Анотація до роботи:

Якуба М. С. Моніторингові дослідження розподілу важких металів у лісових біогеоценозах Присамар’я Дніпровського (фітоценоз-підстилка-ґрунт). – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена моніторинговим дослідженням розподілу важких металів – складової частини органо-мінеральних речовин у системі фітоценоз-підстилка-ґрунт природних та штучних лісових екосистем Присамаря Дніпровського. Здійснено екологічну оцінку вмісту важких металів та органо-мінеральних речовин і визначено показники їх розподілу в системі фітоценоз-підстилка-ґрунт лісових екосистем. На підставі результатів комплексних досліджень вмісту та розподілу органо-мінеральних речовин і важких металів та порівняння отриманих даних з результатами попередніх 30-35 років оцінено функціональні зміни у стані біогеоценозів Присамарського моніторингу та зони рекультивації порушених земель Західного Донбасу. Зроблено прогностичні висновки щодо подальшого розвитку існуючих біогеоценозів та наведено теоретичні і практичні положення для створення нових лісових насаджень в умовах степової зони України.

1. В умовах репрезентативних лісових екосистем Присамар’я Дніпро-вського та насаджень білої акації зони рекультивації земель Західного Донбасу у системі фітоценоз-підстилка-ґрунт досліджено вміст і розподіл органо-мінеральних речовин та ВМ (Pb, Cd, Zn, Ni, Cu, Mn, Fe).

2. За значеннями ОПК у природних та штучних біогеоценозах виявлено два типи кругообігу органо-мінеральних речовин: інтенсивний – у степовому (ОПК = 1,24±0,3) та у різному ступені загальмований, у лісових биогеоценозах (ОПК у природних лісах – 3,27±1,02–11,79±0,9; у штучних лісових насадженнях – 3,72±0,7–4,49±0,4). За інтенсивністю кругообігу мінеральних речовин виділено два типи кругообігу: загальмований (степовий і штучні лісові біогеоценози) та дуже загальмований (природні ліси).

3. Індекси інтенсивності кругообігів органо-мінеральних речовин (ОПК) характеризують функціональний стан рослинного угруповання та напрямок його розвитку. Незначне варіювання або підвищення ОПК в природних та штучних насадженнях Присамар’я Дніпровського та техногенних територій Західного Донбасу з 1980 по 2005 рік свідчить про стабільність процесів розвитку цих екосистем на даному етапі існування за лісовим типом. Інтенсифікація кругообігу органо-мінеральних речовин у насадженні Західного Донбасу на ІІ варіанті штучних ґрунтів демонструє зміщення процесів функціонування цієї екосистеми у напрямку остепніння і може спричинити негативні зміни у стані біогеоценозу в майбутньому.

4. З досліджень вмісту ВМ у ґрунтоутворюючих породах та ґрунтах екосистем Присамар’я Дніпровського з'ясовано, що найбільш багаті на ВМ леси та червоно-бурі глини і, як правило, відповідно ґрунти, що на них утворилися. Найменш забезпечені ВМ делювіальні піщані відкладення аренних екосистем. Максимальний вміст Pb, Cd та Ni характерний для лесів, Mn – для лесовидних суглинків. Найбільшу кількість Cu та Zn містять червоно-бурі глини, Fe – піщані делювіальні відкладення суборі. Максимальним вмістом Pb, Cd, Cu та Fe характеризується чорнозем звичайний лісопокращений на червоно-бурих глинах, Zn та Ni – аналогічний ґрунт на лесах, Mn – заплавно-лучно-лісовий ґрунт. У шарі 0-50 см насипних ґрунтів насаджень Західного Донбасу максимальний вміст Pb відмічено у суглинку на ІІ варіанті, найвищі кількості інших ВМ містяться у шарах з додаванням чорнозему звичайного на варіантах ІІІ–V.

5. За відношенням вмісту ВМ до регіонального фонового кларку елементів у ґрунтах степової зони України наведено екологічну оцінку мікроелементного складу ґрунтів біогеоценозів Присамар’я Дніпровського:

– кількості Fe, Cu та Mn у корененасиченому шарі ґрунтів біогеоценозів Присамар’я Дніпровського нижчі від регіональних кларків елементів у 5,38-40,39; 2,91–18,24; 1,25 – 13,34 разу, відповідно;

– вміст Ni, Pb, Zn та Cd, як правило, коливається у встановлених межах регіональних кларків ВМ.

6. Фізико-хімічні властивості ґрунтів Присамар’я Дніпровського зумовлю-ють високу рухомість ВМ, яка сягає 65,7 % від валового вмісту у корененасичених шарах ґрунту. Відсотки рухомості Cu, Zn, Pb, Cd та Ni у насадженнях білої акації на насипних ґрунтах Західного Донбасу вищі, ніж в аналогічних фонових насадженнях Присамаря Дніпровського.

7. У чорноземі звичайному відмічено відносно рівномірний профільний розподіл Cd, Mn, Fe, Cu, Ni. Максимальну фіксацію Pb відмічено в ілювіальному горизонті, Zn (валова форма) – у гумусовому акумулятивному горизонті. За розподілом у ґрунтових профілях природних лісів досліджені ВМ складають три групи: 1 – накопичуються у гумусовому акумулятивному горизонті (Ni, Cu, Pb); 2 – концентруються у іллювіальному горизонті внаслідок вимивання або лесиважу (Fe, Cd); 3 – не виявляють загальної закономірності розподілу або розподіля-ються рівномірно (Mn, Zn). У чорноземі звичайному лісопокращеному штучних лісових угруповань Присамар’я Дніпровського розподіл ВМ за профілем збігається з розподілом у чорноземі звичайному, але з більш високим їх вмістом у верхніх гумусових шарах, виключенням є Zn і Cu у ґрунтах пристінних білоакацієвих насаджень та Pb у насадженні акації свіжуватого типу зволоження.

8. Коливання вмісту ВМ в органах деревних та трав’янистих рослин біогеоценозів Присамар'я Дніпровського визначаються індивідуальними особливостями рослин та факторами, які впливають на поглинання хімічних елементів рослинами. За абсолютним вмістом у рослинах досліджувані ВМ поєднуються у три групи: елементи підвищеної (Mn, Zn, Fe), середньої (Cu, Ni, Pb) та низької (Cd) концентрації. Вміст ВМ (крім Сu) у листі білої акації насаджень Західного Донбасу вищий, порівняно з показниками для рослин цього ж виду у фонових умовах: Ni у 20; Mn – 5,5; Cd – 3,6; Zn – 3,2; Fe – 2,2 рази. Вміст Pb у листі рослин техногенної території вищий у два рази лише на ІІІ варіанті насипного ґрунту, Fe – на ІІ та ІІІ варіантах. Коефіцієнти спів-відношення вмісту ВМ у листі (хвої) та гілках рослин Присамаря Дніпров-ського свідчать про те, що у більшості випадків вміст ВМ у листі вищий у 0,5-5 разів, ніж у гілках. Опад, як правило, характеризується більшим вмістом ВМ, порівняно з живою фітомасою, а підстилка більшим ніж опад.

9. При підборі деревних порід для створення на території степової зони України лісових насаджень з високою пертинентною здатністю доцільно використовувати коефіцієнти біологічного поглинання – малий показник Кбп елемента свідчить про вимогливість рослини до високого вмісту ВМ у ґрунті.

10. В результаті проведеного ретроспективного аналізу (1980-2005 рр.) з'ясовано, що вміст Mn у ґрунтах лісових екосистем Присамар’я Дніпровського у 1980 році варіювався в межах 102,0–891,2, а у 2005 році становив 122,0–894,9 мг/кг сух. ґрунту; Cu – 14,0–31,0 і 0,6–9,6; Ni – 22,0–58,0 і 9,2–44,5; Pb – 1,7–3,3 і 3,1–41,3 мг/кг сух. ґрунту. З 1980 по 2005 рр. у чорноземі звичайному степового біогеоценозу вміст Cu, Mn та Ni змінився менше ніж у 1,2 разу, вміст Pb збільшився у 4,3 разу. Вміст Mn, Ni та Cu у насипних ґрунтах Західного Донбасу з 1990 по 2005 рр., як правило, зменшився. Зниження вмісту ВМ спостерігалося у ґрунтах варіантів з чорноземом звичайним (ІІI-V варіанти): Mn у 6,5–9,8; Ni у 1,3–1,5; Cu – у 33,1–73,4 разів. Явище збіднення мікроелементного складу ґрунтів може призвести до погіршення стану насаджень у майбутньому і потребує проведення заходів щодо поліпшення умов існування екосистем.

У степовому біогеоценозі з 1980 по 2005 рік відмічено підвищення коефіцієнту співвідношення ґрунт-порода (К_сґп) Mn та Рb і зниження цього показника для Cu; К_сґп Ni залишився незмінним і становив 1,3. У заплавній липово-ясеневій діброві відбулося зниження К_сґп Cu та Mn, збільшення К_сґп Pb (з 2,0 до 2,75), К_сґп Ni не змінився. У дубовому насадженні на плакорі зафіксоване збільшення К_сґп Mn у шарі ґрунту 0-50 см у 2,47 разу. У сухому бору відмічено зменшення К_сґп Mn (з 1,9 до 1,2). У пристінній липово-ясеневій діброві зафіксовано збільшення К_сґп Mn, Cu та Ni.

11. Проведена робота є частиною моніторингових досліджень вмісту та розподілу ВМ у системі фітоценоз-підстилка-ґрунт лісових біогеоценозів Приса-мар'я Дніпровського. Результати роботи рекомендовані для використання у розробці показників визначення стійкості лісів в умовах степової зони України. Характеристики кругообігу органо-мінеральних речовин та ВМ можуть застосовуватися як показники ступеня адаптації лісових угруповань до степових умов існування. За результатами моніторингових досліджень можливе прогнозування розвитку лісових біогеоценозів степової зони і надання практичних рекомендацій щодо догляду за існуючими лісовими екосистемами і створення насаджень різного призначення в умовах степової зони України.

Публікації автора:

1. Якуба М.С. Лісова підстилка та інтенсивність біокругообігу речовин у дубових насадженнях Присамар’я Дніпровського: Зб. наук. праць // Вісн. Полтавського державного педуніверситету ім. В.Г. Короленка. – Вип. 3 (24). – Сер. "Екологія. Біологічні науки". – 2002 – С. 102 – 106.

2. Якуба М.С. Особенности процессов формирования и трансформации подстилки в биогеоценозах Присамарья Днепровского // Вісн. Дніпропетров-ського ун-ту.– Вип. 10. – Сер. Біологія. Екологія, – Д.: РВВ ДНУ.–
   2002 . – Том 1. – С. 66-71.

3. Котович А.В., Малыш В.С., Якуба М.С. Экологические особенности сосновых биогеоценозов второй песчаной террасы Присамарского монито-ринга // Екологія та ноосферологія. –№ 1-2– К.-Д., 2003. – Т. 13.– С. 53–60. (Автору належать результати вимірювань запасів опаду та підстилки, визначення індексів інтенсивності кругообігів речовин, обробка результатів, формулювання висновків роботи, загальний внесок здобувача – 40 %).

4. Якуба М.С. Характер та амплітуда біологічного кругообігу органо-мінеральних речовин у штучних лісових біогеоценозах степу // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. праць. – Вип. 7 (32). – Д.: РВВ ДНУ, 2003. – С. 99 –105.

5. Якуба М.С., Похиленко А.П., Бригадиренко В.В. Вплив Rossiulus kessleri (Diplopoda) на розкладання підстилки у байрачних екосистемах Приса-мар’я Дніпровського // Питання біоіндикації та екології. – Вип. 8, № 1. – Запоріжжя, 2003. – С. 41-47. (Автором проведене визначення темпів розкладання підстилки, математична обробка результатів, оформлення роботи, загальний внесок здобувача становить 50 %).

6. Якуба М.С. Характеристики лісової підстилки біогеоценозів Присамар’я Дніпровського // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель. Міжвуз. зб. наук. праць. – Вип. 8 (33). – Д.: РВВ ДНУ, 2004. – С. 47 – 55.

7. Якуба М.С. Моніторинг умісту кадмію і цинку у біогеоценозах зеленої мережі Присамар’я Дніпровського // Екологія та ноосферологія. –2005. – Т. 16, № 3-4. – С. 263-272.

8. Якуба М.С. Розподіл марганцю та свинцю у білоакацієвих насадженнях Присамар'я Дніпровського // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель. Міжвуз. збірн. наук. праць – Вип. 9 (34). – Д.: РВВ ДНУ, 2005. – С.76-86.

9. Якуба М.С. Залізо у системі «фітоценоз-підстилка-ґрунт» білоакацієвих насаджень зони рекультивації порушених земель Західного Донбасу // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель: Міжвуз. зб. наук. праць. – Вип. 10 (35). – Д.: РВВ ДНУ. 2006. – С. 65 – 74.

10. Цвєткова Н. М., Якуба М.С. Спектральний аналіз ґрунтів: Посібник /
    Н. М. Цвєткова, М.С. Якуба. – Д.: РВВ ДНУ, 2006. – 64 с.

11. Якуба М.С. Особенности миграции органо-минеральных веществ в насаждениях акации белой на территории Присамарского биосферного мониторингового стационара // Проблеми фундаментальної та прикладної екології: Матеріали І міжнар. наук. конф., м. Кривий Ріг. – Кривий Ріг: КДПУ, 1999. – С. 48 – 54.

12. Якуба М.С. Влияние экологических условий на миграцию веществ в белоакациевых насаждениях Присамарья Днепровского // Геоэкологичес-кие и биоэкологические проблемы Северного причерноморья: Материалы междунар. науч.-практ. конф., 28–30 марта 2001 г. – Тирасполь, Молдова. – С.364 – 365.

13. Якуба М.С. Тяжёлые металлы в системе "почва-растение" искусственных дубовых насаждений степной зоны // Структурно-функціональна організація біогеоценозів України: Матеріали всеукр. науково-практ. конф., 21-22 квітня 2003 року.– Д.: "Наука і освіта". – С. 28 –30.

14. Цветкова Н.Н., Якуба М.С. Микроэлементы (тяжёлые металлы) в природных и искусственных лесных экосистемах степной зоны Украины // Современные проблемы науки и образования: Материалы 6-й междунар. научно-практич. конф. – Харьков, 30 апреля – 9 мая 2005 г. – С. 91.

15. Цвєткова Н.М., Якуба М.С. Важкі метали у рослинах аренних лісових екосистем: Матеріали XII з'їзду Українського ботанічного т-ва (15-18 травня 2006 р.). – Одеса, 2006. – С. 176.