Дніпропетровський Національний Університет

Кабар Анатолій Миколайович

УДК 574.4:58.006(477.63)

ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ грунтового покриву ботанічного

саДУ ДНІПРОПЕТРОВСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО

УНІВЕРСИТЕТУ

(становлення, охорона, раціональне використання)

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

ЦВЄТКОВА Ніна Миколаївна,

Дніпропетровський національний університет, кафедра геоботаніки, ґрунтознавства та екології, професор

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

ГЛУХОВ Олександр Захарович,

Донецький ботанічний сад НАН України,

директор, професор

кандидат біологічних наук, доцент,

ЮЩУК Євген Давидович

Криворізький державний педагогічний університет, кафедра ботаніки та екології, доцент

Провідна установа – Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, місто Київ

Захист відбудеться “18” червня 2003 р. о 15:00 годині на засіданні вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук в Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова 13, корп. 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України

Автореферат розісланий “15” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, доцент | А.О. Дубина

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В 1998 році на V конгресі Ради ботанічних садів по охороні рослин (BGCS) була сформульована місія ботанічних садів по охороні рослин та визначені шляхи вирішення цієї проблеми. Ця місія тісно пов’язана з конвенцією “Про біологічне розмаїття”, яка була прийнята у 1992 році на конференції з питань навколишнього середовища та розвитку людства у ХХІ столітті, проведеною за ініціативою ООН та ЮНЕСКО. Одним із шляхів збереження видового біорозмаїття є збереження видів in situ, включаючи догляд та раціональне використання територій, що охороняються, відновлення ділянок проживання видів, що зникають (стаття 8). Ботанічний сад ДНУ, що є членом BGCS, також сприяє реалізації даної конвенції, активно проводить роботу у сфері інтродукції та акліматизації рослин, збереження рідкісних та зникаючих видів рослин, збереження та примноження біорозмаїття. Для виконання цих завдань необхідно мати уяву про природні ресурси території ботанічного саду, особливо ґрунтових, та знання про ймовірний вплив тих чи інших антропогенних факторів на їх стан, особливо на родючість.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота пов’язана з Програмою 1998 року Ради ботанічних садів по охороні рослин (BGCS-JUCN), що зв'язана зі збереженням та примноженням біорозмаїття і виконувалась у тісному взаємозв’язку з законодавством України від 29 листопада 1994 року. Основний обсяг дисертації був виконаний у ботанічному саду ДНУ у рамках держбюджетної теми №01-104-99 по охороні, інтродукції та акліматизації рослин та на кафедрі геоботаніки, ґрунтознавства та екології біолого-екологічного факультету ДНУ в рамках держбюджетних тем 01-9-97 (№0197U000657) та 01-132-00 (№0100U005212).

Мета і завдання роботи. Основною метою дослідження було отримання уяви про особливості ґрунтового покриву ботанічного саду ДНУ та розробка рекомендацій по найбільш ефективному використанню ґрунтових ресурсів саду. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- дослідити морфологічні, агрохімічні фізико-хімічні та водно-фізичні властивості ґрунтів ботанічного саду ДНУ;

- дослідити угрупування інтродуцентів саду та визначити їх вплив на ґрунтовий покрив ботанічного саду;

- дослідити вміст та закономірності розподілу важких металів (ВМ) у ґрунтах та виявити вплив автотранспорту на їх вміст у ґрунтах саду;

- визначити вплив рекреаційних навантажень на водно-фізичні властивості ґрунтів саду;

- дати порівняльну характеристику ґрунтів ботанічного саду та знайти їх місце в основних класифікаційних системах, що використовуються на території держав СНД та України; скласти карту-схему ґрунтового покриву ботанічного саду ДНУ;

- надати біолого-екологічну оцінку ґрунтів саду та запропонувати шляхи їх охорони та раціонального використання.

Об’єкт досліджень – ґрунти території ботанічного саду ДНУ.

Предмет дослідження – властивості та склад ґрунтів ботанічного саду, особливості зміни властивостей ґрунтів під впливом антропогенних факторів та інтродуцентів саду, складання карти-схеми ґрунтів саду, вироблення заходів по їх поліпшенню, збереженню та раціональному використанню.

Наукова цінність і новизна одержаних результатів.

На базі фактичного матеріалу отримані дані про вплив угруповань інтродуцентів та їх видів на ґрунтовий покрив ботанічного саду Дніпропетровського національного університету, що розвивається в умовах міста під пресингом антропогенних факторів (техногенне забруднення, рекреаційні навантаження). Відзначена позитивна грунтоперетворювальна роль окремих деревних інтродуцентів в умовах антропопресингу, запропоновані засоби ефективного захисту та поліпшення ґрунтового покриву ботанічного саду ДНУ. Показана негативна роль ненормованого зрошування ґрунтів лабораторно-виробничих ділянок саду.

Практичне значення отриманих результатів. Результати досліджень використані у програмі по інтродукції нових видів деревних культур в умовах Степового Придніпров’я, при проведенні лісомеліоративних заходів у ботанічних садах та паркових зонах промислових міст. Карта-схема, класифікація, характеристика ґрунтів ботанічного саду ДНУ, як і система рекомендацій по їх раціональному використанню, передані ботанічному саду ДНУ для подальшого використання при вирощуванні рослин, що складають генофонд саду та нових видів інтродуцентів. Результати досліджень ґрунтів використані як навчальний матеріал при викладанні курсів “Ґрунти України”, “Екологія рослин”, “Хімічний аналіз ґрунтів”.

Особистий внесок. Основні роботи, що пов’язані з відбором та аналізом проб ґрунтів, узагальненням, інтерпретацією та публікацією результатів досліджень, складанням карт-схем, виробленням рекомендацій для використання ґрунтового покриву ботанічного саду ДНУ були проведені автором особисто у період з 1997 по 2001 рік. Робота Цвєткової Н.М., Кабар А.М. “Содержание и распределение в почвенном покрове ботанического сада ДНУ подвижных форм микроэлементов”, що опублікована у збірнику “Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель” у 2002 році, на 50% виконана автором особисто - отримані експериментальні дані, частково проведено трактування результатів дослідження.

Апробація результатів роботи. Результати проведених за період 1997 – 2001 років досліджень апробовані на конференціях: Міжнародна конференція “Франція та Україна в контексті діалогу національних культур”, 1998 рік, м. Дніпропетровськ; I Міжнародна наукова конференція “Проблеми фундаментальної та прикладної екології”, 22 – 23 грудня 1999 року, м. Кривий Ріг; II Міжнародна наукова конференція “Проблеми фундаментальної та прикладної екології”, 22 – 23 грудня 2000 року, м. Кривий Ріг; “Питання біоіндикації та екології”, 2000 рік, м. Запоріжжя; Міжнародна науково-практична конференція “Геоэкологические и биоэкологические проблемы северного Причерноморья”, 28 – 30 березня 2001 року, м. Тирасполь; конференція молодих вчених “Ломоносов – 2001”, 2001 рік, МДУ, м. Москва; 5-а Пущинська конференція молодих вчених “Биология – наука 21-го века”, 16 – 20 квітня 2001 року; щорічні підсумкові конференції ДНУ; Міжнародна науково-практична конференція “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель”, 29 – 31 травня 2001 року, м. Дніпропетровськ, ДДАУ, XI конференція молодих вчених “Ломоносов – 2002”, 2002 рік, МДУ, м. Москва.

Публікації. Автором опубліковано 10 наукових робіт, з них 4 в фахових виданнях, що затверджені Вищою Атестаційною Комісією України, 5 наукових робіт з 10 у співавторстві (одна - у виданнях ВАК України).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота представлена вступом, 7 розділами, висновками, списком використаної літератури (325 джерел, з них 16 - іноземні) та додатками. Основний зміст викладений на 200 сторінках, з яких текст 139 сторінок. Робота містить 22 таблиці, 41 рисунок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

СТАН ПРОБЛЕМИ.

Ботанічний сад в м. Дніпропетровську був створений у 1931 році професором кафедри ботаніки біологічного факультету ДНУ О.В. Рейнгардом. Сучасний свій вигляд сад відповідно до Левицької А.М. (1962), Бреславець П.П. (1971), Мицика Л.П., Опанасенко В.Ф. (1998), почав приймати у післявоєнний час. Територія саду на 1964 рік складала 68 га. Тоді були сформовані сучасні насадження дендрарію саду (відповідно систематичним положенням О.В. Гроссгейма), створені лабораторно-виробничі ділянки, збудовані адміністративні корпуси, оранжереї, теплиці, основні структурні підрозділи саду як наукової установи (статус науково-дослідницького): лабораторії дендрології, квітництва, тропічних та субтропічних рослин, плодівництва. Ботанічний сад був центром робіт з інтродукції та акліматизації інтродуцентів. В саду почав видаватися збірник наукових праць “Интродукция и акклиматизация в Днепропетровском ботаническом саду”, який проіснував до 1977 року. У 1968 році територія саду була зменшена до 18 га і сад переведено у ранг науково-учбово-виробничого, він практично перестав бути науковою установою. Відновлення наукових робіт почалося після того, як на посаду директора саду прийшов у 1992 році В.Ф. Опанасенко. Територія саду була відновлена до 33 га, та знов стала полігоном для наукових досліджень. Постановою Держкомприроди УРСР від 26.07.1972 р. №224 та Наказом Президента України від 20.08.1996 р. відповідно до статті 31 Закону України за ботанічним садом був закріплений статус “заповідної території”.

Проблема вивчення ґрунтового покриву в ряді ботанічних садів СНД та України висвітлена в роботах О.М. Чурілова, М.Г. Булгакова (1969), зв’язаних з ґрунтовими дослідженнями, що проводились у ботанічному саду АН БРСР в м. Мінську, роботах В.Ф. Іванова (1978, 1981, 1984, 1988), Г.Д. Ярославцева (1974, 1977, 1988); Р.Н. Казімірової (1977, 1978, 1981, 1984, 1985, 1988), В.М. Важова (1977), С.М. Кузнєцова (1978, 1981, 1984) про ґрунтові дослідження, що пов’язані з інтродукцією рослин у Центральному Нікітському ботанічному саду, роботах А.Х. Мукатанова и Р.Н. Хайбуллина (1988) - ботанічний сад Башкирської філії АН СРСР, С.П. Швіндлермана, О.М. Торохової, М.В. Чепіго (1969) - Донецький ботанічний сад АН УРСР, О.Ф. Офіцерової (1990), О.О. Вадковської (1999) - Головний ботанічний сад АН СРСР, м. Москва, О.М. Гродзинського (1975) - ЦБС ім. М.М. Гришка, м. Київ. У 1975 році О.М. Гродзинським був запропонований біогеоценотичний підхід до досліджень по інтродукції рослин, однією зі складових якого є дослідження едафотопів. Після цього була проведена низка нарад по грунтово-агрохімічним дослідженням у ботанічних садах СРСР і обсяг робіт значно розширився до початку кризи 1991 року.

У Дніпропетровському ботанічному саду дослідження ґрунтів носили фрагментарний характер. Збереглися окремі свідчення про дослідження О.І. Кушніра (що проводилися у 60-х роках ХХ сторіччя) в роботах І.М. Романович (1969), З.І. Невесенко (1969), З.М. Столяренкової (1969, 1974), М.К. Коваленко (1971, 1974), З.І. Гаєвої (1971), К.Б. Плюто (1973).

Автором запропонований комплексний біогеоценотичний підхід до вивчення ґрунтового покриву території саду з використанням провідних класифікаційних систем ґрунтового покриву, що використовуються на території СНД, включаючи систематичні положення М.М. Строганової, М.Т. Агаркової, Л.М. Целіщевої, А.Д. Мягкової, Г.В. Прокоф'євої (1990, 1991, 1992, 1997, 1998), Д.Г. Тихоненка (2001), О.В. Мірзак (1999, 2000, 2001, 2002) для ґрунтів урбоекосистем.

ЕКОЛОГІЧНА СИТУАЦІЯ ТА ПРИРОДНЬО-ІСТОРИЧНІ УМОВИ

РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ

Приведена загальна характеристика клімату, геоморфологічних особливостей ґрунтового покриву, рослинного та тваринного світу району досліджень. Представлена екологічна ситуація. Район досліджень входить до складу урбанізованої території м. Дніпропетровська, яка знаходиться у південно-східній частині України у межах Степового Придніпров’я, у підзоні різнотравно-типчаково-ковилових степів та представлена плакорними екосистемами (приводороздільно-балковий ландшафт по О.Л. Бельгарду (1950, 1960, 1971)), що знаходяться під активним впливом міського середовища.

ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження базувалися на біогеоценологічних принципах з використанням класичних методик, що прийняті у геоботаніці, ґрунтознавстві та екології. В цьому розділі приведені основні методи та методики, що використовуються у ґрунтових та геоботанічних дослідженнях та обґрунтовано їх використання. Автором були вивчені особливості ґрунтів ботанічного саду ДНУ, які займають площу 37 секторів саду. На основі особливостей рослинного покриву та господарського використання виділені 6 основних ділянок досліджень ґрунтового покриву саду: степовий різнотравно-злаковий переліг, насадження дендрарію що самовідновідновлюються, насадження дендрарію що самостійно не відновлюються, лабораторно-виробничі ділянки, ділянки насипних ґрунтів, що сформувалися як на природних ґрунтах, так і на відвалах антропогенного походження (Рис. 1). Із-за особливостей рослинного покриву території саду (висока строкатість) закладка пробних площ проводилась в межах секторів саду, що відповідає межам угруповань. Досліджено 13 повнопрофільних ґрунтових розрізів та 40 напів’ям глибиною до 1 м. Номери пробних площ та ґрунтових розрізів відповідають номерам секторів. Як еталон вивчались ґрунти різнотравно-типчаково-ковилового степу Присамар’я Дніпровського та ґрунти різнотравно-злакового перелогу ботанічного саду ДНУ. Для кожної пробної площі проведений опис рослинних угруповань, досліджені особливості міграції органо-мінеральних речовин. Вивчені основні морфологічні та фізико-хімічні властивості ґрунтів, визначений вміст в ґрунтах важких металів. З основних фізико-хімічних характеристик ґрунтів були вивчені наступні: вміст органічної речовини, актуальна кислотність та сольовий склад водної витяжки, склад ґрунтово-поглинального комплексу, вміст рухомих форм поживних елементів (NPK), пористість, щільність твердої фази та об’ємна маса ґрунту, форми ґрунтової вологи (ГВ, МГВ, ПВ). Для більш детального вивчення впливу інтродуцентів на ґрунтовий покрив крім основних характеристик вивчався також груповий склад гумусу, пластичність та зв’язність ґрунтів. Для визначення зв’язності ґрунтів використовувався модифікований к.б.н., доц. Олегом І.Є. в лабораторії фізики ґрунтів НДІ біології ДНУ метод із застосуванням машини для випробування міцності на розрив ZE-400 (Німеччина). Математична обробка результатів виконувалась відповідно до посібника Дмітрієва Е.О (1972), та Лакіна Р.Ф (1990). Обробка експериментальних даних проводилась за допомогою пакетів комп’ютерних програм Microsoft Word-2000, Excell-97, Corel Draw, Adobe PhotoShop, Adobe PhotoPaint.

Природні ТА антропогенно перетворенІ грунтИ

ботанічного саду ДНІПРОПЕТРОВСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ (ДНУ)

Досліджувались природні та антропогенно-перетворені ґрунти ботанічного саду ДНУ. До природних ґрунтів належать ґрунти різнотравно-злакової степової цілини саду. До антропогенно перетворених - ґрунти під угрупованнями інтродуцентів дендрарію, що самовідновлюються та під угрупованнями інтродуцентів дендрарію, що не відновлюються самостійно, а також ґрунти лабораторно-виробничих ділянок.

Ґрунти різнотравно-злакової степової цілини ботанічного саду ДНУ (природні ґрунти), як і ґрунти різнотравно-типчаково-ковилового степу Присамар’я Дніпровського, представлені чорноземами звичайними малогумусними. Ці ґрунти використовуються як еталонні. Потужність гумусового горизонту ґрунтів цілини саду – 40 см, ґрунтів цілини Присамар’я – 35 см. Вміст органічної речовини у корененасиченому горизонті (0-50 см) варіює від 3,08% (в ґрунтах степової цілини ботанічного саду) до 3,36% (в ґрунтах цілини Присамар’я), рухомих форм нітратів відповідно від 0,3 до 0,4 мг/100 г ґрунту, калію – від 11,85 до 13,00 мг/100 г ґрунту, значення рН – від 7,10 до 7,35. Об’ємна маса ґрунту в корененасиченому шарі обох ґрунтів – 1,40 г/см3, щільність твердої фази ґрунтів – 2,52-2,54 г/см3, пористість – 42,9 та 44,9 %. В ґрунтах степової цілини саду найбільш високий вміст рухомих форм фосфатів – 15,20 мг/100 г ґрунту (при 3,23 мг/100г ґрунту у чорноземах Присамар’я). Вміст валових форм Fe в ґрунтах степової цілини ботанічного саду – 9484 мг/кг (8963 мг/кг у чорноземах Присамар’я Дніпровського), Mn – 514,68 мг/кг (457,78 мг/кг), Ni – 32,22 мг/кг (27,11 мг/кг), Cu – 6,38 мг/кг (7,52 мг/кг), Zn – 21,32 мг/кг (23,52 мг/кг), Pb – 5,14 мг/кг (4,25 мг/кг), Cd – 0,41 мг/кг (0,49 мг/кг ґрунту). Найбільш суттєві відмінності чорноземів звичайних степової цілини Присамар’я Дніпровського та ботанічного саду ДНУ спостерігаються у механічному складі ґрунтів. Чорноземи ботанічного саду – легкосуглинкові, чорноземи Присамар’я – важкосуглинкові. Відповідно коефіцієнт зав’ядання рослин (КЗР) у чорноземах саду – 8,99%, у чорноземах Присамар’я – 9,65 %.

Досліджувались ґрунти під насадженнями дендрарію ботанічного саду. За особливостями міграції органо-мінеральних речовин, по відсутності або наявності самосіву та підросту деревних культур всі угрупування дендрарію об’єднані у дві групи: угруповання що самовідновлюються та угруповання, що не відновлюються самостійно (деградуючі). Для угруповань що самовідновлюються характерний загальмований тип кругообігу органо-мінеральних речовин (індекс інтенсивності – 1,5 – 5,1), що характерний для лісових угрупувань степової зони України. Відмінності існують також для ґрунтів під цими угрупованнями. Під деградуючими угрупованнями підстилка не зберігається. Порівнювалися ґрунти під угрупованнями, що самовідновлюються, род. соснових (сектор 15), соснових, тисових, кипарисових, кленових (сектор 25), евкомієвих (сектор 24), маслинових, букових (сектор 23), бобових, кленових (сектор 36 б), та під деградуючими угрупованнями род. кленових (сектор 17), розоцвітних, жимолостних, гортензієвих (сектор 11).

В ґрунтах під угрупованнями, що самовідновлюються, значно збільшується потужність гумусового горизонту (до 75 см). Відбувається збільшення вмісту органічної речовини у корененасичених горизонтах ґрунту (4,77 – 5,70 %), вмісту рухомих форм калію (до 22,5 мг/100 г ґрунту). Під угрупованнями хвойних та евкомієвих (рослина-латексонос) змінюється характер гумусу з гуматного (СГК/СФК – 1,13-2,0) на фульватний (СГК/СФК – 0,35-0,85). З глибиною відношення СГК/СФК стає таким, як у чорноземах звичайних – 1,17-3,00 (гуматний тип гумусу). В ґрунтах під хвойними культурами відбувається збільшення кислотності (рН – 6,63). Фізичні властивості даних ґрунтів близькі до фізичних властивостей еталонних ґрунтів. Середній вміст валових форм Fe – 10791 мг/кг, Mn – 608,61 мг/кг, Ni – 42.17 мг/кг, Cu – 16,05 мг/кг, Zn – 72,31 мг/кг, Pb – 7,31 мг/кг, Cd – 0,69 мг/кг ґрунту. Розмаїття розподілу рухомих форм поживних елементів ґрунту (NPK) дендрарію представлено на рисунку 2. Найбільш яскравими представниками цих ґрунтів є ґрунти угруповання сектору 18 (насадження род. букових, маслинових, кленових). На фоні інтенсивного вилуговування у цих ґрунтах спостерігається активне накопичення органічної речовини та поживних елементів (NPK) під впливом деревних інтродуцентів.

В ґрунтах під деградуючими угрупованнями дендрарію потужність гумусового горизонту знижується до 22-30 см. Вміст органічної речовини у корененасиченому шарі ґрунту становить в середньому 2,49%. Ці ґрунти менш забезпечені рухомими формами фосфатів та калію у порівнянні з ґрунтами під угрупованнями, що самовідновлюються (Рис. 2). Зменшилась пористість ґрунтів (до 38,9%), збільшилась об’ємна маса (до 1,60 г/см3). Вміст важких металів в цих ґрунтах близький до їх вмісту в еталонних ґрунтах. Відбувається деградація цих ґрунтів, як це добре видно на прикладі угруповання родини розоцвітних (сектор 31). Змивається поверхневий шар ґрунту, відбувається його активне ущільнення, гумусонакопичення слабке.

Вивчався вплив окремих видів деревних інтродуцентів на ґрунтовий покрив саду: модрини європейської, сосни чорної, гінкго дволопатевого, дуба імеретинського, евкомії в'язолистної, каркаса західного. Зміни властивостей ґрунтів під цими культурами мають індивідуальний характер. Кількість гумусу максимальна в ґрунтах під каркасом західним (6,22%) та дубом імеретинським (6,01%). Зміни характеру органічної речовини ґрунтів відображені в таблиці 1. Найбільш інтенсивні зміни складу органічної речовини ґрунтів відбулись у ґрунтах під сосною чорною та евкомією в’язолистною. Відбулось також підкислення ґрунту під сосною чорною (рН 6,60 у шарі 0-10 см). Рухомими формами фосфору та калію найбільш забезпечені ґрунти під каркасом західним (Р2О5 – 27,20 мг/100г ґрунту, К2О – 29,60 мг/100г). Для ґрунтів під цією культурою характерні найбільші значення пористості (50,62%), пластичності ґрунту (число пластичності – 9). Вміст валових форм важких металів в порівнянні з еталонними збільшився під сосною чорною, модриною європейською (Fe в 1,5-2,0 рази, Mn в 2-3 рази, Cu – в 2 рази), каркасом західним (Zn – в 3 рази, Pb – в 12 разів).

Ґрунти лабораторно-виробничих ділянок ботанічного саду у порівнянні з еталонними характеризуються зниженням потужності гумусового горизонту з 40 до 30 см, вмісту гумусу з 3,08% до 2,36%,зміною характеру гумусу ґрунту з гуматного на фульватний – СГК/СФК – 0,22-0,66, зниженням пористості ґрунту (з 44,88% до 38,07%). Рухомими формами як фосфору, так і калію ці ґрунти забезпечені достатньо (вміст Р2О5 досягає 115,58 мг/100г, К2О – 25,77 мг/100г ґрунту). Це пов’язано з внесенням в ґрунт фосфорно-калійних мінеральних добрив. Найбільш активними змінами характеризуються ґрунти під однорічними квітково-декоративними культурами, де вміст гумусу у шарі 0-50 см знижується до 2,07%. Знижується вміст водорозчинних сполук (з 0,043% до 0,023% сухого залишку) та значення рН (з 7,35 до 6,74). Потужність вилугуваного шару ґрунту в порівнянні з чорноземами звичайними збільшується від 60 см (слабо вилугуваний ґрунт) до 80 см (середньо вилугуваний ґрунт). Причина змін – активна обробка ґрунтів ділянок, що виражена у формі рихлення, прополки, перекопки та поливу незасоленими прісними водами. Внесенням мінеральних фосфорно-калійних добрив зумовлюється підвищений вміст кадмію у ґрунті (5,28 мг/кг ґрунту).

Рис. 2. Вміст необхідних для живлення рослин речовин (NPK) в ґрунтах під деревно-чагарниковими насадженнями

Таблиця 1

Вміст та склад гумусу ґрунтів під деревними інтродуцентами ботанічного саду ДНУ

Інтродуцент | Горизонт взяття проб, см | Загальний гумус, % | Вміст загального вуглецю, % | Вміст вуглецю пірофосфат. Витяжки | С гумінових кислот, % | С фуль-вокислот, % | С негідро-лізованого залишку, % | Сгк/Сфк

Модрина європейська | 0-10 | 5,08+0,17 | 2,94+0,06 | 0,33+0,06 | 0,27+0,05 | 0,06+0,01 | 2,61+0,05 | 4,5

40-50 | 2,08+0,07 | 1,21+0,02 | 0,36+0,06 | 0,30+0,05 | 0,06+0,01 | 0,85+0,02 | 5,0

Сосна чорна | 0-10 | 4,66+0,15 | 2,70+0,05 | 0,96+0,16 | 0,45+0,08 | 0,51+0,09 | 1,74+0,03 | 0,88

40-50 | 1,97+0,07 | 1,14+0,02 | 0,42+0,07 | 0,21+0,04 | 0,20+0,03 | 0,72+0,01 | 1,0

Гінкго дволопатевий | 0-10 | 4,25+0,14 | 2,46+0,05 | 0,72+0,12 | 036+0,06 | 0,36+0,06 | 1,74+0,03 | 1,0

40-50 | 1,77+0,06 | 1,03+0,02 | 0,30+0,05 | 0,21+0,04 | 0,09+0,02 | 0,73+0,01 | 2,3

Дуб імеретинський | 0-10 | 6,01+0,20 | 3,49+0,07 | 0,63+0,11 | 0,33+0,06 | 0,30+0,05 | 2,86+0,05 | 1,1

40-50 | 2,28+0,08 | 1,32+0,03 | 0,39+0,07 | 0,24+0,04 | 0,15+0,03 | 0,93+0,02 | 1,6

Евкомія в’язолистна | 0-10 | 4,56+0,15 | 2,65+0,05 | 0,57+0,10 | 0,24+0,04 | 0,33+0,06 | 2,08+0,04 | 0,7

40-50 | 2,18+0,07 | 1,23+0,02 | 0,42+0,07 | 0,23+0,04 | 0,18+0,03 | 0,83+0,02 | 1,3

Каркас західний | 0-10 | 6,22+0,21 | 3,60+0,07 | 0,84+0,14 | 0,42+0,07 | 0,42+0,07 | 2,76+0,05 | 1,0

40-50 | 2,07+0,07 | 1,20+0,02 | 0,30+0,05 | 0,18+0,03 | 0,12+0,02 | 0,90+0,02 | 1,5

ШТУЧНО СТВОРЕНІ ГРУНТИ БОТАНІЧНОГО САДУ ДНУ

Досліджувались штучно створені ґрунти на природних ґрунтах та на відвалах антропогенного походження.

Штучні ґрунти на природних ґрунтах успадкували основні ознаки природних еталонних ґрунтів, які використовувались при їх створенні. Вони малогумусні (3,52% гумусу в корененасиченому горизонті), недостатньо забезпечені рухомими формами нітратів (0,72 мг/100г ґрунту), фосфатів (11,02 мг/100г) та калію (11,8 мг/100г). Вміст водорозчинних сполук в цих ґрунтах більш високий у порівнянні з еталонними ґрунтами (0,08% сухого залишку), як і величина актуальної кислотності (рН – 8,43). В профілі ґрунту спостерігаються різкі коливання величин об’ємної маси (1,10-1,86 г/см3), пористості (42,4-60,0 %), вмісту гумусу (у насипному шарі – 2,9-3,3%, у похованому гумусовому горизонті – 3,6%, у материнській породі – 1,6%). Порушена природна стратифікація генетичних ґрунтових горизонтів. Ґрунтовий профіль складається з двох частин (насипного та похованого ґрунту). Вміст важких металів у корененасиченому горизонті вище їх вмісту в корененасичених горизонтах природних ґрунтів саду: Fe – в 1,5 рази, Mn – в 1,7 разу, Ni, Pb, Cd - в 2 рази, Cu – в 2,5 рази.

Штучні ґрунти на відвалах антропогенного походження успадкували властивості як насипного ґрунту, так і матеріалів, що увійшли до складу похованих відвалів. У порівнянні з чорноземами звичайними ці ґрунти мають малу потужність ґрунтового профілю (0-40 см), гумусового урбогоризонту (0-20 см), слабогумусовані (2,43% гумусу), низько забезпечені рухомими формами фосфатів (11,0 мг/100г ґрунту), підвищено – рухомими формами калію (33,7 мг/100г). Вони багаті мінеральними водорозчинними сполуками (0,126% сухого залишку), характеризуються лужною реакцією водної витяжки (рН водн. - 8,69). Зростає величина об’ємної маси ґрунтів (1,92 г/см3). Щільність твердої фази даних ґрунтів висока – 2,76 г/см3. Вміст важких металів в цих ґрунтах перевищує їх вміст в еталонних ґрунтах саду: Fe – в 4,5 рази, Mn – в 6,8 раз, Ni – в 7,3 рази, Cu – в 9,9 раз, Zn – в 6,3 рази, Pb – в 17 разів, Cd – в 22 рази. Це пов’язано, в першу чергу, з підвищеним їх вмістом у підстилаючій породі

ВПЛИВ АВТОТРАНСПОРТУ ТА РЕКРЕАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ГРУНТИ БОТАНІЧНОГО САДУ ДНУ

В даному розділі представлені дані про вплив на ґрунтовий покрив саду таких домінуючих в умовах великих урбоекосистем факторів як автотранспортні забруднення та рекреаційні навантаження на ґрунт.

В результаті впливу автотранспорту у 120-метровій зоні від автомагістралі відбувається зміна вмісту важких металів у ґрунті. Кількість валових форм Mn в 120-метровій зоні від автомагістралі зростає від 492,4 до 870,5 мг/кг, Ni – від 31,03 до 131,62 мг/кг, Cu – від 8,67 до 55,29 мг/кг, Zn – від 23,89 до 132,85 мг/кг, Pb – від 5,22 до 16,77 мг/кг, Cd – від 0,50 до 0,76 мг/кг ґрунту.

Під впливом рекреаційних навантажень (витоптування) в ґрунтах відбувається зниження пористості від 43,3 – 53,9 % до 26,8 – 45,2 %, збільшення об’ємної маси від 1,13 – 1,40 г/см3 до 1,37 – 1,80 г/см3, зниження гігроскопічності та максимальної гігроскопічності ґрунтів (ГВ при відсутності навантажень – 2,04 – 2,88 %, МГВ – 3,86-5,63 %, ГВ при активних навантаженнях – 1,63 – 2,46 %, МГВ – 2,65 – 5,33 %). Фізичні властивості ґрунтів погіршуються, що несприятливо діє на рослини-інтродуценти.

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ грунтів БОТАНІЧНОГО САДУ ДНУ, ЇХ МІСЦЕ В СУЧАСНИХ КЛАСИФІКАЦІЯХ ГРУНТІВ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ ТА СНД. ОЦІНКА ПРИДАТНОСТІ ДО ВИКОРИСТАННЯ

На базі отриманих експериментальних даних всі ґрунти ботанічного саду ДНУ можуть бути розташовані в висхідний ряд збільшення антропогенної трансформації: природні ґрунти степової цілини саду; ґрунти насаджень дендрарію, що відновлюються; ґрунти насаджень дендрарію, що не відновлюються самостійно; ґрунти лабораторно-виробничих ділянок; насипні ґрунти на природних ґрунтах; насипні ґрунти на відвалах антропогенного походження. Цей ряд відображує ступінь зміни властивостей природних еталонних ґрунтів під впливом антропогенних факторів. Чорноземи звичайні малогумусні під впливом угруповань дендрарію, що самовідновлюються, перетворились в урбочорноземи звичайні лісопокращені (Стадніченко, 1955, 1960; Травлєєв, 1973; Бєлова, 1997, 1999; Мірзак, 1999, 2001). Під деградуючими угрупованнями дендрарію утворились урбочорноземи звичайні слабо порушені (Мірзак, 1999, 2001, 2002; Строганова, 1990, 1992, 1997, 1998). Під лабораторно-виробничими ділянками відповідно до різних класифікацій сформувались агроземи чорноземні (Тихоненко, 2001), агроземи акумулятивно-гумусові (Лєбєдєва та ін., 1990, 1996), культуроземи як підтип урбаноземів (Мірзак, 1999, 2001, 2002; Строганова та ін., 1990, 1992, 1997, 1998). Штучно створені ґрунти на природних ґрунтах класифікуються як стратоземи темні на похованих ґрунтах (Лєбєдєва та ін., 1990, 1996), як урбоштучноземи (Мірзак, 1999, 2001, 2002; Строганова та ін., 1990, 1992, 1997, 1998), штучно створені ґрунти на відвалах антропогенного походження – як техноземи чорноземні (Вернандер та ін., 1951), як техноземи лужні (Тихоненко, 2001), як реплантоземи (Лєбєдєва та ін., 1990, 1996), або як урботехноземи (Мірзак, 1999, 2002).

Родючість ґрунтів пов’язана, в першу чергу, з такими характеристиками, як вміст органічної речовини, вміст рухомих форм поживних речовин (NPK), вміст легкорозчинних сполук, лужність та кислотність, склад грунтово-поглинального комплексу, вміст важких металів (мікроелементів), об’ємна маса, пористість та гранулометричний склад ґрунту. За рівнем родючості досліджені ґрунти утворюють низхідний ряд: ґрунти насаджень дендрарію, що відновлюються; ґрунти різнотравно-злакової степової цілини ботанічного саду; ґрунти агроценозів, що потребують активного внесення органічних добрив, зменшення норми поливу за рахунок активного мульчування поверхні, терасування; ґрунти деградуючих насаджень дендрарію, що потребують значного зниження антропогенних навантажень: припинення вбирання підстилки, опаду, викосу й виносу травостою, зменшення рекреаційних навантажень; насипні ґрунти на природних ґрунтах, що потребують додаткового внесення органічних добрив, або вирощування на них рослин з поверхневою кореневою системою та стійких до засолення; насипні ґрунти на відвалах антропогенного походження потребують додаткової насипки багатого гумусом ґрунту на їх поверхню, або внесення органічних добрив; насадження деревних культур необхідно проводити в ямки, що заповнені багатими гумусом ґрунтами або ж використовувати в озелененні ділянок, що зайняті цими ґрунтами, деревні культури, стійкі до засолення та до високої кам'янистості ґрунту.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу морфологічних, агрохімічних, фізико-хімічних та водно-фізичних властивостей ґрунтів, вмісту ВМ у ґрунтах визначено, що під впливом рослинності та антропогенних факторів відбулася трансформація ґрунтів ботанічного саду ДНУ.

2. Вивчено вплив деревно-чагарникових інтродуцентів та їх угруповань на ґрунтовий покрив дендрарію саду. Конкретні види інтродуцентів особисто впливають на ґрунти дендрарію та, сумісно з іншими антропогенними факторами, формують строкатість ґрунтового покриву.

3. Встановлено, що під угрупуваннями деревно-чагарникових інтродуцентів що самовідновлюються у ґрунтах відбувається збільшення вмісту гумусу, рухомих поживних елементів (NPK), зростає вилужність, відбувається збільшення вмісту ВМ у межах, що характерні для чорноземів лісових степової зони. Величини щільності твердої фази, об’ємної маси, пористості ґрунтів близькі до відповідних характеристик чорноземів звичайних степової цілини.

4. Під угрупованнями дендрарію, що не відновлюються самостійно, відбувається погіршення ряду властивостей ґрунтів – зменшення пористості, збільшення об’ємної маси ґрунтів в результаті безпосереднього впливу антропогенних факторів. Вміст ВМ збільшується незначно, а таких небезпечних елементів як Pb, Cd – зменшується.

5. Серед угруповань дендрарію що самовідновлюються, особливе місце займають угруповання хвойних культур, котрі змінюють якісний склад гумусу ґрунтів під ними, підкислюють поверхневі горизонти ґрунтів, сприяючи більш активному їх вилуговуванню.

6. Серед окремих видів інтродуцентів найбільш поліпшують ґрунтові характеристики дуб імеретинський та каркас західний. У ґрунтах під ними зростає в 2 рази вміст органічної речовини, зростає вміст рухомих форм фосфору та калію, зменшується об’ємна маса у порівнянні з чорноземами звичайними степової цілини.

7. Властивості ґрунтів лабораторно-виробничих ділянок ботанічного саду ДНУ та вміст важких металів в них залежать від господарської діяльності (рихлення, зрошення, внесення фосфорно-калійних добрив).

8. Властивості насипних ґрунтів саду переважно залежать від підбору матеріалів, що використовуються при їх створенні та від характеру їх використання. Вміст ВМ у насипних ґрунтах залежить від їх вмісту у первинних матеріалах ґрунтів та від антропогенних факторів, що супроводжують їх розвиток. Ці ґрунти більш багаті за вмістом ВМ, ніж ґрунти степової цілини. Ґрунти на природних ґрунтах за основними своїми характеристиками близькі до зональних чорноземів звичайних (при їх створенні використовувався матеріал чорноземів звичайних). Ґрунти на відвалах антропогенного походження мають особливо низьку родючість.

9. Досліджено вплив автотранспорту на вміст ВМ у ґрунтах саду. Встановлено, що в результаті його впливу відбувається зміна складу ВМ ґрунтів у 120-метровій смузі від автомагістралі.

10. Вивчено вплив рекреаційних навантажень на фізичні властивості ґрунтів. В результаті впливу цих навантажень (витоптування) зменшується пористість ґрунту, зростає об’ємна маса.

11. Виділені 6 основних груп ґрунтів ботанічного саду та визначена послідовність трансформації їх властивостей:

- ґрунти різнотравно-злакової степової цілини;

- ґрунти насаджень дендрарію що самовідновлюються;

- ґрунти насаджень дендрарію, що не відновлюються самостійно (деградуючих);

- ґрунти лабораторно-виробничих ділянок;

- насипні ґрунти на природних ґрунтах;

- насипні ґрунти на відвалах антропогенного походження.

12. Виявлене можливе систематичне положення основних ґрунтів ботанічного саду відповідно різним сучасним класифікаційним системам, що використовуються на території України та СНД. Ґрунти під угрупуваннями, що самовідновлюються, характеризуються як урбочорноземи звичайні лісопокращені; під деградуючими угрупованнями – як урбочорноземи звичайні слабо порушені. Ґрунти під лабораторно-виробничими ділянками відповідно різним класифікаційним системам характеризуються як агроземы чорноземні, агроземы акумулятивно-гумусові, як культуроземи. Ґрунти степової цілини ботанічного саду – чорноземи звичайні малогумусні. Штучно створені ґрунти на природних ґрунтах класифікуються як стратоземи темні на похованому ґрунті та як урбоштучноземи. Штучно створені ґрунти на відвалах антропогенного походження – як техноземи чорноземні, техноземи лужні з автоморфним зволоженням, реплантоземи та урботехноземи.

13. На основі результатів дослідження складена робоча карта-схема ґрунтового покриву території ботанічного саду ДНУ.

14. Зроблена оцінка придатності до використання та запропоновані рекомендації по раціональному використанню ґрунтів ботанічного саду ДНУ. По зниженню родючості ґрунти ботанічного саду утворюють ряд:

- ґрунти угруповань дендрарію, що самовідновлюються;

- ґрунти степової цілини ботанічного саду;

- ґрунти лабораторно-виробничих ділянок;

- ґрунти деградуючих угруповань дендрарію;

- насипні ґрунти на природних ґрунтах;

- насипні ґрунти на відвалах антропогенного походження.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ

1. Класифікацію ґрунтів ботанічного саду ДНУ та результати фізичних, хімічних досліджень передано в ботанічний сад ДНУ для подальшого їх використання при вирощуванні рослин, що складають генофонд ботанічного саду ДНУ та нових інтродуцентів.

2. Результати досліджень рекомендовані для використання при створенні нових захисних зон та зон відпочинку на території міста Дніпропетровська, а також при реконструкції старих.

3. Матеріали роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі геоботаніки, ґрунтознавства та екології біолого-екологічного факультету ДНУ в курсах “Ґрунти України”, “Екологія рослин”, “Хімічний аналіз ґрунтів”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

АНОТАЦІЯ

Кабар А.М. Еколого-біологічні властивості ґрунтового покриву ботанічного саду Дніпропетровського національного університету (становлення, охорона, раціональне використання). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2003.

Досліджувався ґрунтовий покрив ботанічного саду ДНУ, його трансформація під впливом угруповань інтродуцентів колекції ботанічного саду та інших антропогенних чинників.

Визначена роль різних угруповань та окремих видів інтродуцентів дендрарію саду в трансформації властивостей ґрунтового покриву. Виявлено, що стан ґрунтів дендрарію пов’язаний зі станом угруповань інтродуцентів дендрарію. Виявлений позитивний вплив окремих видів інтродуцентів на властивості ґрунтів. Вивчена негативна роль агро-меліоративних робіт у трансформації властивостей ґрунтів лабораторно-виробничих ділянок; дослідженнями встановлені особливості штучно створених ґрунтів саду та зв’язок їх властивостей з особливостями матеріалів, що використовувались при їх створенні.

Визначено вплив автотранспорту на ґрунтовий покрив саду. Вивчено вплив на ґрунтовий покрив рекреаційних навантажень.

Створена карта-схема ґрунтового покриву території ботанічного саду ДНУ, приведена класифікація ґрунтів відповідно існуючим класифікаційним системам, проведена оцінка родючості цих ґрунтів та вироблені рекомендації по їх використанню.

Ключові слова: ґрунти ботанічних садів, автотранспортне забруднення, рекреаційне навантаження, вплив інтродуцентів на ґрунти.

АННОТАЦИЯ

Кабар А.Н. Эколого-биологические свойства почвенного покрова ботанического сада Днепропетровского национального