Екологічні системи України, передусім агробіоценози, нині потерпають від постійно зростаючих природних та антропогенних навантажень. Посилення аридності клімату з високою контрастністю погодних умов, нерегламентовані технології землеробства і меліорації ґрунтів, а також воєнні дії завдають великої шкоди родючим ґрунтовим ресурсам України, особливо активній частині ґрунту, його біоорганомінеральному комплексу, що позначається на якості рослинницької продукції, а по трофічному ланцюгу — на здоров’ї тварин і людей. Зусилля миролюбних країн світу нині спрямовані на подолання наявних екологічних загроз та усунення цього вкрай небезпечного трофічно-ланцюгового тренду. Серед зазначеного виокремлюють проблеми захисту ґрунтів, збереження їх якості, оздоровлення ґрунтів і ґрунтового покриву, відновлення їх екологічного стану, нейтралізації розвитку деградаційних і патологічних процесів у ґрунтовому середовищі.
У сучасній світовій науковій літературі (зрідка у вітчизняній) дедалі частіше вживається термін «здоров’я ґрунту» (soil health) разом із поняттям «якість ґрунту» (soil quality). Проте чітку різницю чи збіг у дефініціях цих термінів недостатньо висвітлено в проаналізованих нами наукових працях [1- 5], що гальмує перспективу прогресивного розвитку концепції «здоров’я ґрунту» передусім у контексті міжнародної стратегії ФАО «Єдине здоров’я». Виникла нагальна потреба викласти авторське розуміння дефініції та змісту зазначеного поняття — наскільки дефініція «здоров’я ґрунту» є концептуальною, актуальною та перспективною для подальших теоретичних і експериментальних комплексних наукових досліджень у ґрунтознавчій галузі.
Автори статті відзначають неточність дефініції «здоров’я ґрунту», але не претендують на повноту завершеності визначення її суті. Цей автентичний аналіз підкреслює важливість суворого дотримання методологічної істини — нові концепції чи парадигми обґрунтовують не так зміною термінів, як їх атрибутивністю (об’єктивністю), індикаторами та змістом, які за проаналізованими нами інформаційними джерелами є неточними, суперечливими й теоретично недостатньо визначеними, що гальмує певною мірою саму програму розвитку концепції «здоров’я ґрунту» та міжнародної стратегії ФАО «Єдине здоров’я», стан і перспективи наукового супроводу якої визначено Постановою Президії НААН №13/01 від 28.08.2024 р.
Мета досліджень. На основі автентичного аналізу сучасної концепції наукового терміна «здоров’я ґрунту» (soil health) конкретизувати його понятійну сутність і висвітлити розвиток та перспективи подальших вітчизняних наукових досліджень у контексті реалізації загальносвітових стратегій МЕБ, ВООЗ, ФАО «Єдине здоров’я».
Матеріали та методи досліджень. Автентичний аналіз сучасної концепції «здоров’я ґрунту» виконано з використанням структурно-функціонального, порівняльного та логістико-аналітичного підходів. Структурно-функціональний підхід здійснено шляхом декомпозиції ґрунтового тіла на основні складові з властивими їм відповідними функціями в системі «ґрунт — рослина». Порівняльний підхід полягав в оцінюванні тотожності і/або різнобічності (суперечностей) у дефініціях, індикаторах і безпосередньо в характеристиці суті концепції «здоров’я ґрунту». Логістико-аналітичний підхід визначав саму сутність стратегії ФАО «Єдине здоров’я», первинною ланкою в біологічному колообігу та трофічному ланцюгу було біокосне («параживе») ґрунтове «тіло».
Для глибокого осмислення дефініції «здоров’я ґрунту» важливо передусім досконало вивчити особливості внутрішньої організації («анатомії», конструкції) ґрунтового «тіла». У загальносхематичному вигляді її показано на рис. 1, де зазначено відомі основні складові ґрунту: тверду, рідку і газову «фази» (хоча назва «фази» стосовно ґрунту не зовсім коректна, оскільки поняття «фаза» у фізичному розумінні має інше тлумачення). З 2-ї половини минулого століття до цих складових ґрунту додано четверту — «живу фазу», яка містить численний і різноманітний світ ґрунтових організмів та мікроорганізмів. Саме з біологічною компонентою більшість дослідників [1, 2, 4] пов’язують «здоров’я ґрунту». Проте прихильників певного ототожнення понять «якість ґрунту» і «здоров’я ґрунту» (за вибором оцінних індикаторів) є чимало [3 – 6], що деякою мірою гальмує перспективи їх результативного вивчення. Отже, сучасна ґрунтознавча наука визначає ґрунти як «параживі системи» або «біокосні тіла». Однак обмежуватися лише «живою фазою» ґрунту як ключовим атрибутом його здоров’я було б не зовсім об’єктивно і реально. Для доказу цього слід детальніше розглянути, що (загалом) являє собою «тверда фаза» ґрунтового «тіла». Вона містить інертні («скелет» ґрунту), аморфні пасивні та активні органічні, мінеральні та органо-мінеральні складні сполуки (див. рис. 1).
Аморфну ґрунтову складову з характерними для неї колоїдними властивостями (колоїдний комплекс ґрунту — ККҐ) ще в 1-й половині минулого століття детально вивчав академік О.Н. Соколовський, який образно назвав цей комплекс «живою плоттю ґрунту» [7, 8]. Колоїдний комплекс ґрунту, залежно від своєї природи (умісту, складу та властивостей вторинних глинистих мінералів, полуторних оксидів, гумусних речовин тощо), визначає закономірність перебігу ґрунтових процесів, серед яких ключове місце займає іонно-речовинний обмін між ККҐ, ґрунтовим розчином і кореневою системою рослин. У період активної вегетації масопотік біогенних елементів спрямований від ККҐ до ґрунтового розчину, далі до кореневої системи та надземної маси рослин. У період відсутності активної вегетації внесення добрив і меліорантів переважає зворотний процес.
Мобілізація-іммобілізація речовин і енергії в ґрунтовому «тілі» мають динамічно змінний характер, їх активація і/або послаблення відбуваються залежно від землеробської культури, кліматичних умов, рослинного покриву та інших чинників. Завдяки детально досліджуваним нами та іншими вченими [9 – 11] закономірностям термодинаміки внутрішньоґрунтових процесів, їх схильності до змін під впливом зростаючих зовнішніх навантажень встановлено й запропоновано критерії оцінювання функціональної стійкості ґрунтів за показниками їх буферних властивостей. Буферна ємність ґрунту — це своєрідний індикатор його «імунітету», здатності протидіяти зміні ґрунтового живильного розчину, зокрема забрудненню ґрунтів важкими металами, кислотами, лугами, водорозчинними солями, пестицидами, радіонуклідами та іншими полютантами. Буферний індикатор «здоров’я ґрунту», який більше пов’язаний з ККҐ, ніж із «живою фазою» ґрунту, об’єктивує й істотно розширює діагностику стійкості ґрунтів до надмірного мінерального удобрення, забруднення агрохімікатами, до меліоративних, кліматичних та інших зовнішніх навантажень.
Водночас у регуляції азотного і вуглецевого режимів, знешкодженні в ґрунтовому «тілі» токсикогенних і фітопатогенних мікроорганізмів, у нейтралізації токсичних канцерогенних речовин і негативних алелопатичних сполук перевагу, як зазначалося, надають «живій фазі» ґрунту, до якої належать не лише вільноживучі й ризосферні мікроорганізми, а й коренева система рослин, не нехтуючи нейтралізувальною здатністю в цих процесах ККҐ. Останній разом із «живою фазою» ґрунту як активні взаємопов’язані атрибути здорової, активно і стало функціонуючої ґрунтової системи утворюють у ній єдиний біо- органо-мінеральний буферний комплекс ґрунту (БОМБКОҐ), забезпечуючи тим самим збереження і самовідновлення здорового стану ґрунтового «тіла» та зростаючої на ньому наземної маси рослин. Визначальне і ключове завдання — оберігати, підтримувати та своєчасно відновлювати ККҐ і корисну «живу фазу» ґрунту, а загалом — буферну («імунну», захисну) функцію біо- органо-мінерального комплексу ґрунту. Проте суворе дотримання профілактичних заходів і своєчасна ліквідація зовнішніх чинників, що негативно впливають або катастрофічно погіршують здоровий стан ґрунту, завжди є і залишаються першочерговою необхідністю.
Колоїдний комплекс ґрунту містить глинисті (мінеральні), гумусні та ор- гано-мінеральні частки різноманітних структур, будови і природи. Завдяки зв’язуванню мінеральних і органічних колоїдних часток найрізноманітнішої природи утворюються органо-мінеральні міцелярні сполуки, в яких мінеральна частина представлена переважно вторинними глинистими мінералами, органічна — гумусними сполуками.
Друга важлива функція здорового ґрунту — його супресивна здатність (soil suppressive capacity), завдяки якій у ґрунтовій системі пригнічується розвиток фітопатогенів [1, 2, 12]. її ґрунти набувають за допомогою активного функціонування корисних мікробоценозів (передусім ризосферних), їх метаболітів і кореневих ексудатів рослин-едифікаторів. Здорові ґрунти з такими властивими їм атрибутами захисту, як висока супресивність та оптимальна буферна здатність, ефективно захищені від отруєння, зараження, інфікування збудниками хвороб, запобігають токсикозу в ґрунтовому середовищі, вчасно його нейтралізують, забезпечують отримання високоякісної, екологічної («органічної») рослинницької продукції. Високий «імунітет» до отруєння, зараження, інфікування в чорноземів, які становлять в Україні до 65% орних земель. Завдяки ним забезпечується продовольча безпека не лише нашої країни, а й багатьох країн світу. На жаль, зовнішній тиск (антропогенний, кліматичний, мілітарний тощо) на ґрунтовий покрив нині є настільки потужним, що в багатьох місцях навіть родючі чорноземи з генетично властивим їм високим порогом екологічної стійкості, буферної ємності та супресивності втрачають здатність чинити йому опір. Реанімувати здоровий природний стан «хворих» ґрунтів витратніше й набагато складніше, ніж вживати та суворо дотримуватися профілактичних заходів. Перспектива саме за останніми, проте вже численні масиви земель з «патологічним» станом ґрунтового покриву підлягають оздоровленню й реанімації, зокрема пошкоджені та отруєні продуктами вибухових речовин у місцях воєнних зіткнень. Високі температури в місцях вибухів і в спекотні дні за відсутності необхідного рівня вологості негативно впливають на ККҐ, трансформуючи його з активного в пасивний («мертвий») стан, а також на корисний мікробоценоз ґрунту. Порівняно з мінеральними глинистими колоїдами органічна (гумусна) частина ККҐ є схильною до пасивації та незворотної коагуляції. Через зовнішні стресори вона піддається карбонізації, гідрофобізації, втрачає радикали та аліфатичні «відростки», поступово перетворюється на карбонову «шлакову» плівку, яка обволікає мінеральні колоїдні міцели. Мінеральна частка ККҐ при цьому втрачає активний масообмін і зв’язок із ґрунтовим розчином, зростає дефіцит у ньому багатьох біогенних макро- та мікроелементів. Отже, оздоровлення ґрунтів із деградованим колоїдним комплексом передбачає не лише збагачення їх свіжою органікою, а й вивільнення мінеральних колоїдних міцел з-під карбонового «заточення», їх «омолодження» та відновлення режимів їх функціонування. Для такого «омолодження» ґрунтового «тіла» є меліоративні та агротехнологічні заходи, змістовно висвітлені в багатьох інформаційних джерелах, зокрема в монографії [13].
Варто наголосити на перспективності структурних меліорацій, успішно випробуваних нами на торфових ґрунтах, а також піщаних, збагачених не лише свіжою органікою, а й мінеральними глинистими гранулами та колоїдами (частками, меншими за 0,001 та 0,0001 мм). Зокрема, високоякісного стану ККҐ можна досягти за використання як добрива-меліоранту перегнійно-лесових компостів. За впровадження ефективних меліоративних заходів на лесових і лесоподібних карбонатних суглинках, як найцінніших ґрунтотворних породах, оптимізується кислотно-основний стан ґрунту, фосфатний, калійний і мікроелементний режими живлення рослин, інтенсифікуються процеси секвестрації вуглецю та акумуляції гумусних речовин, поліпшується структура ґрунту, його гідробуферні та гідрофільні властивості тощо. Встановлена тривала позитивна післядія плантажу (до 50 і більше років) на ґрунтах Півдня України підтверджує меліоративну якість лесових порід [14]. Заготівля і раціональне використання (локально глибоке занурення в ґрунт) перегнійно-лесових компостів, особливо на ґрунтах грубої гранулометрії, сприяють оздоровленню деградованих ґрунтів та «омолодженню» їх колоїдного комплексу. «Патологічний» стан і заходи з оздоровлення ґрунтів схематично показано на рис. 2.
Активні гумусні речовини в ККҐ з на-явністю бічних радикалів, що містять різні функціональні групи (карбоксильні, гідроксильні, метоксильні, амідні тощо), створюють губчасту будову мікроструктурних агрегатів ґрунту. Завдяки цьому й тісній взаємодії з мінеральною частиною ККҐ є високодинамічною, складною гетерогенною системою, тривала стійкість функціонування якої свідчить про здоровий стан ґрунту.
Іншим визначальним атрибутом «здорового ґрунту», як було зазначено, є його «жива фаза», найбільше представлена численними мікроорганізмами. Ключову роль у реабілітації біологічно деградованих ґрунтів, на нашу думку, відіграє аборигенна біота ґрунту, яка здатна чинити опір фітопатогенним і токсикогенним мікроорганізмам. Саме структура та функції аборигенних мікробоценозів привертають увагу дослідників [4, 6], оскільки їх розвиток неприпустимо пригнічується в ґрунтах інтенсивного використання і схильних до техногенних впливів. Крім того, без подальшого поглиблення знань щодо ґрунтово-екологічних ніш для розвитку й підвищення активності аборигенної біоти неможливо уявити успішне промислове виробництво ефективних біопрепаратів. Отже, супресивність ґрунтів, їх буферна здатність є основними чинниками, що захищають ґрунтове «тіло» від отруєння, токсикозу та інфікування фітопатогенними мікроорганізмами. Не можна недооцінювати ролі рослинності та сівозмін в очищенні ґрунтів і нейтралізації ґрунтового токсикозу. Проблему оздоровлення ґрунтів у багатьох випадках можна кардинально розв’язати через впровадження збалансованої структури сівозміни.
Важливо поновити дослідження з ведення землеробства в ендемічних місцях, де через значний дефіцит у ґрунтах деяких мікроелементів хворіють рослини, тварини і люди. Варто відзначити взаємозв’язок між збідненістю ґрунтів Передкарпаття на йод і поширеністю захворювань щитоподібної залози в місцевого населення, а нестача мікроелемента міді в торфових ґрунтах призводить до формування пустозерного колосся злакових культур. Найбільшою мірою у торфових, піщаних і супіщаних дерново-підзолистих ґрунтах Полісся, буроземно-підзолистих (Карпатський регіон) та інших ґрунтах спостерігається дефіцит доступних для рослин мікроелементів не лише через збідненість на дрібнопилуваті та мулисті фракції, а й з огляду на інертність літологічного складу.
Висновки
З урахуванням особливостей внутрішньої організації ґрунтового «тіла», природи його складових частин та їх функцій, передусім «живої фази» ґрунту, а також результатів проведеного автентичного аналізу сучасних інформаційних джерел й авторського досвіду висвітлено актуальність і перспективність розвитку концепції «здоров’я ґрунту» як важливої висхідної ланки стратегії ФАО «Єдине здоров’я». У контексті цієї стратегії показано, що однією з найважливіших ґрунтознавчих проблем сучасності є збереження та реанімація біологічно деградованих ґрунтів, передусім їх «живої плоті», — біоорганомінерального буферного комплексу, його функцій та екосистемних послуг.
Уперше детально вивчений академіком О.Н. Соколовським ККҐ у сукупній взаємодії з «живою фазою» ґрунту як найбільш активно функціонуючі частини ґрунтового «тіла», відповідальні за його стійкість (імунітет), об’єднано нами в єдиний біооргано-мінеральний буферний комплекс ґрунту.
Основними атрибутами здорового ґрунту є його колоїдний комплекс і «жива фаза». Здоров’я ґрунту — важлива складова його якості, що визначається здатністю ґрунтового «тіла» нейтралізувати розвиток у ньому патологічних явищ завдяки функціонуванню біооргано-мінерального буферного комплексу.
Об’єктивну діагностику здоров’я ґрунтів перспективно здійснювати за показниками оцінювання їх буферної та супресивної здатності чинити опір абіотичним і біотичним стресорам та розвитку патологічних процесів; за стійкістю функціонування та самовідновною здатністю біооргано-мінерального буферного комплексу ґрунту. Порівняльний аналіз діагностованих ґрунтів з їх еталонними природними аналогами у цьому разі є обов’язковим методичним засобом.
В оздоровленні ґрунтів і поліпшенні їх основних функцій (екологічних, продуктивних, соціальних) важливу роль відіграють перегнійно-лесові компости в поєднанні з глибоко локальною технологією їх занурення в кореневмісний шар ґрунту. Потужні запаси в Україні лесових і лесоподібних відкладів, материнських порід родючих чорноземів та сірих лісових ґрунтів дадуть змогу в повоєнний час перейти на промислове виробництво цих компостів універсальної дії (добрива-меліоранти і чинники омолодження ґрунту) — ефективних реабілітаторів патогенно забруднених і деградованих ґрунтів.
Автор: С.А. Балюк1, Р.С. Трускавецький2
}доктор сільськогосподарських наук, професор, академік НААН
2доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент НААН Національний науковий центр «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського»
Бібліографія:
- Doran J.V., Zeiss V.R. Soil health and sustainability: managing the biote component of soil quality. Applied Soil Ecology. 2000. 15. P. 3 – 11.
- Doran J.W. Soil health and global sustainability: translating science into practice. Agriculture, Ecosystem & Environment. 2002. 88. P. 119 – 127.
- Курманбаев А.А., Сундет Т.Р. Концепция почвенного здоровья и современные индикаторы здоровья почв. Почвоведение и агрохимия. 2023. 2. С. 91- 104.
- Arias M.E., Gonzalez-Perez J.A., Gon- zalez-Vila .F.J., Ball A.S. Soil health — a new challenge for microbiologists and chemists. International Microbiology. 2005. 8(1). Р. 13- 21.
- Ferris H., Tuomisto H. Unearthing the role of biological diversity in soil health. Soil Biollogy Biochemistry. 2015. 85. P.101- 109.
- Rinot O., Levy G. J., Steinberger Y. et al. Gil Eshel Soil health assessment: A critical review of current methodologies and aproposed new approach. Science of the Total Environment journal homepage. 2019. 648. Р. 1484- 1491; www.elsevier.com/locate/scitotenv
- Соколовский А.Н. К познанию свойств коллоидной части почв. Почвоведение. 1927. 1, 2. С. 59- 80.
- Почвоведение и агрохимия: избр. тр. А.Н. Соколовского. Киев: Урожай, 1971. 368 с.
- Трускавецький Р.С. Роль процесів саморегуляції в діагностуванні трофного режиму ґрунтів. Вісник аграрної науки. 2009. 4. С. 17 -20.
- Трускавецький Р.С. Буферна здатність ґрунтів та їх основні функції: монографія. Харків: ППВ «Нове слово», 2003. 220 с.
- Чешко Н.Ф. Рухомість речовин у ґрунті: термодинамічний підхід: монографія. Київ: Аграрна наука, 2015. 144 с.
- Гродзинський М.Д. Стійкість геосистем до антропогенних навантажень. Київ: Лікей, 1995. 233 с.
- Меліорація ґрунтів (систематика, перспективи, інновації): колективна монографія; за ред. С.А. Балюка, М.І. Ромащенка, Р.С. Трускавецького. Херсон, 2015. 668 с.
- Балюк С.А., Ладних В.Я., Гаврилович Н.Ю. та ін. Меліоративна плантажна оранка. Наукові основи охорони та раціонального використання зрошуваних земель України: монографія; за ред. С.А. Балюка, М.І. Ромащенка, В.А. Сташука. Київ: Аграрна наука, 2009. С. 369 – 373.