Спосіб оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву

Реферат: Спосіб оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву включає визначення основних показників ґрунтової родючості: рН, вміст фізичної глини, гумусу, макро- та мікроелементів. Додатково визначають емісію СО2, декальцинацію профілю, забруднення екзогенними речовинами, переущільнення та погіршення структури, пригнічення мікробіоти та мезофауни. Набір діагностичних критеріїв оцінки ризику деградації ґрунтів за різних систем землеробства зведено в таблицю, за якою можливо вести моніторинг та прогнозувати розвиток ризиків деградації, за найменшою кількістю показників, та отримання більш точних даних. UA 89944 U (54) СПОСІБ ОЦІНКИ ЕКОЛОГІЧНОГО РИЗИКУ ДЕГРАДАЦІЇ ҐРУНТОВОГО ПОКРИВУ UA 89944 U UA 89944 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі сільського господарства та екології природокористування й може бути використана для своєчасного виявлення деградаційних процесів у ґрунтовому покриві (що дає можливість запобігти їхньому розвитку за найменших витрат). Деградаційні процеси на орних ґрунтах є невід'ємним супутником сучасного землекористування, що становить все більшу загрозу продовольчій та екологічній безпеці. На даний час існує ряд способів оцінки ризику деградації ґрунтового покриву в процесі сільськогосподарського виробництва. Відомо спосіб оцінки потенційного відновлення родючості ґрунту в процесі сільськогосподарського використання (Спосіб оцінки потенційного відновлення родючості ґрунту в процесі сільськогосподарського використання - UA № 57385), який включає відбір зразків ґрунту, оцінку потенційної родючості ґрунту, які проводять на початку та в кінці сільськогосподарського використання ґрунту, забезпечення поживними речовинами визначають порівнянням кількості поживних речовин на одиницю площі з оптимальною їх кількістю, а у разі втрати необхідних основних поживних речовин - вмісту гумусу, рухомого фосфору, обмінного калію, гідролітичної кислотності, рН, обмінного натрію, добрив і меліорантів і їх кількості, для відновлення потенційної родючості ґрунту орного та підорного шару визначають кількість внесення поживних речовин, що необхідна для відтворення родючості ґрунту. Використання цього методу пов'язано із ризиком отримати некоректні результати, оскільки на якість результатів впливає багато факторів (мінливість агрохімічних показників ґрунту в залежності від погодних умов, маршрут відбору зразків, похибки при проведенні масових аналізів). Також існує спосіб оцінки стану ґрунту чорноземного типу, який полягає в тому, що враховують урожай та досліджують біологічні показники родючості в зразках орного шару ґрунту, включаючи сумарний вміст мікроорганізмів мікробного ценозу, вміст гумусу і детриту, біомасу мікроорганізмів і рослинних решток, нітрифікаційну здатність і ферментативну активність, та розраховують міру виснаженості ґрунту, а якість ґрунту оцінюють за п'ятнадцятибальною шкалою (RU № 2322671 Способ оценки состояния почвы черноземного типа). Недоліком цього способу є трудомісткість та тривалість проведення аналізів, а також необхідність у спеціалістах високої кваліфікації. Найбільш близьким до заявленого є спосіб оцінки ґрунтової родючості, за яким в пробах конкретних ґрунтів визначають вміст фізичної глини і рН, гумусу, макро- і мікроелементів, потужність орного шару [RU № 2080771 Способ оценки почвенного плодородия]. Як еталонний беруть ґрунт, який містить 20-50 % фізичної глини, для оцінювальних ознак еталонного ґрунту задають параметри, що відповідні його потенційній родючості. Будують шкалу оцінювання, в якій еталонному ґрунту надають вищий бал, а іншим ґрунтам встановлюють бали за вмістом фізичної глини, шкала включає параметри потенційної родючості еталонного ґрунту та оптимальні параметри ґрунтової родючості, яким притаманні конкретні в об'ємі оцінювальної шкали кількості балів. Попередній бал родючості цього ґрунту визначають за найменшим балом з числа оцінювальних ознак ґрунтової родючості, а потім визначають остаточний бал родючості конкретного ґрунту. Але у відомому способі оцінки ґрунтової родючості передбачено проведення великої кількості аналізів, що пов'язано із значною вартістю такої оцінки ґрунтової родючості. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву за рахунок диференціації діагностичних критеріїв оцінки ризику деградації ґрунтів за різних систем землеробства, що забезпечує зменшення кількості еколого-агрохімічних показників моніторингу стану ґрунту, зменшення вартості оцінки, підвищення її точності та можливість застосування його незалежно від наявних матеріальнотехнічних кадрових та інформаційних ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву, що включає визначення основних показників ґрунтової родючості: рН, вмісту фізичної глини, гумусу, макро- та мікроелементів, згідно з винахідницьким задумом додатково визначають емісію СО2, декальцинацію профілю, забруднення екзогенними речовинами, переущільнення та погіршення структури, пригнічення мікробіоти та мезофауни, а набір діагностичних критеріїв оцінки ризику деградації ґрунтів за різних систем землеробства зведено в таблицю, за якою можливо вести моніторинг та прогнозувати розвиток ризиків деградації, за найменшою кількістю показників, та отримання більш точних даних. 1 UA 89944 U Способи оцінки ризику за різних систем землеробства органічне та Діагностичні критерії традиційне інтенсивне ґрунтозахисне біологічне оцінки ризику моніто прогно моніто моніто моніто деградації прогно норма нормат прогно нормат прогн нормат рингов зний рингов рингов рингов зний тивний ивний зний ивний озний ивний ий ий ий ий Дегуміфікація та посилення емісії + + + + СО2 Виснаження на + + + + + + + + елементи живлення Декальцинація + + + + + + + + профілю Підкислення + + + + + + + + + + + ґрунтового розчину Забруднення екзогенними + + + + + + + + + речовинами Переущільнення та погіршення + + + + структури Пригнічення мікробіоти та + + + мезофауни 5 10 15 20 25 30 35 Оцінка ризику деградації ґрунтів передбачає три взаємопов'язаних способи (прогнозний, моніторинговий та нормативний), кожен з яких має свої переваги і недоліки та може бути застосований залежно від наявних матеріально-технічних кадрових та інформаційних ресурсів. За сумісного застосування ці способи гарантують своєчасне виявлення деградаційних процесів, що дає можливість запобігти їхньому розвитку за найменших витрат. Моніторинг - це науково-інформаційна система спостережень, оцінок та прогнозів стану навколишнього середовища та живих організмів. Довгостроковими дослідженнями у стаціонарних польових дослідах ННЦ "ІГА імені О.Н. Соколовського" та Інституту сільського господарства Криму НААН встановлено, що з урахуванням інтенсивності розвитку деградаційних процесів за різних систем землеробства періодичність одержання моніторингової інформації становить від 3-5 років за традиційної та інтенсивної систем до 7-10 років за ґрунтозахисної, органічної та біологічної систем. Критеріями віднесення системи землеробства є: - традиційне з помірним рівнем агрохімічного навантаження (індекс екологізації землеробства - співвідношення між кількістю органічних і мінеральних добрив, внесення яких не викликає негативних змін у ґрунті, і оптимально становить 15 кг діючої речовини мінеральних туків на одну тону органічних добрив - більше 15), оранкою або комбінованим обробітком ґрунту, відсутністю багаторічних трав або сидеральних культур у сівозміні спричинює поступовий розвиток усіх деградаційних процесів, наслідки яких проявляються; - інтенсивне (з високим рівнем внесення мінеральних добрив, індексом екологізації більше 25, зернопросапними сівозмінами без багаторічних трав); - ґрунтозахисне (мінімізація обробітку ґрунту, багаторічні трави та проміжні культури у сівозміні); - органічне та біологічне (індекс екологізації та норми внесення органічних і мінеральних добрив та пестицидів згідно з вимогами до цих систем). Для підвищення точності оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву за різних рівнів біологізації землеробства необхідно використовувати диференційований підхід до вибору індикаторів ризику деградації залежно від буферності ґрунту до підкислення, забруднення та переущільнення. В табл. 1 представлено диференціацію діагностичних критеріїв оцінки ризику деградації ґрунтів за різних систем землеробства. Так, відстежувати процеси дегуміфікації, виснаження ґрунту на поживні елементи, кальцій, підкислення ґрунтового розчину необхідно за різних систем землеробства, а процеси переущільнення та погіршення структури, пригнічення мікробіоти та мезофауни - доцільно лише за традиційного та інтенсивного землеробства. При цьому дані фізичної деградації використовують для прогнозного та нормативного способів оцінки ризику деградації ґрунтового покриву, а дані щодо дегуміфікації - для прогнозного способу оцінки. Отже, перелік показників для моніторингу стану ґрунту можна значно скоротити 2 UA 89944 U залежно від системи землеробства, яку застосовували в господарстві протягом щонайменше 35 останніх років, буферних властивостей ґрунтів. Таблиця 1 Способи оцінки ризику за різних систем землеробства інтенсивне ґрунтозахисне органічне та біологічне 5 10 15 нормативний прогнозний моніторинговий нормативний прогнозний моніторинговий нормативний прогнозний моніторинговий нормативний Дегуміфікація та посилення емісії СО2 Виснаження на елементи живлення Декальцинація профілю Підкислення ґрунтового розчину Забруднення екзогенними речовинами Переущільнення та погіршення структури Пригнічення мікробіоти та мезофауни моніторинговий Діагностичні критерії оцінки ризику деградації прогнозний традиційне + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Встановлено, що найбільш надійним способом завчасної оцінки ризику деградації ґрунтів є балансовий, який дозволяє уточнювати та перевіряти інформацію, одержану за моніторингу ґрунтів та паспортизації земель. Для оцінки ризику дегуміфікації ґрунтів за різних систем землеробства необхідно використовувати розрахунковий прогнозний метод, оскільки тільки так можливо виявити достовірні зміни їхнього гумусового стану. Застосування розрахункового прогнозного способу обумовлено тим, що навіть за двадцятирічний термін випробувань різних систем землеробства на чорноземних ґрунтах неможливо виявити достовірні зміни їхнього гумусового стану під впливом систем землеробства, що застосовувалися. В таблиці 2 наведено вміст загальної та лабільної органічної речовини в чорноземі опідзоленому (Коротичанське ДП ННЦ "ІГА") та чорноземі південному (ІСГ Криму) за різних систем землеробства. Таблиця 2 Системи землеробства Традиційна Органічна Традиційна Органічна Традиційна Органічна 20 Масова частка органічного вуглецю в ґрунті, % Чорнозем опідзолений Чорнозем звичайний загальний лабільний загальний лабільний Зерно-просапна сівозміна із чистим Клин 1 (чорний пар) паром 2,1 0,26 1,3 0,05-0,06 2,1 0,15 1,3-1,4 0,05 Зерно-просапна сівозміна із зайнятим Клин 2 (оз. пшениця по чорному пару) паром 2,1 0,27 1,4 0,04-0,05 2,1 0,28 1,3-1,4 0,04-0,05 Зернова сівозміна із багаторічними Клин 3 (оз. пш. по зайнятому пару) травами 2,1 0,10 1,2-1,4 0,03-0,04 2,2 0,13 1,3-1,4 0,04-0,05 Для достовірної оцінки стану земельної ділянки з пересіченим рельєфом необхідно застосовувати зигзагоподібну маршрутну ходу. Приклад виконання способу: 3 UA 89944 U 5 10 15 Як показують спостереження в тривалих стаціонарних дослідах та результати агрохімічної паспортизації за останні 20 років, після припинення систематичного вапнування на ґрунтах опідзоленого ряду відбувається поступове відновлення кислотності до генетично притаманного рівня. Аналогічні результати одержано і в досліді на Коротичанському дослідному полі, де за три ротації зерно-просапних шестипільних сівозмін відбулося істотне підвищення кислотності за традиційної системи удобрення із внесенням мінеральних добрив у середній нормі N56P51K52 на гектар сівозмінної площі (табл. 3). Відповідно до цього відбулося і зменшення суми поглинутих основ (майже на 10 %). В таблиці 3 наведено результати визначення фізико-хімічних властивостей ґрунту за різних систем землеробства на чорноземі опідзоленому, які підтверджують дані таблиці 1 щодо періодичності визначення підкислення ґрунтового розчину за традиційного землеробства (кожні 3-5 років) та необхідність використання цього показника для оцінки ризику деградації ґрунтів різними способами (прогнозний, моніторинговий та нормативний). Натомість, за органічної системи удобрення, а також у сівозміні з багаторічними травами інтенсивність процесів декальцинації та підкислення є набагато меншою. Таблиця 3 Система землеробства традиційна органічна 30 5,8 6,3 традиційна органічна 25 6,1 6,5 традиційна органічна 20 Гідролітична кислотність, ммоль/кг Зерно-просапна сівозміна із чистим паром 4,8 47 5,2 27 Зерно-просапна сівозміна із зайнятим паром 4,7 53 5,5 38 Зернова сівозміна із багаторічними травами 5,4 22 5,2 22 рН водний 6,5 6,4 рН сольовий Сума поглинутих основ, ммоль/кг 237 256 225 249 271 271 Дослідженнями встановлено, що за умов органічної системи удобрення, яка передбачає використання усієї побічної рослинницької продукції в якості органічного добрива, фізичні показники кращі порівняно до традиційної системи удобрення, тому визначення переущільнення та погіршення структури можливо виключити з програми оцінки ризику деградації ґрунтів за органічного землеробства. Натомість, вміст легкодоступних форм елементів живлення у чорноземі опідзоленому за органічної системи землеробства істотне менше порівняно до традиційної системи (табл. 4), отже цей показник необхідно регулярно контролювати, щоб запобігти ризику деградації ґрунтів. Дефіцит мінерального живлення за органічного землеробства спричинив зменшення врожайності зернових культур на 14-17 % (табл. 5) та погіршення окремих показників якості (табл. 6), що відбилося на загальній оцінці. На цих варіантах можна впевнено діагностувати посилене виснаження ґрунту як деградаційний процес, що призводить до погіршення родючості. Таблиця 4 Система землеробства традиційна органічна традиційна органічна традиційна органічна Глибина, см 0-20 0-60 0-20 0-60 0-20 0-60 0-20 0-60 0-20 0-60 0-20 0-60 Вміст легкодоступних форм елементів живлення, мг/кг ґрунту N мінеральний Р2О5 рухомий К2О рухомий S рухома Зерно-просапна сівозміна із чистим паром 21 205 125 8,8 16 127 100 12 138 120 4,9 12 105 92 Зерно-просапна сівозміна із зайнятим паром 33 181 115 9,6 25 117 100 24 120 100 3,8 22 103 85 Зернова сівозміна із багаторічними травами 13 120 90 7,4 11 74 84 18 89 90 2,9 13 66 85 4 UA 89944 U Таблиця 5 Система землеробства Культура традиційна органічна традиційна органічна традиційна органічна Озиме жито Озима пшениця Озиме жито Вміст елементів живлення у рослинах, % N Р2О5 К2О 2,58 0,63 2,38 2,45 0,50 2,37 3,20 1,29 2,85 2,77 1,11 2,94 2,24 0,61 2,79 2,46 0,69 1,58 Врожайність, т/га 2,40 1,98 1,44 1,24 2,65 2,81 Таблиця 6 Системи землеробства Натура зерна, г Загальна скло видність традиційна органічна НІР05, % 10 16,9 16,7 традиційна органічна HIP05, % 5 826 826 12 827 825 7 20,9 17,6 8,3 Сира Вміст клейкови білка на Сівозміна № 1 14,15 34,6 14,16 34,9 0,24 1,7 Сівозміна № 2 14,23 34,7 14,20 34,8 0,19 1,6 ІДК Сила Об'єм борошна хліба Загальна оцінка 83,4 84,0 5,6 79 75 387 388 29 2,14 2,09 0,29 83,6 83,5 4,2 74 69 46,1 381 383 31 1,99 1,96 0,29 Складення балансу поживних речовин у документації з еколого-економічного обґрунтування сівозмін необхідно як прогноз оцінки ризику виснаження ґрунтів. Отже, для оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву необхідно використовувати диференційований підхід до вибору індикаторів ризику деградації залежно від системи землеробства та буферності ґрунту до підкислення, забруднення та переущільнення, а також сумісно застосовувати три взаємопов'язаних способи (прогнозний, моніторинговий та нормативний), що гарантує своєчасне виявлення деградаційних процесів та дасть можливість запобігти їхньому розвитку за найменших витрат. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб оцінки екологічного ризику деградації ґрунтового покриву, що включає визначення основних показників ґрунтової родючості: рН, вміст фізичної глини, гумусу, макро- та мікроелементів, який відрізняється тим, що додатково визначають емісію СО2, декальцинацію профілю, забруднення екзогенними речовинами, переущільнення та погіршення структури, пригнічення мікробіоти та мезофауни, а набір діагностичних критеріїв оцінки ризику деградації ґрунтів за різних систем землеробства зведено в таблицю, за якою можливо вести моніторинг та прогнозувати розвиток ризиків деградації, за найменшою кількістю показників, та отримання більш точних даних. 5 UA 89944 U Дегуміфікація та посилення емісії СО2 Виснаження на елементи живлення Декальцинація профілю Підкислення ґрунтового розчину Забруднення екзогенними речовинами Переущільнення та погіршення структури Пригнічення мікробіоти та мезофауни нормативний моніторинговий прогнозний нормативний моніторинговий прогнозний нормативний моніторинговий прогнозний нормативний прогнозний Діагностичні критерії оцінки ризику деградації моніторинговий Способи оцінки ризику за різних систем землеробства органічне та традиційне інтенсивне ґрунтозахисне біологічне + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6