Трофименко П.І. Картографо-аналітична оцінка агроекологічного стану грунтового покриву (на прикладі Чернігівщини)

Короткий зміст

Умови ґрунтоутворення та агроекологічний стан ґрунтів Чернігівщини (аналітичний огляд). На підставі аналітичного огляду літературних джерел розглянуто особливості факторів ґрунтоутворення та структури ґрунтового покриву Чернігівщини  (Гедройц К.К., 1928; Діброва О.Т., 1954; Самбур Г.М., Бойко Є.І., 1963; Скорина С.О., 1969 та інші).

Висвітлена ступінь впливу сучасного техногенезу і агровиробництва на загальний агроекологічний стан ґрунтів (Гринь Г.С., 1969; Булигін С.Ю., Можейко Г.О., Тимченко Д.О., 1998; Медведєв В.В., Лактіонова Т.М., 1998; Мельник А.І., 2002; Мельник А.І. та інші, 2003) та територіальну диференціацію поширення в них деградаційних процесів. Встановлена відсутність достатньо об’єктивної інформації, що характеризує сучасний агроекологічний стан досліджуваної території та віддзеркалює небезпеку наявності кризових ситуацій, а також географічне їх поширення.

Методика та зміст досліджень. Відбір ґрунтових зразків здійснено на території різних за структурою ґрунтового покриву господарств, які розташовано у Поліській, Лісостеповій та перехідній зонах з орного (0-25 см) і підорного (30-50 см) шарів ґрунту. Визначення показників буферності основних ґрунтових відмін Чернігівщини проведено за методикою, розробленою в Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН (м. Харків). Формалізацію у вигляді моделей та визначення основних оціночних показників кислотно-основної, фосфатної та калійної буферностей ґрунтів виконано з допомогою комп’ютерних програм, розроблених лабораторією меліорації ґрунтів та родючості ННЦ “ІГА ім. О.Н. Соколовського” за безпосередньої участі автора дисертації.

Визначення буферних властивостей проведено в зразках основних типів ґрунтів, що відібрані на ключових ділянках. Результати досліджень в цілому показали, що значення показників буферності залежать від генетичної природи ґрунту і характеризують його схильність до окультурювання чи деградації. Оцінки агроекологічного стану ґрунтів здійснювали за графічними моделями рН-, калій- і фосфат-буферності, що являють собою формалізовану реакцію ґрунту на зовнішні кислотні, лужні, калійні і фосфатні навантаження.

Згідно моделей визначали такі основні показники буферної здатності: позитивну і негативну буферні ємності (БЄ_П і БЄ_Н), що вимірювались за величиною площ СЕD і СGH (рис. 1) (на прикладі моделі калій-буферності). Для зручності величину буферної ємності виражали не в одиницях виміру площі, а у відносних одиницях – балах, які розраховувались як відношення площі буферної ємності до еталонної площі GDF. Остання прийнята за 100 балів. Вона характеризує максимально можливу буферну ємність ґрунту. Співвідношення позитивної і негативної площ характеризує коефіцієнт буферної асиметричності (КБА). Загальну оцінку буферності (ЗОБ) визначали за позитивною буферною ємністю і коефіцієнтом буферної асиметричності, згідно формули:

ЗОБ = БЄ_П × (1 – | КБА | )                                                      (1)

де ЗОБ – показник загальної оцінки буферності; БЄ_П – позитивна буферна ємність;
КБА – коефіцієнт буферної асиметричності.

За атестованими методиками визначали також такі характеристики ґрунтів: гранулометричний склад за Качинським (ГОСТ 12536-79), загальний вміст органічної речовини за методом Тюріна (ГОСТ 26213-91), ємність вбирання та склад обмінних основ (ГОСТ 27821-88), форми актуальної кислотності – рН водний, рН сольовий та потенційна кислотність - Н_Г (ГОСТ 26423-85, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91), вміст рухомих форм заліза і алюмінію (R₂O₃) (ГОСТ 26485-85), зольність (ГОСТ 27784-88) та ступінь розкладу (в органогенних ґрунтах) (ГОСТ 10847-74).

Статистична обробка та регресійний аналіз даних виконано з використанням сучасних комп’ютерних програм. 

Картографо-агроекологічний аналіз з попереднім умовним розподілом на “основні” та “другорядні” (допоміжні) інформаційні шари здійснювали на базі лабораторії “Геоінформаційних систем і технологій” Чернігівського державного інституту економіки і управління. Завдяки використанню специфічних функцій ГІС, а саме топологічного оверлею (зведення двох або декількох інформаційних шарів в один з утворенням нового), розроблено високоінформативний картографічний матеріал, аналіз якого дозволив більш точно і об’єктивно відобразити особливості сучасного агроекологічного стану ґрунтового покриву Чернігівщини та виявити зони з різним ступенем небезпеки агрогосподарювання.

Для створення геоінформаційної системи використано: дані масових грунтових обстежень Державного проектно-вишукувального центру “Родючість” в Чернігівській області за 1996-2000 роки – еколого-агрохімічні паспорти виробничих підрозділів підприємств області, що виготовлено на сільськогосподарські угіддя; дані суцільних радіологічних обстежень забрудненості сільськогосподарських угідь ізотопами ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs та ⁹⁰Sr, проведених обласною проектно-вишукувальною станцією хімізації сільського господарства за участю інших організацій в 1990-1993 роках.

У якості картографічної основи використано топографічну карту Чернігівської області з масштабом 1:50000 та ґрунтову - з масштабом 1:1,5 млн. Аналіз проведений з використанням стандартних програмних пакетів фірми ESRI – Arc View – 3.1 з модулями Spatial Analyst, Geoprocessing  та програми Arc Info- 8.0 ліцензія ESRI Arc View GIS 3/x s/n 798481108646.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Агроекологічний стан ґрунтів та  ґрунтового покриву Чернігівщини

Показники буферності як важливі критерії оцінки агроекологічного стану ґрунтів.

Під агроекологічним станом ґрунтів мається на увазі рівень сприятливості умов ґрунтового середовища для росту і розвитку сільськогосподарських культур, його забрудненості, який визначає урожайність та якість рослинницької продукції.

З метою підвищення об’єктивності агроекологічної оцінки ґрунтів використані, крім відомих основних характеристик (вміст гумусу, гранулометричний склад, кислотність, вміст рухомих форм основних елементів живлення рослин тощо), показники буферних властивостей ґрунтів. До них відносяться: показник буферної здатності (ПБЗ) – відношення величини добавок елементів (фосфору і калію) у ґрунт до зміни їх активності або концентрації; показники позитивної і негативної буферних ємностей (БЄ_П, БЄ_Н). Буферність характеризує здатність ґрунту протидіяти кислотним, лужним та удобрювальним навантаженням або, навпаки - чинити опір процесам виснаження ґрунту на елементи живлення.

Запропоновано новий комплексний оціночний показник буферної здатності ґрунтів (ЗОБ). Його застосування дає можливість характеризувати ґрунти відносно їх стійкості до кислотно-лужних впливів, іммобілізації та депонування елементів живлення рослин (фосфору і калію), їх мобілізації (вивільнення) зворотно у ґрунтовий розчин, а також здатність ґрунтової буферної системи повертатися у початковий стан після припинення зовнішніх навантажень у вигляді внесення добрив або меліорантів чи, навпаки, у випадку тривалої їх відсутності. У відповідності з теорією комплексних оцінок (Новик Ф.С., Арсов Я.Б., 1980; Гринченко Т.А., 1992; Гринченко Т.А., 1997; та ін.) зазначений показник являє собою додаток найбільш важливих складових проведення такої оцінки і в даному випадку враховує основні буферні характеристики ґрунтів (формула 1.).

Застосування показників буферності в доповненні до існуючих, традиційно вживаних характеристик ґрунтів, дозволяє:

·                      підвищити достовірність та об’єктивність оцінки агроекологічного стану ґрунтів;

·                      здійснювати діагностику за величиною їх стійкості до зовнішніх навантажень;

·                      прогнозувати напрям зміни агроекологічного стану ґрунтів у різних умовах агрогосподарювання;

·                      діагностувати можливий рівень виснаження ґрунтів та їх вторинного підкислення, попередньо встановивши параметри оптимальних режимів функціонування ґрунтів;

·                      розраховувати нормативи застосування добрив і хімічних меліорантів. 

Використовуючи виключно тільки загальновживані методи аналізу ґрунтів у практиці агроекологічного моніторингу, ми не отримуємо достатньої інформації про динамічність зміни агроекологічного стану ґрунтів. У цьому аспекті використання методів визначення різних видів буферності відносно елементів родючості ґрунтів значною мірою підвищує точність їх агроекологічної оцінки.

Виходячи з цього, для агроекологічної оцінки ґрунтів нами використано основні показники кислотно-основної, фосфатної і калійної буферної здатності ґрунтів Чернігівщини.

Кислотно-основна рівновага ґрунтів. Дано характеристику кислотно-основного стану ґрунтового покриву Чернігівщини за показником рН сольовий. При цьому використано дані останнього туру агрохімічних обстежень земель. Для більш об’єктивної оцінки, як уже зазначалось, поряд із показником кислотності (рН сольовий) використані показники кислотно-основної буферної здатності ґрунтів.

Встановлено, що високі значення буферної ємності чорноземів, лучно-чорноземних, лучних легкосуглинкового і середньосуглинкового гранулометричного складу та органогенних ґрунтів притаманні як в кислотному, так і в лужному інтервалах навантажень (табл. 1). Тобто, цим ґрунтам властива висока здатність нейтралізувати дію як фізіологічно кислих, так і лужних добрив.

Невисокими буферними ємностями у кислотному і лужному інтервалах характеризуються дерново-підзолисті ґрунти грубої гранулометрії Полісся. При цьому більш вираженою для них є протилужна нейтралізуюча здатність. Проте для названих ґрунтів ненормовані лужні навантаження можуть виявитися агроекологічно небезпечними через можливість їх перевапнування саме внаслідок невисоких величин кислотно-основної буферної здатності. Дані явища можуть унеможливити отримання високих і якісних врожаїв таких районованих в цьому регіоні сільськогосподарських культур як льон, картопля та люпин.

Проміжне положення щодо стійкості кислотно-лужної рівноваги займають опідзолені різновиди лесових ґрунтів Лісостепу (чорноземи опідзолені легко- і середньосуглинкові) і лесових островів Полісся Чернігівщини (ясно-сірі і сірі супіщані) з кислою реакцією ґрунтового розчину та переважаючою лужною буферною ємністю. Більш високий вміст обмінних основ при однакових з дерново-підзолистими ґрунтами значеннях рН ґрунтового розчину забезпечують в них більш агроекологічно сприятливе для сільськогосподарських культур середовище.