Наукова робота. Вивчення стану ґрунтів села Наталине Красноградського району Харківської області

Яворської Оксани,
учениці 10 класу
Наталинського навчально-виховного комплексу

Науковий керівник:
Руденко Валентина Миколаївна,
вчитель географії
Наталинського НВК
Красноградського району Харківської області,
лауреатка V Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ – 2020”
за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК”
у номінації „Географія”

ВСТУП

Актуальність теми. В останні десятиріччя ґрунтовий покрив України зазнав значного антропогенного навантаження, унаслідок чого відбулися деградаційні зміни, що призвели до зниження кількості поживних речовин і гумусу, підвищення кислотності, руйнування структури, переущільнення орного шару, розвитку водно-ерозійних процесів, хемогенного забруднення ґрунтів, а отже, до зниження родючості земель. На сьогоднішній день в Україні особливо актуальною стає проблема ефективного використання її головного ресурсу – землі, яка є основним засобом виробництва в галузі та найважливішою частиною національного багатства держави. Рівень розораності сільгоспугідь давно перевищив екологічно допустимі норми. Причиною цього є екстенсивний спосіб ведення землеробства, нераціональна структура сільськогосподарських угідь при надзвичайно високій їхній розораності. На початок 2013 року розораність сільськогосподарських угідь в Україні залишається на критично високому рівні і сягає 78 %. Такого нещадного рівня використання ґрунтів не має жодна європейська країна.

Ґрунтовий покрив як найважливіший компонент ландшафту “відчуває” вплив дестабілізаційних природних та антропогенних факторів, виступає як депонувальний фактор деградації і потужний буфер. Виходячи з цього, загальна екологічна ситуація території визначається переважно станом ґрунтового покриву, його спроможністю виконувати певні, відпрацьовані тисячоліттями біосферні функції за різного рівня антропогенного навантаження, здатністю до детоксикації забруднювачів, тощо.

Еколого-географічна характеристика ґрунтів передбачає комплексне міждисциплінарне дослідження екологічного стану інтегративної геосистеми “суспільство – природа”. Це актуальний напрям сучасної конструктивної географії, що базується на інтегративному поєднанні системного, географічного і екологічного підходів [1,с.31].

Відповідно до даних ґрунтової зйомки в межах Харківської області нараховується більше 150 різновидів ґрунтів. Причиною такої розмаїтості є насамперед приуроченість території Харківській області до двох зон – лісостепової та степової. Вивченню та дослідженню ґрунтів завжди надавалося велике значення. Проте, ґрунти Красноградського району залишилися мало дослідженими, що є досить актуальним в період реформування аграрних відносин та реорганізації землекористування в Україні.

Теоретична основа вивчення ґрунтів, їх типів, класифікація, розроблена у працях В.В. Докучаєва, В.І.Крокоса, Д.К.Біленка, Н.Б.Вернанде, О.Н.Соколовського.

Мета роботи – вивчити особливості ґрунтів рівнинних геокомплексів села Наталине Красноградського району Харківської області.

Для реалізації даної мети сформовано наступні завдання:

– розкрити теоретико-методичні основи дослідження ґрунтів рівнинних геокомплексів;

– надати характеристику фізико-географічних особливостей компонентів природних геосистем Красноградського району;

– визначити типи грунтів у межах села Наталине Красноградського району;

– з’ясувати морфолого-генетичні особливості досліджуваних грунтів;

– здійснити аналіз геохімічних процесів у ґрунтовій мікрокатені села Наталине Красноградського району.

Об’єкт дослідження – грунтовий покрив Красноградського району.

 Предмет дослідження – процеси, які відбуваються в грунтах на данній території.

 Матеріали та методи дослідження.

Основою написання роботи послужили комплексні польові та лабораторні дослідження проведені протягом 2015 – 2016 років.

При проведенні досліджень використовувалися методи рекогносцирувальні, ґрунтового профілювання, лабораторної діагностики, комплексного аналізу і синтезу.

 Практичне значення отриманих результатів полягає у систематизації показників фізичного стану ґрунтів, їхньої зміни під впливом сільськогосподарського використання та можуть бути використані при проведенні великомасштабних ґрунтових обстежень, ґрунтово-екологічній оцінці, виборі заходів з раціонального використання ґрунтів з метою покращення фізичних властивостей, розробці системи заходів з попередження деградаційних процесів, проведенні моніторингових досліджень з метою встановлення агрогенного трансформування фізичного стану ґрунтів, формуванні бази даних фізичних властивостей ґрунтів України, Харківської області.

ЕКОЛОГО-ГЕОГРАФІЧНИЙ АНАЛІЗ ГРУНТІВ с. Наталине Красноградського району

 1.1 Дослідження морфолого – генетичної характеристики ґрунтового покриву с.Наталине

Проведення діагностування ґрунтів у природі за зовнішніми морфологічними ознаками базується на знанні законів їх формування у відповідності властивостям ґрунтоутворюючої породи та іншими природними умовами, в яких розвивається ґрунт. Тому знання будови і морфології досліджуваного ґрунту поряд з допоміжною інформацією (тип рельєфу, рівня залягання ґрунтових вод, рослинності, ґрунтової мезофауни) є одним з ключових аспектів пояснення закономірностей поширення певних ґрунтів в даній ґрунтово-кліматичній зоні.

 З метою більш повної характеристики ґрунту було закладено 6 ґрунтових розрізів в околицях села Наталине на глибину до 1,5 метра.

У процесі дослідження проводилося закладання шести ґрунтових профілів на визначеній ділянці ( додаток Г) Було відібрано 18 зразків ґрунту на різних генетичних горизонтах ( див. рис.3.1.1. – 3.1.2)

Рис. 3.1.1 Відбір ґрунтових проб

Рис.3.1.2 Опис ґрунту

За результатами морфолого-генетичного дослідження наводимо повну назву ґрунтів:

 – чорноземи звичайні середньо гумусні;

 – дернові глинясто-піщані і супіщані;

 – лучні глибоко – солонцюваті.

За особливостями морфолого-генетичної будови досліджені грунти відповідають наступним характеристикам.

Чорноземи звичайні середньо гумусні. Ґрунти даного типу розповсюджені в умовах більш сухого клімату на важкосуглинистих і легкоглинистих карбонатних, неоглеєних і незасолених лесах. Ґрунтові води незасолені та залягають глибше 10 м. Бонітети ґрунтів 62 – 82 бали. Ці ґрунти добре оструктурені, насичені гідроксидами кальцію і магнію. Реакція ґрунтового розчину нейтральна або слабокисла. Гумусовий шар досягає близько 85-100 см. Чорноземи вилуговані є малоструктурними і за гранулометричним складом переважно крупнопилувато-легкосуглинковими. Вони залягають на знижених елементах рельєфу, де сильніше промиваються і вилуговуються. У зв’язку з цим погіршуються їхні фізичні та біологічні властивості, що перешкоджає нормальному розвитку рослин. У чорноземах вилугованих зменшується вміст гумусу, зростає кислотність ґрунтового розчину через вимивання карбонатів і заміну іонів Са2+ і Mg2+ на іони Н+ .

Дернові глинясто-піщані і супіщані. У механічному складі верхніх шарів піщаних і глинисто-піщаних ґрунтів переважає фракція піску. Вміст фізичної глини (часточок розміром менше 0,01 мм) становить у пі­щаних відмін до 5%, в глинисто-піщаних — 5—10%. З легким механічним складом пов’язані характерні для цих грунтів несприятливі фізичні властивості: мала зв’язність, висока аерація, висока водопроникність і низька водоутримуюча здатність, мала вбирна здатність.
 Вміст гумусу навіть у верхньому шарі грунту дуже низький. З глибиною кількість його різко зменшується, і на глибині 50—60 см він практично відсутній. Реакція ґрунтового розчину кисла, гідролітична кислотність відносно висока, сума ввібраних основ мала, грунти дуже не насичені основами.
Забезпеченість рухомими формами фосфору піщаних відмін дуже низька, глинисто-піщаних — низька; калієм обидві відміни забезпечені дуже слабо.

Надзвичайно несприятливі фізичні властивості дерново піщаних і глинисто-піщаних грунтів і зумовлені ними негативні хімічні показники (кислотність, бідність на поживні речовини та ін.) спричинюють дуже поганий розвиток на них сільськогосподарських рослин. Тому ці грунти найкраще засадити лісом.

Лучні глибоко – солонцюваті. Лучні ґрунти поширені переважно на делювіальних та алювіальних відкладах. Ґрунти генетичної групи займають різні зниження: неглибокі замкнені западини серед вододілів (чорноземнолучні), заплави річок, притерасні зниження (лучні грунти). Розвинулися під трав’яною рослинністю в умовах неглибокого залягання підґрунтових вод (1,5—2,5 м) та частого короткочасного перезволоження атмосферними стічними водами. Грунти, що сформовані на алювіальних відкладах, затоплюються паводковими водами.
 Лучні грунти мають профіль чорноземного типу. Загальна глибина гумусового та гумусово-перехідного горизонтів 50-70 см. Вони добре гумусовані, мають міцну грудкувато-зернисту структуру, яка тим краще виявлена, чим важчий механічний склад. Нижче залягає короткий, слабо забарвлений гумусом горизонт, що переходить у грунтоутворюючу породу, яка в тій чи іншій мірі завжди оглеєна.

 За механічним складом серед чорноземно-лучних грунтів переважають середньосуглинкові та легкосуглинкові, і серед лучних – легкосуглинкові, в лісостеповій зоні середньосуглинкові відміни. Грунти даної генетичної групи характеризуються несприятливим водно-повітряним режимом, особливо навесні та восени. Найбільш різко це виявлено у глейових видів. Органічні речовини розкладаються поволі. При значному багатстві верхніх шарів на гумус та валові форми поживних речовин грунти містять мало рухомих форм елементів жизлення. Вміст гумусу підвищений, реакція ґрунтового розвину близька до нейтральної, ступінь насиченості основами високий. Забезпеченість засвоюваними формами азоту і фосфору низька, калію – помірна.

Чорноземно-лучні грунти придатні для використання під всі сільськогосподарські культури, проте непридатні для багаторічних насаджень. Алювіальні лучні ґрунти поряд з чорноземами є самими родючими. Більш того, ці ґрунти мають ряд істотних переваг перед чорноземами:

1) під природною рослинністю на вирівняних заплавах вони майже не піддаються водній ерозії;

 2) їх висока природна родючість постійно поновлюється алювіальним процесом та іншими факторами акумуляції речовин;

 3) вони відрізняються оптимальним для трав’янистих рослин водним режимом, оскільки до атмосферного зволоження додається ґрунтове.

 Даний тип ґрунтів поширений у межах села Наталине Красноградського району ( додаток Д)

 Нижче наведені детальні описи досліджуваних ґрунтів ( табл.3.1)

1.2. Хімічна оцінка властивостей ґрунтів

 Процеси, які відбуваються у ґрунті, можна охарактеризувати хімічний склад ґрунту та його змінами при ґрунтоутворенні. Хімічна характеристика ґрунтів має особливе значення у вирішенні практично будь-яких проблем ґрунтознавства. Зміна властивостей ґрунтів у процесі їх природного розвитку, сільськогосподарського використання, антропогенного забруднення робить необхідним контроль хімічного стану ґрунтів і прогноз його змін, основу яких складають результати хімічних аналізів ґрунтів.

 Одним із показників хімічного стану ґрунтів є визначення гідролітичної кислотності ґрунтів.

 Для проведення аналізу застосовували обладнання і матеріали : (додаток Е)

Відбір і підготовка проб грунту здійснювалися згідно вимогам вказаних у методичних рекомендаціях [16,с.24]

Проведення аналізу ( див. рис. 3.2.1 – 3.2.3)

1.На технічних терезах відважили 10 г грунту і висипали його у колбу.

2.Долили в колбу 50 мл дистильованої води, після чого старанно збовтували грунт з водою протягом 10 хв.

3.Вміст колби профільтрували крізь складчастий фільтр. Якщо фільтрат буде каламутним, профільтрувати його ще раз крізь чистий фільтр.

4.Знайшли ампулу з кольором близьким до кольору досліджуваного фільтрату і визначити його рН.

Рис.3.2.1 Підготовка розчину

Рис. 3.2.2. Вимірювання кислотності з використанням лакмусових папірців

Рис. 3.2.2 Визначення значення рН

Залежно від числового значення рН, кислотність ґрунту можна характеризувати за шкалою, наведеною в табл. 3.2

Табл.3.2

Ступінь кислотності ґрунту залежно від рН

Згідно даних аналізу ґрунти визначено як слабокислі.

1.3. Геохімічна оцінка ґрунтів за вмістом важких металів

 Ступінь забруднення ґрунтів важкими металами в значній мірі залежить від кількісного надходження їх у ці середовища, а також від природно-кліматичних умов (температури, кількості атмосферних опадів тощо) та фізико-хімічних особливостей цих сполук (їх розчинності у воді, леткості та ін.) Кількість накопичення важких металів залежить у першу чергу від типів грунтів: у глинистих грунтах їх накопичується більше, ніж у піщаних й дерново-підзолистих [25].

 Відповідно до ГОСТ 17.4.1.02-83 [18] подано класифікацію важких металів за класом небезпечності, в якій враховано їх токсичність, персистентність у ґрунті та рослинах, гранично допустиму концентрацію у ґрунті, міграційні властивості. До I класу небезпечності віднесено As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn; до II класу небезпечності – В, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr, а також Ва; V, W, Мn, Sr віднесено до III класу небезпечності.

 При проведенні геохімічних досліджень щодо визначення вмісту важких елементів в грунтах, які знаходяться у зоні впливу техногенних об’єктів дотримувались цієї класифікації.

Лабораторно-аналітичні дослідження вмісту важких металів у ґрунтових зразках проводились атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі С – 115 у навчально-дослідній лабораторії аналітичних екологічних досліджень Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна ( див. рис. 3.3.1)

Рис. 3.3.1 Спектрофотометр С – 115

Основою для оцінки рівня забруднення ґрунтів є фонова концентрація речовини в ґрунтах регіону – геохімічний фон.

 Геохімічний фон – це середній вміст хімічного елемента в ґрунтах за даними вивчення статистичних параметрів регіону. Це регіональна чи місцева характеристика ґрунтів та гірських порід. Ділянка в межах якої статистичні параметри розподілу хімічного елемента відрізняються від геохімічного фону, називається геохімічна аномалія.

Встановлення валового вмісту важких елементів у ґрунтах, є доцільним і достатнім для загальної геоекологічної характеристики їх стану і вивчення потенційної небезпечності досліджуваних хімічних елементів та сполук.

Атомно – абсорбційний аналіз заснований на способах вільних атомів, визначених елементів, що утворюють в полум’я при введенні в нього аналізованих розчинів, селективно поглинаючи резонансне випромінювання визначених для кожного елемента довжин хвиль[17].

В якості детектора випромінювання системи реєстрації використають фотоелектронні помножувачі. Вони повинні володіти достатньою чутливістю в широкій області спектру ( табл. 3.3)

Табл.3.3

Аналітична лінія чутливості й оптична область концентрацій

 атомно – абсорбційного визначення елемента

 Основну увагу приділено елементам, вміст яких виявився найбільшим у проаналізованих пробах: Cd, Zn, щоналежать до I класу небезпечності; Cu, – II класу ( додаток Є, Ж,З,И)

Результатами досліджень за загальним вмістом важких металів у ґрунтах на території с. Наталине було встановлено, що в 0-10 см шарі ґрунту вміст цинку варіював в межах 1,06 -5,51 мг/кг, тоді як ГДК для цього елементу становить 23 мг/кг. Аналізуючи показники вмісту міді в шарі ґрунту 10-30 см було відмічено перевищення вмісту в деяких зразках ґрунту. При цьому максимальна його концентрація для зазначеного шару становила 3 мг/кг. Аналіз результатів досліджень щодо вмісту кадмію в ґрунті показав, що його концентрація в шарі 0-30 см в середньому становила 0,39 мг/кг, максимальне значення було зафіксовано на рівні 0,7 мг/кг Представленні дані показують, що вміст кадмію мав незначне перевищення ГДК ( табл. 3.3 )

 Таблиця 3.3

Визначення вмісту рухомих форм важких металів

Зважаючи на те, що у с. Наталине відсутні екологічно-небезпечні підприємства, існує велика загроза перевищення вмісту важких металів через розвинуту мережу доріг місцевого, обласного, загально- державного значення й небезпека використання для сільсько – господарського призначення земель безпосередньо прилеглих до автодоріг.

 Встановлено, що сполуки важких металів мають низькі міграційні властивості за вертикальним профілем грунтів. Головним чином вони акумулюються у поверхневому орному шарі і в більшій мірі є загрозою не з точки зору міграції в ґрунтові води, а у можливості транслокації в сільськогосподарські культури

ВИСНОВКИ

У процесі ознайомлення з науковими джерелами, проведеними дослідженнями встановлено:

1. У межах села Наталине Красноградського району поширені такі типи ґрунтів: чорноземи типові потужні карбонатні, дернові піщані й глинясто-піщані, алювіальні лучні й чорноземно-лучні. Ці ґрунти характерні для бореального грунтово – біокліматичного поясу північної півкулі.
2. Проаналізовано основні типи грунтів за їх морфолого-генетичними особливостями та складено таблицю «Характеристика ґрунтів мікрокатени с.Наталине Красноградського району». Ґрунти даного типу розповсюджені в умовах більш сухого клімату на лесах, сформовані на алювіальних відкладах , мають достатню родючість, але зазнали значного антропогенного навантаження, унаслідок чого відбулися деградаційні зміни, що призвели до зниження кількості поживних речовин і гумусу, підвищення кислотності, руйнування структури, переущільнення орного шару, розвитку водно-ерозійних процесів, хемогенного забруднення ґрунтів, а отже, до зниження родючості земель.

 3.Надано характеристику фізико-географічних особливостей компонентів природних геосистем Красноградського району. Район розташований на межі двох природних зон: лісостепової та степової. Природні умови території сприятливі для господарської діяльності людини.

4. Здійснено аналіз геохімічних процесів на визначення гідролітичної кислотності ґрунтів та важких металів у ґрунтовій мікрокатені села Наталине Красноградського району. При дослідженні кислотності ґрунту використовували лакмусові папірці. Згідно даних аналізу досліджувані ґрунти визначено як слабокислі.
5. Геохімічне дослідження щодо визначення вмісту важких елементів у ґрунтових зразках проведено атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі С – 115. За результатами аналізу проб ґрунту, відібраних поблизу села Наталине, встановлено, що вміст важких металів (Cu, Cd, Zn) має незначне перевищення фонових значень.

 За результатами проведеного дослідження вважаю, що з метою збору, аналізу і опрацювання інформації про якісний стан і забруднення ґрунтів важкими металами необхідно проведення моніторингу ґрунтів й агрохімічної паспортизації Красноградського району, посиленого контролю щодо продажу та використання якісного пального, збільшення площ зелених насаджень, проведення спостереження за змінами цих показників внаслідок господарської діяльності з метою вивчення процесів трансформації та міграції хімічних речовин у ґрунтах, а також розроблення прогностичних моделей.