Органічна речовина ґрунтів екосистем басейну Верхнього Дністра

Актуальність теми. Знеліснення є однією із найбільших екологічних проблем, що постали перед людством в кінці ХХ - на початку ХХІ століття. Вона носить комплексний характер і пов’язана із порушенням режимів функціонування більшості геосфер. Проте, з’ясування масштабів негативних наслідків знеліснення часто ускладнюється через методологічно неправильний підхід до окреслення біогеоценозів, що досі використовується окремими вченими. Він полягає у тому, що екосистему часто окреслюють (і називають) лише за параметрами фітоценозу, що унеможливлює, наприклад, ідентифікацію гемеробних екосистем, що сформувались після проведення рубань різної інтенсивності. Для їхньої оцінки доречно змістити акцент з анаболічного блоку екосистеми, яким є фітоценоз на її катаболічний блок - ґрунт (Керженцев, 2006).

Сучасна екологічна концепція структурно-функціональної ролі органічної частини ґрунту є продуктом тривалого міждисциплінарного пізнавального процесу, пов’язаного з трансформуванням традиційної парадигми “ґрунт-пам’ять”, у нову парадигму “ґрунт-момент” (Соколов, Таргульян, 1976; Ковда, 1985, 1989; Винокуров, 2007). В контексті оцінки негативних наслідків знеліснення, пошук і застосування нових високоінформативних критеріїв оцінки стану ґрунту є особливо актуальним.

Ретроспективний огляд досліджень впливу знеліснення на структурно-функціональний стан едафотопу дозволяє зробити загальний висновок про те, що на сьогодні встановлені певні закономірності змін фізичних, хімічних і фізико-хімічних властивостей ґрунтів та їх біотичної активності після проведення суцільних рубань (Brais et al., 1995, Shutou and Nakane, 2004; Nourbakhsh, 2006) й пірогенного трансформування (Yanai et al., 2003). Проте, більшість таких досліджень приурочені до тропічних і бореальних лісів. Лише поодинокі роботи виконано у лісових екосистемах помірного кліматичного поясу (Кудеяров, 2007; Ведрова, 2010), зокрема й в Україні (Погребняк, 1993; Марискевич, 1999; Шпаківська, 2002, 2008). Сьогодні у таких дослідженнях вивчають і окремі динамічні параметри органічної частини ґрунту, що свідчить про значний поступ у вивчені його екологічної якості.

Подальший прогрес у дослідженні структурно-функціональних змін органічної частини ґрунту внаслідок знеліснення можливий за умов вивчення впливу не лише суцільних рубань, а й інших типових способів лісокористування (часткове знеліснення). Застосування з цією метою сучасного комплексного підходу до ґрунту як полілабільної багаторівневої динамічної системи дасть змогу не лише глибше зрозуміти особливості функціонування симбіотрофного комплексу ґрунт-рослина, а й перейти на засади сталого управління ресурсами лісових екосистем.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі ґрунтознавства і географії ґрунтів Львівського національного університету імені Івана Франка за час навчання у аспірантурі (2007-2010 рр.) Дослідження проводились у рамках кафедральної теми “Ґенеза, географія та екологія ґрунтів” (Номер державної реєстрації 0108U009541).

Мета дослідження - з’ясувати закономірності кількісно-якісних змін органічної частини ґрунту внаслідок антропогенного трансформування умовно-корінних грабових дібров Верхньодністерського Передкарпаття у похідні лісові й аграрні екосистеми.

Завдання дослідження:

оцінити вплив знеліснення на вміст, запаси та особливості профільного розподілу Карбону органічних сполук в едафотопі;

встановити енергетичні потенціали лісових едафотопів та оцінити масштаби їхнього зменшення за різних способів лісокористування і аграрного використання післялісових екосистем;

оцінити розміри лабільного пулу органічних речовин у лісових едафотопах та встановити особливості його антропогенної динаміки внаслідок знеліснення;

встановити інтенсивність емісії СО2 з поверхні ґрунту в природних умовах та інкубаційних експериментах, зокрема за імітації впливу глобального потепління клімату;

з’ясувати зміни якості органічної частини ґрунту та його екопротекторної здатності внаслідок знеліснення;

обґрунтувати індикаційну цінність лабільних фракцій органічної частини ґрунту для оцінки дестабілізації ґрунтового резервуару Карбону органічних сполук внаслідок знеліснення.

Об’єкт дослідження - гемеробні екосистеми, сформовані на місці умовно-корінних грабових дібров Верхньодністерського Передкарпаття.

Предмет дослідження - вплив знеліснення на структурно-функціональний стан органічної частини ґрунту.

Методи дослідження: ґрунтово-морфологічні - для опису ґрунтових розрізів, геоботанічні - для опису фітоценозів, метеорологічні - для оцінки едафічного мікроклімату, імітаційного моделювання - для оцінки інтенсивності емісії СО2 з поверхні ґрунту при різних температурах, інфрачервоного газового аналізу - для визначення концентрації СО2 у повітрі, спектрофотометричні (у видимому й ультрафіолетовому спектрах) - для оцінки якості органічної частини ґрунту, потенціометричні - для визначення концентрацій H+, NO3- і NH4+ у водно-ґрунтових суспензіях, кондуктометричні - для визначення питомої електропровідності водно-ґрунтових суспензій, статистичні - для математичного опрацювання експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

упорядковано і доповнено термінологічний апарат існуючого підходу до оцінки органічної частини ґрунту: виокремлено стрес-чутливу зону ґрунту як найбільш динамічну його частину;

запропоновано термін “термочутливість ґрунту”, який характеризує залежність темпів деструкції органічної частини ґрунту від впливу температурного фактора;

вперше, за умов стаціонарних досліджень, вивчено вплив різної інтенсивності рубань умовно-корінних грабово-дубових лісів у Верхньодністерському Передкарпатті на кількість та якість органічної частини ґрунту;

вперше дано кількісну оцінку розміру лабільного пулу органічних сполук Карбону в ґрунтах лісових і післялісових екосистем Верхньодністерського Передкарпаття;

вперше встановлено зміну екопротекторної здатності ґрунту внаслідок проведення лісогосподарських заходів різної інтенсивності;

оцінені енергетичні потенціали ґрунтів досліджуваних екосистем та обраховано величини енергетичних втрат внаслідок знеліснення.

Практичне значення роботи. Результати досліджень можуть бути використані для обґрунтування екологічних лісогосподарських технологій, що забезпечують стале використання ресурсів лісових екосистем.

Результати досліджень використовуються в природному заповіднику “Розточчя”, Регіональному ландшафтному парку “Верхньодністровські Бескиди” і товаристві з обмеженою відповідальністю “Інститут геоінформаційних систем”, а також на кафедрі ґрунтознавства і географії ґрунтів Львівського національного університету імені Івана Франка при викладанні курсів “Біогеохімія” та “Екологічна якість ґрунту”.

Особистий внесок здобувача полягав у проведенні експериментальних досліджень, аналізі, інтерпретації, комплексному статистичному опрацюванні та узагальненні отриманих результатів. Формулювання програми й завдань досліджень здійснено за допомоги наукового керівника - професора кафедри ґрунтознавства і географії ґрунтів ЛНУ імені І. Франка, д. б. н. З.Г. Гамкала.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися та обговорювалися на регіональних і міжнародних конференціях, а саме: IV Міжнародній конференції молодих вчених “Молодь і поступ в біології”, 7-10 квітня 2008 р., м. Львів; ІІІ Міжнародній науковій конференції “Географія і туризм: європейський досвід” 25-28 вересня 2008 р., м. Львів, IV Міжнародній науковій конференції молодих науковців “Від молекули до біосфери”, 17-21 листопада 2009 р., м. Харків; Научных чтениях “Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые системы сельскохозяйственного производства”, 9 декабря 2009 г., г. Рязань;, XIII Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”, 19-23 травня 2010 р., м. Київ; Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспіранті і молодих вчених “Актуальні проблеми та перспективи розвитку природничих наук”, 28 травня 2010 р., м. Запоріжжя; IV Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих вчених “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”, 1-4 червня 2010 р., м. Сколе; ХІІІ Докучаевских молодежных чтениях “Органо-минеральная матрица почв”, 1-4 марта 2010 г., г. Санкт-Петербург; 14 международной школе-конференции молодых ученых “Биология - наука XXI века”, 19-23 апреля 2010 г., г. Пущино; ІІІ Міжнародній науковій конференції “Стале природокористування: підходи, проблеми, перспектива, 28-29 травня 2010 р., м. Тернопіль; IV Всеросийской конференции с международным участием “Отражение био-гео-антропосферных взаимодействий в почах и почвенном покрове”, 1-5 сентября 2010 г., г. Томск; Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів та аспірантів “Екологічні проблеми природокористування та охорона навколишнього середовища”, 14-16 квітня 2010 р., м. Львів; Всеросийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института фізико-химических и биологических проблем почвоведения РАН “Биосферные функции почвенного покрова”, 8-12 ноября 2010 г., г. Пущино, IV Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej (z udziałem gości zagranicznych) “Przyczyny i skutki degradacji środowiska glebowego”, 21-24 września 2010, Rzeszow; VIII З’їзді Українського товариства ґрунтознавців і агрохіміків, 5-9 липня 2010 р., м. Житомир; V Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”, 21-24 червня 2011 р., м. Яремче; Засіданні Екологічної Комісії Наукового товариства імені Т. Шевченка, 25 березня 2011 р., м. Галич; Международной школе-конференции молодых ученых “Биология - наука ХХІ века”, 18-22 апреля 2011 г.; г. Пущино, International Conference on Protection of agricultural soils against joint stress of natural and anthropogenic factors, 13-16 June 2011, Puławy; Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения "Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов", 1-4 марта 2011 г., г. Санкт-Петербург; Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства, 19-21 квітня 2012 р., м. Чернівці.

Публікації. Результати досліджень обліковані у 10 наукових статтях, з яких 4 - у періодичних фахових наукових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ДАК України та 22 матеріалах Всеукраїнських та Міжнародних конференцій і повністю відображають зміст дисертації.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел (302 найменування, серед яких 165 іноземних) та додатків. Загальний обсяг дисертації - 206 сторінок, з яких 163 займає основна частина. Робота містить 11 таблиць і 40 рисунків.

• Екологічна роль органічної частини ґрунту (теоретичні, методологічні та методичні аспекти)
• Органічна частина ґрунту як екосенсор і екорегулятор
• Новий теоретико-методологічний підхід до оцінки органічної частини ґрунту: компоненти, фракції та пули
• Якісно-кількісні зміни органічної частини ґрунту та їхня інформативність при оцінці наслідків антропогенних впливів
• Матеріали і методи
• Територія дослідження
• Вибір та опис дослідних ділянок
• Польові дослідження
• Лабораторно-аналітичні дослідження
• Статистичне опрацювання отриманих результатів
• Речовинно-енергетична трансформація ґрунтів
• Антропогенна трансформація органопрофілю ґрунту
• Градієнтний підхід до оцінки інтенсивності профільних змін вмісту Карбону органічних сполук
• Зміни енергетичного потенціалу ґрунту
• Лабільний пул органічної частини ґрунту
• Лабільні органічні сполуки лісової підстилки
• Водорозчинні фракції органічної частини ґрунту
• Легкоокиснювані фракції органічної частини ґрунту
• Зміни лабільності Карбону органічних сполук
• Особливості мінералізаційної здатності та дихальної активності ґрунтів
• Гідротермічні умови мінералізації органічних сполук
• Сезонна динаміка вмісту мікробної біомаси у ґрунті
• Дихання ґрунту
• Емісія діоксиду карбону з поверхні ґрунту
• Базальне дихання
• Термоіндуковане дихання
• Накопичення продуктів мінералізації у ґрунті
• Антропогенні зміни якості та екопротекторної здатності органічної частини ґрунту
• Методичні особливості екстрагування органічних сполук з ґрунту та оптичні критерії оцінки їхньої якості
• Стабільність органічної частини ґрунту
• Екопротекторна здатність органічної частини ґрунту

Цікаві статті з розділу

Тваринний світ та його охорона
Тема реферату з дисципліни "Екологія і охорона навколишнього середовища" - "Тваринний світ та його охорона". Тваринний світ є важливою частиною біосфери нашої планети. ...

Використання безвідхідних технологій в промисловості
Необхідність охорони навколишнього середовища приводить до істотних змін у загальних підходах до забезпечення екологічної ефективності виробництв. Під екологічною ефективністю розуміють мін ...

Екологічна характеристика території природного заповідника Кам'яні Могили
Актуальність: у наш час степові екосистеми піддались найбільш сильному антропогенному впливу. Розорювання, зрошення, забудова, вплив хімічних реагентів, монокультура, вітрова та водна ерозія ...