Екотоксикологічна оцінка небезпечності свинцю в компонентах агроекосистеми

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНА ОЦІНКА НЕБЕЗПЕЧНОСТІ СВИНЦЮ В КОМПОНЕНТАХ АГРОЕКОСИСТЕМИ

03.00.16. - екологія

ПАРАЩЕНКО ІРИНА В'ЯЧЕСЛАВІВНА

Київ - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

свинець ґрунт агрохімікат поглинання

Актуальність теми. Загально визнано, що забруднення біосфери шкідливими речовинами набуло глобальних масштабів. Серед речовин, які підлягають постійному контролю, свинець (Pb) займає одне з провідних місць - згідно санітарно-гігієнічної та екотоксикологічної класифікацій він належить до небезпечних речовин.

Українськими вченими А.І.Фатєєвим (2003), М.М.Мірошниченко (2001), Е.Я.Жовінським (2002) та ін. проведено глибокі дослідження щодо вмісту свинцю у компонентах екосистем, зокрема ґрунті. Роботами М.П.Вашкулата (2002) показано, що найбільшими концентраціями свинцю у навколишньому природному середовищі характеризуються Закарпатська, Кіровоградська, Івано-Франківська, Донецька, Дніпропетровська області. Проте, підвищені рівні свинцю у довкіллі вчені пов'язують в, першу чергу, з промисловою, комунальною діяльністю, автотранспортом тощо. Інформація щодо впливу сільськогосподарської діяльності на надходження, трансформацію, транслокацію та елімінацію сполук свинцю у довкіллі часто носить безсистемний і суперечливий характер. Залишаються відкритими питання щодо впливу агрохімікатів на поведінку свинцю у компонентах агроекосистем. Ця проблема набуває особливої важливості у зв'язку з підвищеними вимогами світової спільноти до якості і безпечності продуктів харчування, контролю за технологіями їх отримання, включаючи технології вирощування сільськогосподарських культур. Враховуючи вищезазначене, актуальними з наукових позицій і важливими з практичної точки зору, є дослідження, направлені на розроблення заходів щодо попередження надходження сполук свинцю у біосферу, можливих негативних впливів на екоткосикологічний стан ґрунтів, міграції його у суміжні середовища (зокрема у ґрунтові та поверхневі води), негативного впливу на сільськогосподарські рослини та якість продукції.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно тематичних планів Інституту агроекології УААН та згідно наступних науково-технічних програм: “Агроекологічний моніторинг та моделювання сталих агроландшафтів та агроекосистем” на період 2001-2005 рр. (№ ДР 0101U003298) за завданням “Обґрунтувати і розробити основні напрямки раціонального природокористування на засадах оптимізації сільськогосподарських ландшафтів, охорони ґрунтових і водних ресурсів, біологізації агротехнологій та екологобезпечного використання засобів хімізації” (№ ДР 0101U003294) та “Науково-практичне обґрунтування сталого розвитку агроекосистем України” на період 2006 - 2010 рр. (№ДР 0106U004038) за завданням “Розробити наукові основи моніторингу якості сільськогосподарської продукції, згідно міжнародних вимог і стандартів” (№ДР 0106U004061).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - розробити науково-обгрунтовану систему екотоксикологічної оцінки свинцю в компонентах агроекосистем для попередження можливої негативної дії на стан ґрунтів, якість природних вод та сільськогосподарської продукції.

Для реалізації поставленої мети вирішувались наступні завдання:

вивчити особливості надходження і акумуляції свинцю у верхніх шарах різних типів ґрунтів під впливом природних чинників та внаслідок застосування агрохімікатів;

розробити методи встановлення допустимої концентрації свинцю в агрохімікатах з урахуванням екотоксикологічного стану верхніх шарів ґрунту;

вивчити природний розподіл свинцю у профілі різних типів ґрунтів, встановити вплив агрохімікатів на процеси його нагромадження і вилуговування у різних генетичних горизонтах та розробити спосіб екотоксикологічної оцінки свинцю за показниками вертикальної міграції;

дослідити особливості процесів транслокації свинцю з ґрунту міжрядь, ризосфери, грунтово-кореневої поверхні у підземні та надземні органи різних сільськогосподарських рослин (зернові, олійні, бобові);

встановити вплив агрохімікатів на процеси біологічного поглинання свинцю з ґрунту та розробити спосіб його екотоксикологічної оцінки за показниками транслокації.

Об'єкт дослідження - процеси акумуляції, міграції, транслокації свинцю в компонентах агроекосистем під впливом природних чинників та агрохімікатів.

Предмет дослідження - екотоксикологічна оцінка небезпечності свинцю в компонентах агроекосистеми за показниками акумуляції, міграції, транслокації.

Методи дослідження: 1) польові - вивчення поведінки свинцю в природних умовах та під впливом тривалого застосування агрохімікатів; 2) лабораторні - визначення фізико-хімічними, хімічними та екотоксикологічними методами кількісних і якісних показників поведінки свинцю в компонентах агроекосистем; 3) статистичні - встановлення на основі дисперсійного та регресійного методів достовірності отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше теоретично обґрунтовано систему екотоксикологічної оцінки небезпечності свинцю в агроекосистемах, яка передбачає врахування його екотоксикологічних характеристик та гігієнічних регламентів.

Удосконалено методи екотоксикологічного та гігієнічного нормування шкідливих хімічних речовин у навколишньому природному середовищі, які базуються на роботах відомих вчених у галузі токсикології - Є.І.Гончарука, М.С.Соколова та ін. Показано, що перехід свинцю у рослини найбільш активно відбувається з ризосфери кореневої системи, що доцільно враховувати під час відбору зразків для гігієнічної оцінки ґрунту за рівнем гранично допустимої концентрації свинцю.

Дістало подальшого розвитку положення щодо оцінки екологічного стану ґрунтів за вмістом важких металів, основи якої розроблено колективом вчених ННЦ “Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського”.

Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи знайшли своє практичне використання під час проведення державних випробувань агрохімікатів для подальшої їх державної реєстрації та перереєстрації в Україні (лист Міністерства охорони навколишнього природного середовища України від 14.04.03 за №1359/09/1-7), а також при здійсненні екологічної оцінки технологій вирощування сільськогосподарських культур з метою попередження можливих негативних впливів на навколишнє природне середовище та якість продукції.

Основні положення роботи викладено у Методиці агроекологічної оцінки мінеральних добрив, затвердженої на засіданні секції землеробства та виробництва рослинництва НТР МАПУ (прот.№8, 01.10.2003), ДСТУ 4944:2008, Методичних рекомендаціях з встановлення допустимих концентрацій шкідливих речовин в агрохімікатах (2007 р.), методичних рекомендаціях „Екологічна експертиза технологій вирощування сільськогосподарських культур”(2008 р.).

Результати дисертаційної роботи можуть бути використані при викладанні курсу „Екотоксикологія” у вищих навчальних закладах України.

Особистий внесок здобувача полягає у розробленні основних наукових положень дисертаційної роботи; узагальненні наукової літератури; участі в польових та експедиційних дослідженнях, що проводились у межах програми Інституту агроекології УААН з агроекологічного моніторингу; відборі зразків ґрунту, рослин та води з подальшим їх експериментальним аналізом; узагальненні власних результатів досліджень та їх підготовці до наукових публікацій.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи було представлено на науково-практичній конференції молодих вчених “Новітні технології вирощування сільськогосподарських культур - у виробництво” (Київ-Чабани, 23-25 листопада 2004 р.); четвертій науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (Вінниця, 5-7 квітня 2004 р.); науково-практичній конференції молодих вчених “Новітні технології виробництва конкурентноспроможної продукції рослинництва” (Київ-Чабани, 29-30 листопада 2005 р.); міжнародній науковій конференції “Екологія: проблеми адаптивно-ландшафтного землеробства” (Житомир, 16-18 червня 2005 р.); науково-практичній конференції молодих учених “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва” (Київ, 22-24 травня 2007 р.); ІІ науково-практичній конференції молодих учених “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”, (Київ, 9-11 вересня 2008 р.), науково-практичній конференції „Екологічна безпека сільськогосподарського виробництва” (Київ, 3-6 червня 2008 р.).

Публікації. Результати проведених досліджень за темою дисертаційної роботи опубліковано в 13 наукових роботах, з яких 4 - статті у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційну роботу викладено на 164 сторінках комп'ютерного тексту. Вона складається зі вступу, п'яти розділів, чотири з яких є експериментальною частиною роботи, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних 255 літературних джерел, в тому числі 24 латиницею. Ілюстрована 26 таблицями, 36 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Екотоксикологічна характеристика свинцю (огляд літератури). Аналіз наукової літератури показав, що свинець токсичний для організму людини як при гострому, так і при хронічному отруєнні. Попередження негативного впливу потребує всебічного вивчення джерел надходження свинцю у природне середовище та особливостей його міграції і трансформації. Природний вміст свинцю у ґрунтах залежить від ґрунтотворних процесів і визначається мінералогічним складом глинистої фракції і вмістом органічної речовини. Акумуляція, трансформація та міграція свинцю у генетичних горизонтах ґрунтів залежить від багатьох чинників, серед яких найбільш важливими є реакція середовища, наявність карбонатів кальцію, органічної речовини, оксидів та гідроксидів заліза і марганцю, іонів натрію. Свинець може негативно впливати на вищі рослини та біологічну активність ґрунту. Аналіз нормативної бази, показав, що система екотоксикометрії свинцю на сьогодні недосконала і потребує доопрацювання з врахуванням показників міграції, акумуляції, біотоксичності тощо.

Методи та умови проведення дослідження. Екотоксикологічна оцінка свинцю базувалася на використанні наступній послідовності його небезпечності: ксенобіотик - полютант - токсикант. Ставили за мету визначення кількісних параметрів при яких свинець, як екополютант, трансформувався в ектоксикант. При її вирішенні враховували, що у різних регіонах різні ксенобіотичні профілі, різні біогеоценози, тому кількісні параметри трансформації екополютанта в екотоксикант - різні. Згідно загальноприйнятих підходів до екотоксикологічного оцінювання приймали, що відхилення від еталону менше ніж на 10 % - малонебезпечний рівень, на 10-25% - помірно небезпечний і більше ніж на 25 % - небезпечний. Приймали, що еталоном (контролем) може бути екосистема (компонент екосистеми), яка знаходиться у подібних до агроекосистеми грунтово-кліматичних умовах і не підпадає під інтенсивний вплив діяльності людини.

Дослідження проводились протягом 2004 - 2008 рр. Відповідно до завдань дослідження було вивчено вплив екологічних чинників на вміст потенційно рухомого свинцю в ґрунтах трьох природно - кліматичних зон України - Полісся, Лісостепу, Степу (табл.1).

Таблиця 1

Умови проведення дослідження впливу екологічних чинників на вміст свинцю у типових ґрунтах України

На базі Чернігівського інституту АПВ УААН дослідження проводили в польових і лізиметричних дослідах з штучним забрудненням ґрунту, які було закладено у 1999 р. співробітниками лабораторії екотоксикології ІА УААН за наступною схемою: 1. Контроль (без внесення Pb); 2. 1 ГДК Pb (30 мг/кг ґрунту); 3. 5 ГДК Pb (150 мг/кг ґрунту); 4. 10 ГДК Pb (300 мг/кг ґрунту). Внесення солей свинцю у грунт було зорієнтовано на ГДК його валового вмісту у ґрунті - 30 мг/кг. Лізиметричні досліди проводили в умовах стаціонарних лізиметрів, які було побудовано в 1972 р. і які функціонують по теперішній час під керівництвом доктора с.-г. наук, член-кореспондента УААН О.М.Берднікова.

Процеси транслокації свинцю досліджували на посівах пшениці ярої, ріпаку ярого та сої в польовому досліді на сірих лісових супіщаних грунтах у зоні Північного Лісостепу. Схема досліду включала наступні варіанти: Пшениця яра 1) Контроль, 2) N₁₂₀P₁₀₀K₁₀₀, 3) N₁₂₀P₁₀₀K₁₀₀+побічна продукція + сидерат, 4) N₁₀P₁₀K₁₀ + побічна продукція + сидерат. Ріпак ярий 1) Контроль, 2) N₁₂₀P₆₀K₉₀, 3) N₁₂₀P₆₀K₉₀+побічна продукція + сидерат, 4) N₂₀P₁₀K₁₀ + побічна продукція + сидерат. Соя 1) Контроль, 2) N₄₀P₆₀K₆₀, 3) N₄₀P₆₀K₆₀+побічна продукція + сидерат, 4) N₁₀P₁₀K₁₀ + побічна продукція + сидерат. Аналізували підземні і надземні вегетативні та генеративні органи рослин. Відбір зразків ґрунту з міжрядь, ризосфери та прикореневої зони рослин проводили протягом вегетаційного періоду сільськогосподарських культур відповідно методики Gobran and Gleg. Водночас з ґрунтовими зразками проводили відбір рослинних зразків.

Для визначення свинцю у ґрунті та рослинах застосовували атомно-абсорбційний метод за використання спектрофотометра AAS-30. Екстракцію потенційно рухомих форм свинцю з ґрунту проводили за допомогою однонормального розчину азотної кислоти. Вміст свинцю у рослинах визначали після озолення. При аналізі одержаних результатів користувались кореляційним та дисперсійним статистичними методами обробки результатів.

Екотоксикологічна оцінка свинцю за показниками акумуляції у верхніх шарах ґрунту. Результати досліджень показали, що фоновий вміст потенційно рухомого свинцю у верхніх шарах (0-20 см) для різних типів ґрунтів України коливався від 1,63 до 8,53 мг/кг. Найменшим вмістом потенційно рухомого свинцю характеризувалися ґрунти поліської зони (для дерново-підзолистих ґрунтів він складав 1,63 - 2,96 мг/кг), найвищим вмістом - ґрунти лісостепової та степової зон (для чорноземних типів ґрунтів вміст свинцю складав 5,24 - 7,32 мг/кг).

Встановлено, що тривале застосування агрохімікатів впливає на процеси надходження, акумуляції та трансформації свинцю у верхніх шарах ґрунтів. Проте, активність і направленість цих процесів залежить від особливостей біогеоценозів та ксенобіотичних профілів ґрунтів. Так, на дерново-середньопідзолистих супіщаних ґрунтах при застосуванні мінеральних добрив у нормі N₇₀P₆₀K₁₀₀ вміст свинцю збільшився з 2,96 до 6,16 мг/кг ґрунту, при застосуванні органічних добрив у нормі 10 т/га на фоні мінерального живлення спостерігалося подальше підвищення вмісту металу до 7,30 мг/кг ґрунту; застосування органічних добрив у нормі 40 т/га на чорноземах звичайних малогумусних призвело, навпаки, до зменшення вмісту свинцю з 7,32 до 3,84 мг/кг; мінеральні добрива у нормі N₉₀P₆₀К₃₀ на темно-каштанових ґрунтах сприяли підвищенню вмісту свинцю з 4,57 до 6,47 мг/кг ґрунту, водночас, застосування N₅₀P₅₀К₅₀ на чорноземах звичайних призвело до зниження вмісту цього елементу з 7,32 до 5,64 мг/кг ґрунту.

Отримані результати показали, що не зважаючи на відсутність єдиної залежності, агрохімікати при певних умовах істотно впливають на процеси акумуляції Pb у верхніх шарах ґрунту. Тому для уникнення можливого негативного впливу свинцю на біологічні об'єкти, обов'язковим повинно бути його нормування в агрохімікатах. Було встановлено, що допустимий вплив свинцю на грунт при застосуванні агрохімікатів, доцільно визначати за співвідношенням між рівнями його разового та гранично допустимого надходження. Рівень разового надходження свинцю з агрохімікатом у грунт G в міліграмах на гектар нами пропонується обчислювати за формулою:

d Мg ₂ М100

G = , (1)

g ₁

де d - доза застосування агрохімікату за діючою речовиною, кг/га; g₁- концентрація діючої речовини в агрохімікаті, %; 100 - перерахунок на фізичну вагу агрохімікату, %; g₂ - концентрація свинцю в агрохімікаті, мг/кг.

Гранично допустимий рівень надходження свинцю з агрохімікатом у грунт А в міліграмах на гектар обчислюється за формулою:

А = (ГДК - F) М 3 000 000 М k_t , (2)

де ГДК - гранично допустима концентрація свинцю у ґрунті, мг/кг; F - фонова концентрація свинцю у ґрунті, мг/кг; 3 000 000 - маса орного шару ґрунту в перерахунку на суху речовину, кг/га; k_t - коефіцієнт стійкості ґрунту, безрозмірна величина. Допустимим рівнем впливу агрохімікату на грунт вважають такий, коли при багаторічному застосуванні відношення разового надходженням шкідливої речовини з агрохімікатом у грунт до гранично допустимого не перевищує 10.

Згідно наведених розрахунків, було встановлено допустимі концентрації свинцю в агрохімікатах, залежно від норми їх застосування та вмісту діючої речовини (табл. 2).

Таблиця 2

Допустимі концентрації свинцю в агрохімікатах

Екотоксикологічна оцінка свинцю за показниками міграції у профілі різних типів ґрунтів. У науковій літературі містяться суперечливі дані щодо здатності свинцю до вертикальної міграції. Вважається, що серед важких металів свинець найменш рухомий і локалізується, переважно, у верхніх шарах ґрунту. Дослідження, проведені на штучних фонах забруднення ґрунту свинцем в умовах польового та лізиметричного дослідів, підтвердили припущення, що Pb здатний до міграції у вертикальному напрямі. Глибина міграції при сприятливих умовах може перевищувати 100 см, тобто виходити за межі ґрунтового профілю (табл.3).

Таблиця 3

Вміст свинцю у фільтраційних водах при штучному забрудненні дерново-середньопідзолистого ґрунту (лізиметричні установки на базі лабораторії агрохімії Чернігівського ІАПВ УААН)

Можна передбачити, що при достатній кількості опадів у ґрунтах, сформованих на водно-льодовикових піщаних відкладах, свинець може досягати рівня залягання ґрунтових вод. В інших грунтово-кліматичних умовах міграція свинцю буде залежати від особливостей режиму зволоження та наявності біогеохімічних бар'єрів. Проте, виключити можливість надходження свинцю у ґрунтові води, навіть в аридних зонах, не можна, і цей процес потребує екотоксикологічної оцінки і контролю.

З метою визначення впливу агрохімікатів на процеси вертикальної міграції свинцю було досліджено його природний (фоновий) розподіл у профілі різних типів ґрунтів та проведено порівняння з варіантами, де тривалий час застосовувалися агрохімікати. За результатами досліджень природного розподілу було встановлено, що для ґрунтів підзолистого типу (дерново-підзолистих, темно-сірих опідзолених та чорноземів опідзолених) характерно гумусово-елювіально-ілювіальний розподіл свинцю за профілем. Для ґрунтів чорноземного типу (чорноземи типові, чорноземи звичайні) характерно нагромадження свинцю у гумусових горизонтах, де він утворює важкорозчинні сполуки з органічними речовинами, а також у карбонатних горизонтах, де утворюються малорозчинні солі - карбонати свинцю. Для каштанових ґрунтів основною ознакою є акумуляція свинцю у нижніх горизонтах, де спостерігається насичення грутово - вбирного комплексу натрієм.

Було встановлено, що застосування агрохімікатів призводить до перерозподілу свинцю у профілі ґрунтів. Мінеральні добрива сприяють збільшенню вмісту кислоторозчинного свинцю (на 8 - 73%), що може призводити до його вилуговування і подальшої міграції за межі профілю. Органічні добрива, навпаки, у переважній більшості випадків, сприяють зменшенню вмісту кислоторозчинного свинцю, що може бути наслідком утворення комплексних і хелатних сполук з органічними речовинами з наступним зниженням його рухомості.

Екотоксикологічну оцінку свинцю за показниками вертикальної міграції проводили за величиною коефіцієнтів концентрації, які характеризують ступінь накопичення елементу у компоненті системи відносно обраного еталону: К_с = k_і/К , де k_і - вміст свинцю у n - компоненті, К - вміст свинцю в еталоні (контролі). Керуючись принципами екотоксикологічного нормування, було проведено класифікацію екологічного стану ґрунту за показниками вертикальної міграції свинцю. Оцінку проводили за величиною нагромадження (К_с>1) і вилуговування (К_с<1) свинцю у генетичних горизонтах ґрунту. Приймали, що небезпечним є рівень, коли К_с ?1,25 або К_с ?0,75.

Коефіцієнти концентрації дозволяють оцінити технології застосування агрохімікатів і, за необхідності, провести їх вдосконалення (табл.4).

Таблиця 4

Коефіцієнти концентрації свинцю у профілі ґрунтів при застосуванні агрохімікатів (у чисельнику - мінеральна система удобрення, у знаменнику - органічна або органо-мінеральна система удобрення)

Екотоксикологічна оцінка свинцю за показниками транслокації з грунту у сільськогосподарські рослини. Дослідження, проведені з вівсом в умовах штучного забруднення дерново-підзолистого грунту показали, що при підвищенні концентрації свинцю у ґрунті до рівня 5 і 10 ГДК пригнічувався ріст і розвиток рослин, відбувалася деформація та недорозвиненість кореневих волосків та кореня в цілому, спостерігалося пригнічення розвитку, а в деяких випадках повна загибель рослин.

Дослідження, проведені в умовах сірого лісового супіщаного ґрунту при вирощуванні пшениці ярої, ріпаку ярого та сої надали можливість встановити загальні залежності, а саме:

найбільш інтенсивне накопичення свинцю сільськогосподарськими рослинами відбувалося на початкових фазах їх росту й розвитку та в період активного формування вегетативної маси: для пшениці ярої - у фази кущення і цвітіння, ріпаку ярого - у фази бутонізації і цвітіння, сої - у фази гілкування і формування бобів;

накопичення свинцю органами всіх сільськогосподарських рослин, що досліджувалися, знаходилося у наступній залежності: корінь > вегетативна маса > генеративні органи (зерно). За здатністю до накопичення свинцю сільськогосподарські культури знаходилися у наступній залежності: соя > пшениця яра ? ріпак ярий. Вміст свинцю у кореневій системі пшениці ярої складав 1,02 - 2,10 мг/кг, ріпаку ярого 0,51 - 1,61 мг/кг, сої 1,60 - 3,36 мг/кг; у вегетативній масі відповідно 0,43 - 2,31 мг/кг; 0,51 - 1,61 і 0,46 - 2,12 мг/кг. Накопичення свинцю у зерні пшениці, ріпаку, сої знаходилось на рівні 0,21 - 0,22 мг/кг активність поглинання свинцю кореневою системою рослин з різних зон ґрунту підпорядковувалася такій залежності: ризосфера > грунтово-коренева поверхня > міжряддя. Коефіцієнти біологічного поглинання свинцю коливалися в межах 0,36-1,10. Враховуючи встановлену залежність, вважаємо, що для прогнозу надходження свинцю в продукцію рослинництва (зерно) доцільно проводити відбір зразків ґрунту з ризосфери рослин, а не з міжрядь, як це рекомендовано у чинних нормативних документах;

мінеральні і органічні добрива впливають на процеси транслокації свинцю з грунту у рослини. Мінеральні добрива підсилюють перехід свинцю у системі грунт-рослина, органічні добрива, навпаки, знижують активність транслокації свинцю. Під впливом мінеральних добрив коефіцієнт біологічного поглинання свинцю корінням пшениці ярої у фазу кущення збільшився з 0,55 до 0,70, у фазу цвітіння з 0,48 до 0,55 та фазу повної стиглості з 0,29 до 0,76 порівняно з контролем. Коефіцієнт біологічного поглинання Pb корінням ріпаку ярого зріс у фазу бутонізації з 0,40 до 0,62, у фазу цвітіння з 0,20 до 0,22, у фазу плодоутворення і дозрівання з 0,13 до 0,19 порівняно з контролем. Коефіцієнт біологічного поглинання Pb корінням сої збільшився у фазу гілкування з 1,10 до 1,30, у фазу формування бобів з 0,53 до 0,61, у фазу повної стиглості з 0,34 до 0,57 порівняно з контролем.

Узагальнення коефіцієнтів біологічного поглинання свинцю рослинами пшениці, ріпаку та сої дозволили зробити рекомендації щодо регулювання його вмісту у зерні (табл.5).

Таблиця 5

Коефіцієнти біологічного поглинання свинцю сільськогосподарськими рослинами, які забезпечують гігієнічну якість продукції

Було встановлено, що біологічне поглинання свинцю сільськогосподарськими рослинами залежить від різних чинників, в тому числі від застосування агрохімікатів. Правильний підбір органічних і мінеральних добрив, їх норм і видів може забезпечити зниження поглинання рослинами свинцю з ґрунту і, тим самим, буде гарантією санітарно-гігієнічної якості сільськогосподарської продукції.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і новий підхід до екотоксикологічної оцінки небезпечності свинцю в агроекосистемах, що передбачає врахування його екотоксикологічних характеристик (надходження та акумуляція у верхніх шарах ґрунтів, міграція за їх профілем, транслокація у сільськогосподарські рослини) та гігієнічних регламентів (ГДК).

1. Встановлено, що фоновий вміст потенційно рухомого свинцю у різних типах ґрунтів коливається в межах 1,63 - 8,53 мг/кг і залежить, в першу чергу, від процесів грунтоутворення. Агрохімікати впливають на надходження та акумуляцію свинцю у верхніх шарах ґрунтів, проте, активність і направленість цих процесів залежить як від природних чинників, так і від сільськогосподарської діяльності.

2. Для попередження можливого негативного впливу агрохімікатів на грунт необхідно визначати в них допустиму концентрацію свинцю. Визначення повинно базуватися на врахуванні вмісту діючої речовини, норми застосування агрохімікату, фонової та гранично допустимої концентрації свинцю у верхніх шарах ґрунту. Встановлено, що допустима концентрація свинцю в агрохімікатах при вмісті діючої речовини від 10 до 40%, нормі застосування від 100 до 300 кг/га може складати 5 -70•10² мг/кг.

3. Показано, що природний розподіл свинцю у профілі ґрунтів залежить від процесів ґрунтоутворення і наявності біогеохімічних бар'єрів. Для ґрунтів підзолистого типу характерний гумусово-елювіально-ілювіальний розподіл свинцю за профілем ґрунту з можливим геохімічним бар'єром у вигляді оглеєння. Для ґрунтів чорноземного типу характерний високий вміст свинцю у верхніх гумусованих шарах ґрунту, де він асоціюється з органічними речовинами. Геохімічним бар'єром в таких ґрунтах можуть виступати карбонати, які утворюють із свинцем малорозчинні солі. Для темно-каштанових ґрунтів характерний елювіально-ілювіальний розподіл свинцю, його акумуляція у нижніх шарах ґрунту пов'язана з наявністю не лише карбонатів, а і натрію.

4. Доведено, що свинець здатний до міграції у вертикальному напрямі. Глибина міграції при сприятливих умовах може перевищувати 100 см, тобто виходити за межі ґрунтового профілю.

5. Встановлено, що застосування агрохімікатів призводить до перерозподілу свинцю у профілі ґрунтів. Мінеральні добрива сприяють збільшенню вмісту кислоторозчинного свинцю у профілі ґрунтів на 8 - 73%, що може призводити до його вилуговування і подальшої міграції за межі профілю. Органічні добрива, навпаки, сприяють зменшенню вмісту кислоторозчинного свинцю у генетичних горизонтах, що може бути наслідком утворення комплексних і халатних сполук з органічними речовинами і зниження його рухомості.

6. Показано, що екотоксикологічну оцінку свинцю за показниками вертикальної міграції доцільно проводити за величиною коефіцієнтів концентрації з врахуванням процесів нагромадження (К_с>1) і вилуговування (К_с<1) у генетичних горизонтах ґрунту. Відхилення величини коефіцієнтів концентрації від еталону надає можливість оцінити технології застосування агрохімікатів і, за необхідності, провести їх вдосконалення.

7. Встановлено, що найбільш інтенсивне накопичення свинцю рослинами відбувається на початкових фазах росту й розвитку та в період активного формування вегетативної маси: для пшениці ярої - у фази кущення і цвітіння, ріпаку ярого - у фази бутонізації і цвітіння, сої - у фази гілкування і формування бобів. Накопичення свинцю органами всіх сільськогосподарських рослин, що досліджувалися, знаходилося у наступній залежності: корінь > вегетативна маса > генеративні органи (зерно).

8. Визначено, що за здатністю до накопичення свинцю сільськогосподарські культури знаходилися у наступній послідовності: соя > пшениця яра > ріпак ярий. Вміст свинцю у кореневій системі пшениці ярої складав 1,02 - 2,10 мг/кг, ріпаку ярого 0,51 - 1,61 мг/кг, сої 1,60 - 3,36 мг/кг; у вегетативній масі відповідно 0,43 - 2,31 мг/кг; 0,51 - 1,61 і 0,46 - 2,12 мг/кг. Накопичення свинцю зерном рослин знаходилось на рівні 0,21 - 0,22 мг/кг.

9. Показано, що активність поглинання свинцю кореневою системою рослин з різних зон ґрунту підпорядковувалася наступній залежності: ризосфера > грунтово-коренева поверхня > міжряддя. Коефіцієнти біологічного поглинання свинцю коливалися в межах 0,36-1,1. Тому для прогнозу надходження свинцю в продукцію рослинництва (зерно) доцільно проводити відбір зразків ґрунту не з міжрядь, а з ризосфери.

10. Встановлено, що мінеральні і органічні добрива впливають на процеси транслокації свинцю з ґрунту у рослини. Мінеральні добрива підсилюють перехід свинцю у системі грунт-рослина, органічні добрива, навпаки, знижують активність транслокації свинцю. Під впливом мінеральних добрив коефіцієнт біологічного поглинання свинцю корінням пшениці ярої на початкових фазах розвитку збільшився з 0,55 до 0,70, корінням ріпаку ярого з 0,40 до 0,62, корінням сої з 1,10 до 1,30 порівняно з контролем.

11. Екотоксикологічна оцінка свинцю за показниками транслокації з ґрунту у рослини повинна базуватися на результатах визначення його вмісту в ризосфері рослин та враховувати коефіцієнти біологічного поглинання. Для забезпечення гігієнічної якості зерна коефіцієнт біологічного поглинання кореневою системою пшениці не повинен перевищувати 0,76, ріпаку - 0,44, сої - 0,68.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Під час проведення державних випробувань агрохімікатів для подальшої їх державної реєстрації та перереєстрації в Україні, а також при здійсненні екологічної оцінки технологій вирощування сільськогосподарських культур з метою попередження можливих негативних впливів на навколишнє природне середовище та якість продукції рекомендовано використовувати положення дисертаційної роботи, які викладено у Методиці агроекологічної оцінки мінеральних добрив, затвердженої на засіданні секції землеробства та виробництва рослинництва НТР МАПУ (прот.№8 від 01.10.2003), ДСТУ 4944:2008, Методичних рекомендаціях з встановлення допустимих концентрацій шкідливих речовин в агрохімікатах (2007 р.), методичних рекомендаціях „Екологічна експертиза технологій вирощування сільськогосподарських культур”(2008 р.).

Вищим навчальним закладам освіти III-IV рівнів акредитації із спеціальності 7.070801 -“Екологія та охорона навколишнього середовища” рекомендовано використовувати результати дисертаційної роботи при викладанні курсу „Екотоксикологія”.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Макаренко Н.А. Рухомість свинцю у різних типах ґрунтів України під впливом природних і антропогенних чинників /Н.А.Макаренко, І.В.Паращенко // Агроекологічний журнал. - 2007. - № 3. - С. 34 - 39. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, участь у написанні статті).

2. Паращенко І.В. Акумуляція, міграція та транслокація свинцю за умов забруднення дерново-підзолистого грунту /І.В.Паращенко // Агроекологічний журнал. - 2007. - № 2. - С. 88 - 91. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, написання статті).

3. Макаренко Н. А. Транслокація свинцю з сірого лісового грунту у рослин пшениці озимої під впливом добрив / Н.А.Макаренко, І. В. Паращенко // Науковий вісник НАУ. - Вип. 107. - Київ. - 2007. -С. 137 - 143. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, участь у написанні статті).

4. Макаренко Н. А. Транслокація свинцю з сірого лісового грунту у рослин ріпаку ярого під впливом добрив / Н. А. Макаренко, І. В. Паращенко // Агроекологічний журнал. Спец. Вип. - 2008. - С. 163 - 167. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, участь у написанні статті).

5. Макаренко Н. А., Паращенко І. В. Екотоксикологічна оцінка ґрунтів за вмістом свинцю // Матеріали міжнародної наукової конференції. -Житомир. - 2005. - С. 152 - 156. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, участь у написанні тез).

6. Паращенко І. В. Екотоксикологічний моніторинг свинцю в агроекосистемах // Збірник матеріалів четвертої науково-практичної конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи”. Вінниця. - 2004. - С. 34 - 36. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, написання тез).

7. Паращенко І. В. Вплив добрив на перерозподілення свинцю у профілях різних типів ґрунтів // Матеріали науково-практичної конференції молодих вчених “Новітні технології вирощування сільськогосподарських культур - у виробництво”. - Чабани. - 2004. - С. 27 - 28. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів досліджень, написання тез).

8. Паращенко І. В. Вплив добрив на вміст у ґрунті свинцю // Матеріали науково-практичної конференції молодих вчених і спеціалістів “Новітні технології виробництва конкурентоспроможної продукції рослинництва”. - Чабани. - 2005. - С. 24 - 25. (Проведення лабораторних та польових досліджень, аналіз та узагальнення результатів, написання тез).

9. Паращенко І. В. Про необхідність проведення контролю за свинцем // Матеріали науково-практичної конференції молодих учених “Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва”. - Київ. - 2007. - С. 94 - 95. (Проведення польових та лабораторних досліджень, аналіз та узагальнення результатів, написання тез).

10. Методика агроекологічної оцінки мінеральних добрив: Методичні рекомендації / [Патика В. П., Макаренко Н. А., Жилкін В. А. та ін.] ; за ред. акад. В. П. Патики. - К.: В-во «Логос», 2004. - 21 с. (підготовка матеріалів щодо забруднення грунту важкими металами, підготовка до друку)

11. Агрохімікати: Встановлення допустимих концентрацій шкідливих ДСТУ 4944:2008. - [Чинний від 2009-01-01]. - К.: Держспоживстандарт України, 2009. - 15 с. - (Національний стандарт України) (участь у підготовці розділів щодо допустимого вмісту важких металів в агрохімікатах, підготовка до друку).

12. Методичні рекомендації з встановлення допустимих концентрацій шкідливих речовин в агрохімікатах / [за ред. доктора с./г. наук Н. А. Макаренко] - К., 2007. - 16 с. (підготовка матеріалів щодо забруднення грунту важкими металами, підготовка до друку).

13. Методичні рекомендації „Екологічна експертиза технологій вирощування сільськогосподарських культур” / [за ред. д. с./г. наук Н. А. Макаренко, к. с. г. н. В. В. Макаренка] - К., 2008. - 84 с. (підготовка матеріалів щодо екологічної оцінки ґрунту за показниками забруднення ґрунту важкими металами, підготовка до друку).

АНОТАЦІЯ

Паращенко І.В. Екотоксикологічна оцінка небезпечності свинцю в компонентах агроекосистеми. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології УААН, Київ, 2009.

В роботі представлено новий підхід до екотоксикологічної оцінки небезпечності свинцю в агроекосистемах, що передбачає врахування його екотоксикологічних характеристик та гігієнічних регламентів. Показано, що агрохімікати впливають на надходження та акумуляцію свинцю у верхніх шарах ґрунтів. Наведено метод визначення допустимих концентрацій свинцю в агрохімікатах. Доведено, що свинець здатний до міграції у вертикальному напрямі і агрохімікати впливають на цей процес. Показано, що екотоксикологічну оцінку свинцю за показниками вертикальної міграції доцільно проводити за величиною коефіцієнтів концентрації. Відхилення величини коефіцієнтів концентрації від еталону надає можливість оцінити технології застосування агрохімікатів і, за необхідності, провести їх вдосконалення. Встановлено, що мінеральні добрива підсилюють перехід свинцю у системі грунт-рослина, органічні добрива, навпаки, знижують активність транслокації свинцю. Екотоксикологічна оцінка свинцю за показниками транслокації з ґрунту у рослини повинна базуватися на результатах визначення його вмісту в ризосфері рослин та враховувати коефіцієнти біологічного поглинання.

Ключові слова: свинець, агрохімікати, екотоксикологічна оцінка, акумуляція, міграція, транслокація..

АННОТАЦИЯ

Паращенко І.В. Екотоксикологична оценка опасности свинца в компонентах агроэкосистемы. - Рукопись. Диссертация на получение научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. - Институт агроэкологии УААН, Киев, 2009.

В работе представлен новый подход к екотоксикологической оценке опасности свинца в агроэкосистемах, что предусматривает учет его екотоксикологических характеристик и гигиенических регламентов. Показано, что агрохимикаты влияют на поступление и аккумуляцию свинца в верхних слоях почвы. Приведен метод определения допустимых концентраций свинца в агрохимикатах. Доказано, что свинец способен к миграции в вертикальном направлении и агрохимикаты влияют на этот процесс. Показано, что екотоксикологическую оценку свинца по показателям вертикальной миграции целесообразно проводить по величине коэффициентов концентрации. Отклонение величины коэффициентов концентрации от эталона предоставляет возможность оценить технологии применения агрохимикатов и, при необходимости, провести их совершенствование. Установлено, что минеральные минеральные удобрения усиливают переход свинца в системе почва-растение, органические удобрения, наоборот, снижают активность транслокации свинца. Екотоксикологическая оценка свинца по показателям транслокации из почв в растения должна базироваться на результатах определения его содержания в ризосфере растений и учитывать коэффициенты биологического поглощения.

Ключевые слова: свинец, агрохимикаты, екотоксикологическая оценка, аккумуляция, миграция, транслокация.

SUMMURY

Paraschenko I.V. Exotoxicological an estimation of danger lead in agroecosystem components. - Manuscript.

Thesis for searching of scientific degree of the candidate of agricultural on specialty 03.00.16. - ecology. Institute agroecology UAAS, Kyiv, 2009.

The dissertation is stated results of new approach to the exotoxicological estimation of danger lead in agroecosystem components, that foresees the account of exotoxicological descriptions (receipt and accumulation in epiphyses soil, migration on their type, translocation in the agricultural plants) and hygienically regulations. It rotined that agrochemicals influence on the receipt and accumulation of lead in epiphyses ґsoils, however, activity and orientation of these processes depends both on natural factors and from agricultural activity. The method of determination possible concentrations of lead resulted in agrochemicals, which is based on the account of maintenance of operating matter, norm of application, base-line and maximum possible concentration of lead in epiphyses soil.

It is well-proven that lead is apt at migration in vertical direction and agrochemicals influence on this process. It is rotined that exotoxicological estimation of lead on the indexes of vertical migration it is expedient to conduct after the size of coefficients of concentration taking into account the processes of piling (Ks>1) up and lixiviating (Ks<1) in genetic horizons soil. Deviation of size of coefficients of concentration from a standard gives possibility to estimate technologies of application of agrochemicals and, at a necessity, to conduct their perfection. It is set that the mineral and organic fertilizers influence on the processes of translocation of lead with soils in the plants. The mineral fertilizers strengthen transition of lead in the system plant of soil, the organic fertilizers, opposite, reduce activity of translocation of lead. Exotoxicological estimation of lead on the indexes of translocation with ґsoils in the plants must be based on the results of determination of his maintenance at the rhizolithe plants and to take into account the coefficients of biological absorption.

Keywords: lead, agrochemicals, exotoxicological estimation, accumulation, migration, translocation.

Размещено на Allbest.ru