Спосіб визначення екологічної стійкості грунту у агроландшафтах

Спосіб визначення екологічної стійкості ґрунту, що включає відбір наважок, які доводять до повної вологоємкості, герметично їх закупорюють, компостують визначений період часу в присутності лугу, визначають інтенсивність респірації ґрунту за формулою Штатнова, який відрізняється тим, що зміну екологічної стійкості ґрунту визначають як відношення різниці інтенсивності респірації ґрунту цілини та ґрунту досліджуваної ділянки агроландшафту до інтентенсивності респірації ґрунту цілини, отримують сталу достовірну оцінку екологічного стану ґрунту на даний період часу та визначають чітку градацію екологічної стійкості ґрунту до агротехногенних чинників. Винахід відноситься до галузі сільського господарства, зокрема до сфери моніторингу екологічної ситуації агроландшафтів зон Полісся, Лісостепу. Антропогенний вплив спричиняє руйнацію природних зв'язків, які протягом всієї еволюційної історії Землі слугували регулятором балансу в екосистемах. З складної мережі регулюючих факторів почали втрачатись найнестійкіші й ті, які потребують багато часу на самовідновлення. Серед таких - ґрунти. Ґрунти є важливою складовою екосистеми, оскільки саме вони визначають особливості існування та розвитку як початкових ланок трофічного ланцюга, так вищих рівнів організації представників біологічного світу. З погляду на це, визначення екологічної стійкості екосистеми ґрунту до стресорів антропогенного походження є важливим. Екосистема ґрунту, як окрема надорганізмена система має свою стійкість, яка визначається як здатність ґрунту зберігати свій стан (склад, структуру, функціонування, просторове розміщення ) в умовах відносно невеликих змін або коливань факторів ґрунтоутворення, а також здатність відновлювати основні характеристики свого вихідного стану [5]. Нині підхід до оцінки екологічного стану ґрунтового середовища має різні вирішення. В Інституті агроекології та біотехнології УААН в межах розроблення документів щодо агроекологічного моніторингу та паспортизації сільськогосподарських угідь [1] запропоновано “Параметри екологічної стійкості ґрунтів”. До них включено: потужність гумусового шару, вміст гумусу в орному шарі, гранулометричний склад, реакція ґрунтового розчину, сума ввібраних основ, ступінь насиченості обмінними основами, протиерозійна стійкість за вмістом агрегатів 0,25 – 10 мм, рівноважна щільність складення. Але розроблені “Параметри екологічної стійкості” є UA (11) 81031 (13) (21) a200510614 (22) 10.11.2005 (24) 26.11.2007 (72) КОРСУН СВІТЛАНА ГЕОРГІЇВНА, UA, ГАМАЛЄЙ ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК, UA (56) SU 1529107, 15.12.1989 RU 2237239, 27.09.2004 CN 1525166, 01.09.2004 US 2002000226, 03.01.2002 DE 4340098, 01.06.1995 Долгова Л.Г. Ферментативная активность и микробиологические процессы в эдафотопах техногенных регионов // Екологія та ноосферологія. -1999. -Т.8. -№4.-С.18-23 Лобков В.Т. Биоразнообразие в агроэкосистемах как фактор оптимизации биологической активности почвы// Почвоведение.1999. -№6. С.732-737. Яковлев А.С. Биологическая диагностика и мониторинг состояния почв// Почвоведение.2000. №1. -С.70-79. C2 2 (19) 1 3 справедливими для ґрунтів, які використовуються у ефективному сільському господарстві, тобто це саме той випадок, коли екологічна стійкість ґрунту розглядається як підтримання фунтом заданих виробничих, соціальних функцій і зовсім не враховано його біосферну роль, ступінь зміненості ґрунту по відношенню до його природного аналога. В Інституті ґрунтознавства та агрохімії УААН розроблено концепцію моніторингу ґрунтів України, опубліковано попередні результати та завдання в майбутньому [2]. Пропонується проводити фоновий (еталонний), стандартний (поточний), кризисний, спеціальний, науковий (прогнозування) моніторинги. При цьому вказується на необхідність моніторингу морфології і мікроморфології ґрунтового профілю, фізичних, хімічних, фізико-хімічних, біологічних властивостей ґрунту та вводиться поняття ґрунтового еталону. Але автори не акцентують увагу на необхідності дослідження ґрунту як природного тіла компонента конкретного екотопу та його відмінність від природних аналогів сформованих за умови мінімального агротехногенного пресингу. Більшість дослідників вирішальним при оцінці екологічного стану ґрунтового середовища вважають використання біологічних об'єктів у якості біоіндикаторів. Їх застосування має ряд переваг. Долгова Л.Г., [3], Свирскиене А. [4], Хитров Н.Б. [5] пропонують в якості біотестів забруднення ґрунту та ступеню зрушеності його екологічних функцій використовувати ґрунтові ферменти. Вчені вважають, що без ґрунтових ферментів не відбувається жодного процесу синтезу чи деструкції речовин, тому їх активність обумовлює функціональну кореляцію процесів, об'єднує всі хімічні і біохімічні реакції, забезпечує певною мірою гомеостаз екосистеми ґрунту. Пропонуючи використовувати показники ферментативної активності ґрунту для її біологічної діагностики, автори керуються тим, що активність ферментів тісно корелює з показниками фізико-хімічних властивостей ґрунту. А.С.Яковлев [6] пропонує біологічну діагностику проводити шляхом визначення пристосованості кожного морфотипу ґрунтових мікроорганізмів до ґрунтових умов, які виникли в результаті антропогенного пресингу. Деякі дослідники пропонують стабільність екосистеми оцінювати за модифікованим структурно-функціональним співвідношенням мікроорганізмів мінералізаторів і гуміфікаторів, констатуючи, що антропогенний вплив посилює процеси мінералізації [7]. Інші автори пропонують достатньо складні підрахунки балансу вуглецю і мікробної біомаси, вказуючи, що посилення мікробіологічної активності під впливом антропогенних факторів приводить до від'ємного балансу вуглецю [8]. Відмічається також, що для оцінки властивостей ґрунту як екосистеми можна використовувати відносний показник біогенності ґрунту (бактерії/гриби) та коефіцієнт мінералізації рослинних залишків [9]. Більшість способів визначення екологічної стійкості ґрунту за допомогою живих організмів, надаючи переконливі результати, потребує 81031 4 високого рівня технічного забезпечення та кваліфікаційного рівня, значної кількості часу. З погляду на вищезазначене в нашій країні не розроблено універсального показника екологічної стійкості ґрунту. Ми вважаємо, що біохімічна суть більшості біологічних процесів, які відбуваються в ґрунті, полягає в процесі синтезу « деструкції органічної речовини, що супроводжується поглинанням або емісією енергії та виділенням вуглекислоти і води. Тому на наш погляд кількість виділеного ґрунтом СО2 може свідчити про активність ґрунтової біоти, а отже про стійкість ґрунту до подразнювачів. Найближчим способом визначення екологічної стійкості ґрунту на основі використання інтенсивності виділення ґрунтом СО2 є спосіб, запропонований співробітниками Красноярського Аграрного університету [5]. Цей спосіб оснований на визначенні інтенсивності емісії вуглекислоти за методом Штатнова в модифікації Макарова. Який передбачає відбір фіксованих проб ґрунту, інкубацію ґрунту в постійних гідротермічних умовах, фіксацію виділеної ґрунтом вуглекислоти за допомогою лугу, титрування та визначення інтенсивності дихання за формулою: (V - V2 ) × 2,2 × 1000 (мг СО на кг ґрунту за I= 1 2 m×t добу) де І - інтенсивність респірації ґрунту, мг СО2 на кг ґрунту за добу; V1 - кількість однонормального розчину Н2SO, який пішов на титрування розчину лугу з контрольної склянки після компостування, мл; V2 - кількість однонормального розчину Н2SО, який пішов на титрування розчину лугу з склянки з досліджуваним ґрунтом, мл; m - маса ґрунту, перерахованого на повітряне сухий стан, г; t - час інкубації ґрунту в добах, доба; 2,2 - кількість мг СО2, яка зв'язує 1 мл 0,1 нормального лугу Визначивши таким способом інтенсивність дихання, автори порівнюють показники, одержані в динаміці (в різні роки ) на одному і тому ж полі. Відхилення об'єму виділеного СО 2 від початкового значення свідчить про зміну стійкості ґрунту до певного антропогенного подразнювача, який досліджувався. Значним недоліком відомого способу є те, що автори при оцінці стійкості ґрунту до антропогенних подразнювачів проводять дослідження динаміки емісії СО2 з ґрунту на конкретній території протягом кількох років. Тобто для визначення стійкості ґрунту потрібен тривалий період часу. Крім того, не розроблено градації щодо ступеню екологічної деградації ґрунту та у зв'язку з цим доцільності використання територій як сільськогосподарських угідь. В основу винаходу поставлено задачу визначити ступінь деградованості ґрунту сільськогосподарських угідь та можливість подальшої експлуатації ґрунту в землеробстві шляхом встановлення показника, що забезпечить реальне відображення екологічного стану ґрунту, 5 його стійкість до агротехногенного пресингу, зниження енергоємності визначень, зменшення терміну проведення досліджень до однієї доби, та розроблення чіткої градації щодо ступеню зниження екологічної стійкості грунту під впливом агротехногенного навантаження в агроландшафті по відношенню до еталонного ґрунту (перелогу). Поставлена задача вирішується за рахунок того, що запропонований спосіб передбачає у якості вихідного параметру використовувати не стан ґрунту у минулому, а визначення на основі порівняння одночасно відібраного ґрунту на цілині або тривалому перелозі та на досліджуваній ділянці. Відомо, що використання ґрунту в землеробстві призводить до порушення природних процесів у екосистемі ґрунту порівняно з ґрунтом цілини чи тривалого перелогу. Отже, зміну екологічної стійкості ґрунту необхідно визначати порівнюючи Інтенсивність респірації ґрунту цілини та ґрунту досліджуваної ділянки агроландшафту, маючи на увазі, що обидва ґрунти повинні належати до однієї ґрунтової відміни. Таким чином, протягом однієї доби можна визначити екологічну стійкість ґрунтів одного або кількох сільськогосподарських підприємств. Визначення екологічної стійкості ґрунту пропонуємо визначати способом, наведеним нижче. Стограмові наважки свіжо відібраного ґрунту з перелогу та ґрунту, який зазнав антропогенного впливу, помішують у склянки об'ємом 500 мл, які герметично закриваються (зручно використовувати звичайну побутову банку об'ємом 500 мл з пластиковою кришкою). Вологість ґрунту в банках доводять до 60% повної вологоємкості. Легким струшуванням ґрунт рівномірно розподіляють по дну склянки. У кожну склянку, на поверхню ґрунту ставлять скляний стаканчик об'ємом 50 мл, наливши в нього 10±0,01мл розчину 0,1-нормально лугу (NaOH). Склянки герметично закривають і витримують протягом доби при температурі 25±5°С. В якості контролю використовувати склянку без ґрунту. Через визначений авторами термін часу розчин лугу в стаканчиках контролю та досліджуваних зразків ґрунту агроценозу та перелогу титрують 0,1нормальною кислотою (H2SО4). Відповідно до формули, запропонованої В.І.Штатновим, встановлюють інтенсивність респірації фунту (І). Одержані величини інтенсивності респірації перераховують на повітряне сухий ґрунт. Виходячи з інтенсивності респірації ґрунту на цілині та на досліджуваній ділянці ми пропонуємо розраховувати показник екологічної стійкості ґрунту. Його встановлюють як відношення модуля різниці інтенсивності респірації на цілині та на досліджуваній ділянці до інтенсивності респірації на перелозі виражене у відсотках: I1 - I 2 × 100% EC = I1 де EC - екологічна стійкість ґрунту, %; І1 - інтенсивність респірації ґрунту цілинної ділянки, мг CО2 на кг ґрунту за добу; 81031 6 І2 - інтенсивність респірації ґрунту з досліджуваної ділянки, мг CО2 на кг ґрунту за добу; В ряді випадків екосистема ґрунту реагує на антропогенні чинники не лише пригніченням біологічної активності, але й її підвищенням. Тоді інтенсивність дихання на досліджуваній ділянці буде вищою, ніж на перелозі В таких випадках то різниця І1-І2 може мати від'ємний знак. Тому різниця інтенсивності респірації на перелозі та на досліджуваній ділянці береться по модулю ( I1 - I 2 ), тобто, без врахування знаку “плюс” чи “мінус”. Антропогенні чинники, які викликають пригнічення мікробіологічної активності ґрунту, здатні змінювати EC в межах від 1 до 100% , а дії, які спричиняють підвищення активності мікробного ценозу ґрунту, можуть змінювати EC від 1% і вище 100%. Величина EC є реальною за умови одномоментного відбору зразків ґрунту на цілині та досліджуваних ділянках і проведенні досліджень в однакових гідротермічних умовах. На основі біологічних, агрохімічних, фізикохімічних, екотоксикологічних досліджень, проведених в агро екосистемі, нами було встановлено, що: при показнику ЕС101% - дуже низьку екологічну стійкість. Здебільшого ґрунти територій, які використовуються в сільському господарстві мають середню та низьку ЕС. Ґрунти агроландшафтів, які мають високу та середню екологічну стійкість можуть надалі без обмежень використовуватись, як відповідні сільськогосподарські угіддя. Інтенсивне використання ґрунтів з низькою ЕС повинно бути обмеженим, особливо в якості ріллі. Література: 1 Патика В.П, Тараріко О.Г. Агроекологічний моніторинг та паспортизація сільськогосподарських земель. К.: Фітосоціоцентр, 2002 -296с. 2. Медведев В.В. Моніторинг почв Украины. Харьков. :ПФ»Антиква», 2002, 428 с. 3. Долгова Л.Г. Ферментативная активность и микробиологические процессы в эдафотопах техногенных регионов // Екологія та ноосферологія. 1999.Т.8, №4.-С.18-23. 4 Свирскиене А. Микробиологические и биохимические показатели при оценке антропогенного воздействия на паочвы // Почвоведение, 2003, № 2. -С.202-210. 5 Хитров Н.Б. Всероссийская конференция «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» //Почвоведение, 2003, №3. -С.370-376. 6 Яковлев А. С. Биологическая диагностика и мониторинг состояния почв // Почвоведение, 2000, №1. - С.70-79. 7 7 Bagdanaviciene Z. Structural and functional peculiarities of the composition of soil microorganisms groups in the ecosystems of desiduous forests // Material of Interm. Conf.:Ecological Effects of Microorganisms Action/ Vilnius. 1997.P. 179-182/ 8. Матаруева И.А. Об оценке микробиологической активности дерновоподзолистых почв // Почвоведение. 1998. №1.С. 78-87. 9 Лобков В.Т. Биоразнообразие в агроэкосистемах как фактор оптимизации биологической активности почвы//Почвоведение. 1999. №6. С. 732-737. 81031 8