Формування ґрунтових процесів на рекультивованих землях як фактор підвищення продуктивності насаджень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формування ґрунтових процесів на рекультивованих землях як фактор підвищення продуктивності насаджень

Л.К. Тичина,

В.А. Мостепанюк

Анотація

З'ясовано, що серед порушених земель, які підлягають біологічній рекультивації, найпоширенішими є відвали розкривних порід, які як ґрунтово-природний субстрат після завершення експлуатації починають заростати природною рослинністю. Виявлено, що на відміну від староорних земель, формування рослинного покриву на відпрацьованих відвалах проходить сповільненими темпами. Здебільшого це зумовлено бідністю розкривних порід на поживні речовини, несприятливими водно-фізичними та фізико-хімічними властивостями. Особливе зацікавлення як у теоретичному, так і в практичному аспектах, має формування на відвалах природних рослинних угруповань із вищих рослин. Встановлено, що початковий етап заселення відвалів насінням і діаспорами вищих рослин починається зазвичай одночасно з поселенням мікроорганізмів, проте життєвість проростків є дуже низькою, і роль їх на початкових етапах сингенезу, очевидно, пов'язана переважно з нагромадженням органічної речовини у ґрунтах (субстратах) сформованих відвалів. Загалом для відвалів, складених нетоксичними розкривними породами, розташованими в зоні достатнього зволоження (Полісся, Прикарпаття, Закарпаття), протягом перших десяти років після закінчення експлуатації відвалів формуються прості незімкнуті рослинні угруповання, до складу яких входить незначна кількість видів місцевої флори. Встановлено, що природне заростання відвалів, екологічний режим яких менш напружений, здебільшого відбувається інтенсивніше. Виявлено динаміку ґрунтового процесу рекультивованих земель під впливом фітомеліорації. Охарактеризовано закономірності росту соснових насаджень.

Ключові слова: відвали; агрохімічні показники; лісові культури; лісова меліорація; форми азоту, фосфору та калію.

Вступ

У найсприятливіших природних умовах на відпрацьованих нетоксичних відвалах формуються продуктивніші фітоценози з наявністю в них деревних і чагарникових видів рослинності. Передумовами такого інтенсивного самозаростання є розташування відвалів у гумідних районах лісової зони, а також їх склад (переважно потенційно родючі із задовільними водно-фізичними властивостями породи четвертинного віку) (Gonchar, 1983; Kudrik, 2012; Mandrik, 2004). рослинний рекультивований фітомеліорація

Отже, незважаючи на велику різноманітність кар'єрно-відвальних техногенних комплексів, їх загальна риса самозаростання - розвиток рослинного покриву від рудеральних піонерних рослинних угруповань до угруповань з більш ценотичними зв'язками і переважанням багаторічних рослин. Під впливом цієї рослинності, як і в подібних природних умовах, відбувається дерновий та дерново-підзолистий процес ґрунтоутворення (Bergh, 2004; Gordienko et al., 2005; Smolyaninov, 1969; Chybryk, 1991; Kovda, 1973; Rode, 1984).

В Україні, внаслідок інтенсифікації лісового господарства, вирубування природних лісостанів, землі, що вийшли з сільськогосподарського використання, та де- вастовані землі стають об'єктом лісогосподарської діяльності людини і потребують штучного лісовідновлення (Gordienko et al., 2005; Vakulyuk, 1993; Smolyaninov, 1968).

Ґрунтовий профіль, а особливо поверхневий шар ґрунту, під час створення лісових культур зазнає істотних змін залежно від обробітку ґрунту, деревних порід, що вирощуємо, схеми змішування, кроку посадки, удобрення, агротехнічного догляду та інших заходів (Kovda, 1973; Rode, 1984; Gordienko et al., 2005; Lavrinenko, 1960; Smol'yaninov, 1968). Тому вивчення зміни едафічних умов під впливом деревних порід має велике значення для оптимізації процесу лісовідновлення та лі- совирощування.

Мета дослідження - вивчити вплив деревних порід з різним складом на формування ґрунтових процесів та режимів, на рекультивованих землях, а також продуктивність сосни звичайної в умовах Стрижівського рекультивованого масиву, створеного в процесі розроблення родовища бурого вугілля, який складається із суглинистих порід, що поширені на ділянці після їх відпрацювання.

Об'єкт дослідження - рекультивовані землі Стрижівського буровугільного масиву Житомирської обл., на яких проведено штучне лісорозведення деревних порід з різним складом.

Предмет дослідження - зміни в речовинному складі рекультивованих земель після їх заліснення за останні 49 років: закономірності еволюції та зміни агроекологічного стану рекультивованих земель під дією лісомеліорації, а також продуктивність і стан лісових насаджень сформованих на цих землях.

Методика проведення дослідження.

Під час проведення досліджень застосовувались методи польових досліджень: топометричний, морфометричний, лісівничий, лабораторні методи визначення агрохімічних параметрів ґрунтів, статистичний метод обробітку та аналізу отриманих експериментальних даних. Ґрунтові дослідження проводили відповідно до методик, викладених у роботах (Sokolova, 1960; Dospekhov, 1979). Для отримання даних про агрохімічні показники ґрунтів з відібраними зразками проводили лабораторні аналізи відповідно до стандартних методик (Arinushkina, 1983; Balyuk, 2009).

У відібраних зразках визначали такі параметри:

• вміст гумусу за методом І. В. Тюріна - ДСТУ 4289:2004 "Якість ґрунту. Методи визначення органічної речовини";

• величину рН сольової витяжки потенціометричним методом - дСтУ ISO 10390:2007 "Якість ґрунту. Визначення рН (ISO 10390:2005, IDT);

• суму ввібраних основ за Каппена ГОСТ 27821-88 "Определение суммы поглощённых оснований по методу Каппена";

• вміст рухомого фосфору ДСТУ 4405:2005 "Визначення рухомих сполук фосфору та калію за методом Кірсанова в модифікації ННЦ ІГА" (ДСТУ 4405:2005 Якість ґрунту. Визначення рухомих сполук фосфору і калію за методом Кірса- нова в модифікації ННЦ ІГА).

Для проведення лісівничих обстежень закладали постійні пробні площі відповідно до вимог СОУ 02.0237-476:2006. "Площі пробні лісовпорядні. Метод закладання". (SOU 2007).

Математично-статистичний аналіз отриманих даних виконано за допомогою програми "Excel" на персональному комп'ютері.

Результати дослідження. Після розроблення та виконання робіт з рекультивації Стрижівського бурову- гільного розрізу в 1968 р. було створено культури сосни звичайної з різною схемою змішування, оскільки ріст і розвиток природних та штучних соснових насаджень тісно пов'язані з особливостями ґрунтових процесів, режимів і як наслідок - родючістю ґрунтів.

За придатністю до біологічної рекультивації масив належить до малопридатного за фізичними та хімічними властивостями. Після проведення спеціальних агротехнічних заходів, які передбачені біологічною рекультивацією, ці ґрунтосуміші використано для створення лісових культур без покриття гумусовим (родючим) шаром.

Результати досліджень свідчать, що за даними проекту зі створення лісових насаджень на рекультивованих землях мали таку характеристику: гранулометричний склад неоднорідний середньосуглинковий із супісками; гумус - 0,23 %; сума ввібраних основ - 1,1 мл- екв/100 г ґрунту; рНсол. - 4,7; рухомий фосфор - РО 5 - 9,1 мг - 100 г ґрунту; обмінний калій - К 2О - 8,3 мг - 100 г ґрунту. За цими показниками можна зробити висновки, що ця порода характеризується малим вмістом гумусу і високою кислотністю ґрунтового розчину та середнім вмістом рухомого фосфору (РО 5), обмінного калію (К 2О).

Культури створювали однорічними саджанцями, посадку проводили вручну - мечем Колесова, головна порода - сосна звичайна в чистих культурах та сосна звичайна з різним складом супутніх порід і чагарників. Схема розташування посадкових місць - 3,0*0,5 метра, схема змішування - 10С (пробна площа 1), - 7С 3Вл (пробна площа 2), - 7С 3Вл + Ак.ж. (пробна площа 3). У 2017 р. було закладено пробні площі для вивчення впливу соснових насаджень на ґрунтові процеси та режими хемоземів Стрижівського буровугільного розрізу.

На цих ділянках було закладено ґрунтові розрізи та відібрано зразки, з якими провели лабораторні дослідження з визначення агрохімічних показників (табл.). Результати досліджень свідчать про тенденцію покращення агрохімічних показників рекультивованих земель під дією лісомеліорації.

Як на нашу думку, така динаміка стала можливою внаслідок росту та розвитку соснових деревостанів різного складу, оскільки вони сприяли формуванню гумусово-акумулятивного горизонту, збільшенню рухомого фосфору (РО 5) та обмінного калію (К 2О) завдяки мінералізації опаду та активізації кругообігу речовин у природі.

На першій пробній площі зі складом 10С, вміст гумусу підвищився від 0,23 до 1,02 % у верхньому гумусово-акумулятивному горизонті, який сформувався внаслідок накопичення органічних решток та їх мінералізації за 49-річний період, що призвело до підвищення суми ввібраних основ від 1,1 до 1,7 міліграм на 100 г ґрунту. Кислотність ґрунтового розчину рНсол. підвищилась до 4,5 за рахунок опідзолювання, оскільки опад хвойних порід сприяє цьому процесу та підкисленню ґрунтів, а також відбулося збільшення рухомого фосфору (РО 5) та обмінного калію (К 2О).

На другий пробній площі зі складом 7С 3Вл вміст гумусу також підвищився і становить 1,35 %. Кислотність рНсол. не змінилась і становить 4,7, оскільки опад вільхи чорної сприяв кращим процесам мінералізації. Показники суми ввібраних основ, рухомого фосфору та обмінного калію мають тенденцію до збільшення.

Третя пробна площа зі складом 7С 3Вл+Ак.ж. має більші показники вмісту гумусу і становить 1,5 %. Зменшилось рНсол. до 4,8 внаслідок впливу опаду, оскільки хвоя сприяє опідзолюванню та підкисленню ґрунтового розчину, а опад вільхи та акації жовтої сприяє зменшенню кислотності ґрунтового розчину. Рухомий фосфор та обмінний калій: на ділянці зі складом 7С 3Вл+Ак.ж збільшився РО 5 від 9,1 до 14,7 мг- 100 г ґрунту, а К 2О - від 8,3 до 11,9 мг-100 г ґрунту внаслідок накопичення органічних решток у верхньому шарі ґрунту, які складаються із хвої сосни звичайної, вільхи чорної та акації жовтої. Такий опад швидше мінералізується і сприяє збільшенню рухомого фосфору (РО 5) та обмінного калію (К 2О).

Формування та покращення ґрунтових процесів і режимів сприяє підвищенню продуктивності насаджень на рекультивованих землях, на яких створено лісові культури сосни звичайної з різним складом, про що свідчать їх таксаційні показники. Із збільшенням частки листяних деревних порід не тільки покращуються агрохімічні показники ґрунту, а й підвищується продуктивність насаджень. Так, чисті соснові деревостани (10С) у 49 років мають середню висоту Нср=17,0 м, середній діаметр Дср=15,3 см та запас М=242 м 3/га, при тому, як насадження зі складом 7С 3Вл мають більші показники середньої висоти - 18,7 м, середній діаметр - 17,8 см та запас деревних порід - 285,2 м 3/га. Насадження зі складом 7С 3Вл+Ак.ж мають ще вищі показники середньої висоти - 19,4 м, середнього діаметра - 18,2 см та запасу деревних порід 306,6 м 3/га, що зображено на рис.

Рис. Продуктивність рекультивованих насаджень

Це пояснюють тим, що домішка листяних порід у складі із сосною звичайною, а особливо 7С 3Вл+Ак.ж мають найвищі таксаційні показники та кращий стан насаджень, оскільки з таким складом збільшується вміст органічної речовини, краще йде процес мінералізації за рахунок частки листяних порід, оскільки вільха чорна та акація жовта сприяє покращенню ґрунтових процесів і режимів, накопиченню доступніших до рослин форм азоту, фосфору та калію.

Висновки. Під впливом насаджень різного складу формується гумусово-акумулятивний горизонт, зменшується рНсол. кислотності ґрунтового розчину, збільшується вміст гумусу, рухомого фосфору та обмінного калію в насадженнях зі складом 7Сз 3Вл і підліском з акації жовтої, крушини та гледичії, порівняно з монокультурами сосни звичайної.

З лісівничого погляду, створення мішаних насаджень на рекультивованих землях доцільніше, ніж створення монокультур з причини їх кращої приживлюваності, позитивного впливу на ґрунтові процеси, біологічну стійкість до хвороб, шкідників та вищу продуктивність насаджень.

За нашими дослідженнями з'ясовано, що запас насаджень 7С 3Вл та 7С 3Вл+Ак.ж вищий, ніж у насадженнях 10С і має вищі показники за діаметром та висотою на рекультивованих землях, а також деревостани мають вищі таксаційні показники, ніж чисті соснові насадження.

Перелік використаних джерел

1. Arinushkina, Ye. V. (1983). Rukovodstvo po khimicheskomu analizu pochv. Moscow: Izd-vo MGU. 486 p. [in Russian].

2. Balyuk, S. A., & Lazebna, M. Ye. (2009). Perelik osnovnykh nor- matyvnykh dokumentiv u haluzi gruntoznavstva, ahrokhimiyi ta ok- horony gruntiv. Natsionalnyy naukovyy tsentr "Instytut gruntoznavstva ta ahrokhimiyi imeni O. N. Sokolovskoho". 37 p.

3. Bergh, J., Tinder, S., & Bergstrom, J. (2004). Potential production of Norway Spruce in Sweden. 236 p.

4. Chybryk, T. S., & Yelkina, Yu. A. (1991). Formuvannya ftotsenoziv na porushenykh promyslovistyu zemlyakh (biolohichna rekultyvatsi- ya). Sverdlovsk: UrHU. 220 p. [in Russian].

5. Dospekhov, B. A. (1979). Metodika polevogo opyta. Moscow: Kolos. 416 p. [in Russian].

6. Gonchar, M. T. (1983). Lesnyye fitotsenozy: povysheniye produktivnosti i okhrana. Lviv: Vishcha shkola. 168 p. [in Russian]. Gordienko, M. I., Guz, M. M. (Ed.), Debrinyuk, Yu. M., & Maurer, V. M. (2005). Lvsw kulturi. Lviv: Kamula. 608 p. [in Ukrainian]. Kovda, V. A. (1973). Osnovy uchenyya o pochvakh. Obshchaya te- oryya pochvoobrazovatelnoho protsessa. Moscow: Nauka. 448 p. [in Russian].

7. Kudrik, A. P., & Tychina, L. K. (2012). Osobennosti pochvoobrazo- vatelnykh protsessov lesorekultivirovannykh biogeotsenozov. Mo- lochnokhozyaystvennyy vestnik, 4(8), 9-12. [in Russian]. Lavrinenko, D. D. (1960). Nauкov^ osnovi pdishchennya produktiv- nosti lmv Potissya URSR. Kyiv: V-vo UASGN. 196 p. [in Ukrainian].

8. Mandrik, V. O. (2004). Fftomelfaasya zemel, porushenikh glrnicho- dobuvnoyu galuzzyu u LUvsko-Volinskomu vugflnomu baseynl. Scientific Bulletin of UNFU, 14(8), 412-416. [in Ukrainian].

9. Rode, A. A. (1984). Henezys pochv y sovremennye protsessy pochvo- obrazovanyya. Moscow: Nauka. 256 p. [in Russian].

10. Smolyaninov, I. I. (1969). Biologicheskiy krugovorot veshchestv i povysheniye produktivnosti lesov. Moscow: Lesnaya promishlenost. 192 p. [in Russian].

11. Smolyaninov, I. I., & Ryabukha, E. V. (1968). KrugooMg rechovin u prirod^. Kyiv: Naukova dumka. 109 p. [in Ukrainian].

12. Sokolov, A. V., Askiz, D. L., & Serdobolskiy, I. P. (Eds.). (1960). Ag- rokhimicheskiye metody issledovaniya pochv. Moscow: Izd-vo AN SSSR. 550 p. [in Russian].

13. SOU 02.02-37-476:2006. (2007). Ploshchi probni lisovporyadni. Me- tod zakladannya. Kyiv: NAU. 60 p. [in Ukrainian].

14. Vakulyuk, P. G. (1993). P^dvishchennya produktivnosti ^ yakosti Usrv Ukrami Usokulturnimi metodami. Kyiv: Urozhay. 40 p. [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru