Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Інститут гідротехніки і меліорації

УДК 504.53.06:631.6

ВДОСКОНАЛЕННЯ МОНІТОРИНГУ ОСУШУВАНИХ ЗЕМЕЛЬ ШЛЯХОМ ЗАСТОСУВАННЯ БІОЛОГІЧНИХ КРИТЕРІЇВ

06.01.02 - сільськогосподарські меліорації

(сільськогосподарські науки)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Гладовська Тетяна Миколаївна

Київ - 2005

АНОТАЦІЯ

Гладовська Т.М. Вдосконалення моніторингу осушуваних земель шляхом застосування біологічних критеріїв. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02. - сільськогосподарські меліорації. Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2005.

У дисертації за результатами комплексних польових та лабораторних досліджень наведено теоретичні узагальнення і вперше розроблено схему і методику еколого-меліоративного моніторингу на основі біологічних критеріїв, вперше розроблено математичні моделі для розрахунку показників стану меліорованих сільськогосподарських земель та методику районування, що є основою проведення моніторингових досліджень на осушуваних землях.

Моніторинг стану осушуваних земель рекомендується проводити за оцінкою стану ектоярусу сільськогосподарських угідь, що включає аналіз видової різноманітності рослин, наявність фітоіндикаторів, аналіз розподілу кореневої системи, забрудненість геопаразитами та стан ентомофауни з наступною математичною обробкою даних натурних спостережень на основі встановлених емпіричних моделей.

Ключові слова: моніторинг, осушувані землі, фітоіндикація, біогеоценоз, осушувані ґрунти, проективне покриття рослин.

АННОТАЦИЯ

Гладовская Т.Н. Усовершенствование мониторинга осушаемых земель путем использования биологических критериев. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02. - сельскохозяйственные мелиорации. - Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев, 2005.

В диссертации, по результатам полевых и лабораторных методов исследования приведены теоретическое обоснование и методика эколого-мелиоративного мониторинга на базе биологических критериев, эмпирические зависимости для расчета показателей состояния осушаемых сельскохозяйственных земель, а также разработана система районирования осушаемых земель.

Изменение в структуре экзояруса изучалось по видовому разнообразию фитоценозов и площади проекционного покрытия растений, общему состоянию роста и развития растений, составу энтомофауны. Характеристика экотопа проводилась по следующим показателям: гранулометрический состав, кислотность и влажность почв, содержание элементов питания растений. Исследования проводили по классическим для мониторинга осушаемых земель методам и методикам. В результате математического анализа выделены растения, изменение проекционного покрытия которых корреляционно связано с показателями состояния почв.

По корреляционной зависимости установлены эмпирические уравнения между показателями влажности почв и площадью проекционного покрытия Trifolium arvense, Hieracium pilosella; уровнем подземных вод и проекционным покрытием Stellaria media, Eguisetum arvense, Lolium perenne. Подобные зависимости установлены между проекционным покрытием Agrostis alba, Stellaria media и кислотностью почв; проекционным покрытием Poa trivialis и содержанием фосфора в почве; Stellaria media, Poa trivialis, Phleum pratense и насыщенностью почв соединениями азота; Trifolium arvense, Dactylis glomerata и органическими веществами. В результате наблюдений за изменением длины корневой системы Ranunculus acris в зависимости от уровня подземных вод, установлены соответствующие эмпирические зависимости. Кроме флористических наблюдений, проведена оценка видового и количественного распределения насекомых, являющихся индикаторами состояния почв.

Интерпретация значений показателей при их использовании в сельском хозяйстве проводится по принятой шкале эколого-мелиоративного мониторинга, а также при помощи графического анализа амплитуды толерантности сельскохозяйственных растений.

Ключевые слова: мониторинг, осушаемые земли, фитоиндикация, биогеоценоз, осушенные почвы, проекционное покрытие растений.

SUMMARY

T. Gladovska. Improvement of drained lands monitoring by application of biological criteria. - Manuscript.

Thesis of a Candidates of agricultural science, academic degree by speciality 06. 01. 02 - agricultural melioration. - Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation, UAAS, Kiev. 2005.

The theoretical generalizations are resulted of the dissertation on results of the complex field and laboratory researches. For the first time the technique of ecological and meliorative monitoring is developed on the basis of biological criteria. For the first time mathematical models for calculation of parameters of a condition of the meliorative agricultural soil are developed. The technique of division into districts that is a basis for carrying out monitoring researches on the drained soil is developed.

Monitoring of a condition of the drained lands is recommended to be spent according an estimation of a condition agricultural plants. The last includes the analysis of a specific variety of plants, presence of the phytoindication, the analysis of distribution of root system, pollution by geoparasites and a condition of entomofauna. After that spend the mathematical analysis of the given natural supervision on the basis of removed dependences.

Key words: the monitoring, the drained soil, phytocenotic indication, biocenosis, a projective covering of plants.

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор Мошинський Віктор Степанович, Національний університет водного господарства та природокористування, проректор з науково-педагогічної та методичної роботи.

Офіційні опоненти:доктор сільськогосподарських наук, професор Лико Дарія Василівна, Рівненський державний гуманітарний університет, завідувач кафедри біології та прикладної екології;

кандидат сільськогосподарських наук Гімбаржевський Василь Романович, Інститут гідротехніки і меліорації УААН, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Інститут землеробства УААН, с.м.т. Чабани

Захист відбудеться “25” січня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37.

Автореферат розіслано 24 грудня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, с.н.с. Т.І. Топольнік

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В Україні нараховується 3,3 млн га осушуваних земель. Проведення осушувальних меліорацій не тільки розширило площу сільськогосподарських угідь і пасовищ, але й різко підвищило якість і рівень життя людей, вивело господарство на вищий рівень соціального, економічного, політичного, інтелектуального розвитку. Широкомасштабні роботи з осушення заболочених і перезволожених земель призводять до змін у природних комплексах. Сутність змін, їхня спрямованість - питання, які до цього часу не вирішені остаточно. Через недостатню вивченість цього питання не завжди природоохоронні заходи досить ефективні, а в цьому випадку осушувальні меліорації можуть супроводжуватися негативними наслідками. Оптимізація умов середовища можлива лише за комплексного підходу до планування гідротехнічних та агромеліоративних заходів. Їхня реалізація нерозривно пов'язана з організацією системи еколого-меліоративного моніторингу. Еколого-меліоративний моніторинг, як система контролю, оцінки і прогнозу змін у природних комплексах меліорованих і прилеглих земель під впливом зовнішніх факторів, сприяє накопиченню об'єктивної інформації про стан цих земель і перебіг процесів на них. Тим часом найменш вивченим є питання впливу осушувальних меліорацій на флору і фауну. Внаслідок цього, недостатньо методично розробленими є біологічні (зокрема фітоценотичні) методи контролю стану осушуваних земель. У системі еколого-меліоративного моніторингу практично відсутній блок біологічних спостережень та їх інтерпретації. Введення біологічного блоку еколого-меліоративного моніторингу дає змогу більш повно охопити територію для дослідження, а також проводити попередні розвідувальні дослідження стану осушуваних земель.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертаційної роботи проводили згідно з держбюджетною та договірною тематикою Національного університету водного господарства за програмами Державного комітету по водному господарству, Міністерства освіти і науки України, а саме: тема Т-162 “Розробка ВНД “Екологічно-оптимальні режими меліорованих ґрунтів гумідної зони України”, 2001 р., № державної реєстрації 0101U005460; тема І-19 “Методи управління екологічним станом земель в системі природного моніторингу гумідної зони України”, 2005р., № державної реєстрації 0105U001485, програмою економічного співробітництва між Україною та Республікою Білорусь, 2000р., № державної реєстрації 0101U004624.

Мета і завдання досліджень. Основна мета досліджень полягає в обґрунтуванні і застосуванні біологічних підходів і методів для контролю та аналізу еколого-меліоративного стану осушуваних земель.

Для досягнення цієї мети було поставлено такі задачі:

· встановити зв'язок стану осушуваних ґрунтів зі зміною біоценозу на типових екотопах шляхом вивчення змін фізико-хімічних та біологічних показників;

· оцінити роль осушуваних ґрунтів у формуванні біогеоценозу;

· визначити біологічні критерії для контролю та оцінки стану осушуваних земель;

· розробити біологічний блок оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель в системі моніторингу.

Об'єктом дослідження є взаємозв'язок складу і стану трав'яних біоценозів зі складом і станом осушуваних земель.

Предметом дослідження є метод контролю еколого-меліоративного стану осушуваних земель під багаторічними травами за допомогою біологічних критеріїв. осушуваний ґрунт земля біогеоценоз

Методи дослідження. Використовували польові і лабораторні методи за стандартними методиками. Для розробки та верифікації емпіричних моделей оцінки осушуваних земель застосовували методи математичної статистики і теорії імовірностей.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше розроблено математичні моделі для розрахунку показників стану меліорованих сільськогосподарських земель. Дані моделі побудовано на основі репрезентативних біологічних критеріїв, що корелюють з базовими показниками стану ґрунту;

- розроблено методику районування, що є основою проведення моніторингових досліджень на осушуваних землях і ефективним інструментом їхнього територіального аналізу. Кількість стаціонарів моніторингових спостережень визначено за числом геомеліоративних мікрорайонів у структурі геомеліоративного підрайону;

- вперше розроблено схему еколого-меліоративного моніторингу на основі біологічних критеріїв. Представлена схема включає послідовні етапи оцінки стану ектоярусу сільськогосподарських угідь осушуваних земель: аналіз видової різноманітності рослин, наявність фітоіндикаторів, аналіз розподілу кореневої системи, забрудненість геопаразитами та стан ентомофауни. Камеральний етап включає математичну обробку даних натурних спостережень на основі встановлених емпіричних залежностей.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень на практиці можуть застосовуватися сільськогосподарськими виробниками, установами Мінагрополітики, Облводгоспами, управліннями меліоративних систем, гідрогеолого-меліоративними експедиціями, партіями та іншими установами, що проводять моніторингові спостереження, органами Держкомзему, органами Мінекології для потреб:

- оцінки рівня ефективності роботи осушувальних систем та ефективності використання осушуваних земель за даними моніторингу;

- оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель з метою раціонального управління еколого-меліоративною ситуацією;

- визначення основних показників осушуваних ґрунтів з метою планування відповідних сільськогосподарських, меліоративних та агромеліоративних заходів.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проаналізовано літературні джерела, проведено польові та лабораторні дослідження, узагальнено, систематизовано та статистично опрацьовано отримані результати досліджень, виконано аналіз і теоретичне обґрунтування одержаної наукової інформації.

Апробація результатів досліджень. Основні положення дисертаційної роботи доповіли й отримали позитивну оцінку на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу і аспірантів Українського державного університету водного господарства і природокористування (2000-2003 рр.), на міжнародній науково-технічній конференції „Актуальні проблеми водного господарства та природокористування” (Рівне, 2002), науковій конференції, присвяченій 140-річчю від дня народження відомого українського ботаніка В. І. Лепського (Рівне, 2003), науковій конференції „Природні ресурси Волині. Результати фундаментальних досліджень (1993-2003 рр.)” (Луцьк, 2003), міжнародній науковій конференції „Культурний ґрунтогенез і ноосферна перспектива інформаційного суспільства” (Харків, 2004).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано дев'ять наукових праць, із них дев'ять статей у фахових виданнях ВАК.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційну роботу викладено на 200 сторінках комп'ютерного тексту, вона складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та пропозицій виробництву, списку використаних джерел з 195 найменувань, містить 45 рисунки, 65 таблиць, 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Моніторинг осушуваних земель як система контролю стану природних комплексів

У першому розділі узагальнюємо літературні дані стосовно стану осушуваних земель та моніторингу, на основі якого і можна отримувати фактичні дані про стан і динаміку біогеоценозів осушуваних земель. Наука і практика нагромадила багато даних про характер і глибину трансформації сформованої в природі рівноваги в межах осушуваних земель (роботи С.М. Перехреста, А.М. Янголя, В.П. Кубишкіна, Д.А. Тютюнника, З.О. Забочиної, В.Р. Булдея, О.В. Скрипника, В.Є. Алексієвського, П.І. Коваленка, В.С. Мошинського, Г.С. Потоцького, Й.М. Білоуса, А.І. Бондаря, М.Д. Будза, С.Т. Вознюка, М.О. Клименка, С.І. Веремеєнка, Д.В. Лико, Б.І. Козловського, А.П. Ліхацевича, А.С. Меєровського, В.В. Медведєва, Б.С. Маслова, І.В. Мінаєва, І.Ю. Насєдкіна, М.І. Ромащенка, Г.П. Рябцевої, І.Т. Слюсаря, Р.С. Трускавецького, В.В. Фалюша, О.В. Цвєтової, В.Р. Гімбаржевського, М.Й. Шевчука, А.В. Яцика та ін.).

Потреба в моніторингу зумовлена виключною важливістю ведення ефективного сільськогосподарського виробництва на осушуваних землях за умови підтримки природного середовища в стані екологічної рівноваги. Моніторингові дослідження є основним джерелом інформації для розробки сільськогосподарських та екологічних управлінських заходів.

На сьогодні існує обґрунтована методика оцінки еколого-меліоративної обстановки за комплексом показників, розроблена вітчизняними вченими і запроваджена у практику гідрогеолого-меліоративної служби Держводгоспу України.

Основною невирішеною проблемою моніторингу осушуваних земель є відсутність біологічного блоку. Геоботанічні спостереження і зооспостереження найменше реалізуються на практиці у зв'язку з відсутністю методичних розробок щодо даних спостережень в умовах осушуваних земель.

Науково доведено, що стан біоценозу є функцією процесів у складній системі ґрунт - вода - рослина - осушувальна мережа. В таку систему окремими блоками входять: рослинний і тваринний світ, мікроорганізми, гриби, елементи абіотичного, ґрунтового і повітряного середовища тощо. Всі блоки та їхні компоненти тісно пов'язані в складні природні групи. Роль флори і фауни як діагностичної ознаки стану природних комплексів висвітлюється в роботах багатьох вчених. Серед них праці Л.Г. Раменського, Т.А. Работнова, С.В. Вікторова, С.П. Гудака, Б.М. Міркіна, М.О. Горіна, М.Е. Баранової, Є.А. Романової, Г.Г. Яснопольської та ін.

Пізнання закономірностей існування природних і культурних біоценозів з їхніми еколого-ценотичними взаємозв'язками і взаємовідносинами дає змогу правильно оцінити і організувати практичне втілення технології вирощування сільськогосподарських культур, вводити в культури нові перспективні види рослин, правильно використовувати осушувані землі.

2. Об'єкт, методи і методика досліджень

У другому розділі наведено характеристику об'єктів та методику досліджень.

Дослідження проводилися на території Рівненської області, що розташована в зонах Полісся та Лісостепу. Територія Рівненщини належить до вологої і помірно теплої агрокліматичної зони України.

Об'єктами наших досліджень є осушувані сільськогосподарські угіддя в межах еталонних (типових) осушувальних систем у Рівненський області: “Воробино”, “Язвинка”, “Деражне-Постійне”, “Головниця”, “Стубелка”, “Іква”. Еталонні ділянки розташовували за спеціальною методикою в межах еталонних (типових) смуг на полях, зайнятих під багаторічні трави.

Лабораторні аналізи зразків ґрунту, відібраних у визначених точках еталонних осушувальних систем, проводили для визначення наступних агрохімічних показників: вміст доступних для рослин сполук азоту () і фосфору (), показник кислотності ґрунту рН_KCl, вміст органічної речовини. Агрохімічні показники визначали для орного шару (0-30 см) за загальноприйнятими для еколого-меліоративного моніторингу методами. Для оцінки ценозів ми застосовували класичні для фітоценології методи та методики: Ж. Браун-Бланке, Раменського, Васильєвої і Гетер у модифікації Гетер і Радіонової.

На основі регресійного аналізу було знайдено аналітичний вигляд залежностей для пар ґрунтових та біологічних показників з істотним корелятивним зв'язком вищезазначених факторів. Перевірку істотності моделей проводили за такими показниками, як стандартне відхилення S, відношення середніх ВС, лінійний коефіцієнт кореляції r, тест-система Фішера.

3. Контроль і оцінка меліоративно-екологічних умов та режимів

В процесі формування біоценозу на певній ділянці уживаються види не однорідні за вимогливістю до умов зростання та за ступенем використання ресурсів кліматопу й едафотопу. Становлення біоценозу являє собою боротьбу рослин та тварин за існування. В результаті відбувається природний добір таких видів рослин та тварин, які можуть вижити в даному екотопі і відігравати певну роль у створенні біоценозу. У третьому розділі розглянуто закономірності у структурі біоценозів, сформованих на осушуваних землях.

На підставі проведених досліджень флористичного складу фітоценозів, що сформувалися на осушуваних ґрунтах, нами було встановлено, що із зміною властивостей ґрунтового покриву спостерігається зміна не тільки домінантних видів, а й площі проективного покриття видів і частота стрівальності видів. Для обводнених торфових середньорозкладених ґрунтів відзначається домінування тонконогу болотного (Poa pаlustris L.), зірочника багнового (Stellaria alsina L.) (рис.1).

Зі зниженням ґрунтових вод і появою суглинкових ґрунтів у складі фітоценозу з'являється пажитниця багаторічна (Lolium perennel L), грястиця збірна (Dactylis glomerata L), конюшина польова (Trifolium arvense L) та деякі інші мезофіти ( рис.2).

На основі проведених спостережень запропоновано структуру флористичної індикації з врахуванням особливостей структури ектоярусу осушуваних земель. Присутність бур'янів серед фітоіндикаторів дає можливість застосування флористичної індикації як на угіддях з характерною автогенною, так і антропогенною сукцесією.

Поряд з ботанічною діагностикою стану осушуваних ґрунтів як тест-об'єктів для біоіндикації використано геогельмінти та комахи.

Подальший аналіз даних польових спостережень дав змогу отримати синекологічну характеристику видів рослин відносно насиченості осушуваних ґрунтів доступною для рослин водою, а також відносно кислотності ґрунтів та вмісту поживних елементів. Таке вивчення структури рослинних угрупувань дало змогу припустити можливість існування зворотної емпіричної залежності між ґрунтовими та біологічними показниками.

Проективне покриття конюшини польової (Trifolium arwense L.) найбільш тісно корелятивно пов'язане з вологістю дерново-підзолистого супіщаного осушеного ґрунту. Дані особливості біології конюшини польової дають підставу припустити можливий зворотній зв'язок, описаний залежністю

, (1)

де - показник вологості ґрунту, %;

- проективне покриття рослин, %.

Одним з домінантних видів, поширених на дерново-підзолистих піщаних осушуваних ґрунтах є нечуйвітер волохатенький (Hieracium pilosella L). Для оцінки вологості ґрунту методами статистичного аналізу отримана наступна емпірична залежність:

, (2)

де - показник вологості ґрунту, %;

- проективне покриття рослин, %.

Відповідні залежності отримано нами для характеристики рівня ґрунтових вод. Найбільш тісний зв'язок показника виявився з проективним покриттям зірочника середнього (Stellaria media) на дерново-підзолистих осушуваних супіщаних ґрунтах (3), хвощу польового (Equisetum arvense) на дерново-підзолистих осушуваних піщаних ґрунтах (4) та пажитниці багаторічної (Lolium perenne) на дерново-підзолистих осушуваних супіщаних ґрунтах (5):

, (3)

, (4)

(5)

Окрім цього, встановлено залежність кількісних співвідношень видів у лучних біогеоценозах на дерново-підзолистих супіщаних осушуваних ґрунтах для різних значень РГВ на основі злакових угруповань: мітлиця біла (Agrostis alba L.), тонконіг звичайний (Poa trivialis L.), пирій повзучий (Elytrigia repens(L.)Nevski), лисохвіст лучний (Alopecurus prutensis L.), пажитниця багаторічна (Lolium perennel L.), грястиця збірна (Dactylis glomerata L.), тимофіївка лучна (Phleum pratense L) у вигляді рівняння багатовимірної регресії виду:

, (6)

де - показник рівня ґрунтових вод, м;

- проективне покриття відповідного злаку, %.

На дерново-підзолистих піщаних осушуваних ґрунтах отримана залежність для проективного покриття тонконогу звичайного (Poa trivialis L.), грястиці збірної (Dactylis glomerata L.), пирію повзучого (Elytrigia repens(L.)Nevski), білоуса стиснутого (Nardus stricta L.), пажитниці багаторічної (Lolium perennel L.), мітлиці білої (Agrostis alba L.), на основі якої сформульовано емпіричну модель:

(7)

Спостереження за розподілом кореневої системи жовтецю їдкого (Ranunculus acres L.), що є характерним видом для осушуваних біогеоценозів, дало змогу отримати емпіричні залежності для РГВ від даного показника для дерново-підзолистого супіщаного осушуваного ґрунту (8), лучного суглинкового осушуваного ґрунту (9) та торфового осушуваного ґрунту (10):

(8)

(9)

(10)

Оцінка кількості особин комарів роду Аедес (Aedes) та геогельмінтів за п'ятирічний період у межах Рівненської області показала, що за останні роки спостерігається тенденція до зростання щільності комарів Аедес. Дослідженнями впливу температури повітря, опадів та рівня ґрунтових вод на щільність комарів встановлено наявність досить тісного зв'язку останнього з температурою в межах області та у лісово-лучній зоні зокрема. Зв'язок з рівнем ґрунтових вод і опадами значно слабший, оскільки останні фактори відіграють важливу роль тільки на етапі відкладання яєць.

Чисельність геогельмінтів корелює з глибиною залягання ґрунтових вод, хоча має виразний зв'язок з усіма досліджуваними абіотичними факторами. Подальші дослідження забрудненості геогельмінтами ґрунтів еталонних осушувальних систем дали змогу отримати емпіричну залежність (11)

(11)

Основою для побудови схеми флористичної індикації кислотності осушуваних ґрунтів стали рослини з групи ацидофілів і нейтрофілів.

Встановлено емпіричні залежності для визначення кислотності за проективним покриттям мітлиці білої (Agrostis alba) (12) та зірочника середнього (Stellaria media) (13) на дерново-підзолистих супіщаних осушуваних ґрунтах :

(12)

(13)

Як другий аспект фітоценотичної індикації нами запропоновано оцінку проективного покриття сукупності видів рослин з різними значеннями кислотності осушуваних ґрунтів.

Для дерново-підзолистих супіщаних ґрунтів найвища частота стрівальності відмічена для мітлиці білої (Agrostis alba), пирію повзучого (Elytrigia repens), зірочника середнього (Stellaria media):

(14)

де Y_pH - показник кислотності ґрунтового розчину;

- проективне покриття мітлиці білої (Agrostis alba);

- проективне покриття пирію повзучого (Elytrigia repens);

- проективне покриття зірочника середнього (Stellaria media), %.

В умовах лучних суглинкових осушуваних ґрунтів залежність між pH_KCl ґрунтового розчину і проективним покриттям рослин визначена для пирію повзучого (Elytrigia repens) і перстачу гусячого (Potentilla anserina):

(15)

де Y_pH - показник кислотності ґрунтового розчину;

- проективне покриття пирію повзучого (Elytrigia repens);

- проективне покриття зірочника середнього (Stellaria media), %.

Найбільш тісний зв'язок з насиченістю ґрунту сполуками фосфору проективного покриття тонконогу звичайного (Poa trivialis) на лучних середньосуглинкових осушуваних ґрунтах:

(16)

Проведення біоіндикації вмісту сполук азоту в ґрунті на осушуваних землях ми пропонуємо розпочинати з флористичної індикації.

Нами встановлено та кількісно описано значний зв'язок між насиченістю ґрунту нітратним азотом та зміною проективного покриття зірочника середнього (Stellaria media) на дерново-підзолистих супіщаних осушуваних ґрунтах. Водночас відмічаємо зв'язок як з вмістом аміачного азоту (17), так і з вмістом нітратного азоту (18):

(17)

(18)

Поряд з цим, для дерново-підзолистих супіщаних осушуваних ґрунтів для спостереження зміни вмісту аміачного азоту пропонується тонконіг звичайний (Poa trivialis) (19), тоді як на торфових осушуваних ґрунтах зміна вмісту нітратного азоту статистично пов'язана з проективним покриттям тимофіївки лучної (Phleum pratense) (20):

(19)

(20)

Запропонована схема оцінки передбачає також індикацію агрохімічних показників органолептично. Так зміна зовнішнього вигляду органів рослин є ознакою азотного та фосфорного голодування, яке призводить до затримки фаз розвитку рослин, а саме цвітіння і дозрівання.

Отже, на підставі проведеного аналізу, можна стверджувати, що флористична і фітоценотична індикації ґрунту можуть застосовуватись як основні методи моніторингу осушених земель на основі біологічних критеріїв.

Шляхом спостереження за зміною проективного покриття видів рослин з середньою стрівальністю на осушених ґрунтах та вологістю, кислотністю і насиченістю даного ґрунту поживними речовинами вдалось встановити наявність достатньо тісного кореляційного зв'язку окремих видів рослин з відповідними ґрунтовими показниками.

На підставі даних зв'язків встановлені емпіричні залежності, що дають можливість розрахувати показники еколого-меліоративного стану осушуваного ґрунту через проективне покриття визначеного виду рослин. В доповнення до біоіндикативних схем має застосовуватися візуальна діагностика вмісту поживних речовин в ґрунті.

Кореляційний зв'язок вмісту геогельмінтів з вологістю та кислотністю ґрунту, а також вмісту в ньому поживних речовин є незначним, а отже даний критерій можна застосовувати лише як додатковий.

4. Вдосконалення моніторингу осушуваних земель шляхом застосування біологічних критеріїв

У четвертому розділі наведено методику моніторингу осушуваних земель на основі біологічних критеріїв. Як показує практика дослідження осушуваних земель, ефективним інструментом територіального аналізу осушуваних земель є районування. У розвиток наявних схем нами запропоновано схему районування осушуваних земель, в основі якої лежить геоморфологічний підхід. Кількість стаціонарів моніторингових спостережень запропоновано визначати за числом геомеліоративних мікрорайонів у структурі геомеліоративного підрайону. Еталонні ділянки розташовано в межах еталонної (типової) смуги на полях, що зайняті під багаторічні трави з характерною аутогенною сукцесією та мають господарське значення як сіножаті та маловикористовувані пасовища.

Біологічну оцінку еколого-меліоративного стану осушуваних земель на моніторингових стаціонарах пропонуємо проводити за наступною схемою:

1. Визначення наявності в складі біогеоценозу видів-індикаторів, згідно з запропонованими індикаційними схемами.

2. Оцінка візуальних індикаційних ознак рослин біогеоценозів осушуваних земель: забарвлення, ступінь росту і розвитку стебел і листків, стан листкової пластинки, наявність насіння.

3. Визначення проективного покриття характерних видів рослин (%):

3.1. На дерново-підзолистих піщаних осушуваних ґрунтах: нечуйвітер волохатенький (Hieracium pilosella), хвощ польовий (Equisetum arvense), тонконіг звичайний (Poa trivialis L.), грястиця збірна (Dactylis glomerata L.), пирій повзучий (Elytrigia repens(L.)Nevski), білоус стиснутовусий (Nordus stricta), пажитниця багаторічна (Lolium perennel L.), мітлиця біла (Agrostis alba L.);

3.2. На дерново-підзолистих супіщаних осушуваних ґрунтах: конюшина польова (Trifolium arvense), зірочник середній (Stellaria media), пажитниця багаторічна (Lolium perennel L.), мітлиця біла (Agrostis alba L.), тонконіг звичайний (Poa trivialis L.), пирій повзучий (Elytrigia repens(L.)Nevski), лисохвіст лучний (Alopecurus prutenis), грястиця збірна (Dactylis glomerata L.), тимофіївка лучна (Phleum pratense);

3.3. На болотних суглинкових ґрунтах: пирій повзучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), перстач гусячий (Potentilla anserina), тонконіг звичайний (Poa trivialis L.), грястиця збірна (Dactylis glomerata L.);

3.4. На торфових: тонконіг звичайний (Poa trivialis L.), тонконіг болотний (Poa palustris), пирій повзучий (Elytrigia repens(L.)Nevski), лисохвіст лучний (Alopecurus prutenis), тимофіївка лучна (Phleum pratense), білоус стиснутовусий (Nordus stricta).

4. Визначення фітопродуктивності шляхом зважування надземної частини рослин, зрізаних з площі один квадратний метр з триразовою повторністю у повітряно-сухому стані.

5. Визначення глибини поширення кореневої системи жовтецю їдкого (Ranunculus acris).

6. Наявність та видова різноманітність членистоногих (буряковий довгоносик (Bothynoderes punctiventris), мармурові хрущі (Polyphylla fullo), личинки коваликів, саранові (Acridoidea), пшеничний комарик (Stenodiplosis panici), мокриці (Ceratopogonidae), дощові хробаки) та чисельність комарів роду Аедес (Aedes).

7. Відбір ґрунту для визначення забрудненості геопаразитами.

Визначення вище перерахованих показників рекомендується проводити за загальноприйнятими методами на стаціонарах спостереження в період активної вегетації при триразовій повторності (табл. 1).

Таблиця 1

Біологічні критерії моніторингу на осушуваних землях

Контрольована ознака	Критерії	Метод вимірювання або спостереження
Стан середовища	Видовий склад фітоіндикантів	Флористичні спостереження
Домінування видів	Проективне покриття, %	Метод Л.Г. Раменського
Фітопродуктивність	Маса сухої речовини, г	Ваговий метод
Індикативні ознаки рослин	Наявність відхилень	Візуальна оцінка
Стан кореневої системи	Глибина поширення кореневої системи	Вимірювання
Чисельність членистоногих	Щільність комарів	Методом ”на собі”
Забрудненість геопаразитами	Наявність яєць в ґрунті	Методика Васильєвої і Гефтер

В результаті застосування емпіричних залежностей отримаємо абсолютні показники еколого-мелиоративного стану осушуваного ґрунту. Інтерпретацію даних показників, отриманих в результаті польових досліджень, з метою подальшого використання їх в сільському господарстві, пропонуємо проводити згідно класичної шкали, що використовується в системі еколого-меліоративного моніторингу.

Окрім цього, точнішу оцінку дає графічний аналіз амплітуди толерантності сільськогосподарських рослин, згідно з залежністю В.С. Мошинського:

(21)

де - показник еколого-меліоративного стану (=);

- максимальне значення оцінкової шкали (=1);

- значення фактора;

- параметри моделі.

Апробація запропонованої методики моніторингу осушуваних земель на основі біологічних критеріїв показала, що система біологічних досліджень, не замінюючи, а доповнюючи традиційні методики в структурі еколого-меліоративного моніторингу, є необхідною ланкою моніторингу осушуваних земель і має важливе значення для достовірної оцінки еколого-меліоративної обстановки та аналізу особливостей меліоративного, сільськогосподарського та природоохоронного використання меліорованих земель.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі визначення адекватних біологічних критеріїв еколого-меліоративного моніторингу осушуваних земель та розробки наукових принципів їхньої кількісної і якісної інтерпретації з метою підвищення інформативності та оперативності еколого-меліоративного моніторингу осушених земель.

1. Накопиченню об'єктивної інформації про стан осушуваних земель і перебіг процесів на них сприяє еколого-меліоративний моніторинг, як система контролю, оцінки і прогнозу змін у природних комплексах меліорованих і прилеглих земель під впливом зовнішніх факторів. Питання впливу меліоративної обстановки на флору і фауну є одним з найменш теоретично та методично розроблених у галузях сільськогосподарських меліорацій та меліоративної екології, біологічний блок системи контролю та оцінки стану осушуваних земель вимагає наукової розробки.

2. В процесі дослідження стану біогеоценозів сільськогосподарських угідь на осушувальних землях встановлені закономірності зміни структури біоценозів (видовий склад фітоценозів та ентомофауни, кількісне співвідношення видів, загальний стан росту і розвитку рослин) в залежності від характерних особливостей екотопу (гранулометричного складу ґрунту, його кислотності та насиченості поживними речовинами, ступеня зволоженості осушуваних ґрунтів).

3. Визначені види рослин, зміна проективного покриття яких найбільш тісно корелює зі зміною ґрунтових показників. Встановлені математичні залежності між вологістю та проективним покриттям конюшини польової (Trifolium arvense), нечуйвітра волохатенького (Hieracium pilosella); рівнем ґрунтових вод та проективним покриттям зірочника середнього (Stellaria media), хвощу польового (Eguisetum arvense), пажитниці багаторічної (Lolium perennel); проективного покриття мітлиці білої (Agrostis alba), зірочника середнього (Stellaria media) та кислотністю ґрунту; проективного покриття тонконогу звичайного (Poa trivialis) та вмісту сполук фосфору в ґрунті; зірочника середнього (Stellaria media), тонконогу звичайного (Poa trivialis), тимофіївки лучної (Phleum pratense) та вмістом сполук азоту; конюшини польової (Trifolium arvense), грястиці збірної (Dactylis glomerata) та органічної речовини. Для даних видів рослин описані закони толерантності (оптимум, максимум, мінімум) в умовах осушуваних земель.

4. Запропоновано методику оцінки ґрунтових умов на основі аналізу сукупності рослинних угруповань з кількісною оцінкою присутності кожного виду для різних типів осушуваних ґрунтів в умовах надмірної кількості опадів та кількості опадів в межах середньообласної норми. На основі емпіричних моделей отримана можливість перерахунку біологічних показників у базові показники стану ґрунту, а саме: вологість, кислотність, вміст основних поживних речовин.

5. На основі даних натурних спостережень розроблена загальна структура біоіндикативних схем, що дають змогу на попередньому етапі оцінки за даними стану біоценозу визначати еколого-меліоративний стан осушуваних земель.

6. Отримані емпіричні залежності глибини розподілу кореневої системи жовтецю їдкого (Ranunculus acres), що є характерним видом для осушуваних біоценозів, від водного режиму ґрунту. Максимальний корелятивний зв'язок в роки з надмірним зволоженням на початку вегетаційного періоду між рівнем ґрунтовим вод і глибиною розподілу кореневої системи відмічався на дерново-підзолистих осушуваних піщаних ґрунтах. В роки, коли кількість опадів дорівнює середньообласній нормі, залежності отримані для дерново-підзолистих супіщаних, болотних суглинкових, торфових осушуваних ґрунтів.

7. Встановлено, що за останні 5 років спостерігається тенденція до зростання щільності комарів роду Аедес (Aedes) як по області в цілому, так і у Поліській частині області зокрема. Виявлений досить тісний зв'язок щільності комарів з температурою повітря в межах області та в зоні Полісся зокрема. Зв'язок з рівнем ґрунтових вод та кількістю опадів значно слабший. Досить тісний зв'язок виявлений між чисельністю геогельмінтів та рівнем ґрунтових вод.

8. Запропонована схема геомеліоративного районування для потреб моніторингу, розроблена на основі врахування типу осушувальної системи, генетико-морфологічної структури території, ґрунтового покриву та сільськогосподарського використання осушуваних земель

9. Розроблені науково-методичні засади еколого-меліоративного моніторингу на основі біологічних критеріїв. Запропонована методика передбачає послідовні етапи оцінки стану ектоярусу сільськогосподарських угідь осушуваних земель: аналіз видової різноманітності рослин, наявність фітоіндикаторів, аналіз глибини проникнення кореневої системи, забрудненість геопаразитами та стан ентомофауни, математичну обробку даних натурних спостережень на основі встановлених емпіричних залежностей.

10. Статистичний аналіз результатів практичного застосування запропонованої методики показав, що достовірність отриманих результатів оцінки вологості осушуваних земель на 5 %-му рівні значимості за методом Фішера складає 1,4, при теоретичному значенні 5,1; парний коефіцієнт кореляції - 0,94; ВС - 1,0. При оцінці РГВ значимість за методом Фішера складає 1,2, при теоретичному значенні 3,8; парний коефіцієнт кореляції - 0,94; ВС - 0,87. При оцінці кислотності значимість за методом Фішера складає 1,6, при теоретичному значенні 5,1; парний коефіцієнт кореляції - 0,91; ВС - 0,91. При оцінці вмісту сполук фосфору в ґрунті значимість за методом Фішера складає 1,02, при теоретичному значенні 9,28; парний коефіцієнт кореляції - 0,84; ВС - 0,72. При оцінці вмісту сполук азоту в ґрунті значимість за методом Фішера складає 1,15, при теоретичному значенні 6,39; парний коефіцієнт кореляції - 0,95; ВС - 0,94. При оцінці вмісту органічної речовини в ґрунті значимість за методом Фішера складає 1,02, при теоретичному значенні 3,79; парний коефіцієнт кореляції - 0,87; ВС - 0,98. Це свідчить про достатню надійність виявлених залежностей і методики в цілому.

11. Практичне застосування запропонованої методики показало, що система біологічних досліджень, не замінюючи, а доповнюючи традиційні методики в структурі еколого-меліоративного моніторингу, є необхідною ланкою моніторингу осушуваних земель і має важливе значення для достовірної оцінки еколого-меліоративної обстановки.

12. За результатами порівняльної оцінки запропонованого та класичного методів проведення моніторингу, встановлений значний (1534,76 грн/рік на одну осушувальну систему) економічний ефект від використання запропонованої методики визначення стану осушуваних земель.

13. Результати досліджень на практиці рекомендуємо застосовувати для визначення основних агрохімічних та водно фізичних показників, оцінки рівня ефективності роботи осушувальних систем, оцінки еколого-меліоративного стану осушуваних земель.

14. Результати досліджень та розроблені на їх основі методи моніторингу осушуваних земель на основі біологічних критеріїв на практиці можуть застосовуватися сільськогосподарськими виробниками, установами Мінагрополітики, Облводгоспами, управліннями меліоративних систем, гідрогеолого-меліоративними експедиціями, партіями та іншими установами, що проводять моніторингові спостереження, органами Держкомзему, органами Мінприроди.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гладовська Т.М., Мошинський В.С., Семенюк В.П. Часовий аналіз біологічних параметрів осушуваних земель // Вісник РДТУ, 2001. - Вип. 4 (11). - С. 86-92.

2. Гладовська Т.М., Мошинський В.С. Флористичний аспект дослідження стану ґрунтів на осушених землях // Вісник РДТУ, 2001. - Вип. 5 (12). -С. 71-77.

3. Гладовська Т.М. До розробки методики моніторингу осушуваних ґрунтів методами біоіндикації // Вісник РДТУ, 2002. - Вип. 3 (16). - С. 48-54.

4. Гладовська Т.М. До розробки біологічних методів системи агроекологічного моніторингу // Вісник УДУВГП, 2002. - Вип. 5 (18). - С. 3-10.

5. Гладовська Т.М., Мошинський В.С. До розробки методики фітоценотичного моніторингу осушуваних ґрунтів // Житомир: Вісник ДАУ, 2003. - Вип.1. -С. 347-354.

6. Гладовська Т.М. Методика оцінки водного режиму ґрунту біологічними методами на осушуваних землях // Вісник Львівського державного аграрного університету: Агрономія, 2003. - Вип.7. - С. 461-466.

7. Гладовська Т.М. До розробки методики ґрунтового моніторингу на основі біологічних критеріїв // Науковий вісник ВДУ, 2004. - Вип. 1. - С. 28-30.

8. Вознюк С.Т., Мошинський В.С., Гладовська Т.М. Загальний стан і перспективи сільськогосподарських осушувальних меліорацій в Україні // Вісник УДУВГП, 2004. - Вип. 2 (26). - С. 85-93.

9. Гладовська Т.М. Розробка методики біологічного моніторингу осушуваних ґрунтів // Вісник Харківського національного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва, 2004. - Вип. 1. - С. 106 -108.

Размещено на Allbest.ru