Екологічне обґрунтування фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт

Дослідження специфічних особливостей щодо можливості використання технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів. Розробка та оцінка оптимального складу плівкоутворюючої композиції для капсулювання гранульованих мінеральних добрив.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 14.07.2015
Размер файла 67,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми дослідження. Гірничовидобувна промисловість значною мірою впливає на довкілля, що проявляється у трансформації природних ландшафтів, нагромадженні відходів вугледобування, забрудненні ґрунтів, повітря, поверхневих і підземних вод хімічними елементами та їх сполуками. У зв'язку із збільшенням частки територій, забруднених відходами гірничодобувної промисловості, виникає нагальна потреба в їх рекультивації з метою зменшення шкідливого впливу на навколишнє середовище. Зокрема, це стосується Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну і, перш за все, його центральної частини - Червоноградського гірничопромислового району. Стан породних відвалів шахт Червоноградського вугільного басейну свідчить про низьку ефективність і незавершеність рекультиваційних робіт, пов'язаних, головним чином, з недостатнім фінансуванням.

На даний час зростає зацікавленість вчених до відновлення забруднених важкими металами ґрунтів методом фіторемедіації, зокрема, з використанням сільськогосподарських видів рослин. Загальнотеоретичні та методичні положення відновлення териконових ландшафтів до рівня природних викладено у працях відомих вчених: Геника Я.В., Зубової Л.Г., Іванова Є.А., Кучерявого В.П., Рудько Г.І., Поповича В.В. Вивченню шляхів розвитку фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт присвячені праці відомих вітчизняних та зарубіжних дослідників: Автуховича А.І., Агурової І.В., Баранова В.І., Башуцької У.Б., Бревера Е., Галіуліна Р.В., Горової А.І., Гратао Р., Жукова С.П., Мануїлової Г.М., Моклячук Л.І.

Підвищення ефективності фіторемедіації досягається внесенням мінеральних добрив та використанням регуляторів росту. Проте, застосування традиційних водорозчинних видів добрив на відвалах є неефективним внаслідок їх вимивання опадами, що призводить до забруднення ґрунтових вод і негативно впливає на довкілля. Одним із способів досягнення пролонгованості дії добрив та зниження негативних наслідків від їх використання є капсулювання добрив плівками різного складу, зокрема, застосування в ролі матеріалу для плівкоутворюючих композицій відходів паперово-целюлозного виробництва та природних дисперсних сорбентів, що мають порівняно невисоку вартість і поряд з тим, можуть виступати як такі, що покращують структуру ґрунтів.

Комплексні підходи до фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт з використанням капсульованих мінеральних добрив не розроблені в достатній мірі. З огляду на це, робота, яка присвячена обґрунтуванню використання технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів при підживленні їх капсульованими мінеральними добривами є актуальною.

Метою дослідження було екологічне обґрунтування відновлення породних відвалів вугільних шахт методом фіторемедіації з використанням олійних технічних культур.

Для досягнення мети були поставлені такі взаємопов'язані завдання:

- визначити фізико-хімічні характеристики породних відвалів вугільних шахт ВАТ “Львівська вугільна компанія” с. Сілець Сокальського району Львівської області;

- обґрунтувати використання технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів за умови використання мінеральних добрив;

- розробити оптимальний склад плівкоутворюючої композиції для капсулювання гранульованих мінеральних добрив;

- дослідити зміни морфологічних та фізіолого-біохімічних показників рослин-ремедіаторів в умовах забрудненого важкими металами породного відвалу;

- обґрунтувати ефективність застосування олійних культур, як фіторемедіантів породних відвалів вугільних шахт;

- дослідити зміни мікробіологічних показників субстратів під час фіторемедіації субстратів породного відвалу.

1. Теоретичні підходи щодо вирощування рослинних культур на антропогенно-порушених ґрунтах з використанням мінеральних добрив

На основі аналізу наукової літератури подано характеристику антропогенно-порушених ґрунтів, розкрито теоретичні підходи до фіторемедіації та підживлення рослин на породах відвалів шахт, уточнено чинники, що впливають на зміни фізіологічних і біохімічних показників рослин, що вирощуються в умовах забруднення важкими металами.

На даний час в Україні актуальним є використання антропогенно-порушених ґрунтів і їх рекультивація є першочерговим завданням. Винесені у відвали гірські породи, створюють землі, які не мають аналогів у природі і характеризуються складними як рельєфними так і фізико-хімічними властивостями.

На основі узагальненого вітчизняного та зарубіжного досвіду щодо фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт можна констатувати, що вирощування рослин на таких типах “ґрунтів” з використанням капсульованих мінеральних добрив розширює напрями фіторемедіації та перелік видів сільськогосподарських культур стійких до токсичних порід відвалів.

Виходячи із проблематики дослідження, у дисертації запропоновано розглядати фіторемедіацію антропогенно-порушених ґрунтів як створення екологічно-збалансованої системи “грунт-добриво-рослина” шляхом використання окремих видів сільськогосподарських культур, рослин-накопичувачів важких металів.

2. Об'єкти, матеріали та методи дослідження

Для капсулювання нітроамофоски використовували природні сорбенти (глауконіт, бентоніт, і цеоліт) та як зв'язуюче - гідролізний лігнін - відхід паперово-целюлозної промисловості. Капсулювання проводили в апаратах псевдозріджуючого шару. Тестові дослідження капсульованих добрив проводили відповідно до вимог ISO 11074-1.

Аналіз субстратів породного відвалу здійснювали за загальноприйнятими методиками: рН водної витяжки ґрунту потенціометричним методом на іонометрі ЕВ-74; гідролітичну кислотність і дозу вапнування (Нг) - за методом Аринушкіної (Аринушкина Е.В., 1980).

Дослідження фізіолого - біохімічні показників у рослин олійних культур проводили з використанням загальноприйнятих методів дослідження. Визначення вмісту фотосинтетичних пігментів проводили спектрофотометричним методом у ацетоновій витяжці та розраховували за формулами Хольма-Веттштейна (Гавриленко В.Ф., 1985). Визначення вмісту вуглеводів проводили за методом Дюбойса (Ермаков А.И., 1982), макро- та мікроелементи рентгеноспектроскопічним, полум'янофото-метричним та біохімічними методами, сірки _ за допомогою рентгенівського спектроскопу типу “E - link - Microzond”, кількість нiтратiв визначали за методом Починка (Починок Х.Н., 1986), фосфору - з використанням методу Лоурі-Лопеса (Починок Х.Н., 1986), аміаку _ за допомогою реактиву Неслера (Починок Х.Н., 1986), важких металів - на атомно-адсорбційному спектрофотометрі С-115 (“Селмі”, Україна) у пропан-бутановому полум'ї з використанням електротермічного атомізатора “Графіт-2” (Мусієнко М.М., 1992).

Визначення активності окисних ферментів (пероксидази) проводили за методикою Єрмакова А.І. (Ермаков А.И., 1982); вміст водню пероксиду _ спектрофотометрично, амінокислот і амідів _ на амінокислотному аналізаторі фірми “Biotronics”, білка _ за допомогою реактиву Бредфорда (Мусієнко М.М., 1992), фракційного складу білків електрофоретичним методом, активності процесів перокисного окиснення ліпідів в рослинних тканинах за утворенням малонового диальдегіду, аскорбінової, дегідроаскорбінової та дикетогулонової кислот з використанням меркаптоетанолу та дитіотрітолу (Мусієнко М.М., 2001).

Для виділення окремих еколого-трофічних груп бактерій використовували середовища: м'ясо-пептонний агар (хемоорганотрофи), середовище Ешбі - (азотфіксувальні бактерії), середовище Виноградського - (нітрифікатори), середовище Гетчинсона (целюлозоруйнівні), середовище Постгейта В - (сульфатвідновлювальні бактерії). Для виділення мікроскопічних грибів і дріжджів використовували сусло-агар. Бактерії вирощували за температури 25 - 28°С, гриби - 21 - 23°С. Кількість мікроорганізмів в 1 г субстрату визначали за загальноприйнятими методиками серійних розведень на поживне середовище (Звягинцев Д.Г., 1991).

3. Екологічна та агрохімічна характеристика породного відвалу вугільних шахт ЦЗФ ВАТ “Львівська вугільна компанія

Породний відвал Червоноградської ЦЗФ с. Сілець є моделлю, яка розвивається за природними законами і діє як багатофакторний абіотичний стресор на навколишнє середовище (значна кількість важких металів, висока кислотність, наявність сірки та інших сполук). Для проведення фіторемедіації відвалу необхідно провести: нейтралізацію кислотності ґрунту, підбір органічного субстрату та рослин, стійких як до несприятливих умов так і здатних накопичувати полютанти, тобто бути гіперакумуляторами важких металів. На основі проведеного гранулометричного та агрохімічного аналізу субстратів породного відвалу зроблено висновок, що вони є малопридатними для росту більшості рослин і потребують внесення як органічних речовин, так і мінеральних добрив.

Актуальна кислотність (рН) водних витяжок різних зразків породи в межах 3,0-4,5 засвідчує необхідність вапнування субстрату відвалу при його рекультивації. У перерахунку на умовно орний шар (25-30 см) на 76 га площі відвалу необхідно вносити 87,4 т вапна.

Досліджувані елементи Zn, Cd, Ni, Co, Pb, Cu, Сr, Fe за ступенем екологічної безпеки для ґрунтів, рослин, тварин і людини відносять до трьох класів небезпеки. Сd, Pb, Zn належать до високонебезпечних елементів, Со, Ni - середньонебезпечні, Cr - до мало небезпечних. Визначено, що вміст важких металів у багатьох місцях відбору проб значно перевищував ГДК по середньому значенню, виведеному як умовно середнє (умовно кларкове) на всю породу відвалу (табл. 1).

Таблиця 1. Вміст рухомих форм важких металів у субстраті породного відвалу ЦПФ (мг/кг золи), (n=5, p<0,05)

Вміст елементу

Zn

Cd

Ni

Co

Pb

Cu

Cr

Fe

Мінімаль-ний

0,2+0,05

0,1+0,05

16,5+0,1

0,1+0,05

7,6+0,4

12,6+0,9

31,2+0,9

6,8+0,4

Проміж-ний

35,7+0,6

0,1+0,05

37,6+0,5

5,1+0,08

35,7+0,6

89,1+0,24

235,4+1,8

10,2+0,7

Макси-мальний

62,1+0,7

0,8+0,05

79,1+0,7

40,1+0,2

73,1+0,5

244,2+1,2

2159,1+1,7

15,6+0,92

Середнє значення

48,9+0,7

0,5+0,05

44,5+0,2

22,5+0,9

38,9+0,5

115,3+1,7

808,1+1,6

10,9+0,7

ГДК

23,0**

1,0*

4,0**

5,0**

32,0*

3,0**

6,0

н/в

н/в - нормативи відсутні; * валова форма; ** рухома форма.

Концентрація деяких важких металів значно перевищувала ГДК: хрому у 359,8 рази, свинцю - у 2,3, міді - 81,4, нікелю - 19,8 і цинку - 2,7 раз при перерахунку за максимальним значенням (всього проведений аналіз 212 відібраних проб).

Домінуючими видами субстратів породного відвалу є червона (перегоріла) і чорна (неперегоріла) породи, які різняться за вмістом важких металів. Так, вміст Cu у чорній породі - у 2,7 рази вищий, ніж у червоній, Co - 29, Cd - 1,9 рази.

На час обстеження відвалу рослинний покрив на основній площі виник у результаті самозаростання і мав фрагментарний характер: окремі екземпляри сосни (Pinus silvestris), берези бородавчастої (Betula pendula Roth.), ожини звичайної (Rubus fruticosus Roth), клена ясенелистого (Acer platanoides Roth), осики (Populus tremula Roth), а з трав'янистих рослин кунимчник наземмний (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.).

Таким чином, визначені характеристики відвалів вугільних шахт дали можливість встановити їх відмінності, хімічний склад та характерні особливості, що стало основою для визначення шляхів та способів біологічної рекультивації і можливості вирощування рослин.

4. Аналіз фізіолого-біохімічних показників рослин-накопичувачів у процесах адаптації до умов породного відвалу

Основою вибору перспективних видів рослин для фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт є вивчення зміни динаміки росту й розвитку, виявлення амплітуди коливань даних показників у невластивих для рослин нових екологічних умовах середовища на фоні різних агротехнічних заходів. Важкі метали накопичуються у наземних та підземних органах рослин по різному. Як накопичувачі важких металів було обрано технічні олійні культури - ріпак, суріпиця, тифон. Цей вибір ґрунтувався на тому, що основна маса важких металів накопичується у вегетативних органах рослин, а насіння залишається незабрудненим і його можна використовувати як біологічне паливо.

Адаптація рослин ріпаку до умов середовища, забрудненого важкими металами, забезпечується зміною ряду морфолого-анатомічних та фізіолого-біохімічних перебудов: показників росту, пігментів фотосинтезу та вуглеводів, зміною вмісту мінеральних елементів, показників окислювального стресу та антиоксидантної системи, білку, вільних амінокислот, амідів та інших нінгідринпозитивних сполук.

З'ясовано, що показники довжини і маси пагонів відрізнялись у проростків ріпаку, однак, різкого стимулювання чи інгібування їх не спостерігали, тобто, за параметрами росту стійкість рослин була неспецифічною, оскільки субстрати відрізняються різним вмістом важких металів і рН. Значну стимуляцію приросту площі листків спостерігали після введення у субстрати капсульованих добрив (рис. 1.).

Рис. 1. Площа листків 30 добових рослин ріпаку ярого на субстратах відвалу, %

За умов росту проростків ріпаку на чорній породі, встановлено збільшення площі листків у 1,8 разів, на червоній - у 1,5 раз, у порівнянні із ростом їх на даних типах субстратів із підживленням нітроамофоскою.

Оскільки кількість і співвідношення фотосинтетичних пігментів залежить від виду рослини, умов середовища і віку листків, тому необхідним було визначення зміни вмісту пігментів фотосинтезу та вуглеводів, як основних показників метаболізму рослин за росту на субстратах породного відвалу. Результати такого визначення подані у таблиці 2.

Таблиця 2. Зміни вмісту пігментів фотосинтезу у 15 - добових проростків ріпаку за росту на субстратах породних відвалів (мг/г сирої маси)

Варіанти

Хлорофіл а

Хлорофіл b

Сума хлорофілів

хл. a/хл. b

Сума каротиноїдів

мг

%

мг

%

мг

%

мг

%

Контроль

1,52±0,3

100

0,69±0,8

100

2,21 ±0,2

100

2,19±0,3

0,56±0,2

100

Чорнапорода

1,55±0,4

101,9

0,63±0,3

91,3

2,18±0,6

98,6

2,48±0,3

0,49±0,5

87,5

Червона порода

1,08±0,2

71,1

0,95±0,5

137,7

2,03±0,3

91,9

1,13±0,2

0,36±0,4

64,3

Чорна+НАФ

1,51±0,7

99,3

0,94±0,5

136,2

2,45±0,5

110,9

1,61±0,4

0,65±0,3

116,1

Чорна+Капс

2,11±0,4

138,6

1,38±0,6

200,0

3,49±0,6

157,9

1,53±0,8

0,78±0,1

139,3

Червона+НАФ

2,10±0,3

138,2

1,03±0,4

149,3

3,13±0,6

141,6

2,04±0,4

0,66±0,5

117,9

Червона+Капс

2,55±0,3

167,8

1,41±0,3

204,3

3,96±0,1

179,2

1,81±0,3

0,69±0,7

123,2

Результати досліджень показали, що збільшення суми хлорофілів і каротиноїдів було більшим за дії капсульованих добрив, ніж традиційної нітроамофоски, а також спостерігали значне зниження співвідношення хлорофіл a/хлорофіл b, що позитивно впливає на тіньовитривалість рослин.

Застосування різних форм добрив призвело до зміни кількості вуглеводів у проростах ріпаку. Збільшення вмісту вуглеводів у проростках ріпаку за умов росту на обох породах є захисною реакцією, оскільки, підвищується осмотичний тиск і смоктальна сила клітин.

У клітинах створюється гіпертонічна концентрація та покращується поглинання води з витяжок субстратів відвалу.

При дослідженні оксидативних показників стресу, за дії капсульованої нітроамофоски, у проростках ріпаку було встановлено підвищення активності пероксидази. Це призвело до зменшення вмісту пероксиду водню з одночасним зниженням перекисного окиснення ліпідів. Зменшення стресового навантаження на проростки ріпаку одночасно приводило до збільшення вмісту мінеральних елементів (табл. 3).

Таблиця 3. Оксидативні показники стресу у 7 добових проростках ріпаку на субстратах породного відвалу

Торф

Червона порода

Червона +КАПС

Червона+НАФ

Чорна порода

Чорна + КАПС

Чорна + НАФ

Активність пероксидази (у.о окиснення бензидину)

0,094±0,07

0,154±0,09

0,021±0,05

0,024±0,03

0,102±0,04

0,015±0,03

0,006±0,08

Вміст перекису водню (мкг/мл)

0,067±0,06

0,060±0,06

0,084±0,03

0,079±0,09

0,064±0,04

0,057±0,05

0,064±0,07

Перекисне окиснення ліпідів (кількість МДА, мМ/г сирої маси)

0,019±0,02

0,008±0,03

0,004±0,02

0,003±0,08

0,012±0,08

0,007±0,07

0,006±0,06

Оскільки амінокислоти є активними сполуками метаболізму, від яких залежить ріст рослин (причому як сума, так і вміст окремих амінокислот можуть бути показником інтенсивності росту, особливо в умовах стресу), тому було вивчено зміни вмісту вільних амінокислот, інших азотовмісних сполук у проростків ріпаку за умов росту на субстратах породного відвалу вугільних шахт.

При дослідженні суми вмісту сірковмісних амінокислот було відмічено її більш інтенсивне збільшення на чорній породі, ніж на червоній, що корелювало з вмістом сірки у субстратах і рослинах. Приріст суми відбувався, в основному, за рахунок приросту вмісту цистатіоніну і гомоцистину, але при зменшенні тауріну (рис. 2).

Рис. 2. Вміст сірковмісних амінокислот у проростків ріпаку за росту на породних відвалах

Вміст проліну, який вважається антистресовою сполукою, зростав більше ніж вдвічі на обох породах, а його окисненої форми - гідроксипроліну більше, ніж у чотири рази. За дії добрив, зміни вмісту проліну були незначними, а вміст гідроксипроліну, знижувався, причому сильніше в проростках на чорній породі за дії обох видів добрив, ніж на червоній (рис. 3).

Рис. 3. Зміни вмісту проліну і гідроксипроліну у проростках ріпаку за росту на субстратах породного відвалу

Це можна пояснити активним залученням сірки до метаболітичних процесів рослин.

Таким чином, досліджені біохімічні показники у проростків ріпаку свідчать про адаптацію рослини до умов субстратів породного відвалу і дозволяють розробити нові підходи для підвищення толерантності рослин до несприятливих умов териконів та нових методів фіторемедіації породних відвалів.

5. Фіторемедіація породних відвалів вугільних шахт на модельних системах та її ефективність

Досліджено динаміку вимивання елементів живлення з добрив при штучному дощуванні різних типів ґрунтів, які можуть служити для “землювання” відвалів при рекультивації, визначено вміст важких металів та сірки у системі “ґрунт - рослина” та обґрунтовано використання технічних олійних культур як фіторемедіантів породного відвалу, особливості формування мікробних ценозів при фіторемедіації породних відвалів шахт.

Результати дослідження процесу вимивання елементів живлення з добрив (на прикладі фосфору) при дощуванні обраних типів ґрунтів показали переваги капсульованого добрива, порівняно з традиційним. Зменшення кількості вимивання елементів живлення з добрив, призводить до зниження їх поступлення у ґрунтові води.

При вирощуванні технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів, особливий інтерес, на нашу думку, мають два аспекти проблеми: вплив добрив на рухомість важких металів у субстратах породного відвалу та їх накопичення рослинами.

Загальною закономірністю накопичення важких металів у трьох культурах на субстратах породного відвалу було зростання вмісту більшості важких металів і особливо, цинку, та, меншою мірою, свинцю (рис. 5). На різних породах зафіксовано різницю коефіцієнту біологічного накопичення (КБН), що свідчить про селективність поглинання елементів.

За величиною КБН більшості металів капсульована нітроамофоска показала вищий ефект дії на поглинання важких металів, ніж некапсульована форма даного добрива. В умовах породного відвалу Червоноградської ЦЗФ ріпак, суріпицю і тифон можна вважати накопичувачами важких металів, особливо за вмістом цинку.

За величиною накопичення елементів важких металів при використанні капсульованої форми добрива на червоній породі проростки ріпаку найбільше серед усіх рослин накопичували іони Pb, суріпиця - Ni, Zn, тифон - Cr, Cu, Fe, Co, Cd. На чорній породі накопичувачами Cr, Ni, Zn виявився ріпак, суріпиця - Pb, Fe, Cd, тифон - Cu, Co. На субстратах відвалу рослини олійних культур за показниками КБН показали себе як акумулятори по шести металах (Zn, Cu, Рb, Fе, Cd, Cr) та уникачами по Co і Ni на обох породах. Для всіх трьох рослин загальним було зниження КБН по кадмію, кобальту, міді і збільшення по цинку та нікелю.

В цілому, дворазовий посів ріпаку, суріпиці і тифону протягом одного вегетаційного періоду дозволяє у 1,3 рази скоротити час очищення ґрунту від важких металів за варіантами досліду.

За дії капсульованих добрив спостерігається біологічне розбавлення елементів у інтенсивно зростаючій масі рослин або включення механізму уникнення елементів, шляхом зміни у рослинах транспорту важких металів з апопластичного на симпластичний шлях. При цьому відбувається селективний відбір елементів, хоча не можна виключити і обмеження надходження через корінь за умов зв'язування іонів металів клітинами ризодерми та ендодерми коренів.

Свіжовідсипані розкривні породи вугільних шахт практично не заселені мікроорганізмами і формування ґрунтового мікробного ценозу тісно пов'язане з походженням і властивостями субстрату (породи). У зв'язку з тим, що відвал ЦЗФ має приблизно 20-річний вік, на ньому сформована вже певна мікрофлора. Рослини ріпаку мали істотний вплив на збільшення кількості ґрунтових мікроорганізмів при вирощуванні на субстратах породного відвалу. Відмічено, що субстрати з червоної породи характеризувалися кращим формуванням ґрунтових мікробіоценозів, у порівнянні із субстратами чорної породи. Так, чисельність хемоорганотрофів у червоній породі під ріпаком при використанні капсульованої форми добрива приблизно дорівнювала 68 млн. клітин на 1 г субстрату, у чорній - 67 млн. клітин на 1 г субстрату.

За результатами дослідження встановлено, що чисельність хемоорганотрофних мікроорганізмів у субстратах породних відвалів у 1,5 рази більше, ніж у нативних зразках (без застосування мінеральних добрив) і в 3 рази більше, ніж у випадку застосування звичайної форми нітроамофоски. Чисельність целюлозоруйнівних мікроорганізмів була найменшою, порівняно з іншими групами мікроорганізмів.

Таким чином, фізико-хімічні властивості породних відвалів і форми внесення добрив є одними із провідних екологічних факторів, що впливають на формування мікробних ценозів у породах відвалах при їх фіторемедіації.

Це дозволяє стверджувати, що при фіторемедіації субстратів породного відвалу у них активізувались процеси ґрунтоутворення, які позитивно впливають на ріст і розвиток ґрунтових мікроорганізмів, які є індикаторами родючості ґрунту.

За одержаними результатами, фіторемедіація породних відвалів олійними технічними культурами є одним із можливих шляхів повернення девастованих ландшафтів у народногосподарське використання і покращення санітарно-гігієнічного стану шахтарського регіону.

Проте, загальний екологічний ефект фіторемедіації є результатом багатоцільового міжгалузевого напряму і може бути визначений з врахуванням усіх позитивних сторін у різних сферах: як господарських так і соціально-екологічних.

Висновки

породний відвал плівкоутворюючий гранульований

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нові підходи до вирішення актуальної наукової проблеми покращення екологічного стану екосистем, зокрема фіторемедіації відвалів вугільних шахт шляхом вирощування на них олійних технічних культур при підживленні капсульованими мінеральними добривами. Основні наукові і практичні результати, отримані в процесі вирішення поставлених завдань дослідження, полягають у наступному.

1. Породний відвал ВАТ „Львівська вугільна компанія” с. Сілець Сокальського району Львівської області, за визначеними фізико-хімічними властивостями, є моделлю, яка розвивається за природними законами і діє як багатофакторний абіотичний стресор на навколишнє середовище. Екологічне обстеження породних відвалів вугільних шахт показало, що концентрація важких металів - зокрема свинцю, міді, хрому, цинку значно перевищувала ГДК для ґрунту.

2. При проведенні фіторемедіації субстратів породних відвалів запропоновано використовувати олійні культури - ріпак, суріпиця і тифон, як перспективні фіторемедіанти (рослини-акумулятори) важких металів. Доведено, що ефективність фіторемедіації досліджуваними культурами значно підвищується при внесенні у субстрати породного відвалу капсульованих мінеральних добрив.

3. У роботі запропоновано використовувати капсульовану нітроамофоску пролонгованої дії. Розроблено оптимальний склад плівкоутворюючої композиції із застосуванням природних дисперсних сорбентів (глауконіт, бентоніт, цеоліт) і як зв'язуючу речовину - гідролізний лігнін, що дозволило забезпечити пролонгованість дії нітроамофоски до 90 діб.

4. Застосування капсульованих мінеральних добрив дає можливість пролонгованого вивільнення поживних елементів у ґрунтове середовище та рослини, порівняно з традиційними добривами, що сприятиме позитивному економічному та екологічному ефекту процесу фіторемедіації.

5. Застосування капсульованих добрив позитивно діє на основні фізіолого-біохімічні показники рослин-фіторемедіантів і має певні переваги для адаптації проростків до несприятливих умов субстрату породного відвалу. Зафіксовано значну стимуляцію росту рослин, приросту площі листків та збільшення суми хлорофілів (110 - 179%) і каротиноїдів (116 - 139%) у рослин ріпаку, а також білку і амінокислот. Визначені зміни показників оксидативного стресу і вмісту елементів живлення свідчать про зменшення впливу стресового навантаження на рослини ріпаку на субстратах породних відвалів.

6. Показано, що досліджені рослини накопичують важкі метали у наступній послідовності: на субстратах з червоною породою: Zn>Cu>Рb>Fe>Cd>Cr>Ni>Co; на субстратах з чорною породою Zn>Cu>Fe>Pb>Cd>Cr>Ni>Co. Доведено, що коефіцієнт біологічного накопичення важких металів у рослинах олійних культур підвищується завдяки внесенню капсульованих мінеральних добрив, які сприяють біодоступності важких металів до рослин олійних культур.

7. Під час фіторемедіації субстратів природних відвалів виявлено зміни серед фізіологічних груп мікроорганізмів, які відбулися під впливом капсульованих форм нітроамофоски і вирощування олійних культур, що дозволило використати одержані результати як біоіндикаторні показники для встановлення ступеня родючості субстратів породних відвалів.

8. Обґрунтовано ефективність застосування олійних культур, як фіторемедіантів породних відвалів вугільних шахт. Кількісні оцінки вмісту Zn, Cu, Рb, Fe, Cd, Cr, Ni, Co у різних видах технічних олійних культур та субстратах, а також зміни їх співвідношення є вихідною базою для подальших моніторингових досліджень у антропогенно-навантажених екосистемах.

Література

1. Баранов В.І. Вплив капсульованих добрив на вміст важких металів у проростках олійних рослин на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / І.В. Баранов, М.Я. Гавриляк, А.С. Войціховська // Зб. наук. праць „Питання біоіндикації та екології” Запорізького національного університету. _ 2009, - Вип.14. _ № 2. _ С. 101 _ 112.

2. Баранов В.І. Вплив регуляторів росту і капсульованих добрив на морфофізіологічні показники саджанців сосни за росту на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / [В.І. Баранов, М.М. Гузь, М.Я. Гавриляк та ін.] // Зб. наук. праць „Науковий вісник” НЛУ. _ Л. : Вип. 20 (2). - 2010. _ С. 8 _ 12.

3. Баранов В.І. Вивчення вмісту важких металів у деревних рослин на девастованих ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / [В.І. Баранов, М.М. Гузь, М.Я. Гавриляк, С.П. Ващук] // Зб. наук. праць „Науковий вісник” НЛУ. _ Л. : Вип. 20 (1). - 2010. _ С. 68 _ 72.

4. Баранов В.І. Синтез амінокислот та азотовмісних сполук у рослин ріпаку за умов росту на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / В.І. Баранов, М.Я. Гавриляк, Я.В. Телегус // Науковий вісник ЛНУ ветер.медицини та біотехнології, 2010. _ Т.12. _ № 2 (44). - Ч. 4. _ С. 154 - 159.

5. Мальований М.С. Екологічні переваги застосування добрив, капсульованих плівкою природних дисперсних сорбентів / М.С. Мальований, М.Я. Гавриляк, О.А. Нагурський, В.В. Матічин // Хімія, технологія речовин та їх застосування: вісник НУ „Львівська політехніка”. _ 2007 - № 590. - С. 225 _ 228.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.