Спосіб прогнозування рівнів вмісту мікроелементів і важких металів у ґрунтах різного генезису для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій

Реферат: Спосіб прогнозування рівнів вмісту мікроелементів і важких металів у ґрунтах різного генезису для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій включає відбір зразків, їх аналізування, за результатами статистико-математичного аналізу прогнозують вміст мікроелементів у ґрунті. Визначають теплотворну здатність гумусу та запаси енергії ґрунту, на основі математикостатистичної обробки отриманих даних і встановлених залежностей визначають прогнозований вміст мікроелементів (важких металів) у ґрунтах різного генезису, наприклад вміст CFе, СMn у ґрунтах опідзоленого ряду. З подальшою візуалізацією на діаграмах отриманих даних. UA 107854 U (12) UA 107854 U UA 107854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів прогнозування рівнів вмісту хімічних елементів (важких металів (ВМ), мікроелементів (ME)) у ґрунтах різних типів за природних умов, впливу техногенного забруднення і технологічного навантаження. Спосіб може знайти застосування в екологічному нормуванні вмісту ME та нормуванні навантажень (техногенних, технологічних) на ґрунтову систему, в агроекології за вирішення питань органічного землеробства, біоенергетики та енергетики ґрунтоутворення; діагностики, оцінювання, прогнозування якості гумусу і статусу ME та небезпеки надлишкового накопичення ВМ у ґрунтах за показниками енергетичного стану; ефективного екологічного менеджменту ґрунтів як за природних умов, так і за впливу різних антропогенних факторів, ураховуючи їх екологічні та продукційні функції; у науково-дослідній практиці - за системного дослідження природних компонентів біосфери, оцінки секвестрації вуглецю у ґрунтах та оцінки їхньої якості. Відомо спосіб визначення реакційної здатності гумусу ґрунту для прогнозу вмісту рухомої органічної речовини та оцінювання родючості ґрунту за впливу антропогенних факторів [А.с. SU №1291545 Способ определения реакционной способности гумуса почвы]. Спосіб передбачає визначення вмісту активного гумусу за різницею вмісту загального і пасивного гумусу, ємності обміну активного гумусу ґрунту - за різницею між загальною ємністю катіонів (ЄОК) ґрунту та пасивного гумусу і мінеральної частини ґрунту. За відношенням ЄОК активного гумусу до вмісту активного гумусу оцінюють реакційну здатність гумусу ґрунту. Недоліки способу - 1) відсутність показників вмісту хімічних елементів у ґрунті, що характеризують специфічність взаємозв'язків з органічними сполуками ґрунту, з можливістю їх відповідного діагностування; 2) відсутність комплексних показників, що більш точно характеризують якість органічної речовини ґрунту і показників точності прогнозних оцінок щодо якості гумусу за різних видів навантажень; 3) трудомісткість і часовитратність процесу виділення активного гумусу збільшує ризик якісного і кількісного хімічного і біологічного його перетворення у ґрунті та, відповідно, значно обмежує можливості використання і збільшує ресурсовитратність реалізації способу. Інший спосіб прогнозування рівнів вмісту рухомих форм Zn і Сu у ґрунті за антропогенного навантаження [Пат. UA № 58720 Спосіб прогнозування змін вмісту рухомих форм цинку і міді у зрошуваному темно-каштановому ґрунті при систематичному внесенні мінеральних добрив] передбачає розрахунок на основі математичних моделей співвідношення мінерального азоту до рухомого фосфору з подальшим визначанням прогнозованого вмісту рухомих форм металів у ґрунті за регресійними рівняннями. Недоліками способу слід вважати: 1) обмеженість його застосування лише на зрошуваному темно-каштановому ґрунті та для прогнозування вмісту лише Zn і Сu, що призводить до зниження точності та збільшення похибок прогнозування; 2) збільшення рухомості металів-токсикантів у ґрунті та їх міграції у суміжні з ґрунтом середовища за систематичного внесення фізіологічно кислих добрив; 3) наявний ризик негативного впливу на якість органічної речовини ґрунту за рахунок посилення рухомості органічних сполук, їх мінералізації і деструкції, спрощення їхньої структури. Отже, спосіб характеризується певною кількістю факторів, що впливають на збільшення похибок вимірювань за одночасного зниження прогностичної цінності отриманих даних щодо вмісту ME /BM у ґрунтах. Найближчим аналогом є спосіб прогнозування забезпеченості ґрунтів ME за математичними моделями [Пат. UA № 89939 Спосіб прогнозування забезпеченості ґрунтів мікроелементами]. Спосіб включає відбір зразків, їх аналізування з визначанням середнього вмісту вуглецю гумінових (ГК) і фульвокислот (ФК) та співвідношення С ГК/СФК, статистико-математичний аналіз з одержанням прогнозованого вмісту ME (BM) у ґрунті за регресійними рівняннями. Недоліками запропонованого способу є: 1) обмеженість використання показника С ГК/СФК для прогнозування змін якості гумусу за інтенсивного сільськогосподарського використання ґрунтів (Головачев, Бацула, Кравец, 1987) та збільшення недостовірності отриманих даних за можливої нестабільності у часі співвідношення С ГК/СФК (Орлов, 1999, 2004); 2) обмеженість використання показника СГК/СФК за визначання прогнозованого вмісту рухомих форм ME /BM, як за оцінювання рівня забезпеченості ґрунтів ME, так й небезпеки надлишкового накопичення ВМ у ґрунтах за техногенного і технологічного навантаження (Самохвалова, Лопушняк, Фатєєв, Горякіна, 2014). Внаслідок впливу на співвідношення СГК/СФК вмісту рухомих форм ME /BM у ґрунтах різного генезису, який неможливо урахувати як через їх високу природну просторову варіабельність, так і за умов забруднення ВМ, при якому за збільшення рухомості ВМ і органічної речовини ґрунту виникає дисбаланс вмісту ГК та ФК та зменшується рухомість ME, що унеможливлює коректне визначання показника СГК/СФК ґрунтів; 4), значна різниця у величинах енергоємності ГК та ФК ґрунтів (ГК - 7,6-8,6 ккал /г, ФК - 3,8-4,3 ккал /г (Тараршо, 1 UA 107854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Несмашна, 2007)) унеможливлює коректне використання показника С ГК/СФК, як діагностичного та оціночного, що призводить до вагомого зниження ефективності прогнозування вмісту ВМ /ME у ґрунті за одночасного збільшення трудомісткості і ресурсовитратності реалізації способу та фактора невизначеності у прогнозних оцінках. Існуюча можливість використання іншого діагностичного показника загального вмісту гумусу у ґрунті, процентний вміст якого є індикатором його потенційної продуктивності (Смирнов, Муравин, 1981), за рахунок похибки методу в 15-20 %, теж впливає на точність визначення прогнозованих значень характеристик ґрунту. Тому для прогнозування рівнів вмісту хімічних елементів, гумусового та/або енергетичного стану ґрунту певного типу необхідно систематизувати дані для визначення діагностичних критеріїв оцінювання якості органічної речовини ґрунту, що потребує проведення додаткових досліджень з урахуванням зв'язку продуктивної функції ґрунту (родючості) з якісним складом гумусу (Ковда, 1973; Волобуев, 1974) за використання більш об'єктивного інтегрального показника гумусового стану ґрунтів енергоємності ґрунту (питома внутрішня енергія гумусу або теплотворна здатність гумусу; загальні запаси енергії у шарі 0-20 см). Енергоємність ґрунту є показником потенційної продуктивності ґрунту, що тісно пов'язана з властивостями ґрунтів, які визначають рухомість та рівень вмісту ME /BM у ґрунтах різних типів за природних умов, техногенного забруднення та технологічного навантаження. Використання узагальнюючих енергетичних характеристик функціонування ґрунтової системи дозволяє отримати точні прогнозні дані щодо якості ґрунту певного типу (елементний статус, якість гумусу як акумулятора і джерела енергії, енергетичний стан) для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій, екологічного нормування якості ґрунтів різних типів; здійснювати управління відтворенням енергетичного потенціалу їх органічної речовини та якістю ґрунтів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення відомого способу прогнозування рівнів вмісту мікроелементів і важких металів у ґрунтах різного генезису для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій за рахунок розширення спектра інформативних діагностичних показників з встановленням взаємозв'язків енергетичного стану ґрунтів з вмістом хімічних елементів у ґрунтах, що надає можливість підвищити точність та експресність прогнозування екологічного стану ґрунтів та прогнозу їхньої якості. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі прогнозування рівнів вмісту мікроелементів і важких металів у ґрунтах різного генезису для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій, який включає відбір зразків, їх аналізування, за встановленими математичними формулами прогнозують вміст ME у ґрунті, згідно з корисною моделлю, визначають теплотворну здатність гумусу та запаси енергії ґрунту в шарі 0-20 см за відомою формулою, на і основі математико-статистичної обробки отриманих даних і встановлених залежностей визначають прогнозований вміст ME (BM) у ґрунтах різного генезису, наприклад, вміст CFe, СMn У ґрунтах опідзоленого ряду (дерново-підзолисті, ясно-сірі, сірі опідзолені та темно-сірі) за формулами 1-2: CFe = -27,28-221,9794 х+ 157,112y, (1) СMn=200,49+803,5154 х - 647,166y, (2) та чорноземних (чорноземи типові, звичайні і південні) ґрунтах за формулами 3-4: CFe = -5,18+19,1408x-4,7695y, (3) СMn=70,68-85,8516 jc+8,8921y, (4) де CFe, СMn - прогнозований (розрахунковий) вміст рухомих сполук відповідного металу у ґрунті, мг/кг; х - теплотворна здатність гумусу ґрунту, МДж /кг; 6 у - запаси енергії в шарі ґрунту 0-20 см, 10 МДж/ га; з подальшою візуалізацією на діаграмах отриманих даних та поширенням алгоритму способу на ґрунти інших типів певної природно-кліматичної зони за умов техногенного забруднення і технологічного навантаження. Встановлені прогнозовані рівні вмісту рухомих форм ME (BM) у ґрунтах дають можливість вирішення зворотної задачі розрахунку кількісних параметрів одного показника на підставі кореляційно пов'язаних з ним відомих інших. Наприклад, розрахунок рівня теплотворної здатності гумусу та/або запасів енергії для ґрунту певного типу на підставі відомого показника вмісту ME і ВМ і/або показників енергоємності органічної речовини ґрунту з метою оцінювання характеру та інтенсивності біотичних процесів ґрунтової системи певного типу. Доцільність використання показників енергетичного стану ґрунтів різного генезису для прогнозування їх елементного статусу обумовлена тим, що продукційні функції ґрунту певного типу визначаються вмістом енергетично збагачених продуктів фотосинтезу, що накопичуються гумусом ґрунту у вигляді потенціальної енергії та трофічних сполук, а різні типи ґрунтів 2 UA 107854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відрізняються за здатністю акумулювати або втрачати енергію. Ґрунт, як відновлювальна система та джерело природної енергії, характеризується меншою структурною однорідністю та довгочасним збереженням і поступовістю у вивільненні енергії. В той же час використання інтегральних кількісних діагностичних характеристик щодо енергетики ґрунтоутворення і функціонально-екологічної діагностики генетичного статусу ґрунтів надає можливість оцінювати якісний стан ґрунту певного типу, робити попередні прогнози втрат ґрунтової енергії. Отже, залучення до використання показників відповідності рівня енергоємності певного типу ґрунту з показниками вмісту ME, BM та показниками гумусового стану ґрунту (загальний вмісту гумусу, груповий і фракційний склад органічної речовини тощо) забезпечує точність визначення існуючих взаємозв'язків процесів і функцій у ґрунтовій системі. Раціональне використання енергії ґрунту є шляхом збереження і відновлення його базової властивості - родючості, в тому числі, і за технологічного навантаження та ризику і наявності техногенного забруднення. Урахування змін інтегральних енергетичних показників ґрунту дозволяє здійснювати оцінювання екологічних та продукційних функцій ґрунту, агротехнологій, систем удобрення та землеробства і агро - та екосистем, що надає можливість визначити перспективні напрями більш повного використання ґрунтових ресурсів, усунення негативних впливів на еколого-енергетичний стан ґрунтів за використання менш енергоємних заходів для відновлення родючості ґрунтів за проявів деградаційних процесів і зменшення витрат антропогенної енергії на їх подолання. За проведення ґрунтово-геохімічних досліджень та аналізування отриманих даних щодо мікроелементного статусу ґрунтів різного генезису різних природно-кліматичних зон України нами було встановлено, що мікроелементний статус ґрунтів та рухомість ME і ВМ обумовлені як рівнями вмісту загального гумусу, його груповим та фракційним складом, так і рівнем гідролітичної кислотності та вмістом фізичної глини у ґрунтах, а баланс між процесами мінералізації і синтезу органічних сполук визначається стійкістю ГК та стабільністю у часі співвідношення СГК/СФК (Самохвалова, 2011, 2014, 2015). Встановлено також закономірні зв'язки рухомості більшості ME /BM у ґрунтах різного генезису з умістом ФК за відсутності та за впливу забруднення ґрунтів ВМ, збільшення інтенсивності процесів мінералізації органічної речовини ґрунту за техногенного впливу (Самохвалова, Фатєєв, 2006) та зменшення енергоємності ґрунту у 1,5-3,2 разу (Жолудева, звіт з НДР, 2010). За проведення довгострокових польових досліджень за умов технологічного навантаження нами було виявлено, що ґрунти різних типів характеризуються певним рівнем енергоємності, що відображає взаємозв'язки з гумусним станом, який підтверджує системний характер гумусу як продукту ґрунтоутворення і є свідченням якості енергетичних зв'язків за закономірних трансформацій енергії та кількісного і якісного складу гумусу ґрунту певного типу (Скрильник, 2008, 2010). Так, встановлено, що максимальне накопичення енергії у шарі 0-20 см коливається від 0,91 МДж/кг у чорноземі типовому легкосуглинковому слабовилугованому до 0,97-1,17 МДж/кг у чорноземах типових важкосуглинкових та 1,06 МДж/кг у чорноземі звичайному на лесовидному суглинку, що обумовлено типом ґрунту та його гранулометричним складом, вмістом гумусу. До того ж нами було встановлено (Скрильник, 2010; Шедєй, 2010; Лопушняк, 2013) переваги використання органо-мінеральної системи удобрення на ґрунтах різних типів за одночасного підвищення показників їх енергоємності в орному шарі та позитивного впливу на родючість ґрунтів за одночасної енергоощадності з регулюванням енергоємності ґрунту. Такий результат забезпечено нагромадженням гумусових сполук у ґрунті та підвищенням частки ГК і негідролізованого залишку з властивою їм найвищою енергоємністю. Підвищення енергетичних показників у шарі ґрунту 0-20 см свідчить про інтенсивні процеси гуміфікації. В той же час показники енергоємності ґрунту перелогу свідчать про встановлення динамічної рівноваги (надходження речовин і енергії перевищує або близьке до їх втрат внаслідок мінералізації) за тривалого виведення земель із сільськогосподарського використання. Найвищими показниками енергоємності характеризувався цілинний ґрунт. Отже, доведено, що технологічне та техногенне навантаження є вагомими факторами впливу на еколого-енергетичний стан ґрунтів різних типів (табл. 1). Узагальненням даних, отриманих у різних ґрунтово-кліматичних зонах, встановлено, що ефективність прогнозу вмісту ME і ВМ у ґрунті підвищується саме за додаткового використання показників енергетичного стану ґрунтів та алгоритму, що пропонується у заявленому способі, чим забезпечується його технічний результат - підвищення точності і прогнозованості якісного стану ґрунту; експресність прогнозування елементного статусу ґрунту для оцінювання екологічних функцій за використання показників енергетичного стану ґрунтів різних типів, у тому числі під впливом технологічного навантаження і техногенного забруднення. 60 3 UA 107854 U Таблиця 1 Тип ґрунту Контроль (без добрив) Енергоємність ґрунтів Технологічне навантаження (система удобрення) Органічна Мінеральна Органо-мінеральна система система система МДж / кг Чорноземи типові 0,96-1,17 1,07-1,23 1,15 1,28 важкосуглинкові Чорноземи типові 0,91-1,06 0,89-0,84 0,73-0,75 0,97 легкосуглинкові Чорнозем опідзолений 1,04 (переліг) 0,93 0,8 0,98 важкосуглинковий Темно-сірий 0,94 0,97 0,94 0,98 легкосуглинковий Контроль (без забруднення) Техногенне навантаження Чорнозем звичайний МДж / кг середньосуглинковий 1,99 0,97 (рілля) 0 0,62-0,78 (цілинний степ) 5 Приклад здійснення способу. У відібраних зразках із орного (0-20 см) шару ґрунтів різного генезису (дерново-підзолисті, світло-сірі, сірі, темно-сірі; чорноземи опідзолені, типові, звичайні та південні, каштанові ґрунти тощо) за лабораторно-аналітичних досліджень згідно з чинними ДСТУ та методичною базою визначили: 1) вміст рухомих форм ME і ВМ; 2) загальний вміст органічної речовини - за методом Тюріна; 3) фракційно-груповий склад гумусу - за методом Пономарьової-Плотникової. За результатом чого отримуємо числові дані мікроелементного статусу та гумусового стану ґрунту, які зводимо у таблицю 2. Відомі довідкові величини 3 показнику щільності будови ґрунтів різних типів (d, г/см ), також вносимо у таблицю 2. 10 Таблиця 2 Тип ґрунту Сзаг., % СГК, % СФК, % За відсутності навантажень (фонові умови) Дерново-підзолисті 0,9 0,17 0,2 Сірі опідзолені 1,2 0,27 0,3 Темно-сірий 3,1 1,1 0,54 Чорнозем опідзолений 2,44 1,0 0,31 Чорнозем звичайний 3,9 1,25 0,7 Чорноземи типові 4,8 1,75 0,6 За впливу техногенного навантаження (забруднення ВМ) Чорнозем звичайний 2,08 0,38 0,5 забруднений Чорнозем опідзолений 1,9 0,2 0,4 забруднений Дерново-підзолистий 0,79 0,1 0,2 забруднений За впливу технологічного навантаження Чорнозем опідзолений 2,44 1,0 0,31 (контроль) Чорнозем опідзолений (органомінеральна система 2,47 0,99 0,31 удобрення) Чорнозем опідзолений (мінеральна система 2,38 0,93 0,29 удобрення) ГЗ, % d, г/см 3 Рb, мг/кг ґрунту 0,53 0,63 1,46 1,13 1,95 2,45 1,5 1,5 1,3 1,2 1,1 1,2 2,4 2,15 1,2 1,95 0,38 0,12 1,2 1,2 18,5 1,3 1,2 6,5 0,49 1,5 9,1 1,13 1,2 1,5 1,17 1,2 0,9 1,16 1,2 2,0 Відповідно до чинних нормативних документів здійснюємо препаративне виділення гумусових речовин ґрунту та визначаємо питому енергоємність ґрунтів і препаратів ГК - за 4 UA 107854 U 5 10 15 20 допомогою калориметричної установки В - 08 МА ПУ1.470.000 за показником питомої теплоти згорання зразків. Результати вносимо у таблицю 3. Далі розраховуємо показник загальних запасів енергії, що акумульовані гумусом ґрунту, як індикатора його енергетичного стану, за відомою формулою Д.С. Орлова - Л.А. Гришиної (Орлов, 1984, 2004) у модифікації О.Л. Орлова (Орлов, 2002), що враховує якісний склад гумусу і теплоємність основних його фракцій: Q = (19,96 ГК + 9,16 ФК+ 17,86ГЗ)*Н*d* 10/100, (5) 6/ 3 де Q - запаси енергії, акумульовані гумусом грунту, 10 кДж/га (або 10 МДж/га); 19,96 - теплота згорання гумінових кислот, кДж/г; 9,16 - теплота згорання фульвокислот, кДж/г; 17,86 - теплота згорання гуміну, кДж/г; ГК - вміст гумінових кислот, г; ФК - вміст фульвокислот, г ГЗ - вміст гуміну, г; Н - шар ґрунту, м; 3 d - щільність будови ґрунту, г/см ; 6 10 - коефіцієнт переведення в 10 кДж/га. 100 - перерахування одиниць виміру показників вмісту ГК, ФК та ГЗ у відсотках. Отримані результати розрахунку показника енергоємності ґрунту за формулою також вносимо у таблицю 3. Таблиця 3 Тип ґрунту Енергоємність ґрунту Теплотворна здатність Q, Запаси енергії в шарі 03 гумусу, МДж/кг 20 см, 10 МДж/га За відсутності навантажень (фонові умови) Дерново-підзолисті 0,106 Сірі опідзолені 0,188 Темно-сірий 0,840 Чорнозем опідзолений 0,820 Чорнозем звичайний 0,890 Чорноземи типові 0,913 За впливу техногенного навантаження (забруднення ВМ) Чорнозем звичайний забруднений 0,790 Чорнозем опідзолений забруднений 0,650 Дерново-підзолистий забруднений 0,090 За впливу технологічного навантаження Чорнозем опідзолений (контроль) 0,99 Чорнозем опідзолений (органомінеральна 0,98 система удобрення) Чорнозем опідзолений (мінеральна 0,94 система удобрення) 25 30 35 0,44 0,58 1,40 1,03 1,46 2,02 0,81 0,74 0,37 1,02 1,04 1,00 Таблиці 2 та 3 використовуємо як базові для подальших розрахунків, з метою встановлення прогнозованих значень вмісту ME /BM у ґрунтах за фонових умов, технологічного навантаження і техногенного забруднення ВМ за подальшої візуалізації результатів на діаграмах (Фіг. 1, а-г) та у форматі відповідних рівнянь залежностей (формул). Наприклад, прогнозні значення вмісту Мn у ґрунтах різного генезису було отримано за встановлення існуючих лінійних залежностей його вмісту з енергетичними показниками ґрунтів (теплотворна здатність гумусу ґрунту та запаси енергії у шарі ґрунту 0-20 см) відповідно до універсальних формул розрахунків 1-2, що характеризують наступні рівняння: 1) для ґрунтів опідзоленого ряду (дерново-підзолисті, ясно-сірі, сірі опідзолені та темно-сірі): СMn=200, 49+803,5154х-647,166у, (1) СMn дерн.-підзол. грунт = 200, 49+803,5154* 0,11-647,166 *0,414=20,95; СMn фактичний = 20,97 СMn темно-сірий грунт = 200,49+803,5154*0,61-647,166*1,04=17,58; СMn фактичний = 17,6 2) для чорноземних (чорноземи типові, звичайні і південні) ґрунтів: СMn=70,68-85,8516* + 8,8921y; (2) 5 UA 107854 U 5 10 15 20 25 СMn чорнозем типовий = 70,68-85,8516 *0,91+8,8921 * 20,007-12,56; СMn фактичний = 12,54 = СMn чорнозем звичайний 70,68-85,8516 *0,79+8,8921 * 1,74=18,3; СMn фактичний = 18,18, де СMn - прогнозований (розрахунковий) вміст рухомих сполук марганцю у ґрунті, мг/кг; х - теплотворна здатність гумусу ґрунту певного типу, МДж /кг; 6 у - запаси енергії в шарі ґрунту 0-20 см певного типу, 10 МДж/ га. Для підтвердження достовірності отриманих розрахункових даних було додатково проведено вимірювання фактичного вмісту Мn методом атомно-абсорбційної спектрометрії на тих самих ґрунтах. Результати співставлення отриманих розрахункових даних з даними фактичного вмісту ME та ВМ у ґрунтах свідчать про високу їх відповідність та точність. Використання наведених формул на інших типах ґрунтів, у тому числі і за впливу технологічного навантаження і техногенного забруднення, підтвердило універсальність отриманих рівнянь. Отримані формули розрахунків прогнозних значень вмісту хімічних елементів є універсальними для ґрунтів різних типів, що об'єднані в ряди за ознакою переважання ґрунтового процесу, наприклад ґрунти опідзоленого ряду, чорноземні ґрунти. Далі, поширюючи алгоритм способу на інші типи ґрунтів, так само, проводять розрахунки з одержанням відповідних рівнянь залежностей (моделей), за якими визначають прогнозовані значення вмісту рухомих форм ME/ ВМ у ґрунтах як за фонових умов, так і за впливу антропогенних навантажень на ґрунт з внесенням отриманих результатів у таблицю (табл.4). Так, розрахунковий вміст рухомих форм, наприклад Мn, у ґрунтах підзолистого ряду становить 15,90-20,97 мг/кг за фонових умов; до 45,66 мг/кг грунту за технологічного навантаження. Вміст Мn у чорноземних ґрунтах за фонових умов становив до 30,72 мг/кг; за техногенного забруднення ВМ - 22,20 мг/кг ґрунту. Таким чином було отримано дані щодо елементного статусу ґрунтів різного генезису за урахування їхньої енергоємності із одночасним забезпеченням точності прогнозу екологічного стану ґрунтів щодо ризику нестачі ME та накопичення надлишку ВМ з можливістю прогнозування не тільки мікроелементного статусу, але й енергетичного стану ґрунтів різних природно-кліматичних зон з оцінюванням їх якості. 30 Таблиця 4 Прогнозований / фактичний* вміст рухомих форм МЕ та ВМ у ґрунті, мг/кг ґрунту Метал Ґрунти опідзоленого ряду Чорноземні ґрунти ГДК ДерновоЧорнозем Темно-сірий Чорнозем типовий підзолистий звичайний За відсутності навантажень на ґрунт (фонові умови) Мn 20,95 /20,97* 17,58/17,6* 12,56/12,54* 18,3/18,18* 100 Рb 2,6/2,65* 1,7/1,9* 0,16/0,12* 0,41 /0,38* 6,0 За впливу органо-мінеральної системи За впливу забруднення ВМ (техногенне удобрення (технологічне навантаження) навантаження) Темно-сірий Чорнозем звичайний Мn 45,42/45,66* 22,4/22,2* Рb 1,13/1,15* 10,41/10,31* Також було встановлено зв'язок показника енергоємності ґрунту та його продуційної функції. Як результат було створено таблицю оцінювання ґрунтів різного генезису за їх якістю (табл.5). 6 UA 107854 U Таблиця 5 Оцінювання ґрунтів різного генезису за якістю Клас Ґрунт Енергоємність ґрунту якості Полісся. Дерново-підзолистий 4 0 71 Лісостеп. Чорнозем типовий 1 5 10 15 20 Продуктивна функція низька середня висока дуже висока Таким чином, 1-й клас якості об'єднує ґрунти, що мають більший запас енергії, є більш стійкими до зовнішніх впливів та характеризуються більшою продуктивністю; 4-й клас якості об'єднує ґрунти з найменшими показниками енергоємності. Отже, спосіб дозволяє за рівнем енергетичного стану ґрунтів нормувати їх якість, а також коригувати вміст ME /ВМ, проведення заходів регулювання запасів органічної речовини ґрунту за різних систем ведення сільського господарства, впливів технологічного навантаження і техногенного забруднення на ґрунт та підтримання і збереження показників його енергоємності як критеріїв визначення його якості. Тобто є можливість керованого впливу на процеси, що приводять до скорочення вільної енергії у ґрунті та збільшення ентропії і енергії, що пов'язана з гумусом, що сприяє підвищенню продуктивності ґрунтів. Відмітними рисами та перевагами запропонованого технічного рішення порівняно з відомими способами та підходами є наступні: - більша прогнозованість енергетичного і мікроелементного статусу, гумусового та екологічного стану ґрунту в цілому для попередження деградації органічної речовини ґрунтів та зниження ризиків впливу техногенного забруднення ВМ; - експресність отримання та підвищення точності прогнозованих значень вмісту ME та ВМ у ґрунтах; - універсальність завдяки придатності способу для всіх типів ґрунтів різних природнокліматичних зон; - можливість використання даного алгоритму для оцінювання та нормування якості ґрунтів різного генезису використанням будь-яких екологічних або продукційних функцій ґрунту та виявлення оптимальних енергетичних витрат на їх відтворення. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Спосіб прогнозування рівнів вмісту мікроелементів і важких металів у ґрунтах різного генезису для оцінювання їх екологічних та продукційних функцій, що включає відбір зразків, їх аналізування, за результатами статистико-математичного аналізу прогнозують вміст ME у ґрунті за математичними формулами, який відрізняється тим, що визначають теплотворну здатність гумусу та запаси енергії ґрунту в шарі 0-20 см, на основі математико-статистичної обробки отриманих даних і встановлених залежностей визначають прогнозований вміст ME (BM) у ґрунтах різного генезису, наприклад вміст CFе, СMn у ґрунтах опідзоленого ряду (дерновопідзолисті, ясно-сірі, сірі опідзолені та темно-сірі) за формулами 1, 2: CFe=-27,28-221,9794 х+157,112y, (1) СMn=200,49+803,5154 х-647,166y, (2) та чорноземних (чорноземи типові, звичайні і південні) ґрунтах за формулами 3, 4: CFe=-5,18+19,1408x-4,7695y, (3) СMn=70,68 - 85,8516 JC+8,8921y, (4) де CFe, СMn - прогнозований (розрахунковий) вміст рухомих сполук відповідного металу у ґрунті, мг/кг; х - теплотворна здатність гумусу ґрунту, МДж /кг; 6 у - запаси енергії в шарі ґрунту 0-20 см, 10 МДж/ га; з подальшою візуалізацією на діаграмах отриманих даних та поширенням алгоритму способу на ґрунти інших типів певної природно-кліматичної зони за умов техногенного забруднення і технологічного навантаження. 7 UA 107854 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8