ТЕМА 2. Інноваційні методи фітомеліорації пошкоджених, зруйнованих і зіпсованих грунтів.

1. Основні способи фіторекультивації та її технологічна основа. Переваги та недоліки фіторекультивацій. Агротехнологічна доМетаність фіторекультивацій.

Відповідно до пропозицій В.П. Кучерявого (1991), вирізняють три основні ступені антропогенної трансформації едатопів (умов місцезростання): слабо, середньо- та сильнозмінені. Слабозмінені умови місцезростання представлені корінними чи похідними типами природної рослинності. Антропогенна дія на едатоп тут мінімальна і необхідні лише заходи природоохоронного характеру. Середньозмінені умови місцезростання свідчать про значну зміну едатопу, який, проте, не втратив своєї родючості. До них відносяться насамперед сільськогосподарські орні землі, пасовища, лісові й плодові культури, паркові насадження тощо. Сильнозмінені умови місцезростання (порушені землі) – це едатопи, які повністю втратили свою родючість. Вони в першу чергу є об'єктами рекультивації. Це, насамперед, кар'єри з добування корисних копалин, породні відвали кар'єрів і шахт, вироблені торфові поля, відвали електростанцій, збагачувальних комбінатів, металургійних і інших підприємств, ділянки з порушеним рельєфом і ґрунтовим покривом уздовж трас каналів, доріг, трубопроводів.

На сьогодні фіторекультивація виступає в якості найдешевшого і найшвидшого засобу з відновлення порушених земель, що зазнали втрат внаслідок нераціонального господарювання людства. Фіторекультивація земель потребує формування певних методологічних базових засад, які на даному етапі ще не до кінця розроблені. Основним аспектом у цьому контексті виступає дослідження та вивчення складових елементів ландшафту окремої території та рослинних угрупувань, що несуть певну інформацію про темпи заростання. особливості та напрямки заростання рослинного пориву на порушених землях. Керуючись цими даними, можна спрогнозувати про стрімкість регенерації фітоценозу. Хоча варто відзначити, що певний тип території або земель формує своєрідні екологічні умови, по пристосуванню рослин до окремих показників середовища та особливості конкурентоздатності цих сукцесій.

Фіторекультивація земель це один із різновидів рекультивації, який окреслює удосконалення та відновлення антропогенних ландшафтів шляхом утворення на них екологічно стійкого потужного рослинного покриву.

Крім того, фіторекультивація передбачає формування: деревних насаджень декоративного призначення, лісових насаджень практичного призначення, квітково-декоративних насаджень декоративного призначення, створення травостою для практичного і декоративного користування. Фіторекультиваційні насадження, насамперед, повинні створити позитивний вплив на стан навколишнього середовища та на довкілля людини.

Метою фіторекультивації є відновлення продуктивності порушених територій та оздоровлення довкілля.

Першочерговим завданням фіторекультивації земель є відновлення продуктивності порушених земель. Це досить тривала, стратегічна та об’ємна робота. Особливо багато часу потребує рекультивація сміттєзвалищ та відвалів токсичних матеріалів, шлаковідвалів та інших забруднених територій.

Завдання фіторекультивації умовно можна поділити на три групи: екологічні, економічні та соціальні.

Серед основних завдань з екологічної точки зору фіторекультивації варто виділити наступні:

•             збереження та відновлення природних земельних ресурсів;

•             відтворення і охорона ландшафтного та видового біорізноманіття;

•             нейтралізація негативних явищ та їх дії на навколишнє середовище;

•             відновлення продуктивних біогеоценозів;

•             створення умов самовідновлення природного середовища;

•             формування нових природних комплексів та ландшафтів;

•             забезпечення загальної екологічної рівноваги у природньому середовищі.

Поряд із екологічними завданнями існує і комплекс економічних завдань, що в цілому забезпечує досить ефективне відновлення земель. Серед основних економічних завдань фіторекультивації порушених територій варто вказати наступні:

•             економічно обґрунтоване Метаове використання відновлених земель;

•             раціональне ведення лісо-, сільсько-, водо- та рекреаційного користування;

•             розвиток туристичної і рекреаційної галузі для оздоровлення населення;

•             створення економічно збалансованого ландшафту;

•             запровадження економічних важелів стимулювання заходів із відновлення земельних ресурсів.

Соціальні завдання фіторекультивації полягають у відновленні та оздоровлені території порушених земель, регулювання суспільних відносин щодо охорони природного середовища, створення естетично цінних та привабливих ландшафтів, збалансоване використання природних комплексів та об’єктів, формування екологічної культури населення, створення рекреаційних зон та місць відпочинку населення, створення сприятливих умов проживання людини.

Особливу роль відводять об’єктам рекультивації агрогеосистем, що забруднені  внаслідок  негативних  дій  сільськогосподарської  діяльності  та призводять до руйнування і знищення ґрунтового покриву, і як наслідок, його родючості. У науковій літературі часто користуються термінами: тимчасова рекультивація земель, постійна рекультивація земель постійна.

Тимчасова фіторекультивація проводиться на порушених землях, призначення яких з часом планують змінити, до них відносять будівництво, видобування корисних копалин, повторну переробку видобутих корисних копалин. Зазвичай подібна рекультивація базується на озелененні і захисті ґрунтової поверхні від шкідливого впливу ерозії, із врахуванням вимог санітарно-гігієнічних норм.

Постійна фіторекультивація ведеться на територіях, на яких за планом не передбачено зміну використання земель (до часу розроблення родовищ). В нинішніх умовах розвитку суспільства значна частина зарубіжних і вітчизняних науковців розглядають фіторекультивацію, як реконструкцію ландшафтів та комплексне відтворення їх продуктивності на порушених людиною "промислових пустелях" відновлених культурних ландшафтів.

Ландшафт – це природний комплекс, який формує однорідну суМетану систему, в якій всі основні складові, а саме: ґрунт, рельєф, кліматичні умови, наземні та підземні води, флора і фауна - перебувають в складній взаємодії і доповнюють одні одних (рис. 1-2). Ландшафти поділяють на природний і антропогенний. Природний ландшафт складається з взаємодіючих природних складових і формується за умови проходження природних процесів.

Антропогенний ландшафт – формується з взаємодіючих як природних так і антропогенних складових і проходить під впливом антропогенної діяльності та природних процесів. Кожен вид ландшафту має свою продуктивність. Яка визначається часткою енергії та кількістю речовини, що виробляється ландшафтом за відведений інтервал часу. Крім того продуктивність ландшафту залежить від зміни рівноваги у стійкості стану ландшафту, зміни рівноваги ландшафту ведуть до порушень у режимах обміну речовини і енергії. Суттєвою різницею між двома видами ландшафтів є показник ступеня їх стійкості. Відмічено, що природні ландшафти більш стійкі системи, а ландшафти антропогенні характеризуються відносно значною нестійкістю. Саме це приводить до зміни продуктивності ландшафту. Тому рекомендовано підтримувати штучно продуктивність ландшафту за рахунок процесів, що проходять у них. Це можна досягти шляхом проведенням різних агротехнічних і меліоративних заходів, що об'єднуються в систему експлуатації агроландшафту.

Землі сільськогосподарського призначення включають систему використання агроландшафтів, які повинні визначатися системою землеробства. Це використання агроландшафтів для задоволення потреб суспільства, та запобігання деградації ландшафту, тобто його руйнування і погіршення якості компонентів ландшафту, насамперед земель.

Рис. 1. Карта агроландшафтів України.

Рис. 2. Карта структури агроландшафтів України.

Порушений ландшафт – являє собою тип антропогенного ландшафту, що утворився в результаті недоМетаного використання природних ресурсів. Його характеризують часткові або повні порушення всіх основних його компонентів: рослинності і тваринного світу, ґрунту, зміни рельєфу, кліматичних умов та води.

В залежності від особливостей господарської діяльності людей (за змістом) антропогенні ландшафти поділяють на вісім класів:

А. Сільськогосподарські ландшафти: 1 – польові; 2 – лучно-пасовищні; 3 – садові.

Б. Лісові антропогенні ландшафти: 1 – лісокультурні; 2 – похідні; 3 – умовно- натуральні.

В.Водні антропогенні ландшафти: 1 – водосховища; 2 – ставки; 3 – канали.

Г. Промислові ландшафти: 1 – кар'єрно-відвальні; 2 – торфово-болотні; 3 – власне промислові.

Д. Селитебні ландшафти: 1 – сільські; 2 – міські. Е. Дорожні ландшафти.

Ж. Рекреаційні ландшафти.

З. Бєлігеративні ландшафти (кургани).

Вказується, що в інженерно-захисній фітомеліорації використовують види фітомеліоративних насаджень, що тією чи іншою мірою впливають на зниження негативного прояву градієнтів середовища.

Розробляючи проєкти фітомеліоративних заходів, беруть до уваги такі види культурфітоценозів: сільво-, агро-, прато-, помолого-, віто-, флоро-, стрипо-, фруто- та акваценози. Це зумовлено тим, що той чи інший тип культур фітоценозу може формуватись на різних земельних фондах.

Агроценози – належать до групи сільськогосподарських культур, які вирощують на конкретних земельних фондах. Розміщення, порядок чергування у сівозміні, агротехніка склалися в процесі господарювання.

Акваценози – рослинні угруповання штучних озер, ставків господарського, рекреаційного та декоративного призначення. Основною вимогою при фітомеліорації водойм є розміщення, створення та догляд за акваценозами в різних зонах водойми. Цим досягається ефективне виконання ними таких функцій: захист берегів, формування ландшафту, скорочення обсягу робіт з догляду за рослинними угрупованнями тощо.

Вітоценози – тип сільськогосподарських угідь у районах виноградарства. Під виноградники відводять землі берегів давньої гідрографічної мережі, в основному південно-східної, східної та південної експозицій. Ці схили сильніше прогріваються, а при наявності лесових відкладів на глибині не менше 1,5-2,0 м є найбільш сприятливими для виноградарства.

Пратоценози – культурні луки та пасовища. Під них відводять площі гідрографічного фонду. При невеликій площі ценозу, коли влаштування полезахисної сівозміни неможливе, а ґрунти сильно змиті, проєктується посів багаторічних трав. Трав'яна рослинність утворює потужну розгалужену кореневу систему і густу надземну частину, скріплює верхні горизонти, значно ослаблює швидкість води, що стікає, і, як наслідок, зменшує ерозійні процеси та поступово відновлює родючість змитих ґрунтів.

Помологоценози – сади, які як фітомеліоранти проєктуються в таких випадках: в умовах серединної частини берегів гідрографічної мережі крутизною 8-12° при переважанні середньозмитих ґрунтів; на верхів'ях балочної мережі, де переважають береги крутизною 6-8° з середньо- та слабозмитими ґрунтами на лесовидних відкладах; у південних районах на широких днищах балок з родючими намитими ґрунтами, що відводяться під створення пальметних садів.

Сільвоценози – відведені під лісові насадження ділянки берегів гідрографічної мережі, крутіші ніж 20°; дельти, береги суходолів, балок або ж круті ділянки корінних берегів річкових долин з близьким виходом на донну поверхню або ж оголеними кам'яними породами; ділянки берегів крутизною 12¬20°, що мають сильнозмиті ґрунти з частими промоїнами; дно гідрографічної мережі, густо порізане донними розмивами, де від давнього днища лишились невеликі ділянки, що прилягають до підніжжя берегів тіньових експозицій; піщані землі.

Стрипоценози – фітомеліоративні насадження у вигляді смуг різного призначення, де визначальним компонентом є деревні породи та чагарники. Залежно від основного призначення, місцерозташування в конкретному функціональному типі ландшафту, стрипоценози можуть виступати у вигляді смуг: полезахисних; водо- або снігорегулюючих - для захисту полів від водної та вітрової ерозії; прибалочних - для попередження утворення ярів; прияружних - для закріплення берегів яру; захисних вітроломних; захисних - уздовж ставків, водойм, берегів річок; та куртин на гірських схилах; та куртин на землях, що не використовуються у сільському господарстві; лісових - на осушуваних землях; лісових - навколо населених пунктів; лісових - уздовж доріг; пилопоглинаючих; шумопоглинаючих; санітарно-захисних.

Фрутоценози – чагарникові насадження декоративного, захисного або ж помологічного характеру, що створюються в різних типах функціональних ландшафтів. Фрутоценози можуть складатися як з однієї породи, так і з декількох порід. Комплекс фітомеліоративних заходів повинен не лише ослабити чи зупинити негативні процеси природних явищ, але й сприяти відновленню родючості ґрунтів та оздоровленню навколишнього природного середовища.

Нині не змінених господарською діяльністю ландшафтів в Україні практично не залишилося. Малозмінені ландшафти становлять 15-20 % її території, це здебільшого вторинні лісові насадження заболочені ділянки, території заповідників. За оцінками фахівців, для компенсації загального антропогенного впливу таких ландшафтів має бути від 40 до 60 %.

В країні, де велику частину території займають сильно перетворені ландшафти, всі техногенні й переважна більшість природних катастроф пов'язані, як правило, з негативними екологічними наслідками таких несприятливих процесів, як забруднення ґрунтів, погіршення якості води, повітря, збіднення біорізноманіття тощо, що зумовлюють деградацію природного середовища загалом.

На техногенних ландшафтах практично повністю відсутній рослинний покрив, вони характеризуються акумуляцією золошлаків, гірських порід, різних шламів, флотаційних відходів, залишків будівельних матеріалів, скла, бетону та інших промислових викидів. Ці порушені ділянки досить мають великі об’єми. Відтак і шляхи рекультивації певною мірою зумовлюються характером порушення земель. На основі цього було розроблено перелік класифікацій порушених техногенних ландшафтів.

Вимоги виконання фіторекультивації повинні відповідати певним вимогам, одночасна реалізація яких має на меті підвищити ефективність відновлення компонентів природи. Такий режим (за аналогією меліоративним режимом) називають фіторекультиваційний режим. Визначається він станом порушених земель і включає такі елементи: ерозійну стійкість поверхні землі, форми рельєфу і його параметри (крутизна схилів, його експозицію), норми зняття верхнього ґрунтового шару та строки його зберігання, геологічний та хімічний склад продуктивних порід, товщину наносного шару ґрунту при землюванні, потужність відновлюваного шару, глибину залягання підґрунтових вод, показники мінералізації ґрунтових вод, вміст в ґрунтах токсичних елементів, показники родючості ґрунтів та потужність і швидкість формування рослинного покриву. Кожен із перерахованих показників має свої норми або орієнтовані значення, які мають бути підтверджені дослідженнями, часом та розрахунками.

Суть проведення фіторекультивації показує подібність до екологічних природних процесів, вона виступає напрямом екологічного потенціалу зональної рослинності більш ширшого використання. В ході проведення адаптивної фіторекультивації обґрунтовано доМетаність застосування експериментальних підходів за рахунок штучно створюваних сукцесій рослинних угруповань.

Для більш досконалого вивчення фіторекультивації перш за все, теорії та практики доМетано було б провести характеристику формуючого сингенезу, як природного відновлення флори за гомеостатичними властивостями зонального ландшафту, біоти та рослинного покриву.

Відповідно до досліджень науковців, розкривні породи за своєю якістю неоднорідні щодо придатності для біологічної рекультивації і умовно поділяються на 4 групи:

●             цілком придатні;

●             придатні;

●             придатні після покращення;

●               придатні після корінного меліоративного покращення. Як активна форма охорони природи рекультивація включає в себе:

●             охорону і відтворення природних ресурсів, насамперед ґрунтових;

●                створення нових природно-техногенних ландшафтів, які естетично цінні, оздоровлюють довкілля та мають продуктивні біогеоценози. У залежності від Метаового використання розрізняють такі напрями рекультивації техногенних ландшафтів:

●                 сільськогосподарський – створення на порушених землях орних площ, пасовищ, садів, ягідників, лук;

●             лісогосподарський – створення лісових культур Метаового призначення;

●             водогосподарський – створення різного роду штучних водойм;

●                рекреаційний – створення зелених відпочинкових зон поблизу великих населених пунктів;

●                санітарно-гігієнічний – озеленення й консервування гірничих відвалів та промислових площ;

●                  будівничий – приведення порушених земель у стан, придатний для промислового і житлового будівництва. Створення на порушених територіях сільськогосподарських угідь потребує значних коштів, оскільки передбачає суМетане планування порушеної території, нанесення потенційно родючих та родючих ґрунтів, регулювання водного режиму та балансу поживних речовин шляхом глибокого обробітку ґрунту та внесення великої кількості мінеральних і органічних добрив.

Фіторекультивація залежно від функціонального призначення поділяється на наступні типи: санітарно-гігієнічна, ландшафтно-озеленювальна, меліоративна, протиерозійна, полезахисна та експлуатаційна . Саме послідовні рослинні сукцесії містять в собі об’ємну та повну інформацію про особливості проведення фіторекультивації, її швидкість та методи заселення рослинних угрупувань на порушених ділянках, із таких даних можна розрахувати швидкість регенерації фітоценозу і, як наслідок, формувати заселення рослинних угрупувань на інші території. Таким чином, можна відслідкувати адаптацію рослин до певних параметрів навколишнього середовища, особливості конкуренції за фактори їх життєзабезпечення тощо, адже кожна група земель формує свої екологічні умови .

Фітомеліоранти – це угрупування автотрофів фотосинтезуючих продуцентів – вищих рослин, водоростей (в тому числі одноклітинних) і лишайників. Причому природні фітоценози у відповідних їм біогеоценозах і біогеосистемах продовжують залишатися неперевершеними по наповненню їх фітомеліорантів. З цього випливає принцип біогеоценотичних аналогів фітомеліорантів, що має фундаментальне значення в фітомеліорації.

Сформовано наступні підходи до рекультивації земель:

ü       на основі техногенного і ландшафтного аналізу визначають категорію порушення геосистеми, ступінь видозміни цієї системи та класифікують землі за придатністю до рекультивування;

ü       за дослідженнями інженерно-екологічних робіт, оцінюють характер та ступінь порушення геосистеми;

На основі сформованих принципів та результатів проведених досліджень під конкретну категорію земель розробляють проєкт фіторекультивації земель.

Багато науковців стверджують, що одним з пріоритетних підходів при фітомеліорації є встановлення призначення рослин та спонтанних рослинних угруповань у техногенному середовищі як для формування фітопридатності різних едафотопів антропогенного походження, так і для рекомендацій перспективних видів для фітомеліораційних робіт. Вийняткового значення набувають дослідження та застосовування тих рослинних угрупувань, які покращують охоронні, геофізичні, геохімічні, біотичні, просторові та естетичні характеристики девастованих територій.

Рослинний покрив та видовий склад рослин, що з’являються на компонентах ландшафту та на порушених землях визначається тепловими, водними та фізичними властивостями ґрунтів, а також природно-кліматичними факторами. Різкі контрасти на експозиціях схилів, строкатість ґрунтового покриву території та складний мікрорельєф спричиняють створенню місцевих мікрокліматів, нерівномірний розвиток явищ вивітрювання, діагенезу та накопичення тонкодисперсних частинок продуктів вивітрювання, за рахунок чого формуються різноманітні екологічні ніші, до яких пристосовуються окремі види рослин. Підбір та вивчення видового складу рослинних угрупувань усіх порушених територій за різних умов порушення дасть можливість визначити, які рослини найоптимальніше зростають в умовах ландшафту техногенно порушених земель.

Тому слід для цілей фіторекультивації застосовувати місцеві види рослин, які мають широку екологічну амплітуду або можна заселяти рослини, екологічна ніша яких певним чином відповідає екологічним умовам порушених територій. Не менш важливим кроком є і послідовність заселення рослин, адже вони являються першими мешканцями даних порушених ділянок.

Найбільш часто застосовуються тест-системи, що включають в себе метод визначення пігментації у гетерозиготних по пелюстках рослин; індукцію рожевих соматичних мутацій в клітинах квіткових волосків традесканції, індукцію жовто-зелених забарвлень на листках різних ярусів кукурудзи, мутації у пилку ячменю тощо. Раніше встановлено, що соя є єдиним представником покритонасінних рослин, у якого можна індукувати мітотичний кросинговер, який чітко проявляється під впливом зовнішніх факторів. Використання гетерозиготних рослин сої для має свої переваги гетерозиготні рослини мають високу чутливість до забруднення навколишнього середовища токсичними речовинами і радіонуклідами, зокрема ґрунтів.

Підбір культур і проведення на рекультивованих землях агротехнічних заходів визначається придатністю ґрунтів. Так, гірські породи відвалів є малопридатними для росту та розвитку сільськогосподарської рослинності із-за відсутності необхідної кількості органічної речовини та Нітрогену, бідності на зольні елементи живлення, несприятливої реакції ґрунтового середовища. Тобто ґрунтовий покрив відвалів часто не володіє основною властивістю – ефективною родючістю. З метою опрацювання ефективних методів відтворення порушених ґрунтів і практичного їх використання, рядом дослідників запропоновано різні варіанти класифікації рекультивованих ґрунтів, сформованих на технічному етапі рекультивації земель, порушених під час відкритого видобутку корисних копалин.

За пропозицією дослідників, ґрунти техногенних ландшафтів, які відтворюються без втручання людини під впливом абіотичних і біотичних чинників, віднесені до елювіоземів та ембріоземів, а до техноземів – відповідно рекультивовані ґрунти внаслідок відсипання внесеного гумусованого субстрату.

Поширеним способом поліпшення властивостей ґрунтового покриву відвалів є нанесення на їх поверхню гумусового шару ґрунту. Потужність гумусового шару визначається Метаовим використанням території та видовим складом культур і коливається від 30 см до 2 м. Природно, чим більша потужність шару, тим більші затрати на одиницю площі, що рекультивується.

Підбір культур визначається родючістю ґрунту та вибагливістю рослинності до ґрунтового середовища. Так, зернові культури більш вибагливі до умов ґрунтового живлення, ніж багаторічні трави. Дослідження на території Прикарпатського сірконосного басейну показали доМетаність вирощування в перші роки однорічних та багаторічних трав. Через 2-3 роки на даних землях можна вирощувати озимі і ярові зернові культури та кукурудзу. А ще через 2-3 роки, після такого фітомеліоративного періоду, можна вирощувати буряк, картоплю, капусту.

Підвищення врожайності сільськогосподарських культур на рекультивованих землях досягають і внесенням підвищених доз органічних і мінеральних добрив, особливо Нітрогену і Фосфору на початкових етапах освоєння території. Дози внесення органічних і мінеральних добрив залежать від придатності ґрунту для біологічної рекультивації, його гранулометричного та хімічного складу. Багаторічні трав’яні рослини є піонерами сільськогосподарського освоєння земель, порушених промисловістю. ДоМетаність їх введення з моменту закінчення гірничотехнічного етапу рекультивації доведена багатьма вченими та практиками. Багаторічні трави збагачують ґрунт Нітрогеном та органічною речовиною, покращують гранулометричний склад та фізико-хімічні властивості насипного шару, запобігають розвитку ерозійних процесів на рекультивованих землях. Із багаторічних бобових трав на рекультивованих землях найчастіше використовують конюшину, люцерну, еспарцет, буркун як в чистому посіві, так і в суміші з багаторічними злаковими травами (тимофіївка, райграс).

Відповідно до дослідження «Укрземпроєкту» встановлено, що для відновлення родючості на відвалах протягом 5-10 років необхідно проводити задерніння або інтенсивне поверхневе покращення порід у результаті висіву трав і внесення органічних та мінеральних добрив. В цілому встановлено, що рекультиваційні заходи сприяють відтворенню порушених земель, на яких в подальшому отримують до 35 ц зерна озимої пшениці, понад 38 ц кукурудзи, майже 17 ц зерна ярового ячменю, близько 290 ц зеленої маси кукурудзи, 365 ц зеленої маси сорго та понад 45 ц сіна люцерни. Проведені польові дослідження дозволили вивчити вплив добрив на врожайність сільськогосподарських культур, встановити оптимальну товщину насипання на породи родючого шару ґрунту, підібраний ряд культур, здатних рости і давати гарні врожаї на відновлених землях, вивчені можливості підвищення родючості ґрунтів, що утворюються на відвалах.

Крім вирощування сільськогосподарських культур досить часто сільськогосподарське освоєння рекультивованих земель проводиться з метою їх використання під сінокоси та пасовища, що забезпечує кормову базу тваринницьких ферм. Рідше відновлені території використовують для фруктових садів, виноградників, влаштування пасік. Відповідно до досліджень науковців лісові насадження визнані потужним ґрунтоутворюючим фактором, який значно впливає на їх морфологічну будову, фізико-хімічні та біологічні властивості. Відзначається перевага дендроценозів у формуванні стійких, екологічно збалансованих екосистем. При створенні лісових насаджень акцентується увага на підборі асортименту деревних видів, які здатні підвищувати родючість ґрунтосумішей.

Встановлено, що порушені промисловістю землі є азональними та характеризуються екстремальними умовами місцезростання. Території з трансформованим екотопом потребують проведення біологічної меліорації ґрунтів (внесення перегною, компостованих відходів, післяжнивних решток), що дозволить сформувати природно-врівноважене функціонування ґрунтової мікробіоти та сприятиме оптимізації ґрунтотвірних процесів.

Важливе значення у відтворенні ґрунтів, підвищенні їх родючості мають мікроорганізми. Вони трансформують рослинні рештки, беруть активну участь у відтворенні структури ґрунтового профілю, збагаченні його монографія гумусом і мінеральними елементами. Мікроорганізми сприяють поповненню ґрунтів Нітрогеном, Фосфором з органічних та важкорозчинних неорганічних сполук.

Вони можуть виступати патогенами рослин, мікоризними симбіонтами та основними руйнівниками органічних відпадів. Поряд із тим, значно поширені в природі трофічні зв’язки вищих рослин із мікоризними грибами і близько 90% з них є мікоризоутворювачами. Ектомікоризні асоціації або ектомікоризи, що утворюються при взаємодії коріння деревних рослин і ектомікоризних грибів (переважно базидіоміцетів) є одним з найбільш важливих типів мікоризних асоціацій. За допомогою мікоризи рослини прискорюють міграції атомів в екосистемі, посилюють обмін біогенною речовиною з довкіллям. Особливо проявляється значення мікоризи в екстремальних умовах при низькому або незбалансованому вмісті мінеральних елементів у ґрунті.

При плануванні та проведенні біологічної рекультивації особливу увагу слід зосередити на використанні ектомікоризного симбіозу рослин. Основним наслідком формування ектомікориз є покращення постачання рослин Фосфором, Нітрогеном та лімітуючими елементами. Механізм покращення фосфорного живлення включає також переведення Фосфору з недоступних форм у біологічно доступні. Встановлено, що мікоризація сприятливо впливає на водний баланс рослин, підвищуючи їх посухостійкість.

Узагальнюючим показником позитивного впливу ектомікоризи на розвиток рослин є кращий їх ріст. Штучна мікоризація позитиво впливає на приживлюваність і подальший ріст сіянців, висаджених на лісокультурній площі. На техногенних об’єктах при нестачі доступних для рослин елементів мінерального живлення (особливо Нітрогену і Фосфору) несприятливому водному та повітряному режимі наявність мікоризи є важливим фактором адаптації рослин до змінених умов середовища. Пов’язуючи в єдиний комплекс субстрат і рослини, мікоризоутворюючі гриби зумовлюють підвищення стійкості та ступеня сформованості біогеоценозів на порушених землях.

Протекторну дію мікоризації рослин пов’язують із збільшенням поглинання Фосфору, Нітрогену, Калію, Кальцію, Магнію та мікроелементів, кращим їх ростом і розвитком, накопиченням антиоксидантів, позитивним впливом на водний режим і осморегуляцію. Поряд із загальним позитивним впливом на ріст і розвиток рослин, ектомікоризи протидіють потраплянню в них токсичних речовин. Встановлено, що у мікоризованих сіянцях знижується надходження іонів Кадмію, Нікелю, Цинку, Плюмбуму, внаслідок їх затримки в грибних чохликах, які формуються на поверхні коріння.

Мікоризація також позитивно впливає на ріст сіянців в умовах впливу SO₂. Призначення штучно створених лісових насаджень на порушених територіях є досить різне. Так, в районах з недостатньою вологістю штучні насадження виконують роль регулятора водного режиму, а на територіях низької лісистості – збільшують площу, зайняту лісом та виконують функцію полезахисних лісових смуг.

Основне завдання лісогосподарської фіторекультивації – поліпшення несприятливих умов середовища шляхом створення лісонасаджень озеленювального, протиерозійного та санітарного призначень. Значна увага при підборі рослинності звертається на природно-кліматичні умови району, форми порушення рельєфу, висоти відвалів чи глибини кар’єру, крутизни та експозиції схилів тощо. Первинні процеси ґрунтоутворення на породних відвалах проходять досить повільно та значною мірою залежать від швидкості вивітрювання материнських порід. Досить часто ґрунтовий покрив, який є малопридатний для вирощування вибагливих до умов ґрунтового живлення сільськогосподарських культур, є придатним для створення на ньому лісових насаджень. Пришвидшення ґрунтоутворення на відвалах кар’єрів можна забезпечити внаслідок створення насаджень дерев і чагарників, посівів трав’яної рослинності, забезпечуючи оптимальний водний режим ґрунтів та збалансоване співвідношення поживних речовин.

Негативний вплив ґрунтового покриву на лісову рослинність проявляється в умовах крайніх значень рН. Приживлюваність і ріст деревних порід, як показали дослідження, головним чином залежать від механічного складу ґрунту та його кислотності. Найбільш прийнятні значення рН для більшості порід, що рекомендуються для садіння на порушених землях, знаходяться в межах 4,0-8,0. Оптимальні значення рН для хвойних порід складають 4,5-6,0, а для листяних порід – 6,0-7,5. Дослідження техноземів і ембріоземів Подорожненської копальні сірки дозволили відзначити достатній рівень їх забезпеченості доступними формами основних елементів для росту та розвитку трав’яної, чагарникової та деревної рослинності.

Відзначено, що серед лімітуючих чинників, здатних формувати несприятливі умови для росту природної рослинності визначальне значення має висока лужність ґрунтового розчину в той час, як зональні ґрунти відзначаються нейтральною або слабокислою рекцією ґрунту. Поряд із тим, автором відзначено збіднення різноманіття у комплексах ґрунтових грибів сформованих ембріоземів. Встановлено, що у техноземах утворились високоорганізовані комплекси, що складаються переважно з меланінвмісних видів. Структурними родами для плеяд серед меланінвмісних видів були: Phoma, Alternaria, Aureobasidium та інші. В існуючих ґрунтах відбулась структурна перебудова мікобіоти за рахунок заміщення світлозабарвлених видів, що переважають у зональних ґрунтах на меланінвмісні резистентні види. Видовий склад мікроміцетів техноземів Подорожненського сірчаного кар’єру монографія 18 представлений 102 видами, 38 родами, 7 порядками, 3 класами. Основу угруповання мікроміцетів в техноземах сформували 24 види, 14 родів ґрунтових мікроміцетів.

Дослідження У.Б. Башуцької (2006) дозволили відзначити, що процеси самозаростання нерекультивованих породних відвалів вугільних шахт відбуваються шляхом послідовної зміни життєвих форм у процесі самоорганізації техногенних фітосистем. Аналіз динаміки сукцесійних рядів рослинності відвалів дозволив визначити більшість існуючих рослинних угруповань, ординувати їх розташування не лише за екологічними показниками (підніжжя, схили, тераси, плато), а й за віковими стадіями повної сукцесії. Автором відзначено, що відповідні стадії включають сингенетичну фазу відкритих піонерних угруповань агломеративного характеру нерекультивованих породних відвалів і зафіксовані ендоекологічні зміни рослинності рекультивованих відвалів. Інші стадії автогенезу та самостабілізації фітосистем породних відвалів (деревно-чагарниково-злакова, деревно-чагарникова, деревно-чагарниково-трав’яна) встановлювалась теоретично, на основі прогнозування ценоструктур, аналоги яких виявлені в автогенезі зональної рослинності Червоноградського гірничопромислового району.

Початковою стадією сукцесійного ряду розвитку рослинності нерекультивованих породних відвалів приуроченою до всіх екотопів, відзначена деревна стадія, яка характерна для окислених порід десятирічного періоду. Встановлено, що сформовані внаслідок самозаростання природні фітоценози доМетано використовувати для формування своєрідного фітокаркасу, що дозволить уникнути технічного етапу рекультивації. Поряд із тим, автором пропонується підсилювати окремі властивості природних фітоценозів шляхом впровадження швидкоростучих оліготрофів, здатних формувати значну підземну і надземну біомасу та збагачувати едафотоп органічною речовиною. Збагачення фітоценозів на окремих ділянках слід проводити з врахуванням особливостей поширення зональної рослинності.

Лісогосподарська фіторекультивація території, складеної з пісків, мергелевих порід, глин можлива лише при умові внесення значної кількості мінеральних і органічних добрив, а на територіях, складених із токсичних порід, – при умові корінної хімічної меліорації, чи нанесення на непридатні породи, родючого гумусового шару ґрунт.

Підбір асортименту деревно-чагарникових порід для створення штучних лісових угруповань на техногенних ландшафтах проводиться на основі оцінки їх приживлюваності та швидкості росту. Приживлюваність лісових культур понад 60% вважається задовільною, від 40 до 60% – достатньою, а менше 40% — незадовільним показником. Дослідження показали безпосередню залежність ступеня приживлюваності та швидкості росту від рельєфу місцевості та експозиції схилів.

На перших стадіях лісогосподарського освоєння порушених земель найдоМетаніше вирощувати види, невибагливі до ґрунтового живлення та вологи. Найкращі показники росту відзначені у акації білої та обліпихи татарської. Загалом, В.Н. Даньком встановлено, що на відвалах в умовах України можна вирощувати близько 40 видів деревних і чагарникових порід: липа дрібнолиста, яблуня лісова, клени польовий та ясенелистий, сосна звичайна, тополі канадська і чорна, береза повисла, клен татарський, акація жовта, бирючина звичайна.

Дослідження Г.М. Мануїлової дозволили відзначити, що ґрунтосуміші відвалів суходільної частини Яворівського сірчаного кар’єру майже неструктуризовані; слабозабезпечені гумусом, NPK та відзначаються нейтральною рекцією pH, що в комплексі формує дуже низьку потенційну родючість і придатність для росту і розвитку рослин. Значний вміст мікроелементів у глинисто-мергелевих ґрунтосумішах створює несприятливі біохімічні умови для зростання рослин.

Встановлено, що стан, ріст і розвиток створених лісових культур на сформованих ґрунтосумішах і ґрунтах навколишніх територій свідчать про потенційну можливість успішної фітомеліорації відвалів кар’єрів гірничовидобувних підприємств внаслідок формування лісових культур змішаного складу. Важливим фактором у підборі асортименту деревно-чагарникової рослинності є використання видів місцевої флори, екологічно пристосованої до фізико-географічних умов району і кліматичної зони. Введення в культури порід інтродуцентів знижує їх приживлюваність та стійкість до пошкоджень ентомо- і фітошкідниками. Порівняно великий вибір деревно-чагарникових видів дозволяє створювати на порушених землях лісові насадження різного призначення – меліоративні, протиерозійні, водорегулюючі, лісопаркові, експлуатаційні. Аналіз трансформаційних процесів в порушених екосистемах Карпатського регіону України дозволив відзначити, що трансформації у фітоценозах посттехногенних територій спричинені як проведенням фітомеліоративних рекультиваційних заходів, так і процесами природного заростання, що сприяє формуванню постлітогенних ґрунтів (ембріоземів).

Процеси формування фітоценозів, їх видовий склад на техногенно порушених територіях зумовлюється фізико-хімічними властивостями техноземів і ембріоземів, експозицією схилів, мікрорельєфом, мікрокліматичними особливостями та ступенем зволоження умов місцезростання.

Формування складних за структурою рослинних угруповань на посттехногенних територіях сприяє збільшенню потужності ґрунтового профілю ембріоземів (до 25-45 см) і гумусово-елювіального горизонту (6- 13 см) та наближення їх фізико-механічних властивостей до природних зональних ґрунтів. За пропозицією автора (Геник, 2010), з метою створення стійких лісових угруповань на посттехногенних територіях, підбір видового складу деревних рослин потрібно проводити за зональним геоботанічним принципом, з урахуванням природно-кліматичних, едафічних умов та біоекологічних характеристик дерев і чагарників.

Класифікаційна схема сукцесій біогеоценотичного покриву урбоекосистеми дає змогу покращити моніторинг і прогнозування екологічного стану населених пунктів. За пропозицією автора (Кучерявий, 1992) фітоценози-меліоранти поділяють на три групи: пеціальні – в яких фітомеліоративна функція має провідне значення (парки, захисні смуги, лісопарки тощо); продуктивні – в яких перше місце відводиться отриманню продукції, а фітомеліорація має другорядне значення (ліси, поля, луки, сади, виноградники тощо); рудеральні – які спонтанно виконують фітомеліоративні функції.

В останні роки в країнах Європейського Союзу приділяється значна увага дослідженню можливостей фіторекультивації порушених земель осадовопопеловими компостами, які в значних обсягах накопичились поблизу теплових електростнцій та очисних споруд. Зокрема, аналізувався вплив компостів у залежності від дольової участі осаду та попелу на ензиматичну активність ґрунтів, на регулювання вмісту Плюмбуму та Стануму в ґрунтосумішах, на розподіл вздовж профілю технозему Феруму, глини та інших особливостей ґрунтів, сформованих на території сірчаних кар’єрів. Відзначено, що використання відповідних компостів сприяло збільшенню органічної речовини та активізації ензимів, що сприяє покращенню обігу Нітрогену і Фосфору та біологічної активності поверхні відтворених ґрунтосумішей.

Поряд із іншими напрямками рекреаційний напрям рекультивації займає важливе місце у відновленні порушених промисловістю земель у приміських зонах з малим відсотком площі зелених насаджень міста. Порушені території пропонується відводити під формування лісопарків. Тут насадження виконують санітарно-гігієнічну та культурно-естетичну функції, що полягають у створенні оптимальних для людини умов навколишнього середовища. Це, насамперед, формування оптимальних мікрокліматичних умов за рахунок зниження температури в літній період, підвищення вологості повітря, зменшення швидкості вітру, поглинання шумових хвиль і очищення атмосфери від промислових забруднень.

Створення паркових зон на техногенних ландшафтах – зовсім новий напрям досліджень, в якому враховується не тільки кількісний показник (площа зелених територій в місті на одну людину), але і раціональний та естетичний спосіб розміщення зелених насаджень. Основою створення лісопаркових і паркових комплексів на порушених територіях повинен бути біоекологічний метод, який враховує екологію рослин в умовах техногенного середовища та взаємозв’язок створюваних елементів зелених територій між собою.

Формування лісопаркового та паркового ландшафту залежить від ґрунтових умов, підбору асортименту рослинності та якості посадкового матеріалу. Необхідними вимогами до рослинності паркових зон на рекультивованих територіях є невисока вибагливість до ґрунтових умов, швидкий ріст на початковій стадії розвитку та їх естетично привабливий вигляд. Розповсюдженим на сьогодні напрямком рекультивації ландшафтів, порушених відкритими гірничими розробками є водогосподарська рекультивація, що передбачає створення на місці відпрацьованих кар’єрів водоймищ різного призначення. Метаове використання даних територій може бути: створення зон відпочинку, включаючи купання, любительську ловлю риби, катання на човнах, влаштування місць туристичних привалів; влаштування ландшафтних та природно-охоронних водойм із метою підтримання екологічної рівноваги; створення водойм для промислових, комунально-побутових і господарських потреб; влаштування водойм для потреб рибного господарства – риборозведення, промислова ловля риби; створення лікувальних та оздоровчих водних об’єктів. Затоплення кар’єрів і створення на їх місці біологічно стійких штучних водойм можливе при значній глибині виїмки (понад 10 м).

Створення стійкої берегової рослинності водойми є необхідною умовою водогосподарського напряму рекультивації. Вона сприяє природному захисту берега та схилів озера від порушень, підтриманню чистоти води та створює естетично привабливий пейзаж водойми. На штучно створених водоймах рекомендується формувати чотири пояси рослинності: підводний пояс; пояс коливального рівня води; прибережний пояс, що знаходиться під впливом поверхневих ґрунтових вод; береговий пояс, що віддалений від поверхневих ґрунтових вод. Згідно із дослідженнями техногенних водойм в межах Малого Полісся встановлено, що по периметру озер формується перехідна екотонна зона, що представлена сукупністю послідовно розташованих навколо водойми елементарних природно-техногенних комплексів, які відрізняються градієнтом зволоження.

За пропозицією автора Міронова (2015) фітомеліорацію техногенних водойм доМетано проводити у два взаємопов’язаних етапа рекультивації зі створенням першої тераси для гелофітної та гідрофітної рослинності, другої тераси для плаваючої рослинності, третьої тераси – для зануреної монографія 22 рослинності та фітомеліоративних заходів з формуванням трирівневої системи (нижніх, середніх, верхніх) берегових насаджень. В цілому, серед основних типів культурфітоценозів-меліорантів для техногенних озер Малого Полісся пропонуються акваценози, протоценози та сільваценози в комбінаціях, що формуватимуться як аналоги відповідних природних угруповань.

Особлива увага на сьогодні зосереджена на створенні гідропарків у відпрацьованих кар’єрах, які мають високий рекреаційний ефект та характеризуються значною чисельністю функцій і можливостей. Варто відзначити, що рекреаційна ємність гідропарків, завдяки пляжним територіям і спортивним спорудам, сягає 500 і більше рекреантів на 1 га в порівнянні з міським парком – 50-

100 рекреантів і лісопарку – 5-10 рекреантів на 1 га. Будівництво гідропарків переважно пов’язане з проблемою повернення до життя відпрацьованих територій. Методом рекультивації створено гідропарк у м. Штудгарті (Німеччина), де в єдиний комплекс поєднано відкритий бассейн, спортивний комплекс, каток, місце для відпочинку, охоронна зона для тварин, штучне озеро, елінг для човнів, ігрові площадки, автостоянка, шлюз, пішохідний міст, підземні переходи, зупинки громадського транспорту та житловий район.

Встановлено, що найбільшою популярністю у відпочиваючих користаються контактні зони: ліс – луки – водойма (річка), дещо меншою – луки – водойма (річка), ліс – луки. Інтенсивно використовуються галявини, що знаходяться в межах 150 м від берега озера, річки або 50 м від краю лісу за наявності відкритих просторів між лісом і водою.

2. Принципи підбору рослин для фіторекультивації.

За певних умов придатності техногенного екотопу при умові відсутності природного заростання або на початковій стадії розвитку екотопу для процесу повноцінної фітоіндикації важливим показником є штучне включення зразкових за стійкістю до техногенних умов рослин (тестових видів). Так відбувається розподіл ботаніко-індикаційного оцінювання техногенних земель, їх придатності до відновлення має складатись з наступних складових: фітоіндикаційних досліджень і фітотестування. За таким ботаніко-індикаційним підходом можна на основі отриманих даних про структуру рослинного покриву, встановити стан техногенних екосистем за всіма необхідними факторами для життєзабезпечення рослин, також варто зробити добір видів за їх екологічними потребами з огляду на специфіку обстежених техногенних екотопів, а також оцінити їх природохоронний потенціал та можливість при включенні до екологічної мережі регіонального або місцевого рівня.

Гострою проблемою сьогодення стала прогресивна оптимізація техногенних новоутворень, мінімалізація негативного впливу на навколишнє середовище людини та повернення до попереднього вигляду територій, де знищено практично повністю як ґрунтовий, так і рослинний покрив, де змінився гідрологічний та повітряний режими.

Фітомеліорація порушених територій буває як штучна, так і природна.

Штучна фітомеліорація це власне і є біологічний етап комплексу рекультиваційних робіт, що регулюється вимогами ДБН В.2.4-2-2005. Штучна фітомеліорація здійснюється із врахуванням вимог до робіт з нанесення шару насипних ґрунтосумішей та відокремлених пластів при проведенні технічного етапу рекультивації сміттєзвалищ. Згідно загальноприйнятих норм дерева та чагарникові породи не варто висаджувати за умов температури субстрату +25°С та вище. Також не рекомендують висаджувати хвойні види, через їх підвищену чутливість до забруднень техногенного характеру та підвищеного радіаційного фону. Проте варто відмітити, що деревна та чагарникова рослинність виконує важливу роль для довкілля при зниженні техногенного пресингу шкідливих та отруйних речовин на сміттєзвалищах, зберігаючи при цьому естетичне значення та використовуючи природну перетворювальну функцію.

Природна або рудеральна фітомеліорація базується на поняттях поступової динаміки заселення природних рослинних угрупувань, які самостійно з’явилися на сміттєзвалищі, так звана синергетична стадія сукцесії, і продовжують самостійно рости і розвиватися (ендоекогенетична стадія сукцесії). В умовах природної фітомеліорації не передбачено технічного етапу, який своєю присутністю може знищити повністю присутній рослинний покрив та достанньо розвинену до цього часу деревночагарникову рослинність.

Рослинний покрив здатний регулювати вертикальні (радіальні) і горизонтальні (латеральні) геопотоки. Саме ця властивість є основною із засад при створенні захисних систем рослинного походження - вітрозахисних, снігозахисних, вітро-пиледимових, водних, ґрунтових, шумозахисних тощо.

На усіх етапах розвитку людства рослинність займала провідну роль емоційно-психологічного характеру. Одночасно зі звичним використанням рослин у галузях городництва, садівництва, виноградарства, рослинництва, рослинність виконувала велику естетичну функцію та займала свою нішу у вигляді садово- паркового мистецтва. Фітомеліоративна діяльність в умовах нинішнього розвитку людства розповсюджується у багатьох напрямах господарської діяльності. Внаслідок чого виникають різні види фітомеліорацій, що виконують різні функції: сільськогосподарську, лісогосподарську, інженерно-захисну, водну, санітарно- гігієнічну, рекреаційну, ландшафтно-планувальну, архітектурно-планувальну та естетичну фітомеліорації.

Фітомеліорація включає весь спектр метаболічних процесів з накопичення, поглинання та розкладання органічних та неорганічних забруднювачів, відповідно при технології фіторекультивації ґрунтів від забруднювачів, основна увага приділяється підбору рослин, насамперед здатних трансформувати разом із симбіотичними організмами токсичних забруднень, переводячи їх у менш активні форми. Зарубіжними науковцями доведено позитивний вплив рослин на поліпшення властивостей ґрунтів, що забруднені нафтовидобувними продуктами із високим вмістом сірки та проведено підбір кращих рослин для фіторекультивації. Основними видами рослин було рекомендовано дягель лікарський, який доволі легко переносить підтоплення територій та відносно стійкий до сполук заліза та марганцю, рекомендовано також бархатці прямостоячі, цей вид толерантний до забруднення важкими металами та здатен акумулювати їх, із багаторічних злакових трав було обрано кострець безостий, який здатний витримати затоплення території та легко адаптується під час посухи, формує масивну як надземну, так і кореневу систему, швидко відростає після скошування. Доведено, що під посівами цих культур значно зменшився вміст нафтопродуктів та зросла кількість корисних поживних речовин.

Меліоративні рослини, або фітомеліоранти (від лат. Melio - покращувати), рослини, що сприяють відновленню або підвищення родючості ґрунтів, ефективно впливають на ґрунтотвірні процеси. Підтримка природних рослинних угруповань або культивування фітомеліорантів (наприклад, багаторічних бобових) сприяє поліпшенню умов природного середовища. Заходи захисту ґрунтів фітомеліоративними методами: суМетане і смугове полезахисне лісорозведення; протиерозійні лісові насадження; захисні насадження на вододілах і схилах; приярові і прибалкові снігорегулюючі, водозбірні ґрунтозахисні насадження; протидефляційні лісові насадження; залісення і закріплення рухомих пісків; фітомеліорація і захист ґрунтів за допомогою багаторічних трав. Основні фітомеліоративні деревні рослини - сосна звичайна, береза повисла, осика, жовта акація, дуб звичайний, липа серцелиста, лох вузьколистий, різні види верб, в’яз дрібнолистий, тополя біла, клен татарський, горобина звичайна, вільха клейка, жимолость татарська, свідина криваво червона (Swida sanguinea), різні види яблунь.

Трав’янисті культивовані бобові рослини – еспарцет піщаний, козлятник східний, люцерна посівна, конюшина лучна та ін. – збагачують ґрунт азотом і сприяють утворенню гумусу, мають потужний фітомеліоративний ефект. Крім того, щільне покриття багаторічних бобових трав і потужна коренева система з сильно розгалуженою мережею дрібних корінців утримують частинки ґрунту від вимивання і видування, і їх розглядають як ґрунтозахисні культури. Перспективним біомеліорантом для ефективного освоєння засолених зрошуваних земель являється солодка гола, цінна лікарська і кормова культура. Сидеральні рослини – ріпак, гірчиця, буркун, просо, вико-вівсяна суміш – також збагачують ґрунт органічними речовинами і знижують небезпеку ерозії.

Як відомо, всі живі організми не тільки пристосовуються до ґрунтових або кліматичних умов, але також здатні самі формувати їх. В першу чергу це стосується рослин. Здатність покращувати якість природного середовища рослинами покладена в основу фітомеліорації. Адже вона виробляє найбільшу кількість біомаси, здійснює грандіозний кругообіг води, вуглекислого газу, кисню, азоту та ряду інших елементів, бере участь в біогеохімічних циклах і ґрунтотвірних процесах. Використання всіх цих якостей рослинних організмів дозволяє говорити про фітомеліорацію, як про екологічну складову технології, яка ставить своїм першочерговим завданням відродження навколишнього середовища. Якщо міркувати в глобальних масштабах, то можна прийти до висновку, що вся планета потребує грандіозному проєкту фітомеліорації. В першу чергу це стосується клімату. Можна з упевненістю сказати, що стабілізувати клімат – першочергове завдання, яке нині стоїть перед людством.

У світовій практиці є приклади реалізації досить великих проєктів по фітомеліорації клімату (наприклад, створення значних площ лісонасаджень для боротьби з опустелюванням в Китаї і Кенії), але подібного роду заходи вимагають серйозної політичної волі і величезних затрат фізичної праці. Лауреат Нобелівської премії миру кенійка Вангарі Маатарі, яка організувала боротьбу з опустелюванням, зазначає, що найбільші труднощі при проведенні подібних заходів полягає не в висадці рослин.

Фітомеліорацію використовують і в інженерно-захисних цілях: при створенні лісосмуг для боротьби з водною та вітровою ерозією ґрунту. Але інженерно-захисна фітомеліорація застосовується не тільки в землеробстві. Захисні насадження є обов’язковою умовою функціонування промислових підприємств, санітарна зона навколо яких повинна бути засаджена певними видами дерев і чагарників. Особливу роль фітомеліорація відіграє у відновленні ґрунтів і їх родючості. Виснажені в процесі техногенного навантаження ґрунти в прямому сенсі цього слова виліковуються підбором спеціальних видів рослин. Саме спосіб фітомеліорації застосовують на сильно еродованих і малородючих ґрунтах. До речі, в Україні в середині 90-х років існував великий проєкт по залуженню схилових сильно еродованих орних земель спеціальними сумішами трав.

У Західній Європі прогнозовано відбувається зниження надходження азоту в рослини при підвищеному надходженні вуглецю в ґрунт. При цьому збільшення співвідношення С:N в підстилці вказує на потребу в азоті для розкладання органічних фракцій. За аналогічних умов можлива іммобілізація азоту мікроорганізмами ґрунту і зниження його доступності для вегетуючих рослин.

Узагальнення, зроблене ІНРА, підтверджує, що 2-кратне підвищення концентрації СО₂ знижує забезпеченість лугових злаків азотом і накопичення вуглецю в ґрунті. Навпаки, підвищення температури в поєднанні з високою концентрацією СО₂ стимулює кругообіг азоту, покращуючи азотне живлення злакових трав.

Показано, що збагачення повітря вуглекислим газом стимулює зростання бобових і біологічну фіксацію азоту. Під впливом СО₂ відсоток конюшини лучної в злаково-бобовій травосумішці може досягати до 60%. Досліди, проведені у Франції, свідчать, що висока концентрація вуглекислого газу в атмосфері стимулює ріст не тільки бобових трав, а й інших видів рослин, що не володіють здатністю фіксувати азот. Домінуючим з бобових в подібних екологічних умовах є конюшина повзуча (Trifolium repens). З рослин, які не фіксують азот, відзначено інтенсивне поширення та значний фіторекультиваційний ефект деревію (Achillea millefolium).

У Північній Америці збагачення атмосфери СО₂ не викликало негативну реакцію у злаків, включених до складу бобово-злакових травосумішок – костриці лучної, грястиці збірної. Проведені дослідження дали підставу для висновку про те, що фактор, що сприяє посиленому росту того чи іншого виду в угрупуваннях – це перш за все здатність конкурувати за світло та поживні елементи при збільшенні концентрації СО₂. Бобові культури мають перевагу, якщо потреба в азоті у рослин і ґрунту посилюється внаслідок збагачення атмосфери вуглекислим газом. За окремих умов формування травостою, де відіграє велику роль сильна конкуренція за світло і джерело азотного живлення, іноді відбувається пригнічення бобових трав, особливо конюшини повзучої, але одночасно стимулюють ріст рослин, які не володіють здатністю до азотфіксації. Таким чином зарубіжний досвід показує, що в умовах збагачення атмосфери СО₂ і в умовах потепління клімату посилюється практична роль фіторекультивації на основі використання бобових трав і бобово- злакових травосумішей. Глобальне потепління клімату сприяє продовженню вегетаційного періоду, але не гарантує підвищення врожайності лучних рослин. Цей екологічний фактор сприятливо впливає на окремі види і роди трав’янистих рослин, підвищуючи їх природоохоронний потенціал.

Однією з вирішальних умов успішної біологічної фіторекультивації є введення культурних рослин у невластиві для них умови середовища промислових відвалів, необхідність підбору вихідного матеріалу, вивчення окремих характеристик видів і їх змін у новому екологічному середовищі.

Під час підбору асортименту видів для проведення фіторекультивації необхідно всебічно вивчити екологічні особливості рослин, ритм росту і розвитку їх надземних та підземних органів, здатність до відтворення, що забезпечує збереження культурного угруповання тривалий час, та інших показників. Вивчення динаміки росту й розвитку, проходження фенологічних фаз, вегетативної та насіннєвої продуктивності і виявлення амплітуди коливань цих показників у рослин, що вирощуються на відпрацьованих відвалах на фоні різних агротехнічних заходів, служить основою вибору перспективних видів рослин для біологічної рекультивації.

Основне значення мають дані, що характеризують динаміку нагромадження вегетативної маси окремими компонентами створюваних культурних фітоценозів та угрупованнями в цілому порівняно з подібними величинами у природних рослинних угрупованнях конкретної ґрунтово-кліматичної зони. При цьому особливу увагу треба приділити вивченню особливостей формування підземних органів рослин та угруповань. Не всі види рослин можуть нормально рости і розвиватися в умовах специфічного екологічного середовища субстратів відвалів. Так, для встановлення асортименту видів рослин, придатних для фітомеліорації золовідвалів, було досліджено понад 230 видів, а засолених червоних шламів – 160, з яких визнано придатними для рекультивації відповідно 30 і 8 видів.

Вивчення можливості створення штучних лісових насаджень на відвалах відкритих розробок фосфоритів, залізної руди, бурого вугілля, сірки, показало, що для обліснення доМетано використовувати оліготрофні види рослин, тобто ті види, які маловибагливі до родючості ґрунту (наприклад, сосна звичайна, береза бородавчаста та ін.).

Поліпшення росту рослин у несприятливих умовах середовища промислових відвалів можуть сприяти симбіотичним відношенням між деревними рослинами (сосною, модриною, березою) і мікоризо-утворюючими грибами або між бобовими трав’янистими (конюшиною, люцерною, буркуном й іншими) та бульбочковими бактеріями. Оліготрофність видів рослин, а також їх посухостійкість і солевитривалість вважаються головними характеристиками, що мають велике значення у виборі асортименту рослин як для лісової, так і для сільськогосподарської рекультивації.

Під час вибору асортименту рослин для створення культурних фітоценозів на порушених землях у багатьох випадках треба враховувати і такий додатковий екологічний чинник, як забруднення атмосфери промисловими викидами. Адже у рослин відсутні будь-які спеціальні механізми пристосування до таких чинників середовища. Як правило, ті рослини, що стійкі до дії одного забруднення, пригнічуються іншими інгредієнтами промислових викидів. Тому відсутність рослин, які комплексно стійкі до забруднення атмосфери, змушує індивідуально підходити до підбору асортименту рослин для певних умов.

Використання та підбір рослин вважають чи не найважливішим прийомом при проведенні фіторекультивації, особливо на засолених ґрунтах. Використанням солевитривалих видів рослин для відновлення порушених ґрунтів займалася значна кількість науковців у різних куточках світу: в Україні Гінченко, Самбур, Чапко, у Казакстані – Байтканов, у Росії - Бегучев з співробітниками і це далеко не весь перелік. Деякі з солестійких культур (білий буркун) формують потужну кореневу систему, що здатна розпушувати щільні солонцеві ґрунтові горизонти. При розкладанні надземної і підземної частин рослин ґрунт збагачується органічною речовиною і поживними елементами (азот, калій, кальцій і ін.). Крім того, при цьому процесі виділяється вуглекислота, яка сприяє перетворенню звичайної соди в менш токсичну двовуглекислим соду. Тому в країнах, де хімічна меліорація ведеться в обмежених масштабах, вдаються до біологічних способів меліорації, скажімо в таких країнах як Індія, Пакистан, Аргентина. В Аргентині фітомеліорацію здійснювали на площі 45 тис. га.

Особливий ефект від посіву соле-і солонцестійких рослин проявився при освоєнні під культурні пасовища ґрунтів на малопродуктивних землях південного сходу Росії, Казахстану і України, зокрема на заплавних засолених землях.

Загальновідомо, що фітомеліорація виступає, як ресурсозберігаюча альтернативна технологія для закислених ґрунтів, у порівнянні із традиційними методами проведення хімічної меліорації. За умови такої фіторекультивації на кислих ґрунтах відбувається оптимізація структури земель шляхом добору та розміщенням культур по ланках сівозміни, які проявляють стійкість до показників високої кислотності у ґрунтах. Обов’язковою умовою має бути відмова від культивування нейтрофілів – культур, що проявляють стійкість до кислої реакції ґрунтового середовища, серед яких виділяють пшеницю, ячмінь, цукрові, столові, кормові буряки. Та включення до сівозміни таких культур як – картопля, льон, люпин, озиме жито, що носять назву ацидофілів.

Варто вказати, що окремі із бобових культур конюшина лучна, люцерна посівна, люпин вузьколистий можуть перерозподіляти кальцій, шляхом перенесення його у верхні горизонти ґрунту з нижніх, цим самим змінюючи реакцію ґрунтового середовища. Закислення ґрунту завжди призводить до зниження доступності поживних елементів для рослин. Тому підбір культур та планування фіторекультиваційних заходів на кислих ґрунтах вимагає детального аналізу за станом кислотності земель та добір рослин, невибагливих до умов живлення. З огляду на все вищевказане, слід врахувати відношення рослин до вмісту в ґрунтах елементів живлення.

За потребою рослин до вмісту поживних елементів у ґрунтах прийнято класифікувати групи рослин наступним чином:

- евтрофи (вміст N в ґрунті – від 3,0-4,0 % і більше, Ca – не менше 3,0 %, (P–

до 1,0 %, К – до 1,0 %): буряки цукрові, тютюн, кавуни, тимофіївка лучна, костриця очеретяна, грястиця збірна, житняк, тонконіг лучний;

- мезоевтрофи (вміст N в ґрунті – 2,0-3,0 %, Ca – 1,5-2,5 %, P – 0,5-1 %, К – 0,6-1 %): пшениця м’яка, конюшина лучна (червона) і біла, смородина чорна, пажитниця багаторічна, соняшник, конюшина лучна, тонконіг лучний, люцерна хмелеподібна;

-                  мезотрофи (вміст N в ґрунті – 1-2,5 %, Ca – 1-2 %, P – до 0,5 %, К – до 0,6

%): овес, картопля, морква, кукурудза, капуста, буряки столові, тонконіг вузьколистий, костриця лучна;

-                  олігомезотрофи (вміст N в ґрунті – 1-1,5 %, Ca – 0,5-1 %, P – 0,3-0,5 %, К – 0,4-0,6 %): жито, льон-довгунець, просо, костриця овеча, тимофіївка степова;

-                  оліготрофи (вміст N в ґрунті – 0,3-1,0 %, Ca – 0,01-0,5 %, P –

0,001-0,5 %, К – 0,001-0,4 %, або навіть їх сліди у ґрунтовому розчині): буркун, жито, озима (мохната) вика, ячмінь, ірга, ожина, серадела, люпин, із злакових — біловус, мітлицю звичайну та ін.

Про результативність проведених фітомеліоративних заходів можна говорити з огляду на отримані показники врожайності сільськогосподарських культур. Часто проведення сільськогосподарської фітомеліорації має на меті також і захистити землі від зсувів та ерозійних процесів.

Зазначається, що застосування фітомеліоративних заходів нейтралізації ґрунтової кислотності, що дозволяє екологічно безпечно регулювати кислотність ґрунтів та поліпшувати їх родючість.

В першу чергу фітомеліорація, яка була й залишається дієвим засобом покращення кислотно-основної рівноваги в ґрунтах. Вона є дуже важливою частиною ресурсозбережувальних технологій.

Фітомеліорація включає підбір і розміщення в сівозміні сільськогосподарських культур, що витримують і непогано розвиваються в кислому середовищі ґрунту, тобто більш толерантних до ґрунтової кислотності. Треба утримуватись від вирощування на кислих ґрунтах особливо чутливих до кислої реакції сільськогосподарських культур – коренеплодів, ярої та озимої пшениці, ячменю тощо. На цих ґрунтах перевагу слід надавати вирощуванню вівса, озимого жита, моркви, люпину, злакових трав, картоплі та інших ацидофільних (кальцієфобних) культур», – додав доктор біологічних наук.

Встановлено, що ефективними культурами-фітомеліорантами щодо поліпшення фізико-хімічних властивостей опідзолених ґрунтів є люцерна та еспарцет; агрофізичних – люцерна, еспарцет та гірчиця; агрохімічних – люцерна, еспарцет, люпин та соя. За типами кореневої системи, характером їх розподілу по профілю, ці фітомеліоранти суттєво різняться.

Умовою ведення успішної біологічної фіторекультивації є пристосування культурних рослин в умови, які для них вважаються невластивими також підбір рекультиваційного матеріалу та його адаптацію до змін в навколишньому середовищі. Добір асортименту різних видів культур для проведення рекультивації проводиться у відповідності екологічних властивостей рослин, ритмів їх росту та розвитку, спроможності до відтворення та інших властивостей, що забезпечать формування культурного біотопу на тривалий час. Основою вибору перспективних видів рослин для проєктування біологічної рекультивації є вивчення процесів росту і розвитку рослин, динаміку проходження фенологічних та вегетаційних фаз, формування насіннєвої продуктивності культивованих рослин.

Особливу увагу приділяють формуванню кореневої системи рослин, яка здатна накопичити органіки у субстратах териконів, відвалів, саме переважна більшість рослин зумовлює напрямки проходження ґрунтотворного процесу на техногенно порушених територіях.

Відомо, що не всі типи та види рослин здатні сприятливо рости та розвиватися в умовах своєрідного екологічного середовища. Тому підбір рослин для фіторекультивації має складатися із широкого спектру рослин, з яких пізніше буде обрано найоптимальніші.

Звертати увагу слід також при підборі асортименту культурних рослин на фактор забруднення атмосфери промисловими викидами, оскільки створення здорового фітоценозу, залежить перш за все від навколишнього середовища. А стійкі рослини до одних видів забруднення, пригнічуються, як правило іншими видами викидів.

При фітомеліорації для підвищення родючості ґрунтів використовується природний потенціал рослин – здатність акумулювати енергію сонця, трансформовану в енергію хімічних зв’язків органічних сполук. Поліпшення родючості ґрунтів досягається також за рахунок органічної речовини кореневих залишків рослин і процесами азотфіксації бобових фітомеліорантів. Фітомеліоративний метод знайшов широке застосування за кордоном.

Для вибору найбільш ефективних фітомеліорантів необхідний всебічний аналіз як фізико-хімічних показників ґрунту, так і дослідження мікробіологічної активності ґрунту, одним з показників яких є ферментативна (каталазна) активність і рівень продукування СО₂.

Встановлено, що посіви фітомеліорантів здійснюють позитивний вплив на родючість агротемногумусових ґрунтів. Для цих ґрунтів властивий середній рівень вмісту гумусу і калію, висока ступінь насиченості ґрунтів основами, низька гідролітична кислотність. Високі параметри каталазної активності в посівах бобових трав свідчать про більш інтенсивні мікробіологічні процеси трансформації органічної речовини, що підтверджувалися показниками емісії СО₂. Найбільш сприятливі умови середовища на варіантах з посівами фітомеліорантів складалися в посівах з люцерною і конюшиною, в орних горизонтах яких встановлено найбільший приріст вмісту і запасів гумусу. Ці культури можна рекомендувати для підвищення родючості ґрунтів.

Доведено, що рослини, які використовуються для вилучення радіонуклідів з забруднених ґрунтів, повинні відповідати ряду вимог: бути толерантними до високих концентрацій радіонуклідів, здатними поглинати і акумулювати максимальну кількість радіонуклідів, ефективно їх транспортувати з кореневої системи в наземну знизує масу, мати глибоко розростається кореневу систему, високу опірність до хвороб і шкідників, зручними для прибирання і непривабливими для домашніх і диких тварин. Технологія фітомеліорації, яку рекомендує авторка, спрямована на відновлення ґрунту і усунення забруднень радіоактивними елементами. Дана технологія масштабна, її можна успішно застосовувати в якості активного засобу очищення від радіонуклідів на великих територіях, що зазнали забруднення, без необхідності зняття, перенесення і переробки ґрунту і механічного впливу на порушені території. Саме одним із основних етапів очищення ґрунтів від радіонуклідів є підбір групи рослин- сорбентів.

Оцінку результативності фіторекультивації можна оцінити шляхом аналізу врожайності сільськогосподарських культур та показниками підвищення родючості ґрунтів. Автори публікації вважають, що домогтися позитивних змін у цих показниках можливо за рахунок правильного підбору культур для проведення фіторекультивації, щоб саме ці культури відповідали умовам місцезростання на рекультиваційних ділянках. А розпочинається фітомеліорація рекультивованих земель певною мірою із посіву багаторічних бобових і злакових трав, що є важливим показником збагачення порушених ґрунтів органічною речовиною та покращення його структури.

Аналізуючи фітомеліоративний потенціал різних видів рослин, культурні рослини можна розмістити за показником ґрунтовідновлення наступним чином: багаторічні трави - дворічні бобові трави - однорічні трави – озимі культури - зернобобові - ярі зернові – просапні культури.

Оброблювані культури істотно впливають на структурність орного шару ґрунтів. Наприклад, при постійному використанні територій на пар і під кукурудзою вміст агрегатів крупніше 0,25 мм було біля 20%, після 6-річного культивування пшениці -18%, під травостоєм люцерни - 25%. Це ще раз доводить про значущість багаторічних бобових трав та їх вплив на формування структурності ґрунтів. Часте застосування ґрунтообробних агрегатів також сприяє зниженню вмісту мікроагрегатів в орному шарі ґрунту.

Підбір трав’янистих рослин для фіторекультивації порушених земель має бути направлений перш за все на використання добре випробуваних, бажано районованих сортів місцевих видів рослинних угрупувань. Певною мірою вони дещо більше адаптовані до місцевих природних, погодних, ґрунтово - кліматичних умов, які здатні швидко забезпечити формування стійкого зімкнутого травостою з міцною дерниною, що проявляє стійкість до  змивання. Авторами виділено наступні види злакових трав, в умовах обстежених умов - костриця червона, костриця лучна, стоколос безостий, пирій безкорневищний, серед багаторічних бобових для відновлюваних цілей рекомендовано використовувати дворічні бобові рослини, що мають відмінний насіннєвий потенціал серед них слід виділити люцерну посівну, конюшину лучну, буркун білий, конюшину повзучу.

Особливої актуальності і складності набуває проблема підбору фітомеліорантів, придатних для рекультивації техногенних земель в антропогенно трансформованних регіонах. Підбір рослин для фіторекультивації техногенних земель доМетано проводити в чотирьох напрямках:

-               відбір стійких екотипів рослин з вираженним фітомеліоративним ефектом при вивченні спонтанного заростання техногенних екотопів;

-             відбір фітомеліорантів з аборигенної флори;

-             інтродукційне дослідження рослин та адаптація в екотопах;

-                 дослідження рослин; експериментальне випробування рослин на різних едафотопах техногенних земель.

В умовах екологічного невідповідності промислового середовища в якості фітомеліорантів можуть бути використані в степовій зоні в основному три еколого-біологічні групи трав'янистих рослин:

1)                рослини, що володіють здатністю до симбіотичної фіксації молекулярного азоту;

2)                рослини, що проявляють сольовий ефект (галофіти);

3)                  злаки, що відрізняються потужною розвиненою кореневою системою і екологічною пластичністю.

На кам’янистих і меломергелевих субстратах перспективними фітомеліорантами можуть бути псаммо-, петрофіти і кальцієфіти, а на рухомих субстратах – ерозіофіти.

При проведенні фіторекультиваційних заходів у кар’єрах, вказують на 72 таксони рослин, основними серед них є наступні:

1)        6 видів дерев’яних видів: верба козяча (Salix caprea L.), сосна звичайна (Pinus sylvestris L.), верба тричинкова (Salix triandra L.), береза повисла (Betula pendula Roth.), груша звичайна (Pyrus communis L.), верба ламка (Salix fragilis L.).

2)        65 різновидів трав, серед яких 10 видів одно- або дворічників та 65 – багаторічників.).

3)        1 вид кущових рослин: свидина криваво-червона (Swida sanguinea (L.) Opiz

Співвідношення між рослинами: 76% – багаторічні трави, 14% – малорічні трави, 8% – дерева, 2% – кущі.