Відновлення та використання ґрунту: андосолів та реголіту

Відновлення та використання ґрунту: андосолів та реголіту

У рамках довгострокової програми DREVO з відновлення земель, створення лісів, лісостепів та стійких лісосадів

1. Загальна концепція

Довгострокова програма DREVO має працювати не тільки з уже сформованими ґрунтами, але й з глибшою мінеральною основою території.

У рамках проекту розглядаються два принципово різні природні ресурси:

андосолі — ґрунти, що сформувалися переважно з вулканічного попелу та інших вулканогенних матеріалів;

реголіт - рихлий або роздроблений матеріал, розташований над корінною породою і що включає вивітрілу породу, сапроліт, мінеральні уламки, наноси і грунтові горизонти, що іноді сформувалися.

Реголіт не слід автоматично називати родючим ґрунтом. Він може бути:

майже безплідним мінеральним субстратом;

сильно вивітрілим матеріалом;

піщаним або щебеневим покриттям;

вулканічним попелом;

лес;

алювіальними або схиловими відкладеннями;

засоленим матеріалом;

забрудненим промисловим субстратом;

основою для поступового формування нового ґрунту.

У геологічному сенсі реголіт є покривом пухкого і вивітрілого матеріалу над цілішою корінною породою. Його склад та глибина можуть значно відрізнятися навіть у межах однієї території. (usgs.gov)

Головне завдання проекту:

не просто використовувати мінеральний матеріал як ґрунт, а поступово перетворити його на стійку живу ґрунтову систему.

Послідовність відновлення:

вихідна порода або реголіт → мінеральний субстрат → первинна біологічна плівка → рослинний покрив → органомінеральний горизонт → молодий грунт → лісовий грунт → стійкий грунт лісосаду.

2. Андосолі

2.1. Що таке андосолі

Андосолі формуються переважно у вулканічних матеріалах, багатих на вулканічне скло. Вони особливо поширені в районах сучасної та давньої вулканічної активності. (isric.org)

Для них часто характерні:

висока пористість;

порівняно низька об'ємна густина;

гарна вологоємність;

розвинена агрегатна структура;

здатність накопичувати значну кількість органічної речовини;

висока біологічна продуктивність за сприятливого управління;

особлива мінералогія, пов'язана з алофаном, імоголітом, феригідритом та активними сполуками алюмінію та заліза;

сильне зв'язування фосфору.

Багато андосолів мають високий сільськогосподарський потенціал, проте їх продуктивність нерідко обмежується інтенсивною фіксацією фосфатів. Для корекції цієї властивості застосовують органічну речовину, вапнування, кремнієвмісні матеріали і ретельно розраховане фосфорне харчування. (Головна сторінка FAO)

2.2. Чому андосолі цінні для проекту

При збереженій структурі андосоль може стати однією з найкращих основ для:

гірських лісів;

вологих лісосадів;

плодових та горіхоплідних систем;

розплідників;

ягідників;

кавових, чайних та інших багаторічних культур у відповідному кліматі;

накопичення органічного вуглецю;

водорегулюючих насаджень;

відновлення схилів.

Його фізичні властивості здатні забезпечувати хороше проникнення коріння та води. Однак властивості конкретної ділянки необхідно підтверджувати аналізом, оскільки андосолі істотно різняться за кислотністю, глибиною, ступенем вилуговування, складом вулканічного матеріалу та змістом органіки.

2.3. Основні ризики

Андосолі не можна вважати автоматично невразливими.

Їхня деградація можлива внаслідок:

вирубування лісу;

пожеж;

глибокої оранки;

надмірного випасання;

пересушування;

ущільнення технікою;

оголення схилів;

водної та вітрової ерозії;

втрати органічного горизонту;

безконтрольного внесення добрив;

забруднення важкими металами та промисловим пилом.

У непорушеному стані вулканічні ґрунти можуть добре чинити опір ерозії, але після пожежі або сильного порушення їх гідрологічні властивості можуть різко погіршуватися. (iforest.sisef.org)

Особливо небезпечне видалення верхнього темного органомінерального шару. Його формування могло займати десятиліття чи століття, а відновити його швидко неможливо.

3. Принципи відновлення андосолів

3.1. Збереження існуючого профілю

Перший принцип – максимально зберегти сформовані горизонти.

Необхідно уникати:

зняття родючого шару без потреби;

перемішування поверхневого горизонту із бідним нижнім матеріалом;

рухи важкої техніки по вологому ґрунту;

тривалого зберігання знятої андосолі у високих відвалах;

залишення ґрунту без покриття;

винесення органічної маси з ділянки без компенсації.

Під час будівництва або створення водних споруд знятий верхній шар повинен:

складуватись окремо;

захищатися від розмиву та пересихання;

зберігати насіннєвий та мікробний матеріал;

повертатись на поверхню відновленої ділянки.

3.2. Відновлення органічного горизонту

Використовуються:

листовий опад;

деревна тріска;

компост;

безпечний біовугілля;

подрібнені гілки;

покривні культури;

бобові рослини;

багаторічні злаки;

лісова підстилка із локальних безпечних джерел;

зелена маса, що не містить забруднювачів.

Органічну речовину вноситься поступово. Не можна перетворювати ділянку в товстий анаеробний шар матеріалу, що не розклався.

3.3. Захист поверхні

На ранніх стадіях застосовуються:

гідропосів місцевих трав;

мульча;

протиерозійні мати;

гілки, укладені за контуром;

живі чагарникові бар'єри;

терасування;

контурні смуги;

невеликі водозатримуючі вали.

Структура ґрунту безпосередньо впливає на рух води, аерацію, розвиток коренів та стійкість до ерозії. (Головна сторінка FAO)

3.4. Управління фосфором

Оскільки андосолі здатні дуже пов'язувати фосфор, звичайне збільшення дози добрива який завжди є найкращим рішенням.

Необхідні:

лабораторне визначення доступного фосфору;

аналіз pH;

оцінка активного алюмінію та заліза;

застосування органічних матеріалів;

локальне, а чи не суцільне внесення;

використання мікоризних рослин;

підбір видів, здатних ефективно використовувати важкорозчинні форми фосфору;

виключення надлишку фосфатів біля водних об'єктів.

Завдання полягає не у максимальному внесенні фосфору, а у створенні стабільного біологічного круговороту.

3.5. Робота з кислотністю

Частина андосолів має кислу реакцію.

Залежно від результатів аналізу можуть застосовуватись:

вапняк;

доломіт;

деревна зола лише з чистої контрольованої сировини;

базальтове борошно;

органічні матеріали;

види рослин, пристосовані до помірно кислого ґрунту.

Вапнування проводиться поступово, оскільки різка зміна pH може порушити мікробну спільноту та змінити рухливість металів.

4. Використання андосолів у структурі проекту

4.1. Природоохоронні зони

На найбільш глибоких, вологих і добре збережених андосолях пріоритет віддається:

природного лісу;

старим віковим ядрам;

насіннєвим гаям;

водозбірним лісам;

територіям природного поновлення.

Високоякісну андосоль не слід повністю переводити в інтенсивне сільське господарство.

4.2. Природоутворюючий ліс

Залежно від кліматичної зони можуть використовуватись:

дуб;

липа;

клен;

ясен;

бук;

каштан;

волоський горіх;

в'яз;

ялиця;

кедрова сосна;

місцеві вулканічні лісові краєвиди.

Вибір визначається не загальною привабливістю дерева, а:

висотою над рівнем моря;

температурою;

кількістю опадів;

кислотністю;

вітровим навантаженням;

глибиною ґрунту;

пожежним ризиком;

місцевою екологією.

4.3. Стійкий лісосад

На безпечних андосолях можливе створення продуктивних зон:

плодових дерев;

горіхоплідних;

ягідників;

винограду;

багаторічних овочів;

лікарських рослин;

грибних культур.

У цьому зберігається частина природообразующего дерев'яного каркаса, а плодові культури вбудовуються у нього поступово.

4.4. Розплідники

Завдяки хорошій вологоємності та структурі окремі андосолі можуть бути особливо цінними для розплідників. Однак необхідно контролювати:

перезволоження;

кислотність;

доступність фосфору;

ушкодження структури частою обробкою;

перенесення ґрунтових патогенів;

вивіз родючого матеріалу разом із саджанцями.

5. Реголіт

5.1. Що розуміється під реголітом

У проекті DREVO термін «реголіт» використовується для позначення пухкого мінерального покриву над корінною породою, який ще не обов'язково має повноцінні властивості ґрунту.

Реголіт може включати:

вивітрену скельну породу;

сапроліт;

щебінь;

гравій;

пісок;

пил;

вулканічний попіл;

лес;

наноси;

уламкові схилові матеріали;

мінеральні відходи кар'єрів;

техногенно переміщену породу.

Вивітрювання руйнує цільну породу і формує роздроблений або зернистий матеріал, який згодом може підтримувати наземне життя та брати участь в утворенні ґрунту. (паби.usgs.gov)

5.2. Реголить як ресурс, а не готовий ґрунт

Реголіт може містити корисний мінеральний запас, але має серйозні обмеження:

майже повну відсутність органічної речовини;

низьку біологічну активність;

слабку агрегатну структуру;

дефіцит доступного азоту;

обмежений фосфор;

нестабільний водний режим;

високу кам'янистість;

надмірну водопроникність або, навпаки, ущільнення;

токсичні мінерали;

підвищену концентрацію металів;

кислотність чи лужність;

схильність до ерозії.

Тому мета проекту – провести педогенезтобто кероване формування грунту на основі реголіту.

6. Класифікація реголіту для проекту

Перед використанням реголіт поділяється на функціональні категорії.

Категорія RG-1 - біологічно перспективний

Матеріал:

не забруднений;

має відповідний мінеральний склад;

утримує частину вологи;

доступний для коріння;

не містить небезпечного надлишку солей;

може швидко перетворюватися на ґрунт.

Застосування:

лісостеп;

лісовідновлення;

захисні смуги;

майбутній лісосад.

Категорія RG-2 - бідний, але безпечний

Особливості:

мало поживних речовин;

майже немає органіки;

слабка водоутримуюча здатність;

висока кам'янистість.

Застосування можливе після:

створення водозбору;

внесення органічної маси;

посадки піонерних видів;

захисту від ерозії

Категорія RG-3 - фізично проблемний

Матеріал:

ущільнений;

надмірно глинистий;

майже непроникний;

занадто пухкий;

нестійкий на схилі;

містить великі уламки.

Потребує інженерно-грунтової підготовки.

Категорія RG-4 - хімічно проблемний

Можливі:

висока кислотність;

лужність;

засолення;

надлишок бору;

токсичний вміст алюмінію;

сульфідні мінерали;

важкі метали.

Використання дозволяється лише після аналізу та спеціальної ремедіації.

Категорія RG-5 - небезпечний або непридатний

До неї відносяться матеріали, що містять:

небезпечні промислові відходи;

азбест;

радіоактивні компоненти;

високі концентрації свинцю, кадмію, миш'яку, ртуті;

кислотогенеруючі шахтні породи;

інші неконтрольовані забруднювачі.

Такий матеріал не використовується у харчових, лісосадових чи громадських зонах без ізоляції та окремого інженерного проекту.

7. Формування ґрунту з реголіту

Етап 1. Геологічне та хімічне обстеження

Визначаються:

походження матеріалу;

глибина;

гранулометричний склад;

мінералогія;

рН;

електропровідність;

карбонат;

рік;

доступні макро- та мікроелементи;

важкі метали;

здатність утворювати кислотний стік;

водопроникність;

стійкість схилу.

Етап 2. Формування рельєфу

Реголіт не можна просто рівномірно розрівняти.

Створюються:

стійкі схили;

тераси;

мікрокраплі;

водозбірні чаші;

контурні вали;

кам'яні лінії;

безпечні переливи;

ділянки накопичення мілкозему;

захищені кишені для посадки.

Етап 3. Створення мілкозему

При надто великому та кам'янистому матеріалі застосовуються:

механічне дроблення частини породи;

змішування фракцій;

додавання безпечної глини;

внесення дрібного мінерального матеріалу;

локальне влаштування посадкових кишень;

утримання природного пилу та наносів.

Не слід повністю подрібнювати весь реголіт. Великі фрагменти:

захищають поверхню;

зменшують випаровування;

створюють мікроклімат;

утримують дрібні частки;

забезпечують місцеперебування.

Етап 4. Внесення органічної речовини

На початковому етапі органічна речовина вноситься переважно локально:

у посадкові смуги;

у кишені;

навколо чагарників;

вздовж водозборів;

під мульчею.

Використовуються:

компост;

деревна тріска;

солома;

листовий опад;

зелена маса;

безпечний біовугілля;

ферментований органічний матеріал.

Великі дози свіжої органіки не можна глибоко закопувати в бідний реголіт, оскільки це може спричинити анаеробні процеси.

Етап 5. Біологічне заселення

Послідовно вводяться:

бактерії та біологічні плівки;

лишайники та мохи - де вони природно розвиваються;

однорічні трави;

багаторічні злаки;

бобові;

чагарники;

піонерні дерева;

довгоживучі природоутворюючі дерева;

лісовий підлісок;

продуктивні елементи лісосаду.

Етап 6. Формування органомінерального горизонту

Через опад, відмирання коренів, діяльність мікроорганізмів та вивітрювання мінералів формується новий поверхневий обрій.

Основні показники:

поява стійких агрегатів;

збільшення вмісту вуглецю;

зниження густини;

покращення інфільтрації;

зростання вологоємності;

розвиток грибної мережі;

збільшення чисельності ґрунтових тварин;

початок природного відновлення рослин.

8. Піонерні рослини для реголіту

Універсального набору немає. Види вибираються за кліматом та хімією субстрату.

Для сухих та кам'янистих ділянок

місцеві посухостійкі злаки;

вівсяниці;

житняк;

еспарцет;

люцерна при відповідному pH;

дивитися на;

лох;

ялівець;

сосна;

дуби сухих місць проживання;

місцеві колючі чагарники.

Для вологих ділянок

верба;

вільха;

тополя;

осоки;

ситники;

очеретяні угруповання;

вологолюбні трави.

Для кислих субстратів

берези;

сосна;

деякі види вільхи;

вересові;

кислолюбні злаки;

місцеві лісові краєвиди.

Для стабілізації схилів

багаторічні злаки;

чагарники з розгалуженим корінням;

верба на вологих схилах;

ялівець;

місцеві ґрунтопокривні рослини;

дерева адаптовані до неглибокого ґрунту.

Піонерні види використовують як тимчасова захисна система. Вони не повинні автоматично ставати єдиним складом майбутнього лісу.

9. Перехід від реголіту до лісу

0-5 років

аналіз;

формування рельєфу;

захист від ерозії;

керування водою;

локальне внесення органіки;

первинний рослинний покрив.

5–16 років

багаторічні трави;

чагарники;

піонерні дерева;

перші довгоживучі дерева;

накопичення підстилки;

моніторинг формування ґрунту.

У 16 років ділянка проходить першу розширену екологічну оцінку та може отримати попередній або постійний паспорт природної зони відповідно до системи DREVO.

16–35 років

розширення деревних груп;

створення лісостепової мозаїки;

посилення грибної сітки;

формування молодого гумусового горизонту;

підсадка дуба, липи, клена, ясена, кедрових сосен та інших каркасних видів.

35–75 років

формування молодого лісу;

розвиток кількох ярусів;

поява природного підросту;

створення світлових вікон;

початок обережного включення плодових та горіхоплідних культур.

75–150 років

зрілий лісовий ґрунт;

різновіковий дерев'яний склад;

природоутворюючий каркас;

лісостепові та водні зони;

стійкий лісосад на найбільш безпечних та родючих ділянках.

150-300 років

природне оновлення;

заміна перших поколінь дерев;

збереження старих вікових ядер;

розвиток глибокого ґрунтового профілю;

адаптація складу лісу до клімату, що змінився;

передача паспортизованих зон наступним поколінням.

10. Штучні ґрунтові композиції

В окремих випадках реголіт може використовуватися для створення проектованого ґрунту.

Можлива структура:

Нижній мінеральний шар

великий реголіт;

дренувальний матеріал;

стійка вивітряна порода.

Середній коренеживаний шар

дрібний реголіт;

пісок;

суглинок;

глина;

мінеральні добавки;

невелика частка стабільної органічної речовини.

Верхній біологічний шар

зрілий компост;

місцевий безпечний ґрунт;

листовий перегній;

мульча;

коріння покривних рослин.

Точні пропорції не можна встановити універсально. Вони розраховуються за:

текстури;

вологоємності;

клімату;

призначенню;

мінеральному складу;

глибині профілю;

вимогам рослин.

11. Використання вулканічного реголіту

Свіжий вулканічний матеріал може бути перспективним джерелом мінералів, але не є готовим родючим ґрунтом.

Для його освоєння необхідні:

стабілізація поверхні;

зниження вітрового перенесення попелу;

керування водою;

накопичення органічної речовини;

заселення мікроорганізмами;

внесення азотфіксуючих рослин;

контроль доступності фосфору;

оцінка кислотності;

перевірка на токсичні елементи

З часом вулканічний реголіт може перейти в молодий вулканічний ґрунт, а потім за сприятливих умов — у ґрунт з андічними властивостями.

12. Використання реголіту в господарстві проекту

Після підтвердження безпеки реголіт може застосовуватись для:

формування терас;

протиерозійних валів;

відновлення кар'єрів;

створення лісових посадкових майданчиків;

будівництва водопроникних доріг;

пристрої мінеральних фільтрів;

створення субстратів для нехарчових рослин;

одержання мінеральних фракцій;

формування штучних ґрунтів;

влаштування розплідникових сумішей;

відновлення схилів.

Але перед переміщенням матеріалу необхідно оцінювати:

чи не переноситься забруднення;

чи не руйнується природний профіль;

чи не створюється кислотний стік;

чи не змінюється водний режим;

чи не вилучається цінний геологічний чи ґрунтовий ресурс.

13. Обмеження

У рамках проекту забороняється:

добувати андосоль як звичайний товарний ґрунт без екологічного обґрунтування;

знімати верхній шар із природних вулканічних лісів;

змішувати забруднений реголіт із чистим ґрунтом для «розведення»;

використовувати невідомий шахтний матеріал у лісосадах;

висаджувати харчові рослини на неперевіреному субстраті;

глибоко закопувати великі об'єми свіжої органіки;

проводити суцільну посадку дерев без оцінки водного балансу;

вважати появу рослинності доказом безпеки ґрунту;

вивозити мінеральний матеріал з природних зон, що охороняються;

створювати монокультури на відновленому реголіті.

14. Паспорт андосолі та реголіту

У цифровий паспорт природної зони додається спеціальний ґрунтово-геологічний розділ.

Для андосолі фіксуються

походження вулканічного матеріалу;

класифікація ґрунту;

глибина профілю;

вміст органічного вуглецю;

об'ємна щільність;

вологоємність;

рН;

доступний та пов'язаний фосфор;

активний алюміній та залізо;

стан структури;

ступінь ерозії;

історія пожеж;

тип рослинності;

режим використання.

Для реголіту фіксуються

геологічне походження;

глибина до корінної породи;

ступінь вивітрювання;

гранулометричний склад;

мінералогія;

кам'янистість;

pH та солі;

вміст металів;

водопроникність;

стійкість схилів;

глибина ґрунту, що формується;

вміст органічної речовини;

стадія біологічного освоєння.

Статуси розвитку

15. Головний принцип проекту

Андосоль необхідно насамперед зберігати та відновлювати. Реголіт необхідно досліджувати, стабілізувати і поступово перетворювати на живий ґрунт.

Основна послідовність:

геологічна діагностика → оцінка безпеки → управління рельєфом та водою → захист поверхні → внесення органічної речовини → біологічне заселення → трави та чагарники → піонерний ліс → природотворні дерева → зрілий лісовий ґрунт → стійкий лісосад.

У масштабі 150–300 років реголіт розглядається не як безплідний матеріал, а як основа майбутнього ґрунту, а андосоль — не лише як сільськогосподарський ресурс, а й як цінна жива природна спадщина.

Цей розділ логічно пов'язати із системою екологічної паспортизації: у паспорт рослини та природної зони вноситься не тільки тип ґрунту, а й стадія перетворення реголіту на живий ґрунтовий профіль.

Лісосад потрібно описати не як «дерева + кущі + трави», а як система води, ґрунту, світла, коренів, запилювачів, урожаю та поступової зміни рослинності.

Агролісоводчі системи при грамотному проектуванні можуть одночасно покращувати родючість ґрунту, утримання води, захист від вітру, біорізноманіття та стійкість виробництва. Але при неправильній щільності та підборі видів дерева починають конкурувати з культурами за світло, воду та харчування. (Головна сторінка FAO)