26

Размещено на http://allbest.ru

ДЕРЖАВНИЙ АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МІНІСТЕРСТВА АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

УДК 628.516:504.54.062.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ДЕТОКСИКАЦІЯ ЗАБРУДНЕНИХ ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ ЧОРНОЗЕМІВ ЗВИЧАЙНИХ ПІВНІЧНОГО СТЕПУ УКРАЇНИ

03.00.16 - екологія

Яковишина Тетяна Федорівна

Житомир - 2006

Дисертацією є рукопис

Дисертаційна робота виконана на кафедрі екології та охорони навколишнього середовища Придніпровської державної академії будівництва та архітектури

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник, доцент Крамарьов Сергій Михайлович, Інститут зернового господарства УААН, головний науковий співробітник лабораторії агрохімії і грунтознавства; Придніпровська державнa академія будівництва та архітектури, професор кафедри екології та охорони навколишнього середовища

Офіційні опоненти - доктор сільськогосподарських наук, професор Бублик Людмила Іванівна, Інститут захисту рослин УААН, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Довбиш Лариса Леонідівна Державний агроекологічний університет Міністерства аграрної політики України, доцент кафедри грунтознавства і землеробства

Провідна установа - Полтавська державна аграрна академія Міністерства аграрної політики України, м. Полтава

Захист відбудеться 14 червня 2006 року о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 14.083.01 Державного агроекологічного університету Міністерства аграрної політики України за адресою: 10008, м. Житомир, Старий бульвар, 7

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного агроекологічного університету Міністерства аграрної політики України за адресою:10008, м. Житомир, Старий бульвар, 7

Автореферат розіслано 12 травня 2006 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Побірський М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Практично у всіх країнах з розвинутою промисловістю, у тому числі в Україні і, зокрема, в Придніпровському регіоні, в останні десятиріччя спостерігається локальне нагромадження рухомих форм важких металів (ВМ) у ґрунті основному біологічному адсорбенті і нейтралізаторі забруднення навколишнього середовища, здатному зберігати токсичні речовини антропогенного походження протягом тривалого часу. Крім того, саме з ґрунту, акумулюючись у сільськогосподарських культурах, ВМ трофічними ланцюгами надходять до організмів тварин і людини, викликаючи в них різні захворювання. Ведення землеробства на забруднених ВМ ґрунтах стає одним з актуальних практичних завдань для агроекологів, адже вже зараз агрохімічним моніторингом у Дніпропетровській області виявлено близько 30 % забруднених ВМ орних земель. Вони потребують спеціальних заходів з детоксикації ґрунту, які б могли запобігти надлишковому надходженню ВМ у рослинницьку продукцію.

У зв'язку з цим необхідні дослідження токсичного впливу ВМ на природну систему ґрунт рослина і розробка заходів з детоксикації ґрунту, серед яких найбільш доступними, економічно вигідними й екологічно безпечними є біологічні, а саме фітостабілізація, особливо в сполученні з хімічним зв'язуванням токсикантів за рахунок меліорантів. Розробка і впровадження подібних заходів, спрямованих на залучення в сільськогосподарське виробництво забруднених ВМ земель, дадуть змогу отримувати високоякісну сільськогосподарську продукцію, яка відповідає санітарно-гігієнічним і екологічним нормам, що в умовах всезростаючого техногенного пресингу на навколишнє середовище має велике практичне значення для народного господарства України.

Ці проблеми свідчать про актуальність вибраної теми і основних напрямків досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі екології та охорони навколишнього середовища Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (ПДАБА), а також у лабораторії родючості ґрунтів на Ерастівській дослідній станції Інституту зернового господарства Української аграрної академії наук (ЕДС ІЗГ УААН) і є складовою частиною досліджень ЕДС ІЗГ УААН по виконанню Державної науково-технічної програми "Родючість та охорона ґрунту" (номер держрегістрації 0197U00098).

Мета і задачі дослідження. Головна мета досліджень полягає в розробці принципово нового екологічно безпечного комплексного підходу до детоксикації техногенно забруднених ВМ чорноземів звичайних малогумусних важкосуглинкових північного Степу України шляхом поєднання вирощування толерантних до токсичної дії ВМ сільськогосподарських культур-фітостабілізаторів із внесенням у ґрунт найбільш ефективних меліорантів.

Для досягнення мети вирішувались такі задачі:

вивчення впливу Cd, Pb і Zn на агрохімічні та еколого-біологічні показники родючості чорнозему звичайного;

вивчення реакції-відгуку (максимально можлива врожайність при високих показниках якості зерна та вмісті ВМ у межах значень ГДК) і визначення ступеня стійкості до забруднення ряду сільськогосподарських культур, з виявленням у межах однієї культури найбільш чутливих і толерантних сортів;

вивчення токсичної дії ВМ на біохімічні показники якості зерна;

вивчення ефективності застосування в якості меліорантів органо-мінеральних добрив (ОМД), крейди, біогумусу, K₂S і K₂CO₃ на забрудненому ВМ чорноземі звичайному в агроценозі проса сорту Миронівське 51.

Об'єкт дослідження екотоксикологічні особливості забруднення чорноземів звичайних ВМ в агроценозах зернобобових, ярових і озимих зернових культур під впливом антропогенного фактора.

Предмет дослідження розробка комплексних заходів щодо біологічної детоксикації забруднених ВМ чорноземів звичайних малогумусних важкосуглинкових північного Степу України шляхом поєднання фітостабілізації і внесення меліорантів.

Методи досліджень. У процесі виконання дисертаційної роботи використані загальнонаукові та спеціальні методи. Серед загальнонаукових методів дослідження використовували: 1) діалектичний метод при спостереженнях за динамікою росту і розвитку ознак токсикозу в польових дослідах, 2) метод аналізу при детальному вивченні об'єкта досліджень, 3) метод синтезу при формулюванні висновків, узагальнень, рекомендацій до виробництва, 4) метод індукції та дедукції при виділенні толерантних до токсичної дії ВМ сільськогосподарських культур та їх сортів, визначенні найбільш ефективного поєднання меліоранта з сільськогосподарською культурою фітостабілізатором для подальшого впровадження у виробництво, 5) метод абстрагування при теоретичному узагальненні досліджень, виділенні найбільш істотних зв'язків у досліджуваному об'єкті, одержанні рівнянь.

Спеціальні методи досліджень детально описані в розділі ІІ "Умови та методика проведення досліджень".

Наукова новизна отриманих результатів. Встановлено зниження вмісту рухомих форм фосфору в ґрунті і ступеня рухомості фосфатів у ґрунтовому розчині, збільшення вмісту амонійного і нітратного азоту, підкислення ґрунтового розчину, зміну структури мікробного угруповання ґрунту, яка виражалась у зменшенні чисельності та видового розмаїття з перевагою резистентних до токсичної дії ВМ видів мікроорганізмів і зниженні ферментативної активності ґрунту при внесенні Cd, Pb і Zn у дозі 5 ГДК. По реакції-відгуку рослин на токсичну дію Cd, Pb і Zn (максимально можлива врожайність зерна з високими біохімічними показниками якості і вмістом ВМ у межах ГДК) отримано ряд толерантності сільськогосподарських культур і сортів у межах однієї культури в озимої пшениці, озимого жита, ярого ячменю та гороху. Встановлена токсична дія ВМ на біохімічні показники якості зерна: збільшення вмісту нітратів, білка, фосфору і калію. Експериментально доведена можливість використання поряд із традиційними меліорантами (крейда, біогумус, ОМД) карбонату і сульфіду калію на чорноземах звичайних малогумусних важкосуглинкових. Розроблено комплексний підхід щодо детоксикації техногенно забруднених ВМ ґрунтів шляхом поєднання фітостабілізації з хімічним зв'язуванням рухомих форм ВМ за рахунок меліорантів. Рекомендовано до впровадження найбільш ефективне, технологічне та екологічно безпечне сполучення фітостабілізатора з меліорантом, а саме: висівання проса сорту Миронівське 51 і внесення карбонату калію.

Практичне значення одержаних результатів. Експериментальний матеріал дисертації є основою для розробки принципово нового екологічно обґрунтованого комплексного підходу до вирішення проблеми детоксикації техногенно забруднених ВМ ґрунтів і подальшого впровадження на зональних ґрунтах північної підзони Степу України чорноземах звичайних шляхом поєднання фітостабілізації вирощування толерантної до токсичної дії ВМ культури з хімічною детоксикацією ґрунту за рахунок внесення як меліорантів карбонату і сульфіду калію, що дасть змогу одержувати якісну рослинницьку продукцію, яка відповідає санітарно-гігієнічним нормам.

Наукові розробки впроваджені у виробництво на площі 10,0 га у фермерському господарстві "Мирошниченко" пмт Добровеличківка Кіровоградської області (2004 р) та на площі 4,5 га у фермерському господарстві "Дрозд і Ж" с. Кринички Верхньодніпровського району і 6 га в ПП “Копайгородський” c. Биково Криничанського району Дніпропетровської області (2005 р).

Особистий внесок здобувача полягає в участі у проведенні польових і мікропольових дослідів, самостійному плануванні і виконанні протягом чотирьох років (20012004) науково-дослідних робіт, передбачених затвердженою програмою, аналізі спеціальної літератури й інтерпретації отриманого експериментального матеріалу, а також в узагальненні результатів досліджень, аналізі та теоретичному обґрунтуванні отриманої наукової інформації, щорічному складанні звітів, підготовці до друку наукових праць, розробці рекомендацій та перевірці їх ефективності в умовах виробництва, підготовці та захисті дисертаційної роботи. Публікації підготовлені безпосередньо дисертантом і в співавторстві. Права співавторів не порушено. землеробство забруднений токсичний

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи були представлені й обговорені на: І, ІІ, ІІІ й ІV Міжнародних симпозіумах "Безпека життєдіяльності в XXІ столітті" (м. Дніпропетровськ, 2001, 2002, 2004, м. Хургада, Єгипет, 2003), VІ з'їзді Українського товариства ґрунтознавців і агрохіміків (м. Умань, 2002), Міжнародних науково-практичних конференціях "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки" (м. Дніпропетровськ 2001, 2003), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції "Дощові черви та родючість ґрунтів" (м. Володимир, РФ, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції "Фосфор і калій у землеробстві. Проблеми мікробіологічної мобілізації" (м. Чернігів, 2004), ІІІ Міжнародній медичній конференції студентів і молодих учених "Медицина - здоров'я - XXІ сторіччя" (м. Дніпропетровськ, 2002), Всеукраїнській науково-практичній конференції "Бізнес і екологія" (м. Донецьк, 2001), ІІІ, ІV і V Всеукраїнських науково-практичних конференціях студентів, аспірантів і молодих учених "Екологія. Людина. Суспільство" (м. Київ, 2000, 2001, 2002), ІІ науково-практичній конференції "Техногенно-екологічна безпека регіонів як умова сталого розвитку України" (м. Львів, 2002) та інш.

Публікація результатів досліджень. За темою дисертаційної роботи опубліковано 34 наукові праці у спеціальних виданнях, зареєстрованих ВАК України 7, у наукових журналах 5, збірниках наукових праць 5, матеріалах і тезах конференцій 16, 1 патенті, одноосібні 3, у співавторстві 31.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, короткої характеристики грунтово-кліматичних умов місця проведення польових дослідів, методів досліджень, експериментальної частини, що містить у своєму складі два розділи, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних літературних джерел, додатків. Робота викладена на 170 сторінках тексту комп'ютерного набору, ілюстрована 14 рисунками, включає 48 таблиць, у тому числі 24 в додатках. Список використаних джерел нараховує 226 найменувань, серед яких 24 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У розділі подано стислий аналітичний огляд вітчизняних і зарубіжних праць з актуальних питань забруднення ґрунту ВМ, їх токсичної дії на рослини та мікроорганізми, методів детоксикації та необхідності впровадження в агроекологічну практику комплексного підходу щодо детоксикації забрудненого ВМ ґрунту шляхом поєднання фітостабілізації з внесенням меліорантів.

УМОВИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Характеристика грунтово-кліматичних умов місця проведення досліджень. Дослідження проводились протягом 2001-2004 рр. на ЕДС ІЗГ УААН. Ґрунт чорнозем звичайний малогумусний важкосуглинковий, який сформувався на лесі під різнотравно-типчаково-ковильною рослинною асоціацією в умовах непромивного водного режиму. Агрохімічні показники чорнозему звичайного наступні: вміст гумусу (за І.В. Тюріним) 3,54,0%, загального азоту 0,200,23%, фосфору 0,100,12%, валовий вміст калію 2,02,3%. Кількість легкогідролізованого азоту (за І.В. Тюріним і М.М. Кононовою) 10,011,4 мг на 100 г сухого ґрунту при можливості поповнення його доступних форм за рахунок нітрифікаційної здатності (за Кравковим) 2,42,8 мг на 100 г ґрунту. Вміст рухомих форм фосфору в орному шарі становить 8,89,8 мг, калію 14,315,4 мг у 100 г ґрунту (метод Ф.В. Чирикова). Валовий вміст мікроелементів наступний: Zn 38,840,4; Mn 473,0484,0; Cu 12,514,2; Co 8,08,3; Fe 835,0845,0; Pb 32,433,1; Cd 0,380,39 мг/кг ґрунту і відповідно рухомих форм, що складають невеликий відсоток від валових: рухомого Zn 0,961,20; Cu 0,130,15; Co 0,420,48; Mn 57,563,8; Fe 27,628,0; Pb 0,050,10; Cd 0,100,11 мг/кг. Реакція ґрунтового розчину близька до нейтральної (рН 6,75).

Клімат північного Степу України помірно-континентальний з відносно холодною зимою (середня температура повітря січня за 2001-2004 рр. -2,6 ⁰С) та жарким літом (середня температура повітря липня за 2001-2004 рр. +22,6 ⁰С). Погодні умови в роки проведення досліджень були сприятливими для росту і розвитку зернобобових, ярових та озимих зернових культур, за винятком 2003 року, коли холодна, безсніжна зима в поєднанні з посушливою весною призвела до вимерзання озимих зернових. Сума активних температур складає 2700-3600 ⁰С, середньорічна сума опадів 435,9 мм, а за вегетаційний період 268,2 мм. Тривалість вегетаційного періоду з температурою вище +5 ⁰С 210-215, вище +10 ⁰С 150-155, а безморозного періоду 155160 днів.

Методика проведення досліджень. Із усього різноманіття ВМ були вибрані Рb, Сd і Zn, які, за свідченнями екологів Придніпров'я, є пріоритетними небезпечними забруднювачами чорноземів звичайних.

Досліди проводились у двох напрямках: 1) визначення толерантності сільсько-господарських культур до техногенного забруднення ґрунту рухомими формами ВМ; 2) пошук шляхів детоксикації за допомогою меліорантів, внесення яких до забрудненого ґрунту в поєднанні з вирощуванням культури-фітостабілізатора забезпечить отримання екологічно чистої продукції.

Толерантність культур до токсичної дії ВМ вивчали на фонах: 1 без добрив, 4 N₉₀P₉₀K₆₀. В орному шарі ґрунту моделювали дуже небезпечний рівень забруднення (за В.Б. Ільїним, 1995) у 5 ГДК. У дослідах вивчалась реакція-відгук (максимально можлива врожайність при показниках якості зерна, що відповідають санітарно-гігієнічним і екологічним нормам) наступних сортів сільськогосподарських культур: озимої пшениці Красуня, Лада, Одеська 162, Фантазія, Альбатрос одеський; озимого ячменю Силует; озимого жита Харківське 98, Кормове 51; тритікале Амфідиплоїд 42; ярого ячменю Галактик, Джерело, Престиж, Прерія; вівса Синельниківский 73; гороху Норд, Таловець, Харківський янтарний; проса Миронівское 51.

Аерогенне забруднення ґрунту здійснювали шляхом обприскування водними розчинами нітратних солей ВМ з наступною заробкою в ґрунт під ярі та зернобобові навесні під передпосівну культивацію, а під озимі восени під основний обробіток ґрунту. Площа забрудненої ділянки складала 1 м², ширина захисних смуг 1,0 м, повторність досліду чотириразова.

У мікропольовому досліді з детоксикації техногенно забрудненого чорнозему звичайного нітратними солями ТМ за допомогою меліорантів як культуру-фітостабілізатор використовували просо сорту Миронівське 51, а як меліоранти органо-мінеральні добрива (ОМД) (1,5 ц/га), крейду (1,5 ц/га), біогумус (1,0 ц/га), K₂S та K₂CO₃ з розрахунку в 1,5 раза більше необхідної кількості для повного хімічного зв'язування катіонів ВМ²⁺ у ґрунті. Площа ділянки складала 1 м², ширина захисних смуг 1,0 м, повторність досліду чотириразова.

Зміну агрохімічних показників родючості чорнозему звичайного в умовах забруднення ВМ вивчали за методами: вміст гумусу за Тюріним; загального азоту за К'єльдалем; загального фосфору - колориметрично; загального калію - на полумневому фотометрі; амонійного азоту - за Несслером колориметрично; нітратного азоту - спектрофотометрично за методикою ЦИНАО; рухомих форм фосфору і калію - за Чириковим; ступінь рухомості фосфатів - за Карпинським і Зам'ятіною; рухомих форм ВМ - у витягу ААБ рН 4,8 на атомно-абсорбційному спектрофотометрі. Біологічну активність грунту вивчали за методами: емісія СО₂ - за Штатновим; ферментативну активність - за Галстяном; чисельність мікроскопічних грибів - на середовищі Чапека-Докса; бактерій, які засвоюють азот органічних сполук - на МПА; мінеральних сполук - КАА; кислотоутворюючих бактерій - на КІО; бактерій, які мобілізують мінеральні сполуки фосфору - на середовищі Муромцева. У рослинних зразках визначали: азот, фосфор, калій за методом Гінзбург - Щегловою - Вульфіус; ВМ на атомно-абсорбційному спектрофотометрі; білок, жир, крохмаль, клейковину з використанням ІЧ експрес-аналізатора "Інфрапід-61".

Технологія вирощування сільськогосподарських культур загальноприйнята для зони.

Математична обробка експериментальних даних здійснювалась методами дисперсійного, кореляційного та регреcійного аналізів згідно з методиками Б.А.Доспєхова (1985) та Г.Ф. Лакіна (1990) з використанням пакета Excel-97.

ВПЛИВ СОЛЕЙ Cd, Pb, Zn І ВНЕСЕННЯ МЕЛІОРАНТІВ НА АГРОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА БІОЛОГІЧНУ АКТИВНІСТЬ ГРУНТУ

Зміна вмісту амонійного та нітратного азота. У незабрудненому ґрунті вміст амонійного азоту становив 4,975,10 мг/100 г, нітратного азоту 1,771,83 мг/100г (Фон 1) та 5,305,42 і 1,942,02 мг/100 г (Фон 4) відповідно. В забрудненому ВМ ґрунті вміст N-NH₄ і N-NO₃ збільшувався до 25,8% і 59,4%, що зумовлено витисненням катіонами ВМ²⁺ необмінно закріпленого NH₄⁺ із ГПК, кількістю супутнього ВМ аніону NO₃^-, а також порушенням трансформації сполук, що містять азот, ґрунтовою мікробіотою. Внесення меліорантів у запропонованих дозах сприяло зменшенню вмісту амонійного і нітратного азоту в ґрунті на 5,439,6% і 9,121,9% відповідно до забруднених варіантів. Зменшення амонійного азоту зумовлювалось нездатністю ВМ²⁺ витісняти необмінно закріплений N-NH₄ із ГПК, через зв'язування їх катіонів у нерозчинні і слабко розчинні карбонати і сульфіди при внесенні крейди, K₂CO₃ та K₂S, а також у складні органічні комплекси при внесенні біогумусу.

Фосфатний режим ґрунту. Техногенне забруднення ґрунту ВМ сприяло зниженню рухомого фосфору з 8,710,8 мг/100 г ґрунту на 14,015,0% і ступеня рухомості фосфатів з 0,06740,0793 мг/1 л на 10,616,2%, що зумовлюється утворенням нерозчинних і слабко розчинних фосфатів ВМ. При внесенні меліорантів спостерігалася тенденція збільшення рухомих форм фосфору на 11,416,5% і ступеня рухомості фосфатів на 11,012,9%.

Зміна вмісту рухомого калію. Чорнозем звичайний містив 14,415,3 мг рухомого калію на 100 г ґрунту. Збільшення К₂О в середньому на 5% у забрудненому ВМ ґрунті пояснюється здатністю катіонів Cd²⁺, Pb²⁺ і Zn²⁺ витісняти К⁺ з ГПК. Цей процес підсилювався внесенням фізіологічно кислих добрив (Фон 4 N₉₀P₉₀K₆₀) до 17%. Внесення меліорантів, що містять у своєму складі К⁺ (К₂S, K₂CO₃), сприяло збільшенню вмісту рухомого калію на 0,51,6%, біогумуса, ОМД навпаки, його закріпленню в необмінні форми.

Зміна рН ґрунтового розчину. Забруднення грунту ВМ призводить до зменшення рН ґрунтового розчину з 6,75 до 6,256,43, а внесення меліорантів підвищенню цього показника до 6,326,98.

Вміст рухомих форм ВМ. Чорнозем звичайний характеризувався підвищеною буферністю до ВМ за В.Б.Ільїним. Вміст рухомих форм ВМ у забрудненому ґрунті визначався природною буферною здатністю і виносом рослинами, який залежав від ступеня толерантності сільськогосподарських культур до токсичної дії ВМ (табл. 1).

Таблиця 1

Вміст рухомих форм ВМ у ґрунті неудобреного і удобреного фонів (шар 0-30 см)

(середнє за 2001-2004 рр.), мг/кг

Сільськогосподарська культура	Забруднення ВМ
	Фон 1	Фон 4
	Cd	Pb	Zn	Cd	Pb	Zn
Овес	5,41	30,2	64,8	5,67	33,4	70,3
Ярий ячмінь	5,34	31,4	68,9	5,50	34,9	75,9
Горох	7,02	56,0	174,2	7,15	59,6	175,2
Озима пшениця	2,85	14,3	85,4	3,20	18,0	90,6
Озимий ячмінь	2,63	18,1	82,6	2,92	25,6	88,7
Озиме жито	2,72	16,0	89,1	3,04	22,8	94,2
Тритикале	3,09	15,2	88,6	3,36	22,7	93,9
Просо	7,64	82,9	206,1	7,72	85,6	207,8
НСР0,95, мг/кг	0,12-0,13	0,21-0,30	0,8-1,4	0,03-0,14	0,22-0,32	0,5-1,4
Р, %	0,82-0,86	0,19-0,29	0,22-0,41	0,19-0,88	0,18-0,26	0,13-0,38

Внесення мінеральних добрив (N₉₀P₉₀K₆₀), з одного боку, за рахунок підкислюючої дії сприяло збільшенню рухомості ВМ, а з іншого відзначався прямо протилежний процес закріплення ВМ у недоступні для споживання кореневою системою рослин фосфати.

Внесені меліоранти зв'язували рухомі форми ВМ і тим самим перешкоджали їх поглинанню кореневою системою рослин. Серед досліджуємих меліорантів найбільш ефективними були K₂CO₃ і K₂S, які знижували вміст рухомого Pb²⁺ у ґрунті в середньому на 58%, Cd²⁺ 64%, а Zn²⁺ 61%.

Біологічна активність ґрунту. Техногенне забруднення ґрунту ВМ пригнічувало інтенсивність виділення СО₂: Cd на 37%, Pb 21%, Zn 14%.

Наслідком забруднення ВМ була зміна чисельності ґрунтових мікроорганізмів (табл. 2), а саме: зростала частка мікроскопічних грибів на фоні пригнічення чисельності кислотоутворюючих, фосформобілізуючих бактерій, а також бактерій, які засвоюють азот мінеральних сполук. Відбувалося звуження видової розманітності асоціацій ґрунтових мікроорганізмів і особливо грибів, розвивалися толерантні до токсичної дії ВМ види. Навпаки, чисельність бактерій, які засвоюють азот органічних сполук, утім, як і обростання грудочок ґрунту Azotobacter, збільшувалася. Зниження чисельності бактерій, що засвоюють азот мінеральних сполук, при високих значеннях бактерій, які трансформують азот органічних сполук, призводило до зменшення коефіцієнта мінералізації органічної речовини.

Таблиця 2

Токсичний вплив ВМ на чисельність ґрунтових мікроорганізмів (середнє за 2001-2003 рр.)

Варіант	Бактерії на средовищі, млн/г ґрунту	Коефіцієнт міне-ралізації (КАА/ МПА)	Гриби на середовищі Чапека, тис/г грунту	Актиноміцети на КАА, млн/г	Обростання грудочок ґрунту азотобактером, %
	МПА	КАА	КИО	Муромцева
Контроль	0,44 0,04	4,55 0,10	0,45 0,04	6,24 0,03	10,3	14,00 0,4	0,25 0,06	18
Cd	0,45 0,12	2,17 0,02	0,11 0,02	4,83 0,02	4,8	11,70 1,5	0,17 0,03	61
Pb	0,67 0,11	3,43 0,04	0,13 0,02	2,27 0,03	5,1	9,16 1,5	0,33 0,07	81
Zn	0,40 0,07	3,97 0,04	0,24 0,06	5,32 0,05	9,8	20,31 0,5	0,57 0,03	44
Cd+K2CO3	0,45 0,04	6,22 0,04	0,17 0,02	3,05 0,02	13,8	18,22 1,5	0,59 0,06	58
Cd+K2S	0,24 0,05	3,96 0,34	0,08 0,01	2,25 0,02	16,5	12,14 2,3	0,58 0,03	55
Pb+K2CO3	0,58 0,01	6,01 0,04	0,23 0,02	6,05 0,05	10,5	29,80 1,5	0,46 0,03	43
Pb+K2S	0,54 0,04	4,41 0,02	0,17 0,01	5,96 0,04	8,2	31,80 2,6	0,38 0,09	51
Zn+K2CO3	0,38 0,03	4,92 0,09	0,26 0,03	6,17 0,04	12,9	32,16 2,1	0,42 0,04	41
Zn+K2S	0,36 0,02	4,33 0,12	0,21 0,01	5,99 0,05	12,0	29,96 2,5	0,39 0,03	38

Внесення К₂СО₃ і K₂S сприяло збільшенню чисельності усіх груп ґрунтових мікроорганізмів, за винятком бактерій, які трансформують азот органічних сполук, що при зростанні чисельності бактерій, які засвоюють азот мінеральних сполук, зумовило високі значення коефіцієнта мінералізації.

Зростання майже вдвічі чисельності фосформобілізуючих бактерій у порівнянні з показниками забруднених ВМ варіантів було причиною збільшення рухомого фосфору з 8,68,7 до 9,79,9 мг/100г ґрунту та ступеня рухомості фосфатів з 0,06180,0624 до 0,06870,0698 мг/л ґрунтового розчину та призводило до зв'язування ВМ вивільненим фосфором у недоступні поглинанню кореневою системою сполуки. Усунення стрес-фактора за рахунок зв'язування ВМ у поєднанні з підвищенням рН до 6,926,98 сприяло незначному збільшенню чисельності кислотоутворюючих бактерій. Різке збільшення чисельності актиноміцетів і мікроскопічних грибів на нашу думку пов'язане з загибеллю чутливих мікроорганізмів і розвитком їх резистентних форм при забрудненні ВМ, а потім, при внесенні меліорантів, з використанням матеріалу загиблих клітин як додаткового джерела живлення.

Токсичний вплив ВМ на ґрунтові ферменти був принципово схожим і зводився до інгібування їх дії. За ступенем стійкості до техногенного забруднення ґрунту ВМ ферменти розташувалися у вигляді ряду: дегідрогеназа уреаза інвертаза фосфатаза = каталаза (табл. 3).

Таблиця 3

Токсичний вплив ВМ на ґрунтові ферменти (середнє за 2001-2003 рр.)

Варіант	Дегідрогеназа, мг ТФФ на 10 г грунту за 24 години	Інвертаза, мг глюкози на 1 г грунту за 24 години	Уреаза, мг Н2 на 10 г грунту за 24 години	Каталаза, мг О2 на 1 г грунту за 1 хвилину	Фосфатаза, мг фенол-фталеїну на 10 г грунту за 1 годину
Контроль	2,54	22,7	4,20	7,5	2,07
Cd	1,07	17,1	3,21	6,4	1,76
Cd + ОМД	1,38	17,3	3,03	7,1	1,93
Cd + біогумус	1,56	17,4	3,46	7,0	2,01
Cd + крейда	1,26	16,3	3,70	7,0	1,80
Cd + K2CO3	1,30	16,2	3,78	6,6	1,82
Cd +K2S	1,23	17,3	3,52	6,7	1,80
НСР0,95	0,03-0,05	0,03-0,08	0,04-0,29	0,3-0,6	0,04-0,12
Р, %	0,55-1,51	0,51-1,24	0,36-1,96	1,29-2,87	0,51-2,31
Контроль	2,54	22,7	4,20	7,5	2,07
Pb	1,28	19,5	3,64	6,7	1,80
Pb + ОМД	1,60	19,8	3,51	7,2	1,90
Pb + біогумус	1,89	20,0	3,89	7,0	2,02
Pb + крейда	1,56	18,5	3,93	7,1	1,82
Pb + K2CO3	1,52	18,6	4,16	6,8	1,84
Pb +K2S	1,42	19,7	3,80	6,9	1,84
НСР0,95	0,04-0,05	0,2-0,3	0,04-0,22	0,2-0,6	0,04-0,07
Р, %	0,64-1,07	0,32-0,48	0,29-1,39	0,80-2,95	0,64-1,09
Контроль	2,54	22,7	4,20	7,5	2,07
Zn	1,35	20,4	3,71	6,9	1,82
Zn + ОМД	1,67	20,5	3,62	7,4	1,98
Zn + біогумус	1,95	20,1	3,95	7,2	2,05
Zn + крейда	1,58	19,7	4,03	7,1	1,90
Zn + K2CO3	1,64	19,7	4,18	7,0	1,94
Zn +K2S	1,53	20,1	4,02	7,1	1,93
НСР0,95	0,03-0,06	0,2-0,8	0,05-0,22	0,2-0,5	0,12-0,17
Р, %	0,51-0,92	0,34-1,20	0,29-1,66	0,89-2,59	1,63-2,80

Окрім безпосереднього інгібування ферментативної активності ґрунту катіонами Cd²⁺, Pb²⁺ і Zn²⁺, токсичний вплив сполук ВМ проявлявся також через дію супутнього аніона NO₃^-, що призводило до підкислення рН ґрунтового розчину (з 6,75 до 6,256,43) і тим самим сприяло зміні оптимального для дії цих ферментів середовища в чорноземі звичайному і відповідно посиленню зниження активності інвертази і стимулюванню, хоча і нижче рівня контролю, каталази та дегідрогенази.

Найбільш стійко й істотно токсична дія ВМ проявилася в інгібуванні активності дегідрогенази, що знижувалася в порівнянні з контролем на 4758% у залежності від хімічної природи металів. Активність інвертази ферменту вуглецевого обміну та уреази, пов'язаної з процесами гідролізу і перетворення в доступну форму азоту сечовини, під впливом забруднення ВМ знижувалася на 1525%. Рівні активності каталази, яка відноситься до гемінферментів, що каталізують відщеплення води від перекису водню, і фосфатази ферменту фосфорного обміну, виявилися найбільш стійкими до токсичної дії катіонів ВМ. Відповідно до градації ступеня забруднення ґрунтів ВМ за ферментативною активністю, чорнозем звичайний при його забрудненні Cd²⁺, Pb²⁺ і Zn²⁺ в 5 ГДК в орному шарі варто віднести за активністю інвертази і фосфатази до средньозабруднених ґрунтів. Хоча активність ґрунтових ферментів в основному визначається життєдіяльністю мікробного угруповання, будь-якої кореляційної залежності між кількістю ґрунтових мікроорганізмів і активністю ферментів не виявлено.

Внесені меліоранти в залежності від ступеня ефективності дії зв'язували катіони ВМ²⁺ і тим самим знижували їх токсичний вплив, що опосередковано відбивалося на підвищенні активності ґрунтових ферментів. Між вмістом рухомих форм Cd, Pb і Zn у ґрунті й активністю дегідрогенази найбільш чутливого до техногенного забруднення ВМ ферменту були встановлені зворотні залежності, що задовільно описувалися поліномами другого порядку:

забруднення Cd Д = 0,0367Cd_г² 0,459Cd_г + 2,4944, R² = 0,8464 (1)

забруднення Pb Д = 0,0002Pb_г² 0,0266Pb_г + 2,4328, R² = 0,6874 (2)

забруднення Zn Д = 2E-05Zn_г² 0,0097Zn_г + 2,4429, R² = 0,7131 (3)

де Д активність дегідрогенази, мг ТФФ на 10 г грунту за 24 години,

Cd_г вміст рухомого кадмію у ґрунті, мг/кг,

Pb_г вміст рухомого свинцю у ґрунті, мг/кг,

Zn_г вміст рухомого цинку у ґрунті, мг/кг.

У той же час компоненти, які входять до складу меліорантів, у деяких випадках інгібували дію ферментів, а саме: внесення екологічно обґрунтованих доз крейди і K₂CO₃ значно збільшувало активність уреази і, навпаки, пригнічувало, хоча й незначно (десь 34%) інвертазу. При недостачі рухомого фосфору і низькій активності фосфатази, а саме такі умови властиві для техногенно забрудненого ВМ ґрунту агроценозів, додатковий мінеральний фосфор, який надходив з ОМД і біогумусом, підвищував фосфатазну активність. Підвищені концентрації мінерального азоту в ґрунті за рахунок внесення ОМД викликали зниження активності уреази.

ТОЛЕРАНТНІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР ДО ТОКСИЧНОЇ ДІЇ Cd, Pb ТА Zn

Розглянуто механізм толерантності рослин, шляхи надходження ВМ, бар'єри на шляху їх транслокації, закономірності накопичення, вплив токсикантів на біохімічні показники якості зерна.

Реакція-відгук гороху, ярих та озимих зернових культур на токсичну дію ВМ. При формуванні забруднення в орному шарі накопичення ВМ зерном сільськогосподарських культур визначалось особливостями будови їх кореневих систем. Коренева система ранніх ярих розвивається на глибину до 1 м і в ширину до 0,80 см. Основна її частина міститься в шарі 520 см, тому саме ці культури були найбільш чутливими до токсичної дії ВМ, здатними їх виносити з ґрунту і накопичувати в своїй біомасі у великих кількостях Cd 1,6932,580; Pb 46,669,7; Zn 198,0232,1 мг на 1 кг зерна ярого ячменю і Cd 1,7311,866; Pb 56,267,5; Zn 204,7228,6 мг/кг зерна вівса). Урожайність ярих зернових знижувалась на 7080% при забрудненні ВМ. В межах ярого ячменю найбільш стійким до забруднення сортом був Джерело, а чутливим Прерія.

Друге місце по чутливості до токсичної дії ВМ займав горох. Урожайність сортів гороху знижувалась на варіантах, забруднених Cd, на 71,072,2%, Pb 67,470,1% і Zn на 61,865,0%. Вміст ВМ у зерні становив: Cd 1,6201,645; Pb 49,763,3; Zn 163,0180,5 мг/кг. В межах культури найбільш стійким до забруднення був сорт Норд.

Третє місце по чутливості до токсичної дії ВМ займали озимі культури. Під впливом ВМ урожайність озимих знижувалась у ячменю на 5558%, жита 4854%, пшениці 4757%, тритікале 5154%. За ступенем зниження урожайності озимі слід розмістити в такій послідовності: озимий ячмінь озима пшениця тритікале озиме жито. Вміст ВМ у зерні становив: Cd 1,4531,686; Pb 40,948,9; Zn 141,7164,2 мг/кг. Найбільш чутливими до ВМ в озимої пшениці був сорт Красуня, в озимого жита Кормове 51, а толерантними відповідно Фантазія і Харківське 98.

На удобреному фоні (N₉₀P₉₀K₆₀) незабрудненого і забруднених варіантів спостерігалося більше накопичення ВМ в зерні сільськогосподарських культур порівнянно з фоном без внесення добрив.

Накопичення ВМ зерном сільськогосподарських культур призводило до підвищення зольності, фосфору та калію, нітратів і білка.

Реакція-відгук проса на токсичну дію ВМ. Токсичний вплив ВМ на рослини проса проявлявся найменше серед досліджуваних культур, насамперед, за рахунок розміщення основної маси його коренів нижче забрудненого шару ґрунту. Проте токсикоз у рослин відмічався з початкових етапів онтогенезу і до збирання урожаю та полягав у появі хлорозів, некрозів, затримці етапів органогенезу в середньому на 35 днів, інгібуванні показників росту вегетативних і генеративних органів рослин, невиповненості зерна. На забруднених варіантах висота рослин зменшувалась у середньому в 1,3 раза, при внесенні меліорантів збільшувалась, а з ОМД навіть перевищувала контроль. При внесенні K₂CO₃ висота збільшувалась на 84,695,2% і K₂S 77,486,9%. Крім того, застосування ОМД призводило до збільшення підгону і підсіду рослин проса в 3,54 рази, а біогумусу до збільшення товщини стеблини вдвічі. Висота рослин, вирощених на цьому варіанті, була найменшою. Кількість листків і їх довжина у рослин, вирощених на забруднених варіантах, були меншими на 27,431,3% і 28,831,9% від даних показників на контролі. Найбільша кількість листків у рослин проса відмічалась на варіантах з внесенням ОМД 5,736,47 шт. на одну рослину, а максимальна довжина - в варіантах з K₂CO₃, K₂S і ОМД.

Найзначніше збільшення кількості листків при максимально можливій їх довжині було на варіантах з внесенням K₂CO₃. На варіантах, забруднених ВМ, висота волоті зменшувалась на 13,825,7%, кількість гілочок - майже в два рази в порівнянні з контрольним варіантом. До оптимальних варіантів, з найбільшою висотою волоті при максимально можливій кількості на ній гілочок, відносились рослини, вирощені на варіантах з внесенням K₂CO₃, K₂S і ОМД. Забруднення ґрунту ВМ призводило до утворення недозрілих зерен 1415 % від їх загальної кількості, яка припадає на одну рослину. При внесенні меліорантів найбільша кількість недозрілих і неповноцінних зерен спостерігалась на варіанті з крейдою. Маса 1000 виповнених зерен, отриманих з забруднених варіантів, була менша на 1,53,8% за контроль. Застосування K₂CO₃, K₂S і ОМД сприяло значному збільшенню маси зерен на 4,515,4%.

Урожайність проса сорту Миронівське 51 знижувалася під токсичним впливом ВМ найменше усього на 15,328,2% (Фон 1), та 21,124,7% (Фон 4). Внесення меліорантів, за рахунок різних механізмів усунення токсичної дії ВМ, сприяло підвищенню урожайності зерна (табл. 4).

Таблиця 4

Урожайність і вміст ВМ в зерні проса сорту Миронівське 51 (середнє за 2001-2003 рр.)

Варіант	Вміст ВМ, мг/кг	Урожайність, ц/га
	Cd	Pb	Zn	2001 р	2002 р	2003 р	середнє
Контроль	0,037	0,30	16,40	10,9	13,2	20,2	14,8
Cd	0,83	0,17	15,36	5,2	9,1	13,2	9,2
Cd + ОМД	0,42	0,26	15,64	7,1	11,0	17,1	11,7
Cd + біогумус	0,40	0,25	15,72	8,3	11,3	18,4	12,7
Cd + крейда	0,38	0,24	15,86	8,9	12,4	18,6	13,3
Cd + K2CO3	0,18	0,27	16,42	10,1	12,8	19,2	14,0
Cd +K2S	0,16	0,28	16,48	9,9	12,5	18,3	13,6
НСР0,95	0,35-0,60	0,01	0,23-37	0,3	0,5	0,9
Р, %	0,87-1,50	0,98-1,19	0,43-0,68	1,29	1,28	1,60
Контроль	0,037	0,30	16,40	10,9	13,2	20,6	14,9
Pb	0,024	35,50	17,20	5,7	10,0	14,0	9,9
Pb + ОМД	0,030	0,53	21,20	9,3	11,3	17,5	12,7
Pb + біогумус	0,032	0,38	17,60	9,2	11,7	18,6	13,2
Pb + крейда	0,035	0,32	17,20	10,2	12,2	18,7	13,7
Pb + K2CO3	0,037	0,30	16,40	10,4	12,8	19,0	14,1
Pb +K2S	0,038	0,27	16,00	10,3	12,6	18,8	13,9
НСР0,95	0,009-0,013	0,05-0,12	0,27-0,73	0,5	0,4	1,0
Р, %	1,47-2,23	0,25-0,68	0,47-1,26	1,64	1,10	1,75
Контроль	0,037	0,30	16,40	10,9	13,2	20,3	14,8
Zn	0,012	0,31	132,8	8,0	11,3	14,9	11,4
Zn + ОМД	0,21	0,54	19,2	11,1	11,6	18,3	13,7
Zn + біогумус	0,24	0,32	18,4	12,0	12,3	18,9	14,4
Zn + крейда	0,32	0,28	17,6	14,3	12,9	19,2	15,5
Zn + K2CO3	0,32	0,27	17,2	14,5	13,3	19,5	15,8
Zn +K2S	0,37	0,27	16,8	14,4	13,2	19,3	15,6
НСР0,95	0,012-0,016	0,01-0,02	0,09-0,67	0,7	0,5	1,0
Р, %	1,74-2,30	0,71-1,44	0,03-0,22	1,77	1,25	1,68
МДР у кормах	0,3	5,0	50,0
ГДК	0,2	2,0	50,0

Найбільший приріст урожаю зерна проса забезпечувало внесення рекомендованих в якості меліорантів K₂CO₃ i K₂S, а також біогумусу. Ефективність органічної складової ОМД нівелювалась підкислювальною дією мінеральної складової, направленою на підвищення рухомості ВМ у ґрунті. Незначний приріст урожаю на варіантах з крейдою визначався недостатньою кількістю її внесення для зв'язування катіонів ВМ.

Завдяки добре розвинутій, глибоко проникаючій у ґрунт кореневій системі і формуванню основної маси коренів нижче забрудненого шару (030 см), просо менше, ніж зернобобові, ярі та озимі зернові культури, поглинало ВМ²⁺ і накопичувало їх у своїй товарній частині (табл. 4). Формування в орному шарі забруднення в 5 ГДК сприяло збільшенню в зерні вмісту Zn в 8,1 рази, Pb 11,8 рази, Cd 22,5 рази у порівнянні з контрольним варіантом. Накопичення ВМ у зерні обумовлювалось захисними механізмами з боку рослин проса і хімічною природою самих металів, серед яких найбільш токсичним є кадмій. Проте, хоча просо є найбільш толерантною культурою, серед тих, що вивчались у досліді, зерно, отримане з забруднених варіантів, не відповідало нормам ГДК і МДР. Внесення меліорантів сприяло зниженню вмісту ВМ у товарній частині проса, однак по Cd все одно виходило за припустимі межі, за винятком варіантів з K₂CO₃ i K₂S. Між вмістом ВМ у зерні і зменшенням урожайності зерна були встановлені зворотні залежності (рис. 1). Токсична дія Cd підсилювалась цинковою недостатністю. На варіантах з внесенням меліорантів антагонізм між Cd і Zn проявлявся менше. У зерні, отриманому з варіантів, забруднених Cd, спостерігалось зниження вмісту Pb, і навпаки, при забрудненні Pb відмічено зниження вмісту Cd.

Рис. 1. Зміна урожайності зерна проса сорту Миронівське 51 в залежності від накопичення ВМ

Таблиця 5

Вплив ВМ і меліорантів на якість зерна проса сорту Миронівське 51 (середнє за 2001-2003 рр.)

Варіант	Білок, %	Жир, %	Крохмаль, %	Клітковина, %	NO3, мг/кг	P2O5, %	K2O, %
Забруднення Cd
1	7,00	4,88	42,3	3,22	24,9	0,660	0,325
2	7,42	5,03	45,8	3,18	27,3	0,703	0,359
3	7,32	4,46	44,4	3,30	25,0	0,673	0,325
4	7,30	4,82	46,3	3,21	24,0	0,664	0,325
5	7,25	4,95	45,1	3,09	23,5	0,658	0,325
6	7,22	5,15	44,0	3,16	22,8	0,669	0,325
7	7,32	5,10	43,3	3,18	22,2	0,660	0,325
НСР0,95	0,16-0,22	0,02-0,18	0,8-0,9	0,04-0,06	0,9-1,3	0,006-0,007	0,001-0,002
Р, %	0,66-0,91	0,14-1,11	0,56-0,60	0,34-0,56	1,18-1,61	0,27-0,31	0,11-0,18
Забруднення Pb
1	7,00	4,88	42,3	3,22	24,9	0,660	0,325
2	7,54	5,21	42,2	3,28	27,9	0,683	0,328
3	7,44	5,18	45,0	3,23	27,2	0.675	0,325
4	7,18	5,12	44,4	3,20	26,3	0,670	0,325
5	7,10	5,21	48,2	3,30	26,1	0,663	0,325
6	7,30	5,00	43,1	3,14	25,4	0,661	0,325
7	7,30	5,18	46,2	3,33	26,0	0,658	0,325
НСР0,95	0,19-0,24	0,17-0,18	0,7-0,9	0,02-0,15	0,3	0,006-0,011	0,001-0,002
Р, %	0,80-0,99	0,98-1,07	0,47-0,59	0,22-1,37	0,29-0,34	0,27-0,49	0,10-0,15
Забруднення Zn
1	7,00	4,88	42,3	3,22	24,9	0,660	0,325
2	7,82	5,04	47,1	3,40	26,6	0,681	0,326
3	7,68	5,11	47,9	3,21	26,1	0,671	0,325
4	7,64	5,00	43,0	3,20	25,3	0,663	0,325
5	7,44	4,98	44,0	3,35	25,8	0,662	0,325
6	7,32	5,14	46,2	3,56	23,8	0,660	0,325
7	7,36	5,21	44,9	3,48	24,5	0,658	0,325
НСР0,95	0,21-0,22	0,03-0,25	0,7-0,9	0,03-0,08	0,2-0,8	0,004-0,006	0,001-0,002
Р, %	0,84-0,90	0,15-1,46	0,45-0,57	0,27-0,75	0,21-1,00	0,18-0,29	0,12-0,23

Примітка. Варіанти досліду: 1 екологічно чистий (контроль), 2 ВМ, 3 ВМ + ОМД, 4 ВМ + біогумус, 5 ВМ + крейда, 6 ВМ + K₂CO₃, 7 ВМ + K₂S.

Вміст фосфору, нітратів та білка прямо залежав від накопичення ВМ в зерні проса і описувався рівняннями регресії (табл. 5):

а) нітрати:

забруднення Cd NO₃= 23,5999e^0,0176Cdз, R² = 0,6097 (4)

забруднення Pb NO₃ = 0,4471ln(Pb_з) + 26,442, R² = 0,6007 (5)

забруднення Zn NO₃ = 0,6049ln(Zn_з) + 23,693, R² = 0,6577 (6)

де NO₃ вміст нітратів у зерні проса, мг/кг,

Cd_з вміст кадмію у зерні проса, мг/кг,

Pb_з вміст свинцю у зерні проса, мг/кг,

Zn_з вміст цинку у зерні проса, мг/кг.

б) білок

забруднення Cd Б = 0,0671ln(Cd_з) + 7,3331, R² = 0,7028 (7)

забруднення Pb Б = 0,0713ln(Pb_з) + 7,2959, R² = 0,4706 (8)

забруднення Zn Б = 0,3187ln(Zn_з) + 6,3987, R² = 0,6497 (9)

де Б вміст білка у зерні проса, %,

Cd_з вміст кадмію у зерні проса, мг/кг,

Pb_з вміст свинцю у зерні проса, мг/кг,

Zn_з вміст цинку у зерні проса, мг/кг.

в) фосфор

забруднення Cd Р₂О₅ = 0,0083ln(Cd_з) + 0,6784, R² = 0,7527 (10)

забруднення Pb Р₂О₅ = 0,0043ln(Pb_з) + 0,6689, R² = 0,6922 (11)

забруднення Zn Р₂О₅ = 0,0095ln(Zn_з) + 0,6349, R² = 0,7914 (12)

де Р₂О₅ вміст фосфору у зерні проса, %,

Cd_з вміст кадмію у зерні проса, мг/кг,

Pb_з вміст свинцю у зерні проса, мг/кг,

Zn_з вміст цинку у зерні проса, мг/кг.

Була встановлена залежність підвищення вмісту білка за рахунок зменшення урожайності зерна проса сорту Миронівське 51 при забрудненні грунту ВМ:

забруднення Cd Б = -0,0168у² + 0,3433у + 5,6685, R² = 0,8139 (13)

забруднення Pb Б = -0,0036у³ + 0,1213у² -1,4146у + 13,177, R² = 0,695 (14)

де Б вміст білку в зерні, %,

у урожайность зерна проса, ц/га.

Вміст жиру, крохмалю і клейковини в зерні, отриманому з екологічно чистого і забруднених варіантів з внесенням меліорантів, був дуже різним, будь-яких залежностей простежити не вдалося.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі виконані теоретичні та експериментальні узагальнення хімічних і біологічних методів детоксикації забруднених ВМ ґрунтів.

На їх основі розроблено принципово новий, екологічно безпечний комплексний підхід до вирішення проблеми детоксикації забрудненого рухомими формами ВМ чорнозему звичайного північного Степу України.

Сутність способу полягає в поєднанні фітостабілізації вирощування толерантної до токсичної дії ВМ сільськогосподарської культури (проса сорту Миронівське 51) з внесенням як меліорантів водних розчинів карбонату і сульфіду калію.

2. Встановлено токсичну дію іонів ВМ²⁺ на агрохімічні показники чорнозему звичайного малогумусного важкосуглинкового на лесі північного Степу України, котре виражалося у:

- збільшенні амонійних форм азоту на 11,125,6% та нітратних форм азоту на 13,926,2%;

- зниженні вмісту мінеральних форм фосфору на 14,015,0% та ступеня рухомості фосфатів на 10,616,2%;

- збільшенні на 4,411,4% рухомих форм калію;

- підкисленні рН ґрунтового розчину з 6,75 до 6,25-6,43.

На удобреному фоні (Naa₉₀Pсг₉₀Ккс₆₀) забруднених ВМ варіантів вміст мінеральних форм фосфору підвищувався на 11,211,3% в порівнянні з забрудненим неудобреним фоном, проте значень контрольного варіанта (без внесення добрив і забруднення ВМ) 8,739,98 мг/100 г ґрунту не досягав.

3. Встановлено, що рухомість ВМ у ґрунті визначається природною буферною здатністю, спрямованою на закріплення катіонів ВМ²⁺, їх виносом сільськогосподарськими культурами і підкислювальною дією мінеральних добрив Naa₉₀Pсг₉₀Ккс₆₀.

4. Встановлено токсичну дію ВМ на біологічну активність ґрунту, яка виражалась у:

- зниженні інтенсивності виділення СО₂ на 1437%;

- пригніченні чисельності фосформобілізуючих на 14,763,6 %, кислотоутворюючих на 46,775,5% і засвоюючих мінеральний азот бактерій на 12,752,3%;

- збільшенні чисельності засвоюючих азот органічних сполук бактерій на 2,352,3% та мікроскопічних грибів майже 45,0%;

- встановлено ряд стійкості ферментів до техногенного забруднення ВМ ґрунту: дегідрогеназа уреаза інвертаза фосфатаза = каталаза.

5. Проведено оцінку реакції-відгуку основних сільськогосподарських культур, що вирощуються в Дніпропетровській області (яровий ячмінь, овес, озима пшениця, тритікале, озиме жито, озимий ячмінь, горох, просо) на токсичну дію ВМ за факторами: урожайність, накопичення ВМ у товарній частині, біохімічні показники якості зерна.

Толерантність вказаних культур змінювалася в ряді: просо озимі зернові горох ярі зернові.

В межах однієї культури найбільш стійкими були: у ярого ячменю сорт Джерело, озимої пшениці сорт Фантазія, озимого жита сорт Харківське 98, гороху сорт Норд. Кращою культурою-фітостабілізатором є просо сорту Миронівське 51, що підтверджується меншим рівнем зниження його урожайності (на 15,328,2%) та меншим накопиченням у зерні Cd, Pb і Zn.

Встановлено токсичний вплив ВМ на біохімічні показники якості зерна: збільшення вмісту нітратів і білка, фосфору та калію.

Отримані рівняння регресії: зменшення урожайності, збільшення вмісту білка, нітратів і калію в залежності від накопичення ВМ у зерні.

6. Проведено порівняльну оцінку методів хімічної детоксикації (внесення крейди, біогумусу, ОМД, K₂CO₃ і K₂S) чорнозему звичайного, забрудненого ВМ, в агроценозі кращого фітостабілізатора - проса сорту Миронівське 51.

Встановлено стабілізуючу дію меліорантів (крейда, біогумус, ОМД, K₂CO₃ і K₂S) на агрохімічні показники чорнозему звичайного: виявлено підвищення рН на 8,610,2%, підвищення вмісту рухомих фосфатів на 8,213,8% і ступеня їх рухомості на 5,211,9%, зменшився вміст нітратів на 16,021,3%.

Найбільший приріст урожаю зерна проса 4,04,8 ц/га з високими біохімічними показниками якості і низьким вмістом ВМ, який відповідає нормам ГДК, отримано на варіантах з внесенням K₂CO₃ і K₂S у порівнянні з забрудненими.

7. Розроблено рекомендації по детоксикації техногенно забруднених ВМ (Cd, Pb, Zn) чорноземів звичайних малогумусних важкосуглинкових північного Степу України з подальшою оптимізацією екоситуації за рахунок внесення водних розчинів K₂CO₃ і вирощування культури-фітостабілізатора проса сорту Миронівське 51.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для санації забрудненого ВМ ґрунту без порушення агрохімічної та біологічної рівноваги показників його родючості з метою одержання високоякісної, що відповідає нормам ГДК за вмістом ВМ, рослинницької продукції варто поєднувати способи хімічної та біологічної детоксикації. Як меліорант при хімічній детоксикації рекомендується використовувати К₂СО₃, якого слід узяти в 1,5 раза більше еквівалентної кількості, необхідної для повного хімічного зв'язування катіонів ВМ²⁺ у ґрунті.

Отримана кількість К₂СО₃ перераховується на глибину забрудненого рухомими формами ВМ шару ґрунту і площу, що підлягає хімічній детоксикації, а потім розводиться достатньою для розчинення солі і повного розподілення її по поверхні ґрунту кількістю води (не менше 30 мл/м²).

Водний розчин К₂СО₃ вноситься на поверхню ґрунту аерогенним шляхом і відразу заробляється на глибину орного шару (030 см). Біологічну детоксикацію проводять методом фітостабілізації, шляхом висівання найбільш стійкої до токсичної дії ВМ сільськогосподарської культури-фітостабілізатора проса (сорт Миронівське 51), що забезпечує максимально можливе збільшення врожаю з високими біохімічними показниками якості зерна і вмістом ВМ, що відповідає значенням ГДК.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Яковишина Т.Ф. Екологічний зв'язок вмісту важких металів в атмосферних опадах і надходження їх в грунт // Науковий вісник: Сучасна екологія і проблеми сталого розвитку суспільства. ЛЬВІВ: УкрДЛТУ. 1999. Вип. 9.11 С. 127129.

2. Яковишина Т.Ф. Изменение содержания подвижных форм фосфора при загрязнении почвы тяжелыми металлами // Мат. Міжнародної науково-практичної конференції "Фосфор і калій у землеробстві. Проблеми мікробіологічної мобілізації". Чернігів Харків, 2004. С. 188194.

3. Яковишина Т.Ф. Толерантность сельскохозяйственных культур к загрязнению тяжелыми металлами // Мат. ІV Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство." Київ, 2002. С. 191192.

4. Пат. 55960 А Україна, МКИ С 09 К 17/02. Спосіб зниження рухомих форм важких металів в техногенно забрудненому ґрунті: Пат. 55960 А. Україна, МКИ С 09 К 17/02 / С.М.Крамарьов, С.І.Нейковський, Т.Ф.Яковишина. Бюл. №4, Заявл. 15.08.2002; Опубл. 15.04.2003. 3 с.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

5. Крамарев С.М. Шевченко В.Н., Яковишина Т.Ф. Эффективность фосфорсодержащих удобрений в агроценозах кукурузы выращиваемой на техногенно загрязненных чорноземах обыкновенных // Вісник аграрної науки Південного регіону. Сільськогосподарські та біологічні науки. - Вип. 4. - Одеса: СМИЛ, 2003. - С.62-68.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

6. Крамарьов С.М., Деркачов Е.А., Шевченко О.А., Колодочка О.М., Крамарьова Ю.С., Яковишина Т.Ф. Екологічні та гігієнічні проблеми забруднення рухомими формами важких металів ґрунту промислових агломерацій Придніпров'я // Довкілля і здоров'я. №4. 2004. С.2427.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

7. Крамарев С.М., Яковишина Т.Ф. Экологическая оценка изменения содержания тяжелых металлов в зерне кукурузы и гороха // Зерновые культуры. 2000. №6. С. 3132.

Дисертантом проведено аналіз літератури та його обґрунтування

8. Крамарев С.М., Яковишина Т.Ф. Комплексный подход к решению проблемы рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Екологія і природокористування. - Дн-вськ: ІППЕ. 2002. Вип. 4. С. 135139.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз