Екотоксикологічна оцінка фосфоритів місцевих родовищ України при використанні їх як добрив

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСІТЕТ

03.00.16 екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Екотоксикологічна оцінка фосфоритів місцевих родовищ України при викорстанні їх як добрив

БУОЖИС Ганна Олександрівна

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в лабораторії екотоксикології Інституту агроекології та біотехнології УААН

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор Кавецький Володимир Миколайович, Інститут агроекології та біотехнології УААН, завідувач лабораторії екотоксикології.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук Бублик Людмила Іванівна, Інститут захисту рослин, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів;

доктор біологічних наук Александрова Людмила Сергіївна, Інститут медицини праці, провідний науковий співробітник

Провідна установа Державна агроекологічна академія України Міністерства АПК, м. Житомир

Захист відбудеться "13" липня 1999 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.004.02 в Національному аграрному університеті за адресою: 252041, Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НАУ, 252041, Київ-41, вул. Героїв Оборони, 11, навчальний корпус 10.

Автореферат розісланий 12 червня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої равди Менджул В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для більшості орних земель України фактором, що лімітує оптимальну родючість є фосфатний режим, а основним засобом регулювання його - добрива. Для задоволення потреб України в фосфорних добривах імпортується значна їх кількість, а це викликає певні економічні труднощі. Одним з варіантів рішення проблеми є використання сировини місцевих фосфоритних родовищ. Ця сировина містить певну кількість супутніх токсичних елементів, які при її застосуванні можуть забруднювати середовище та продукцію сільського господарства, знижуючи якість, та негативно впливати на біоту агроценозу. Це - важкі метали, фториди, радіоактивні ізотопи урану, торію та інші. Визначення їх вмісту у фосфоритах, вивчення накопичення в грунті, рослинах та транслокації в системі "грунт-рослина" - необхідна умова агроекологічного обгрунтування застосування фосфоритів місцевих родовищ України як засобів хімізації сільського господарства. Актуальність досліджень полягає у визначенні потенційної та фактичної небезпеки застосування фосфоритів, яка є складовою принципів створення стійкого розвитку агросфери, та визначає її якість.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Тема дисертаційної роботи входить до тематичного плану Інституту агроекології та біотехнології УААН і виконується в розділі Державної науково-технічної програми "Наукові основи сталих агроекосистем на 1996-2000 роки". Проблема II. Екотоксикологічна оцінка полютантів в біотичних та абіотичних компонентах екосистем агроландшафта. 01.Розробити екотоксикологічні нормативи і розрахункову оцінку потенційного і фактичного рівня інтегральної небезпеки забруднення засобами хімізації агроландшафтів України.

Номер Держреєстрації 0196 V 012976.

Мета і завдання досліджень. Метою досліжень було дати екотоксикологічну оцінку потенційного та фактичного ризику застосування фосфоритів України в сільському господарстві. За допомогою методів моніторингу полютантів у системі "фосфорит-грунт-рослина" вирішувалися слідуючі завдання:

- визначення важких металів (Zn,Ni,Co,Pb,Cd,Cu), фтору, радіоактивних ізотопів урану та торію у фосфоритах місцевих родовищ різного геологічного походження;

- вивчення зміни кількості важких металів у рухомих формах у грунті при застосуванні фосфоритів;

- вивчення транслокації важких металів в системі "грунт- сільськогосподарська рослина" при застосуванні фосфоритів;

-вивчення вертикальної міграції металів по профілю грунту при застосуванні фосфоритів.

Наукова новизна одержаних результатів.

Проведена екотоксикологічна оцінка потенційного та фактичного ризику застосування у сільському господарстві українських фосфоритів таких родовищ: Ново-Амвросієвського, Осиківського, Південно-Осиківського, Ратнівського, Волинського, Здолбунівського, Котовського. Встановлені закономірності переходу важких металів до елементів екосистем, розраховані коефіцієнти біокумуляції важких металів. Вивчено вплив застосування фосфоритів на збільшення кількості важких металів у рухомих формах у дерново-підзолистому грунті, а також на вміст важких металів у рослинній продукції. Встановлено вплив застосування фосфоритів на міграцію важких металів по профілю дерново-середньопідзолистого грунту.

Практичне значення одержаних результатів.

Отримані матеріали являють собою екотоксикологічне обгрунтування використання місцевих фосфоритів у сільськогосподарському виробництві з метою запобігання забруднення навколишнього середовища токсичними речовинами, при їх застосуванні.

Проведена екотоксикологічна оцінка дозволила:

- виявити різні рівні вмісту рухомих форм токсичних елементів (важких металів, фтору, радіоактивних ізотопів урану та торію) у сировині різного геологічного походження, яка не підлягала збагаченню та у концентратах;

- встановити рівень нагромадження рухомих сполук важких металів у дерново-підзолистому грунті, продукції рослинництва при застосуванні фосфоритів як добрив;

- розробити прогноз потенційного ризику забруднення грунту фтором при застосуванні фосфоритів України.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом проведені аналітичні, лізіметричні, вегетаційні, польові дослідження. Виконана робота по теоретичному узагальненню і математичній обробці отриманих результатів. На основі експериментального матеріалу були зроблені відповідні висновки і підготовлена дисертація.

Апробація роботи. Основні результати досліджень було викладено на засіданнях Вченої ради Інституту агроекології та біотехнології у 1996-1998 рр. та лабораторії екотоксикології ІАБ УААН; на V з'їзді УТГА 6-10 липня 1998р., м.Рівне.

Структура та об'єм дисертації.

Дисертація складається із вступу, 3 розділів основної частини, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 135 сторінках друкованого тексту, ілюстрована 15 діаграмами та 26 таблицями. Список використаних джерел нараховує 200 найменувань, серед яких 24 іноземних.

Основна частина

Огляд літератури

На основі аналізу літературних джерел показано, що екотоксикологічна характеристика фосфоритів різних родовищ залежить від їх генезису, типу та складу. Проведено аналітичний огляд негативного впливу токсичних елементів, що містяться у фосфоритах, на агроценоз. Розглянуто фізико-хімічні методи визначення мікрокількостей полютантів в об'єктах навколишнього середовища. Проаналізовані різні методичні підходи оцінки якості сировини (що використовується як засоби хімізації сільського господарства) за вмістом полютантів, та встановленна необхідність визначення ризику їх застосування .

Матеріали і методи досліджень

Експериментальна робота проводилася у 1995-1998рр. у лабораторії екотоксикології Інституту агроекології та біотехнології УААН та на базі Чернігівської державної областної сіліськогосподарської дослідної станції.

Об'єктами досліджень були вітчизняні фосфорити таких родовищ: Ново-Амвросієвського, Південно-Осиківського, Осиківського, Волинського, Котовського, Здолбунівського, Маневичсько-Клеванського Майданчику.

Дослідження проводилися в умовах польового, лізіметричного, вегетаційного дослідів.

Польові досліди проводилися в польовій сівозміні Чернігівської державної обласної дослідної станції, яка розміщена в Козелецькому районі Київської області і відноситься до північної частини Лісостепу України.

Площа ділянок у мілкоділяночних дослідах становила 35 м², повторність - чотириразова. Грунт - дерново-середньопідзолистий пилувато-супіщаний: pHсол - 5,4; гідролітична кислотність - 2,5 мг-екв/100 г грунту, вміст гумусу (за Тюріним)- 0,8%, рухомого фосфору (за Кірсановим) - 10,9 мг/100г грунту, обмінного калію (за Масловою) - 5,0 мг/100г грунту, сума ввібраних основ - 4,0 мг-екв на 100г.

Схема досліду: 1. Контроль; 2. Р₆₀ Волинський фосфорит; 3. Р₆₀ суперфосфат; 4. Р₁₈₀ Волинський фосфорит.

Вирощувалися люпин, ячмінь. Аналізувалися вегетативні органи люпину, відібраних у фазу повної стиглості, солома та зерно ячменю.

Зразки грунту відбирали з орного шару в період збирання врожаю рослин у відповідності з загально прийнятими методиками.

Лізіметричні дослідження проводилися в умовах стаціонарних лізіметрів на Чернігівській дослідній станції.

Схема досліду: 1.N₃₀K₉₀ - фон; 2.Фон+Рс₆₀; 3. Фон+Рф₆₀; 4. Фон+Рс₁₈₀ в запас на 3 роки; 5. Фон+Рф₁₈₀ в запас на 3 роки; 6. Фон+Рф₁₈₀+40т/га торфу; 7. Фон+Рф₁₈₀+40т/га гною. (Рс - суперфосфат; Рф - крупно зернистий фосфорит Волинського родовища)

Азотні добрива вносили у формі сечовини, калійні - 40% калійної солі, фосфорні - простого суперфосфату та Волинського крупнозернистого фосфориту.

Зразки грунту відбирали з орного шару в періоди цвітіння рослин та збирання врожаю у відповідності з загально прийнятими методиками. Лізіметричні води відбирали поетапно, аналізу підлягав усереднений зразок за періоди березень-травень (весняна фільтрація), червень-серпень (літня фільтрація), вересень-листопад (осіння фільтрація). Вібір рослинних зразків проводили у фази - цвітіння та повної стиглості, аналізувалися вегетативні органи та бульби картоплі.

Вегетаційний дослід - мілкососудний. Грунт для дослідів відбирали з орного шару (0-20 см) дерново-середньопідзолистого грунту. Фосфорити та простий суперфосфат вносили у грунт з розрахунку 60 кг/га Р₂О₅. Культура - пшениця Миронівська 808.

Схема вегетаційного досліду: 1.Контроль; 2.Осиківський фосфоритний концентрат Р₆₀; 3.Волинський зернистий фосфорит Р₆₀; 4.Здолбунівський фосфорит Р₆₀; 5.Ратнівський фосфоритний концентрат Р₆₀; 6.Південно-Осиківський концентрат Р₆₀; 7.Ново-Амвросієвський фосфоритний концентрат Р₆₀; 8.Фосфоритний концентрат Маневичсько Клеванської фосфоритної площі Р₆₀; 9.Суперфосфат Р_60.

Для визначення вмісту важких металів, фтору в фосфоритах, грунті, рослинах проводилася попередня екстракція проб. В залежності від мети досліджень використовувалися різні екстрагенти:

суміш сірчаної та плавікової кислот - для визначення валового вмісту ВМ у фосфоритах;

Н₂О, 2-% лимонна кислота - для визначення потенційно доступних форм ВМ у фосфоритах;

1 N HCL для визначення вмісту потенційно доступних форм ВМ в грунті;

суміш азотної та соляної кислот для озолення рослинного матеріалу;

Н₂О , 0,2 N HCL для визначення водо- та кислоторозчинного фтору у фосфоритах.

Співвідношення проба-екстрагент - 1:10 для грунту і фосфоритів, та 1:30 для рослин. Подальше визначення ВМ (Zn, Ni, Co, Cu, Pb) базувалося на екстракції їх з розчину дифенілтіокарбазоном, утворенні з іонами ВМ у певному інтервалі рН відповідних комплексних солей металів і ідентифікації їх шляхом хроматографування у тонкому шарі сорбенту з подальшою кількісною та якісною оцінкою зон локалізації дитизонатів металів (метод затверджений Держхімкомісією, №50-97 від 19.06.97 і узгоджений Міністерством охорони здоров'я України). Кадмій визначали методом атомної абсорбції на атомно-абсорбційному спектрофотометрі AAS-30, фтор методом прямої потенціометрії на іономірі універсальному ЕВ-74, уран, торій методом -спектрометрії.

Математична обробка експерементальних даних здійснювалася методами дисперсійного, кореляційного та регресійного аналізів.

3. Результати досліджень

Вміст важких металів, радіоактивних ізотопів урану та торію у фосфоритах

Дослідженнями встановлено, що фосфатні руди, в залежності від геологічного походження та географічного розповсюдження, різняться за мінералогічним та хімічним складом і містять різну кількість токсичних елементів. Для визначення рівня небезпеки застосування фосфоритів визначали загальний вміст полютантів та їх кількість у рухомих формах. Загальний вміст токсичних елементів у фосфоритах характеризує ступінь їх потенційного негативного впливу на довкілля при екстремальних умовах, а кількість токсичних елементів у рухомих формах характеризує фактичний ризик небезпеки при застосуванні фосфоритів.

3.1.1 Валовий вміст токсичних елементів у фосфоритах

Аналіз українських фосфоритів, проведений в лабораторії екотоксикології ІАБ УААН показав, що валовий вміст Zn, Ni, Pb, Cd, Cu у фосфоритах місевих родовищ, в порівнянні з закордонними, невеликий (табл.1).

Таблиця 1 - Валовий вміст важких металів, радіоактивних ізотопів у фосфоритах

Фосфорити	Вміст, мг/кг
	Zn	Pb	Ni	Co	Cu	Cd	U	Th
Фосфорити родовищ України
Осиківський фос.конц.	10,0	10,0	12,0	8,0	10,0	0,26	-	-
Волинський зерн. фос.	10,0	8,0	10,0	6,0	8,0	0,10	9,9	4,6
Здолбунівський фосф.	14,0	12,0	18,0	18,0	14,0	0,88	66,8	3,7
Ратновський фос.конц.	14,0	8,0	16,0	9,0	7,0	0,60	13,6	3,5
Південно-Осиківський фосфорит.конц.	14,0	8,0	10,0	12,0	8,0	0,41	32,4	7,2
Ново-Амвросієвський фосфор.концентрат	10,0	6,0	8,0	10,0	6,0	0,63	29,6	10,5
Могильов-Клеванський фосф.концен.	10,0	4,0	4,0	8,0	8,0	0,30	41,3	7,2
Закордонне фосфоритне борошно
Єгорьєвське	200,0	25,0	81,0	-	-	1,5	49,0	10,0
Брянське	32,0	48,0	38,0	-	-	5,0	45,0	4,0
Верхнєкамське	90,0	62,0	50,0	-	-	5,0	130,0	8,0
Кінгисепське	50,0	43,0	11,0	-	-	5,0	48,0	9,0
Джебель Онк, Алжир	188	8,2	-	17,1	24,0	15,5	65,0	10,4
Гафса, Туніс	151	11,4	-	16,6	28,0	30,0	82,0	13,0
Хурібга, Марокко	252	12,0	-	15,5	37,0	9,7	75,0	8,0
Кніфтис, Сирія	192	8,7	-	9,1	23,0	8,8	60,0	4,7

Вміст кадмію в них коливається у діапазоні від 0,1 до 0,88 мг/кг, цинку, свинцю, нікелю, міді - від 4 до 18 мг/кг. Для закордонних фосфоритів загальний вміст ВМ знаходиться в таких межах: Zn - 32-252 мг/кг, Ni - 11-81 мг/кг, Pb - 8,2-62,0 мг/кг, Cd - 1,5-30,0 мг/кг, Cu - 23-37 мг/кг. Фосфорні добрива регламентуються в основному по вмісту кадмію. Для цього елементу встановлена ГДК в фосфатній сировині, яка не повинна перевищувати 8 мг/кг.

Встановлено у фосфоритах наявність радіоактивних елементів - урану та торію, які мають великий період напіврозпаду (5-10 млрд.років). Фосфорити містять ці елементи в різних кількостях - урану в 5-20 разів більше ніж торію. Найбільшу кількість урану і торію знайдено у Здолбунівському фосфориті - U-66,8 мг/кг; Th-3,7 мг/кг. Розрахунки кількості цих елементів, що можуть надійти до грунту при внесенні 1,5 т/га даного фосфориту (180 кг/га Р₂О₅), показали, що приріст кількості урану та торію при цьому може складати 0,03 мг/кг. Цей показник набагато менший за фоновий вміст у грунті (для Th - 5 мг/кг, U - 1 мг/кг) і у такій кількості не викликатиме загрози навколишньому середовищу. При застосуванні інших фосфоритів, де ці елементи знаходяться в менших кількостях, можливість забруднення грунту - малоймовірна.

Отже, в результаті досліджень вітчизняних фосфоритів було виявлено, що валовий вміст важких металів не перевищує екотоксикологічних нормативів. За вмістом важких металів, радіоактивних елементів, вони кращі від світових аналогів.

Вміст рухомих форм важких металів (ВМ) у фосфоритах

Токсичні властивості ВМ виявляються лише тоді, коли вони знаходяться у рухомому стані, тобто можуть мати фітотоксичну дію, впливати негативно на грунтову біоту, мігрувати по профілю грунту і т.д. Тому в дослідженнях значна увага приділялася вивченню фосфоритів на вміст ВМ у рухомому стані.

Екстракція 2% розчином лимонної кислоти дозволяє вилучати з Волинського зернистого фосфориту - 25-30% Zn, Ni, Cu та 55-41% Pb, Co, Cd. У водорозчинній формі знаходиться 12%-Zn, 7%-Ni, 5%-Co, 15%-Pb, 8%-Cu, 1%-Cd (Рис.1). Тобто значна частина металів знаходиться у легкорозчинній, потенційно доступній для рослин формі. З Ново-Амвросієвського, Ратнівського, Осиківського (Рис.2) та Здолбунівського фосфортів 2-% лимонною кислотою вилучалося 50% Zn, Ni, Co, а водою екстрагувалося 15-25%. Частка Cd, що вилучалася лимонною кислотою з цих фосфоритів, складала 20-25%, а вміст водорозчинного кадмію становив 3-5%. З фосфоритного концентрату МКМ (Рис.3) лимонною кислотою вилучалося близько 40% Zn, Ni, Co, Pb від загальної кількості, а до водного розчину переходило 10-18% цих металів. Частка міді та кадмію при вилученні 2-% лимонною кислотою складала 18-17%, а при екстракції водою - 3-4%. Отже, дослідженнями встановлено, що фосфорити відзначаються високою кількістю ВМ у потенційно доступній формі відносно загального вмісту, що може сприяти активному переходу важких металів з фосфоритів до елементів агроекосистеми.

3.2 Прогноз екологічної загрози фторидного забруднення грунтів при застосуванні місцевих фосфоритів

Серед речовин, що становлять особливий інтерес для служби моніторингу і рівень яких повинен перебувати під контролем, є фтор.

Дослідження по визначенню вмісту рухомих форм фтору у фосфоритах України показали, що концентрати фосфоритних руд (вміст Р₂О₅ в яких знаходиться в межах 19-28%), містять значно більшу кількість фтору, ніж фосфорити, які не підлягали первинній переробці. Кількість водорозчинного, кислоторозчинного, загального фтору у концентратах була у 5-10 разів вищою ніж у сирих фосфоритах (табл.2).

Таблиця 2 - Вміст фтору у фосфоритах місцевих та закордонних родовищ

		Вміст	фтору, мг/кг
Фосфорит	Вміст Р2О5, %	водорозчинний	кислото-розчин. (0,2N НCL)	загальний
Осиківський фос.конц.	19,0	82,0	936,0	2400,0
Волинський зерн. фосфорит	8,6	41,0	447,0	1800,0
Здолбунівський фосфорит	12,6	70,0	610,0	1250,0
Ратновський фос.конц.	28,0	87,0	900,0	1875,0
Котовський глаукон. продукт	8,7	36,0	410,0	1125,0
Волинський жовновий фосф.	7,9	45,0	78,3	1325,0
Південно-Осиківський фос.конц.	27,9	110,0	1300,0	3250,0
Шлами Південно-Осиківського родовища	4,1	27,0	86,0	375,0
Ново-Амвросієвський фос.конц.	25,0	78,0	1053,0	2775,0
Ново-Амвросієвський глаук.прод.	8,3	6,6	433,0	950,0
Фосфорит.конц. МКМ	25,0	44,0	1110,0	2375,0
Шлами МКМ	9,6	4,2	200,0	700,0
Фосфоритне борошно країн СНГ
Єгорьєвське		-	-	23000,0
Брянське		-	-	21000,0
Верхнєкамське		-	-	25000,0
Кінгисепське		-	-	25000,0

МКМ- Маневичсько-Клеванський Майданчик

Найбільші кількості водорозчинного та кислоторозчинного фтору встановлені в фосфоритних концентратах Південно-Осиківського (110 і 1300 мг/кг), Маневичсько-Клеванського Майданчику (44 і 1110 мг/кг), Ново-Амвросієвського (78 та 1053 мг/кг) та Осиківського (82 і 936 мг/кг) родовищ. Вміст загального фтору у вітчизняних фосфоритах знаходиться у межах 375-3250 мг/кг, що значно менше від його вмісту у закордонних фосфоритах (21000-25000мг/кг). Розрахунки кількісті водорозчинного фтору, який може надійти до грунту (при нормі внесення 180 кг/га Р₂О₅ фосфоритів) показали, що застосування Ново-Амвросієвського глауконітового продукту та шламів МКМ призведе до надходження - 14,4 і 7,8 г/га F, або 0,006-0,003 мг/кг грунту, шламів Південно-Осиківського родовища, Волинського жовнового фосфориту, Здолбунівського фосфориту від 100 до 120 - г/га, або 0,030 мг/кг грунту. Ці кількості значно менші за встановлені ГДК для водорозчинного фтору у грунті (10 мг/кг). Таким чином, використання досліджуваних фосфоритів як добрив не створюватиме загрози ризику забруднення грунтів іонами фтору.

Закономірності переходу ВМ із фосфоритів до грунтового розчину

В лабораторних умовах було вивчено закономірності переходу ВМ із фосфоритів до розчинів при різних значеннях рН протягом часу.

Дані досліджень показують, що з фосфоритів при рН=4,01 за час екстракції надходило 5-8,8 мг/кг цинку, 1,5-5 мг/кг нікелю, 0,3-2,5 мг/кг кобальту, 1,3-2,5 мг/кг міді, що становить 30-65% від загальної їх кількості. При рН=6,86 екстрагувалося 1,0-18% від загальної кількості Zn, Ni, Co, Сu (Рис.3).

Отримані результати свідчать про те, що застосування досліджуваних фосфоритів на грунтах з кислою реакцією розчину може сприяти значному переходу ВМ (до 65% від загальної кількості). До грунтів з нейтральною реакцією середовища ВМ з фосфоритів надійде значно менше (1,5-16%).

Вплив фосфоритів на вміст ВМ у грунті

Дані вегетаційних досліджень показали, що фосфорити сприяли підвищенню вмісту в грунті у рухомих формах Zn, Co до 2,5 мг/кг, Cd до 0,4 мг/кг, при рівні на контрольному варіанті - 1,0; 1,7; 0,1 відповідно (табл. 3). Застосування фосфоритів не призводило до перевищення рівня ГДК, які встановлені для рухомих форм ВМ у грунті.

Між вмістом потенційно доступних форм ВМ у фосфоритах та їх кількістю у рухомих формах у грунті в більшості випадків встановлена тісна кореляційна залежність. Коефіцієнти кореляції для Zn, Ni, Co, Pb, Cd, Cu становили відповідно - 0,96; 0,53; 0,79; 0,45; 0,78; 0,54. Отже, з підвищенням кількості потенційнодоступних форм ВМ в фосфоритах - підвищується кількість ВМ у рухомих формах у дерновопідзолистому грунті.

Таблиця 3 - Вміст важких металів у грунті при застосуванні фосфоритів

Варіант досліду	Вміст металу, мг/кг (1N HCL)
	Zn	Ni	Co	Pb	Cd	Cu
Контроль	1,0	1,2	1,7	1,2	0,1	2,3
Осиківський фос.конц.	2,0	1,5	2,3	1,5	0,3	2,8
Волинський зерн. фосфорит	2,5	1,2	2,5	1,6	0,1	2,8
Здолбунівський фосфорит	1,8	1,7	2,5	1,7	0,4	2,7
Ратновський фос.конц.	1,7	1,4	2,0	1,5	0,2	2,6
Південно-Осиківський фос.конц.	1,5	1,3	1,7	1,7	0,1	2,4
Ново-Амвросієвський фос.конц.	1,3	1,4	1,8	1,5	0,2	2,4
Фосф. конц. МКМ	1,5	1,4	2,5	1,5	0,1	2,5
Суперфосфат	1,3	1,5	2,0	1,5	0,2	2,5
ГДК	23,0	4,0	5,0	2,0	0,7	3,0

Рис. 3. Екстракція Zn, Ni, Co з Волинського зернистого фосфориту в залежності від реакції розчину

Дані польових досліджень показали, що при застосуванні Волинського зернистого фосфориту на фоні мінеральних та органічних добрив у нормах 60 та 180 кг/га Р₂О₅ кількість ВМ у рухомих формах збільшилася відносно контрольного варіанту, але їх концентрація суттєво не відрізнялася від варіанта, де застосовували суперфосфат. Так, при внесенні фосфориту у нормі 180 кг/га Р₂О₅ кількість Zn становила 1,8 мг/кг, Ni - 1,9 мг/кг, Co - 3,0 мг/кг, Pb - 1,5 мг/кг, Cu - 1,7 мг/кг. При внесенні суперфосфату у тій самій нормі вміст цих елементів відповіно був - 1,5; 1,9; 3,0; 1,2; 1,5 мг/кг. Рівень ВМ на контрольному варіанті був відповідно для Zn - 1,2 мг/кг, Ni - 1,3 мг/кг, Co - 2,0 мг/кг, Pb - 0,5 мг/кг, Cu - 1,2 мг/кг. Кількості ВМ у рухомих формах при цьому не перевищували рівня ГДК. Отже, застосування Волинського зернистого фосфориту, як добрива при нормі внесення 180 кг/га Р₂О₅ не буде джерелом забруднення дерново-підзолистого грунту ВМ.

Вплив фосфоритів на вертикальну міграцію ВМ по профілю грунту

Лізіметричими дослідженнями було встановлено, що внесення Волинського зернистого фосфориту в нормі 60 кг/га Р₂О₅ призвело до помітного підвищення активності міграції по профілю грунту Zn, Ni, Pb. Їх кількість у фільтраційних водах (літній період) зросла у 5-10 разів у порівнянні з фоном та відповідною дозою суперфосфату і склала для Zn - 2,5; Ni - 1,0; Pb - 1,0 (табл.4.).

Застосування норми фосфориту у 180 кг/га Р₂О₅н не призвело до подальшого підвищення концентрації ВМ у лізиметричних водах, що може бути наслідком створення рівноваги для даного типу грунту у співвідношенні між рухомими і зв'язаними формами ВМ і є функцією

Таблиця 4 - Вплив Волинського зернистого фосфориту на вертикальну міграцію важких металів по профілю грунту (лізіметричний дослід)

Варіант досліду	Вміст металу, мг/л
	Zn	Ni	Co	Pb	Cd	Cu
Фон- N30K90	0,3	0,1	<0,1	<0,1	<0,1	<0,1
Фон+Р60с.ф.	0,5	0,2	<0,1	<0,1	<0,1	<0,1
Фон+Р60ф.	2,5	1,0	<0,1	1,0	<0,1	<0,1
Фон+Р180с.ф.	2,5	1,0	<0,1	1,0	<0,1	<0,1
Фон+Р180ф.	2,0	<0,1	<0,1	0,7	<0,1	<0,1
Фон+Р180ф.+40т/га торфу	2,0	<0,1	<0,1	0,5	<0,1	<0,1
Фон+Р180ф.+ 40т/га гною	2,1	<0,1	<0,1	<0,1	<0,1	<0,1

фізико-хімічних властивостей грунту. Аналогічний ефект було відмічено при застосуванні фосфоритів на фоні органічних добрив.

Кількість у фільтраційних водах Zn, Ni, Pb при застосуванні норми 60 кг/га Р₂О₅ за осінній період і весняний періоди значно зменшилася, в порівнянні з літнім, й становила для Zn 0,1 мг/л (осінній період) і 0,2 мг/л (весняний період), Ni 0,1 мг/л, Pb 0,2 мг/л і 0,1 мг/л. Відомо, що високі температури та значна кількість опадів сприяє збільшенню рухомих форм важких металів у грунті, що пов'язано з більш активними процесами міграції ВМ у літній період.

Одержані результати дають змогу встановити, що Волинський зернистий фосфорит впливає на міграцію по профілю грунту цинку, свинцю та нікелю.

Накопичення важких металів рослинами при застосуванні фосфоритів

Вегетаційні дослідження показали, що внесення фосфоритів з розрахунку 60 кг/га Р₂О₅ призвело до підвищення кількості Zn у вегетативних органах пшениці в порівнянні з контрольним варіантом. Вміст Zn при використанні фосфоритів становив від 20,0 до 30,0 мг/кг, при рівні на контрольному варіанті - 14 мг/кг. Осиківський фосфоритний концентрат, Волинський зернистий фосфорит та Здолбунівський фосфорит сприяли накопиченню міді рослинами. Вміст Cu при застосуванні даних фосфоритів становив - 20,0; 18,0; 15,0 мг/кг відповідно, при рівні 10 мг/кг на контрольному варіанті (табл.5).

Розрахунки коефіцієнтів накопичення (КН) рослиною ВМ показали, що досліжувані фосфорити сприяли підвищенню активності переходу важких металів з грунту до рослин. При їх застосуванні КН були для Zn (від 5,3 до 8,5) і Сu (від 0,8 до 3,6), а для Ni, Со, Рb КН коливалися в межах від 0,2 до 0,8.

Таблиця 5 - Вміст ВМ у вегетативних органах пшениці при застосуванні фосфоритів родовищ України

Варіант досліду	Вміст металу, мг/кг
	Zn	Ni	Co	Pb	Cd	Cu
Контроль	14,0	2,0	0,3	1,3	0,1	10,0
Осиківський фос.конц.	30,0	2,7	0,5	1,3	0,1	20,0
Волинський зерн. фосфорит	30,0	2,5	0,5	1,7	0,1	18,0
Здолбунівський фосфорит	29,0	2,7	0,5	2,0	0,1	15,0
Ратновський фос. конц.	27,0	2,5	0,5	1,3	0,1	12,5
Південно-Осиківський фос. конц.	25,0	2,5	0,3	1,7	0,1	12,5
Ново-Амвросієвський фос. конц.	25,0	2,5	0,3	1,3	0,1	12,0
Могильов-Ковельський фос.конц.	20,0	2,5	0,5	1,3	0,1	12,5
Суперфосфат	22,0	2,5	0,5	1,7	0,1	17,5

Результати польових досліджень показали, що Волинський фосфорит при внесенні у нормі 180 кг/га Р₂О₅ не сприяв підвищенню вмісту ВМ у вегетативних органах люпину та ячменю. Вміст їх був на рівні контрольного варіанту й становив для Zn 8,0 (ячмінь) і 12,0 (люпин) мг/кг, Co - 0,1 і 0,2 мг/кг, Ni - 0,1 і 0,4 мг/кг, Cd - 0,1 мг/кг, Cu - 2,0 і 10,0 мг/кг. Вміст ВМ у рослинах не перевищував максимально допустимого рівня для грубих та соковитих кормів, що складає для Zn - 50 мг/кг, Ni - 3,0 мг/кг, Co - 1,0 мг/кг, Pb - 5,0 мг/кг, Cd - 0,3 мг/кг, Cu - 30,0 мг/кг.

В лізіметричних дослідженнях встановлена тенденція до збільшення вмісту цинку і міді у бульбах картоплі при застосуванні Волинського фосфориту на фоні мінеральних і органічних добрив (табл.6).

Внесення фосфориту у нормах 60 та 180 кг/га Р₂О₅ сприяло підвищенню кількості цинку в бульбах картоплі до 3,8 і 5,0 мг/кг, міді до 2,8 і 3,8 мг/кг, при рівні на контрольному варіанті для Zn - 1,8 мг/кг, Cu - 1,3 мг/кг. При цьому, максимальні кількості важких металів, які накопичували рослини при застосуванні фосфоритів, не перевищували МДУ, що встановлені для овочів.

Таблиця 6 - Вміст ВМ у бульбах картоплі при застосуванні Волинського зернистого фосфориту (лізіметричний дослід)

Варіант досліду	Вміст металу, мг/кг
	Zn	Ni	Co	Pb	Cd	Cu
Фон- N30K90	1,8	<0,1	<0,1	<0,1	н.з.	1,3
Фон+Р60с.ф.	2,5	<0,1	<0,1	<0,1	н.з.	1,8
Фон+Р60ф.	3,8	<0,1	<0,1	0,1	<0,03	2,8
Фон+Р180с.ф.	3,8	<0,1	<0,1	0,2	н.з.	2,8
Фон+Р180ф.	5,0	<0,1	<0,1	0,1	<0,03	3,8
Фон+Р180ф.+40т/га торфу	5,0	<0,1	<0,1	0,2	н.з.	3,8
Фон+Р180ф.+ 40т/га гною	5,0	<0,1	<0,1	0,1	н.з.	3,8
ГДК	10	1,5	1,0	0,5	0,03	5,0

В результаті екотоксикологічних досліджень було встановлено, що фосфорити місцевих родовищ України можуть бути охарактерізовані, як такі, що не сприятимуть накопиченню у грунті важких металів у рухомих формах понад встановлені ГДК, а їх застосування як фосфорних добрив сприятиме одержанню нормативно чистої рослинної продукції.

ВИСНОВКИ

1. Фосфорні руди, в залежності від геологічного походження, географічного розповсюдження різняться за мінералогічним та хімічним складом і містять різну кількість полютантів. Встановлено, що за валовим вмістом ВМ, радіоактивних елементів, вітчизняні фосфорити кращі від світових аналогів. Вміст кадмію у вітчизняних фосфоритах cтановив - від 0,1 до 0,88 мг/кг, цинку, свинцю, нікелю, міді - від 4 до 18 мг/кг, урану 9,9-66,8 мг/кг, торію - 3,7-10,5 мг/кг, при вмісті у закордонних фосфоритах: Zn - 32-252 мг/кг, Ni - 11-81 мг/кг, Pb - 8,2-62,0 мг/кг, Cd - 1,5-30,0 мг/кг, Cu - 23-37 мг/кг, U -45-130 мг/кг, Th - 4-13 мг/кг.

2. Встановлено, що 30-50% Zn, 20-40% Ni, 30-55% Pb, 20-50% Cd,30-50% Со, 20-30% Сu у досліджуваних фосфоритах знаходиться у потенційно доступній для рослин формі, що може сприяти підвищенню активізації переходу ВМ з фосфоритів до елементів екосистеми.

3. Дослідження показали, що при кислій реакції грунтового розчину екстрагувалося з фосфоритів 30-65% Zn, Ni, Co, Cu від загальної кількості, при нейтральній реакції розчину вилучалося 2,5 мг/кг Zn, 0,3-1,5 мг/кг Ni, 0,1-0,3 мг/кг Co, 0,1-0,5 мг/кг Сu, що становить 1,0-18% від загальної кількості.

4. Встановлено, що фосфоритні концентрати (вміст Р₂О₅ 19-28%) містять 1875-3250 мг/кг фтору, що у 5-10 разів більше ніж у фосфоритах, які не підлягали первинній переробці (вміст Р₂О₅ 4,1-9,6%).

5. Розрахунки показали, що при застосуванні шламів Південно-Осиківського родовища, Волинського жовнового фосфориту, Здолбунівського фосфориту у нормі 180 кг/га Р₂О₅ до грунту надійде 120 г/га або 0,03 мг/кг водорозчинного фтору, що значно менше за встановлену ГДК (10 мг/кг) для водорозчинного фтору у грунті, і не створюватиме ризику забруднення грунтів іонами фтору.

6. Вивчення впливу фосфоритів на вміст ВМ у грунті показало, що їх застосування сприяє підвищенню вмісту у грунті рухомих форм ВМ. Було встановлено, в більшості випадків, тісну кореляційну залежність між вмістом потенційно доступних форм ВМ у фосфоритах і кількістю ВМ у рухомих формах у грунті при застосуванні фосфоритів. Коефіцієнти кореляції для Zn, Ni, Co, Pb, Cd, Cu становили - 0,96; 0,53; 0,79; 0,45; 0,78; 0,54 відповідно. При цьому, застосування на дерново-середньопідзолистому грунті фосфоритів не призвело до перевищення рівня ГДК, встановленого для рухомих форм ВМ у грунті.

7. У лізіметричних дослідженнях відмічено вплив Волинського зернистого фосфориту (на фоні мінеральних і органічних добрив) на міграцію по профілю грунту Zn, Ni, Pb. Кількість в фільтраційних водах Zn складала 2,5 мг/л; Ni - 1,0 мг/л; Pb - 1,0 мг/л, що у 5-10 разів більше в порівнянні з фоновим варіантом і варіантами, де застосовували суперфосфат.

8. При вивченні транслокації ВМ в системі "грунт-рослина" при застосуванні фосфоритів було відмічено, що фосфорити сприяють збільшенню кількості ВМ у вегетативних органах пшениці, КН були: для Zn (від 5,3 до 8,5) і Cu (від 0,8 до 3,6), для Ni, Co, Pb - КН були в межах 0,2 - 0,8.

9. При застосуванні Волинського зернистого фосфориту на фоні органічних і мінеральних добрив було помічено тенденцію до збільшення Zn і Cu у бульбах картоплі. Внесення фосфориту у нормах 60 та 180 кг/га підвищувало кількість цинку до 3,8 і 5,0 мг/кг, міді - до 2,8 і 3,8 мг/кг, при вмісті Zn і Cu на контрольному варіанті 1,8 і 1,3 мг/кг відповідно. При цьому, перевищення МДР у рослинах ВМ не виявлено.

10. Результатами екотоксикологічних досліджень встановлено, що вміст полютантів у фосфоритах місцевих родовищ України невисокий, їх застосування, як добрив не сприяє накопиченню у грунті і рослинах ВМ понад встановлені ГДК і МДУ.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О. Екотоксикологічна оцінка українських фосфоритів по вмісту важких металів//Натураліс.-1998.-№3-4.- С.5-8. (Особистий внесок здобувача складає 40%. Проведено експерименти, зроблено висновки).

2. Кавецький В.М., Макаренко Н..А., Кіцно Л.В., Буожис Г.О Інтегральна класифікація полютантів за ступенем небезпечності// Землеробство: Зб. наук. пр. Інституту землеробства УААН.- Київ.-1996.-С.155-158. (Особистий внесок здобувача складає 30% . Проведення та оцінка результатів досліджень).

3. Макаренко Н.А., Ліщук А.М., Буожис Г.О., Кавецька Т.В. Екотоксикологічна оцінка якості фосфоритів України// Агрохімія і грунтознавство: Зб. наук. пр. Інституту грунтознавства та агрохімії УААН.-Харків.-1998.-С.167-168. (Особистий внесок здобувача складає 40%. Проведення експериментальних досліджень, отримання результатів експерименту, їх обгрунтування).

4. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О. Прогноз загрози фторидного забруднення грунтів при застосуванні фосфоритів України//Експрес-новини: наука, техніка, виробництво(УкрІНТЕІ).-1999.-№1-2.-С.22-24. (Особистий внесок здобувача складає 40%. Проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до друку).

5. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О. Екотоксикологічна експертиза ризику застосування Волинського зернистого фосфориту//Експрес-новини: наука, техніка, виробництво(УкрІНТЕІ).-1999.-№1-2.-С.24-27

Буожис Г.О. Екотоксикологічна оцінка фосфоритів місцевих родовищ України при використанні їх як добрив.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16. екологія.- Національний аграрний університет, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено проблемам охорони навколишнього середовища, які виникають при використанні у сільськогосподарському виробництві фосфоритів як засобів хімізації. В дисертації запропоновано новий підхід до оцінки якості фосфатної сировини, який дає можливість характеризувати її за конкретними екотоксикологічними параметрами. Вперше проведено комплексну екотоксикологічну оцінку потенційного та фактичного ризику застосування, як добрив - фосфоритів місцевих родовищ України. Були виявлені різні рівні вмісту рухомих форм токсичних елементів (важких металів, фтору, радіоактивних ізотопів урану та торію) у сировині різних родовищ. Встановлені коефіцієнти транслокації рухомих сполук важких металів у елементах агроекосистеми при викорстанні Волинського зернистого фосфориту. Основні результати праці можуть бути використані у сільськогосподарському виробництві при розробці та оптимізації технологій використання місцевих сировинних ресурсів як таких, що не призводитимуть до порушень рівноваги у екосистемах, а також можуть бути використані у агроекологічному моніторингу, що включає комплексну екологічну оцінку навколишнього середовища.

Ключові слова: екотоксикологія, фосфорити, екотоксиканти, агроекосистеми, ризик застосування.

Буожис А.А. Экотоксикологическая оценка фосфоритов месторождений Украины при использовании их в качестве удобрений.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология.- Национальный аграрный университет, Киев, 1999.

Зависимость Украины от внешнего рынка фосфорного сырья диктует необходимость освоения и использования местных залежей фосфоритных руд. Фосфориты в своем составе имеют определенное содержание токсических элементов-примесей - тяжелых металлов, радиоактивных изотопов, фтора и др. Необходимым условием экотоксикологического обоснования их применения в качестве средств химизации сельского хозяйства является - количественная оценка полютантов в фосфоритах, изучение процессов транслокации в системе "фосфорит-почва-растение".

В 1995-1998 гг. в Институте агроэкологии и биотехнологии и на базе Черниговской опытной станции проводились аналитические, вегетационные, лизиметрические, полевые исследования украинских фосфоритов различных месторождений.

Фосфоритные руды в зависимости от их генезиса, географического распространения отличаются по минералогическому, химическому составу, содержат разное количество экотоксикантов. В результате исследований определено валовое содержание тяжелых металлов (ТМ), фтора, радиоактивных изотопов урана, тория в отечественных фосфоритах. Количество кадмия в фосфоритном сырье не превешает ГДК. Содержание фтора в фосфоритных концентратах в 5-10 раз больше, чем в необогащенных фосфоритах. Установлено, что значительная часть ТМ в фосфоритах находится в легко растворимой, потенциально доступной растениям форме. Кислая реакция среды способствует переходу из фосфоритов в почвенный раствор более 50% от общего содержания цинка, никеля, кобальта, меди. При применение фосфоритов наблюдалось повышение подвижных форм ТМ в почве. В большинстве случаев была отмечена тесная корреляционная зависимость между содержанием потенциально доступных форм ТМ в фосфоритах и количеством ТМ в подвижных формах в почве. Использование фосфоритов на дерново-среднеподзолистой почве не превышало уровня ПДК, установленого для подвижных форм ТМ в почве. В результате лизиметрических исследований показано, что Волынский зернистый фосфорит, на фоне минеральных и органических удобрений, оказывает влияние на вертикальную миграцию по профилю почвы цинка, никеля, свинца. При изучении транслокации ТМ в система "фосфорит-почва-растение" отмечено увеличение количества цинка и меди в растениях. При этом, превышения МДУ ТМ в растениях не выявлено.

В результате исследований установлено, что содержание полютантов в украинских фосфоритах не превышает экотоксикологических нормативов, их применение в качестве удобрений не создает угрозы загрязнения агросферы.

Ключевые слова: экотоксикология, фосфориты, экотоксиканты, агроэкосистемы, риск применения.

важкий метал фторидний ґрунт

Buozshis H.O. Ekotoxicology estimation of localmines phosphorites of the Ukraine by using it as a fertilizers.- Manuscript.

Thesis for a candidates degree of agriculture sciences, the speciality 03.00.16 - ecology.- National Agrarian University, Kyiv, 1999.

The dissertation devoted to problems of enviromental protection came up by using phosphates fertilizers with low persents contain phosphorus in it (phosphorites). It is given a new approach to qolity estimatien of phosphates raw material. It gives the possiblity to characterize the phosphates raw material by concrete ecotoxicology indexes. For the first time, it is made the complex ecotoxicology estimation of potential and actual risk of local mines phosphorites application as a fertilizers. It is discovered a different levels of mability forms conten of harmul elements (heavy metals, fluoride, radioactive isotopes) at different mine's raw materials. It is defermined an accumulations coefficients and migration of heavy metals mobility combination at the agroecosistems elements. The main resultats of the dissertation can be using in the agriculture production at the technology elaboration and optimization of local raw materials using which coulduit distroy the equilibrium at the ecosistems and be using at the agroecology monitoring which includes complex enrironmental estimation.

Key words: ecotoxicology, phosphorites, agroecosistems, risk of using.

Размещено на Allbest.ru