Екологічне обґрунтування фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

Інститут агроекології

ЕКОЛОГІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ФІТОРЕМЕДІАЦІЇ ПОРОДНИХ ВІДВАЛІВ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ

Спеціальність 03.00.16 - екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Гавриляк Мирослава Ярославівна

УДК 504.06 : 622.33

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті „Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, Баранов Володимир Іванович, Львівський національний університет імені Івана Франка, доцент кафедри фізіології рослин та екології.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Надкернична Олена Володимирівна, Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН,

завідувач лабораторії біологічного азоту;

кандидат біологічних наук Жуков Сергій Петрович, Донецький ботанічний сад НАН України, старший науковий співробітник відділу фіто екології.

Захист відбудеться „21” жовтня 2010 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології УААН за адресою: 03143, Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології УААН за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розіслано „17” вересня 2010 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук В.В. Чайковська.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

фіторемедіація вугільний шахта олійний

Актуальність теми дослідження. Гірничовидобувна промисловість значною мірою впливає на довкілля, що проявляється у трансформації природних ландшафтів, нагромадженні відходів вугледобування, забрудненні ґрунтів, повітря, поверхневих і підземних вод хімічними елементами та їх сполуками. У зв'язку із збільшенням частки територій, забруднених відходами гірничодобувної промисловості, виникає нагальна потреба в їх рекультивації з метою зменшення шкідливого впливу на навколишнє середовище. Зокрема, це стосується Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну і, перш за все, його центральної частини - Червоноградського гірничопромислового району. Стан породних відвалів шахт Червоноградського вугільного басейну свідчить про низьку ефективність і незавершеність рекультиваційних робіт, пов'язаних, головним чином, з недостатнім фінансуванням.

На даний час зростає зацікавленість вчених до відновлення забруднених важкими металами ґрунтів методом фіторемедіації, зокрема, з використанням сільськогосподарських видів рослин. Загальнотеоретичні та методичні положення відновлення териконових ландшафтів до рівня природних викладено у працях відомих вчених: Геника Я.В., Зубової Л.Г., Іванова Є.А., Кучерявого В.П., Рудько Г.І., Поповича В.В. Вивченню шляхів розвитку фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт присвячені праці відомих вітчизняних та зарубіжних дослідників: Автуховича А.І., Агурової І.В., Баранова В.І., Башуцької У.Б., Бревера Е., Галіуліна Р.В., Горової А.І., Гратао Р., Жукова С.П., Мануїлової Г.М., Моклячук Л.І.

Підвищення ефективності фіторемедіації досягається внесенням мінеральних добрив та використанням регуляторів росту. Проте, застосування традиційних водорозчинних видів добрив на відвалах є неефективним внаслідок їх вимивання опадами, що призводить до забруднення ґрунтових вод і негативно впливає на довкілля. Одним із способів досягнення пролонгованості дії добрив та зниження негативних наслідків від їх використання є капсулювання добрив плівками різного складу, зокрема, застосування в ролі матеріалу для плівкоутворюючих композицій відходів паперово-целюлозного виробництва та природних дисперсних сорбентів, що мають порівняно невисоку вартість і поряд з тим, можуть виступати як такі, що покращують структуру ґрунтів.

Комплексні підходи до фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт з використанням капсульованих мінеральних добрив не розроблені в достатній мірі. З огляду на це, робота, яка присвячена обґрунтуванню використання технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів при підживленні їх капсульованими мінеральними добривами є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає науковому напряму кафедри екології та охорони навколишнього середовища Національного Університету “Львівська політехніка”: “Масообмін у системах з твердою фазою” і виконувалась відповідно до Державної науково-технічної програми згідно з координаційним планом “Розробка наукових основ хімічної технології, створення нових неорганічних речовин та матеріалів, комплексна хімічна переробка мінеральної сировини України” (номер державної реєстрації 0198U007855), а також напряму в межах госпдоговірної теми БФ 20-06 “Розробка технології і методів відтворення лісових насаджень і лук на укосах породного відвалу ЦЗФ ЗАТ “Львівсистеменерго” з використанням регуляторів росту та нетрадиційних органо-мінеральних добрив” (номер держреєстрації 0107U012794), яка виконується на кафедрі фізіології та екології рослин Львівського національного університету імені Івана Франка.

Метою дослідження було екологічне обґрунтування відновлення породних відвалів вугільних шахт методом фіторемедіації з використанням олійних технічних культур.

Для досягнення мети були поставлені такі взаємопов'язані завдання:

- визначити фізико-хімічні характеристики породних відвалів вугільних шахт ВАТ “Львівська вугільна компанія” с. Сілець Сокальського району Львівської області;

- обґрунтувати використання технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів за умови використання мінеральних добрив;

- розробити оптимальний склад плівкоутворюючої композиції для капсулювання гранульованих мінеральних добрив;

- дослідити зміни морфологічних та фізіолого-біохімічних показників рослин-ремедіаторів в умовах забрудненого важкими металами породного відвалу;

- обґрунтувати ефективність застосування олійних культур, як фіторемедіантів породних відвалів вугільних шахт;

- дослідити зміни мікробіологічних показників субстратів під час фіторемедіації субстратів породного відвалу.

Об'єкт дослідження: фіторемедіація забруднених важкими металами породних відвалів вугільних шахт.

Предмет дослідження: фіторемедіаційна спроможність технічних олійних культур для відновлення забруднених важкими металами породних відвалів вугільних шахт за дії капсульованих мінеральних добрив.

Методи дослідження:

- польовий - визначення ступеня забруднення важкими металами субстратів породних відвалів вугільних шахт Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну;

- лабораторний - визначення фізико-хімічними методами рівнів вмісту важких металів у субстратах породних відвалів вугільних шахт та вегетативних органах тестових рослин олійних культур;

- фіторемедіації - відновлення забруднених важкими металами субстратів породних відвалів вугільних шахт за допомогою рослин;

- методи ґрунтової мікробіології для дослідження мікроорганізмів субстратів породних відвалів;

- інструментальні методи нанесення плівкоутворюючої композиції на гранули нітроамофоски;

- статистичний - встановлення на основі методів математичної статистики достовірності отриманих результатів та функціональних залежностей між різними факторами та процесами.

Інформаційною базою дослідження були офіційні статистичні дані Держкомстату України, Державних засобів інформації України, законодавчі та інші нормативно-правові акти, монографічні праці та наукові публікації, а також спеціальні дослідження за участю автора.

Наукова новизна результатів проведеного дослідження полягає у розробленні, обґрунтуванні нових та поглибленні існуючих практичних засад фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт, зокрема:

вперше:

- розроблено науково-методичні підходи до фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт з використанням технічних олійних культур (ріпак, суріпиця, тифон), як способу очищення антропогенно-порушених ґрунтів від важких металів, що дозволяє зменшити техногенне навантаження на довкілля;

- запропоновано спосіб фіторемедіації екотопів породних відвалів вугільних шахт із застосуванням технічних олійних культур в умовах використання капсульованих мінеральних добрив;

- розроблено оптимальний склад плівкоутворюючої композиції для капсулювання мінеральних добрив з використанням сучасних екологобезпечних технологій для стимулювання росту рослин;

удосконалено способи використання відходів целюлозно-паперового виробництва і природних сорбентів для формування складу плівкоутворюючої композиції добрив пролонгованої дії;

набули подальшого розвитку шляхи очищення субстратів породного відвалу вугільних шахт при використанні рослин-накопичувачів важких металів в умовах застосування капсульованих мінеральних добрив.

Практичне значення одержаних результатів. Результати, отримані в процесі досліджень субстратів породних відвалів вугільних шахт Червоноградського гірничопромислового району можуть бути застосовані для обґрунтування заходів щодо озеленення рослинним покровом інших антропогенно-порушених ґрунтів з урахуванням їх особливостей. Методичні і прикладні положення дисертації можуть бути використані для одержання екологічно безпечних добрив пролонгованої дії і зниження рівня забруднення довкілля залишковими мінеральними добривами.

Основні положення і результати дослідження викладені автором в дисертаційній роботі доведені до рівня практичних рекомендацій і використані кафедрою фізіології і екології рослин (довідка № 17 від 03.06.2010 р.) Львівського національного університету імені Івана Франка.

Основні положення дисертації використовуються у навчальному процесі при викладанні дисципліни “Екологія”, “Основи екології”, “Основи екології та безпеки товарів народного споживання”, “Екологічний контроль” у Львівській комерційній академії (довідка № 583/01-1.08 від 05.06.2010 р.) і Національному університеті “Львівська політехніка” (акт про впровадження від 15.10. 08 р.).

Результати даної роботи покладені в основу запланованих на 2009 - 2012 рр. дослідно-промислових випробувань фіторемедіації породних відвалів ВАТ „Львівська вугільна компанія” Червоноградської ЦЗФ (довідка № 5/482 від 02.06.2010 р.).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним закінченим дослідженням здобувача, яка базується на особисто зібраних матеріалах та виконаних експериментальних дослідженнях і узагальненні матеріалів досліджень, що були проведені протягом 2005 - 2010 рр.

Постановку задач по створенню капсульованих добрив проводили під керівництвом д.т.н., проф. Мальованого М.С., постановка задач по виконанню еколого-фізіологічних експериментальних досліджень та їх обговорення - під керівництвом к.б.н., доц. Баранова В.І. Результати проведених досліджень відображено у дисертації та публікаціях. У колективно надрукованих роботах використано матеріали, що отримані автором за участю співавторів. Конкретний внесок автора щодо наукових праць, які опубліковані у співавторстві, зазначений у переліку публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і висновки дисертаційного дослідження доповідалися та обговорювалися на конференціях:

міжнародних: “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (13 - 17 червня 2005 р., м. Харьків-Алушта); “Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития - 2009” (15 - 17 жовтня 2009 р., м. Одеса,); “Стан, проблеми та перспективи розвитку аграрної науки і практики” (17 - 18 червня 2010 р., м. Львів);

всеукраїнських: “Сучасні проблеми технології неорганічних речовин” з міжнародною участю (14 - 16 жовтня 2008 р., м. Дніпродзержинськ,); “Хімічна та екологічна освіта: стан і перспективи розвитку” (9 - 10 вересня 2008 р., м. Вінниця); II - Всеукраїнському з'їзді екологів з міжнародною участю (Екологія / Ecology), (23 - 26 вересня 2009 р., м. Вінниця); “Захист навколишнього середовища. Збалансоване природокористування” (7 - 9 жовтня 2009 р., м. Львів).

Публікації. Основні положення та результати дисертаційного дослідження опубліковані в 17 наукових працях, серед яких 4 статті у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 2 патентах.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів (чотири з яких є експериментальними), висновків, списку використаних джерел, 209 найменувань (з них кирилицею - 191, латиницею - 18). Загальний обсяг дисертації становить 175 сторінок комп'ютерного тексту, основний текст - 144 сторінки; містить 33 таблиці, 47 рисунки, 4 додатки на 7 аркушах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Теоретичні підходи щодо вирощування рослинних культур на антропогенно-порушених ґрунтах з використанням мінеральних добрив

На основі аналізу наукової літератури подано характеристику антропогенно-порушених ґрунтів, розкрито теоретичні підходи до фіторемедіації та підживлення рослин на породах відвалів шахт, уточнено чинники, що впливають на зміни фізіологічних і біохімічних показників рослин, що вирощуються в умовах забруднення важкими металами.

На даний час в Україні актуальним є використання антропогенно-порушених ґрунтів і їх рекультивація є першочерговим завданням. Винесені у відвали гірські породи, створюють землі, які не мають аналогів у природі і характеризуються складними як рельєфними так і фізико-хімічними властивостями.

На основі узагальненого вітчизняного та зарубіжного досвіду щодо фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт можна констатувати, що вирощування рослин на таких типах “ґрунтів” з використанням капсульованих мінеральних добрив розширює напрями фіторемедіації та перелік видів сільськогосподарських культур стійких до токсичних порід відвалів.

Виходячи із проблематики дослідження, у дисертації запропоновано розглядати фіторемедіацію антропогенно-порушених ґрунтів як створення екологічно-збалансованої системи “грунт-добриво-рослина” шляхом використання окремих видів сільськогосподарських культур, рослин-накопичувачів важких металів.

Об'єкти, матеріали та методи дослідження

Для капсулювання нітроамофоски використовували природні сорбенти (глауконіт, бентоніт, і цеоліт) та як зв'язуюче - гідролізний лігнін - відхід паперово-целюлозної промисловості. Капсулювання проводили в апаратах псевдозріджуючого шару. Тестові дослідження капсульованих добрив проводили відповідно до вимог ISO 11074-1.

Аналіз субстратів породного відвалу здійснювали за загальноприйнятими методиками: рН водної витяжки ґрунту потенціометричним методом на іонометрі ЕВ-74; гідролітичну кислотність і дозу вапнування (Нг) - за методом Аринушкіної (Аринушкина Е.В., 1980).

Дослідження фізіолого - біохімічні показників у рослин олійних культур проводили з використанням загальноприйнятих методів дослідження. Визначення вмісту фотосинтетичних пігментів проводили спектрофотометричним методом у ацетоновій витяжці та розраховували за формулами Хольма-Веттштейна (Гавриленко В.Ф., 1985). Визначення вмісту вуглеводів проводили за методом Дюбойса (Ермаков А.И., 1982), макро- та мікроелементи рентгеноспектроскопічним, полум'янофото-метричним та біохімічними методами, сірки _ за допомогою рентгенівського спектроскопу типу “E - link - Microzond”, кількість нiтратiв визначали за методом Починка (Починок Х.Н., 1986), фосфору - з використанням методу Лоурі-Лопеса (Починок Х.Н., 1986), аміаку _ за допомогою реактиву Неслера (Починок Х.Н., 1986), важких металів - на атомно-адсорбційному спектрофотометрі С-115 (“Селмі”, Україна) у пропан-бутановому полум'ї з використанням електротермічного атомізатора “Графіт-2” (Мусієнко М.М., 1992).

Визначення активності окисних ферментів (пероксидази) проводили за методикою Єрмакова А.І. (Ермаков А.И., 1982); вміст водню пероксиду _ спектрофотометрично, амінокислот і амідів _ на амінокислотному аналізаторі фірми “Biotronics”, білка _ за допомогою реактиву Бредфорда (Мусієнко М.М., 1992), фракційного складу білків електрофоретичним методом, активності процесів перокисного окиснення ліпідів в рослинних тканинах за утворенням малонового диальдегіду, аскорбінової, дегідроаскорбінової та дикетогулонової кислот з використанням меркаптоетанолу та дитіотрітолу (Мусієнко М.М., 2001).

Для виділення окремих еколого-трофічних груп бактерій використовували середовища: м'ясо-пептонний агар (хемоорганотрофи), середовище Ешбі - (азотфіксувальні бактерії), середовище Виноградського - (нітрифікатори), середовище Гетчинсона (целюлозоруйнівні), середовище Постгейта В - (сульфатвідновлювальні бактерії). Для виділення мікроскопічних грибів і дріжджів використовували сусло-агар. Бактерії вирощували за температури 25 - 28°С, гриби - 21 - 23°С. Кількість мікроорганізмів в 1 г субстрату визначали за загальноприйнятими методиками серійних розведень на поживне середовище (Звягинцев Д.Г., 1991).

Екологічна та агрохімічна характеристика породного відвалу вугільних шахт ЦЗФ ВАТ “Львівська вугільна компанія

Породний відвал Червоноградської ЦЗФ с. Сілець є моделлю, яка розвивається за природними законами і діє як багатофакторний абіотичний стресор на навколишнє середовище (значна кількість важких металів, висока кислотність, наявність сірки та інших сполук). Для проведення фіторемедіації відвалу необхідно провести: нейтралізацію кислотності ґрунту, підбір органічного субстрату та рослин, стійких як до несприятливих умов так і здатних накопичувати полютанти, тобто бути гіперакумуляторами важких металів. На основі проведеного гранулометричного та агрохімічного аналізу субстратів породного відвалу зроблено висновок, що вони є малопридатними для росту більшості рослин і потребують внесення як органічних речовин, так і мінеральних добрив.

Актуальна кислотність (рН) водних витяжок різних зразків породи в межах 3,0-4,5 засвідчує необхідність вапнування субстрату відвалу при його рекультивації. У перерахунку на умовно орний шар (25-30 см) на 76 га площі відвалу необхідно вносити 87,4 т вапна.

Досліджувані елементи Zn, Cd, Ni, Co, Pb, Cu, Сr, Fe за ступенем екологічної безпеки для ґрунтів, рослин, тварин і людини відносять до трьох класів небезпеки. Сd, Pb, Zn належать до високонебезпечних елементів, Со, Ni - середньонебезпечні, Cr - до мало небезпечних. Визначено, що вміст важких металів у багатьох місцях відбору проб значно перевищував ГДК по середньому значенню, виведеному як умовно середнє (умовно кларкове) на всю породу відвалу (табл. 1).

Таблиця 1. Вміст рухомих форм важких металів у субстраті породного відвалу ЦПФ (мг/кг золи), (n=5, p<0,05)

Вміст елементу	Zn	Cd	Ni	Co	Pb	Cu	Cr	Fe
Мінімаль-ний	0,2 +0,05	0,1 +0,05	16,5 +0,1	0,1 +0,05	7,6 +0,4	12,6 +0,9	31,2 +0,9	6,8 +0,4
Проміж-ний	35,7 +0,6	0,1 +0,05	37,6 +0,5	5,1 +0,08	35,7+0,6	89,1 +0,24	235,4 +1,8	10,2 +0,7
Макси-мальний	62,1 +0,7	0,8 +0,05	79,1 +0,7	40,1 +0,2	73,1+0,5	244,2 +1,2	2159,1+1,7	15,6 +0,92
Середнє значення	48,9 +0,7	0,5 +0,05	44,5 +0,2	22,5 +0,9	38,9+0,5	115,3 +1,7	808,1 +1,6	10,9 +0,7
ГДК	23,0**	1,0*	4,0**	5,0**	32,0*	3,0**	6,0	н/в

н/в - нормативи відсутні; * валова форма; ** рухома форма

Концентрація деяких важких металів значно перевищувала ГДК: хрому у 359,8 рази, свинцю - у 2,3, міді - 81,4, нікелю - 19,8 і цинку - 2,7 раз при перерахунку за максимальним значенням (всього проведений аналіз 212 відібраних проб).

Домінуючими видами субстратів породного відвалу є червона (перегоріла) і чорна (неперегоріла) породи, які різняться за вмістом важких металів. Так, вміст Cu у чорній породі - у 2,7 рази вищий, ніж у червоній, Co - 29, Cd - 1,9 рази.

На час обстеження відвалу рослинний покрив на основній площі виник у результаті самозаростання і мав фрагментарний характер: окремі екземпляри сосни (Pinus silvestris), берези бородавчастої (Betula pendula Roth.), ожини звичайної (Rubus fruticosus Roth), клена ясенелистого (Acer platanoides Roth), осики (Populus tremula Roth), а з трав'янистих рослин кунимчник наземмний (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.).

Таким чином, визначені характеристики відвалів вугільних шахт дали можливість встановити їх відмінності, хімічний склад та характерні особливості, що стало основою для визначення шляхів та способів біологічної рекультивації і можливості вирощування рослин.

Аналіз фізіолого-біохімічних показників рослин-накопичувачів у процесах адаптації до умов породного відвалу

Основою вибору перспективних видів рослин для фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт є вивчення зміни динаміки росту й розвитку, виявлення амплітуди коливань даних показників у невластивих для рослин нових екологічних умовах середовища на фоні різних агротехнічних заходів. Важкі метали накопичуються у наземних та підземних органах рослин по різному. Як накопичувачі важких металів було обрано технічні олійні культури - ріпак, суріпиця, тифон. Цей вибір ґрунтувався на тому, що основна маса важких металів накопичується у вегетативних органах рослин, а насіння залишається незабрудненим і його можна використовувати як біологічне паливо.

Адаптація рослин ріпаку до умов середовища, забрудненого важкими металами, забезпечується зміною ряду морфолого-анатомічних та фізіолого-біохімічних перебудов: показників росту, пігментів фотосинтезу та вуглеводів, зміною вмісту мінеральних елементів, показників окислювального стресу та антиоксидантної системи, білку, вільних амінокислот, амідів та інших нінгідринпозитивних сполук.

З'ясовано, що показники довжини і маси пагонів відрізнялись у проростків ріпаку, однак, різкого стимулювання чи інгібування їх не спостерігали, тобто, за параметрами росту стійкість рослин була неспецифічною, оскільки субстрати відрізняються різним вмістом важких металів і рН. Значну стимуляцію приросту площі листків спостерігали після введення у субстрати капсульованих добрив (рис. 1.).

Субстрати породного відвалу: 1 - чорна порода; 2 - червона порода; 3 - чорна порода+ нітроамофоска (чорна+НАФ);4 - чорна порода+ капсульована нітроамофоска (чорна + Капс).; 5 - червона + НАФ; 6 - червона + Капс.

Рис. 1. Площа листків 30 добових рослин ріпаку ярого на субстратах відвалу, %

За умов росту проростків ріпаку на чорній породі, встановлено збільшення площі листків у 1,8 разів, на червоній - у 1,5 раз, у порівнянні із ростом їх на даних типах субстратів із підживленням нітроамофоскою.

Оскільки кількість і співвідношення фотосинтетичних пігментів залежить від виду рослини, умов середовища і віку листків, тому необхідним було визначення зміни вмісту пігментів фотосинтезу та вуглеводів, як основних показників метаболізму рослин за росту на субстратах породного відвалу. Результати такого визначення подані у таблиці 2.

Таблиця 2. Зміни вмісту пігментів фотосинтезу у 15 - добових проростків ріпаку за росту на субстратах породних відвалів (мг/г сирої маси)

Варіанти	Хлорофіл а	Хлорофіл b	Сума хлорофілів	хл. a/ хл. b	Сума каротиноїдів
	мг	%	мг	%	мг	%		мг	%
Контроль	1,52 ±0,3	100	0,69 ±0,8	100	2,21 ±0,2	100	2,19 ±0,3	0,56 ±0,2	100
Чорна порода	1,55 ±0,4	101,9	0,63 ±0,3	91,3	2,18±0,6	98,6	2,48 ±0,3	0,49 ±0,5	87,5
Червона порода	1,08 ±0,2	71,1	0,95 ±0,5	137,7	2,03±0,3	91,9	1,13 ±0,2	0,36 ±0,4	64,3
Чорна+ НАФ	1,51 ±0,7	99,3	0,94 ±0,5	136,2	2,45±0,5	110,9	1,61 ±0,4	0,65 ±0,3	116,1
Чорна+ Капс	2,11 ±0,4	138,6	1,38 ±0,6	200,0	3,49±0,6	157,9	1,53 ±0,8	0,78 ±0,1	139,3
Червона+ НАФ	2,10 ±0,3	138,2	1,03 ±0,4	149,3	3,13±0,6	141,6	2,04 ±0,4	0,66 ±0,5	117,9
Червона+ Капс	2,55 ±0,3	167,8	1,41 ±0,3	204,3	3,96±0,1	179,2	1,81 ±0,3	0,69 ±0,7	123,2

Результати досліджень показали, що збільшення суми хлорофілів і каротиноїдів було більшим за дії капсульованих добрив, ніж традиційної нітроамофоски, а також спостерігали значне зниження співвідношення хлорофіл a/хлорофіл b, що позитивно впливає на тіньовитривалість рослин.

Застосування різних форм добрив призвело до зміни кількості вуглеводів у проростах ріпаку. Збільшення вмісту вуглеводів у проростках ріпаку за умов росту на обох породах є захисною реакцією, оскільки, підвищується осмотичний тиск і смоктальна сила клітин.

У клітинах створюється гіпертонічна концентрація та покращується поглинання води з витяжок субстратів відвалу.

При дослідженні оксидативних показників стресу, за дії капсульованої нітроамофоски, у проростках ріпаку було встановлено підвищення активності пероксидази. Це призвело до зменшення вмісту пероксиду водню з одночасним зниженням перекисного окиснення ліпідів. Зменшення стресового навантаження на проростки ріпаку одночасно приводило до збільшення вмісту мінеральних елементів (табл. 3).

Таблиця 3. Оксидативні показники стресу у 7 добових проростках ріпаку на субстратах породного відвалу

Торф	Червона порода	Червона +КАПС	Червона +НАФ	Чорна порода	Чорна + КАПС	Чорна + НАФ
Активність пероксидази (у.о окиснення бензидину)
0,094±0,07	0,154 ±0,09	0,021 ±0,05	0,024 ±0,03	0,102 ±0,04	0,015 ±0,03	0,006 ±0,08
Вміст перекису водню (мкг/мл)
0,067±0,06	0,060 ±0,06	0,084 ±0,03	0,079 ±0,09	0,064 ±0,04	0,057 ±0,05	0,064 ±0,07
Перекисне окиснення ліпідів (кількість МДА, мМ/г сирої маси)
0,019±0,02	0,008 ±0,03	0,004 ±0,02	0,003 ±0,08	0,012 ±0,08	0,007 ±0,07	0,006 ±0,06

Оскільки амінокислоти є активними сполуками метаболізму, від яких залежить ріст рослин (причому як сума, так і вміст окремих амінокислот можуть бути показником інтенсивності росту, особливо в умовах стресу), тому було вивчено зміни вмісту вільних амінокислот, інших азотовмісних сполук у проростків ріпаку за умов росту на субстратах породного відвалу вугільних шахт.

При дослідженні суми вмісту сірковмісних амінокислот було відмічено її більш інтенсивне збільшення на чорній породі, ніж на червоній, що корелювало з вмістом сірки у субстратах і рослинах. Приріст суми відбувався, в основному, за рахунок приросту вмісту цистатіоніну і гомоцистину, але при зменшенні тауріну (рис. 2).



Рис. 2. Вміст сірковмісних амінокислот у проростків ріпаку за росту на породних відвалах

Вміст проліну, який вважається антистресовою сполукою, зростав більше ніж вдвічі на обох породах, а його окисненої форми - гідроксипроліну більше, ніж у чотири рази. За дії добрив, зміни вмісту проліну були незначними, а вміст гідроксипроліну, знижувався, причому сильніше в проростках на чорній породі за дії обох видів добрив, ніж на червоній (рис. 3).

Рис. 3. Зміни вмісту проліну і гідроксипроліну у проростках ріпаку за росту на субстратах породного відвалу

Це можна пояснити активним залученням сірки до метаболітичних процесів рослин.

Таким чином, досліджені біохімічні показники у проростків ріпаку свідчать про адаптацію рослини до умов субстратів породного відвалу і дозволяють розробити нові підходи для підвищення толерантності рослин до несприятливих умов териконів та нових методів фіторемедіації породних відвалів.

Фіторемедіація породних відвалів вугільних шахт на модельних системах та її ефективність

Досліджено динаміку вимивання елементів живлення з добрив при штучному дощуванні різних типів ґрунтів, які можуть служити для “землювання” відвалів при рекультивації, визначено вміст важких металів та сірки у системі “ґрунт - рослина” та обґрунтовано використання технічних олійних культур як фіторемедіантів породного відвалу, особливості формування мікробних ценозів при фіторемедіації породних відвалів шахт.

Результати дослідження процесу вимивання елементів живлення з добрив (на прикладі фосфору) при дощуванні обраних типів ґрунтів показали переваги капсульованого добрива, порівняно з традиційним. Зменшення кількості вимивання елементів живлення з добрив, призводить до зниження їх поступлення у ґрунтові води (рис. 4).



а) торф б) чорнозем

в) суглинистий ґрунт г) супіщаний ґрунт

Рис. 4. Динаміка вимивання фосфору з ґрунтів різного типу при внесенні мінеральних добрив

При вирощуванні технічних олійних культур для фіторемедіації породних відвалів, особливий інтерес, на нашу думку, мають два аспекти проблеми: вплив добрив на рухомість важких металів у субстратах породного відвалу та їх накопичення рослинами.

Загальною закономірністю накопичення важких металів у трьох культурах на субстратах породного відвалу було зростання вмісту більшості важких металів і особливо, цинку, та, меншою мірою, свинцю (рис. 5). На різних породах зафіксовано різницю коефіцієнту біологічного накопичення (КБН), що свідчить про селективність поглинання елементів.

За величиною КБН більшості металів капсульована нітроамофоска показала вищий ефект дії на поглинання важких металів, ніж некапсульована форма даного добрива. В умовах породного відвалу Червоноградської ЦЗФ ріпак, суріпицю і тифон можна вважати накопичувачами важких металів, особливо за вмістом цинку.

При рості ріпаку на червоній породі за дії капсульованої нітроамофоски за показником КБН мають наступну послідовність:

Рис. 5. Коефіцієнт біологічного накопичення (КБН) важких металів проростками технічних олійних культур на субстратах породного відвалу

Zn (19,37)>Cu (17,98)>Рb (8,57)>Fe (5,61)>Cd (4,32)>Cr (1,87)>Ni (0,50)>Co (0,11), а на чорній породі дещо іншу _ Zn (60,95)>Cu (6,45)>Fe (4,33)>Pb (4,10)>Cd (2,53)>Cr (2,22)>Ni (1,18)>Co (0,03).

За величиною накопичення елементів важких металів при використанні капсульованої форми добрива на червоній породі проростки ріпаку найбільше серед усіх рослин накопичували іони Pb, суріпиця - Ni, Zn, тифон - Cr, Cu, Fe, Co, Cd. На чорній породі накопичувачами Cr, Ni, Zn виявився ріпак, суріпиця - Pb, Fe, Cd, тифон - Cu, Co. На субстратах відвалу рослини олійних культур за показниками КБН показали себе як акумулятори по шести металах (Zn, Cu, Рb, Fе, Cd, Cr) та уникачами по Co і Ni на обох породах. Для всіх трьох рослин загальним було зниження КБН по кадмію, кобальту, міді і збільшення по цинку та нікелю.

В цілому, дворазовий посів ріпаку, суріпиці і тифону протягом одного вегетаційного періоду дозволяє у 1,3 рази скоротити час очищення ґрунту від важких металів за варіантами досліду.

За дії капсульованих добрив спостерігається біологічне розбавлення елементів у інтенсивно зростаючій масі рослин або включення механізму уникнення елементів, шляхом зміни у рослинах транспорту важких металів з апопластичного на симпластичний шлях. При цьому відбувається селективний відбір елементів, хоча не можна виключити і обмеження надходження через корінь за умов зв'язування іонів металів клітинами ризодерми та ендодерми коренів.

Свіжовідсипані розкривні породи вугільних шахт практично не заселені мікроорганізмами і формування ґрунтового мікробного ценозу тісно пов'язане з походженням і властивостями субстрату (породи). У зв'язку з тим, що відвал ЦЗФ має приблизно 20-річний вік, на ньому сформована вже певна мікрофлора. Рослини ріпаку мали істотний вплив на збільшення кількості ґрунтових мікроорганізмів при вирощуванні на субстратах породного відвалу. Відмічено, що субстрати з червоної породи характеризувалися кращим формуванням ґрунтових мікробіоценозів, у порівнянні із субстратами чорної породи. Так, чисельність хемоорганотрофів у червоній породі під ріпаком при використанні капсульованої форми добрива приблизно дорівнювала 68 млн. клітин на 1 г субстрату, у чорній - 67 млн. клітин на 1 г субстрату.

За результатами дослідження встановлено, що чисельність хемоорганотрофних мікроорганізмів у субстратах породних відвалів у 1,5 рази більше, ніж у нативних зразках (без застосування мінеральних добрив) і в 3 рази більше, ніж у випадку застосування звичайної форми нітроамофоски. Чисельність целюлозоруйнівних мікроорганізмів була найменшою, порівняно з іншими групами мікроорганізмів (рис. 6).

Таким чином, фізико-хімічні властивості породних відвалів і форми внесення добрив є одними із провідних екологічних факторів, що впливають на формування мікробних ценозів у породах відвалах при їх фіторемедіації.

Це дозволяє стверджувати, що при фіторемедіації субстратів породного відвалу у них активізувались процеси ґрунтоутворення, які позитивно впливають на ріст і розвиток ґрунтових мікроорганізмів, які є індикаторами родючості ґрунту.

Субстрати породного відвалу:1 - червона порода (контроль); 2 - чорна порода (контроль); 3 - торф (контроль); 4 - чорна+ріпак; 5 - червона+ріпак); 6 - чорна порода+нітроамофоска+ріпак (чорна + НАФ +ріпак); 7 - червона+НАФ+ріпак; 8 - чорна порода+капсульована нітроамофоска (чорна + Капс.+ріпак); 9 - червона + Капс.+ріпак;

Рис. 6. Динаміка чисельності целюлозоруйнівних бактерій у субстратах породного відвалу

За одержаними результатами, фіторемедіація породних відвалів олійними технічними культурами є одним із можливих шляхів повернення девастованих ландшафтів у народногосподарське використання і покращення санітарно-гігієнічного стану шахтарського регіону.

Проте, загальний екологічний ефект фіторемедіації є результатом багатоцільового міжгалузевого напряму і може бути визначений з врахуванням усіх позитивних сторін у різних сферах: як господарських так і соціально-екологічних.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нові підходи до вирішення актуальної наукової проблеми покращення екологічного стану екосистем, зокрема фіторемедіації відвалів вугільних шахт шляхом вирощування на них олійних технічних культур при підживленні капсульованими мінеральними добривами. Основні наукові і практичні результати, отримані в процесі вирішення поставлених завдань дослідження, полягають у наступному.

1. Породний відвал ВАТ „Львівська вугільна компанія” с. Сілець Сокальського району Львівської області, за визначеними фізико-хімічними властивостями, є моделлю, яка розвивається за природними законами і діє як багатофакторний абіотичний стресор на навколишнє середовище. Екологічне обстеження породних відвалів вугільних шахт показало, що концентрація важких металів - зокрема свинцю, міді, хрому, цинку значно перевищувала ГДК для ґрунту.

2. При проведенні фіторемедіації субстратів породних відвалів запропоновано використовувати олійні культури - ріпак, суріпиця і тифон, як перспективні фіторемедіанти (рослини-акумулятори) важких металів. Доведено, що ефективність фіторемедіації досліджуваними культурами значно підвищується при внесенні у субстрати породного відвалу капсульованих мінеральних добрив.

3. У роботі запропоновано використовувати капсульовану нітроамофоску пролонгованої дії. Розроблено оптимальний склад плівкоутворюючої композиції із застосуванням природних дисперсних сорбентів (глауконіт, бентоніт, цеоліт) і як зв'язуючу речовину - гідролізний лігнін, що дозволило забезпечити пролонгованість дії нітроамофоски до 90 діб.

4. Застосування капсульованих мінеральних добрив дає можливість пролонгованого вивільнення поживних елементів у ґрунтове середовище та рослини, порівняно з традиційними добривами, що сприятиме позитивному економічному та екологічному ефекту процесу фіторемедіації.

5. Застосування капсульованих добрив позитивно діє на основні фізіолого-біохімічні показники рослин-фіторемедіантів і має певні переваги для адаптації проростків до несприятливих умов субстрату породного відвалу. Зафіксовано значну стимуляцію росту рослин, приросту площі листків та збільшення суми хлорофілів (110 - 179%) і каротиноїдів (116 - 139%) у рослин ріпаку, а також білку і амінокислот. Визначені зміни показників оксидативного стресу і вмісту елементів живлення свідчать про зменшення впливу стресового навантаження на рослини ріпаку на субстратах породних відвалів.

6. Показано, що досліджені рослини накопичують важкі метали у наступній послідовності: на субстратах з червоною породою: Zn>Cu>Рb>Fe>Cd>Cr>Ni>Co; на субстратах з чорною породою Zn>Cu>Fe>Pb>Cd>Cr>Ni>Co. Доведено, що коефіцієнт біологічного накопичення важких металів у рослинах олійних культур підвищується завдяки внесенню капсульованих мінеральних добрив, які сприяють біодоступності важких металів до рослин олійних культур.

7. Під час фіторемедіації субстратів природних відвалів виявлено зміни серед фізіологічних груп мікроорганізмів, які відбулися під впливом капсульованих форм нітроамофоски і вирощування олійних культур, що дозволило використати одержані результати як біоіндикаторні показники для встановлення ступеня родючості субстратів породних відвалів.

8. Обґрунтовано ефективність застосування олійних культур, як фіторемедіантів породних відвалів вугільних шахт. Кількісні оцінки вмісту Zn, Cu, Рb, Fe, Cd, Cr, Ni, Co у різних видах технічних олійних культур та субстратах, а також зміни їх співвідношення є вихідною базою для подальших моніторингових досліджень у антропогенно-навантажених екосистемах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Баранов В. І. Вплив капсульованих добрив на вміст важких металів у проростках олійних рослин на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / І. В. Баранов, М. Я. Гавриляк, А. С. Войціховська // Зб. наук. праць „Питання біоіндикації та екології” Запорізького національного університету. _ 2009, - Вип.14. _ № 2. _ С. 101 _ 112. (Особистий внесок: дослідження впливу капсульованих добрив на вміст важких металів у проростках ріпаку, суріпиці, тифону, визначено коефіцієнт біологічного накопичення важких металів).

2. Баранов В. І. Вплив регуляторів росту і капсульованих добрив на морфофізіологічні показники саджанців сосни за росту на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / [В. І. Баранов, М. М. Гузь, М. Я. Гавриляк та ін.] // Зб. наук. праць „Науковий вісник” НЛУ. _ Л. : Вип. 20 (2). - 2010. _ С. 8 _ 12. (Особистий внесок: вивчено вплив гібереліну та капсульованих добрив на морфометричні показники проростків нової олійної культури - тифону на витяжках з зразків субстрату породного відвалу вугільних шахт, вміст пігментів фотосинтезу, аскорбінової кислоти, величину перекисного окислення ліпідів).

3. Баранов В. І. Вивчення вмісту важких металів у деревних рослин на девастованих ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / [В. І. Баранов, М. М. Гузь, М. Я. Гавриляк, С. П. Ващук] // Зб. наук. праць „Науковий вісник” НЛУ. _ Л. : Вип. 20 (1). - 2010. _ С. 68 _ 72. (Особистий внесок: експериментальні дослідження по визначенню вмісту важких металів у субстратах відвалу, рухомих форм важких металів у сосні звичайній, вербі козячій і робінії псевдоакації та коефіцієнту нагромадження у рослинах).

4. Баранов В. І. Синтез амінокислот та азотовмісних сполук у рослин ріпаку за умов росту на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт / В. І. Баранов, М. Я. Гавриляк, Я. В. Телегус // Науковий вісник ЛНУ ветер.медицини та біотехнології, 2010. _ Т.12. _ № 2 (44). - Ч. 4. _ С. 154 - 159. (Особистий внесок: дослідження синтезу амінокислот та азотовмісних сполук у рослин ріпаку за умов росту на ґрунтах породного відвалу вугільних шахт).

5. Мальований М. С. Екологічні переваги застосування добрив, капсульованих плівкою природних дисперсних сорбентів / М.С. Мальований, М. Я. Гавриляк, О. А. Нагурський, В. В. Матічин // Хімія, технологія речовин та їх застосування: вісник НУ „Львівська політехніка”. _ 2007 - № 590. - С. 225 _ 228.

6. Мальований М. С. До питання впливу мінеральних добрив на якість продуктів сільськогосподарського виробництва / М.С. Мальований, В.М. Друзюк, М. Я. Гавриляк // Прогресивні техніка та технологія харчових виробництв ресторанного господарства і торгівлі : зб. наук. праць. Харківський держ. ун-т харч-ня та торгівлі. - Харків, 2007 ._ Вип. 2 (6). _ С. 221 _ 226.

7. Нагурський О. А. Визначення проникності оболонок на основі композиції природний сорбент-лігнін / О. А. Нагурський, М. Я. Гавриляк, М. С. Мальований // Екологічна безпека: вісник КДІ ім. М. Остроградського. - 2008. _ Вип. 1 (1). _ С. 71 _ 75.

8. Мальований М. С. Розробка технології капсульованих добрив на основі композиції природний сорбент-лігнін і визначення їх стійкості до стирання / М. С. Мальований, М. Я. Гавриляк // Екологічна безпека: вісник КДІ ім.М.Остроградського. - 2009. _ Вип. 5 (58). _ Ч.1. _ С. 105 _ 108.

9. Баранов В. І. Вплив капсульованої нітроамофоски на вміст пігментів фотосинтезу, цукрів, нітратів та важких металів у рослинах ранньої цибулі / В.І. Баранов, М. Я. Гавриляк // II всеукраїнський з'їзд екологів з міжнародною участю „Екологія /Ecology” - 2009: зб. наук. статей. _ Вінниця, 23 - 26 вересня 2009 р. - Вінниця : ФОП Данилюк, 2009. _ С. 355 _ 358.

10. Баранов В. І. Оксидативні показники та вміст елементів у проростках ріпаку при використанні капсульованих добрив на ґрунтах породного відвалу / В.І. Баранов, М. Я. Гавриляк, С. В. Безносюк, Г.М. Закалик, З. М. Фецко // Науковий вісник ЛНУ ветер. медицини та біотехнології. 2010. _ Т.12. - № 2 (44). _ Ч.4. - С. 150 _ 153.

11. Мальований М. Комплексні збалансовані за макро- та мікроелементним складом мінеральні добрива пролонгованої дії - ресурсонаціональні та екологічно безпечні у використанні / М. Мальований, О. Нагурський, М. Гавриляк, В. Матійчин // Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов: сб. науч. трудов, XIII (ежегодная) международная научно-техническая конференция, Харьков-Алушта, 2005. - С. 224 _ 227.

12. Мальований М.С. Тестові дослідження капсульованих мінеральних добрив / М. С. Мальований, О. А. Нагурський, М. Я. Гавриляк // Хімічна та екологічна освіта: стан та перспективи розвитку. Українська науково-практична конференція: зб. наук. праць. _ Вінниця, 2008. - С. 174 _ 175.

13. Мальований М.С. Екологічні аспекти застосування добрив капсульованих плівками на основі природних дисперсних сорбентів / М.С. Мальований, М. Я. Гавриляк, О. А. Нагурський // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин. IV Українська науково-практична конференція з технології неорг. речовин з міжн. участю: зб. матер. конф. Дніпродзержинськ, 2008. - С. 127.

14. Баранов В. І. Визначення вмісту проліну як показника стійкості у проростках ріпаку і бобу кінського на ґрунтах з різним видом забруднення / В. І. Баранов, М. Я. Гавриляк, М. Микієвич, М. Яремків // Захист навколишнього середовища. Збалансоване природокористування : матеріали другої міжнародної студентської науково-практичної конференції (Львів, 7 -8 жовтня 2009). _ С. 88 _ 90.

15. Баранов В. І. Порівняльний аналіз морфометричних показників та вмісту білку у проростках ріпаку і бобу кінського за умов росту на ґрунтах з різним видом забруднення / В. І. Баранов, М. Я. Гавриляк, З. М. Федько, М. Мікієвич Захист навколишнього середовища. Збалансоване природокористування : матеріали другої міжнародної студентської наук.-практ. конф. (Львів, 7 - 8 жовтня 2009). _ С. 109 - 111.

16. Патент 39866 Україна, МПК С 05G 3/00. Полімерна дисперсія для капсулювання добрив / Мальований М. С., Нагурський О. А., Гумницький Я. М., Сабадаш В. В., Гавриляк М. Я.; заявник НУ „Львівська політехніка”; заявл. 17.11.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 5.

17. Патент 50789 Україна. МПК А 01 В 79/02, А 01 С 21/00, С 09 К 17/00 Спосіб очищення ґрунтів породного відвалу вугільних шахт від важких металів / Гавриляк М. Я., Баранов В. І.; заявник ЛНУ імені Івана Франка; заявл. 16.12.2009; опубл. 25.06.2010, Бюл. № 12.

АНОТАЦІЯ

Гавриляк М.Я. Екологічне обґрунтування фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт _ Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології УААН, Київ, 2010.

Дисертація присвячена пошуку шляхів вирішення проблеми фіторемедіації породних відвалів, що визначає її актуальність та практичну цінність.

У дисертаційній роботі розкрито теоретико-методичні та екологічні підходи до фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт при вирощуванні рослин олійних культур та використанні мінеральних добрив.

Як альтернативний спосіб при проведенні фіторемедіації породних відвалів вугільних шахт запропоновано використання нового виду капсульованих добрив на основі природних сорбентів та лігніну для підживлення рослин-фіторемедіантів.

Показано, що адаптація рослин ріпаку до умов середовища, забрудненого важкими металами, забезпечується зміною ряду морфолого-анатомічних та фізіолого-біохімічних перебудов: показників росту, пігментів фотосинтезу та вуглеводів, зміною вмісту мінеральних елементів, показників окислювального стресу та антиоксидантної системи, білку, вільних амінокислот, амідів та інших нінгідринпозитивних сполук.

Обґрунтовано використання технічних олійних культур для фіторекультивації породних відвалів.

Ключові слова: екологія, олійні культури, фіторемедіація, антропогенно-порушені ґрунти, породні відвали вугільних шахт, субстрати, важкі метали, капсулювання, довкілля.

АННОТАЦИЯ

Гавриляк М.Я. Экологическое обоснование фиторемедиации породных отвалов угольных шахт. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Институт агроэкологии УААН, Киев, 2010.

Диссертация посвящена поиску путей решения проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами, что определяет ее актуальность и практическую ценность.

В диссертационной работе раскрыто теоретико-методические и экологические подходы к выращиванию технических масличных культур с использованием минеральных удобрений на породных отвалах угольных шахт.

На основе экологической и агрохимической оценки породного отвала с. Силец Червоноградской ЦОФ показано, что он малопригоден для фиторемедиации без нейтрализации кислотности почвы, подбора растений - аккумулянтов тяжелых металлов, и внесения удобрений.

Как альтернативный способ при проведении фиторемедиации породных отвалов угольных шахт разработан и предложен новый вид минеральных капсулированных удобрений, где в состав пленкообразующей композиции входят природные сорбенты (глауконит, бентонит и цеолит) и лигнин. На созданных модельных системах плодородной почвы отвалов шахт исследована и обоснована эффективность действия капсулированных минеральных удобрений на агрохимические, биологические свойства субстратов породных отвалов шахт и технических масличных культур, которые предложено использовать в качестве фиторемедиантов.

Показано, что адаптация растений рапса к условиям среды, загрязненной тяжелыми металлами, сопровождается изменениями ряда морфолого-анатомических и физиолого-биохимических перестроек показателей роста, пигментов фотосинтеза и углеводов, содержания минеральных элементов, показателей окислительного стресса и антиоксидатной системы, белка, свободных аминокислот, амидов и других нингиндрин положительных соединений.

На субстратах породного отвала у растений рапса зафиксированы увеличения ростовых показателей по длине корня и побега, площади литьевой пластинки. Увеличение суммы хлорофиллов и каротиноидов, что свидетельствует об адаптации проростков рапса к неблагоприятным условиям субстратов отвала под действием капсулированных удобрений.

При сравнении изменений показателей оксидативного стресса с содержанием минеральных элементов (нитраты, фосфор, аммиак) сделано предположение о возможности уменьшения влияния стрессовой нагрузки отвалов на растения рапса. Показано, что суммарное увеличение содержания аминокислот может быть реакцией растений на поступление тяжелых металлов в клетку растения.

Полученные результаты подтверждают необходимость учета содержания тяжелых металлов в субстратах и растениях при проведении фиторемедиации таких объектов, как породные отвалы угольных шахт.

Обосновано использование технических масличных культур (рапс, сурепица, тифон) для фиторемедиации породных отвалов. Показано, что породные отвалы при использовании минеральных удобрений, как средства повышения роста сельскохозяйственных растений, и изготовленных с использованием современных экологобезопастных технологий улучшают состояние субстратов породных отвалов и не приводят к загрязнению окружающей среды.

Ключевые слова: экология, масличные культуры, фиторемедиация, антропогенно-нарушенные почвы, породные отвалы шахт, субстраты, тяжелые металлы, капсулирование, окружающая середа.

SUMMARY

M.Ya. Havrylyak. Ecological substantiation of coal mines waste dumps phytoremediation - Manuscript.

Thesis for sicentific degree of candidate of biological sciences by specialty 03.00.16 - ecology. - Institute of agroecology of UAAS, Kyiv, 2010.

The thesis covers the search of ways to solve the problem of waste dumps phytoremediation, which defines its topicality and practical value.

Theoretical, methodological and ecological approaches of coal mines waste dumps phytoremediation upon oilseed plants growing and mineral fertilizers usage are disclosed in the thesis.

The usage of new type of capsulated fertilizers on the base of natural sorbents and lignin for additional fertilizing of plants-phytoremediants is suggested as an alternative way when making coal mines waste dumps phytoremediation.

We had achieved that adaptation of rape plants to ambient conditions, polluted with heavy metals, was provided by alteration of some morphological-anatomical and physiological-biochemical rearrangements: growth indicators, photosynthetic pigments and carbohydrates, change of mineral elements content, oxidative stress and antioxidant system indicators, protein, free amino acids, amides and other ninhydrinpositive compounds.

The usage of technical oil cultures for waste dumps phytoremediation has been justified.

Key words: ecology, oilseed crops, phytoremediation, anthropogenically-affected soils, waste dumps of coal mines, substrates, heavy metals, capsulation, environment.

Размещено на Allbest.ur

...