Анотація до роботи:

Ямелинець Т.С. Просторовий аналіз деградаційних процесів сірих лісових ґрунтів західного лісостепу України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.05 – біогеографія та географія ґрунтів. – Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2004.

Здійснено просторовий аналіз деградаційних процесів сірих лісових ґрунтів західного лісостепу за допомогою ГІС-технологій. Розроблено нові шляхи вирішення важливої прикладної наукової та екологічної проблеми деградації сірих лісових ґрунтів, опрацьовано основні фактологічні та прогнозуючі діагностичні критерії та показники.

За допомогою шести основних фактологічних діагностичних ознак та властивостей проведено оцінку деградації сірих лісових ґрунтів. Завдяки цим ознакам та властивостям досліджено характер та напрям ерозійних процесів у межах трьох дослідних ділянок, встановлено за допомогою нормативних показників стан ґрунтів та ґрунтового покриву, проаналізовано просторові особливості їх зміни.

Застосування таких методів ГІС як оверлейновий аналіз, методу геостатистики та аналізу просторових змін дало змогу обчислити та візуалізувати картосхеми потенціально можливих проявів водної ерозії за геоморфологічними умовами. Здійснено порівняння обчисленої потенційної небезпеки виникнення ерозії для дослідних ділянок з даними фактичної змитості ґрунтів, отриманими в результаті польових досліджень та лабораторних аналізів.

На основі програмного ГІС-середовища ArcView 3.2а створено ГІС-модуль Erosion RUSLE, який є результатом інтеграції універсальної емпіричної моделі – модифікованого універсального рівняння оцінки ерозійних втрат ґрунту (Revised Universal Soil Loss Equation – RUSLE) в ГІС.

1. У дисертаційній роботі вперше здійснено просторовий аналіз деградаційних процесів сірих лісових ґрунтів західного лісостепу за допомогою ГІС-технологій. Розроблено нові шляхи вирішення важливої прикладної наукової та екологічної проблеми деградації сірих лісових ґрунтів, опрацьовано основні фактологічні та прогнозуючі діагностичні критерії та показники.

У процесі роботи детально досліджено особливості морфологічної будови, фізичні, фізико-хімічні властивості сірих лісових ґрунтів західного лісостепу, проведено просторову оцінку ерозійної деградації цих ґрунтів засобами ГІС-технологій та розроблено на основі модифікованого універсального рівняння оцінки ерозійних втрат ґрунту (Revised Universal Soil Loss Equation – RUSLE) програмного ГІС-модуля Erosion RUSLE. З метою встановлення причин деградації вивчено умови ґрунтоутворення західного лісостепу та генезу сірих лісових ґрунтів.

Основну увагу приділяли прикладному значенню досліджень, а саме: розроблено підходи до вивчення просторової варіабельності окремих деградаційних процесів сірих лісових ґрунтів західного лісостепу та візуалізації засобами геоінформаційних систем, здійснено систематизацію важливих діагностичних показників та критеріїв ерозійної деградації ґрунтів.

2. Вивчено морфогенетичні властивості сірих лісових ґрунтів західного лісостепу. Виявлено суттєві зміни у процесах ґрунтоутворення досліджуваних ґрунтів, які зумовлені їхнім інтенсивним сільськогосподарським використанням. Найчастіше такі зміни мають негативний характер, тобто призводять до зниження родючості та зменшення екологовідтворних функцій ґрунтів. З’ясовано, що кількісні показники будови профілю сірих лісових ґрунтів західного лісостепу не виходять за межі діапазону їхніх коливань на підзональному рівні. Виявлено, що у процесі освоєння сірих лісових ґрунтів характерним є розтягнення профілю, зміщення ілювіальної частини ґрунтового профілю донизу. Залежно від характеру ведення землеробства змінюється забарвлення верхнього горизонту: від сірого в цілинних ґрунтах до темно-сірого в розораних ґрунтах зі значним зростанням вмісту гумусу в одному випадку, і до сірувато-бурого кольору в еродованих відмінах (де виорюється горизонт Ih) в іншому.

Характер розподілу і кількісні співвідношення фракцій гранулометричних елементів дає змогу стверджувати про генетичну однотипність сірих лісових ґрунтів трьох дослідних ділянок. Доведено, що досліджувані ґрунти характеризуються високим потенціалом агрегації і навіть у разі тривалого їх розорювання у них наявні високі потенціальні можливості відтворення мікроструктури. Структурний стан для незмитих відмін досліджуваних ґрунтів вважають задовільним, інколи добрим, а для змитих – незадовільним. Виявлено відсутність істотної різниці у значеннях загальної шпаруватості для орних горизонтів ґрунтів різного ступеня змитості, що пояснюється насамперед агротехнікою вирощування сільськогосподарських культур, особливо просапних, а не зменшенням потужності гумусових горизонтів. Згідно зі шкалою якісної оцінки загальної шпаруватості, запропонованої Н. А. Качинським (1965), загальну шпаруватість оцінюють для орних горизонтів сірих лісових ґрунтів як незадовільну (40-50 %).

Сірі лісові ґрунти західного лісостепу характеризуються порівняно низькими вмістом та запасами гумусу, середньою та низькою збагаченістю азотом, високою гуміфікацією органічної речовини, фульватно-гуматним типом гумусу. Для типу сірих лісових ґрунтів характерна підвищена кислотність, на величину якої насамперед впливає господарська діяльність людини.

У ґрунтовому вбирному комплексі сірих лісових ґрунтів західного лісостепу значну перевагу мають катіони кальцію та магнію.

3. Розроблено методику вивчення деградаційних процесів на ключових ділянках, яка полягає у розбивці цих ділянок на квадрати, в межах кожного з яких визначали необхідні показники та властивості для подальшого їх опрацювання засобами географічних інформаційних систем.

4. Проведений аналіз комплексу показників та критеріїв оцінки ступеня деградації сірих лісових ґрунтів показує, що досліджувані ґрунти характеризуються високим рівнем деградації. Насамперед це стосується ущільнення ґрунту та зменшення вмісту агрономічно-цінних агрегатів. За цими двома критеріями стан досліджуваних ґрунтів визначають як передкризовий та кризовий. Це зумовлено заміною властивої для цілинних ґрунтів класичної дрібнозернистої структури на грудкувато-брилувату, значним руйнуванням агрономічно-цінних агрегатів у сільськогосподарському використанні.

Згідно з нормативними показниками (зменшення потужності генетичних горизонтів та зменшення вмісту гумусу) змиті відміни досліджуваних ґрунтів знаходяться у задовільному і передкризовому стані, потужність змитого шару досягає 30 см, вміст гумусу зменшується на 10-30 %.

5. Під час вивчення ерозійної деградації сірих лісових ґрунтів західного лісостепу проведено аналіз тривимірної моделі рельєфу засобами ГІС. Засобами 3D Analyst та SpatialAnalyst у середовищі ArcGis для кожної із дослідних ділянок створено растрові моделі крутизни, експозиції та форм схилів. Застосування таких методів ГІС як оверлейновий аналіз, методу геостатистики та аналізу просторових змін дало змогу обчислити та візуалізувати картосхеми потенціально можливих проявів водної ерозії. Розроблено класифікацію з виділенням п’яти класів за величиною потенційної ерозійної небезпеки ґрунтів.

Здійснено порівняння обчисленої потенційної небезпеки виникнення ерозії для дослідних ділянок з даними фактичної змитості ґрунтів, отриманими унаслідок польових досліджень та лабораторних аналізів.

6. Відібрано шість основних фактологічних діагностичних ознак та властивостей деградації сірих лісових ґрунтів. Аналіз просторових особливостей зміни цих ознак здійснювали за допомогою ГІС-технологій.

Ступінь змитості сірих лісових ґрунтів найбільш обґрунтовано оцінюється за зміною вмісту гумусу в верхньому шарі ґрунту. Досліджено, що сірі лісові ґрунти в межах двох дослідних ділянок (№2 та №3а і 3б) характеризуються дефіцитним балансом гумусу. Більшу частину території цих ділянок займають ґрунти, втрати гумусу яких досягають 50 %. Порівняно високий вміст гумусу в шарі ґрунту 0-20 см (2.0-4.0 %) характерний для 80 % території дослідної ділянки №1 (в межах Опільської височини), що пояснюється високою культурою ведення землеробства на присадибних ділянках. Характерним для всіх дослідних ділянок є те, що у передкризовому та кризовому стані (потужність змитого шару 35-40 см) знаходяться ґрунти, які розташовані на вузьких ерозійнонебезпечних вододілах та схилах значної крутизни. Найбільш деградованим є ґрунтовий покрив дослідних ділянок №3а, 3б та №2 (східна частина), стан якого оцінюється від задовільного до кризового. Нормальний стан ґрунтового покриву характерний для дослідної ділянки №1 (змито до 5 см гумусового горизонту). Встановлено тісний зв’язок між ступенем еродованості сірих лісових ґрунтів та просторовою зміною величини рН, вмісту фізичної глини в шарі ґрунту 0-20 см і забарвленням верхнього горизонту. Так, ерозійні процеси суттєво знижують кислотність, на що вказує зростання величини рН-сольового в еродованих відмінах досліджуваних ґрунтів. Виявлено зростання вмісту фізичної глини у верхньому горизонті сильнозмитих ґрунтів, зумовлене змивом гумусового горизонту НЕ і Іh та інтенсивним залученням в оранку горизонту Іе.

Результати досліджень дозволяють віднести таку морфологічну ознаку як забарвлення верхнього горизонту ґрунту до важливих діагностичних ознак ерозійної деградації. Розроблено методику оцінки ступеня еродованості за забарвленням із використанням шкали Манселла та подальшим опрацюванням і візуалізацією засобами ГІС.

7. Детально вивчено цифрову універсальну емпіричну модель – модифіковане універсальне рівняння оцінки ерозійних втрат ґрунту (Revised Universal Soil Loss Equation – RUSLE). На основі програмного ГІС-середовища ArcView 3.2а створено ГІС-модуль Erosion RUSLE, який є результатом інтеграції цієї емпіричної моделі в ГІС. Програмний модуль побудований за принципом послідовного внесення усіх факторів, необхідних для обчислення ерозійних втрат з територій різних за площею, природними умовами, сільськогосподарським використанням та певним комплексом протиерозійних заходів.

8. На прикладі дослідної ділянки №2 випробувано програмний модуль Erosion RUSLE, для обчислення якого використано дані польових досліджень та лабораторних аналізів. Результатом цього програмного модуля є тематичний шар втрат ґрунтової маси в тоннах на гектар, представлений растровою Grid-темою.

Розроблено згідно з існуючими нормативами ерозійної деградації ґрунтового покриву стандартизовану шкалу. За цією шкалою для створеної растрової Grid-теми можна виділити території, які потребують проведення протиерозійних заходів для покращання екологічної ситуації. Виділення ерозійнонебезпечних територій засобами створеного ГІС-модуля є основою для впровадження "сталого землекористування".

Отож, аналіз створених картосхем дає змогу стверджувати про можливість розміщення на землях крутизною до 3^о польових сівозмін із максимальним насиченням просапними культурами. Перевагу треба надати різноглибокій оранці із проведенням усіх агротехнічних робіт впоперек схилу чи контурно. На схилах крутизною 3-7^о, де для чорного пару втрати ґрунтової маси досягають 17.5 т/га, необхідно застосовувати ґрунтозахисні технології, тобто різноглибокий відвальний та безвідвальний обробіток, лункування, мульчування, оранку впоперек схилу або контурно. Треба відмовитися від посіву просапних культур. Схили, де втрати ґрунту досягають великих масштабів (17.5-25.0 т/га) і крутизна яких більше 7^о, повинні підлягати консервації-реабілітації шляхом залуження багаторічними травами з наступним використанням у ґрунтозахисних сівозмінах. На територіях, де ерозійна деградація призводить до сильного змиву і розмиву ґрунтів із втратами ґрунтової маси понад 25 т/га, необхідно рекомендувати консервацію-трансформацію шляхом заліснення та використання ґрунтозахисних сівозмін. Створені тематичні картосхеми підтверджують істотне зниження потенційних втрат ґрунту внаслідок водної ерозії за умови посіву багаторічних трав на ерозійнонебезпечних схилах крутизною понад 7^о.

Публікації автора:

1. Ямелинець Т.С. Забарвлення верхнього горизонту сірих опідзолених ґрунтів як одна з основних діагностичних ознак деградації // Геоморфологічні дослідження в Україні: минуле, сучасне, майбутнє. Матеріали міжнар. наук.-практ. конф. – Львів: Видавничий центр ЛНУ ім. І.Франка, 2002. – С. 252-256.

2. Ямелинець Т.С. Гумусний стан сірих лісових ґрунтів західного лісостепу // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія: Наук. зб. – Київ-Луцьк.: РВВ Луцького ДТУ, 2002., Т. 4. – С. 270-275.

3. Ямелинець Т.С. Морфологічна будова сірих лісових ґрунтів західного лісостепу // Наук. вісн. Чернівецького ун-ту. Вип. 158: Географія. – Чернівці: ЧНУ, 2002. – С. 47-53.

4. Ямелинець Т.С. Застосування ГІС-технологій при вивченні сірих опідзолених ґрунтів Сокальського пасма // Наук. записки Вінницького держ. пед. ун-ту ім. М. Коцюбинського. Серія: Географія. – Вінниця, 2002. – Вип.4. – С. 21-26.

5. Ямелинець Т.С. Структурно-агрегатний стан сірих опідзолених ґрунтів західного лісостепу // Наук. вісн. Львівського ун-ту: Зб. наук. праць. Серія: Географія. Вип. 29, Ч.1 – Львів, 2003. – С. 259-264.

6. Ямелинець Т.С. Історія вивчення сірих лісових ґрунтів та проблема їх генези // Історія української географїї. Всеукр. наук-теорет. часоп. – Тернопіль: Підр. і посібн., 2004. – Вип. 1 (9). – С. 36-39.

7. Ямелинець Т.С. Методика оцінки ерозійної деградації сірих лісових ґрунтів західного лісостепу з допомогою модифікованого універсального ерозійного рівняння – RUSLE // Зб. наук. праць "Ґенеза, географія та екологія ґрунтів". – Львів: Видавничий центр ЛНУ ім. І. Франка, 2003. – С. 463-468.