрунтування можливості використання Шацького природного національного парку (Ш1ІГ) в якості фонової території в агроекологічному моніторингу Західного Полісся було проведено оцінку і порівняння ряду показників природно-територіальних структур. Найголовніші з них такі: кліматичні, ландшафтні, гідрологічні, грунтові. Нами було проведено пошук літературних та картографічних матеріалів, які опубліковані або розроблені організаціями для Шацького ПНП, та проведені аналогічні польові дослідження для інших територій регіону Західного Полісся.

Було доведено, що за кліматичними показниками територія Шацького ПНП практично не відрізняється від таких Західного Полісся. Кореляційний аналіз різних кліматологічних параметрів кількох метеоностів території Західного Полісся (Сарни, Любешів) показав, що по певних місяцях, навіть роках, кліматичні параметри можуть коливатись в досигь широких межах (г = 0,54 - 0,98), проте нрн порівнянні багаторічних даних відмічається достатньо висока ступінь взаємозв'язку (г=0,98; Тф=4,3; Т8( =2,08).

• Щодо ландшафтів, то дослідження показали, що різноманітність територіальних комплексів Шацького ПНП досить висока і представлена основними типами місцевостей, які репрезентативні для всього регіону Полісся. Це такі, як: місцевості слабодренованих межиріч, денудаційні місцевості, надзаплавні тераси, заболочені та лучні заплави. Серед гідролого-геологічних структур переважають водно-льодовикові відклади, виходи крейди, карсти і крім того тут представлене унікальне утворення -система гідрологічно взаємопов'язаних карстових озер, з унікальною ультрапрісною водою.

Грутовий покрив дуже різноманітний. Тут наявні і слаборозвинуті підзоли на піщаних формах рель’єфу під хвойною рослинністю, дернові, дерново-карбонатні, торфові, болотні та інші. Проте, переважаючою відміною є дерново-підзолисті.

Щодо стану атмосфери було проаналізовано дані метеопостів Шанька, Ковеля. Порівняння показало, що вміст С02 на території парку менший в 4-5 разів, N02 - в 2-3, N03" - в 1,5-2, 804 3 - 8-10 та дещо менший вміст NH4 +.

Загалом, сказане вище підтверджує доцільність використання Шацького ПНП в якості фонового полігону в системі АЕМ Західною Полісся.

КРИЗОВИЙ МОНІТОРИНГ На території Білорусі, в безпосередній близькості від кордону з Україною, будується Хотнславськмй кар’єр но видобуванню піску та крейди. В зв’язку із значною глибиною розробки кар’єру (до 40 м), близьким заляганням рівня грунтових вод і великою кількістю озер, меліоративних систем та інших водних об’єктів, на прилеглих українських територіях, можна припустити, що він суттєво вплине па гідрологічні умови даного регіону. Крім того, враховуючи безпосередню близькість фонового полігону (Шацький ПНП), нами було проведено комплекс заходів, які передбачає система кризового моніторингу. А саме: проведено прогноз змін гідрогеологічних умов, змін біопродуктивності ландшафтів, прогноз еколого-економічннх збитків, організовано систему спостережень.

Гідрогеологічне моделювання зони впливу Хотиславської о кар'єру на рівень грунтових вод (РГВ) прилеглих територій виконували сумісно з інститутом гідротехніки і меліорації з використанням методики визначення нестаціонарної фільтрації в складних гідрогеологічних умовах, що базується на сумісному використанні аналогових пристроїв на ЕОМ (Добронравов, 1980). Кінцевим результатом даного моделювання було встановлення поширення зони водонопиження.

Прогноз можливих змін біопродуктивності ландшафтів в разі вводу в дію кар’єру розраховували для двох складових - основних сільськогосподарських культур, що вирощуються в даних агроландшафтах, лісових масивів та пасовищ.

Продуктивність основних сільськогосподарських культур визначали, виходячи з даних Агрохімслужби з 1966 по 1990 роки і за результатами прогнозу гідрологічного режиму грунтів.

На підставі цього були отримані моделі кореляційної залежності врожаю культур від основних грунтово-гідрологічних факторів.

Прогноз еколого-економічннх збитків по РГВ є необхідним для перерахунку гідрогеологічного та прогнозу біопродуктивності в енергетичні одиниці. Для його проведення були використані результати гідрогеологічного моделювання та прогнозу біопродуктивності, експлікація земель сільськогосподарського призначення досліджуваної території, експлікація міжгосподарського та Дсржлісфоиду, дані грунтового обстеження, дані агрохімічного обстеження, довідкова література.

Запропонована нами методологія розрахунків основується на тому, що весь район доедіджень приймається на даний момент повністю збалансованим по ступеню приходу та втрат органічної речовини і поживних елементів. Для орних земель розрахунки проводили відповідно до структури посівних площ. Рівень врожайності був взятий з прогнозу біопродуктивності.

Отримані результати перераховували на відповідні площі (з даних експлікації) і переводили в МДж (Волобусв, 1974; Медведовскнй, 1985,1986) зі знаком “+” або в залежності від додатньої чи від’ємної статті балансу. Енергетичні дані підсумовували і визначали величину енергетичного збитку потенційної родючості грунтів.

Всі отримані енергетичні результати переводили в грошові величини відносно закупівельних цін на сільськогосподарську продукцію.

В таблиці 2 представлено сумарні результати підрахунку еколого-екоиомічних збитків.

2. Сумарний еколого-економічний збиток на один рік

Угіддя Енергетичний збиток МДж при розробці кар’єру, м

12 25-37

Вологий рік Нормальний рік Посушливий рік Вологий рік Нормальний рік Посушливий рік

Потенційна родючість: Пасовища і СІНОКОСИ Рілля Біопродук- тішність: Пасовкіиа і сінокоси Рілля Ліси Болота Всього Середнс по виробці 1,0610’ 4,0010s 2,0010s і,і ото* 6,3910* 7,4010'’ 2,1510’ 1,0910* 4,1010е 1,7010* 5,40107 6,3910* 7,4010* 3,1110’ 1,1210* 4,3010* 1,3010* 2,7010 7 6,3910* 7,4010* 3,0910* 1,0-610* 4,0010* 2,2010* їдою* 6,39*10* 7,4010* 3,2010’ 1,0010’ 4,1010* 1,8010* 5,60107 6,3910* 7,4010* 3,1110’ 1,1210’ 4,3010* 1,4010* їдою7 6,3910* 7,4010* 3,0810’

3,1210’ 3,13-10’

Перерахунок енергетичних величин в грошові ( по еквіваленту відносно закупівельних цін на сільськогосподарську продукцію, який дорівнює 0,051) дозволив встановити сумарні грошові втрати на 1 рік. В середньому воші становлять 159 млн. 275 тис. гривень.

НАУКОВИЙ МОНІТОРИНГ СПОСІБ РОЗДІЛЕННЯ ДРІБНОЗЕМУ ГРУНТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ПОВІТРЯНОГО ПОТОКУ РІЗНОЇ ШВИДКОСТІ Вимоги екології грунтів на сьогоднішній день потребують нових підходів як до системи ведення обробітку, схем хімізащї , так і до технологій запобігання техногенному накопиченню важких металів та інших полютантів в грунтах. Проте не завжди належна увага віддається розробці систем діагностики екологічного стану грунтів, а переважно використовуються традиційні. Альтернативним напрямком є розробка методик оцінки стану грунтів по дрібнодисперсних фракціях, який ми використали в системі реалізації наукового моніторингу.

Лабораторний пристрій, який був сконструйований нами і на якому проводилося розділення, діс за принципом протидії повітряного потоку гравітаційній силі грунтових часток.

Неможливість отримати повне розділення фракцій даним методом (за допомогою повітряного потоку) пояснюється тим, що повітряний потік не має настільки сильну диспергуючу здат ність, як вода, яка є основним середовищем при проведенні аналізу гранулометричного складу за Н.А.Качинським. Крім того, даний факт говорить про те, що отримані фракції с не нснодільїіимп механічними елементами, а агрегатами, стійкими до повітряної диспергації, які с специфічними грунтовими утвореннями. Тому, особливості їх сорбції не обмежуються поверхневими явищами, оскільки в даному нроцссі значний вплив відіграють міжагрегатні відстані (Рижов, 1937).

Відхилення мікроагрегатного складу від вказаних вище значень можуть коливатись в залежності від ряду причин (типу грунту, гранскладу, вологості грунту та повітря) від 1% (для крупних фракцій) до 12 % (для пилу.

Крім отримання фракцій грунтових мікроагрегатів, нас зацікавило питания застосування даного приладу для визначення гранулометричного, а точніше агрегатного складу грунтових зразків. В таблиці 3 наведено порівняльні результати різних методів визначення складу грунтових агрегатів.

3. Результати гранулометричного, мікроагрегатного та агрегатного (пропонованого методу) складу орною горизонту дерново-підзолистого супіщаного грунту, %

ФРАКЦІЇ, мм ГРАНУЛО- МЕТРИЧНИЙ МЖРО АГРЕГАТНИЙ АГРЕГАТНИЙ

1-0,25 13,60 20,14 24,12

0,25-0,01 68,20 70,21 73,44

0,01-0,005 2,93 1,14 2,07

0,005-0,001 5,46 6,12 0,29

<0,001 9,81 2,39 0,08

З результатів видно, що процес визначення мікроагрегатного та ще більше гранулометричного складів спричиняє руйнівний вплив на агрегати крупніших фракцій. В мікроагрега гному залишаються лише водотривкі, а в гранулометричному йде диспергація на рівні ГИК. В пропонованому методі (агрегатний склад) руйнації підлягають лише дуже нестійкі мікроагрегати, а основна маса повітряно-стійких зберігається. Причому, вони зосереджені в крупніших фракціях, і в основному відносяться до діапазону 0,25-0,01 мм.

и

Слід звернути увагу на дуже низький вміст мікроагрегатів < 0,001 мм в пропонованому методі порівняно з традиційними. На основі трактовки про повітряно-стійкі агрегати можемо припустити, що в даному випадку маємо справу з "вільними" агрегатами даного розміру. В гранулометричному та мікроагрегантому складі до даної фракції долучаються уламки крупніших, які утворилися внаслідок дії диспергагорів.

Використання фракцій грунту для аналітичних цілей в перспективі може набути широкого розповсюдження, що, крім наших досліджень підтверджують інші публікації (Мірошниченко, 1992; Мазур, 1994; Єрмоласв, 1997).

ОСОБЛИВОСТІ СОРБЦІЇ ДЕЯКИМИ МЕХАНІЧНИМИ ФРАКЦІЯМИ ПОВІТРЯНО-СТІЙКИХ АГРЕГАТІВ

Проведені дослідження показали, що для азоту, фосфору, калію, мікроелементів (важких металів) та іону водню (pH) спостерігається залежність збільшення їх вмісту із зменшенням розміру фракції. Специфічне себе поводять форми фосфору ( фракційний склад фосфору), відношення рНгрунту/рНфракції (показник кислотності фракції — ПКФ) та ОВП фракції!, що дозволяє оцінювати індивідуальні властивості грунтів.

Для прикладу, який демонструє доцільність використання фракцій дрібного пилу, приведемо модельний дослід з Hop дерново-підзолисгого зв'язиопіщаного грунту.

Надходження в грунт забруднювача (Cu,Cd,Ph ...) в мікродозах на протязі тривалого часу може негативно вплинути на екологічний стан грунтів. Виявити цей процес на початкових етапах практично не можливо, оскільки невелике зростання компоненту можна сприйняти за похибки методу. В таблиці 4 представлено дані модельного досліду, в якому до грунту додавався невеликими порціями розчин міді і паралельно визначався її вміст в грунті і в фракції дрібного пилу та менпіе. Поряд з цим було прораховано похибки атомно-адсорбційного методу. Можна зробити наступні висновки: 1) діапазони похибок в грунті, при додаванні кожної наступної порції Си, перекриваються, що не дає однозначної відповіді на збільшення вмісту забруднювача; 2) аналогічні діапазони у фракції пилу чітко і коректно констатують нро збільшення вмісту полютанта.

Яскравим проявом індивідуальності сорбційшіх властивостей різних фракцій і горизонтів, а також сорбованих сполук с форми фосфору.

Заслуговує на увагу відношення значень pH грунту і pH фракції. Воно показує, тіа скільки pH фракції вище, або нижче pH грунту. Для

4. Реєстрація зміни мікрокількостей міді (в грунті та фраки іншу) і діапазон можливих відхилень атомно-адсорбційного методу, мг/кг

Кількість добавленої в грунт міді Грунт ІІШ1

реєстроване значення діапазон похибок реєстроване значення діапазон похибок

0,00 0,76 0,60-0,92 3,19 2,78 3,60

одо 0,89 0,70 1,08 6,01 5,41-6,60

0,40 0,98 0,78-1.18 8,80 7,90-9,70

0,60 1,21 0,95-1,46 11,18 10,08-12,30

0,80 138 1,09-1,67 13,07 11,77-14,37

1,00 1,41 1,11-1,71 14,20 12,80-15,60

спрощення інтерпретації ми назвали його показником кислотності фракції (ПКФ). При цьому, значення ПКФ < 1 свідчить про вклад лужної, або нейтральної компоненти, по відношенню до грунту, а ПКФ > 1 - про вклад кислотної складової кислотно-лужного балансу грунту.

Своєрідним виявилось поводження ОВП фракцій. А саме: було встановлено, що найбільш активно відмічається диференціація даного показника по профілю для агрегатів фракції 0,25-0,01 мм. Це, на наш погляд, пов’язано з відсутністю високодисперсних фракцій, які мають високу буферність, та крупніших, які виступають баластним матеріалом.

Обгрунтовано механізм ступінчатого механізму сорбції мікоелементів при зростанні їх концентрації, згідно якого, при достатній вологості, спочатку йде повне зановнеиня сорбційної ємкості дрібніших фракцій агрегатів, а потім крупніших. Крім того, в культурних відмінах у високодисперсних фракціях спостерігається зменшення вмісту важких металі» за рахунок наповнення сорбційної ємкості макроелементами Са, М8,Л,Р,К.

ЗАСТОСУВАННЯ ОКИСНО-ВІДНОВНОГО ПОТЕНЦІАЛУ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ ЗМІН АГРОЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ГРУНТІВ

Застосування показника ОВП в якості інтегральною засобу діагностики грунтових процесів базується на результатах робіт ряду дослідників (Сердобольський, 1950; Веригіна, 1953; Зони, 1982; Заидельман, 1991 та інші). Польові дослідження «становили, що показники ОВП на протязі одного тижня можуть коливатися від 4-5 до 100 мВ. Більш стабільні значення відмічено для гідроморфних горизонтів з тривалим переважанням відновних умов.

Для оцінки варіабельності результатів ОВП було проведено татис-тичну обробку виборок по сезонах та п генеральній сукупності . В досліджуваних грунтах коливання значень ОВП за роки досліджень

склало по сезонах: від 9 (восени) до 205 (влітку), а в генеральній сукупності

- від 31 до 255 мВ . Довірчий інтервал розмаху (R) при 5% точності складав: для весни — 42 - 64 при довірчому інтервалі абсолютних значень 446-516 мВ, для літа - 87-114 при абсолютних значеннях 529-614, для осені

- 72-93 при абсолютних значеннях 480-529. Для генеральної сукупності відповідно 147-198 та 475-568. Це становить 60-91% похибки діапазону довірчого інтервалу для весни, 102-134 - для літа, 147-190 - для осені та 158 -213% - в генеральній сукупності. Зрозуміло, що з такою точністю даний показник не придатний для об’єктивної оцінки зміни процесів, які можуть мати місце при порушенні екологічних умов.

Метою лабораторних досліджень було розробити раціональну методику використання Ox/Red потенціалу для діагностики екологічного стану грунтів Західного Полісся. Необхідно було встановити особливості поводження показників ОВП в суспензіях, витяжках, пастах, встановити фактори впливу і методи їх стандартизації, вивчити дію різних речовин в якості буферів варіабельності та застосувати запропоновану методику на об'єктах моніторингу.

Встановлено, що найбільш оптимальним варіантом є суспензія в співвідношенні 1:2,5, а найменшу похибку показали варіанти з перекисом водню (0,75%), який використовували як буфер варіабельності ОВ процесів. Крім того, перекисна суспензія зменшує дрейф потенціалу, чим дозволяє знімати стабільні значення за більш короткий час (для малогумусних 30-90 секунд, для органогенних 3-5 хвнлнн).

При вивченні ОВП автоморфних, напів- та гідроморфних грунтів як в натпвних умовах, так і в усіх видах суспензій не було встановлено чітких закономірностей диференціації абсолютних значень (відповідно до гідроморфізму). Проте, динаміка зміни даного показника в перекисній суспензії па протязі перших десяти години досить чітко характеризує гідроморфний стан кожного горизонту та грунту в цілому. Розрахунок площ даного інградієїпа за допомогою інтегрування дозволяє з достатньою імовірністю діагностувати гідроморфний режим. Застосування даної методики на фракіїіях повітряно-стійких агрегатів 0,25-0,01 мм дозволило збільшити репрезентативність даного показника в повторностях досліду, а час, необхідний для мінімалізації дрейфу потенціалу, зменшити до 15-30 секунд.

СИСТЕМА РЕАЛІЗАЦІЇ НАУКОВОГО МОНІТОРИНГУ

Під струкгурно-комгіонептиим методом, який запропоновано нами, розуміється вивчення вмісту компонентів в механічних фракціях [повітряно-стійких агрегатах) грунту після його розділення.

Оригінальним і перспективним засобом покращення грунтів є шстосувашга органп-мінерапьшіх добрив (ОМД). Різні співвідношення

органічної складової і елементів живлення рослин дозволяють впливати, як на родючість грунту, так і на потенційні його характеристики. Враховуючи ці особливості викликає інтерес спроба вивчення компонентного складу структурних механічних окремостей грунту, що окультурюється даним способом.

Дослідження проводились на дослідному полі Поліського філіалу ІГА ім. О.Н.Соколовського (стаціонар 3, Шацький полігон) на варіантах вивчення післядії ОМД-2. Варіанти досліду наступні:

1. Нативна ділянка (природніш непорушений грунт).

2. Господарський контроль: 60 т/іа гною + добрива до P60N120 (3 рік використання).

3. ОМД-2: 2 т/га (2 рік використання).

4. ОМД-2: 2 т/га (3 рік використання).

Встановлено, іцо діагностичними показниками процесу окультурення можна вважати збільшення органічної речовини в фракцій <0,005мм, зменшення відношення грунт/фракція <0,005 мм для основних елементів живлення, перевищення абсолютного вмісту фосфатів Са та рихлозв’язаних, відносно вмісту фосфатів А1 та Fe, а також зменшення показника кислотності у фракції < 0,005 мм.

Застосування структурно-компонентного аналізу на окультуреній відміні з монокультурою. (пшениця) без -застосування органічних та мінеральних добрив(1993-1997)(стаціонар 1, урочище «Пісочне», інтенсивне використання ) підтвердило обернені тенденції для вказаних показників.

Для частини стаціонарів Шацького та Хотиславської о полігонів було проведено оцінку динаміки гідроморфності грунтів (по горизонтах) за допомогою інтегрування інградіснта ОВП в псрекисній суспензії на протязі 10 годин. Було встановлено переважання окисних умов в зразках, відібраних у посушливий період в 1994 році (носушліше літо, 62 мм опадів за сезон), та закисних - в 1995,1997 роках (відповідно 151 та 273 мм).

Слід зазначити, що даний показник чітко фіксує зміни Ox/Red процесів в залежності від умов року, а тому підтверджус доцільність його використання в системі агроекологічного моніторингу.

Вивчення вмісту важких металів в грунті та фракції <0,001 мм но основних типах та відмінах грунтів показало практичну відсутність Cd, дуже незначний вміст Pb. Zn та Си, як мікроелементи, наявні в недостатніх кількостях.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено раціональну систему функціонування АЕМ в Західному Поліссі, встановлено найбільш прогресуючі деградаційні процеси грунтів, визначено ареали їх поширення, організовано стаціонари кризового

моніторингу, закладено мережу грунтових стаціонарів, визначено вихідні агроекологічні параметри грунтів.

2. Обгрунтовано доцільність використання ландшафтів Шацького ПНП в якості фонового стаціонару в Західному Поліссі України.

3. Прогноз можливих еколого-економічних наслідків в зоні інтенсивного водонониження кар'єру "Хотиславський", показав, що загальні розміри депресійної поронки складають 26 в широтному і 38 км в меридіальному напрямках. Загальні можливі щорічні енергетичні збитки для регіону в разі розробки кар'єру "Хотиславський" будуть коливатись в межах 2,15-3,20109МДж, а відповідні економічні - 109,65-163,20 мли. гривень (в цінах 1997 року).

4. Запропоновано спосіб сухої (без застосування розчинників) сепарації гранулометричних фракцій та метод визначення процентного вмісту повітряно-стійких агрегатів грунту.

5. Використання фракцій агрегатів різного розміру дозволяє діагностувати надходження мікрокількостей елементів забруднювачів та їх мікродинаміку в грунті, визначати специфічні особливості на елементарному рівні, пов'язані з господарським використанням, застосувати інструментальні методи діагностики при незначній зміні потенціал-визначаючих елементів (зокрема важких металів), зменшити похибки атомно-абсорбційного методу при оцінці мікроелементів в грунтах на фоновому рівні. Застосування повітряного сепарування дозволило встановити ступінчатий механізм сорбції компонентів при наростанні їх концентрації, визначити кількісні діапазони зміни пріоритетів сорбції, виявити специфічні особливості, притаманні грунтам Полісся.

6. Виявлено, що нативні дискретні виміри ОВП для природних відмін та земель з нерегульованим РІВ в плані контролю екологічного стану грунтів є недоцільними. Це пов'язано з високою варіабельністю даного показника в природних умовах, відсутністю чітких закономірностей при змінах РГВ та вологості.

В лабораторних умовах найбільшою стабільністю відзначаються суспензії

0,75% перекису водню у співвідношенні 1:2,5. Динаміка ЕЬ в такій суспензії дозволяє з достатньою точністю встановити параметри гідроморфного процесу. Причому, автоморфний режим характеризується високими позитивними значеннями, а гідроморфшш від'ємними. Наближення значень до нуля свідчить про перехід до напівгідроморного процесу.

Фракція механічних агрегатів 0,25-0,01 мм відмічається більшою репрезентативністю значень ЕЬ. Крім того, часовий діапазон встановленій рівноваги зменшується до 0,25-3,00 хвилин, що значно прискорює процес відзняття значень ЕЬ.

7. За допомогою структурно-компонентного аналізу встановлено, що прн окультуренні відмічається суттєве зменшення відношення грунт/фракція( < 0,005 млі) для елементів живлення, перевищення вмісту рихлозв’язаних форм та Са-Р над фосфатами А1 та Ре. В окультурюваних варіантах, порівняно з природною ділянкою, відбувається суттєве зниження ІЇКФ для фракції <0,005. При деградації окультурених відмін дерново-підзолистих грунтів вказані параметри набувають оберненої тенденції.

8. Грунтові відміни Шацького полігону відмічаються низьким вмістом важких металів, як безпосередньо небезпечних (СсІ, РЬ) так і таких, що є необхідними мікроелементами (Си, 2.п). Найбільший їх вміст - у верхніх горизонтах, найменший - в породі. Піщані грунти мають найменші концентрації важких металів, органогенні - найбільші. Окультурення також сприяє зменшенню цинку та міді. Всі ці особливості в більш чіткому діапазоні, порівняно з грунтовими зразками, констатують результати відповідних визначень у фракції <0,001 мм, що дозволяє рекомендувати даний метод для обов’язкового контролю цих параметрів в Західному Поліссі.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ При проведенні виробничого, кризового та наукового моніторингу грунтів у Західному Поліссі України, слід керуватися положеннями, які опрацьовані в даній дисертації:

1. Територію Шацького ПНП (як фоновий та екологічно чистий об’єкт) пропонується використовувати для порівняльної оцінки інших ландшафтних структур Західного Полісся України.

2. Застосування повітряного фракціонування може використовуватись як експрес-метод для визначення гранулометричного складу при дослідженнях грунтів, а також для оперативного визначення надходження важких металів в грунт та оцінки змін гідрологічного режиму.

3. Застосування структурно-компонентного методу дозволяє оцінити тенденції в окультурюваних або деградуючих грунтах.

4. Методика оцінки еколого-екоіюмічних збитків може викорстовуватись при плануванні кар’єрних розробок на Поліссі.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Зінчук М.І. Структурно-компонентний аналіз процесу окультурення дерново-підзолистого грунту під впливом ОМД-2 //Використання нетрадиційних сировинних ресурсів у сільському господарстві. -Луцьк:”Надстр’я”, 1997.- С.165-174.

2. Зінчук М.Г Діагностика гідроморфного режиму грунтів Західного Полісся за допомогою ОВП //Вісник аграрної науки, № 6 ,1998. -С. 82-86.

і. Шевчук М.Й., Зінчук М.Ь, Зіньчук П.Й., Прозоровський О.Г.Стап ігроекологічного моніторингу грунтів Західного Полісся України // Скологія, водне господарство та проблеми водних ресурсів Західного регіону ^країни. - Луцьк:’’Надстир’я”, 1997,- С.74-84.

. Методичні вказівки по організації і проведенню моніторингу на ісліороваиих землях в гумідній зоні України / Алєксієвський В.Є., Бондар ).І., Зінчук М.І. та інші./ Під ред. Алєксієвського В.Є., Бондаря О.І. - Київ, 993.- 33 с.

і. Система наблюдений (мониторинг) в зоне возможного влияния Сотиславского карьера / Алексиевский В.Є., Цветова Е.В., Бондарь А.И., іинчук Н.И. и другие/Под ред. Алекскевского В.Е., Гречко А.М. - Киев-Гуцк, 1994.- 35 с.

■. Реалізація еколого-меліоратнпного моніторингу в верхоріччі Прип’яті/ Ілєкгієвський В.Є., Насєдкін І.Ю., Зінчук М.І. та інші - Київ -Луцьк, 1996,6с.

АПНОТАЦІЯ

Зінчук М.І. Основи виробничого, кризового і наукового юнг орингу грунтів у верхів’ях Прип’яті. Рукопис.

Дисертація па здобуття наукового ступеня кандидата ільськогосподарськнх наук по спеціальності 06.01.03 - агрогрунтознавство і. гроОізика, м.Харків, Інститут грунтознавства та агрохімії ім. ).Н.< Ноколовського УААН, 1998.

Захищається рукопис, який містить результати теоретичних і ірактичних досліджень по структурі агроекологічного моніторингу ахідного Полісся, обгрунтування використання Шацького НІНІ як юнового об’єкту, методику розрахунку можливого скол ого-екон омічного битку при кар’єрних розробках з суттєвим водопонпжешіям, технічні арактеристики приладу для повітряної сепарації грунтів, наукове бгрунтування і матеріали використання грунтових фракцій в системі АЕМ рунтів Полісся. Встановлено, що розробка кар’єру будівельних матеріалів з одопошіженням до 40 м може викликати екологічні збитки, еквівалентні 09,65-163,20 млн.грипень в рік. Застосування повітряного сепаруванні) озволяє значно скоротити процес визначення (%) різновиду гранскладу -овітряно-стїйких агрегатів (до 2-5 хвилин), а фракції використовувати для исокочутлнвої діагностики екологічного стану грунтів.

Ключові слова: агроекологічний моніторинг, еколого-економічні битки, повітряне фракціонування, фракції агрегатів, діагностика кологічного стану.

АННОТАЦИЯ

Зинчук Н.И. Основы производственного, кризисного и научного мониторинга почв веховья Припяти. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой ступени кандидата сельскохозяйственных наук но специальности 06.01.03 - агропочвоведение и агрофизика, г.Харьков, Институт почвоведения и агрохимии им.О.Н.Соколовского УААН, 1998.

Защищаете)! рукопись, которая содержит результаты теоретических и практических исследований но структуре агроэкологического мониторинга Западного Полесья, обоснование нсспользовашш Шацкого ПНП в качестве фонового объекта, методику расчёта возможного эколого-экономического ущерба при карьерных разработках с существенным водононижением, технические характеристики прибора для воздушного фракционирования почв, научное обоснование и материалы применения почвенных фракций в системе АЭМ почв Полесья. Установлено, что разработка карьера строительных материалов с водопоннженисм до 40 м может вызвать экологические убытки, эквивалентные 109,65-163,20 млн. гривень в год. Применение воздушного сепарирования позволяет значительно сократить процесс определения (%) разновидности мехсостава воздушно-устойчивых агрегатов (до 2-5 минут), а фракции исснользовать для высокочувствительной диагностики экологического состояния почв.

Ключевые слова: агроэкологический мониторинг, эколого-

экономические убытки, воздушное фракционирование, фракции агрегатов, диагностика экологического состояния.

ANNOTATION

Zinchuk N.I. The basis of productive crisis and scientific soils monitorings of the Prypyat river upper part. Manuscript.

Dissertation for the competition of scicntific degree of agriculture sciences candidate by the speciality 06.01.03 - agriculture soil science and agrophysics Kharkiv city, Institute for soil science and agrochemistry Research named aftei O.N.Sokolovsky, Ukrainian Academy of Agriculture Scienccs, 1998.

Thesis is defended, which contents the results of theoretical and practical investigations of the structure of agroecologic monitoring of Western Polissya, argumentation of Shatsk Polissya national park usage as the background object, calculation method of possible ecological - economic damage during the quarry works with the essential decrease of water, technical characteristics of the device for aerial fractionating of soil, scientific argumentation and materials of soil fractions usage in the system of

agroecological monitoring of Polissya soil. It was determined, that quarry exploitation of building materials with the decrease of water to 40 m could lead to ecological damage, equal to 109.65 - 163.20 mln. UAH per year. The usage of aerial separation allows to reduce essentially the identification process of grading structure type - aerial-firm aggregates (not more than 2-5 minutes), and fractions can be used for high sensivity diagnostics of ecological state, and also processes of degradation or cultivation of soil.

Key words: agroccologic monitoring, ecological - economic damage, aerial fractionating, soil fractions, diagnostics of ecological state.