Детоксикація забруднених важкими металами чорноземів звичайних північного Степу України - Автореферат

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. 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. агрохімічний чорнозем детоксикація фітостабілізація 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. 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 обєкта 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 звязків у досліджуваному обєкті, одержанні рівнянь. 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.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. На удобреному фоні (Naa90Рсг90Ккс60) забруднених ВМ варіантів вміст мінеральних форм фосфору підвищувався на 11,2-11,3% в порівнянні з забрудненим неудобреним фоном, проте значень контрольного варіанта (без внесення добрив і забруднення ВМ) 8,73-9,98 мг/100 г ґрунту не досягав. 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. В межах однієї культури найбільш стійкими були: у ярого ячменю - сорт Джерело, озимої пшениці - сорт Фантазія, озимого жита - сорт Харківське 98, гороху - сорт Норд.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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 11,1-25,6% та нітратних форм азоту на 13,9-26,2%;

- зниженні вмісту мінеральних форм фосфору на 14,0-15,0% та ступеня рухомості фосфатів на 10,6-16,2%;

- збільшенні на 4,4-11,4% рухомих форм калію;

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

На удобреному фоні (Naa90Рсг90Ккс60) забруднених ВМ варіантів вміст мінеральних форм фосфору підвищувався на 11,2-11,3% в порівнянні з забрудненим неудобреним фоном, проте значень контрольного варіанта (без внесення добрив і забруднення ВМ) 8,73-9,98 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 Naa90Рсг90Ккс60.

4. Встановлено токсичну дію ВМ на біологічну активність ґрунту, яка виражалась у: - зниженні інтенсивності виділення СО2 на 14-37%;

- пригніченні чисельності фосформобілізуючих на 14,7-63,6 %, кислотоутворюючих на 46,7-75,5% і засвоюючих мінеральний азот бактерій на 12,7-52,3%;

- збільшенні чисельності засвоюючих азот органічних сполук бактерій на 2,3-52,3% 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 15,3-28,2%) 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 8,6-10,2%, підвищення вмісту рухомих фосфатів на 8,2-13,8% і ступеня їх рухомості на 5,2-11,9%, зменшився вміст нітратів на 16,0-21,3%. Найбільший приріст урожаю зерна проса 4,0-4,8 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 звязування 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 кількісттю води (не менше 30 мл/м2). Водний розчин К2СО3 вноситься на поверхню ґрунту аерогенним шляхом і відразу заробляється на глибину орного шару (0-30 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.

1. Яковишина Т.Ф. Екологічний звязок 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. 127-129.

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. 188-194.

3. Яковишина Т.Ф. Толерантность сельскохозяйственных культур к загрязнению тяжелыми металлами // Мат. IV Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство." - Київ, 2002. - С. 191-192.

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 Придніпровя // Довкілля і здоровя. - №4. - 2004. - С.24-27.

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. 31-32.

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. 135-139.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

9. Крамарьов С.М., Яковишина Т.Ф. Техногенне забруднення рухомими формами важких металів ґрунту м. Дніпропетровська та його приміської зони // Ґрунтознавство та агрохімія на шляху до сталого розвитку України. - Харків: Вид. ННЦ "Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського". - 2002. - С.84-85.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

10. Чесанов Л.Г., Крамарев С.М., Яковишина Т.Ф. Новые перспективные сорбент-мелиоранты загрязненных тяжелыми металлами почв // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини. - Київ: ВОТТП. - Вип. 13. - 2003. - С. 90-94.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

11. Крамарев С.М., Яковишина Т.Ф. Токсическое влияние тяжелых металлов на агрохимические и эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного / Мат. ІІ Міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів". - Дн-вськ: ІППЕ. - 2003. - С.118-119.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

12. Крамарьов С.М., Яковишина Т.Ф. Вплив техногенного забруднення чорнозему звичайного важкими металами на ступінь рухомості в ньому фосфору // Труды ІІІ Международного симпозиума "Безопасность жизнедеятельности в XXI веке". - Египет - Украина. - 2003. - С.80-81.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

13. Крамарев С.М., Яковишина Т.Ф. Экологическая оценка токсического действия тяжелых металлов на педоценоз // Труды IV Международного симпозиума "Безопасность жизнедеятельности в XXI веке". - Днепропетровск. - 2004. - С.53-54.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

14. Яковишина Т.Ф., Крамарева Ю.С. Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами // Труды Всеукраинской научно-практической конференции "Бизнес и экология". - Донецк. - 2001. - С. 95-97.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз

15. Крамарев С.М., Краснєнков С.В., Чуб В.Т., Яковишина Т.Ф. Екологічна оцінка вмісту важких металів в зерні вирощеному на території Дніпропетровської області / Мат. Другої науково-практичної конференції "Техногенно-екологічна безпека регіонів як умова сталого розвитку України". - Львів. - 2002. - С.41-43.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та їх аналіз