ТЕМА 11. ТЕХНОЗЕМНІ ГРУНТИ.

1. Поняття про техноземні ґрунти.

Одним із сучасних підходів до відновлення порушених земель є створення техноземних ґрунтів. Така необхідність виникає на територіях, де природний ґрунтовий покрив був повністю або частково знищений, перемішаний, забруднений або настільки змінений, що його природне відновлення протягом прийнятного періоду є малоймовірним. Особливого значення цей підхід набуває під час рекультивації гірничопромислових територій, кар'єрів, відвалів, промислових майданчиків, територій будівництва, а також земель, порушених унаслідок воєнних дій.

Поняття про техноземні ґрунти

Техноземний ґрунт — це штучно створена ґрунтова система, сформована людиною шляхом цілеспрямованого укладання або перемішування різних мінеральних та органічних матеріалів для створення середовища, придатного для розвитку рослин і виконання певних екологічних або господарських функцій.

На відміну від природного ґрунту, який формується впродовж тривалого часу під впливом клімату, рельєфу, материнської породи, організмів і часу, технозем створюється за заздалегідь визначеною моделлю. Людина може регулювати його потужність, склад, послідовність розташування шарів, фізичні та хімічні властивості.

Тому технозем доцільно розглядати не просто як насипаний шар ґрунту, а як керовану ґрунтову конструкцію, у якій кожен компонент виконує певну функцію.

Матеріалами для формування техноземів можуть бути родючі та потенційно родючі ґрунти, леси та лесовидні суглинки, піски, супіски, глинисті породи, розкривні породи гірничих підприємств, компости та інші органічні матеріали. Використання будь-яких матеріалів повинно базуватися на попередній оцінці їхньої екологічної безпечності.

Принципи формування техноземної конструкції

Основним принципом конструювання технозему є створення такого співвідношення матеріалів, яке забезпечує нормальне функціонування кореневмісного шару та поступове відновлення ґрунтових процесів.

У найпростішому варіанті техноземна конструкція може складатися з основи, потенційно родючого шару та родючого кореневмісного шару:

основа → потенційно родючий матеріал → родючий кореневмісний шар → рослинний покрив.

Однак на складних ділянках конструкція може включати більшу кількість функціональних шарів. Наприклад, на територіях із несприятливим водним режимом необхідним може бути дренажний шар, а на забруднених землях — ізолювальний або бар'єрний шар.

Таким чином, конструкція технозему визначається не лише властивостями доступних матеріалів, а й функціональним призначенням рекультивованої ділянки.

2. Основні параметри техноземних ґрунтів.

Важливим параметром є потужність кореневмісного шару. Вона повинна відповідати біологічним потребам рослин, які планується вирощувати. Для трав'янистої рослинності достатньо меншої потужності, тоді як для сільськогосподарських культур із добре розвиненою кореневою системою або для дерев необхідний значно потужніший профіль.

Не менш важливим є гранулометричний склад. Надмірно піщані субстрати характеризуються низькою вологоємністю та здатністю утримувати поживні речовини. Важкоглинисті матеріали, навпаки, можуть мати низьку водопроникність, погану аерацію та створювати несприятливі умови для коренів. Тому під час конструювання необхідно прагнути до формування оптимального співвідношення піщаних, пилуватих і глинистих частинок.

Важливою характеристикою є щільність складення. Ущільнення субстрату під час будівельних або рекультиваційних робіт може значно обмежувати проникнення коренів, води та повітря. Тому кореневмісний шар повинен формуватися таким чином, щоб забезпечити достатню пористість і не допускати утворення ущільнених прошарків.

Особливе значення має вміст органічної речовини. Органічна речовина є джерелом енергії для ґрунтових мікроорганізмів, бере участь у формуванні структури, підвищує вологоємність та сприяє накопиченню поживних елементів. На бідних субстратах її вміст може бути підвищений за рахунок компостів, органічних добрив, рослинних решток та інших безпечних органічних матеріалів.

Важливим показником є реакція ґрунтового середовища — pH. Надмірна кислотність або лужність може обмежувати доступність поживних елементів та пригнічувати розвиток рослин. За необхідності реакцію середовища регулюють внесенням відповідних меліорантів.

Необхідно також оцінювати забезпеченість доступними формами поживних елементів — передусім азотом, фосфором і калієм. Проте висока концентрація поживних речовин не завжди є перевагою: надмірне їх накопичення може негативно впливати на рослини та спричиняти міграцію сполук у ґрунтові води.

Окрему групу параметрів становлять водно-фізичні властивості. Технозем повинен забезпечувати надходження води до кореневої системи, утримувати необхідну її кількість і водночас забезпечувати відведення надлишкової вологи. Саме тому в окремих конструкціях передбачають спеціальні дренажні або водоутримувальні шари.

Вимоги до матеріалів техноземних конструкцій

До матеріалів, які використовують для формування техноземів, висувається низка вимог. Вони повинні бути фізично стабільними, не містити небезпечних концентрацій токсичних речовин, не створювати вторинного забруднення та бути сумісними з іншими компонентами конструкції.

Особливо важливим є недопущення використання матеріалів, які містять небезпечні рівні важких металів, нафтопродуктів, залишків пестицидів або інших забруднювачів.

Водночас матеріал, який є непридатним для формування родючого шару, може виконувати іншу функцію. Наприклад, мінеральна порода з низькою родючістю може бути використана як нижній планувальний шар, якщо вона не є токсичною та забезпечує необхідну механічну стійкість.

Отже, придатність матеріалу визначається не лише його родючістю, а й функцією, яку він виконуватиме у конструкції технозему.

3. Техноземи різного призначення.

Техноземи для сільськогосподарської рекультивації

При сільськогосподарському напрямі рекультивації головним завданням є створення ґрунтового середовища, придатного для вирощування сільськогосподарських культур.

Технозем повинен мати достатню потужність кореневмісного шару, сприятливий гранулометричний склад, достатню кількість органічної речовини та доступних поживних елементів. Важливими є також оптимальна реакція середовища, добра водопроникність і відсутність небезпечного забруднення.

У цьому випадку доцільно створювати конструкцію за принципом:

материнська або планувальна основа → потенційно родючий субстрат → родючий шар → фітомеліоративні культури → сільськогосподарські культури.

На першому етапі після формування конструкції можуть вирощуватися багаторічні трави, бобові та інші фітомеліоративні культури. Вони сприяють накопиченню органічної речовини, закріпленню поверхні та активізації ґрунтової біоти. Після досягнення необхідного рівня родючості ділянку можна переводити до повноцінного сільськогосподарського використання.

Техноземи для лісогосподарської рекультивації

Лісогосподарський напрям передбачає створення умов для довготривалого розвитку деревної та чагарникової рослинності. Тут важливе значення мають потужність кореневмісного шару, його водний режим, стійкість до ерозії та здатність поступово накопичувати органічну речовину.

Після висаджування дерев і чагарників формується рослинна підстилка, збільшується надходження кореневих решток, активізуються мікробіологічні процеси. У результаті технозем поступово набуває властивостей, характерних для природних ґрунтів лісових екосистем.

Техноземи для рекреаційного використання

При створенні парків, скверів, зон відпочинку та інших рекреаційних територій особливе значення мають екологічна безпечність, стійкість до механічного навантаження, здатність підтримувати газонну та деревну рослинність.

Кореневмісний шар повинен мати достатню вологоємність і водопроникність, а поверхня — бути стійкою до ущільнення та ерозії. Для таких територій важливо також забезпечити відсутність забруднювачів, які можуть становити небезпеку для людей.

Техноземи природоохоронного призначення

При природоохоронній рекультивації основною метою є створення умов для відновлення природної або близької до природної рослинності. У цьому випадку не завжди необхідно створювати максимально родючий субстрат.

Надмірне внесення поживних речовин може спричинити зміну складу рослинного угруповання та сприяти поширенню видів, які не є характерними для певної екосистеми. Тому параметри технозему визначають відповідно до цільового природного угруповання.

Особливості створення техноземів на постмілітарних землях

Постмілітарні землі мають специфічні особливості, пов'язані з механічним порушенням ґрунтового покриву та потенційним забрудненням. На таких територіях можуть бути присутні уламки боєприпасів і техніки, металеві фрагменти, нафтопродукти, важкі метали та інші забруднювачі.

Тому створення технозему на постмілітарній території повинно розпочинатися не з нанесення ґрунтового матеріалу, а з обстеження та забезпечення безпеки території.

Спочатку проводять інженерне та екологічне обстеження, визначають характер порушень і потенційних забруднень, вилучають небезпечні предмети та за необхідності проводять очищення території. Лише після цього визначають можливість використання ділянки та проектують конструкцію технозему.

Якщо забруднений матеріал неможливо повністю видалити, може застосовуватися конструкція ізоляційного типу:

забруднена основа → бар'єрний або ізолювальний шар → чистий мінеральний матеріал → родючий кореневмісний шар → безпечний рослинний покрив.

У такій конструкції основним завданням є не вилучення забруднювача рослинами, а зменшення його доступності, міграції та контакту з людиною і біотою.

Оцінювання ефективності техноземів

Ефективність створеної техноземної конструкції необхідно оцінювати не лише відразу після завершення рекультиваційних робіт, а й у процесі її подальшого функціонування.

Контролюють зміни фізичних властивостей, вміст органічної речовини, pH, забезпеченість поживними елементами, водний режим, біологічну активність, стан рослинного покриву та, для потенційно забруднених територій, концентрації пріоритетних забруднювачів.

Особливо важливо оцінювати динаміку показників. Якщо з часом збільшується вміст органічної речовини, покращується структура, активізується ґрунтова біота та формується стійкий рослинний покрив, це свідчить про перехід технозему від штучно створеної конструкції до функціональної ґрунтової системи.

Таким чином, модель технозему повинна розроблятися індивідуально для конкретної земельної ділянки, з урахуванням характеру її порушення, властивостей доступних матеріалів, рівня забруднення, кліматичних умов та запланованого напряму подальшого використання.

4. Універсальна і спеціальні моделі техноземних грунтів.

Універсальна модель (її також називають двошаровою класичною моделєю) розроблена для відновлення земель під інтенсивне сільськогосподарське використання (вирощування зернових, технічних або овочевих культур). Вона підходить для більшості регіонів України (особливо для зони Степу та Лісостепу) та є еталоном високої родючості.

Структура профілю універсальної моделі:

Верхній шар (0–50 см): Родючий шар ґрунту (РШҐ). Це знята перед початком розробок гумусована маса чорнозему. Вона забезпечує рослини поживними речовинами, азотом та мікрофлорою.

Нижній (екранний/підстилаючий) шар (50–100 см): Потенційно родюча порода — переважно лесоподібний суглинок. Він має нейтральну кислотність, затримує вологу, не пропускає коріння в токсичні глибинні горизонти та служить «депо» для капілярної води.

Основа: Техногенна основа (відвал, шламосховище тощо).

Спеціальні моделі техноземних ґрунтів

Спеціальні моделі розробляють тоді, коли умови є екстремальними (наприклад, підстилаючі породи занадто токсичні), або коли землі готують під специфічний вид використання (ліс, пасовища, сади, промислова забудова).

1. Лісогосподарська модель

Створюється для вирощування деревних та чагарникових насаджень.

Особливість: Коренева система дерев сягає значно глибше, ніж у трав, тому загальна товщина технозему має бути більшою — від 1.5 до 2.0 метрів.

Структура: Товщина верхнього гумусового шару може бути меншою (20–30 см), але підстилаючий шар суглинків або супісків збільшують до 120–150 см, щоб коріння дерев не досягло глибоких токсичних шарів відвалу.

2. Водогосподарська / Екранована модель

Застосовується на відвалах, що містять токсичні, ультракислі або сильнозасолені породи (наприклад, сульфідні хвости чи колчедани), які загрожують отруєнням ґрунтових вод.

Особливість: Між відвалом і родючим шаром створюється штучний бар'єр.

Структура: На токсичну породу укладають протифільтраційний екран щільної глини (товщиною 30–50 см) або геомембрану. Зверху насипають 50–70 см нейтральної породи (лесоподібного суглинку) і лише потім — родючий шар ґрунту. Екран блокує підняття шкідливих солей та кислот до коріння рослин.

3. Лучно-пасовищна (спрощена) модель

Використовується, якщо запаси родючого чорнозему обмежені, а ділянку планують засіяти багаторічними травами для випасу худоби чи сінокосу.

Особливість: Орієнтована на мичкувату коротку кореневу систему трав.

Структура: ФМає зменшену товщину профілю — всього 30–40 см. Часто складається лише з одного шару потенційно придатних пухких порід (наприклад, суміші піску та суглинку), збагаченого підвищеними дозами органічних та мінеральних добрив (без нанесення дефіцитного чорнозему).

4. Модель для багаторічних насаджень (садів та виноградників)

Особливість: Вимагає відмінної аерації, дренажу та відсутності застою води.

Структура: У підстилаючому шарі поєднують лесоподібні суглинки з щебенем карбонатних порід (крейда, мергель), що покращує дренажні властивості технозему та розкислює ґрунт.

5. Урбаністична модель (Urbic Technosols)

Спеціальна модель для міського озеленення, парків або скверів.

Особливість: Має витримувати сильне антропогенне та транспортне навантаження.

Структура: Потребує обов’язкового додавання структурних піщано-компостних сумішей для запобігання асфіксії (задихання) коріння через ущільнення ґрунту пішоходами.