Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського”

КАЗЮТА Олександр Миколайович

УДК 631.4:630х114

ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ ТА ВИКОРИСТАННЯ

ЗАПЛАВНИХ ЛІСОВИХ ҐРУНТІВ р. СІВЕРСЬКИЙ ДОНЕЦЬ

У ЛІСОСТЕПОВИХ УМОВАХ

06.01.03 – агроґрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Харківському національному аграрному університеті ім. В.В. Докучаєва Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор

Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний

аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, проректор з навчальної

роботи

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Канівець Віктор Іванович, Чернігівський державний інститут економіки і управління, Міністерство освіти і науки України, завідувач кафедри аграрних технологій

доктор сільськогосподарських наук, професор Кізяков Юрій Євгенович, Кримський державний агротехнологічний університет, Міністерство аграрної політики України, завідувач кафедри ґрунтознавства та екології

Провідна установа: Національний аграрний університет, кафедра ґрунтознавства і охорони ґрунтів, Кабінет Міністрів України, м. Київ

Захист відбудеться “24” лютого 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий “23” січня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з головних проблем розвитку та функціонування народногосподарського комплексу України є раціональне й ефективне використання природних ресурсів, які доступні для швидкого освоєння та дають найбільший економічний ефект. Одне з провідних місць при цьому займають питання раціонального використання землі як головного засобу виробництва у сільському та лісовому господарстві, що, за висловом В.В. Докучаєва, базується на гармонійному співвідношенні ріллі, лук, лісів, водойм, що обумовлює, за В.І. Вернадським, ноосферне майбуття сучасної біосфери.

Меліоративні роботи, лісорозведення й охорона лісових масивів, створення культурних і відновлення природних лук, запобігання деградаційним явищам у природі не можливі без знання ґрунтового покриву й особливостей конкретних ґрунтів. Заплавні ґрунти належать до категорії найменш вивчених. Тому дослідження розвитку (генези) та стабілізації їх загальнобіосферних функцій з максимально ефективним використанням у сільському і лісовому господарстві має виняткове наукове та господарське значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок наукових досліджень пов’язаний з виконанням НТП “Охорона і використання родючості ґрунтів” і завдання 10.8 кафедри ґрунтознавства “Вивчити сучасний розвиток та властивості гідроморфних ґрунтів у заплавах Лівобережного Лісостепу України у зв’язку з їх окультурюванням і підвищенням родючості на прикладі долини річки С. Донець” з проблеми “Еволюція процесів ґрунтотворення і родючості ґрунтів долинних ландшафтів різних природних зон” (№ ДР 01827023103) та “Особливості розвитку та використання заплавних лісових ґрунтів р. Сіверський Донець в лісостепових умовах” (№ ДР 0101U002276) згідно з НТП “Родючість ґрунтів” (№ ДР 0196U012534). Напрям наукових досліджень відповідає Державній програмі “Ліси України на 2002-2015 роки”, затвердженій постановою Кабінету Міністрів України “Про Державну програму “Ліси України” на 2002-2015 роки” від 29.04.02, №581.

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень _виявлення загальних закономірностей розвитку ґрунтотворного процесу під лісовою та трав’яною рослинністю в умовах заплави й у визначенні шляхів раціонального використання заплавних ґрунтів. Для досягнення цієї мети були вирішені такі задачі: дослідити розвиток гумусово-акумулятивного й глеє-елювіального та проконтролювати можливості розвитку підзолистого і солонцевого процесів ґрунтотворення в гідроморфних умовах заплави під різними фітоценозами; вивчити фізичні, фізико-хімічні та хімічні характеристики алювіальних заплавних ґрунтів та їх мікробіологічну активність; виявити запаси, хімічний склад наземної і підземної частин біомаси лісової та трав’яної рослинності; внести доповнення до типології заплавних земель; визначити шляхи раціонального використання заплавних ґрунтів і спрогнозувати їх подальший розвиток.

Об’єкт дослідження - природне заплавне ґрунтотворення на різних частинах заплави р. Сіверський Донець під лісовою та трав’яною рослинністю.

Предмет досліджень – водно-фізичні, фізичні, фізико-хімічні, хімічні характеристики ґрунтів, їх мікробіологічна активність.

Методи досліджень. Основні закономірності розвитку та використання заплавних ґрунтів досліджувалися профільним, порівняльно-аналітичним, а також методом ключів. Одержані результати оброблені методами варіаційного, кореляційного і дисперсійного аналізів.

Наукова новизна результатів. Вперше в Україні детально досліджено особливості генези, склад і властивості алювіальних ґрунтів окремих областей заплави Сіверського Дінця на території півдня Лісостепу під лісовою рослинністю у порівнянні з трав’яною, що дозволило встановити наступне: алювіальні заплавні ґрунти долини р. Сіверський Донець, що знаходяться під лісовою широколистяною рослинністю розвиваються не за підзолистим, а за специфічним гідроморфно-алювіально-гумусово-акумулятивним процесом ґрунтотворення. Солонцевий процес ґрунтотворення під трав’яними і лісовими заплавними фітоценозами не розвивається через слабке сульфатно-гідрокарбонатне засолення та високу активність іонів Са2+, які пов’язані з геологічними та гідрогеохімічними особливостями долини Сіверського Дінця. Гумусово-акумулятивне заплавне ґрунтотворення під лісом і лучними травами відбувається під специфічним впливом глейового процесу, котрий сприяє монтморилонітизації мулу, фульватизації гумусу, збільшенню вмісту обмінного магнію та звуженню співвідношення Са2+:Mg2+. Особливості прояву ґрунтотворного процесу у прирусловій, центральній, притерасовій заплавах обумовлюють особливості сільськогосподарської типології земель і шляхи їх раціонального використання.

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні еволюційно-генети-чні дослідження є основою подальшої розробки концепції заплавного ґрунтотворення і мають підстави бути використаними при визначенні моделей раціонального використання земель та підвищення родючості алювіальних ґрунтів Лісостепу України. Комплексна оцінка властивостей і потенційних можливостей ґрунтів допоможе оптимізувати природокористування у долині р. Сіверський Донець, підвищити продуктивність лісових та кормових угідь, вирішити екологічні проблеми.

Матеріали дисертаційного дослідження використовуються в навчальному процесі в Харківському НАУ ім. В.В. Докучаєва, в Харківському державному педагогічному університеті ім. Г.С. Сковороди, у системі філіалів Інституту землеустрою УААН, в Українському НДІ лісового господарства ім. Г.М. Висоцького та в Українському державному проектному лісовпорядному виробничому об’єднанні “Харківська державна лісовпорядна експедиція”.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто розробив і сформулював всі наукові положення роботи, виконав польові та лабораторні дослідження, здійснив статистичну обробку експериментальних даних й провів їх узагальнення.

Апробація результатів досліджень. Матеріали дисертаційного дослідження регулярно доповідалися й одержали позитивну оцінку на наукових конференціях Харківського національного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва у 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 та 2003 рр., на обласній науково-практичній конференції “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи” (2000 р.); на Всеукраїнській конференції молодих вчених “Агроекологія як основа стабільності сільського господарства”, (2000 р.) та VІ з’їзді Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків (2002 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано дев’ять наукових праць, у тому числі 6 наукових статей у фахових виданнях. Загальний обсяг публікацій – 3,4 друкарських аркушів.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 213 сторінках комп’ютерного тексту (з них текстова частина - 95 сторінок), складається зі вступу, аналітичного огляду літератури, п’яти розділів, висновків і пропозицій виробництву, списку використаних джерел з 381 найменування, має 46 рисунків, 21 таблицю, 23 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Розглядаються актуальність теми, зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мета і задачі досліджень; об’єкт і предмет досліджень; наукова новизна результатів; практичне значення одержаних результатів; особистий внесок здобувача, апробація результатів досліджень.

Аналітичний огляд літератури. Узагальнюються дані про розвиток ґрунтотворного процесу у заплавах річок. Цей процес вивчали як ґрунтознавці, так і геологи, географи, геоморфологи, геоботаніки, гідрологи, екологи, агрохіміки та представники інших наук. Найбільший внесок у розробку наукових основ теорії заплавного ґрунтотворення зробили В.В. Докучаєв (1949, 1954), М.М. Сибірцев (1951, 1953), Б.П. Полинов (1956), В.Р. Вільямс (1949, 1955), В.І. Шраг (1953, 1959), Р.А. Єленевський (1936), Д.Г. Віленський (1955), В.А. Ковда (1946, 1951), Г.В. Добровольський (1956, 1957, 1968, 1980), І.І. Плюснін (1938, 1960, 1971), С.С. Соболєв (1936), Л.І. Карякін (1936, 1971), В.І. Крокос (1927), Є.В. Шанцер (1951), А.І. Зінченко (1969, 1970), В.Г. Бондарчук (1946, 1947), Б.П. Ахтирцев (1961, 1965, 1967, 1968, 1971, 1980, 1984, 1993), Л.А. Яблонських (1987, 1993, 2002), В.І. Михайлюк (1996, 1999, 2001), П.Н. Балабко (1990), М.І. Лактіонов, Д.Г. Тихоненко, М.О. Горін, В.І Сидоренко, В.К. Смоляга (1988) та інші дослідники.

Аналіз публікацій щодо розвитку заплав та їх ґрунтів свідчить про різноспрямованість підходів до вирішення проблеми їх генези, класифікації, зональних особливостей. Немає узгодженості в поглядах щодо розвитку заплавних лісових ґрунтів. Це спонукало нас до вивчення специфіки еволюції заплавних ґрунтів, з’ясування їх генези під лісом і лучною рослинністю з метою прогнозування подальшого розвитку та раціонального використання. Ми мали виявити: розвивається чи не розвивається підзолистий процес у заплавних ґрунтах під запоною широколистяних лісів; чи відбувається осолонцювання ґрунтів заплави Сіверського Дінця у його верхній та середній течії; яку роль відіграє галоморфізм в утворенні заплавних алювіальних ґрунтів під різними фітоценозами; участь оглеєння у генезі ґрунтів та їх комплексний вплив на розробку сільськогосподарської типології і раціональне використання земель.

Генетико-еволюційні закономірності утворення заплавних ґрунтів у лісостеповій зоні України. Наводиться схема еволюції долинних ландшафтів Лісостепу у квартері кайнозойської ери, складена на підставі узагальнення палеографічного матеріалу та співставлення різних точок зору щодо розвитку природи Лісостепу України (А.І. Набоких, 1915, В.І. Крокос, 1931; М.Ф. Веклич, 1982, 1990; М.Ф. Веклич, Ж.М. Матвіїшина, В.В. Медвєдєв, Н.О. Сіренко, П.Ф. Федоров, 1979; М.І. Лактіонов, Д.Г. Тихоненко, М.О. Горін, В.І. Сидоренко, В.К. Смоляга, 1988).

Основні принципові положення генетичного ґрунтознавства про розвиток ґрунтів у часі та просторі, про парагенетичні зв’язки у природі дозволили обґрунтувати закономірності розвитку заплавних ґрунтів під різним рослинним покривом у Лісостепу України. При цьому розвиток ґрунтів розглядається нами не тільки з генетичних, а й з біогеохімічних позицій. Такий підхід, започаткований В.І. Вернад-ським), як показали дослідження останніх десятиріч, є найбільш ефективним.

У розділі наведено також опис геоморфології, гідрографії, геологічної будови району досліджень, детально проаналізовано клімат і рослинний покрив.

Характеристика об’єкта і методів досліджень. Наведені теоретичні основи, описані об’єкти і методи досліджень.

Стаціонарні дослідження проводилися у заплаві Сіверського Дінця в межах Скрипаївського навчлісгоспу Зміївського району Харківської області. Заплава, як і долина Сіверського Дінця, в цілому має будову та характеристику типові для річок середньої смуги України. Здійснювалося також маршрутне обстеження ґрунтів заплави Сіверського Дінця у Вовчанському (верхня течія) та Ізюмському (середня течія) районах Харківської області. Окремі питання вивчалися у заплавах приток Сіверського Дінця: Уд, Мжі, Роганки, Балаклейки.

Особливості рельєфу заплави визначають диференціацію ґрунтового покриву за ступенем гідроморфізму, а літологічні особливості річкових фацій алювію створюють різноманітність алювіальних ґрунтів за гранулометричним, мінералогічним, валовим хімічним складом.

У прирусловій, добре дренованій заплаві Сіверського Дінця з рівнем підґрунтових вод на глибині понад 3 м, розповсюджені шаруваті алювіальні ґрунти різного гранулометричного складу: супіщані (розрізи 6, 12), легкосуглинкові (розріз 7), середньосуглинкові (розріз 1). У центральній заплави, де підґрунтові води залягають на глибині 1,0-1,5 м, поширені лучні карбонатні (розрізи 2,4,8) та некарбонатні (розріз 11) ґрунти. Підвищені елементи рельєфу притерасової частини заплави вкривають лучно-болотні карбонатні ґрунти легкоглинистого (розрізи 3,5) та важкосуглинкового (розрізи 8,10) гранулометричного складу з глибиною залягання підґрунтових вод 0,7-1,0 м.

Фізичні, водно-фізичні, фізико-хімічні, хімічні характеристики ґрунтів та їх мікробіологічна активність вивчалися загальноприйнятими методами (Є.В. Аринушкіна, 1962; А.Ф. Вадюніна, З.А. Корчагіна, 1986; Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981; О.Г. Растворова, 1983; Д.Г. Звягінцев, 1991; М.І. Лактіонов, В.В. Дегтярьов, І.О. Шеларь, 1998; С.Ю. Булигін, С.А. Балюк, А.Д. Міхновська, Р.А. Розумна, 1999; М.І. Полупан, Б.С. Носко, В.П. Кузьмічов, 1981; М.І. Горбунов, 1963; Агрохімічні методи аналізу ґрунтів, 1965) та за Держстандартами.

Щільність складення ґрунту визначалась методом ріжучого циліндра за Н.А. Качинським; щільність твердої фази – пікнометричним методом; структурний та агрегатний склад – за Саввиновим; загальна пористість (шпаруватість) та пористість аерації – розрахунковим методом; гранулометричний склад – методом піпетки у модифікації Н.А. Качинського; виділення мулистої фракції для проведення валового хімічного аналізу та визначення його мінералогічного складу – центрифугуванням з осадженням за допомогою соляної кислоти; валовий хімічний складу ґрунту та мулу – рентген-дифрактометричним методом на приладі СРМ-25 з трубкою 3РХВ-2; польова та гігроскопічна вологість ґрунту - термо-ваговим методом; максимальна гігроскопічність – методом Ніколаєва; вологість в’янення та вологість розриву капілярного зв’язку – розрахунковим методом; капілярна вологоємкість – лабораторно у циліндрах після визначення щільності ґрунту з непорушеною будовою; повна вологоємкість – розрахунковим методом; обмінні катіони для безкарбонатних ґрунтів – за методом Шоленберга, для карбонатних – за методом Тюріна та з амонійною витяжкою за ГОСТ 26950-86; загальний гумус – за методом Тюріна; груповий і фракційний склад гумусу – за методом І.В. Тюріна в модифікаціях М.М. Кононової та Н.П. Бєльчикової й В.В. Пономарьової та Т.А. Плотнікової; рухомі (лабільні) органічні речовини ґрунту - за методом М.А. Єгорова, спалювання - за Б.А. Нікітіним. Сольовий склад водної витяжки при співвідношенні ґрунт : вода = 1 : 5, за ГОСТ 26424-85; ГОСТ 26425-85; ГОСТ 26426-85; ГОСТ 26427-85; ГОСТ 26428-85. Окисно-відновний потенціал (ОВП), окисні (Fe3+) і закисні (Fe2+) форми заліза, рухомий марганець (Mn) визначали у триразовому повторенні в три строки: навесні, влітку, восени; вміст Fe2+ і Fe3+ - у сірчанокислій витяжці з 2,2'-?, б'-?ипіріділом, марганцю – колориметрично з перйоддатом калію, ОВП - потенціометрично.

Для мікробіологічного аналізу використовували свіжевідібрані зразки ґрунту, із застосуванням методу посіву на тверді живильні середовища: на м’ясо-пептонному агарі (МПА), крохмало-аміачному середовищі (КАА), пептонно-глюкозному агарі Ваксмана (ПГА), на голодному агарі (ГА), на середовищі Ешбі (ЕШ). Склад середовищ та методи спостереження й обліку колоній мікроорганізмів були використані за Д.Г. Звягінцевим (1991). Загальну кількість мікроорганізмів (МПА+КАА) визначали за Д.Г. Тихоненком, В.І. Канівцем (1970), напрямок мінералізації органічних речовин (МПА/КАА) – за О.Н. Образцовою, В.І. Канівцем (1970) та показник мікробної трансформації ґрунтової органічної речовини: Пм=(МПА+КАА)*(МПА/КАА) - за В.Д. Мухою (1980).

Рухомі форми фосфору і калію визначали за Чириковим у модифікації ЦІНАО (для карбонатних ґрунтів – методом Мачигіна); лужногідролізований азот – за Корнфілдом; нітратний – колориметрично з дисульфофеноловою кислотою, амонійний – колориметрично з реактивом Неслера.

Умови місцезростання лісу визначали за едафічною сіткою Алексєєва-Погребняка-Воробйова. Наземну масу трав, опаду, підстилки визначали на площадках розміром 50х50 см, підземну фітомасу – у шарі ґрунту 0-25 см на різних ділянках парцели: біля стовбура, під середньою частиною крони та під її кінцем. На кожній ділянці парцели із 6 зразків відбирали середній. Для вивчення складу золи фітомасу спалювали у муфельній печі (темно-червоний жар). Золу розчиняли у 10% HCl і фільтрували. У фільтраті зольні елементи визначали загальноприйнятими методами. Дані обробляли математично з використанням методів дисперсійного та кореляційного аналізів за Б.А. Доспєховим (1965) та Є.А. Дмитрієвим (1972).

Особливості генезису заплавних ґрунтів. Наведена характеристика фізичних, водно-фізичних, фізико-хімічних, хімічних та біологічних показників заплавних ґрунтів під лісовою та трав’яною рослинністю й окисно-відновний та сольовий режими.

Водно-фізичні та фізичні показники. Гідрологічні умови у заплаві Сіверського Дінця обумовлюються періодичністю затоплення, його тривалістю, глибиною залягання рівнів ґрунтових вод, гранулометричним складом ґрунтів, видом рослинності, погодними умовами. Наведені у дисертаційній роботі хроноізоплети вологості ґрунтів різних областей заплави (прируслової, центральної, притерасової) під лісом і лучними травами свідчать, що найменш забезпеченими вологою є ґрунти прируслової, добре дренованої заплави, оскільки у водному живленні їх профілю підґрунтові води, які залягають глибше 3 м, участі не беруть внаслідок легкості гранулометричного складу нижніх горизонтів. У лучних ґрунтах центральної заплави більша частина профілю знаходиться протягом вегетаційного періоду в межах капілярної облямівки, оскільки підґрунтові води залягають тут не глибше 1,0-1,5 м, а важкосуглинковий гранулометричний склад нижніх горизонтів профілю сприяє підняттю капілярно підпертої вологи. Лучно-болотні ґрунти притерасового зниження у період вегетації рослин знаходяться в перезволоженному стані у зв’язку з тим, що підґрунтові води тут залягають на глибині 0,7-1,0 м. Відмічається специфіка використання вологи заплавних ґрунтів лісовою та трав’яною рослинністю. Верхні горизонти профілю лісових ґрунтів забезпечені вологою краще, а нижні – гірше, ніж ґрунти під лучними травами.

Водно-фізичні константи (МГ, ВВ, КВ, ПВ) у ґрунтах під лісом мають дещо вищі показники, ніж під лучними травами, як наслідок впливу дещо важчого гранулометричного складу. Цю особливість, а також динаміку вологості ґрунтів різного гранулометричного складу на окремих областях заплави слід ураховувати в захисному лісорозведенні та при екологічному обґрунтуванні необхідності виконання гідромеліоративних робіт у заплавах річок.

Алювіальний режим впливає на гранулометричний склад заплавних ґрунтів. Алювіальність добре виражена в лучних шаруватих ґрунтах прируслової заплави. Під лучними травами алювіальний процес сприяв похованню уже майже сформованих ґрунтів. У ґрунті прируслової заплави під лісом шаруватість виражена слабше, ніж під травами. Вміст фізичної глини зменшується вниз за профілем від 55,11% у верхній частині (0-10 см) до 11,27% у другому перехідному горизонті (40-70 см). Ґрунти центральної заплави характеризуються легкоглинистим гранулометричним складом під лісом і важкосуглинковим – під травами. У профілі лучних ґрунтів цієї частини заплави вміст фізичної глини коливається в межах 60,45-68,18% під лісом і 54,80-64,76% під травами. Переважаючими фракціями в цих ґрунтах є мул (відповідно 28,92-33,38% і 26,35-39,88%) та дрібний пил (22,36-25,60% і 18,85-23,39%), що створює сприятливі умови для гумусонакопичення. Лучно-болотні ґрунти – легкоглинисті. Вміст фізичної глини у межах гумусового горизонту становить 68,86-63,49% у лісовому ґрунті та 61,85-64,09% у ґрунті під лучними травами. Більш рівномірний розподіл гранулометричних фракцій в профілі лучно-болотних ґрунтів свідчить про те, що ґрунтотворення у притерасовій заплаві відбувається при більш ослабленій інтенсивності алювіального процесу. Оглеєні горизонти дещо збагачені фізичною глиною.

Аналіз гранулометричного складу алювіальних ґрунтів свідчить про відсутність профільного перерозподілу колоїдів і специфіку співвідношення їх фракцій в окремих частинах заплави, що створює різні едафічні умови для розвитку рослин.

Щільність складення ґрунтів під лісом і лучними травами характеризується зближеними оптимальними для розвитку рослин показниками (0,82 - 1,06 г/см3 у верхній частині гумусового горизонту і 1,02-1,10 г/см3 у нижній). Дещо вища вона (1,30 г/см3) у супіщаному ґрунті лучної заплави. Униз за профілем щільність складення заплавних ґрунтів збільшується, досягаючи максимальних величин (1,39-1,45г/см3) у нижніх горизонтах лучного лісового ґрунту прируслової заплави. Найбільшу шпаруватість мають лучно-болотні ґрунти в Н-горизонті (60,8-66,4% під лісом і 57,2-67,7% під травами). Значна аерація верхньої частини профілю обумовлена високою гумусованістю, насиченням вбирного комплексу ґрунтів кальцієм. В той же час нижні оглеєні горизонти заплавних ґрунтів найчастіше зайняті капілярною шпаруватістю і тому некапілярна (шпаруватість аерації) тут або мінімальна, або відсутня. Отже, показники щільності та шпаруватості лучних і лучно-болотних ґрунтів є характерними для ґрунтів акумулятивного типу ґрунтотворення. Оглеєність нижніх ґрунтових горизонтів погіршує їх фізичні, а разом з тим, і трофічні показники.

Лучні та лучно-болотні ґрунти заплави р. Сіверський Донець є добре оструктуреними. Кількість агрономічно цінних агрегатів розміром 0,25-10,00 мм у гумусовому горизонті при сухому просіюванні становить 88-93% і лише в лучному шаруватому супіщаному ґрунті (розріз 6) зменшується до 78%. Водостійкість структурних агрегатів є високою (86,6-93,0% у шарі 0-10 см і 83,0-91,7% у шарі 10-30 см). Під трав’яним фітоценозом водостійкість агрегатів лучних і лучно-болотних ґрунтів зменшується (79,5-80,6%). Проте слід зазначити, що хоч ступінь оструктуреності гумусового горизонту ґрунтів під травами менший, ніж під лісом, але загальна глибина оструктуреної товщі ґрунтів під травами більша.

Отже, за даними наших досліджень, по-перше водно-фізичні та загально-фізичні показники ґрунтів заплави р. Сіверський Донець є сприятливими для росту і розвитку деревної та трав’яної рослинності, але чітко диференціюються по різних областях заплави (прирусловій, центральній, притерасовій); по-друге зближені кількісні й якісні фізичні показники відображають загальну природу утворення заплавних ґрунтів під лісом і травами.

Щодо мінералогічного складу високодисперсної частини ґрунтів, то в лучному алювіальному шаруватому середньосуглинковому лісовому ґрунті прируслової заплави, серед глинистих мінералів переважають монтморилоніт, гідрослюди, каолініт. Змішаношарових утворень мало. У гумусовому горизонті вони представлені гідрослюдисто-монтморилонітовим типом з переважанням гідрослюд, у перехідних горизонтах – вермикулітово-гідрослюдисто-хлоритовим типом. Високодисперсний кварц у складі глинистих мінералів міститься у незначній кількості (3%) і тільки в оглеєному супіщаному алювії на глибині понад 70 см. Глинисті мінерали лучного карбонатного легкоглинистого ґрунту центральної лісової заплави представлені переважно змішаношаровими утвореннями типу гідрослюда-монтморилоніт (73,5-79,7%). У лучно-болотному ґрунті притерасового зниження у мінералогічному складі глинистих мінералів також переважають змішаношарові утворення з переважанням монтморилоніту.

Дослідження показали, що: 1) заплавні лісові ґрунти близькі між собою за мінералогічним складом мулу, хоч “самостійність” ґрунтів прируслової та центральної заплави визначається вмістом монтморилоніту та змішаношарових мінералів; 2) відсутність мінералогічної диференціації профілю є явною ознакою акумулятивного типу ґрунтотворення, що підтверджується майже повною відсутністю високодисперсного кварцу; 3) незначний вміст каолініту в ґрунтах обумовлений таким же складом сучасного заплавного алювію.

Валовий хімічний склад. Вміст SiO2 в алювіальних ґрунтах заплави Сіверського Дінця становить 50-64%, у породі (сучасний алювій) – 82,5%. У мулистих частинках SiO2 менше, ніж у ґрунтах, - (46-50%). Кількість оксиду алюмінію знаходиться в межах 8-11%, заліза – 2,9-6,7%, а в мулистих частинках вміст Al2O3 зростає до 14-15% і Fe2O3 до 9,7-11,2%. Винос оксидів алюмінію та заліза з гумусового горизонту в перехідний не спостерігається. Вміст MnO у ґрунтах заплави становить 0,1-0,4%, а в мулистих частинках - 1,2-1,5%. Кількість оксидів СаО і MgO складає відповідно 1,5-3,1% та 0,9-1,1%, що свідчить про значну буферну здатність алювіальних ґрунтів. К2О значно більше, ніж Na2O і Р2О5, а взагалі гумусові горизонти добре забезпечені Са, К, Р, Mn, S. Кількість цих елементів у лісових ґрунтах більша, ніж у ґрунтах під лучними травами, оскільки частина їх виноситься з урожаєм трав. Співвідношення SiO2:R2O3 широке (5,69-8,05), що, за М.І. Лактіоновим (1957), позитивно впливає на утворення органо-мінеральних мікроагрегатів.

Отже, валовий хімічний склад алювіальних заплавних ґрунтів свідчить про передумови для формування високої їх родючості. Істотної профільної диференціації валового складу лісових ґрунтів порівняно з такими ж ґрунтами під лучними травами не спостерігається. Відхилення в межах похибки досліду, можливо, пов’язані з неоднорідністю відкладів, які приносяться повеневими водами.

Фізико-хімічні та хімічні показники алювіальних заплавних ґрунтів. У складі поглинутих катіонів алювіальних ґрунтів заплави Сіверського Дінця домінує кальцій, вміст якого в гумусових горизонтах досягає 83-89% від їх суми. Обмінні Na+ та К+ мають незначну частку – відповідно 0,5-1,6 та 0,5-2,5% від загальної суми. У складі поглинутих катіонів кальцій різко переважає над магнієм (відношення Ca:Mg у гумусових горизонтах дорівнює 6-9, а у першому перехідному горизонті зменшується до 4-7. Оглеєні горизонти мають більшу кількість магнію. Переважання кальцію у складі обмінно-поглинутих катіонів і приуроченість до верхніх горизонтів пояснюється його біогенною та гідрогенною акумуляцією. Збагачення опаду дуба на кальцій і зволоження заплавних лісових ґрунтів водами гідрокарбонатного типу із значним вмістом кальцію перешкоджають підкисленню ґрунтів під широколистяними лісами та входженню іонів водню у ґрунтовий поглинальний комплекс. Склад обмінних катіонів і, близька до нейтральної, реакція ґрунтового розчину відображають акумулятивну природу ґрунтів під лісом і лучними травами. Незначна кількість обмінного натрію вказує на відсутність солонцетворення.

Акумулятивний характер утворення алювіальних ґрунтів заплави р. Сіверський Донець впливає на кількісний, груповий і фракційний склад гумусу. Ці ґрунти характеризуються високою гумусованістю на значну глибину. Максимальна кількість гумусу зосереджена в гумусовому горизонті лучних і лучно-болотних ґрунтів центральної та притерасової заплав (6,2-7,1%), збільшуючись до 8,67-9,07% у його верхньому (2-10 см) шарі. Менш гумусованими є лучні ґрунти прируслової заплави – (відповідно 5,66% і 6,13%), що, пов’язано з умовами зволоження; вмістом мулистої та пилуватої фракцій, які за Ю.Є. Кізяковим (1966, 1967), закріплюють сукупно 75-80% загальних запасів гумусових речовин. Дослідження показали, що вміст гумусу в гумусовому горизонті заплавних ґрунтів вищий під лісом, а грубизна горизонту більша під лучними травами. Кількість водорозчинного гумусу в гумусовому горизонті заплавних ґрунтів становить 0,06-0,08%, поступово зменшуючись вниз за профілем.

Запаси гумусу (діаграма) у шарі ґрунту 0-20 см складають 103-146 т/га, а у метровій товщі – 283-631 т/га і оцінюються як середні та високі. Більші запаси гумусу у метровій товщі лучних ґрунтів центральної частини заплави (631 т/га під лісом і 517 т/га під травами) порівняно з лучно-болотними ґрунтами притерасся (відповідно 562 та 459 т/га) пояснюються тим, що в лучно-болотних ґрунтах гумус накопичується переважно у верхніх горизонтах профілю завдяки розміщенню тут основної маси коріння та зниженню інтенсивності мінералізації органічних речовин в умовах перезволоження. Гумус акумулятивних горизонтів заплавних лісових ґрунтів характеризується переважанням гуматів над фульватами. Гумус лучного шаруватого середньосуглинкового лісового ґрунту прируслової заплави – фульватно-гуматний у гумусовому горизонті та фульватний у нижній частині профілю (Сгк:Сфк відповідно 1,6-1,8 та 0,4-0,56), у лучному ґрунті центральної та лучно-болотному притерасової заплав – гуматний у гумусовому горизонті (Сгк:Сфк >2) та фульватно-гуматний (Сгк:Сфк >1) у нижній частині профілю цих ґрунтів. У складі гуматів переважають фракції, зв’язані з кальцієм. У відповідності до показників гумусового стану ґрунтів (Л.А. Гришина, Д.С. Орлов, 1978) у складі гуматів вміст вільних і зв’язаних з рухомими R2O3 фракцій дуже низький (6,7-18,0%), зв’язаних з кальцієм – середній (47,8-65,5%), а міцно зв’язаних з мінералами – високий (27,6-53,3% від суми).

Запаси гумусу в ґрунтах різних геоморфологічних частин заплави

р. Сіверський Донець, т/га:

1 – лучному прируслової; 2 – лучному центральної; 3 – лучно-болотному притерасової (всі під лісом); 4, 5, 6 – аналогічно під травами.

Ступінь гуміфікації органічних речовин переважно середній та високий. Між вмістом фізичної глини та кількістю гуматів виявлений тісний кореляційний зв’язок (r= 0,92-0,97).

Гумусові горизонти алювіальних ґрунтів заплави Сіверського Дінця добре забезпечені рухомими формами фосфору та калію. Їх вміст (за Чириковим) у некарбонатному лучному середньосуглинковому ґрунті під лісом у межах гумусового горизонту коливався від підвищеного (15 мг/100 г для Р2О5 та 14,8 мг/100 г для К2О) у шарі 2-10 см до середнього (відповідно 9,9 і 9,1 мг/100 г) у 10-30 см шарі. У шарі 0-10 см лучного супіщаного ґрунту під травами кількість цих елементів живлення був середнім (відповідно 6,7 та 9,0 мг/100г ґрунту). Униз за профілем ґрунтів показники вмісту рухомих форм фосфору та калію коливаються залежно від гранулометричного складу від середніх до низьких і навіть дуже низьких.

У карбонатних ґрунтах центральної та притерасової заплав вміст рухомих форм фосфору та калію (за Мачигіним) був високим: 5,4-6,0 мг/100 г Р2О5 та 22,2-26,8 мг/100 г К2О у лучному ґрунті та 3,9-4,1 мг/100 г Р2О5 і 21,3-24,0 мг/100 г К2О у лучно-болотному ґрунті. Нітратний азот міститься в заплавних ґрунтах у незначній кількості (0,18-0,45 мг/100 г). Вміст амонійного азоту в межах гумусового горизонту лучних і лучно-болотних ґрунтів дещо більший під лісом (1,65-3,30 мг/100 г ґрунту) порівняно з лучними травами (1,08-2,18 мг/100 г ґрунту). Кількість лужногідролізованого азоту у профілі лучних ґрунтів центральної заплави та лучно-болотних ґрунтів притерасся коливається у межах 11,5-7,7 мг/100 г, дещо нижчі показники характерні для ґрунтів прируслової заплави - 4,9-8,0 мг/100 г ґрунту.

Хімічні показники відображають високу потенційну родючість заплавних ґрунтів та ідентичність генетичного акумулятивного їх походження під лісом і луками.

Сольова характеристика. Дослідження складу сольової витяжки з алювіальних ґрунтів різних частин заплави, проведені нами протягом вегетаційних періодів (весна, літо, осінь) 1999 і 2000 рр., показали, що в усіх ґрунтах заплави як під лісом, так і під лучними травами склад водної витяжки однотипний, що обумовлено впливом ґрунтових вод. Серед аніонів переважають гідрокарбонати та сульфати. Кількість хлоридів незначна (0,001-0,007%). Серед катіонів переважають іони Са2+. Кількість іонів Mg2+ складає 0,001-0,005%. Вміст одновалентних катіонів Na+ і К+ у сумі не перевищує 0,01%. За класифікацією Н.І. Базилевич та О.І. Панкової (1973), тип засолення визначається як сульфатно-гідрокарбонатний для верхньої частини профілю і гідрокарбонатно-сульфатний для нижньої. Переважаючим катіоном є Са2+. Хімізм засолення за катіонним складом – магнієво-кальцієвий для верхньої частини профілю та натрієво-кальцієвий для нижньої. Кількісний склад солей у заплавних ґрунтах залежить від ряду факторів: наявності повені, гідротермічних умов року, рельєфу заплави, рослинності й інших. Найменша кількість сухого залишку (0,1 %), легко розчинних солей (0,05-0,07 %) відмічалася у лучних ґрунтах прируслової заплави. За цими показниками лучні ґрунти центральної та лучно-болотні притерасної заплав виявилися теж незасоленими. Сухий залишок у них не перевищував 0,25%, а середній вміст легкорозчинних солей – не більше 0,15 %. Заплавні ґрунти визначаються як незасолені і за кількістю токсичних солей: їх вміст не перевищував поріг токсичності (О.С. Мігунова, 1978). У лучно-болотному лісовому ґрунті притерасової заплави їх кількість у профілі складала 0,053 %, у лучному ґрунті центральної заплави – 0,030 – 0,027 % в межах гумусового горизонту та 0,031 % - у шарі ґрунту 30 – 100 см. Кількість токсичних солей була найменшою в лучному ґрунті прируслової заплави під лісом і травами (відповідно 0,025-0,026 та 0,019 %).

Алювіальні ґрунти заплави р. Сіверський Донець характеризуються високою активністю іонів Са2+ і порівняно низькою активністю іонів Na+. За результатами досліджень встановлено тісний кореляційний зв’язок між активністю цих іонів і вмістом обмінно-поглинутих катіонів (r=0,63-0,97), переважно прямий зв’язок між активністю іонів Са2+ і Na+ та їх концентрацією у водній витяжці. Униз за профілем заплавних ґрунтів активність іонів Са2+ зменшувалася, а іонів Na+ - збільшувалася, але не перевищувала 1мг-екв/л. Зміна активностей іонів Са2+ і Na+ залежала від температури повітря та вологості ґрунту. Під дубовим лісом у заплавних ґрунтах активність іонів Са2+ була вищою, а іонів Na+ - нижчою порівняно з лучними травами. Співвідношення аNa/vaCa<0,5 характеризує заплавні ґрунти як несолонцюваті (Л.А. Чаусова, 1978; Н.В. Князєва, М.І. Горбунов, 1973).

Окисно-відновний режим. На окисно-відновний режим у ґрунтах впливають температура, вологість та аерація ґрунту, збагаченість органічними рештками, рослинність, реакція середовища. За В.І. Канівцем (2001) окисно-відновні умови змінюються залежно від кількісного і якісного складу мікроорганізмів. За період наших досліджень показники окисно-відновного потенціалу (ОВП) у гумусовому горизонті заплавних ґрунтів коливалися в межах 386-525 мВ і були вищими під лучними травами, ніж під лісом. У нижніх горизонтах профілю гідроморфних ґрунтів окисно-відновні процеси змінювалися у відповідності до зміни умов аерації; фактор мікробіологічної активності тут має другорядне значення. Показники ОВП у межах профілю тим нижчі, чим чіткіше виражене оглеєння. Але в роки досліджень вони були позитивними (140-180 мВ) навіть у оглеєних горизонтах. На відміну від верхніх горизонтів профілю заплавних ґрунтів показники ОВП у нижніх горизонтах були вищими під лісом порівняно з травами (вплив глибини просторового поширення кореневих систем).

Окисно-відновний режим впливає на співвідношення у ґрунті елементів з перемінною валентністю. Вміст заліза та марганцю, як показників цього режиму, залежав від гідротермічних умов року та його сезону. У посушливий 1999 рік кількість закисного заліза та марганцю в лучних ґрунтах прируслової частини заплави була найбільшою на початку літа після спаду повені. На протязі 2000 р. кількісні показники заліза та марганцю перевищували показники 1999 р. з максимумом у літній період.

Профільний розподіл заліза та марганцю в ґрунтах прируслової заплави був таким: найбільший вміст закисних форм цих елементів спостерігався навесні у верхній частині профілю та в його оглеєних горизонтах. Влітку при просиханні ґрунту ці сполуки збагачували перший перехідний горизонт. Окисних форм заліза містилось більше під травами у верхній частині профілю лучного ґрунту, а під лісом – у нижніх горизонтах, що пояснюється різним гідрологічним режимом цих ґрунтів. У лучних і лучно-болотних ґрунтах центральної та притерасової заплав при близькому заляганні ґрунтових вод і низькій температурі навесні відновні процеси розвивалися слабо в результаті низької мікробіологічної активності, максимум закисних форм заліза та марганцю спостерігався у літній період у гумусових та оглеєних горизонтах.

Отже, у заплавних ґрунтах панує контрастний режим зволоження й аерації, що впливає на зміну окисно-відновних умов по роках і сезонах року. Для верхніх горизонтів лучних і лучно-болотних ґрунтів характерний помірно окисний стан, а для нижніх оглеєних – характерні слабо відновні процеси. Оглеєння спорадично проявляється у верхній частині профілю лучно-болотних і постійно – у нижніх горизонтах всіх заплавних ґрунтів, але воно не спричиняє прояв глеє-елювіального ґрунтотворення з диференційованим профілем.

Біологічна характеристика заплавних ґрунтів. Заплавні ґрунти за запасами мікробної біомаси близькі до представників мезоморфного та гігроморфного рядів ґрунтотворення (А.В. Головченко, Н.Г. Добровольська, 2001), але це питання вивчене недостатньо. У наших дослідженнях загальна біогенність заплавних ґрунтів була найвищою у дернині лучних і лучно-болотних ґрунтів під лучними травами (відповідно 63,2 і 68,4 млн. клітин/г а.с.г. проти 18,1 і 19,5 млн. клітин/г у цих же ґрунтах під лісом). Кількість мікроорганізмів, які асимілюють мінеральні форми азоту (середовище КАА), у заплавних ґрунтах значно менша, ніж кількість мікробів, які асимілюють органічні форми азоту (для лісових ґрунтів у шарі ґрунту 2-10 см у чотири - десять разів, для ґрунтів під лучними травами у дернині – у двадцять – двадцять п’ять разів), що пов’язане з кількістю та складом рослинного опаду й умовами його розкладу. Трав’яна рослинність утворює в ґрунті густу мережу тонких коренів, зосереджених переважно у верхніх шарах профілю. У більшості рослин наземна та коренева системи щорічно відмирають і за активної участі мікрофлори розкладаються. У деревної рослинності маса коренів розміщена глибше і щорічно відмирає незначна її кількість. Поповнення органічних решток під лісом відбувається переважно за рахунок опаду листя та трав, які там розвиваються. Тому у верхніх горизонтах заплавних лісових ґрунтів складаються сприятливі умови для розвитку грибної мікрофлори, а розклад рослинних решток мікроорганізмами дещо стримується. Оліготрофи, як утилізатори органічних сполук на кінцевих стадіях їх перетворення, зосереджені переважно у верхніх горизонтах, де знаходиться основна маса органічних решток. Характер розподілу олігонітрофілів, які беруть участь у фіксації та трансформації сполук азоту в ґрунті, схожий на профільний розподіл оліготрофів, але їх кількість менша. Показник мінералізації органічних речовин (Пм) у лучних ґрунтах вищий, ніж у лучно-болотних, під лісом зменшується порівняно з лучними травами у зв’язку з накопиченням напіврозкладених органічних решток. Показник мікробної трансформації (ПМТ) лучних і лучно-болотних ґрунтів максимальний під трав’яним фітоценозом (відповідно 1542 і 1292), під лісом у цих ґрунтах він значно менший (відповідно 72 і 60). Домінантна кількість мікробів, що асимілюють органічний азот і показник мікробної трансформації органічних речовин свідчить про інтенсивне накопичення гумусу в досліджуваних ґрунтах.

Важливими діагностичними показниками стану ґрунту та напрямку ґрунтових процесів є видовий склад, кількість і маса мікроартропод (М.С. Гіляров, 1965; М.Г. Сметана, 1993). Їх участь у процесах гуміфікації підстилки та рослинних решток полягає у їх подрібненні, перемішуванні з ґрунтом та в дії соків кишкового тракту на субстрат, який вони використовують для їжі (Мамаєв Б.М., Соколов Д.Ф., 1960). Аналіз сезонної динаміки колембол і орибатид свідчить, що для їх спільнот визначальним є фітоценоз, температура і вологість ґрунту. Тому для ґрунтів прируслової заплави їх чисельність є найбільшою навесні, а для лучних і лучно-болотних центральної і притерасової заплав – влітку. Під лісом у підстилці орибатид більше, ніж у дернині. Ураховуючи, що видовий склад орибатид і колембол не вивчався, проведені нами дослідження вказують, скоріше, на тенденції, а не закономірності.

В заплаві Сіверського Дінця елементарні ґрунтові процеси (ЕҐП) представлені трьома групами: 1) біогенно-акумулятивні; 2) гідрогенно-акумулятивні; 3) метаморфічні. До групи біогенно-акумулятивних ЕҐП належать: гумусоутворення, підстилкоутворення, дерновий процес (для лучних ґрунтів під травами), торфонакопичення (для болотних ґрунтів). Гідрогенно-акумулятивні ЕҐП відбуваються під впливом акумулятивної роботи ґрунтових вод у межах профілю ґрунтів. Орудніння (озалізнення), окарбоначення у заплавних ґрунтах (проявляються спорадично і плямами), олучнення. До групи метаморфічних ЕҐП слід віднести оглеєння.

Отже, ЕҐП, причетні до формування фізичних, хімічних, фізико-хімічних та інших характеристик, свідчать, що заплавні ґрунти під лісом формуються за гумусово-акумулятивним типом ґрунтотворення, який специфічно проявляється у гідроморфних умовах. Для відокремлення його від типового акумулятивного процесу, який формують чорноземи, для заплави його слід діагностувати як гідроморфно-алювіально-гумусово-акумулятивний. У ґрунтах заплави Сіверського Дінця відсутні опідзолювання лісових ґрунтів і осолонцювання завдяки високій активності іонів Са2+ і низькій активності іонів Na+. Заплавні ґрунти характеризуються високою родючістю, яка диференціюється за типом заплави.

Кількісні та якісні характеристики надземної та підземної фітомаси. У формуванні родючості лісових заплавних ґрунтів надзвичайно велику роль відіграють опад, надземний фітопокрив, підстилка. За нашими дослідженнями (таблиця) запас опаду дубового лісу на різних геоморфологічних частинах заплави Сіверського Дінця складає 3,2-3,9 т/га із вмістом золи 2,28-2,92%.

З надземним трав’яним покривом