Якість сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід)

Про низьку кислотну буферність сірого лісового ґрунту засвідчують зміни його актуальної та обмінної кислотностей залежно від застосування різних органічних добрив. Як було показано раніше, застосування зеленої маси редьки олійної як сидерату зменшує вміст АФОР - субстрату внутрішньоґрунтового циклу Нітрогену і, відповідно, надходження протонів у процесі її мінералізації.

Сидеральне добриво сповільнює також процеси нітрифікації, які є донорами протонів, ймовірно, за дефіциту кисню, що виникає внаслідок перевантаження ґрунтового середовища “незрілою” органічною речовиною, яка не сприяє розвитку сапротрофного блоку ґрунтових мікроорганізмів. Детальніше про це йтиметься у розділі “Окисно-відновний потенціал як експрес-індикатор якості едафотопу”.

Важливим аспектом якості сірих лісових ґрунтів є їхня буферність, яка забезпечує кислотно-основну рівновагу і стабільність едафотопу. Традиційно визначають буферну ємність ґрунту (Р.С.Трускавецький, 2002), проте для індикації

окремих буферних систем необхідно оцінювати інтенсивність буферних реакцій у порівняно вузьких діапазонах рН (наприклад, 0,25 од.) кислотного і лужного крила. Це особливо важливо при вивченні механізмів регулювання кислотно-основної рівноваги ґрунту та причин природного й антропогенного підкислення педосфери, у випадку пошуку ефективних меліорантів, які суттєво впливають на якість ґрунту. В зв'язку з вищенаведеним, вперше вивчено інтенсивність кислотно-основної буферності ясно-сірого лісового ґрунту й ідентифіковано головні буферні реакції у кислотному та лужному крилі рН.

Зони Н⁺-буферності: <2,0-3,0-розчинення прошарків гідроксиду алюмінію мулистої фракції та нейтралізація перманентних зарядів на поверхні колоїдів; 3,0-3,5-реакції заміщення алюмінію на СООН-групах гумусових кислот та реакції розкладу Fe- та Al-органічних комплексів; 3,0-4,0- процеси розчинення солей сильних основ органічних кислот; 3,5-4,0-реакції заміщення обмінних основ; 4,5-5,5- процеси катіонного обміну за участю функціональних груп специфічних органічних кислот, протонування СОО- -груп фульвокислот та аніонів неспецифічних низькомолекулярних органічних кислот.

Зони ОН^--буферності: 3.0-4.0 - депротонування сильнокислотних СООН - групп неспецифічних органічних кислот; 4.0-5.0 - депротонування СООН - групп фульвокислот і низькомолекулярних органічних кислот; 5.0-6.0 - депротонування слабокислотних груп специфічних органічних кислот, реакції за участю обмінного алюмінію і гідроксиполімерів алюмінію; 6.0-7.0 - депротонування карбонатної кислоти і неспецифічних органічних кислот; 6.0-8.0 - депротонування ОН - групп глинистих кристалітів і основ низькомолекулярних органічних кислот; 8.0-9.0 - депротонування ОН - групп фенольних сполук; 9.0-10.0 - руйнування алюміній-органічних сполук (за Ульріхом та Філепом і Редлі).

Показано вплив тривалого агрохемогенного впливу на інтенсивність кислотно-основної буферності сірого лісового ґрунту. Встановлено, що кислотна буферність за умов екстремального кислотного навантаження (рН<3,0) є критерієм функціональної адекватності органічної речовини ґрунту. Зокрема, у ґрунті, де вносили стійловий гній, інтенсивність буферних реакцій становила 16 мМоль ·100 г^-1 ·рН^-1 і більше, тоді як за інших органічних добрив (зеленої маси редьки олійної, солом'яної різки) цей показник був у 2-3 рази меншим. Ймовірно, що ця буферна реакція пов'язана з специфічними продуктами кислотного гідролізу амонізованої соломи стійлового гною, що мають властивості дуже слабких основ, або продуктами її гуміфікації. Як бачимо з рис.11, збільшення інтенсивності буферності до кислотного навантаження супроводжується зменшенням її у діапазоні рН>10,0.

Застосування ОН^--буферограм дає змогу якісно-кількісно оцінювати сильно- і слабкокислотні компоненти ґрунту, ідентифікувати їх і простежувати їхню міграцію за профілем, що важливо при дослідженні змін якості ґрунту гемеробних систем у часі, передусім при застосуванні меліорантів.

ОКИСНО-ВІДНОВний потенціал як експрес-індикатор якості едафотопу

Дослідження ОВП необхідні для контролю співвідношення окисних і відновних процесів у ґрунті, оскільки від цього залежить едафічний комфорт, зокрема, інтенсивність нітрифікації і денітрифікації, з якими тісно пов'язані якість ґрунту та глобальні зміни біосфери (явища евтрофікації та руйнування озону). Для індикації якості ґрунту найінформативнішою є нижня межа коливань ОВП, пов'язана з інтенсифікацією відновних процесів у ґрунті.

Багаторічна динаміка ОВП темно-сірого ґрунту травостоїв засвідчила, що лише в окремі періоди простежується різке посилення процесів відновлення і потенціал дернового горизонту знижується до 308 мВ, що є екологічно небажаним, оскільки за цих умов посилюються процеси денітрифікації.

Тривале мінеральне удобрення травостоїв Р₉₀К₁₂₀ і N₂₄₀Р₉₀К₁₂₀ суттєво не змінює архітектоніки природних коливань ОВП досліджуваного ґрунту, пов'язаних із сезонними змінами аерації і вмісту АФОР, як субстрату окиснювальних процесів. Проте коефіцієнти кореляції змін вмісту АФОР і ОВП у шарі ґрунту 0-20 см зменшуються від 0,87 у контролі до 0,64 - варіант РК і 0,48 - NPK, що пояснюється різними змінами вмісту АФОР (мг·кг^-1) протягом вегетації у контрольному ґрунті -519 (921-402) і удобрених варіантів: РК - 430 (832-402) і NРК -173 (683-510).

Дослідження ОВ-стану ясно-сірого опідзоленого ґрунту за довготривалого удобрення і меліорації засвідчили, що ОВП при застосуванні органічних добрив характеризує рівень трофності ґрунтового середовища та її динаміку. За наявності значної кількості органічної речовини у ґрунті (внесення гною або інших органічних добрив) створюється високий фон поживних речовин, що сприяє розмноженню мікроорганізмів, інтенсифікації мікробіологічних процесів і посиленому споживанню кисню. Зокрема, анаеробіозис ясно-сірого лісового ґрунту виникає за органо-мінеральної системи удобрення 1,5 н СаСО₃+гній 20 т·га^-1+1,5NPK, яку вважають оптимальною за рівнем продуктивності сівозміни. Вона забезпечує високу агрономічну, проте не екологічну, якість ясно-сірих лісових ґрунтів.

За допомогою ОВП проілюстровано також функціональну неадекватність зеленої маси редьки олійної (вар.5) і стійлового гною (вар.2 і 3) як засобів відтворення органічної речовини сірого лісового ґрунту. Застосування сидерату, порівняно із стійловим гноєм, зумовлює більші коливання ОВП протягом вегетаційного періоду, що не сприяє стабільності едафічного комфорту. Якщо за внесення гною в нормі 15 т/га коливання ОВП у ґрунті протягом червня-липня становили 4-5 мВ (у контролі без добрив - 44 мВ), то за сидерату редьки олійної+NPK - 15 мВ, редьки олійної+солома 2 т/га+NPK - 65 мВ і соломи 2т/га - 26 мВ. Отримані дані засвідчують важливу роль стійлового гною у забезпеченні ОВ-буферності досліджуваного ґрунту.

За аналогією із концепцією “фронту підкислення” [Еріксон і Карітун,1995], нами запропоновано для оцінки критичного стану ОВ-процесів застосовувати концепцію “фронту окиснення”, за якої послаблення окисних процесів нижче певної критичної межі (Eh=350 мВ за І.П.Сердобольським) спричиняє погіршення якості ґрунту унаслідок посилення в ньому продукування оксидів Нітрогену, що надходять в атмосферу.

Електропровідність як експрес-індикатор йонної активності ґрунту

Електропровідність ґрунтового розчину характеризує у ньому вміст солей, які безпосередньо впливають на ріст і розвиток рослин, що є важливим аспектом якості ґрунту. Тому цей показник за кордоном широко застосовують у системі контролю якості ґрунту як у польових, так і в лабораторних умовах.

Для оцінки стабільності функціонування сірих лісових ґрунтів важливим є розробка експрес-контролю за співвідношенням процесів іммобілізації та мобілізації йонів біофільних елементів (N,P,K,S). Саме зміни електричної провідності (ЕПГ) темно-сірого ґрунту травостою залежно від удобрення і періоду вегетації відображають його йонну активність. Простежується тісний прямий зв'язок між змінами ЕПГ і вмістом АФОР на варіантах PK (r=0,93), N1PK (r=0,96) і N2PK (r=0,98), тобто за високого вмісту АФОР ґрунтове середовище значно збагаченіше йонами, ніж за низького.

Збільшення ЕПГ на початку і наприкінці вегетації трав, коли засвоєння рослинами поживних речовин добрив є меншим, у ґрунті збільшується вміст йонів поживних елементів, які іммобілізуються в АФОР за рахунок мікробіоти і кореневої системи трав. Зменшення ЕПГ і вмісту АФОР у середині вегетаційного періоду засвідчує переважання процесів мінералізації органічної речовини ґрунту над її ресинтезом унаслідок інтенсивнішого засвоєння рослинами поживних речовин.

У контролі, де не вносили мінеральних добрив, вміст АФОР протягом вегетації постійно зменшувався, оскільки продукти мінералізації засвоювались рослинами, а процеси іммобілізації сповільнювались за відсутності мінеральних субстратів. Підвищення ЕПГ на контролі наприкінці вегетації свідчить також про переважання мінералізаційних процесів над іммобілізаційними, тобто посилення ефекту нетто-мінералізації.

Удобрення травостоїв N240Р90К120 усуває надлишкову йонізацію нижніх верств ґрунту, зумовлену Р90К120, внаслідок ефективнішого засвоєння поживних речовин у системі ґрунт-рослина і зменшення їхньої низхідної міграції. Порівнюючи зміни електропровідності не удобреного та удобреного NPK ґрунту, можна оцінити також наявність нетто-мінералізації (накопичення мінеральних форм Нітрогену в ґрунті, внаслідок перебігу процесів мінералізації та іммобілізації), її інтенсивність і тривалість, а також вплив дози добрива. Це дає змогу встановити ефективність засвоєння поживних речовин Нітрогену у системі ґрунт-рослина, а також вивчати стан йонного гомеостазу ґрунту за різного мінерального удобрення.

Зміни електропровідності за профілем ґрунту відображають особливості йонізації окремих горизонтів унаслідок фазових переходів речовин, пов'язаних з змінами температури, вологості, окисно-відновних процесів, інтенсивності мінералізаційних процесів, міграції йонів і йонізованих компонентів та їхньої компартменталізації. Звертає увагу збільшення електричного градієнта за профілем ясно-сірого лісового ґрунту на варіантах 15 і 16, де вносили подвійну норму NPK за відсутності органічного удобрення.

Дефіцит органічної речовини у верхніх верствах ґрунту сприяє низхідній міграції йонів відповідно до збільшення ЕПГ нижніх верств ґрунту та зменшення верхніх. Оптимальне (вар.13) за продуктивністю сівозміни удобрення (1,5NPK+20 т·га^-1гною+1,5 н. СаСО3) зумовлює найвищу електричну провідність (йонну активність) орного шару ясно-сірого лісового ґрунту - 240-250 См·м^-1.

Як бачимо з рис.16, зміни електричної провідності ґрунтових суспензій ясно-сірого лісового ґрунту (0-20 см), залежно від агрогенного навантаження, є дещо плавнішими, ніж у розташованих нижче верствах. Це свідчить про кращу буферність ґрунту цієї верстви, у тім числі і до змін електричних властивостей, що пояснюється більшим вмістом органічної речовини як йонообмінника і підтверджує тим самим йонний механізм електричної провідності.

ФІТОІНДИКАЦІЯ ЯКОСТІ СІРИХ ЛІСОВИХ ҐРУНТІВ ГЕМЕРОБНИХ ЕКОСИСТЕМ

Досліджено кількісно-якісні зміни продукційного процесу травостою залежно від різного енергопластичного потенціалу темно-сірого ґрунту і, відповідно, різної набутої якості. Встановлено, що за цих умов удобрення зберігається періодичність коливань інтенсивності процесів росту трави в часі, властивих неудобреному варіантові. Проте збільшується їхня амплітуда, тобто проявляється ефект амплітудної модуляції. застосування цього поняття для характеристики стану коливних процесів у біокосних і біологічних системах є корисним для оцінки рівня екологічності впливу природних та антропогенних чинників. збереженість природних коливних ритмів у гемеробних екосистемах можна вважати критерієм їхньої екологічності, тобто сумісності з глобальними природними процесами, які забезпечують морфо-функціональну цілісність біосфери.

З метою оцінювання стабільності функціонування фітопродукційної системи ґрунт-рослина, залежно від мінерального удобрення травостоїв, охарактеризовано також динаміку продуктивного винесення Кальцію, Калію і Натрію та хімічний склад надземної біомаси рослин.

Накопичення нітратів у траві є важливим критерієм якості ґрунтів гемеробних екосистем. Встановлено, що за рекомендованої для травостоїв норми Нітрогену 240 кг·га^-1 вміст нітратів у траві в окремі періоди вегетації значно перевищує МДР, що становить загрозу здоровґю тварин-консументів. Можливими причинами погіршення набутої якості темно-сірого опідзоленого ґрунту є посилена мінералізація органічної речовини і розвиток нітрифікаційних процесів, що зумовлюють накопичення у ньому нітратів. Необхідно врахувати, що 1993 і, передусім, 1994 роки були посушливими, що вплинуло на засвоєння рослинами Нітрогену добрив і його накопичення у ґрунті. Перевищення допустимого рівня нітратів у траві 1994 р. спостерігалося як за низької інтенсивності росту (3,5 ц/га абсолютно сухої маси, що притаманно для 4-го циклу скошування), так і за високої -27,3 ц/га (5-й цикл скошування).

Це питання детальніше досліджено в стаціонарному досліді з вивчення ефективності післяжнивних сидератів родини капустяних, а також сумісного застосування зеленої маси редьки олійної і соломи на родючість сірого лісового ґрунту. Встановлено, що вміст нітратів у системі ґрунт-рослина значно змінюється протягом вегетаційного періоду. Екстремальний вміст нітратів у сірому лісовому ґрунті і зеленій масі картоплі, як рослині-біоіндикаторі, простежується в разі сидерації (вар.7 і 8) і застосуванні солом'яної різки (вар.9).

Для оцінки причин накопичення нітратів у рослинницькій продукції важливо врахувати особливості кількісних змін АФОР у ґрунті протягом вегетації. Уповільнення процесу формування АФОР у випадку застосування сидерату редьки олійної зумовлює порушення внутрішньоґрунтового циклу Нітрогену та інших біофільних елементів і переміщення значної маси нітратів за межі ґрунту, передусім у нітрофільні рослини.

Продуктивність сільськогосподарських рослин не може бути інтегральним індикатором екологічної якості сірого лісового ґрунту гемеробних екосистем, оскільки переважно пов'язана з інтенсивністю мінералізаційних процесів у ґрунті і не відображає стану ґрунтозбереження. Рослинна діагностика значно ефективніша у випадку сповільнення росту рослин, що засвідчує енергопластичний дефіцит ґрунтового середовища або його фітотоксичність. Ми вважаємо, що вміст АФОР у ґрунті, який відображає рівноважність процесів мінералізації органічної речовини й іммобілізації мінеральних форм, є важливим критерієм екологічного стану ґрунту і системи ґрунт-рослина як симбіотрофного тіла. Поєднання високої урожайності сільськогосподарських культур і високого вмісту АФОР у ґрунті засвідчує його енергопластичний потенціал і достатній рівень едафічного комфорту.

Екотоксикологічна оцінка сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем

Вміст важких металів і мікроелементів у ґрунті має безпосереднє відношення до його якості, оскільки як дефіцит, так і надлишок металів порушують реалізацію ним екологічних функцій. Залишки пестицидів також впливають на якість ґрунтів і сільськогосподарської продукції та, відповідно, життєдіяльність мікроорганізмів ґрунту, здоров'я людей і тварин. Отож вміст важких металів у ґрунті, як і залишки пестицидів, є важливими індикаторами його якості.

Важкі метали і мікроелементи в ґрунтах гемеробних екосистем. Подано екотоксикологічну оцінку ясно-сірого лісового ґрунту агроекологічного полігону, який підлягав довготривалому (з 1965 р.) агрохемогенному впливу. Встановлено, що досліджувані сірі лісові ґрунти не забруднені важкими металами, а їхній металопрофіль, передусім Ніколу, є ефективним показником змін набутої якості ґрунту. Оскільки накопичення кислоторозчинних сполук Ніколу у нижній частині ґрунтового профілю сірих лісових ґрунтів відбувається при застосуванні мінерального удобрення (1,0-1,5NPK) і меліорантів, але за відсутності органічних добрив, це свідчить про важливу роль органічної речовини у цьому процесі. На водно-міграційну небезпеку Ніколу вказує також М.Мірошниченко (2005), що важливо для індикації екологічної якості сірих лісових ґрунтів.

Залишки пестицидів у ґрунтах гемеробних екосистем.

У темно-сірому ґрунті старосіяних травостоїв і ясно-сірому лісовому ґрунті польової сівозміни не виявлено залишків пестицидів симтриазинової групи (пропазину, симазину і атразину), а вміст хлорорганічних пестицидів (ГХЦГ, ГХЦГ, ДДТ) є набагато меншим за ГДК, що дає підстави не враховувати їхній вплив на ензиматичну активність ґрунту й інші біотичні процеси.

Висновки

У дисертації подано теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми якості сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем у біогеоценотичному аспекті, що зумовлено застосуванням модернізованої автором теорії внутрішньоґрунтового циклу сполук Нітрогену, зокрема, виокремленням функціональної ролі активної фази органічної речовини як енергопластичного буфера. Розроблено теоретичні і методологічні основи індикації природної та набутої якості сірих лісових ґрунтів. Запропоновано біологічні, фізичні та фізико-хімічні індикатори.

1. Існуюча елементарно-аналітична оцінка родючості ґрунту, як одного з індикаторів його якості, характеризує найбільш загальні закономірності кількісних змін біологічно доступних сполук мінеральних елементів та органічних речовин і не враховує їхньої системної організації як метаболітів різної хімічної стійкості і біологічної доступності, що забезпечує стабільне й ефективне функціонування ґрунту у біогеоценозі, тобто його екологічну якість. Для оцінки екологічної якості ґрунту необхідний пошук принципово нових індикаторів, які б характеризували його екологічну адекватність, були високочутливими до функціональних змін і доступними у практичному використанні.

2. Враховуючи пріоритетне значення органічної речовини у формуванні якості ґрунту, теоретично обґрунтовано і розроблено нову системну діагностику активної фази органічної речовини (АФОР) - метод диференціальних азотограм. Вперше за допомогою азотограм встановлено вміст АФОР у сірих лісових ґрунтах гемеробних екосистем (травостої, рілля). Уміст АФОР на початку вегетації в орному шарі сірого лісового ґрунту становить 600 мг·кг^-1, у темно-сірому опідзоленому ґрунті травостоїв - 900 мг·кг^-1. Збіднення пулу АФОР, як головного субстрату внутрішньоґрунтового циклу Нітрогену, може спричинити виснаження запасів поживних речовин і енергії за рахунок мінералізації консервативної частини органічної речовини (гумусу) і втрати ґрунтом якості.

3. Враховуючи кометаболізм біофільних елементів, поширено теорію внутрішньо- грунтового циклу Нітрогену на метаболізм Калію і Фосфору. Оцінка фонду Калію у ґрунті повинна враховувати два біологічних колообіги Калію: малий колообіг (внутрішньоґрунтовий) у системі ґрунтове середовище-ґрунтова біота і великий - у системі ґрунт-рослина. Надходження Калію у процесі мінералізації АФОР (екстра-калію), індукованого головно екзогенними мінеральними речовинами, ймовірно, є головною причиною накопичення “залишкового” Калію у ґрунті. Найкращим засобом оптимізації вмісту водорозчинних і обмінних форм Калію в орному сірому лісовому ґрунті (12 і 84 мг·кг^-1) на фоні NPK (12 і 92) є підстилковий гній (33 і 150), менш ефективні - сидерат редьки олійної (17 і 103) і солом'яна різка (21 і 100). Застосування фітодіагностики адекватно відображає баланс Калію у темно-сірому опідзоленому ґрунті, оскільки враховує, окрім обмінної форми, пул мобілізованого із ґрунтових резервів елемента.

4. Оптимізація біологічно доступних форм Фосфору у ґрунті, як і Калію, повинна враховувати два біологічних колообіги елемента: малий колообіг (внутрішньоґрунтовий) у системі ґрунтове середовище-ґрунтова біота і великий - у системі ґрунт-рослина. Про надходження Фосфору у процесі мінералізації АФОР засвідчує подібність змін у ґрунті вмісту доступного Фосфору, обмінного Калію і вмісту АФОР. Ефект “залишкового” Фосфору в ясно-сірому лісовому ґрунті, спричинений довготривалим застосуванням засобів мінерального удобрення, кількісно пропорційний нормам фосфорних добрив і поширюється до глибини 40-60 см. Ефективність засобів удобрення щодо збільшення вмісту біологічно доступного Фосфору у сірому лісовому ґрунті зменшується у ряді: гній+NPK - NPK - гній - солом'яна різка - редька олійна на сидерат. Мінеральне удобрення Р₉₀К₁₂₀ і N₂₄₀Р₉₀К₁₂₀ старосіяних травостоїв на темно-сірому опідзоленому ґрунті, за даними фітодіагностики, є оптимальним щодо фізіологічних потреб тварин у Фосфорі.

5. Біотична активність, як інтегральний індикатор якості ґрунту, головно характеризує ступінь едафічного комфорту (ЕК). Критерієм стійкості ЕК є збереженість природних коливань біотичних процесів. Мінеральне удобрення виконує функцію регулятора інтенсивності природних коливань біотичних процесів за принципом амплітудної модуляції. За едафічного комфорту у темно-сірому опідзоленому ґрунті травостоїв чисельність целюлозолітиків повинна сягати 5000-6000 кл·г^-1, олігонітрофілів - 500-700 та клостридій - 80-90 тис. кл.·г^-1 сухого ґрунту. Оптимальні умови для росту целюлозолітиків, клостридій і олігонітрофілів у сірому лісовому ґрунті польової сівозміни створюються у випадку удобрення стійловим гноєм (15т·га^-1) і гноєм+NPK. За умов ЕК у сірому лісовому ґрунті чисельність целюлозолітиків не повинна бути меншою за 2500-3500 кл.·г^-1, олігонітрофілів - 600-700 та клостридій - 120-150 тис. кл.·г^-1 сухого ґрунту. Застосування NPK, а також сидерату редьки олійної і солом'яної різки на фоні NPK не сприяло формуванню ЕК, а навіть погіршувало його. Можливо, що збагачення ґрунту зеленою масою сидератів унеможливлює функціонування першої ланки сапротрофного блоку - аеробних целюлозолітиків. Контрастний мікробний пейзаж на варіантах із гноєм і сидератами засвідчує їхню неоднозначність як органічних добрив у забезпеченні якості ґрунту.

6. На підставі полігонного моніторингу системи ґрунт-рослина, встановлено сезонний характер змін органічної речовини, кислотно-основного і окисно-відновного режимів, ферментативної активності, фітопродукційного процесу та їхні тренди, що характеризують стабільність натуральної і набутої якості ґрунту. Ефект модуляції природних коливань функціональних процесів у гемеробних екосистемах є важливим критерієм їхньої екологічності.

7. Коригування якості сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем повинно враховувати збереженість архітектоніки природних коливань КОР у часі, їхній тренд і стан рН-буферних систем за ґрунтовим профілем. Вперше охарактеризовано кислотно-основні буферні системи ясно-сірого і сірого лісового ґрунтів західного Лісостепу та їхні зміни за різного агрохемогенного впливу. Оптимальною щодо збереження архітектоніки рН-буферограм за профілем ясно-сірого лісового ґрунту є органо-мінеральна система удобрення (1,5 NPK+20 т·га^-1 гною+1,5 н.за г.к. СаСО₃). Стабілізуючий вплив стійлового гною на КОР ґрунту супроводжується посиленням індукованих кислотою буферних реакцій в екстремальному діапазоні рН 1,6-1,8 од. інтенсивністю 16,2-16,6 мМоль·100 г^-1·рН^-1; у випадку сидерації і внесення солом'яної різки інтенсивність буферності в цьому діапазоні рН є, відповідно, у 5,2 і 6,9 разів меншою. Для оцінки якості органічної речовини ґрунту необхідно застосовувати диференціальний критерій кислотонейтралізаційної здатності - Н⁺-буферограму. Застосування ОН^--буферограм дає змогу виконати якісно-кількісну оцінку сильно - і слабкокислотних компонентів, ідентифікувати та простежити їхню міграцію за профілем ґрунту. За реальних умов КОР інактивовані носії кислотності не становлять загрози його функціонуванню, оскільки проявляють активність лише у сильнолужному середовищі. Однак вони є свідками певних геохімічних потоків речовини у ґрунтовому профілі, її трансформації в разі агрогенного навантаження.

8. Для індикації якості ґрунту необхідне встановлення критичної межі окисно-відновних процесів, для чого запропоновано поняття “фронт окиснення”, нижче якого інтенсифікуються процеси денітрифікації. Органічні добрива, як енергопластичний субстрат процесів окиснення, зумовлюють зменшення ОВП в орному шарі ґрунту. За оптимальної родючості ясно-сірого лісового ґрунту, забезпеченої застосуванням 1,5 NPK+20 т·га^-1 гною+1,5 н.за г.к. СаСО₃, різниця ОВП у верствах 0-20 і 80-100 см сягає ? 90 мВ. Застосування стійлового гною зумовлює більшу ОВ-буферність сірого лісового ґрунту порівняно із сидератом редьки олійної і солом'яною різкою, що забезпечує стабільність його набутої якості.

9. Індикатором якості орного ясно-сірого лісового ґрунту є електрична провідність водної суспензії ґрунту верстви 0-20 см - 240-250 См·м^-1. Сезонні флуктуації електропровідності темно-сірого опідзоленого ґрунту травостоїв поширюються на глибину до 80 см подібно до змін обмінного Калію і рухомого Фосфору.

10. Продуктивність рослин відображає інтенсивність функціонування системи ґрунт-рослина і не характеризує ефективність відтворення ґрунтових резервів речовини та енергії. Інтегральним критерієм якості ґрунтів гемеробних екосистем є комплексний показник, який поєднує урожайність сільськогосподарських культур і вміст АФОР у ґрунті. Для сірих лісових ґрунтів західного Лісостепу вміст АФОР на початку вегетації повинен сягати за 500 мг·кг^-1.

11. Накопичення у першому листі картоплі понад 250 мг·кг^-1 NO₃ засвідчує переважання мінералізаційних процесів і послаблення процесів ресинтезу АФОР у ґрунті. За режимом нітратів стійловий гній є ефективнішим засобом покращення якості сірого лісового ґрунту та її стабільності, ніж сидерат редьки олійної.

12. Тривалий агрохемогенний вплив не зумовив суттєвого забруднення сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем важкими металами і залишками пестицидів, що впливає на якість ґрунту, едафічний комфорт і стан довкілля. Відсутність органічного удобрення, у випадку застосування підвищених норм NPK і меліорації зумовлює посилення низхідної міграції кислоторозчинних сполук Ніколу і Феруму, що негативно впливає на набуту якість сірого лісового ґрунту.

13. Доведено необхідність удосконалення теоретичного і методологічного підходів до проблеми якості сірих лісових ґрунтів та її оцінки за умов гемеробії й переходу на засади біосфероцентричної стратегії агроменеджменту як гаранта якості навколишнього середовища і сталого розвитку цивілізації.

14. Уперше для України розроблено критерії регламентації набутої якості сірих лісових ґрунтів, яка включає контроль ефективності екологічних функцій, зокрема, вмісту активної фази органічної речовини, біотичної активності, окисно-відновного стану, йонної активності й фітопродукційної здатності.

Пропозиції виробництву

На підставі результатів досліджень рекомендовано:

1. Спосіб якісно-кількісної індикації лабільного фонду Нітрогену (АФОР) сірого лісового ґрунту гемеробних екосистем за допомогою азотограм та критерії оцінки оптимального вмісту АФОР у сірих лісових ґрунтах (для мережі обласних станцій “Облдержродючість”, профільних лабораторій науково-дослідних інститутів і вищих навчальних закладів).

2. Індикатор функціональної адекватності органічної речовини ґрунту за необхідності пошуку ефективних замінників стійлового гною чи інших засобів і систем удобрення (для мережі обласних станцій “Облдержродючість”, профільних лабораторій науково-дослідних інститутів).

3. Експрес-індикатор натуральної і набутої якостей ґрунту та їхньої динаміки на основі вимірювання електропровідності його водної суспензії (для мережі обласних станцій “Облдержродючість”, профільних лабораторій науково-дослідних інститутів і вищих навчальних закладів).

4. Індикатор фронту окиснення для контролю процесу денітрифікації у сірих лісових ґрунтах (для мережі обласних станцій “Облдержродючість”, профільних лабораторій науково-дослідних інститутів і вищих навчальних закладів, станцій екологічного моніторингу).

5. Теоретичні і методологічні засади оцінки якості ґрунту запровадити в навчальний процес профільних ВНЗ; наукові розробки з питань якості ґрунтів природних і гемеробних екосистем використати під час складання навчальних планів і методичного забезпечення навчального процесу за спеціалізацією “Біогеографія і географія грунтів” та “Екологія землекористування та агробізнес”.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гамкало З.Г. Азотограми як метод оцінки системи ґрунтового азоту // Вісник Львів. ун-ту. - Львів, 1998. - Вип.23. - С.107-111.

2. Гамкало З.Г. Деструкція целюлози у пасовищній екосистемі та її залежність від рівня мінерального азоту в ґрунті // Вісник Львів. ун-ту.- Львів, 1999. - Вип.25. - С. 107-110.

3. Гамкало З.Г. Електропровідність як критерій оцінки йонної активності ґрунту пасовищ при різному мінеральному удобренні травостанів // Вісник Львів. ун-ту.- Львів, 2000. - Вип.27. - С.147-151.

4. Гамкало З.Г. Доступність ґрунтового калію в агрофітоценозах при їх довготривалому мінеральному удобренні // Наук. вісн. Чернів. ун-ту: Зб. наук.пр. - Вип.80. - Чернівці: ЧДУ, 2000. - С. 35-46.

5. Гамкало З.Г. Кислотно-основний режим ґрунту пасовищних екосистем при різних способах довготривалого мінерального удобрення // Вісник Львів. ун-ту. - Львів, 2000. - Вип.21. - С.137-142.

6. Гамкало З.Г. Окисно-відновний стан ґрунту фітоценозів при агрогенному навантаженні // Вісник Львів. ун-ту.- Львів,2001. - Вип.28. - С.135-141.

7. Гамкало З.Г. Кислотно-основна буферність (КОБ) ясно-сірого лісового ґрунту Львівського Опілля під впливом агрогенного навантаження // Вісник ОНУ. -Одеса, 2001. - Т.6. - Вип.9. - С.39-45.

8. Гамкало З.Г. Екологічний аналіз компонента “рослина” травостанів різного мінерального удобрення // Наук. зап. Тернопіль. пед.ун-ту. -Тернопіль, 2001. - №1. - С.26-31.

9. Гамкало З.Г.Екологічна інформативність окисно-відновного потенціалу ґрунту агрофітоценозів. // Наук. зап. Вінниц. держ. пед. ун-ту. - Вінниця, 2002. - Вип. 3. - С. 82-89.

10. Гамкало З.Г. Екологічність субстрату органічного компонента системи удобрення. Питання методології та критерій оцінки// Агрохімія і ґрунтознавство. Спеціальний випуск. Кн. 3, -Харків, 2002. - С.190-192.

11. Гамкало З.Г. Якісно-кількісні особливості атмосферного привнесення хімічних компонентів у районі інтенсивних сільськогосподарських виробничих систем Львівського Опілля // Вісник Львів. ун-ту. - Львів, 2003. - Вип. 29. - Ч.1. - С. 170-179.

12. Гамкало З.Г. Кислотний тренд ґрунту старосіяного травостану за умов довготривалого мінерального удобрення // Наук. зап. Тернопіль. держ. пед. ун-ту. - 2003. - №2(7). - С. 44-50.

13. Гамкало З.Г. Функціональна роль зв'язування йонів кислотоутворювачів твердою фазою ґрунту. Теоретико-методологічні аспекти // Вісник ХНАУ. Харків, 2003. - №1. - С. 96-101.

14. Гамкало З.Г. Особливості вологозабезпечення системи ґрунт-рослина агрофітоценозів // Вісник ОНУ. - Одеса,2003. - Т.8. - Вип.5. - С.31-36.

15. Гамкало З.Г. Форми Калію сірого лісового ґрунту агроекосистем Львівського Опілля // Генеза, геогр. та екологія ґрунтів: Зб.наук. пр. - Львів, ЛНУ, 2003. - С.85-89.

16. Гамкало З.Г. Активна фаза органічної частини ґрунту: генеза, роль, діагностика// Міжв. тем. наук. зб. “Агрохімія і ґрунтознавство”. -Харків, 2003. - Вип.64. - С.53-58.

17. Гамкало З.Г. Активна фаза органічної речовини ґрунту як його енергопластичний буфер. Теоретичний підхід і проблема оцінки // Зб.наук.-техн.праць. - Львів:УкрДЛТУ, 2003. - Вип.13.4. - С.270-275.

18. Гамкало З.Г. Градієнтний аналіз мікроелементного статусу ясно-сірого лісового ґрунту агрофітоценозів//Вісник ХНАУ.-Харків, 2004. - №1. - С.142-146.

19. Гамкало З.Г. Градієнтний аналіз вмісту важких металів в едафотопі агроландшафтів західного Лісостепу України // Вісник Львів. ун-ту. - Львів, 2004. - Вип.31. - С.246-252.

20. Гамкало З.Г. Електропровідність сірого лісового ґрунту західного Лісостепу залежно від агрохемогенного впливу// Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. пр. - Одеса, 2004. - Вип.26. - Ч.1. - С.122-129.

21. Гамкало З.Г. Зміни вмісту рухомих форм важких металів у ґрунті залежно від тривалого агрогенного навантаження // Наук. вісн. Чернів. ун-ту: Зб. наук.пр. - Чернівці: ЧДУ, 2004. - Вип.199 - С. 56-63.

22. Гамкало З.Г. Застосування азотограм для оцінки активної фази органічної частини ґрунту агро екосистем// Вісник аграрної науки. -2005. - №3. - С.19-22.

23. Hamkalo Z. Nitrogengrams as a method for estimation of an active phase of soil organic matter // Fertilizers and Fertilization. - 2002 (IУ) . - №1(10). - P. 256-263.

24. Hamkalo Z. Biological availability and geochemical activity of phosphorus compounds in the soil under permanent grassland // Fertilizers and Fertilization. - 2002 (IУ), - №4(13). - P. 270-274.

25. Hamkalo Z. Differential acid-base buffering as yardstick of ecological efficiency of an organic component of fertilizings of agrocеnosises//Грунтознавство. - Київ-Дніпропетровськ, 2004. - Т.5. - №3-4. - С.43-46.

26. Методические и организационные основы проведения агроэкологического мониторинга в интенсивном земледелии (на базе Географической сети опытов) / Н. З. Милащенко, Ш. И. Литвак... - М., 1991. - С.270-274 (ідея, її розробка, методика, написання розділу).

27. Гамкало З.Г., Коваліско Н. Б. Колосовський Г. Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем як елемент регіональної екологічної безпеки // Проблеми регіональної політики: Зб.наук.пр. - Львів, 1995. - С.188-198 (ідея, її розробка, методика, написання статті).

28. Гамкало З.Г.Функціональна активність еколого-трофних угрупувань ґрунтових мікроорганізмів пасовищ при різних способах їх мінерального удобрення // Зб. наук.праць “Генеза, географія та екологія ґрунтів” - Львів: ЛНУ, 1999. - С.257-266.

29. Активність несимбіотичної азотфіксації у ґрунті старосіяних травостанів// Вісник Львів. ун-ту. - Львів, 2004. - Вип.31. - С.246-252.

30. Агрогенні зміни вмісту важких металів в ясно-сірому лісовому ґрунті Львівського Опілля// Журнал агробіології та екології. - Львів, 2004. -Т.1. - №1-2. - С.171-179.

31. Гамкало З.Г. Якість сірих лісових ґрунтів еугемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід) //Вісник ХНАУ.-Харків,2005.- №1.-С.74-79.

32. Hamkalo Z. Ecological aspects of soil nitrogen bioavailability // Conf. Proc.: Scientific basis to mitigate the nutrient dispersion into the environment. -Warsaw, December 13-14, 1999. - Falenty IMUZ, Publisher, 2000. - P. 100-106.

33. Гамкало З.Г. Рухомі форми Fe, Mn, Ni, Cu у сірому лісовому ґрунті пасовищної екосистеми в залежності від удобрення // Україна та глобальні процеси: географічний вимір - К.:”Обрії”. - 2001 -Т.4 . - С.16-20.

34. Гамкало З.Г., Сеньків Г. Й., Коваль Ю.П., С. Б. Чукур Г. Б. Колосовський Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем // Наукове забезпечення АПК західного регіону України: Зб.наук.пр. - Львів, 1993. - С.35-36. (ідея, її розробка, методика, написання статті).

35. Гамкало З.Г., Ярмолюк М. Т., Процик Я. М., Яремкевич Л. І. Дисперсійний аналіз азотного компоненту ґрунту культурних пасовищ при різних режимах відтворення їх родючості // Наукове забезпечення АПК західного регіону України: Зб.наук. пр. - Львів, 1993. - С.29-30. (ідея,експерименти, аналізи, обробка і аналіз даних).

36. Гамкало З.Г., Коваліско Н. Б. Колосовський Г. Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем як елемент регіональної екологічної безпеки // Проблеми регіональної політики: Зб.наук.пр. - Львів, 1995. - С.188-198 (ідея, її розробка, методика, написання статті).

37. Гамкало З.Г. Чи чиста вода кринична ? // Сільський господар. - Львів,1996. - № 1. - С.30-32.

38. Гамкало З.Г. Системний аналіз азотного фонду ґрунтів як одного з критеріїв агроекологічного моніторингу // Тез. доп. конф.”Екологія Полісся: проблеми, сучасність, майбутнє” ч.2, - Харків-Луцьк,1993. - С.12-13.

39. Гамкало З.Г., Сеньків Г.Й., Чукур С.Б., Коваліско Н.Б., Колосовський Г.Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських систем Карпатського регіону // Тез. доп. міжнар. конф. ”Карпати - український міст в Європу: проблеми і перспективи”.- Львів, 1993. - С.166-167 (ідея,експерименти, обробка і аналіз даних, написання тез).

40. Гамкало З.Г., Ярмолюк М.Т., Сеньків Г.Й. Міграція макроелементів у профілі ґрунту на культурному пасовищі в залежності від внесення мінеральних добрив // Тез. доп. коорд. наради ”Інтенсифікація виробництва кормового білка в західному регіоні”. - Львів, 1993. - С.49-50 (експерименти, аналіз даних, написання тез).

41. Гамкало З.Г., Ярмолюк М.Т., Просович К.І., Сеньків Г.Й. Міграція основних поживних елементів та токсикантів у профілі ґрунту на ріллі і пасовищі при довготривалому внесенні добрив // Тез. доп. IV з`їзду ґрунтознавців і агрохіміків України. - Харків, 1994. - С.20-21 (експерименти, обробка і аналіз даних, підготування тез).

42. Гамкало З.Г., Ярмолюк М. Т., Яремкевич Л. І. Азотограми ґрунту пасовищ при їх довготривалому мінеральному удобренню // Тез. доп. конф. “Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення”. - Харків, 1996. - С.145 (ідея, експерименти, аналіз даних, написання тез).

43. Гамкало З.Г., Сальвицька О. З. Чукур С. Б. Вплив довготривалого мінерального удобрення на стан ґрунтової мікрофлори сіяних травостоїв // Тез. доп. конф. “Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення”. - Харків, 1996. - С.152-153 (експерименти, аналіз даних, написання тез).

44. Гамкало З.Г., Грицевич В. С., Гамкало М. З. Системний підхід до аналізу азотового пулу ґрунту як основа для розробки високоінформативних критеріїв агроекологічного моніторингу// Тез. доп. 3-го міжн. симпоз. “Застосування математичних методів і комп'ютерних технологій при розв'язанні задач геохімії і охорони навколишнього середовища”.-Львів, 1996.- С.50-51 (ідея,експерименти, обробка і аналіз даних, написання тез).

45. Металопрофіль ґрунту як індикатор його якості/ Збірник наукових праць: Десята наукова конференція “Львівські хімічні читання-2005”. Львів, 25-27 травня 2005 року. - Львів:ВЦЛНУ імені Івана Франка, 2005. - С.20.

46. Сontent of heavy metals in edaphotope of agrolandscapes of Western Forest-steppe of Ukraine/ Workshop ”Current Developments in Remediation of Contaminated Lands” 27-29 October 2005. - Pulawy. Poland. - P.71.

Размещено на Allbest.ru