ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 2 WARSZAWA 2009: 117-123
MIROSŁAW WOLOSZCZUK, WASILIJ KOSAR
DEGRADACJA GLEB N A UKRAINIE
I SPOSOBY REWITALIZACJI ICH ŻYZNOŚCI
THE DEGRADATION OF SOILS IN UKRAINE
AND THE WAYS OF THEIR FERTILITY REVITALIZATION
Instytut Nauk Przyrodniczych, Uniwersytet Przykarpacki, Iwano-Frankiwsk, UkrainaA bstract: This study brings up the problem s o f degradation o f soils in Ukraine. There w ere characterized types o f degradation, distribution o f demoted and low -productive soils in d iffe rent agroecological zones and the possibilities o f improvement o f their fertility. At present the demoted and low-productive soils occupy area o f 5133.7 thousand ha. A m ong them eroded soils and boggy and w ater-logged soils dominate. The main process which destroys the soils in the forest-steppe and steppe zones is erosion. The Conception o f Sustainable D evelopm ent o f A groecosystem s in Ukraine expects im provement o f fertility in dem oted and low -productive so ils using phytorem ediation and phytom elioration m easures.
S ło w a kluczow e: gleby zdegradowane, rewitalizacja żyzności, fitom elioracje, fitoremediacja. K ey words: degraded soils, revitalization o f fertility, phytom elioration, phytorem ediation.
WSTĘP
Degradacja gleb związana jest z wieloma zagrożeniami ekologicznymi i stanowi aktualnie wiodącą tematykę badawczą. Ochrona fauny, flory, wód i powietrza nie jest możliwa bez zapobiegania degradacji gleb, stanowiących podstawowy element siedliska. Degradacja gleb wyraża się stopniowym pogorszeniem ich właściwości pod wpływem czynników przyrodniczych i działalności człowieka, co przejawia się zmniejszeniem zawartości próchnicy, żyzności i zniszczeniem struktury gleby. W wyniku działalności człowieka [Oldeman i in. 1991] niszczone jest około 2 mld ha powierzchni globu. Wśród nich 55,6% podlega erozji wodnej, 27,9% erozji wietrznej, 12,2% zagrożonych jest degradacją chemiczną (zasoleniem, zanieczyszczeniem, wyjaławianiem), a 4,2% degradacją fizyczną, głównie w wyniku zagęszczenia i zabagnienia. Dotychczasowa działalność człowieka zniszczyła około 2 mld ha powierzchni urodzajnych gleb, zamieniając je w pustynie i grunty nieprzydatne dla rolnictwa. Jest to powierzchnia znacznie większa niż aktualne zasoby światowe gleb uprawnych, wynoszące 1,5 mld ha [Dobrowolskij 2002].
Niepokojąca sytuacja występuje w wielu krajach Europy: Ukrainie, Polsce, Bułgarii, Rumunii. Mołdawii. Antropopresja lat 60.-80. ubiegłego stulecia spowodowała zachwianie równowagi przyrodniczo-ekologicznej i wymogła progresywne procesy degradacji gleb
118 M. Woloszczuk W Kosar
(erozję, zakwaszenie, zabagnienie, zasolenie, zanieczyszczenie). W związku z powyższym zachodzi pilna potrzeba intensyfikacji działań naprawczych, pozwalających przekształcić gleby degradowane w stabilne agroekosystemy [Woloszczuk i in. 2001; Wołoszczuk i Turak 2005]. Według wielu autorów [Dobrowolskij 2002; Programma... 2005; Stokgolm- skaja Konwjencija... 2004; Wołoszczuk 2000] ochrona gleb stanowi aktualnie priorytetową tematykę badawczą.
PROBLEMY DEGRADACJI GLEB NA UKRAINIE
Podstawowym czynnikiem degradującym gleby jest erozja. Powierzchnia gleb erodowanych na Ukrainie wzrasta rocznie o 80 000-120 000 ha i zagraża aktualnie 10.6 min ha. Powodowane nią ubytki próchnicy szacuje się na 32-33 min Mg, co stanowi ekwiwalent 320-330 min Mg nawozów organicznych. Równolegle z zagrożeniami erozyjnymi wzrosła w ostatnich latach o 3,8 min ha (25%) powierzchnia gleb kwaśnych i o 0,6 min ha (24%) gleb zasolonych. Po awarii w Czarnobylu zostało zanieczyszczonych 8,4 min ha użytków rolnych, w tym 3,5 min ha gruntów ornych, około 400 000 ha użytków zielonych i powyżej 3 min ha lasów [Nacjonalnyj dokład ... 2003: Sojko 2002].
Uwarunkowania przyrodnicze i antropogeniczne przyczyniły się do intensyfikacji degradacji mechanicznej, fizycznej, biologicznej, hydromeliorac-yjnej, chemicznej i fizykochemicznej gleb.
• Degradacja mechaniczna narusza stabilizację wierzchniej warstwy gleby. Warun kowana jest rozwojem procesów erozji wodnej i wietrznej, niszczących poziomy genetyczne gleb, a niekiedy również ich skały macierzyste. Degradacja mechaniczna zachodzi również w wyniku przeobrażeń technicznych na zwałowiskach i w glebach rekultywowanych.
• Degradacja fizyczna przejawia się niszczeniem agregatowej struktury gleby i wzrostem zagęszczenia fazy stałej, w wyniku uprawy. Przyczynia się do pogorszenia właściwości wodno-pow'ietrznych gleb, obniżenia infiltracji, porowatości i aeracji oraz powstawania podeszwy plużnej.
• Degradacja biologiczna pogarsza stan fitosanitarny gleb i związana jest z zagrożeniem wirusami, patogenami, mikroflorą itp.
• Hydromelioracyjna degradacja gleb zachodzi na terenach meliorowanych (osuszanych i nawadnianych). Oznakami tej formy degradacji jest podmokłość, zabagnienie, zakwasze nie, zasolenie, niszczenie warstwy torfowej, hydrofobizacja gleb organogenicznych i przesuszenie gleb lekkich.
• Degradacja chemiczna zmienia skład chemiczny masy glebowej charakterystyczny dla określonego typu gleby. Zachodzi w wyniku przekraczania dawek nawozów mine ralnych, ksenobiotyków, różnych odpadów i przejawia się kumulacją metali ciężkich, pestycydów oraz produktów ich przemian. Chemiczna degradacja przejawia się również wzrostem zasolenia, spadkiem próchniczności gleb w warunkach niezrównoważonego bilansu materii organicznej wnoszonej i wynoszonej z gleby.
• Degradacja fizykochemiczna przejawia się obniżeniem pH i pojemności kompleksu sorpcyjnego, zmianą jakościową i ilościową kationów zasorbowanych w kompleksie sorpcyjnym, zakwaszeniem lub alkalizacją.
Podstawowe wskaźniki diagnostyczne form gleb degradowanych na Ukrainie przedstawiono w tabeli 1.
T A BE L A 1. K ryteria d iagn ostyczne d egrad acji gleb T A BLE 1. D iagnostic critcrions o f soil degradation
W łaściw ości gleb Soil properties
Parametry Parameters
Wskaźniki jakości gleb Indices o f soil quality Hrozyjność
Erosiobility
stopień zerodowania gleby degree o f soil erosion
średnio i silnie zmyte, wywiane, rozmyte w procesach erozji liniowej medium and strongly eroded by wind and by linear erosion process Szkieletow ość
Skeleton properties
zawartość okruchów skal o śred. [%] content o f fraction > 3 mm [%]
powyżej 20% objętościow ych w warstwie 0 - 3 0 cm above 20 %v. in 0- 30 cm layer
Gleby lekkie Light soils
zawartość fizycznej gliny, cząstki o średnicy < 0,01 mm [%] content o f fraction < 0.01 mm [%\
a)vv strefie Polesia <5; a) in Polesie zone - <5;
b)w strefie leśnostepowej <10: b) in forest-and-.steppe zone - <10 c)w stepowych strefach i poludn. obszarach leśnostepowych (bez zuch.) <20 c) in steppe zones and southern forest-steppe regions (except western) <20 Gleby ciężkie
Heavy soils
zawartość fizycznej gliny cząstki o śred. < 0,01 mm [%] content o f fraction < 0.01 mm [%]
obszar Przykarpacia > 50, w pozostałych strefach i rejonach:a) ze skal lessowych >75: b) ze skal nielessowych >60;
Przykarpacie region > 5 0 ,in the other zones and regions: a) loess rocks >75 b) non loess rocks >60
Materia organiczna gleby Soil organie matter
zawartość próchnicy [%] content o f luimus [%]
a) w strefie Polesia <0.6; b) w strefie leśnostepowej <1,5; c) w strefach stepowych <2,0: a) in Polesie zone <0.6; b) in forest-steppe zone <1,5; c) in steppe zones <2.0
pH pH we wszystkich strefach in all zones: a) < 4,0; b) > 8,0 Zawartość Al ruchomego Content o f exchangeable Al [cmol(+) kg '] > 3 .0 Zawartość N a wymiennego Content o f exchangeable N a % Na wśród kationów zasad. % Na in exchangeable cations
a) w glebach automorficznych >5: b) w glebach semi- i hydromorlicznvch >10 ; a) in automorlic soils >5; b) in semi- and hydro morfie soils >10
Zasolenie Soil salinity
% wag. przeliczony na ilość soli toksycz.
% weight converted on amount o f toxic salt >0,4 Węglanowość Carbonates zawartość węglanów [%] content o f carbonates [%] CaCO >30 Degradacja fizyczna Physical degradation
gęstość objętościowa gleby bulk density [Mg m ']
a) w glinach piaszczystych i glinach >1.5; b) w piaskach gliniastych i in. >1,9: a) in sandy bam and loam >1,5: b) in loamy sands and different sands >1,9 Chem. zanieczyszczenie gleb
Chemical soil pollution
maks. dopuszczalna konccntr. (G.D.K.) max. acceptable concentr. (M.A.C.)
przekroczenie G. D. K. powyżej 4 razy exceeding M.A.C. above 4 times Radioakt. zanieczyszczenie gleb
Radioactive soil pollution
całkowite zanieczyszczenie pow. total pollution o f surface Cs -137, Sr-90 [Ci k m : | Cs -137 >15 C i-k m \ Sr-90 :>3 Ci km 2 D e g ra d a c ja g le b na U k ra in ie i sp o so b y r e w it a li z a c ji ich ż y z n o ś c i 1 1 9
TABELA 2. Powierzchnia gleb degradowanych i nisko produkcyjnych w różnych strefach przyrodniczo-rolniczych [tys. ha] TABLE 2. The area o f degraded and low-productive soils in different agricultural and natural zones [thousand ha]
Rodzaj degradacji Type o f degradation
S tie la - Zona Rejony górskie
Mountain regions Ogółem Total Polesie Leśno-stepowa Forest-steppe Łąkowo - stepowa Meadow- steppe Stepowa i pólpustynna Steppe and semi-desert Suchych stepów Dry steppe Karpackie in Karpaty Krymskie in Krym
Gleby lekkie - Light soiJs 106.4 175.2 79,4 6,9 31.1 - - 397.2
Gleby ciężkie - Heavy soils - 55,1 136,8 34.2 1,9 13.0 - 241,0
Szkieletow ość - Skeletal soils 15,9 0,8 1,8 38,5 -- 34,7 10,0 101.6
Gleby zerodowane/zmyte Eroded soils
27.3 1141,6 1132,5 217,0 26,9 52,4 33,5 2631,1
Gleby podlegające deflacji Deflation o f susceptibile soils
30,3 1,9 61.4 45,5 16.5 -- -- 155.7
Zasolenie - Salinity soils -- 79,2 109,3 72.9 39,6 -- 0,6 301,6
Sołońcow atość - Solonetz soils 1,2 12.2 60.1 64,2 319,9 .... 5,1 462.6
Podmoklość i zabagnienie Bogged soils
155,5 112,6 37,5 178,5 73,2 32,7 590,0
Gleby bagienne organogeniczne i mineralne odwodnione
Bogged and mineral drainaged soils
86,8 28.3 0.9 0,1 3.7 119.8
Technogenne zanieczyszczenie gleb, w tym radionuklidami
Technogenic soil pollution including radionuclides content
131,6 1,5 133.1 Razem - Total 553.2 1608,5 1619,7 657.8 509.0 136,5 49,1 5133,7 12 0 M . W o lo sz cz u k, W . Kosa r
Degradacja gleb na Ukrainie i sposoby rewitalizacji ich żyzności 121
Na terenie Ukrainy (tab. 2) gleby degradowane i niskoprodukcyjne zajmująpowierzchnię 5133 700 ha. Wśród nich 2631 100 ha stanowią gleby erodowane, a 590 000 ha podmokłe i zabagnione [Lieoniec 1998; Nowakowskij i in. 2000].
SPOSOBY POPRAWY ŻYZNOŚCI ORAZ WYKORZYSTANIA GLEB
DEGRADOWANYCH I NISKOPRODUKCYJNYCH
W zależności od rodzaju i stopnia degradacji, w określonych grupach gleb można stosować szereg bezpiecznych ekologicznie metod poprawy ich żyzności [Furdyczko i in. 2006]:
• Gleby lekkie są to gleby piaszczyste Polesia, piaszczyste i gliniastopiaszczyste strefy stepowej oraz występujące w przyrodniczo-rolniczych rejonach lewobrzeżnych i w południowej części prawobrzeżnej lasostepu. W aspekcie ekologicznym nie należy ich intensywnie użytkować jako grunty orne, ponieważ są one potencjalnie zagrożone deflacją. Również z punktu ekonomicznego niecelow;e jest ich rolnicze użytkowanie jako grunty orne i użytki zielone. Gleby te należy przeznaczyć pod zalesienie.
• Gleby ciężkie wytworzone z glin przeważnie zalegają na masywnych skałach. Racjonalne jest łąkowo-pastwiskowe użytkow anie tych gleb. W warunkach korzystnego uwilgotnienia (zachodnia i lewobrzeżna część strefy leśnostepowej) pojawia się na nich szybko naturalna sukcesja roślinności autochtonicznej (zachodzi naturalny pseudo- przyrodniczy proces regeneracji ekosystemu). Z upływem czasu można ponownie przywrócić ich pierwotne użytkowanie.
• Gleby szkieletowe (kamieniste), zawierają w powierzchniowej warstwie znaczną ilość odłamków' skał litych. Dużą część tych gleb należy wyłączyć z użytkowania ornego. Podobnie jak gleby ciężkie można je poddawać przyrodniczej rewitalizacji i wykorzystywać jako łąki. pastwiska oraz siedliska odnowy zasobów przyrodniczych flory i fauny.
• Gleby erodowane obejmujągleby średnio i silnie zerodowane, z wychodzącymi na powierzchnię skałami i utworami podścielającymi. Gleby te należy wyłączyć z użytkowania omego i przekształcić w łąki i pastwiska lub zalesić. Transformacji łąkowo-pastwiskowej należy poddawać gleby średnio zerodowane, zalegające na zboczach o spadkach powyżej 3-5°. Po okresie fitomelioracyjnym możnaje ponownie włączyć w areał gleb uprawnych, pod warunkiem odnowienia charakterystycznych cech określonego typu gleby.
• Deflacyjne gleby tj. gleby podlegające erozji wietrznej, są średnio i silnie zniszczone przez deflację. Gleby te są zróżnicowane pod względem granulometrycznym - od piasków na Polesiu do lessowatych i gliniastych gleb w strefie stepowej. Gleby lekkie podlegające deflacji należy wyłączyć z użytkowania rolniczego i przeznaczyć pod zalesienie. Pozostałe natomiast należy obsiewać wieloletnimi trawami. Głównym celem tych poczynań jest ochrona pokrywy glebowej przed deflacją.
• Gleby zasolone to kategoria obejmująca średnio i silnie zasolone, sołonczakow'ate, przeważnie hydromorficzne gleby (łąkowe, bagienne), a także wtórnie zasolone gleby automorficzne na terenach nawadnianych. Podstawowe sposoby poprawy ich użytkowania obejmująrewitalizację przyrodniczągleb hydromorfic-znych naturalnie zasolonych. W przypadku gleb wtórnie zasolonych należy stosować fitomelioracyjne zadamienie.
• Gleby sołońcowate zalegają w strefach stepowych, głównie w strefie suchoste- powej. Są to średnio i silnie sołońcowate gleby hydromorficzne, semihydromorficzne (łąkowe, bagienne, łąkowo-czamoziemne) i autogeniczne gleby (czamoziemy zwyczajne, czarnoziemy południowe, czarnoziemy ciemnokasztanowe i kasztanowe, sołońce). Metody poprawy ich użytkowania są podobne jak gleb zasolonych.
122 M. Woloszczuk. W Kosar
• Gleby podmokłe i zabagnione, występują w północnych i zachodnich rejonach strefy humidowej Ukrainy. Sąto gleby darniowo-bielicowe i darniowe silnie oglejone oraz mineralne i organogeniczne naturalnego pochodzenia gleby błotne. W strefach stepowych na obszarach nawadnianych znaczne powierzchnie zajmują gleby wtórnie podtapiane (zabagnione). Z ekologicznego punktu widzenia celowa jest przyrodnicza renaturyzacja tych gleb w strefie humidowej. Ich renaturyzacja praktycznie nie wymaga nakładów; gdyż znaczne uwilgotnienie warunkuje szybkie zasiedlanie tych obszarów gatunkami flory i fauny zaadaptowanymi do warunków siedliska. Dotyczy to również gleb hydromor- ficznych wielu obszarów nawadnianych.
• Gleby bagienne organogeniczne płytkie i mineralne odwodnione mają charakter intrazonalny i występują we wszystkich strefach Ukrainy. Uwzględniając aspekt ekolo giczny celowe jest ich użytkowanie jako łąki i zagajniki.
• Gleby chemicznie degradowane, są zanieczyszczone metalami ciężkimi i orga nicznymi ksenobiotykami. Należy poddawać je remediacji, wykorzystując rośliny - hiperakumulatory zanieczyszczeń. Znana jest aktualnie zdolność wielu roślin do gromadzenia lub rozkładu określonych pierwiastków lub substancji zanieczyszczających. Przy doborze roślin do celów fitomelioracyjnych należy kierować się wskazaniami literatury i wynikami badań eksperymentalnych.
Koncepcja zrównoważonego rozwoju agroekosystemów Ukrainy do roku 2025 docelowo zakłada przywrócenie żyzności gleb zdegradowanych i zanieczyszczonych przy użyciu fitomelioracyjnych i fitoremediacyjnych technologii. Takie ekologicznie bezpieczne metody transformacji i konserwacji nieużytków rolnych, jak: fitomelioracja i fitoremediacja, w aktualnych warunkach są zdolne zapewnić optymalne relacje między poszczególnymi komponentami agroekosystemu i ekologiczne bezpieczeństwo środowiska.
PODSUMOWANIE
Niedostatecznie opracowane naukowo podstawy intensywnego wykorzystania zasobów glebowych w 60.-80. latach ubiegłego stulecia przyczyniły się do wzmożenia procesów degradacji gleb. Podstawowymi procesami degradującymi gleby Ukrainy są: erozja, zabagnienie, zasolenie i zanieczyszczenie. Uwzględniając przyrodnicze i antropogeniczne kryteria wyróżniono rodzaje gleb zdegradowanych i niskoproduk.cvjnvch, ich cechy diagno styczne, powierzchnie oraz rozmieszczenie. Proponowany schemat podejmowanych przedsięwzięć wskazuje możliwości: ograniczenia procesów degradacji, stopniowej poprawy żyzności gleb i kształtowania stabilności agroekosystemów.
LITERATURA
DOBROWOLSKI.! G.W. 2002: Diegradacija i ochrana poczw. MGU. Moskwa: 350 ss.
PURDYCZKO O.I., WOZNJAK R.R.. MOKIJACZUK L.I. 2006: Ekologiczieski bjezopasnyie mietody transformacii i konsierwacii sielskochozjąjstwiennych nieugodij. AgroekologiczieskijŻuniał 1 : 5 - 9 . LIEONIEC W.O. 1998: Ekologiczieskiie posliedstwija sowriemiennoj diegradacjii iestjestwiennych i an-
tropofiiennvch landszaftow i osnownyie naprawiienija ochrany ziemicl. Ziem lieustroiiiehnj Wiestnik 3:26^30. '
NACJONALNYJ DOKLAD UKRAINY O HARMON1ZACII ŻIZNIEDIEJATIELNOSTI OBSZCZIESTWA W OKRUŻAJUSZCZIFJ IESTIESTWIENNOJ SRIEDJE. Spiecialnoie izda- nija 5-oj Wsieiewropiejskoj konfieriencii ininisiiersiwokrużajuszcziej sriedy. ..Okrużąjuszcząjasrie- da dlja Ewropy" Kijew 2Ó03: 137 ss.
Degradacja gleb na Ukrainie i sposoby rewitalizacji ich żyzności 123
NOWAKOWSKIJ L.JA., KANASZ O.R, LIEONIEC W.O. 2000: Konsierwacija diegradirowanich i maloproizwoditielnich ziemiel Ukrainy. Wiestnik .4 g ra m oj Nauki 11: 54-60.
OLDEMAN L.R.. HAKKJELING R.T.A. ŚOMBROEK W.G. 1991: World map o f the status o f human- induced soil degradation. GLASOD. Wageningen, ISRJC.
PROGRAMMA 0SW 01EN1JA DI EG R A DIR O WANN YC11 ZIEMIEL I POWYSZIENIJA PLODO- RODIJA POCZW. Cz. I i IL 2005. Kisziniexv: 230 ss.
SAJKO W.F. 2002: Ziemliedieliie w sowriemiennvch usłowiach. Wiestnik Agrarnoj Nauki 5: 5-11. STOKGOLMSKAJA KONWIENCIJA O STOJKICH ORGANICZIESKICH ZAGRJAZNITIELIACH.
2004: SDP „Wald" Kiiew: 48 ss.
WOLOSZCZUK M.D. 2000: Mieroprijatija po wossozdaniju płodorodija diegradirowannych ziemiel, otwiediennych na konsierwirowaniie. Ziem lieiistroitielnvj Wiestnik 4 :3 0 -3 4 .
WOLOSZCZUK M.D., PARCHUC B.I.. OLIENCZYK Ja.S. 2001: Diegradirowannyie ziem li: problie- my i puti ich ozdorowlienija. Priedgonioie i gomoie ziemliedieliie i żiwotnowodstwo. M ieżwiedom- stwiennyj Tiematiczieskij Sbornik 43: 53-59.
WOLOSZCZUK M.D.. TURAK O.Ju. 2005: Diegradiacja poczw Karpatskogo regiona. Naucznyj Wiestnik Czernowskogo N acjonalnogo Uniwiersitietu. 257. Biologija. Sbornik Naucznych T rudów - Cze m o w cy Ruga: 7-12.
Prof dr Mirosław D. Woloszczuk.
Instytut Prirodniczich Nauk, Prikarpatskij Nacjonalnyj Uniwersytet Iwano-Frankiwsk ul. Galicka 201, 76008 Ukraina
