Міграція та акумуляція важких металів в агроценозах, прилеглих до автомагістралей в умовах Закарпаття

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Юрія Федьковича

УДК 504.05:549.25

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

МІГРАЦІЯ ТА АКУМУЛЯЦІЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ В АГРОЦЕНОЗАХ, ПРИЛЕГЛИХ ДО АВТОМАГІСТРАЛЕЙ, В УМОВАХ ЗАКАРПАТТЯ

(ґрунт - рослини - тварини)

03.00.16 - екологія

ГРАБОВСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

Чернівці - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі ентомології та агрономії Ужгородського національного університету, Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник кандидат біологічних наук, доцент

Рошко Володимир Гаврилович,

Ужгородський національний університет,

завідувач кафедри ентомології та агрономії

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Руденко Світлана Степанівна,

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича,

професор кафедри загальної та експериментальної екології

доктор медичних наук

Дейнека Святослав Євгенович,

Буковинська державна медична академія,

завідувач лабораторією промислової гігієни НДІ медико-екологічних проблем МОЗ України

Провідна установа: Дніпропетровський національний університет, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 20.02.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.05 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича (58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23).

Автореферат розісланий 18.01.2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Г.П. Копильчук

Загальна характеристика роботи

важкий метал забруднення безхребетний

Актуальність теми. У зв'язку з погіршенням екологічної ситуації у різних регіонах України великого значення набувають дослідження процесів і механізмів, що забезпечують природне функціонування біогеоценозів, дослідження, які повинні базуватися на екологічній інформації про кількісні і якісні зміни у структурі екосистем на основі довготривалих комплексних спостережень.

Проблема взаємодії створеної людиною технічної цивілізації і довкілля набула глобальних масштабів та стала у ряд пріоритетних задач, від вирішення яких залежить майбутнє людства. Все гостріше постають питання про негативні наслідки забруднення повітря, ґрунтових та водних ресурсів, впливу на здоров'я людини хімічних речовин, безпеки продуктів харчування. Найбільш вивчені питання, пов'язані з процесами, які відбуваються в атмосфері та гідросфері, водночас забруднення педосфери залишалось менш вивченим. Проблема техногенних полютантів у грунтах мала розвиток, зокрема, у працях Є.Г. Гончарука (1986, 1989), І.І. Назаренка (1981, 1997), які присвячені вивченню антропогенного впливу на едафотопи. Однак, як підкреслюється багатьма дослідниками ( В.А. Ковда , 1985; В.Б. Ільїн , 1991; В.П. Стефурак, 1997; А.П. Травлеєв, 1998; М.А. Голубець, 2000), встановлення змін в екосистемах повинно носити комплексний характер, особливо при тривалому забрудненні біогеоценозів. Перш за все тому, що важкі метали, як особливо небезпечні полютанти перерозподіляються у ґрунтові та поверхневі води, накопичуються ґрунтовими мікроорганізмами та рослинами, перерозподіляючись у межах трофічних ланцюгів.

Функціонування промисловості і сільського господарства не можливе без автоперевезень. За останні десятиріччя в Україні інтенсивно зросла кількість автотранспорту, що перетворило останній у небезпечне джерело антропогенного забруднення. Особливо відчутним цей негативний вплив є для Закарпаття, яке має унікальні природні умови.

У зв'язку з цим виникла необхідність дослідження процесів акумуляції важких металів та їх транслокації в едафотопах вздовж центральних автомагістралей. Не менш важливим є розробка механізмів нівелювання негативної дії аеротехногенних полютантів на довкілля.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі ентомології та агрономії біологічного факультету Ужгородського національного університету в рамках комплексної кафедральної теми “Вивчення взаємодії членистоногих та інших організмів з рослинами, тваринами та умовами навколишнього середовища”, що є складовою наукової проблеми біологічного факультету УжНУ “Розробка основ раціонального використання і розширеного відтворення біологічних ресурсів” (№ ДР-0198V003131 (1997-1999 рр.)) та “Дослідження функціонування фітосистем під дією несприятливих факторів та опрацювання заходів по їх охороні в умовах антропогенного навантаження” (№ ДР-0100V005355 (2000-2002 рр.).

Мета і основні завдання дослідження. Дослідження проведені з метою встановлення закономірностей механізмів міграції та акумуляції важких металів у ґрунтах, рослинних та тваринних об'єктах на примагістральних смугах і розробки практичних рекомендацій, спрямованих на нівелювання забруднення едафотопів та екосистем в цілому.

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

1. Встановити ступінь накопичення свинцю, міді, цинку та кадмію у різних типах грунтів низинної та передгірної зон Закарпаття вздовж автомагістралі Київ-Чоп на ділянці Чоп-Свалява та в межах локальних фонових ділянок.

2. Дослідити ступінь акумуляції важких металів в грунтах примагістральних екосистем залежно від експозиції та інших факторів.

3. Визначити рівень забруднення важкими металами фітоценозів в межах примагістральних смуг і локальних фонових ділянок.

4. Дослідити реакцію ентомофауни та безхребетних на дію аеротехногенних полютантів.

5. Розробити заходи по покращенню санітарно-гігієнічного стану примагістральних смуг.

Об'єкти дослідження - біогеоценози примагістральних територій, які межують з міжнародною автомагістраллю Київ-Чоп на ділянці Чоп-Свалява.

Предмет дослідження - процеси міграції та акумуляції важких металів в примагістральних екосистемах.

Методи досліджень. В основу методики досліджень покладена “Программа и методика биогеоценологических исследований” (1974) з використанням загальноприйнятих сучасних методів дослідження. Визначення вмісту важких металів в природних об'єктах проводили спектрофотометрично з використанням атомно-адсорбційного спектрофотометра КАС-120. Статистичну обробку результатів проводили за методами математичної статистики (Доспехов, 1985), при 5% рівні значимості.

Наукова новизна. Автором вперше в умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття проведена оцінка техногенної дії важких металів на біогеоценози, встановлено рівень вмісту важких металів (свинцю, міді, цинку, кадмію) у ґрунтах, рослинах та об'єктах ентомофауни на локальних фонових ділянках з різними типами ґрунтів, характерних для низинного та передгірного поясів Закарпаття.

Виявлені закономірності міграції та акумуляції важких металів у різних типах ґрунтів, рослинних об'єктах та зооценозах залежно від їх властивостей та інтенсивності забруднення.

На основі досліджень підібрано ряд сільськогосподарських культур, які стійкі до акумуляції важких металів і які доцільно рекомендувати для вирощування в умовах підвищеного вмісту важких металів.

Вперше обґрунтована можливість використання екрануючих санітарно-гігієнічних деревно-чагарникових насаджень між автомагістралями та прилеглими до них агроценозами як фітобар'єрів для поширення важких металів, які містяться у викидах автотранспорту.

Запропоновано ряд дикоростучих деревно-чагарникових культур для створення екрануючих санітарно-гігієнічних деревно-чагарникових насаджень вздовж автомагістралей з метою зниження антропогенного навантаження на примагістральні біогеоценози.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено та запропоновано заходи для покращення екологічних умов та отримання екологічно чистої сільськогосподарської продукції на ділянках, межуючих з автомагістралями з інтенсивним рухом автотранспорту.

Розроблені на прикладі функціонування міжнародної автомагістралі Київ-Чоп (ділянка Чоп-Свалява) заходи по мінімалізації шкідливого впливу важких металів аеротехногенного походження, які містяться у викидах автотранспорту, на екосистеми примагістральних смуг, придатні для використання також у інших регіонах України.

Здійснене екологічне ранжування примагістральних територій залежно від рівня забруднення едафотопів важкими металами, що дозволить рекомендувати обмежити використання найбільш забруднених ділянок в сільському господарстві.

На основі отриманих результатів розпочато створення банку даних у системі екологічного моніторингу на Закарпатті з метою прогнозування змін природних угруповань в умовах антропогенного забруднення довкілля.

Наукові положення та результати досліджень використані у навчальному процесі Ужгородського національного університету у курсах лекцій: “Загальна екологія”, “Охорона навколишнього середовища”, “Ґрунтознавство” та при виконанні науково-дослідних робіт співробітниками і студентами біологічного факультету УжНУ.

Матеріали дисертаційної роботи покладені в основу методичних рекомендацій щодо діагностики стану та оптимального використання примагістральних агроценозів для низинного та передгірного поясів Закарпаття та впроваджені при організації природоохоронних заходів у Закарпатській області, що відображено у відповідному акті впровадження.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є особистою науковою працею автора. Особистий внесок автора полягає в підборі та опрацюванні літературних джерел, розробці програми досліджень біогеоценозів на фонових та антропогенно порушених наземних екосистемах Закарпаття, у зборі, обробці та аналізі експериментального матеріалу, узагальненні отриманої інформації, розробці та впровадженні практичних рекомендацій. Теоретичне обґрунтування матеріалу, представленого в дисертаційній роботі, проведено спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на Міжнародному регіональному семінарі “Охорона довкілля: сучасні дослідження в екології і мікробіології” (Ужгород, 1997); Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми екологічної стабільності Східних Карпат” (Синевир, 1999); Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство.” (Київ, 2000; 2001); Республіканській ентомологічній конференції, присвяченій 50-річчю утворення УЕТ (Ніжин, 2000); Міжнародній науково-практичній конференції “Національні природні парки: проблеми становлення та розвитку” (Яремча, 2000); Міжнародній конференції “Проблеми сучасної екології” (Запоріжжя, 2000); Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні екологічні проблеми Українського Полісся та суміжних територій (до 15-річчя аварії на ЧАЕС)” (Ніжин, 2001); Міжнародній науково-практичній школі для молодих вчених і спеціалістів “Природні екосистеми Карпат в умовах посиленого антропогенного впливу” (Ужгород, 2001); щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Ужгородського національного університету (Ужгород, 1997-2001) та ін.

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 15 наукових праць.

Структура та обсяг роботи. Повний обсяг дисертаційної роботи викладено на 15 сторінках машинопису. Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, 3 з яких містять експериментальні результати, висновків та практичних рекомендацій, списку використаної літератури, який включає 277 назв, з яких 23 іноземними мовами.

Зміст роботи

Огляд літератури. Складається з 4 підрозділів, в яких наведено аналіз даних наукової літератури, що стосуються питань акумуляції важких металів у ґрунтах та транслокації їх у біогеоценози, які зазнають шкідливого впливу важких металів. Аналіз літературних даних свідчить про те, що важкі метали належать до найбільш небезпечних забрудників довкілля, оскільки їм властива висока стабільність, міграційна здатність і токсичність.

У результаті аналізу літературних джерел встановлено, що проблема досліджена не в повній мірі, а фрагментарні дані про вміст окремих важких металів у ґрунті не дозволяють одержати цілісну картину про особливості міграції та акумуляції важких металів у системі ґрунт-рослини-тварини в умовах посиленого антропогенного навантаження. Запропоновані в роботах шляхи нівелювання шкідливої дії важких металів мають високу собівартість та їх важко реалізувати на великих територіях вздовж навантажених автомагістралей.

Об'єкти, умови та методика досліджень. Об'єктами досліджень вибрані біогеоценози територій, що межують з міжнародною автомагістраллю Чоп-Київ (ділянка Чоп-Свалява довжиною 125 км), які репрезентують усі типи ґрунтів і рельєфи низинного та передгірного поясів Закарпаття. Вони характеризуються високою щільністю розміщення населених пунктів. Дослідження проводились протягом 1996 - 2001 років.

Вздовж цієї автомагістралі розташовані сільськогосподарські угіддя переважно індивідуального користування жителів 30 населених пунктів, сільськогосподарська продукція яких з року в рік зазнає впливу викидів автотранспорту, зокрема важких металів.

У розділі наводяться дані про загальні фізико-географічні умови регіону: клімат, геоморфологію та рельєф, ґрунтові і гідрологічні умови, рослинність та тваринний світ.

Район досліджень охоплює усі типи ґрунтів, характерних для Чоп-Мукачівської низовини: лучні та болотні ґрунти, дерново-підзолисті, бурувато-підзолисті, дернові, що дало можливість узагальнити одержані результати та рекомендувати їх на всю територію низинного та передгірного поясів Закарпаття, через яку проходить ряд міжнародних автомагістралей з високою інтенсивністю руху - 700-1200 автомашин за годину.

Оскільки за літературними даними ступінь накопичення важких металів ґрунтами залежить від фізико-хімічних властивостей ґрунту, то за належністю до певного типу ґрунтів ми виділили 4 зони, на території яких визначили 15 реперних точок відбору проб.

Під час польових досліджень на визначених площах біля 15 населених пунктів відбирались середньозмішані зразки ґрунтів на елементарних ділянках з глибини (0-10 см) (Важенін, 1985; Кауричев та ін., 1989). З метою визначення процесу міграції важких металів з едафотопів у рослинні об'єкти та об'єкти ентомофауни й безхребетних тварин у місцях відбору ґрунтових проб вилучались зразки домінуючих на індивідуальних сільськогосподарських угіддях агрокультур та різнотрав'я, а також деяких представників ентомофауни та безхребетних. Дослідження проводились переважно у період масової вегетації рослин у травні-липні. Збір ентомофауни та безхребетних проводився за загальноприйнятою ентомологічною методикою (Фасулаті, 1971). Як контроль використовували ґрунт, рослинні об'єкти, представників ентомофауни та безхребетних на локальних фонових ділянках з аналогічними геохімічними та ландшафтними умовами, максимально віддалених від джерел антропогенного забруднення.

У зразках ґрунту, рослинних об'єктів, представників ентомофауни та безхребетних визначали валові та рухомі форми важких металів. Кінцеве визначення концентрації важких металів здійснювали на атомно-адсорбційному спектрофотометрі КАС-120 (Методика выполнения измерений ..., 1994). У ґрунтових зразках досліджували основні фізико-хімічні властивості. Статистичну обробку одержаних результатів здійснювали за методами математичної статистики (Доспехов, 1985) при 5%-му рівні значимості.

Особливості акумуляції важких металів у едафотопах, що межують з автомагістралями, в умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття. У цьому розділі наведені результати еколого-гігієнічного моніторингу едафотопів локальних фонових ділянок та примагістральних смуг в умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття на предмет наявності важких металів.

Визначався рівень забруднення ґрунту примагістральних смуг важкими металами (свинцем, цинком, міддю та кадмієм), які містяться у викидах автотранспорту, та концентрації важких металів у ґрунтах на локальних фонових ділянках. Вони вибирались з урахуванням принципу адекватності та на значній віддалі від джерел техногенних забруднень для кожної з 4 зон, яка характеризується певним типом ґрунтів.

Отримані значення вмісту важких металів на локальних фонових ділянках не перевищують ГДК згідно всіх існуючих градацій. Нами було встановлено вміст гумусу та кислотність у ґрунтах досліджуваних зон.

Аналіз зразків грунту виявив, що вміст досліджених важких металів у ґрунтах примагістральних смуг значно перевищує їх вміст на локальних фонових ділянках

За кількісним складом у грунтах вздовж автомагістралі важкі метали утворюють такий ряд: Cu - Pb - Zn - Cd, який у символічній формі визначає існуючі в грунті залежності між вмістом важких металів і фізико-хімічними властивостями грунтів.

Дослідження дозволили встановити просторовий розподіл важких металів і показали, що рівень забруднення едафотопів залежить від відстані до полотна автошляху. Залежно від вмісту важких металів у ґрунті примагістральних смуг нами встановлено чотири ділянки : інтенсивного забруднення (0-50 м від полотна дороги); середнього забруднення (50-100 м); слабкого забруднення (100-200 м) та відносно чиста ділянка (понад 200 м від полотна автомагістралі).

Дослідження показали, що основна маса важких металів з викидів автотранспорту (~75%) осідає вздовж автомагістралі в межах 0-50 м від полотна дороги і створює ділянку інтенсивного забруднення. По мірі віддалення від полотна автошляху відносна акумуляція важких металів зменшується до 5%, що свідчить про аеротехногенний шлях розповсюдження важких металів.

Високі концентрації важких металів спостерігались у верхньому шарі (0 - 10 см) ґрунтів природних пасовищ на примагістральних смугах: для свинцю - у 4 - 8,5 разів перевищують фонові значення, для міді - у 2,7 - 3,6 разів, для цинку - у 3,4 - 4 рази, для кадмію - у 5,3 - 7 разів, що значно вище середніх значень. На природні кормові угіддя припадає 17,42% земель області, які використовуються у сільськогосподарському виробництві, тому проблема зниження рівня забруднення природних пасовищ вздовж автошляхів стоїть дуже гостро.

Було зафіксовано ряд аномальних точок з підвищеним вмістом важких металів у едафотопах (село Глибоке (низовина), село Кінчеш, околиці КПП “Тиса”). Максимальне накопичення свинцю відмічено у супераквальних ландшафтах у міжпагорбових низинах села Глибоке (низовина), де вміст свинцю дорівнює 203,12 мг/кг, що перевищує фонові значення більш ніж у 20 разів та значення ГДК більше ніж у 2 рази. У цих умовах сполуки свинцю сорбуються колоїдами і довго зберігаються у ґрунтах у кількостях, токсичних для живих компонентів природних екосистем. Тут зафіксовані максимальні значення вмісту міді (55,12 мг/кг), цинку (124,00 мг/кг) та кадмію (1,53 мг/кг). Зонами підвищеного вмісту свинцю є район поблизу села Кінчеш, де функціонує автобазар, та зона КПП “Тиса”. Тут вміст свинцю у 3-4 рази перевищує фонові значення, що можна пояснити накопиченням великої кількості автотранспорту, яка значно перевищує середнє значення для даної автомагістралі.

Порівняння процесу накопичення важких металів у ґрунтах природних біогеоценозів та агроценозів виявили здатність природних пасовищ та сінокосів об'єктивно відображати стан забруднення антропогенними полютантами, що можна пояснити відсутністю агротехнічного втручання. Їх можна рекомендувати як біоіндикатори ступеня забруднення важкими металами довкілля.

Одержані результати свідчать, що дернові ґрунти з нейтральною та слабокислою реакцією мають високу акумулятивну здатність відносно міді, де вміст цього металу у 2,7 разів вищий біля автомагістралі, ніж на локальних фонових ділянках. Високий вміст цинку спостерігався у кислих лучних та болотних ґрунтах зони № 1 (=96,00 мг/кг) та на дернових, низькогумусних ґрунтах зони № 2 (=87,23 мг/кг). Накопичення кадмію приблизно у два рази порівняно з фоновими значеннями було зафіксовано у ґрунтах зон № 1 та № 4 - лучно-болотних та дерново-підзолистих, переважно перезволожених та висококислих

Результати аналізів вмісту важких металів у різних типах ґрунтів на досліджуваних примагістральних територіях виявили, що бурувато-підзолисті та дерново-підзолисті ґрунти (зона №3, № 4), які характеризуються високою кислотністю та низьким вмістом гумусу, накопичують більшу кількість важких металів, ніж лучно-болотні та дернові ґрунти (зона № 1, № 2). Вміст важких металів у ґрунтах всіх зон перевищує локальні фонові показники у середньому в 2-6 разів, що свідчить про високий рівень забруднення едафотопів примагістральних ділянок на відстані 0 - 50 м від полотна автошляху.

Встановлено, що за інтенсивністю акумуляції важких металів ґрунти утворюють ряд: для свинцю - дерново-підзолисті > бурувато-підзолисті > лучно-болотні > дернові; для міді - дернові > лучно-болотні > дерново-підзолисті > бурувато-підзолисті; для цинку - лучно-болотні > дернові > бурувато-підзолисті > дерново-підзолисті; для кадмію - лучно-болотні > дернові > дерново-підзолисті > бурувато-підзолисті.

Як показали наші дослідження, ступінь накопичення важких металів у ґрунтах залежить від фізико-хімічних властивостей ґрунту, зокрема від Рнсол. та вмісту гумусу, рельєфу місцевості та наявності чи відсутності санітарно-гігієнічних насаджень вздовж полотна автодороги, які виконують функцію біологічного бар'єру і ефективно знижують антропогенне навантаження на примагістральні едафотопи.

Нами були проведені дослідження вмісту важких металів у ґрунтах примагістральних смуг без санітарно-гігієнічних насаджень вздовж полотна автодороги та з різного типу санітарно-гігієнічними насадженнями (деревні, чагарникові та деревно-чагарникові). Виявлено, що до деревно-чагарникових насаджень затримується у 7 - 12 разів більше важких металів, ніж осідає після санітарно-захисних смуг.

Отримані результати дозволяють рекомендувати санітарно-гігієнічні деревно-чагарникові насадження вздовж полотна автомагістралі як ефективний, швидкодіючий, довготривалий і відносно недорогий засіб зниження впливу автотранспортних викидів на едафотопи примагістральних смуг.

Рівень забруднення фітоценозів примагістральних ділянок автошляхів важкими металами. Агроценози індивідуальних ділянок в межах населених пунктів, що розміщені вздовж автомагістралей, зазнають хронічного впливу шкідливих викидів автотранспорту. Сільськогосподарська продукція, вирощена на примагістральних ділянках, акумулює важкі метали, що негативно впливає на її біологічну якість.

Наші дослідження встановили залежність рівня накопичення важких металів у рослинах від їх вмісту у ґрунті, фізико-хімічних властивостей ґрунтів, а також від наявності санітарно-гігієнічних деревно-чагарникових насаджень між полотном автомагістралі та агроценозами.

Аналіз матеріалів досліджень показав, що різні сільськогосподарські культури мають різну здатність накопичувати важкі метали. У зв'язку з цим запропоновано асортимент сільськогосподарських культур, які виявили стійкість до впливу важких металів і які доцільно вирощувати на забруднених важкими металами примагістральних територіях (капуста, картопля, буряк, зернові - пшениця та овес, фруктові дерева - яблуня, груша, абрикос). Нами встановлено незначну акумуляцію важких металів у тих органах цих сільськогосподарських культур, які використовуються для споживання людиною. Здатність цих плодових дерев мінімально накопичувати важкі метали у плодах дозволяють рекомендувати їх для насадження на ділянках, що максимально наближені до автомагістралей. Вони можуть виконувати функцію біологічного бар'єру для розповсюдження важких металів, разом з тим їхні плоди безпечно використовувати в їжу.

Спостереження за рослинністю природних пасовищ, яка на відміну від більшості агрокультур, розвивається протягом усього вегетаційного періоду, виявили високий рівень акумуляції важких металів зеленою масою та кореневою системою домінуючих видів рослин: мітлиці звичайної (Agrostideta vulgaris ), лисохвосту лучного (Alopecureta pratensis ), костриці лучної (Festuceta pratensis ), пирію повзучого (Elytrigieta repentis ), тонконога болотного (Poaeta palustrae ), мітлиці собачої (Agrostideta caninae), костриці червоної (Festuceta rubrae ), трищетинника лучного (Triseteta pratensis). Це можна пояснити фізико-хімічним складом ґрунтів, акумулятивною здатністю цих рослин та відсутністю належного агротехнічного обробітку цих площ: не проводиться вапнування, меліоративні заходи, не вноситься органіка та ін.

Вміст важких металів у надземній фітомасі рослин на природних пасовищах на ділянках інтенсивного забруднення перевищує значення на локальних фонових ділянках у 1,5 - 6,8 разів.

Зокрема одержані нами результати вмісту цинку та міді у пасовищних фітоценозах по Ужгородському та Мукачівському районах перевищують у 4-5 разів значення вмісту цих важких металів у сіні природних сінокосів, одержані 15 років тому, що можна пояснити значним погіршенням загальної екологічної ситуації у регіоні та, зокрема, підвищенням інтенсивності руху автотранспорту.

Ми рекомендуємо використовувати фітоценози природних пасовищ для багаторічного моніторингу з метою комплексної оцінки змін, які відбуваються під впливом техногенного навантаження та розробки необхідних заходів для отримання екологічно чистої сільськогосподарської продукції.

У зв'язку з браком пасовищ у низинному та передгірному поясах Закарпаття існує практика випасання худоби на ділянках безпосередньо вздовж автомагістралей, де акумулюються шкідливі викиди автотранспорту. Результати наших досліджень вмісту важких металів в рослинних об'єктах примагістральних смуг показали необхідність обмеження використання цих ділянок під пасовища.

З метою встановлення більш повної картини впливу техногенного середовища на вищі рослини нами були встановлені показники коефіцієнту біологічного поглинання (КБП) та коефіцієнту біологічного збагачення (КБЗ) важких металів різними рослинами на примагістральних територіях.

Із результатів досліджень видно, що в умовах аєротехногенного забруднення примагістральних смуг відбувається процес інтенсивного поглинання рослинами важких металів з грунту та накопичення їх у рослинах порівняно з вмістом важких металів у рослинах на фонових ділянках.

Встановлено, що одним із ефективних заходів захисту примагістральних фітоценозів є санітарно-гігієнічні деревно-чагарникові насадження, які затримують до 90% важких металів. Особливо ефективними виявились насадження з деревних порід - в'яз приземистий (Ulmus pumila L.), робінія звичайна (акація біла) (Robinia pseudoacacia L.), клен ясенелистий (Acer negundo L.), осика (тремтяча тополя) (Populus tremula L.), клен гостролистий (Acer platanoides L.) та чагарникових культур між ними або перед ними - бирючина звичайна (Ligustrum vulgare L.), жовта акація (карагана дерев'яниста) (Caragana arborescens Lam.), верба біла (Salix alba L.), верба ламка (Salix fragilis) та верба козяча (Salix caprea L.), про що свідчать результати замірів вмісту важких металів у ґрунтах та рослинних об'єктах на примагістральних ділянках без санітарно-гігієнічних насаджень та з ними.

Дослідження транслокації важких металів у сільськогосподарські рослини дозволили зробити такі висновки: неможливо встановити прямо пропорційну залежність між вмістом важких металів у ґрунті і інтенсивністю їх надходження у рослини. Це залежить від властивостей ґрунту, від виду рослин, а також від вмісту рухомих форм важких металів у ґрунті. Деревно-чагарникові насадження вздовж автомагістралей дозволяють попередити та знизити рівень забруднення примагістральних фітоценозів.

Реакція ентомофауни придорожних біогеоценозів на підвищений вміст важких металів. Важкі метали, які містяться у викидах автотранспорту, накопичуючись у ґрунті та рослинних об'єктах, змінюють структуру комплексів тварин, що населяють фітоценози на різних рівнях їх організації.

Безхребетних та ентомофауну можна розглядати як індикатори початкових стадій забруднення довкілля важкими металами. Небезпека антропогенного надходження важких металів у довкілля визначається насамперед ступенем перевищення природних фонових рівнів вмісту цих речовин у різних компонентах екосистеми.

Спостереження за чисельністю та рівнем вмісту важких металів у дощових червах (родина Lumbricidae) виявили, що вони, споживаючи забруднені рештки рослин, акумулюють значну кількість важких металів (КБЗ=7,5±0,16 - 9,2±0,30) в залежності від зони дослідження.

Встановлено, що біомаса дощових червів на локальних фонових ділянках перевищувала їх біомасу на ділянках інтенсивного забруднення на 40-60%, що може свідчити про негативний вплив саме підвищеного вмісту полютантів.

Дослідження якісних та кількісних характеристик жуків копрофагів відносно акумуляції ними важких металів підтверджують положення про те, що трофічний рівень у ланцюгу живлення є визначальним у цьому процесі.

Виміри щільності заселення коров'ячих екскрементів пластинчатовусими жуками на природних пасовищах в залежності від віддалі до полотна автомагістралі дозволили встановити незаперечний факт негативного впливу шкідливих викидів автотранспорту на ентомофауну придорожних ділянок пасовища, про що свідчить значне зменшення особин на ділянках інтенсивного забруднення важкими металами на 40% порівняно з локальними фоновими ділянками.

Встановлено, що туруни (роду Carabus) відрізнялись високим коефіцієнтом збагачення важкими металами у всіх зонах досліджень (КБЗ = для свинцю 3,11±0,12 - 4,31±0,09; для міді 2,58±0,11 - 2,74±0,10; для цинку 2,12±0,11 - 2,49±0,10; для кадмію 7,12±0,24 - 7,63±0,22). Це дозволяє стверджувати, що одним із факторів, який впливає на розподіл комах у придорожних агроценозах є дія полютантів у трофічних ланцюгах.

Прикладні аспекти отриманих еколого-експериментальних матеріалів для покрашення екологічного стану примагістральних фітоагроценозів в умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття. В умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття, де використовується майже 100% площ під агрокультури та пасовища, актуальною є екологічна проблема забруднення примагістральних територій важкими металами, які містяться у викидах автотранспорту.

Пролонгована дія незначних доз важких металів у довкіллі призводить до їх міграції та акумуляції у рослинницькій продукції, довготривале вживання якої призводить до накопичення важких металів у різних органах людського організму, що викликає ряд хронічних захворювань.

Проведені нами дослідження показали необхідність моніторингу земель, які використовуються під сільськогосподарські угіддя, так як з кожним роком посилюється антропогенне навантаження на довкілля.

Результати дослідження можуть бути використані при розміщенні сільськогосподарських угідь та рекомендовані при виборі сільськогосподарських культур на забруднених територіях.

Дослідження виявили шляхи зниження аеротехногенного забруднення на суміжних з автошляхами сільськогосподарських угіддях, зокрема - створення санітарно-гігієнічних деревно-чагарникових насаджень вздовж автомагістралей.

Висновки та практичні рекомендації

У дисертаційній роботі наведені закономірності процесів міграції та акумуляції важких металів у едафотопах, фіто- та зооценозах на примагістральних смугах. Результати досліджень дозволяють рекомендувати деревно-чагарникові насадження в якості біологічного бар'єру для аеротехногенних полютантів.

1. Встановлено, що за інтенсивністю акумуляції важких металів, що містяться у викидах автотранспорту, ґрунти утворюють ряд: для свинцю - дерново-підзолисті (у 6,8 разів більше фонового значення) > бурувато-підзолисті (6,7) > лучно-болотні (3,2) > дернові (2,6); для міді - дернові (2,7) > лучно-болотні (2,3) > дерново-підзолисті (2,0) > бурувато-підзолисті (1,8); для цинку - лучно-болотні (3,6), дернові (3,6) > бурувато-підзолисті (3,3) > дерново-підзолисті (2,5); для кадмію - дернові (2) > дерново-підзолисті (1,9) > лучно-болотні (1,5) > бурувато-підзолисті (1,3).

2. Виділено чотири ділянки накопичення важких металів на примагістральних смугах: ділянка інтенсивного забруднення - 0-50 м від полотна дороги, де осідає до 75% важких металів; середнього забруднення - 50-100 м від полотна дороги - до 20% важких металів; слабкого забруднення - 100-200 м від полотна дороги; відносно чиста ділянка - понад 200 м від полотна дороги, де вміст важких металів варіює в межах фонових величин.

3. Показано, що найбільш ефективним біологічним бар'єром розповсюдження важких металів аеротехногенним шляхом є санітарно-гігієнічні деревно-чагарникові насадження, сформовані з деревних порід - в'яз приземестий (Ulmus pumila L.), робінія звичайна (акація біла) (Robinia pseudoacacia L.), клен ясенелистий (Acer negundo L.), осика (тремтяча тополя) (Populus tremula L.), клен гостролистий (Acer platanoides L.) та з чагарникових культур між ними або перед ними - бирючина звичайна (Ligustrum vulgare L.), жовта акація (карагана дерев'яниста) (Caragana arborescens Lam.), верба біла (Salix alba L.), верба ламка (Salix fragilis) та верба козяча (Salix caprea L.).

4. Досліджено, що сільськогосподарські рослини акумулюють важкі метали з різною інтенсивністю. Низьким ступенем акумуляції та коефіцієнтом біологічного поглинання володіють пшениця, овес, капуста, картопля, буряк та фруктові дерева - яблуня, груша, абрикос, які відносно безпечно вирощувати в зонах інтенсивного забруднення.

5. Встановлено, що високий ступінь акумуляції важких металів притаманний ентомологічним об'єктам (туруни) та безхребетним (дощовим червам), які і рекомендуємо використовувати в якості біоіндикаторів стану примагістральних екосистем.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Рошко В.Г., Грабовський О.В. До питання про забруднення оточуючого середовища іонами металів // Наук. вісник УжДУ. Серія Біологія. - Ужгород, 1998. - №5. - С. 144 - 145.

2. Рошко В.Г., Грабовський О.В. Оцінка забруднення важкими металами агроценозів, межуючих з автомагістралями // Наук. вісник УжДУ. Серія Біологія. - Ужгород, 1999. -№6. - С. 259 - 262.

3. Грабовський О.В., Рошко В.Г., Ніколайчук О.І. Акумуляція важких металів ґрунтом та рослинними об'єктами в умовах антропогенного навантаження // Наук. вісник УжДУ. Серія Біологія. - Ужгород, 2000. -№8. - С. 158 -160.

4. Ніколайчук В.І., Рошко В.Г., Грабовський О.В.Важкі метали та їх вплив на екологічну ситуацію в Закарпатській області // Наук. вісник УжНУ. Серія Біологія. - Ужгород, 2001. - №9. - С. 30-32

5. Грабовський О.В. Екологія. Проблеми забруднення природного середовища викидами автотранспорту. Навчальний посібник до дисциплін “Охорона природи” та “Загальна екологія” для студентів біологічного факультету. - Ужгород, 2000. - 60 с.

6. Грабовський О.В., Рошко В.Г. До питання про вплив солей свинцю на рослинні організми // Матеріали міжнародного регіонального семінару “Охорона довкілля: сучасні дослідження в екології і мікробіології.” -Ужгород, 1997. - С. 170-173.

7. Рошко В.Г., Грабовський О.В. Оцінка забруднення важкими металами агроценозів, межуючих з автомагістралями // Матеріали наук.-практ. конференції “Збереження флористичного різноманіття Карпатського регіону”. - Синевир, 1998. - С. 128-130.

8. Грабовський О.В. Характер накопичення свинцю і кадмію деякими культурними рослинами на примагістральних ділянках автошляхів // Матеріали міжнародної наук.-практ. конференції “Проблеми екологічної стабільності Східних Карпат”. - Синевир, 1999. - С. 90-92.

9. Грабовський О.В. Раціональне використання грунтів, забруднених важкими металами, та вирощування на них екологічно чистої сільськогосподарської продукції. Методичні рекомендації. - Ужгород, 2001. - 8 с.

10. Грабовський О.В. Акумуляція важких металів рослинами на примагістральних ділянках автошляхів на Закарпатті. // Збірка тез 3-ї Всеукраїнської наук.-практ. конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство.” - Київ, 2000. - С. 18-19.

11. Грабовський О.В. Особливості накопичення важких металів в ентомофауні придорожніх агроландшафтів // Тези доповідей республіканської ентомологічної конференції. - Ніжин, 2000. - С. 28.

12. Грабовський О.В. Особливості розподілу важких металів у ґрунті та рослинних об'єктах в умовах високого автотранспортного навантаження //Матеріали міжнародної науково-практичної конф. “Національні природні парки: проблеми становлення та розвитку”. - Яремча, 2000. - С. 87-89.

13. Рошко В.Г., Грабовський О.В. Ентомофауна як біоіндикатор важких металів на примагістральних територіях // Тези міжнародної конференції “Проблеми сучасної екології” - Запоріжжя, 2000. - С. 12.

14. Грабовський О.В. До проблеми забруднення агроценозів важкими металами в умовах Закарпаття // 4 Міжнародна наук.-практ. конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство.” - Київ, 2001. - С. 22-23.

15. Рошко В.Г., Грабовський О.В. До проблеми забруднення агроценозів важкими металами в умовах Закарпаття // Матеріали Міжнародної наук.-практ. конференції “Сучасні екологічні проблеми Українського Полісся та суміжних територій ( до 15-річчя аварії на ЧАЕС)”. - Ніжин, 2001. - С. 102-103.

Грабовський О.В. Міграція та акумуляція важких металів в агроценозах, прилеглих до автомагістралей в умовах Закарпаття (ґрунт-рослини-тварини). Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2002.

У дисертаційній роботі представлені результати вивчення процесів накопичення важких металів (свинець, мідь, цинк, кадмій), які містяться у викидах автотранспорту, у біогеоценозах в умовах низинного та передгірного поясів Закарпаття. Встановлено ступінь накопичення важких металів на фонових ділянках та на агроценозах, прилеглих до автомагістралей, у ґрунтах, у дикоростучих та сільськогосподарських рослинах та в об'єктах ентомофауни та безхребетних тварин. Було встановлено характер накопичення важких металів різними органами рослин на забруднених ділянках. Виявлено, що рівень забруднення біогеоценозів на ділянках сильного забруднення викидами автотранспорту значно перевищує вміст важких металів у досліджуваних об'єктах на локальних фонових ділянках, а в деяких випадках перевищує значення ГДК. Залежно від ступеня накопичення важких металів у біогеоценозах встановлено 4 ділянки - інтенсивного, середнього, слабкого забруднення та відносно чиста ділянка. Визначено та рекомендовано ряд сільськогосподарських культур, які відносно стійкі до впливу важких металів.

Встановлено, що густі насадження деревно-чагарникових культур вздовж автошляхів зменшують забруднення агроценозів, і запропоновано ряд культур, які доцільно висаджувати вздовж автошляхів. Розроблено і впроваджено практичні рекомендації по зменшенню негативного впливу викидів автотранспорту на біогеоценози примагістральних територій.

Ключові слова: екосистема, біогеоценози, антропогенне навантаження, важкі метали.

Грабовский А.В. Миграция и аккумуляция тяжелых металлов в агроценозах, прилегающих к автомагистралям в условиях Закарпатья (грунт - растения - животные). Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2002.

В диссертационной работе представлены результаты изучения процессов аккумуляции тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, кадмий) в биогеоценозах в условиях низменной и предгорной зон Закарпатья в естественном состоянии и в условиях антропогенной нагрузки (при интенсивном загрязнении выхлопами автотранспорта).

В зависимости от степени накопления тяжелых металлов в биогеоценозах определены 4 участка - интенсивного загрязнения - 0 - 50 м от полотна дороги, где задерживается до 75 % тяжелых металлов; среднего загрязнения - 50 - 100 м от полотна дороги, до 20 % тяжелых металлов; слабого загрязнения - 100 - 200 м от полотна дороги, до 5 % тяжелых металлов; и относительно чистый участок - больше 200 м от полотна дороги, где содержание тяжелых металлов в пределах фоновых значений.

Было зафиксировано ряд аномальных участков с повышенным уровнем содержания тяжелых металлов, что вызвано повышенной антропогенной нагрузкой на этих участках и особенностями рельефа. Определена зависимость интенсивности аккумуляции тяжелых металлов от типов грунтов.

Исследованы процессы аккумуляции тяжелых металлов различными дикорастущими и сельскохозяйственными культурами. Рекомендованы сельскохозяйственные культуры, которые в меньшей степени аккумулируют тяжелые металлы в тех частях, которые используются в качестве растительных продуктов питания. Анализ результатов исследования позволил рекомендовать высаживать плодовые деревья - яблоня, груша, абрикос - вдоль автомагистралей, так как содержание тяжелых металлов в их плодах незначительно даже на сильно загрязненных эдафотопах.

Биогеоценозы естественных пастбищ и сенокосов можно рекомендовать в качестве биоиндикаторов экологического состояния окружающей среды.

Установлено влияние выбросов автотранспорта на численность энтомофауны и бесхребетных на примагистральных участках.

Определено, что густые древесно-кустарниковые посадки вдоль автодорог значительно уменьшают загрязнение тяжелыми металлами агроценозов, и рекомендовано перечень культур, которые целесообразно использовать в санитарно - гигиенических посадках.

Результаты исследований использованы для разработки практических рекомендаций по уменьшению загрязнения примагистральных биогеоценозов выхлопами автотранспорта и внедрены в систему природоохранных мероприятий в условиях Закарпатской области.

Ключевые слова: экосистема, биогеоценозы, антропогенная нагрузка, тяжелые металлы.

Grabovsky A.V. Migration and Accumulation of the Heavy Metals in the Agrocenoses Adjoining the Motor Roads in the Conditions of Transcarpathia (soil-plants-animals) - Manuscript. Thesis for a candidate's degree in speciality 03.00.16 - ecology. The Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, 2002.

The thesis presents the results obtained in the study of the processes connected with the heavy metals accumulation contained in the motor transport exhausts of the biogeocenoses in the conditions of the lowland and foothill area of Transcarpathia.

According to the degree of heavy metals accumulation in the biogenoses, four areas have been determined. They are as follows: intensive, average, small (slight) pollution, and compatively clean areas. It has been determinated that the thick tree-and-shrub plantations located along the motor roads reduce the pollution of the agrocenoses, and a number of crops has been offered to be planted along the roads. Practical recommendations in the reduction of the negative effect produced by the motor transport exhausts in the roadside biogenesis areas have been elaborated and inculcated. Key words: ecosystem, biogeocenoses, anthropogenic load (ing), heavy metals.

Размещено на Allbest.ru