Міграція важких металів у системі ґрунт-рослина техногенних ландшафтів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр

Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Міграція ВАЖКИХ МЕТАЛІВ у СИСТЕМІ ҐРУНТ-РОСЛИНА техногенних ландшафтів (На прикладі м. Луганська)

03.00.18 - ґрунтознавство

Ситіна Ольга Михайлівна

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Луганському інституті агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України

Науковий керівник доктор сільськогосподарських наук, професор

Фатєєв Анатолій Іванович, Національний науковий центр «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського», завідувач лабораторії охорони ґрунтів від техногенного забруднення

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор, академік УААН, заслужений діяч науки і техніки України, Медведєв Віталій Володимирович, Національний науковий центр «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського», головний науковий співробітник лабораторії геофізики ґрунтів

доктор біологічних наук, професор, Горін Микола Олександрович, Харківський національний аграрний університет імені В.В. Докучаєва, професор кафедри ґрунтознавства

Захист відбудеться «28» жовтня 2010 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського» за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського» за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4

Автореферат розісланий “24” вересня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Шимель

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

ґрунт важкий метал рослина

Актуальність теми. Зростаючий вплив господарської діяльності людини на природне середовище досяг рівня, за якого відбуваються істотні зміни в усіх компонентах біосфери. Складна економічна ситуація не дозволяє промисловим підприємствам приділяти належну увагу охороні навколишнього середовища. Як наслідок - порушення екологічної рівноваги, посилення негативного впливу антропогенних факторів на всі ланцюги екосистеми. Від якості навколишнього середовища залежить здоров'я населення - тільки чиста природа гарантує людині конституційні права «на забезпечення екологічної безпеки і підтримання екологічної рівноваги на території України, збереження генофонду українського народу» (Конституція України ст. 50).

Одним із найсильніших факторів знищення компонентів біосфери є забруднення середовища, передусім хімічними речовинами. Найбільш небезпечними забруднювачами атмосферного повітря, ґрунту, води, рослинності, а в подальшому - тварин і людини, є важкі метали (ВМ). У ході еволюції живі організми адаптувалися до природних концентрацій хімічних елементів (Б.А. Ягодин, 1989). Але при перевищенні певних концентрацій ВМ у природних об'єктах метали починають діяти як токсиканти, що призводить до порушення кругообігу речовин, стійкості біологічних систем, динаміки розвитку екосистем.

Основними джерелами надходження ВМ до біосфери є промислові підприємства та автотранспорт. У більшості випадків накопичення вмісту ВМ відбувається в зонах впливу викидів підприємств, що займають значні площі. Інтенсивність і різноманітність антропогенної дії перевищують темпи адаптації, а також стійкість природної системи, що викликає суттєві й часто незворотні зміни навколишнього міського середовища (М.Н. Строганова, 1997).

Кількість населення України, що мешкає у містах, за останні роки майже подвоїлась (Ф.В. Стольберг, 2000). Луганська область належить до регіонів із інтенсивною промисловістю різних галузей та високою щільністю населення. Вугледобувна галузь області виробляє більше 30 % загального обсягу продукції в країні, металургійний комплекс - 10 %, а питома вага області у виробництві мінеральних добрив перевищує 12 % (Ф.В. Стольберг, 2000). Безпосередньо на території Луганська розташовані підприємства чорної металургії, машинобудування і металообробки, хімічної, деревообробної та інших галузей. Тому саме на прикладі урбанізованої території, що представлена промисловим центром, особливо актуальним є вивчення техногенного впливу на екосистему для розробки раціональних способів відновлення та стабілізації її стану.

Покращення якості стану техногенно-перетворених територій є можливим лише за умов вивчення та контролю системи повітря-ґрунт-рослина, оскільки кожний компонент у цих умовах виконує ті ж самі екологічні функції, як і в природних. Погіршення якості хоча б одного з таких компонентів техногенно-перетвореного ландшафту нерідко призводить до гострих токсико-екологічних ситуацій (Д.С. Орлов, 2000). Це викликає необхідність проведення досліджень стану атмосферного повітря, природних вод, ґрунтового й рослинного покриву, які дозволять розробити ефективні засоби охорони навколишнього середовища щодо зменшення потоків хімічних забруднюючих речовин, а також обмежити або повністю усунути токсичний вплив різних речовин і сполук техногенного походження на рослинний і тваринний світ, запобігти їх негативному впливу на здоров'я людини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що склали основу дисертаційної роботи, виконані в Луганському інституті агропромислового виробництва УААН за тематичними планами НДР у відповідності із завданням 02.03 «Встановити допустимі рівні вмісту забруднювачів у ґрунтах та закономірності їх міграції в системі ґрунт-рослина» НТП УААН «Родючість ґрунтів» 1996-2000 рр. (№ ДР 0196U012533), завданням 02.01: «Розробити критерії, нормативну базу оцінки небезпеки техногенно-забруднених ґрунтів та технології їх меліорації» НТП УААН «Родючість і охорона ґрунтів» 2001-2005 рр. (№ ДР 0102U001278) та завданням 01.02.04-044 «Розробити систему критеріїв для оцінки забруднення систем «ґрунт-рослина» та «повітря-рослина» важкими металами за ґрунтового та аерального шляхів їх надходження у довкілля» НТП УААН 01 «Родючість, охорона та екологія ґрунтів» 2006-2010 рр. (№ ДР 0106U002944).

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є встановлення закономірностей міграції важких металів в системі ґрунт-рослина.

Для реалізації поставленої мети передбачалося вирішення таких завдань:

визначити фоновий вміст ВМ у ґрунтах і рослинах в умовах природно-заповідних територій;

вивчити властивості ґрунтів урбанізованої території, що обумовлюють їх стійкість до забруднення ВМ;

встановити кількість ВМ в атмосферних опадах та оцінити їх вплив на рухомість важких металів у ґрунтах та накопичення в рослинах;

визначити просторовий розподіл ВМ у ґрунтах і рослинах урбанізованої території та скласти картосхеми;

встановити закономірності міграції ВМ у системі повітря-ґрунт-рослина.

Об'єкт дослідження - міграція важких металів у системі ґрунт-рослина техногенних ландшафтів.

Предмет дослідження - вміст важких металів у ґрунтах, рослинах і атмотехногенних випадіннях.

Методи дослідження. В основу вивчення закономірностей розподілу важких металів у системі ґрунт-рослина покладено ландшафтно-геохімічний, лабораторно-аналітичний, порівняльно-аналітичний, картографічний, математико-статистичний методи досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів:

встановлено закономірності надходження ВМ у ґрунти й рослини м. Луганська та доведено необхідність контролю за станом ґрунтів і рослин в умовах техногенного забруднення промислових міст;

обґрунтовано критерії для комплексної ґрунтово-екологічної оцінки техногенного ландшафту на основі показників концентрацій ВМ у ґрунтах, рослинах та атмотехногенних випадіннях;

вперше проведено районування території м. Луганська за вмістом валових і рухомих форм важких металів у ґрунтах та складено картосхеми поширення ВМ, які дозволили диференціювати рівні просторового забруднення ґрунтів і трав'янистої рослинності;

доведено, що чорноземи звичайні техногенного ландшафту завдяки середній і підвищеній буферності здатні регулювати міграцію важких металів до рослин;

встановлено, що для ячменю (Hordeum Vulgare L.), пирію повзучого (Elitrigia repens (L) Nevski), подорожника великого (Plantago major) і кульбаби лікарської (Taraxacum officinale Wigg) у накопиченні окремих ВМ домінує аеральна складова, а для томатів звичайних (Lycopersicum esculentum), капусти городньої (Brassica oleracea), моркви посівної (Daucus sativus) і картоплі (Solanum tuberosum) - аеральна та ґрунтова.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень є інформаційною базою даних для розробки нормативних показників якості екосистем та проведення локального моніторингу ґрунтового та рослинного покривів, а також для створення моделей раціонального використання урбанізованих територій.

Матеріали дисертаційного дослідження використовуються в повсякденній роботі управлінням з питань екологічної безпеки Луганської міської ради, застосовані у Програмі інформаційної системи м. Луганська та враховані при розробці ґрунтово-екологічного блоку моніторингу й корегуванні грошової оцінки урбанізованих земель.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні наукових ідей, що складають наукову новизну дисертації; аналізі літературних джерел за темою роботи; проведенні польових і лабораторно-аналітичних досліджень; виконанні статистично-математичної обробки та узагальненні експериментальних результатів; формулюванні висновків та рекомендацій виробництву; написанні дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і одержали позитивну оцінку на VI (м. Умань, 2002) і VII (Київ, 2006) з'їздах Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків, наукових конференціях Луганського національного аграрного університету в 2003, 2005, 2008 рр., на міжнародній конференції «Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення» (м. Львів, 2003 р.), на ІІ Міжнародній науково-технічній конференції «Екологія промислових регіонів» (Луганськ, 2008).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 12 наукових праць, з них 7 статей, у тому числі 3 - у фахових виданнях.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, рекомендацій виробництву й списку використаних джерел, який налічує 253 найменування, у тому числі 35 іноземних. Повний обсяг дисертації - 235 сторінок комп'ютерного тексту (із них основного тексту 117 сторінки), у тому числі 26 таблиць, 50 рисунків, 12 додатків.

Основний зміст роботи

Важкі метали в атмотехногенних випадіннях, ґрунтах і рослинах урбанізованих територій (аналітичний огляд літератури). Узагальнюються дані літературних джерел про стан та проблеми техногенно-забруднених територій України, Росії та світу. Розділ спрямований на узагальнення існуючої інформації щодо необхідності й токсичності важких металів для живих організмів, їхньої поведінки в компонентах біосфери, джерел надходження та розповсюдження. Відмічено важливу роль ґрунтів у екологічній рівновазі техногенних ландшафтів. На основі аналізу та узагальнення наукової літератури обґрунтовано напрямки та доцільність проведення досліджень за темою дисертації.

Об'єкти та методи дослідження. Для вивчення транслокації важких металів у рослини за умов їх аерального, ґрунтового та комбінованого надходження досліджувались ґрунти, атмосферні опади, трав'яниста рослинність та овочева продукція в умовах техногенного ландшафту.

Як еталон природної екосистеми використано відділення «Стрільцівський степ» Луганського природного заповідника, де ґрунти представлені чорноземами звичайними середньогумусними важкосуглинкового гранулометричного складу на лесовидному суглинку. Досліджені рослини належать до різних родин: Asteraceae (Айстрові), Poaceae (Злакові), Lamiaceae (Ясноткові), Euphorbiaceae (Молочайні), Ranunculaceae (Жовтецеві), Fabaceae (Бобові), Rubiaceae (Маренові).

В умовах різного ступеня техногенного навантаження закладено 53 ділянки спостережень на території м. Луганська (5х5 м), що дозволило оцінити стан ґрунтів, рослин та атмосферних опадів щодо забруднення важкими металами та встановити ареали розповсюдження забруднюючих елементів. Пробні ділянки характеризуються типовим ландшафтом місцевості, однорідністю ґрунтового та рослинного покривів, ідентичністю кліматичних умов та закладені з урахуванням використання території відповідно до рекомендацій і нормативно-методичної літератури (Ю.Е. Сает, И.Л. Башаркевич, Б.А. Раевич, 1982.; В.А. Большаков, Ю.Н. Водяницкий, 1999; С.А. Балюк, А.І. Фатєєв, М.М. Мірошниченко, 2004; Інструкція щодо відбору проб ґрунтів.., 2005). Окрім типовості пробної ділянки, було виключено можливість впливу локальних джерел забруднення (автодоріг, котельних тощо). Міські ґрунти представлені переважно чорноземами звичайними на лесовидному суглинку.

Досліджувана трав'яниста рослинність представлена різними, але найбільш розповсюдженими видами: Agropyrum repens P.B. (пирій повзучий), Plantago major (подорожник великий) і Taraxacum officinale (кульбаба лікарська). Одна частина рослинної проби аналізувалася без попередньої підготовки, а друга - відмивалася дистильованою водою.

Також досліджувалися ґрунти й овочева продукція на присадибних ділянках приміської території та в межах міста. Досліджувані городні культури представлені Lycopersicum esculentum (томат звичайний), Brassica oleracea (капуста городня), Daucus sativus (морква посівна), Solanum tuberosum (картопля).

Фізичні, фізико-хімічні, хімічні характеристики ґрунтів вивчали з використанням загальноприйнятих методик (Є.В. Аринушкина, 1970; Агрохімічні методи дослідження ґрунтів, 1975; С.Ю. Булигін, С.А. Балюк, А.Д. Міхновська, Р.А. Розумна, 1999; С.А. Балюк, 2004; 2005) та ДСТУ.

Гранулометричний склад ґрунтів визначали методом піпетки в модифікації Н.А. Качинського (ДСТУ 4730:2007); органічну речовину - за методом І.В. Тюріна в модифікації В.М. Сімакова, спалювання за Б.А. Нікітіним (ДСТУ 4289:2004); обмінно-увібрані катіони (Са²⁺ та Mg²⁺) - методом Гіссинга в модифікації І.В. Тюріна; рухомі сполуки фосфору - модифікованим методом Б.П. Мачигіна (ДСТУ 4114-2002); реакцію середовища (рН) - потенціометричним методом (ДСТУ ISO 10390-2001).

Вміст важких металів (Cd, Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Mn, Co) у ґрунтах, рослинах, атмосферних опадах, овочевій продукції визначали на атомно-абсорбційних спектрофотометрах “Сатурн-3П” з графітовим комплексом і С-115М. Екстракцію валових форм ВМ із ґрунтових проб проводили за методом ЦІНАО (концентрована HNО₃); рухомих форм - за методом М.К. Крупського й Г.М. Александрової в буферній амонійно-ацетатній витяжці з рН 4,8 (ДСТУ 4770.1:2007 - ДСТУ 4770.9:2007); мінералізацію рослин та овочевої продукції - згідно з ГОСТ 26929-86; снігової води - за методом І.Г. Важеніна.

Картографування результатів досліджень та їх просторовий аналіз виконані на електронній карті м. Луганська масштабу 1:10000 із застосуванням програмного забезпечення фірми ESRI при використанні GRID-моделі з IDW-методом інтерполяції (з урахуванням ваги точок у зворотній залежності від відстані).

В 2002-2004 рр. проведено вегетаційний дослід для встановлення закономірностей накопичення ВМ (Сu, Ni, Сd) рослинами із ґрунту й повітря (схема досліду табл. 1).

Таблиця 1

Схема проведення досліду

Рівні ґрунтового забруднення	Рівні аерального забруднення
	0 - без обприску-вання	1 - Сu -14; Ni-38; Сd-0,4 (мг/м2)	2 - Сu-28; Ni-67; Сd-0,7 (мг/м2)	3 - Сu-42; Ni-100; Сd-1,0 (мг/м2)
0 - фоновий ґрунт	00	01	02	03
1 - Сu-20; Ni-48; Сd-0,5 (мг/кг ґрунту)	10	11	12	13
2 - Сu-40; Ni-96; Сd-1,0 (мг/кг ґрунту)	20	21	22	23
3 - Сu-60; Ni-144; Сd-1,5 (мг/кг ґрунту)	30	31	32	33

Трансформацію ВМ до рослин вивчали на чорноземі звичайному з наступними агрохімічними показниками: рН_вод - 7,8, органічна речовина - 4,54 %, нітрифікаційна здатність - 23,4 мг/кг, обмінно-увібрані катіони Са²⁺ та Mg²⁺ - 39,7 і 5,0 мг-екв/100 г ґрунту відповідно, вміст рухомих форм Р₂О₅ - 56 мг/кг ґрунту, сухий залишок водної витяжки - 0,113 %. Як тест-культура використано ячмінь сорту Донецький 12. Повторність досліду чотириразова. Дослід закладено в пластикових судинах місткістю 0,8 дм³. Вага повітряно-сухого ґрунту в судині склала 0,7 кг. У ґрунт було внесено СuSO₄ ^. 5Н₂О, NiSO₄ ^. 7Н₂О, 3СdSO₄ ^. 8Н₂О відповідно до рівня ґрунтового забруднення. Моделювання аерального забруднення виконувалося обприскуванням рослин.

Результати досліджень оброблялися методами математичної статистики з використанням пакетів стандартних програм «Microsoft Excel 2000» і «Statistika 5.0».

Фоновий вміст важких металів у ґрунтах і рослинах. За еталон прийнято вміст ВМ у ґрунті та рослинах відділення Луганського природного заповідника «Стрільцівський степ».

Для чіткого виділення ареалів локального забруднення природний геохімічний фон м. Луганська визначали шляхом статистичного аналізу вибірки проб, відібраних за межами істотного впливу джерел надходження забруднюючих речовин. За фонове значення вмісту елемента в типовому ґрунті для техногенного ландшафту приймали середнє значення цієї вибірки з довірчим інтервалом в межах стандартної помилки (табл. 2).

Визначений природний фон рухомих форм ВМ в ґрунтах м. Луганська становить: Zn - 1,0±0,2 мг/кг ґрунту, Cd - 0,13±0,01, Ni - 1,5±0,14, Co - 0,9±0,1, Mn - 30,0±0,9, Cu - 0,4±0,1, Cr - 0,4±0,03, Pb - 1,9±0,2 мг/кг ґрунту. Встановлені фонові значення як валових, так і рухомих форм є близькими до наявних літературних даних для зональних ґрунтів Луганської області (Л.П. Головіна, В.Ф. Гахов, 1987; Фоновий вміст, 2003).

Таблиця 2

Фоновий вміст валових важких металів в ґрунтах Луганської області,

мг/кг ґрунту

Місце обстеження	Zn	Cd	Cu	Pb	Ni	Mn	Co	Cr
Заповідник «Стрільцівський степ»	55,0	0,3	22,0	17,2	47,0	820	18,2	52,0
м. Луганськ (поза зоною впливу промислових підприємств)	59,0	0,3	19,9	19,1	28,4	364	13,6	79,9
За літературними даними (Фоновий вміст.., 2003)	58,0	-	20,4	12,7	22,0	503	23,8	55,0

В умовах заповідника «Стрільцівський степ» вміст ВМ в рослинах різних родин змінюється в широких межах. Родини айстрових та бобових здатні накопичувати Cu, Cr, Ni, Pb, Cd в більших кількостях, ніж рослини інших досліджених родин. Найменший вміст ВМ встановлений в рослинах родини злакових. У середньому досліджені рослини заповідника «Стрільцівський степ» накопичують Cu - 4,0 мг/кг сух.реч.; Cr - 0,58; Ni - 0,57; Pb - 0,31; Cd - 0,05 мг/кг сух.реч.

Загальна характеристика техногенного ландшафту. Наведено сучасне використання території м. Луганська, характеристику виробничого комплексу, якісний та кількісний склад викидів основних підприємств, розглянуто природно-кліматичні умови та визначено кількість ВМ, які надходять із атмосферними опадами.

Структура ґрунтового покриву має велике значення для оцінки потенційної небезпеки хімічного забруднення території. Загроза забруднення ґрунтів і подальший вплив забруднюючих речовин обумовлено, з одного боку, властивостями цих речовин (розчинністю, здатністю до утворення малорухомих комплексів із різними ґрунтовими компонентами, стійкістю сполук до впливу мікроорганізмів), з іншого боку - протекторними (захисними) властивостями ґрунту, що визначаються насамперед вмістом у ньому органічної речовини, гранулометричним складом, кислотністю, окислювально-відновним потенціалом, присутністю карбонатів і полуторних окислів (К.В. Верігіна, 1964; В.А. Ковда, 1985; К. Реуце, С. Кирстя, 1986).

За гранулометричним складом досліджувані ґрунти належать до важкосуглинкових і легкоглинистих із вмістом фізичної глини від 48 до 73 %. Серед фракцій переважає фракція мулу, яка складає 31-51 %. У поверхневому шарі рН коливається від 7,3 до 8,0, що визначає ґрунти як слаболужні. Для досліджених ґрунтів є характерним високий вміст органічної речовини, що в середньому складає 5,2 % й змінюється від 2,9 до 7,1 %. Сума обмінно-увібраних катіонів у верхньому шарі ґрунтів складає від 26,8 до 35,3 мг-екв/100г ґрунту. Серед катіонів переважає Са²⁺, вміст якого дорівнює 83-98 % від їх суми. Загальні властивості досліджених міських ґрунтів є наближеними до аналогічних показників зонального ґрунту.

Використовуючи метод бальної оцінки кількісних параметрів основних властивостей ґрунту, визначено показник сумарної буферної здатності ґрунтів за В.Б. Ільїним (1995), відповідно до якого досліджені ґрунти мають середню й підвищену буферність до забруднення ВМ.

Залежно від ряду факторів (віддаленість джерела забруднення, напрямок і сила вітру, хімічний склад, вологість тощо) на території міста відбувається нерівномірний розподіл ВМ у складі атмосферних опадів. Максимальний вміст досліджених ВМ на території м. Луганська встановлено в зоні впливу викидів промислових підприємств і автодоріг. У фракційному складі снігової води переважають водорозчинні форми досліджуваних ВМ, які в середньому складають близько 60 % від загального вмісту (табл. 3).

Таблиця 3

Вміст ВМ в снігових опадах м. Луганська

Одиниця вимірювання	Cd	Cu	Cr	Pb	Ni
мг/м2 за рік	1,12* 0,17-8,06	41,9 4,7-111,5	20,6 6,1-63,7	60,4 1,0-254,1	89,9 1,2-399,4
мкг/л	0,77 0,08-5,58	27,1 4,0-120,0	12,1 4,2-31,3	34,8 1,0-87,0	60,0 1,0-280,0
% розчинних форм	58 6 - 98	66 12 - 96	53 25 - 88	59 1 - 94	68 15 - 98

Примітка. * - чисельник - середній вміст елементу; знаменник - межі коливань

Міграція і трансформація важких металів у системі ґрунт-рослина в умовах техногенного ландшафту. У розділі наведено вміст ВМ у ґрунтах, трав'янистій рослинності, овочевій продукції та відображено просторове поширення забруднювачів на території м. Луганська.

Отримані результати свідчать, що серед забруднювачів навколишнього середовища найбільшу небезпеку в умовах техногенного навантаження становлять рухомі форми ВМ (табл. 4). Їх закріпленню в чорноземних ґрунтах сприяє слаболужна реакція й високий вміст органічної речовини. Проте постійний привніс ВМ в складі газопилових викидів промислових підприємств впливає на підвищення їх вмісту у ґрунті.

Таблиця 4

Вміст ВМ в ґрунтах м. Луганська, мг/кг ґрунту

Показник	Zn	Cu	Ni	Cd	Pb	Mn	Cr
Валові форми
Середнє та межі коливань	142 37-645	38 11-133	156 14-900	1,0 0,2-12,6	33 10-81	393 161-732	86 30-287
Фон	59	20	28	0,3	19	364	80
ГДК	300	55	85	3,0	32	1500	100
Рухомі форми
Середнє та межі коливань	17,8 0,3-123	2,1 0,2-26	3,1 1-38	0,5 0,1-4,3	5,5 1-19	54 20-216	0,6 0,1-4,8
Фон	1,0	0,4	1,5	0,13	1,9	30	0,4
ГДК	23,0	3,0	4,0	0,7	6,0	100	6,0

Цинк. Вміст Zn у ґрунтах м. Луганська коливається в широкому діапазоні: валовий від 37 до 645 мг/кг, рухомих форм від 0,3 до 122,5 мг/кг ґрунту (табл. 4). Концентрації Zn в ґрунті на рівні природного фонового вмісту встановлені на окраїні міста, що пояснюється віддаленням ділянок спостережень від впливу викидів промислових підприємств. Вміст рухомих форм Zn у ґрунтах, вищий за 5 мг/кг, виявлено на 60 % від загальної площі обстеженої території. Перевищення ГДК (300 мг/кг) за валовим вмістом Zn встановлено на 5 % дослідженої території, а за вмістом рухомих форм - на 20 % від загальної площі дослідженої території. Ареали підвищеного вмісту Zn в ґрунті приурочені до зони впливу викидів потужних промислових підприємств, вплив яких підтверджується результатами дисперсійного аналізу.

Досліджена трав'яниста рослинність відрізняється за рівнем накопичення Zn в залежності від видової приналежності. Встановлено, що пирій повзучий здатний накопичувати значно меншу кількість Zn (11-43 мг/кг сух.реч.) у порівнянні з кульбабою лікарською (26-83 мг/кг сух.реч.) і подорожником великим (33-84 мг/кг сух.реч.) (рис. 2).

На листовій поверхні подорожника великого в складі пилу Zn міститься в більших кількостях ніж на листі пирію повзучого й кульбаби лікарської. Забруднення Zn трав'янистої рослинності встановлено на ділянках, де рухомість цього елемента в ґрунті перевищує 6 % від валового вмісту.

Вміст рухомих форм Zn у ґрунтах присадибних ділянок на приміській території коливається від 0,3 до 6,5 мг/кг ґрунту, тоді як на території міста він змінюється від 9,0 до 94,4 мг/кг ґрунту. Досліджені овочеві культури накопичують Zn в таких кількостях: томати - 0,7-3,4 мг/кг н.в. (натуральної вологості); капуста - 0,6-5,3; морква - 1,5-4,4; картопля - 1,3-4,7 мг/кг н.в. Найбільші коливання концентрацій Zn встановлені в капусті (рис. 3). У цілому вміст Zn в овочевій продукції не перевищує ГДК, що становить 10,0 мг/кг н.в.

Мідь. Забруднення ґрунтів Cu на території м. Луганська є помірним і має локальний характер поширення (валовий вміст - 11-133 мг/кг; вміст рухомих форм - 0,2-26,2 мг/кг ґрунту). Підвищені концентрації валових форм Cu (>50 мг/кг) встановлено на 20 % від загальної обстеженої території, що перевищує фонові значення в 2 рази й більше; вміст рухомих форм Cu більший 1,0 мг/кг - на 60 % обстеженої території. Відмічається висока рухомість Cu у ґрунтах (до 20 % від валового вмісту), і в середньому цей показник перевищує рухомість Cu в зональних ґрунтах у 3 рази.

За результатами порівняльного аналізу здатності трав'янистих рослин накопичувати Cu встановлено, що кульбаба лікарська (9-22 мг/кг сух.реч.) і подорожник великий (6-14 мг/кг сух.реч.) накопичують Cu в більших кількостях, ніж пирій повзучий (2-11 мг/кг сух.реч.) (див. рис.2). На листовій поверхні досліджених трав'янистих рослин середній вміст Cu в складі пилу є практично однаковим (близько 15 %).

Хоча вміст рухомих форм Cu в ґрунтах присадибних ділянок міста є високим (від 1,0 до 25,0 мг/кг), забруднення овочевої продукції цим елементом на досліджених ділянках не встановлено (рис.3). Це свідчить про обмеження надходження надлишкових концентрацій Cu до рослинницької продукції. Більшою мірою Cu накопичується картоплею (до 1,2 мг/кг н.в.) в порівнянні з іншими дослідженими овочевими культурами.

Нікель. Основна частина ґрунтів міста не забруднена Ni, і його вміст є на рівні природного фону. Забруднення Ni навколишнього середовища м. Луганська спостерігається тільки в зоні поширення викидів ЗАТ «Луганські акумулятори», де прилеглі ґрунти мають небезпечний рівень забруднення цим елементом (валовий вміст 115-900 мг/кг; вміст рухомих форм 5-38 мг/кг).

Накопичення Ni трав'янистою рослинністю на території м. Луганська має значні міжвидові розбіжності: найбільше Ni поглинається подорожником великим (в середньому 7 мг/кг сух.реч.), а найменше - пирієм повзучим (у середньому 3 мг/кг сух.реч.) (рис. 2). Порівнюючи вміст цього токсичного елемента в рослинах із його природними рівнями накопичення та враховуючи осередки забруднених ґрунтів, можна з високим ступенем ймовірності припустити, що забруднення досліджених рослин Ni відбувається внаслідок його надходження безпосередньо з атмосферними випадіннями через листову поверхню.

Вміст Ni в ґрунтах присадибних ділянок міста перевищує фонові значення до 2,5 разів і не перевищує ГДК. Овочева продукція містить Ni на допустимому рівні (від 0,1 до 0,5 мг/кг н.в.). Морква накопичує Ni в більш широкому діапазоні в порівнянні з іншими дослідженими культурами (рис. 3).

Кадмій. Вміст Cd в ґрунтах міста на рівні природного фону встановлено на 60 % обстеженої території. Забруднення Cd навколишнього середовища міста виявлено в зоні впливу викидів ЗАТ «Луганські акумулятори», що обумовлено технологічним процесом підприємства. Ґрунти на цій території зазнають забруднення Cd як за валовим вмістом (1,4-12,6 мг/кг), так і за вмістом рухомих форм цього елемента (0,5-4,3 мг/кг). Забруднення ґрунтів Cd на території садового господарства (2,0 мг/кг) сталося через внесення осадів стічних вод, які розміщені неподалік.

Кульбаба лікарська має значно більшу верхню межу накопичення Cd в порівнянні з іншими дослідженими рослинами (до 12 мг/кг сух.реч.) (рис. 2). На листовій поверхні рослин у складі пилу встановлено близько 15 % Cd, хоча цей показник змінюється у великих межах. У найменших кількостях Cd міститься в складі пилу на поверхні подорожника великого, що обумовлено наявністю воскового шару, який запобігає накопиченню токсиканта на листовій поверхні. Максимальні значення вмісту Cd в досліджених рослинах перевищують його природну концентрацію в десятки разів. Встановлено тісний кореляційний зв'язок між вмістом Cd в ґрунті та рослинах (R=0,96-0,98).

У ґрунтах міських присадибних ділянок валовий вміст Cd дорівнює 0,3-3,3 мг/кг ґрунту, вміст рухомих форм - 0,15-2,0 мг/кг ґрунту. Максимальний вміст рухомих форм Cd (2,0 мг/кг ґрунту) перевищує фоновий рівень в 15 разів і ГДК майже в 3 рази. Найбільші кількості Cd серед досліджених культур накопичують картопля й морква (0,1 мг/кг н.в.) (рис. 3). Концентрація Cd в овочевій продукції перевищує ГДК до 4 разів на присадибних ділянках, які розташовані в зоні впливу викидів ЗАТ «Луганські акумулятори».

Свинець. Встановлено підвищений вміст Pb у ґрунтах значної частини міста, що обумовлено великою кількістю автотранспорту в поєднанні з викидами промислових підприємств. Перевищення фонового рівня більше ніж у 2 рази за валовим вмістом Pb в ґрунті встановлено на 40 %, за вмістом рухомих форм Pb - на 50 % обстеженої території. У центральній частині міста забруднення ґрунтів Pb відбувається більшою мірою, ніж в інших районах, внаслідок інтенсивного потоку автотранспорту та впливу ЗАТ «Луганський трубний завод». Поблизу цього підприємства вміст рухомих форм Pb в ґрунтах перевищує фоновий рівень більш ніж в 9 разів і ГДК - в 3 рази.

На всій дослідженій території спостерігається відносно висока рухомість Pb в ґрунті. На ділянках, де вміст рухомих форм Pb в ґрунті є вищим за 6,0 мг/кг, рухомість дорівнює 18 - 44 % його валового вмісту.

Кульбаба лікарська й подорожник великий містять Pb приблизно в однакових кількостях (0,4-18,0 мг/кг сух. реч.). Пирій повзучий накопичує Pb значно менше в порівнянні з кульбабою лікарською й подорожником великим (0,3-9,0 мг/кг сух. реч.), що обумовлено їхніми фізіологічними особливостями. Досліджені види трав'янистої рослинності на значній території м. Луганська забруднені Pb внаслідок його аерального надходження. На листовій поверхні досліджених трав'янистих рослин середня кількість Pb коливається від 13 до 20 % від загальної концентрації цього елементу в рослинах.

На присадибних ділянках урбанізованої території вміст рухомих форм Pb у ґрунтах коливається від 1,4 до 9,8 мг/кг. В дослідженій овочевій продукції середні значення Pb встановлені на рівні 0,2 мг/кг н.в.. Томати й капуста містять Pb приблизно на однаковому рівні (0,1-0,3 мг/кг н.в.), а морква та картопля накопичують його інтенсивніше (0,1-0,7 мг/кг н.в.). Перевищення ГДК до 1,5 разів встановлено в картоплі, що вирощується поблизу інтенсивної автодороги. На інших присадибних ділянках вміст Pb в овочевій продукції відповідає допустимим нормативам.

Кобальт. На території м. Луганська забруднення навколишнього середовища Со не спостерігається, що підтверджується вмістом цього елемента в ґрунтах, рослинах і овочевій продукції на фоновому рівні. Вміст Со у трав'янистій рослинності відрізняється між видами, але змінюється в незначних межах.

Марганець. Розповсюдження Mn в ґрунтах і рослинах м. Луганська є розсіяним, що обумовлено присутністю сполук Mn в складі газопилових викидів декількох промислових підприємств. Підвищений вміст рухомих форм Mn у ґрунті (60-215 мг/кг ґрунту) встановлено на 25 % дослідженої території, що обумовлено впливом промислових викидів на його рухомість у ґрунті. Кульбаба лікарська містить Mn у більших кількостях, ніж подорожник великий та пирій повзучий. У немитих зразках подорожника великого та пирію повзучого концентрації Mn є близькими (18-80 мг/кг сух. реч.), але вміст цього елемента в митих зразках вказаних рослин відрізняється більш суттєво (пирій - до 65; подорожник - до 45 мг/кг сух.реч.). Це спричинено наявністю на листі подорожника великого воскового шару, через який значна кількість Mn утримується на поверхні рослин.

Вміст Mn у ґрунтах присадибних ділянок приміської та міської територій змінюється в однакових межах: валовий від 196 до 515 мг/кг ґрунту, рухомих форм від 29 до 64 мг/кг ґрунту. Вміст Mn в дослідженій овочевій продукції є низьким (0,3-1,8 мг/кг н.в.) і не перевищує допустимого рівня (20,0 мг/кг) (рис. 3).

Хром. Високі кількості Cr в досліджених ґрунтах обумовлені його значним вмістом у ґрунтотворних породах Донбасу. Концентрації Cr на рівні природного фону встановлені на основній частині обстеженої території (близько 70 %), а підвищений вміст цього елемента має локальний характер. Серед досліджених рослин пирій повзучий здатен накопичувати значно меншу кількість Cr як в митих, так і в немитих зразках. На листовій поверхні рослин виявлена значна кількість Cr в складі пилу, але більшою мірою Cr міститься на поверхні кульбаби лікарської.

Загальна оцінка стану урбанізованої території. Отримані результати геохімічного обстеження свідчать, що серед забруднювачів ґрунтів м. Луганська переважають рухомі форми ВМ. Їх закріпленню в ґрунті сприяє близька до нейтральної та слаболужна реакція і високий вміст органічної речовини в чорноземах звичайних, які переважають в ґрунтовому покриві міста. Через постійне привнесення ВМ разом з газопиловими викидами промислових підприємств у ґрунтах міста сформувався високий рівень концентрації їх рухомих форм. Загальна ситуація з забрудненням ґрунтів ВМ в місті несприятлива, а в зоні впливу викидів потужних промислових підприємств (ЗАТ «Луганські акумулятори», ЗАТ «Ливарно-механічний завод», ЗАТ «Луганський трубний завод») є критичною.

Максимальне забруднення ґрунтів валовими формами ВМ за сумарним показником забруднення виявлено в зоні впливу викидів ЗАТ «Луганські акумулятори» (Zс 47-115) і на території фруктового господарства внаслідок внесення в ґрунт осадів стічних вод станції біологічної очистки, яка розташована неподалік (Zс ? 32) (рис. 4.1).

Забруднення ґрунтів рухомими формами ВМ є більш критичним, ніж за валовим вмістом. Найбільш сприятлива ситуація щодо концентрації рухомих форм ВМ в міських ґрунтах (Z_с<16) складається на 50 % дослідженої території, де ґрунти зазнають слабкого впливу викидів промислових підприємств.

Ареали дуже небезпечного й надзвичайно небезпечного забруднення ґрунтів за вмістом рухомих форм ВМ складають близько 10 % обстеженої території, де забруднення ґрунтів відбувається привнесенням ВМ з викидами ЗАТ «Луганські акумулятори» (Z_с?64-168). Поблизу фруктового господарства сталося локальне забруднення через внесення осадів стічних вод (Z_с?160).

Небезпечне забруднення ґрунтів (32<Z_с<64) виявлено на 20 % обстеженої території, яка зазнає впливу викидів промислових підприємств, що розташовані на території міста (ЗАТ «Луганські акумулятори», ЗАТ «Ливарно-механічний завод», ЗАТ «Луганський трубний завод» тощо).

Решта дослідженої території міста за вмістом рухомих форм ВМ у ґрунті належить до помірно небезпечного рівня забруднення (Z_с=16-32), що відбувається внаслідок розсіювання викидів промислових підприємств на значні території та під впливом викидів від автотранспорту.

Закономірності міграції важких металів у системі повітря-ґрунт-рослина. За результатами статистичної обробки даних вегетаційного досліду отримано тісний кореляційний зв'язок між вмістом у ґрунті Cd і Ni (R=0,97-0,99). Це обумовлено їхніми синергічними властивостями, що підтверджується даними інших дослідників (А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас, 1989). Вміст Cu у ґрунті має слабкий кореляційний зв'язок із іншими металами (R=0,31-0,35).

Накопичення Cd ячменем відбувається як із ґрунту, так і аерально, але встановлено суттєвий зв'язок із ґрунтовим надходженням цього елемента до рослин (табл. 5). Поглинання Ni аерально відбувається більш інтенсивно, ніж із ґрунту, що також підтверджується суттєвим зв'язком. На вміст Сu в рослинах ячменю значний вплив має як ґрунтове, так і аеральне її надходження. За результатами досліду встановлено, що Cd поглинається рослинами інтенсивніше, ніж інші досліджені елементи.

Таблиця 5.3

Рівняння регресії накопичення ВМ рослинами ячменю

Елемент	Рівняння регресії	Кореляційне віднош., R	Суттєві зв'язки
Сd	0,26 + 0,93Сdг +0,75Cdа	0,89	Сdг
Ni	2,45 + 0,01Niг + 0,05Niа	0,91	Niа
Cu	9,20 + 1,44Сuг + 0,18Cuа	0,83	Cuг і Cuа

Примітка. Сd_г і Cd_а - рівень ґрунтового та аерального вмісту кадмію відповідно

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування і практичне вирішення питання геохімічних закономірностей міграції і акумуляції важких металів у системі ґрунт-рослина в умовах техногенного ландшафту. Проведено комплексну ґрунтово-екологічну оцінку м. Луганська на основі показників концентрацій важких металів у ґрунтах, рослинах та атмотехногенних випадіннях, що виявляється у складанні картосхем поширення важких металів, які дозволили диференціювати рівні просторового забруднення ґрунтів і трав'янистої рослинності на території міста.

В умовах природно-заповідної території встановлено фоновий рівень вмісту ВМ (Cd, Pb, Cu, Zn, Ni, Mn, Co, Cr) у чорноземі звичайному й рослинах різних родин.

Ґрунт урбанізованої території представлений чорноземом звичайним на лесовидному суглинку, який є ефективним бар'єром на шляху міграції елементів і відповідає середній і підвищеній буферності до забруднення ВМ. Цьому сприяє важкий гранулометричний склад ґрунту (ф. глина 48 - 69 %), слаболужна реакція ґрунтового розчину (рН 7,1 - 8,0) та високий вміст органічної речовини (2,73-7,23 %).

На території м. Луганська з атмосферними опадами привноситься Cd - 1,12 мг/м² на рік, Cu - 41,9, Cr - 20,6, Pb - 60,4, Ni - 89,9 мг/м² на рік переважно в розчинних формах, що обумовлено кислою реакцією опадів. Завдяки буферній здатності ґрунтів підкислення їх опадами не відбувається, однак рухомість ВМ перевищує природну до 3-х разів.

Основними елементами-забруднювачами ґрунтів і рослин м. Луганська виступають Zn, Cd, Ni, Pb, Cu. Ареали розсіювання Cd, Ni, Cu є локальними й приурочені до джерел надходження цих елементів, а Zn і Pb розповсюджуються на більшу відстань від джерел забруднення.

В умовах техногенного ландшафту 60 % ґрунтів зазнають поліелементного забруднення ВМ. За сумарним показником забруднення (Z_с) ґрунти поблизу промислових підприємств мають дуже небезпечний (Z_с=64-98) і надзвичайно небезпечний рівень забруднення (Z_с=137-168).

Накопичення ВМ рослинами обумовлено їхніми фізіологічними властивостями. Надходження ВМ до рослин відбувається із забрудненого ґрунту та аерально. Близько 30 % від загального вмісту ВМ утримується на листовій поверхні трав'янистої рослинності в складі пилових відкладень. Поглинання рослинами Cd, Zn відбувається переважно із ґрунту; Pb, Ni, Cr - аерально; Cu - приблизно рівною мірою.

Картопля та морква здатні поглинати ВМ більш інтенсивно, ніж томати та капуста. Забруднення ґрунтів та повітря викидами промислових підприємств сприяє високому рівню накопичення Cd і Pb у картоплі та моркві, де вміст цих елементів перевищує ГДК в 1,5-4,0 рази. Підвищений вміст у ґрунтах та атмотехногенних випадіннях Zn, Ni, Мn, Cu не призводить до накопичення цих елементів у овочевій продукції вище допустимого рівня.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Уповноваженим органам з питань екологічної безпеки пропонується провести ґрунтово-геохімічне обстеження для забезпечення ефективного моніторингу екологічно небезпечних районів міст та проведення рекультивації забруднених ґрунтів. Під час розробки ґрунтово-екологічного блоку моніторингу та корегування грошової оцінки земель урбанізованих територій рекомендується враховувати картографічне моделювання забруднення.

Землевласникам, які вирощують сільськогосподарську продукцію на присадибних ділянках, що розташовані в зоні впливу промислових підприємств, пропонується використовувати стійкі до забруднення культури (капуста, томати).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Сытина О.М. Содержание кадмия в почвах и овощных культурах г. Луганска / О.М.Сытина // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія “Біологічні науки”. - Луганськ, 2008. - Вип. 83. - С.164-168.

Фатєєв А.І. Забруднення важкими металами ґрунтів і овочевих культур м. Луганська / А.І. Фатєєв, О.Ю. Несмашна, О.М. Ситіна // Агрохімія і ґрунтознавство. - Харків, 2008. - № 68. - С. 127-130. (співавтор ідеї, методичні підходи, отримання та інтерпретація експериментальних даних, узагальнення, висновки)

Пащенко Я.В. Загрязнение сельскохозяйственных культур тяжелыми металлами из почвы и атмосферы / Я.В. Пащенко, А.И. Фатеев, Н.Н. Мирошниченко, О.М. Федорович // Агрохімія і ґрунтознавство. - Харків, 2003. - № 64. - С. 77-85. (співавтор ідеї, отримання та інтерпретація експериментальних даних)

Несмашная А.Е. Результаты геопространственного распределения Zn, Pb и Cu на территории г. Луганска / А.Е. Несмашная, А.Н. Джос, О.М. Сытина // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія “Сільськогосподарські науки”. - Луганськ, 2008. - Вип. 82. - С.155-161. (співавтор ідеї, аналіз стану проблеми, отримання та інтерпретація експериментальних даних, узагальнення, висновки)

Несмашная А.Е., Результаты геохимических исследований парковых зон г. Луганска / А.Е. Несмашная, О.М. Федорович // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія “Сільськогосподарські науки”. - № 30 (42). - Луганськ, 2003. - С. 43-47. (співавтор ідеї, отримання та інтерпретація експериментальних даних, узагальнення, висновки)

Федорович О.М. Экологическое состояние парковых зон г. Луганска / О.М. Федорович // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія “Сільськогосподарські науки”. - № 47 (70). - Луганськ, 2005. - С. 173-177.

Федорович О. М. Поступление тяжелых металлов в растения / О.М. Федорович // Научные труды Крымского государственного агротехнологического университета. Сельскохозяйственные науки. - Вып. 81. - Симферополь, 2003. - С. 94-98.

Несмашная А. Е. Накопление тяжелых металлов в растениях степных фитоценозов Донбасса / А.Е. Несмашная, Т.В. Сова, О.М. Федорович // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец. вип. до 6 зїзду УТҐА. - Харків, 2002. - Кн. 3. - С. 104-106. (співавтор ідеї, інтерпретація експериментальних даних, обробка результатів, узагальнення)

Сытина О.М. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях Луганска / О.М. Сытина // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец. вип. до 7 зїзду УТҐА. - Харків, 2006. - Кн. 3. - С. 297-298.

Жолудева И.Д. Функционирование почв в антропогенных экосистемах / И.Д. Жолудева, О.М. Федорович // Засади сталого розвитку аграрної галузі: Всеукраїн. конф. молод. вчен. 28-30 жовт. 2002 р.: тези допов. - К., 2002. - С. 14-15. (співавтор ідеї, методичні підходи, узагальнення, висновки).

Федорович О. М. Вміст важких металів у ґрунтах паркових зон м. Луганська / О.М. Федорович // Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення: міжн. конф. студентів і молодих вчених 11-13 квітня 2003 р.: тези допов. - Львів, 2003. - С. 236-238.

Федорович О. М. Тяжелые металлы в почвах г. Луганска / О.М. Федорович // Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона: міжн. наук.-прак. конф. 2-4 черв. 2003р.: матеріали конф. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 195-197.

АНОТАЦІЯ

Ситіна О.М. Міграція важких металів у системі ґрунт-рослина техногенних ландшафтів (на прикладі м. Луганська). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.18 - ґрунтознавство. - Національний науковий центр «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського», Харків, 2010.

У дисертаційній роботі розглянуті питання забруднення важкими металами ґрунтів і рослин техногенного ландшафту на прикладі м. Луганська. Проведено аналіз вітчизняних та зарубіжних літературних джерел і обґрунтовано необхідність проведення досліджень в умовах підвищеного техногенного навантаження. Для об'єктивної оцінки забруднення встановлено природний фоновий вміст важких металів у ґрунтах і рослинах в умовах Луганського природного заповідника. В умовах урбанізованої території, враховуючи стійкість ґрунтів до забруднення важкими металами, проведена оцінка якості трав'янистої рослинності й овочевої продукції, яка зростає на них.

Основними елементами-забруднювачами навколишнього середовища урбанізованої території визначені Zn, Cd, Ni, Pb, Cu. На присадибних ділянках м. Луганська встановлено забруднення Cd і Pb овочевої продукції (перевищення ГДК до 4 і 1,5 разів відповідно). Досліджено можливість застосовування геоінформаційних систем, що дозволило отримати тематичні картосхеми з межами розповсюдження забруднення важкими металами ґрунтів і рослинності на території Луганська.

Результати досліджень використовуються в повсякденній роботі управління Луганської міської ради з питань екологічної безпеки м. Луганська, застосовані в Програмі міської інформаційної системи м. Луганська та враховані при розробці ґрунтово-екологічного блоку моніторингу й корегуванні грошової оцінки урбанізованих земель.

Ключові слова: важкі метали, техногенний ландшафт, міські ґрунти, атмосферні випадання, ґрунтове й аеральне забруднення, трав'яниста рослинність, овочева продукція, просторове розповсюдження.

АНнОТАЦиЯ

Сытина О.М. Миграция тяжелых металлов в системе почва-растение техногенных ландшафтов (на примере г. Луганска). - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.18 - почвоведение. - Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского», Харьков, 2010.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы загрязнения тяжелыми металлами почв и растений техногенного ландшафта на примере г. Луганска. Проведен анализ отечественных и зарубежных литературных источников и обоснована необходимость проведения исследований в условиях повышенной техногенной нагрузки. Для объективной оценки загрязнения установлены фоновые уровни содержания тяжелых металлов в почвах и растениях в условиях Луганского природного заповедника. В условиях урбанизированной территории, учитывая устойчивость почв техногенного ландшафта к загрязнению тяжелыми металлами, проведена оценка качества травянистой растительности и овощной продукции, произрастающей на них. Исследована возможность использования геоинформационных систем, что позволило получить тематические картосхемы с границами распространения загрязнения тяжелыми металлами почв и растительности на территории Луганска.

По результатам проведенных исследований установлено, что поступление тяжелых металлов в атмосферу г. Луганска происходит с выбросами промышленных предприятий, которые расположены непосредственно на территории города и относятся к разным отраслям производства. Основными источниками загрязнения окружающей среды определены ЗАО «Луганские аккумуляторы», ЗАО «Литейно-механический завод», ЗАО «Луганский трубный завод». Значительный привнос загрязнителей в окружающую среду также происходит с выхлопными газами автотранспорта. В результате возможного внесения осадка сточных вод в почву на территории фруктового сада выявлено локальное загрязнение почв и растительности. На значительной территории города установлено загрязнение почвенного покрова и травянистой растительности Cd, Ni, Zn, Pb и Cu. Пространственный анализ содержания валовых и подвижных форм исследуемых тяжелых металлов указывает на ареалы распространения загрязнения почв, в результате чего определены источники их основного поступления. Исследованные виды травянистой растительности имеют существенные различия в уровнях накопления тяжелых металлов. Установлены количества Cd, Pb, Cu, Ni, Zn, Mn, Co, Cr, которые содержатся на листовой поверхности, и изучена способность растений поглощать их аэрально.

В лабораторных условиях изучена закономерность поступления Cd, Ni и Cu в растения ячменя в условиях аэрального и почвенного загрязнения. По результатам модельного эксперимента установлены пределы защитных функций растений к поглощению тяжелых металлов как из почвы, так и через листовую поверхность.

При проведении оценки качества овощной продукции, которая выращивается в условиях повышенной техногенной нагрузки на территории г. Луганска, выявлено техногенное накопление Zn, Cd, Pb, Cu, Ni в почвах приусадебных участков. Несмотря на то, что защитные механизмы растений ограничивают поступление тяжелых металлов в овощную продукцию, в отдельных случаях наблюдается превышение гигиенических нормативов по содержанию Cd и Pb в картофеле, моркови, томатах.

Результаты исследований используются в ежедневной работе управления Луганского городского совета по вопросам экологической безопасности г. Луганска, использованы в Программе городской информационной системы г. Луганска и учтены при разработке почвенно-экологического блока мониторинга земель г. Луганска, корректировке денежной оценки урбанизированных земель.

Ключевые слова: тяжелые металлы, техногенный ландшафт, городские почвы, атмосферные выпадения, почвенное и аэральное загрязнение, травянистая растительность, овощная продукция, пространственное распространение.

Summary

Sytina O.M. Migration of heavy metals in the soil-plant system of technogennic landscapes (on the example of Luhansk). - Manuscript.

The thesis is for the degree of candidate of biological sciences in speciality 03.00.18 - soil science. - National Scientific Center «Institute for Soil science and agrochemistry Research named after A.N. Sokolovsky», Kharkiv, 2010.