В Горбань - Зв'язок водопроникності ґрунтів з іншими їхніми фізичними властивостями у лісових угрупованнях присамар'я - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF L'VIV UNIV.

Серія біологічна. 2007. Вип. 43. С. 161-165    Biology series. 2007. Is. 43. P. 161-165

УДК 631.43

ЗВ'ЯЗОК ВОДОПРОНИКНОСТІ ҐРУНТІВ З ІНШИМИ ЇХНІМИ ФІЗИЧНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ У ЛІСОВИХ УГРУПОВАННЯХ ПРИСАМАР'Я

В. Горбань

Дніпропетровський національний університет вул. Наукова, 13, Дніпропетровськ 49050, Україна

Досліджено водопроникність ґрунтів, її зв'язок з іншими їхніми фізи­чними властивостями у лісових угрупованнях Дніпровського Присамар'я. Розглянуто екологічну роль водопроникності ґрунтів у степових умовах. Виявлено зв'язок водопроникності зі щільністю твердої фази, водопідніма­льною здатністю ґрунтів та коефіцієнтом фільтрації.

Ключові слова: водопроникність ґрунтів, водно-фізичні властивості, лісові едафотопи, кореляція, варіація.

Як відомо, лісові угруповання в степовій зоні України перебувають за умов геогра­фічної, а часто й екологічної невідповідності [2]. Це виявляється, насамперед, у недостат­ній кількості вологи, тоді як усі інші чинники порівняно сприятливі для формування лісів [13]. Фізичні властивості ґрунтів мають важливе екологічне значення: взаємодіючи з лі­совою рослинністю, видозмінюючи вплив чинників степового середовища, вони часто зумовлюють успіх або невдачу степового лісорозведення та лісовідновлення [10]. В цих умовах вивчення водно-фізичних властивостей ґрунтів (у тому числі і водопроникності) особливо актуальне.

Водопроникність - головна риса характеристики ґрунту. Вона зумовлює життє­діяльність біоти та визначає водний баланс того чи іншого едафотопу. Від водопроник­ності залежить також інтенсивність поверхневого стоку, а, відповідно, і режим зволо­ження ґрунту, що має важливе значення в пізнанні життя лісу та під час розробки захо­дів щодо підвищення продуктивності лісових насаджень. Водопроникність, забезпечу­ючи сприятливий водно-повітряний режим у ґрунті, є одним з найсуттєвіших чинників родючості.

Значну увагу інфільтраційній здатності ґрунтів під лісовою рослинністю приділяв Кітредж [7]. Він також розглядав роль лісової підстилки, яка позитивно впливає на лісові ґрунти та їхні властивості. Дослідження Л. П. Травлєєва [14] засвідчили, що лісова під­стилка в штучних лісах плакорного степу слугує потужним засобом для накопичення вологи, перетворюючи поверхневий стік на глибинний.

У всіх географічних зонах лісові ґрунти мають більшу водопроникність, ніж польові. Значна водопроникність лісових ґрунтів зумовлена дренувальною роллю корене­вих систем дерев, структурою цих ґрунтів і лісовою підстилкою, яка запобігає руйнуван­ню ґрунту [1, 4, 9].

О. Л. Бельгард [2] зазначив, що лісова рослинність на темно-сірих ґрунтах та чор­ноземах поліпшує фізичні властивості їхнього гумусового горизонту. Це виявляється у збільшенні пористості, водопроникності та вологоємності, а відтак сприяє поліпшенню лісорослинних умов.

На водопроникність едафотопу також впливають структура ґрунтів, водорозчинні сполуки, здатні або нездатні коагулювати ґрунтові колоїди. Важливим чинником, який впливає на водопроникність ґрунту, є його вологість [8, 9, 13].

© Горбань В., 2007

Показник водопроникності значно залежить від водно-фізичних властивостей ґру­нтів і впливає на їхній гідрологічний режим. Опади під впливом сили тяжіння всмокту­ються та просочуються по порах і тріщинах. У процесі всмоктування частина води запов­нює різні пори, інша частина фільтрується у глибинні горизонти, ще інша випаровується з поверхні, а також стікає по схилах, утворюючи поверхневий стік. Отже, чим менша во-допоглинальна здатність ґрунтів, тим більше води залишається на їхній поверхні і, відпо­відно, тим сильніша ерозія. Надходження ж меншої кількості води у ґрунт супроводжу­ється зниженням продуктивності як окремих популяцій, так і біогеоценозів загалом. По­гіршення водно-фізичних характеристик ґрунту призводить до деградації лісового біоге­оценозу, що виявляється у посиленні в ньому ерозійних процесів, унаслідок чого просте­жується змивання підстилки та гумусового шару ґрунту. Це впливає на склад геобіонтів і здатність лісу до поновлення, порушує трофічні та топічні ланцюги, посилює процеси деградації, що призводить до незворотних змін у лісових біогеоценозах [15].

Наші дослідження виконані на Присамарському біосферному стаціонарі Комплек­сної експедиції Дніпропетровського національного університету. Об'єктом вивчення бу­ли лісові ґрунти Дніпровського Присамар'я, яке розташоване у Новомосковському р-ні Дніпропетровської обл. Водопроникність та інші фізичні властивості визначали у таких біогеоценозах: сухувата в'язово-ясенева діброва, свіжа липово-ясенева діброва (у прис­тінних умовах), штучне акацієве насадження та свіжа липово-ясенева діброва (в умовах заплави). Стисла характеристика загальних фізичних властивостей (за [13] - щільність твердої фази, щільність скелета, пористість та питома поверхня ґрунту) сухуватої в'язо-воясеневої діброви, свіжої липово-ясенової діброви у пристінних умовах та штучного акацієвого насадження наведена у праці [5]. Водопроникність визначали в лабораторних умовах за допомогою насипних зразків методом трубок [3]. Серед інших фізичних влас­тивостей досліджували щільність скелета методом парафінування, щільність твердої фа­зи пікнометрично, загальну пористість розрахунково, максимальну гігроскопічну воло­гість за Ніколаєвим, водопіднімальну здатність ґрунту за допомогою насипних зразків методом трубок. Отже, під час дослідження були охоплені майже всі фізичні властивості ґрунтів, які рекомендують для вивчення в разі біогеоценологічних обстежень ґрунту як компонента біогеоценозу [11, 12].

Дані, отримані внаслідок досліджень, наведені у табл. 1. Як бачимо, найбільші значення водопроникності ґрунтів пробної площі 206 (сухувата в'язово-ясенева діброва) зафіксовано у поверхневих горизонтах, тоді як у горизонті Р простежено помітне її змен­шення. Це можна пояснити тим, що в материнській породі, як звичайно, міститься мало органічних речовин, тому тут менш водостійка структура. Отже, материнська порода створює шар, який гальмує перехід води з поверхневих горизонтів ґрунту у ґрунтові во­ди, що позитивно впливає на забезпечення вологою лісу за посушливих умов, оскільки ґрунтові води тут є на глибині приблизно 10 м.

Водопроникність горизонтів ґрунту пробної площі 207 (свіжа липово-ясенева діб­рова в пристінних умовах) коливається в незначних межах. Найменшу водопроникність має горизонт Ні, найбільшу - горизонт Н2. Зниження водопроникності поверхневого ша­ру ґрунту може призвести до негативних змін (посилення поверхневого стоку і, як наслі­док, посилення ерозії ґрунту). Однак водопроникність поверхневого горизонту (321 мм/год) не є критичною, тому тут не виявлено ніяких негативних процесів.

Ґрунти пробної площі 207-б (штучне акацієве насадження) мають різну водопроникність у генетичних горизонтах. Найбільша водопроникність зареєстрована угоризонті Ні , найменша - у перехідному Нр. Досить значна водопроникність верхнього горизонту сприяє переведенню поверхневого стоку, який може спричинювати ерозійні процеси, на глибинний, унаслідок чого збільшуються запаси вологи у ґрунті. Це позитив­но позначається на деревостані біогеоценозу.

Найбільша водопроникність ґрунту пробної площі 209 (свіжа липово-ясенева діб­рова, розташована у заплаві р. Самари) виявлена у горизонті Ph, найменша - у верхньому горизонті Ні. Зафіксовані значення є також найбільшими (400,2 мм/год) та найменшими (159,6 мм/год) значеннями водопроникності ґрунту серед усіх досліджених ґрунтів, тобто тут простежено доволі значні відмінності між значеннями водопроникності ґрунту. Це можна пояснити сильно вираженою строкатістю будови ґрунтового профілю, що склада­ється з шарів алювіальних наносів, для яких характерна висока неоднорідність. Досить незначна водопроникність верхніх горизонтів може призвести до недостатнього забезпе­чення вологою рослин, кореневі системи яких розміщені в нижніх горизонтах ґрунту. Однак на площі 209 цього не відбувається, оскільки біогеоценоз розташований у заплав­них умовах, а ґрунтові води залягають на глибині приблизно 3 м, і тому деревні рослини перебувають у доброму стані.

Таблиця 1

Фізичні властивості ґрунтів лісових біогеоценозів (на прикладі Дніпровського Присамар'я)

Генетичний

Глибина,

dv,

d,

Рзаг,

МГВ,

Водопроникність,

 

Водопіднімальність,

горизонт

см

г/см3

г/см3

%

%

мм/год

К

мм/год

 

 

Сухувата в'язово-ясенева діброва (ПП 206)

 

Ні

0-10

1,30

2,51

48,2

6,34

366,6

0,98

195

Н2

20-30

1,42

2,43

41,6

5,67

340,2

0,42

154

Н

60-70

1,55

2,59

40,1

5,56

371,4

0,57

428

Нр

80-90

1,63

2,60

37,3

4,86

348,6

0,38

218

Р

100-110

1,67

2,57

35,1

5,13

285,6

0,34

257

 

Свіжа липово-ясенева діброва, пристін (ПП 207)

 

Ні

0-10

1,37

2,51

45,4

5,63

321,0

0,67

298

Н2

20-30

1,52

2,57

40,9

4,17

386,4

0,95

287

Н

50-60

1,53

2,61

41,4

4,90

331,8

0,56

480

Нр

80-90

1,58

2,61

39,5

4,90

362,4

0,94

353

Р

110-120

1,58

2,59

39,0

4,86

371,4

0,69

273

 

 

Штучне акацієве насадження (1111 207-б)

 

Ні

0-10

1,41

2,55

44,7

6,38

360,0

0,66

125

Н2

10-20

1,55

2,63

41,1

6,38

253,2

0,63

242

Нр

30-40

1,49

2,36

36,9

6,34

245,4

0,30

208

Рі

50-60

1,49

2,53

41,1

5,63

352,8

0,50

231

Р2

100-110

1,55

2,51

38,3

5,59

337,2

0,35

240

 

Свіжа липово-ясенева діброва, заплава (ПП 209)

 

Ні

0-10

1,40

2,36

40,7

5,45

159,6

0,03

106

Н2е1

30-40

1,34

2,36

43,7

4,30

354,6

0,68

255

 

80-90

1,62

2,53

36,0

2,58

240,0

0,04

214

HPa

140-150

1,65

2,50

34,0

1,83

390,0

0,70

576

PH

160-170

1,63

2,56

36,3

1,11

397,2

0,40

642

Ph

190-200

1,62

2,60

35,2

1,06

400,2

0,73

668

Примітки: dv - щільність скелета; d - щільність твердої фази; Рзаг - загальна пористість; МГВ -максимальна гігроскопічна вологість; К - коефіцієнт фільтрації.

Під час аналізування отриманих результатів з'ясовано, що найменші значення во­допроникності, коефіцієнта фільтрації, водопіднімальної здатності ґрунту та щільності твердої фази з усіх досліджуваних ґрунтів, зареєстровано в горизонті Ні пробної площі 209. Найбільшу водопроникність та водопіднімальну здатність ґрунту виявлено в горизо­нті Ph пробної площі 209. У горизонті Ні пробної площі 206 є мінімальна щільність ске­лета та максимальні значення загальної пористості й коефіцієнта фільтрації.

Для підтвердження чи спростування наявності виявлених зв'язків та з' ясування їхнього характеру проведено кореляційний аналіз. За його допомогою визначено, що між водопроникністю та коефіцієнтом фільтрації є доволі тісний прямий зв'язок (r = 0,70). Також існує прямий зв'язок між водопроникністю та водопіднімальною здатністю ґрунту (r = 0,55). Отже, водопроникність, коефіцієнт фільтрації та водопіднімальна здатність тісно пов'язані між собою.

Розглянемо зв'язки між водопроникністю та фізичними властивостями. Між водо­проникністю та щільністю твердої фази ґрунту коефіцієнт кореляції дорівнює 0,43, тобто є прямий зв'язок. Також виявлено прямий зв'язок між щільністю скелета та водопідніма­льною здатністю ґрунту (r = 0,53) і тісний зворотний зв'язок між водопіднімальною здат­ністю ґрунту та максимальною гігроскопічною вологою (r = -0,77). Отже, кореляційний аналіз підтвердив зв'язок водопроникності з іншими фізичними властивостями (щільність твердої фази, водопіднімальна здатність).

Для визначення характеру мінливості фізичних властивостей ґрунтів розраховано її відносний показник - коефіцієнт варіації (табл. 2).

Найбільшими значеннями коефіцієнта варіації майже за всіма фізичними власти­востями вирізняється ґрунт площі 209. Це можна пояснити строкатістю ґрунтового про­філю, що характерно для заплавних ґрунтів. Загальні фізичні властивості ґрунту мають переважно невелику мінливість, окрім максимальної гігроскопічної вологи площі 209, мінливість якої значна. Внаслідок порівняння водопроникності за допомогою коефіціє­нта варіації з' ясовано, що незначна мінливість характерна лише для площі 207, середня - для площ 206 та 207-б, значна - для площі 209. Найбільшу мінливість з усіх фізичних властивостей ґрунтів має коефіцієнт фільтрації. Отримані коефіцієнти варіації підтвер­джують, що між фізичними властивостями ґрунтів та водопроникністю існує зв'язок, оскільки найбільшому коефіцієнту варіації водопроникності, що виявлено для ґрунту пробної площі 209, відповідають найбільші коефіцієнти варіації інших фізичних влас­тивостей (щільність твердої фази, максимальна гігроскопічна вологість, коефіцієнт фі­льтрації та водопіднімальна здатність ґрунту).

Під час порівняння середніх квадратичних відхилень водопроникності за допомо­гою критерію Фішера виявлено, що лише ґрунти площ 206 та 207 достовірно (за 5% рівня значимості) відрізняються один від одного. Інші ґрунти між собою достовірно не відріз­няються, що свідчить про відносну спорідненість умов, які характеризують ці ґрунти.

Отже, досліджувані ґрунти мають найліпшу водопроникність за оцінною шкалою Н. А. Качинського (1970). Також виявлено зв'язки між значеннями загальних фізичних

Таблиця 2

Коефіцієнт варіації фізичних властивостей ґрунтів, %

Пробна площа

dv

d

Рзаг

МГВ

Водопроникність

Kt Водопіднімальність

206

10,11

2,78

12,36

10,28

10,00

48,69 42,36

207

5,69

1,61

6,16

10,56

7,73

22,87 25,10

207-б

3,85

3,91

7,49

6,84

18,03

33,09 23,41

209

8,81

4,12

9,92

65,95

31,07

76,31 60,00

Примітки: dv - щільність скелета; d - щільність твердої фази; Рзаг - загальна пористість; МГВ -максимальна гігроскопічна вологість; К - коефіцієнт фільтрації.

 (щільність твердої фази) і водно-фізичних (водопіднімальна здатність) властивостей ґрунту та водопроникності. Найбільше водопроникність пов'язана з коефіцієнтом фільт­рації, оскільки ці дві величини відображають інтенсивність одного явища - проникність води крізь ґрунт.

1. Белова Н. А., Травлеев А. П. Естественные леса и степные почвы (экология, микро­морфология, генезис). Днепропетровск: ДГУ, 1999. С. 134.

2. БельгардА. Л. Степное лесоведение. М.: Лесная промышленность, 1971. 336 с.

3. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почвы. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.

4. ВолобуевВ. Р. Экология почв (очерки). Баку: Изд-во. АН Азербайджанской СССР, 1963. С. 53-54.

5. Горбань В. А. До фізичних властивостей ґрунтів пристінних лісів Присамар'я Дніп­ровського // Молодь та поступ біології: Зб. тез Другої міжнар. наук. конф. студен­тів і аспірантів. 21-24 березня 2006 року, м. Львів. Львів, 2006. С. 364-365.

6. Качинский Н. А. Физика почвы. М.: Высшая школа, 1970. С. 79.

7. Китредж Дж. Влияние леса на климат, почвы и водный режим. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1951. С. 254-255.

8. Коновалов Н. Н., Попов А. А. Сравнительная характеристика водопроницаемости почв при различной их влажности // Почвоведение. 1961. № 5. С. 104-105.

9. Назаров Г. В. Зональные особенности водопроницаемости почв СССР. Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1970. 184 с.

10. Олег И. Е. Интегральные критерии лесопригодности и лесовозобновительной спо­собности почв в степной зоне // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель. 2000. Вип. 4. С. 44-47.

11. Почвенно-биогеоценотические исследования в лесных биогеоценозах. М.: Изд-во.

Москов. ун-та, 1980. С. 63.

12. Программа и методика биогеоценологических исследований. М.: Наука, 1966. С. 229, 234.

13. Роде А. А., Смирнов В. Н. Почвоведение. М.: Высшая школа, 1972. 480 с.

14. Травлеев Л. П. Водно-физические свойства и водный режим почво-грунтов при­стенных лесных биогеоценозов Присамарья // Биогеоценологические особенности лесов Присамарья и их охрана. 1981. Вып. 12. С. 82-і03.

15. Щербина Ю. Г. Влияние физических характеристик почвы и полноты древостоя на состояние лесных биогеоценозов Черноморского побережья Кавказа // Ґрунтознавство. 2002. Т. 3. № 3-4. С. 21-26.

THE RELATION OF SOILS WATER INFILTRATION WITH OTHER PHYSICAL PROPERTIES OF PRISAMARJA REGION WOOD EDAPHOTOPES

V. Gorban

National University of Dnipropetrovsk Naukova st. 13, Dnipropetrovsk 49050, Ukraine

Water infiltration and its relation with physical properties of Prisamarja Dniprovskoe wood soils are researched. Ecological value of soils water infiltra­tion in steppe condition is considered. Relation of water infiltration with density of hard phase, soils water-elevating ability and filtration factor are established.

Key words: soils water infiltration, water-physical properties, wood soils, corre­lation, variation.

Стаття надійшла до редколегії 16.05.06 Прийнята до друку 04.07.06

Страницы:
1 


Похожие статьи

В Горбань - Зв'язок водопроникності ґрунтів з іншими їхніми фізичними властивостями у лісових угрупованнях присамар'я