Гамкало Зенон Григорович. Якість сірих лісових грунтів гемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід) : дис... д-ра біол. наук: 03.00.18 / Національний науковий центр "Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського" УААН. - Х., 2006.
Анотація до роботи:
Гамкало З.Г. Якість сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід). - Рукопис
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.18 – ґрунтознавство.
ННЦ “Інститут ґрунтознавства і агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН, Харків, 2005.
Дисертацію присвячено розробці теоретичних засад екологічної якості сірих лісових ґрунтів гемеробних (окультурених) екосистем і вдосконаленню методології її індикації. Показано низьку інформативність існуючого елементарно-аналітичного підходу до оцінки якості ґрунту, головно спрямованого на її агрономічний аспект, та обґрунтовано необхідність врахування середовищетвірних екологічних функцій. Удосконалено термінологію проблеми якості ґрунтів. За умов стаціонарних режимних досліджень системи ґрунт-рослина, а також в модельних експериментах доведено провідне значення активної фази органічної речовини ґрунту як енергопластичного буфера у забезпеченні стабільності поживного режиму та едафічного комфорту за умов гемеробії, тобто набутої якості ґрунту. Розроблено теоретичні основи індикації екологічної якості ґрунту на основі кислотно-основних буферних реакцій, окисно-відновного потенціалу та електропровідності ґрунтових суспензій.
Уперше для України розроблено методологію та критерії регламентації набутої якості сірих лісових ґрунтів, яка включає контроль ефективності реалізації екологічних функцій, зокрема, вміст активної фази органічної речовини, біотичної активності, фронту окиснення, йонної активності й фітопродукційної здатності.
У дисертації подано теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми якості сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем у біогеоценотичному аспекті, що зумовлено застосуванням модернізованої автором теорії внутрішньоґрунтового циклу сполук Нітрогену, зокрема, виокремленням функціональної ролі активної фази органічної речовини як енергопластичного буфера. Розроблено теоретичні і методологічні основи індикації природної та набутої якості сірих лісових ґрунтів. Запропоновано біологічні, фізичні та фізико-хімічні індикатори.
Існуюча елементарно-аналітична оцінка родючості ґрунту, як одного з індикаторів його якості, характеризує найбільш загальні закономірності кількісних змін біологічно доступних сполук мінеральних елементів та органічних речовин і не враховує їхньої системної організації як метаболітів різної хімічної стійкості і біологічної доступності, що забезпечує стабільне й ефективне функціонування ґрунту у біогеоценозі, тобто його екологічну якість. Для оцінки екологічної якості ґрунту необхідний пошук принципово нових індикаторів, які б характеризували його екологічну адекватність, були високочутливими до функціональних змін і доступними у практичному використанні.
Враховуючи пріоритетне значення органічної речовини у формуванні якості ґрунту, теоретично обґрунтовано і розроблено нову системну діагностику активної фази органічної речовини (АФОР) – метод диференціальних азотограм. Вперше за допомогою азотограм встановлено вміст АФОР у сірих лісових ґрунтах гемеробних екосистем (травостої, рілля). Уміст АФОР на початку вегетації в орному шарі сірого лісового ґрунту становить 600 мгкг-1, у темно-сірому опідзоленому ґрунті травостоїв – 900 мгкг-1. Збіднення пулу АФОР, як головного субстрату внутрішньоґрунтового циклу Нітрогену, може спричинити виснаження запасів поживних речовин і енергії за рахунок мінералізації консервативної частини органічної речовини (гумусу) і втрати ґрунтом якості.
Враховуючи кометаболізм біофільних елементів, поширено теорію внутрішньо- грунтового циклу Нітрогену на метаболізм Калію і Фосфору. Оцінка фонду Калію у ґрунті повинна враховувати два біологічних колообіги Калію: малий колообіг (внутрішньоґрунтовий) у системі ґрунтове середовище-ґрунтова біота і великий – у системі ґрунт-рослина. Надходження Калію у процесі мінералізації АФОР (екстра-калію), індукованого головно екзогенними мінеральними речовинами, ймовірно, є головною причиною накопичення “залишкового” Калію у ґрунті. Найкращим засобом оптимізації вмісту водорозчинних і обмінних форм Калію в орному сірому лісовому ґрунті (12 і 84 мгкг-1) на фоні NPK (12 і 92) є підстилковий гній (33 і 150), менш ефективні - сидерат редьки олійної (17 і 103) і солом’яна різка (21 і 100). Застосування фітодіагностики адекватно відображає баланс Калію у темно-сірому опідзоленому ґрунті, оскільки враховує, окрім обмінної форми, пул мобілізованого із ґрунтових резервів елемента.
Оптимізація біологічно доступних форм Фосфору у ґрунті, як і Калію, повинна враховувати два біологічних колообіги елемента: малий колообіг (внутрішньоґрунтовий) у системі ґрунтове середовище-ґрунтова біота і великий – у системі ґрунт-рослина. Про надходження Фосфору у процесі мінералізації АФОР засвідчує подібність змін у ґрунті вмісту доступного Фосфору, обмінного Калію і вмісту АФОР. Ефект “залишкового” Фосфору в ясно-сірому лісовому ґрунті, спричинений довготривалим застосуванням засобів мінерального удобрення, кількісно пропорційний нормам фосфорних добрив і поширюється до глибини 40-60 см. Ефективність засобів удобрення щодо збільшення вмісту біологічно доступного Фосфору у сірому лісовому ґрунті зменшується у ряді: гній+NPK – NPK – гній – солом’яна різка – редька олійна на сидерат. Мінеральне удобрення Р90К120 і N240Р90К120 старосіяних травостоїв на темно-сірому опідзоленому ґрунті, за даними фітодіагностики, є оптимальним щодо фізіологічних потреб тварин у Фосфорі.
Біотична активність, як інтегральний індикатор якості ґрунту, головно характеризує ступінь едафічного комфорту (ЕК). Критерієм стійкості ЕК є збереженість природних коливань біотичних процесів. Мінеральне удобрення виконує функцію регулятора інтенсивності природних коливань біотичних процесів за принципом амплітудної модуляції. За едафічного комфорту у темно-сірому опідзоленому ґрунті травостоїв чисельність целюлозолітиків повинна сягати 5000-6000 клг-1, олігонітрофілів – 500-700 та клостридій – 80-90 тис. кл.г-1 сухого ґрунту. Оптимальні умови для росту целюлозолітиків, клостридій і олігонітрофілів у сірому лісовому ґрунті польової сівозміни створюються у випадку удобрення стійловим гноєм (15тга-1) і гноєм+NPK. За умов ЕК у сірому лісовому ґрунті чисельність целюлозолітиків не повинна бути меншою за 2500-3500 кл.г-1, олігонітрофілів - 600-700 та клостридій – 120-150 тис. кл.г-1 сухого ґрунту. Застосування NPK, а також сидерату редьки олійної і солом’яної різки на фоні NPK не сприяло формуванню ЕК, а навіть погіршувало його. Можливо, що збагачення ґрунту зеленою масою сидератів унеможливлює функціонування першої ланки сапротрофного блоку – аеробних целюлозолітиків. Контрастний мікробний пейзаж на варіантах із гноєм і сидератами засвідчує їхню неоднозначність як органічних добрив у забезпеченні якості ґрунту.
На підставі полігонного моніторингу системи ґрунт-рослина, встановлено сезонний характер змін органічної речовини, кислотно-основного і окисно-відновного режимів, ферментативної активності, фітопродукційного процесу та їхні тренди, що характеризують стабільність натуральної і набутої якості ґрунту. Ефект модуляції природних коливань функціональних процесів у гемеробних екосистемах є важливим критерієм їхньої екологічності.
Коригування якості сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем повинно враховувати збереженість архітектоніки природних коливань КОР у часі, їхній тренд і стан рН-буферних систем за ґрунтовим профілем. Вперше охарактеризовано кислотно-основні буферні системи ясно-сірого і сірого лісового ґрунтів західного Лісостепу та їхні зміни за різного агрохемогенного впливу. Оптимальною щодо збереження архітектоніки рН-буферограм за профілем ясно-сірого лісового ґрунту є органо-мінеральна система удобрення (1,5 NPK+20 тга-1 гною+1,5 н.за г.к. СаСО3). Стабілізуючий вплив стійлового гною на КОР ґрунту супроводжується посиленням індукованих кислотою буферних реакцій в екстремальному діапазоні рН 1,6-1,8 од. інтенсивністю 16,2-16,6 мМоль100 г-1рН-1; у випадку сидерації і внесення солом’яної різки інтенсивність буферності в цьому діапазоні рН є, відповідно, у 5,2 і 6,9 разів меншою. Для оцінки якості органічної речовини ґрунту необхідно застосовувати диференціальний критерій кислотонейтралізаційної здатності - Н+-буферограму. Застосування ОН--буферограм дає змогу виконати якісно-кількісну оцінку сильно - і слабкокислотних компонентів, ідентифікувати та простежити їхню міграцію за профілем ґрунту. За реальних умов КОР інактивовані носії кислотності не становлять загрози його функціонуванню, оскільки проявляють активність лише у сильнолужному середовищі. Однак вони є свідками певних геохімічних потоків речовини у ґрунтовому профілі, її трансформації в разі агрогенного навантаження.
Для індикації якості ґрунту необхідне встановлення критичної межі окисно-відновних процесів, для чого запропоновано поняття “фронт окиснення”, нижче якого інтенсифікуються процеси денітрифікації. Органічні добрива, як енергопластичний субстрат процесів окиснення, зумовлюють зменшення ОВП в орному шарі ґрунту. За оптимальної родючості ясно-сірого лісового ґрунту, забезпеченої застосуванням 1,5 NPK+20 тга-1 гною+1,5 н.за г.к. СаСО3, різниця ОВП у верствах 0-20 і 80-100 см сягає 90 мВ. Застосування стійлового гною зумовлює більшу ОВ-буферність сірого лісового ґрунту порівняно із сидератом редьки олійної і солом'яною різкою, що забезпечує стабільність його набутої якості.
Індикатором якості орного ясно-сірого лісового ґрунту є електрична провідність водної суспензії ґрунту верстви 0-20 см – 240-250 Смм-1. Сезонні флуктуації електропровідності темно-сірого опідзоленого ґрунту травостоїв поширюються на глибину до 80 см подібно до змін обмінного Калію і рухомого Фосфору.
Продуктивність рослин відображає інтенсивність функціонування системи ґрунт-рослина і не характеризує ефективність відтворення ґрунтових резервів речовини та енергії. Інтегральним критерієм якості ґрунтів гемеробних екосистем є комплексний показник, який поєднує урожайність сільськогосподарських культур і вміст АФОР у ґрунті. Для сірих лісових ґрунтів західного Лісостепу вміст АФОР на початку вегетації повинен сягати за 500мгкг-1.
Накопичення у першому листі картоплі понад 250 мгкг-1 NO3 засвідчує переважання мінералізаційних процесів і послаблення процесів ресинтезу АФОР у ґрунті. За режимом нітратів стійловий гній є ефективнішим засобом покращення якості сірого лісового ґрунту та її стабільності, ніж сидерат редьки олійної.
Тривалий агрохемогенний вплив не зумовив суттєвого забруднення сірих лісових ґрунтів гемеробних екосистем важкими металами і залишками пестицидів, що впливає на якість ґрунту, едафічний комфорт і стан довкілля. Відсутність органічного удобрення, у випадку застосування підвищених норм NPK і меліорації зумовлює посилення низхідної міграції кислоторозчинних сполук Ніколу і Феруму, що негативно впливає на набуту якість сірого лісового ґрунту.
Доведено необхідність удосконалення теоретичного і методологічного підходів до проблеми якості сірих лісових ґрунтів та її оцінки за умов гемеробії й переходу на засади біосфероцентричної стратегії агроменеджменту як гаранта якості навколишнього середовища і сталого розвитку цивілізації.
Уперше для України розроблено критерії регламентації набутої якості сірих лісових ґрунтів, яка включає контроль ефективності екологічних функцій, зокрема, вмісту активної фази органічної речовини, біотичної активності, окисно-відновного стану, йонної активності й фітопродукційної здатності.
Публікації автора:
Гамкало З.Г. Азотограми як метод оцінки системи ґрунтового азоту // Вісник Львів. ун-ту. – Львів, 1998. – Вип.23. – С.107-111.
Гамкало З.Г. Деструкція целюлози у пасовищній екосистемі та її залежність від рівня мінерального азоту в ґрунті // Вісник Львів. ун-ту.– Львів, 1999. – Вип.25. – С. 107-110.
Гамкало З.Г. Електропровідність як критерій оцінки йонної активності ґрунту пасовищ при різному мінеральному удобренні травостанів // Вісник Львів. ун-ту.– Львів, 2000. – Вип.27. – С.147-151.
Гамкало З.Г. Доступність ґрунтового калію в агрофітоценозах при їх довготривалому мінеральному удобренні // Наук. вісн. Чернів. ун-ту: Зб. наук.пр. – Вип.80. – Чернівці: ЧДУ, 2000. – С. 35-46.
Гамкало З.Г. Кислотно-основний режим ґрунту пасовищних екосистем при різних способах довготривалого мінерального удобрення // Вісник Львів. ун-ту. – Львів, 2000. – Вип.21. – С.137-142.
Гамкало З.Г. Окисно-відновний стан ґрунту фітоценозів при агрогенному навантаженні // Вісник Львів. ун-ту.– Львів,2001. – Вип.28. – С.135-141.
Гамкало З.Г. Кислотно-основна буферність (КОБ) ясно-сірого лісового ґрунту Львівського Опілля під впливом агрогенного навантаження // Вісник ОНУ. –Одеса, 2001. – Т.6. – Вип.9. – С.39-45.
Гамкало З.Г. Екологічний аналіз компонента “рослина” травостанів різного мінерального удобрення // Наук. зап. Тернопіль. пед.ун-ту. –Тернопіль, 2001. – №1. – С.26-31.
Гамкало З.Г. Екологічність субстрату органічного компонента системи удобрення. Питання методології та критерій оцінки// Агрохімія і ґрунтознавство. Спеціальний випуск. Кн. 3, –Харків, 2002. – С.190-192.
Гамкало З.Г. Якісно-кількісні особливості атмосферного привнесення хімічних компонентів у районі інтенсивних сільськогосподарських виробничих систем Львівського Опілля // Вісник Львів. ун-ту. – Львів, 2003. – Вип. 29. – Ч.1. – С. 170-179.
Гамкало З.Г. Кислотний тренд ґрунту старосіяного травостану за умов довготривалого мінерального удобрення // Наук. зап. Тернопіль. держ. пед. ун-ту. – 2003. – №2(7). – С. 44-50.
Гамкало З.Г. Особливості вологозабезпечення системи ґрунт-рослина агрофітоценозів // Вісник ОНУ. – Одеса,2003. – Т.8. – Вип.5. – С.31-36.
Гамкало З.Г. Форми Калію сірого лісового ґрунту агроекосистем Львівського Опілля // Генеза, геогр. та екологія ґрунтів: Зб.наук. пр. – Львів, ЛНУ, 2003. – С.85-89.
Гамкало З.Г. Активна фаза органічної частини ґрунту: генеза, роль, діагностика// Міжв. тем. наук. зб. “Агрохімія і ґрунтознавство”. –Харків, 2003. – Вип.64. – С.53-58.
Гамкало З.Г. Активна фаза органічної речовини ґрунту як його енергопластичний буфер. Теоретичний підхід і проблема оцінки // Зб.наук.-техн.праць. – Львів:УкрДЛТУ, 2003. – Вип.13.4. – С.270-275.
Гамкало З.Г. Градієнтний аналіз мікроелементного статусу ясно-сірого лісового ґрунту агрофітоценозів//Вісник ХНАУ.–Харків, 2004. – №1. – С.142-146.
Гамкало З.Г. Градієнтний аналіз вмісту важких металів в едафотопі агроландшафтів західного Лісостепу України // Вісник Львів. ун-ту. –Львів, 2004. – Вип.31. – С.246-252.
Гамкало З.Г. Електропровідність сірого лісового ґрунту західного Лісостепу залежно від агрохемогенного впливу// Аграрний вісник Причорномор’я: Зб. наук. пр. – Одеса, 2004. – Вип.26. – Ч.1. – С.122-129.
Гамкало З.Г. Зміни вмісту рухомих форм важких металів у ґрунті залежно від тривалого агрогенного навантаження // Наук. вісн. Чернів. ун-ту: Зб. наук.пр. – Чернівці: ЧДУ, 2004. – Вип.199 – С. 56-63.
Гамкало З.Г. Застосування азотограм для оцінки активної фази органічної частини ґрунту агро екосистем// Вісник аграрної науки. –2005. – №3. – С.19-22.
Hamkalo Z. Nitrogengrams as a method for estimation of an active phase of soil organic matter // Fertilizers and Fertilization. – 2002 (IУ) . – №1(10). – P. 256-263.
Hamkalo Z. Biological availability and geochemical activity of phosphorus compounds in the soil under permanent grassland // Fertilizers and Fertilization. – 2002 (IУ), – №4(13). – P. 270-274.
Hamkalo Z. Differential acid-base buffering as yardstick of ecological efficiency of an organic component of fertilizings of agrocеnosises//Грунтознавство. – Київ-Дніпропетровськ, 2004. – Т.5. – №3-4. – С.43-46.
Методические и организационные основы проведения агроэкологического мониторинга в интенсивном земледелии (на базе Географической сети опытов) / Н. З. Милащенко, Ш. И. Литвак... – М., 1991. – С.270-274 (ідея, її розробка, методика, написання розділу).
Гамкало З.Г., Коваліско Н. Б. Колосовський Г. Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем як елемент регіональної екологічної безпеки // Проблеми регіональної політики: Зб.наук.пр. – Львів, 1995. – С.188-198 (ідея, її розробка, методика, написання статті).
Гамкало З.Г.Функціональна активність еколого-трофних угрупувань ґрунтових мікроорганізмів пасовищ при різних способах їх мінерального удобрення // Зб. наук.праць “Генеза, географія та екологія ґрунтів” – Львів: ЛНУ, 1999. – С.257-266.
Агрогенні зміни вмісту важких металів в ясно-сірому лісовому ґрунті Львівського Опілля// Журнал агробіології та екології. – Львів, 2004. –Т.1. – №1-2. – С.171-179.
Гамкало З.Г. Якість сірих лісових ґрунтів еугемеробних екосистем та її індикація (біогеоценотичний підхід) //Вісник ХНАУ.–Харків,2005.– №1.–С.74-79.
Hamkalo Z. Ecological aspects of soil nitrogen bioavailability // Conf. Proc.: Scientific basis to mitigate the nutrient dispersion into the environment. -Warsaw, December 13-14, 1999. – Falenty IMUZ, Publisher, 2000. – P. 100-106.
Гамкало З.Г. Рухомі форми Fe, Mn, Ni, Cu у сірому лісовому ґрунті пасовищної екосистеми в залежності від удобрення // Україна та глобальні процеси: географічний вимір – К.:”Обрії”. – 2001 –Т.4 . – С.16-20.
Гамкало З.Г., Сеньків Г. Й., Коваль Ю.П., С. Б. Чукур Г. Б. Колосовський Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем // Наукове забезпечення АПК західного регіону України: Зб.наук.пр. – Львів, 1993. – С.35-36. (ідея, її розробка, методика, написання статті).
Гамкало З.Г., Ярмолюк М. Т., Процик Я. М., Яремкевич Л. І. Дисперсійний аналіз азотного компоненту ґрунту культурних пасовищ при різних режимах відтворення їх родючості // Наукове забезпечення АПК західного регіону України: Зб.наук. пр. – Львів, 1993. – С.29-30. (ідея,експерименти, аналізи, обробка і аналіз даних).
Гамкало З.Г., Коваліско Н. Б. Колосовський Г. Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських виробничих систем як елемент регіональної екологічної безпеки // Проблеми регіональної політики: Зб.наук.пр. – Львів, 1995. – С.188-198 (ідея, її розробка, методика, написання статті).
Гамкало З.Г. Чи чиста вода кринична ? // Сільський господар. – Львів,1996. – № 1. – С.30-32.
Гамкало З.Г. Системний аналіз азотного фонду ґрунтів як одного з критеріїв агроекологічного моніторингу // Тез. доп. конф.”Екологія Полісся: проблеми, сучасність, майбутнє” ч.2, – Харків-Луцьк,1993. – С.12-13.
Гамкало З.Г., Сеньків Г.Й., Чукур С.Б., Коваліско Н.Б., Колосовський Г.Б. Агроекологічний моніторинг сільськогосподарських систем Карпатського регіону // Тез. доп. міжнар. конф. ”Карпати – український міст в Європу: проблеми і перспективи”.– Львів, 1993. – С.166-167 (ідея,експерименти, обробка і аналіз даних, написання тез).
Гамкало З.Г., Ярмолюк М.Т., Сеньків Г.Й. Міграція макроелементів у профілі ґрунту на культурному пасовищі в залежності від внесення мінеральних добрив // Тез. доп. коорд. наради ”Інтенсифікація виробництва кормового білка в західному регіоні”. – Львів, 1993. – С.49-50 (експерименти, аналіз даних, написання тез).
Гамкало З.Г., Ярмолюк М.Т., Просович К.І., Сеньків Г.Й. Міграція основних поживних елементів та токсикантів у профілі ґрунту на ріллі і пасовищі при довготривалому внесенні добрив // Тез. доп. IV з‘їзду ґрунтознавців і агрохіміків України. – Харків, 1994. – С.20-21 (експерименти, обробка і аналіз даних, підготування тез).
Гамкало З.Г., Ярмолюк М. Т., Яремкевич Л. І. Азотограми ґрунту пасовищ при їх довготривалому мінеральному удобренню // Тез. доп. конф. “Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення”. – Харків, 1996. – С.145 (ідея, експерименти, аналіз даних, написання тез).
Гамкало З.Г., Сальвицька О. З. Чукур С. Б. Вплив довготривалого мінерального удобрення на стан ґрунтової мікрофлори сіяних травостоїв // Тез. доп. конф. “Грунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення”. – Харків, 1996. – С.152-153 (експерименти, аналіз даних, написання тез).
Гамкало З.Г., Грицевич В. С., Гамкало М. З. Системний підхід до аналізу азотового пулу ґрунту як основа для розробки високоінформативних критеріїв агроекологічного моніторингу// Тез. доп. 3-го міжн. симпоз. “Застосування математичних методів і комп’ютерних технологій при розв’язанні задач геохімії і охорони навколишнього середовища”.–Львів, 1996.– С.50-51 (ідея,експерименти, обробка і аналіз даних, написання тез).
Металопрофіль ґрунту як індикатор його якості/ Збірник наукових праць: Десята наукова конференція “Львівські хімічні читання-2005”. Львів, 25-27 травня 2005 року. – Львів:ВЦЛНУ імені Івана Франка, 2005. – С.20.
Сontent of heavy metals in edaphotope of agrolandscapes of Western Forest-steppe of Ukraine/ Workshop ”Current Developments in Remediation of Contaminated Lands” 27-29 October 2005. – Pulawy. Poland. – P.71.
