Бездрабко Олена Миколаївна

УДК: 631. 95:631.8//.2:631.453

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ ГУМІНОВИХ ДОБРИВ В УМОВАХ ПОЛІССЯ ТА ЛІСОСТЕПУ

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис

Дисертаційна робота виконана в Інституті агроекології і біотехнології УААН.

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор

Кавецький Володимир Миколайович,

Інститут агроекології і біотехнології УААН,

завідувач відділу екотоксикології

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Бублик Людмила Іванівна,

Інститут захисту рослин УААН,

завідуюча лабораторією аналітичної хімії пестицидів

кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Коломієць Лариса Петрівна,

Інститут землеробства УААН,

старший науковий співробітник лабораторії

захисту ґрунтів від ерозії .

Провідна установа: Білоцерківський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України, м. Біла Церква

Захист відбудеться “28” вересня 2001 року о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.02 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони,15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони,11, навчальний корпус 10.

Автореферат розісланий “22” серпня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Менджул В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забруднення ґрунтів та рослин важкими металами є актуальною проблемою сьогодення, оскільки підвищений вміст даних полютантів у ґрунті може на довгі роки зробити їх непридатним для виробництва доброякісної продукції. Вплив засобів хімізації, зокрема добрив, на забруднення ґрунтів важкими металами все більше зростає. Тому виникає потреба у нових видах добрив, які були б не лише економічно ефективними, але й виконували б певну протекторну роль відносно токсикантів.

Одним з таких видів добрив є сульфат гумат амонію (СГА). Це новий вид азотних добрив гуматного типу, що виробляється на основі відходів виробництва, що дає змогу вирішувати також дуже важливу проблему, пов’язану з утилізацією відходів промислового виробництва.

Вивчення наслідків застосування добрив гуматного типу щодо вмісту важких металів, їх рухомості в ґрунті та продукції рослинництва, зміни агрохімічних властивостей ґрунту тощо є необхідною умовою їх використання в різних грунтово-кліматичних зонах України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи входила до тематичного плану Інституту агроекології і біотехнології УААН та виконувалася в розділі Державної науково-технічної програми “Наукові основи сталих агроекосистем на 1996-2000 роки”: “Розробити екотоксикологічні нормативи і розрахункову оцінку потенційного і фактичного рівня інтегральної небезпеки забруднення засобами хімізації агроландшафтів України”, за номером Держреєстрації 0196 V012976.

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень полягала у визначенні екотоксикологічної оцінки потенційного та фактичного ризику застосування СГА в умовах Полісся та Лісостепу України.

Для реалізації мети вирішувалися такі завдання:

·

·

·

·

·

Об’єкт дослідження – для обґрунтування застосування нового виду добрив, з метою запобігання негативного екологічного впливу на навколишнє середовище необхідним є вивчення його екотоксикологічної характеристики.

Предмет дослідження – моніторинг нового виду азотного добрива гуматного типу - сульфат гумат амонію у системі “добриво-грунт-рослина”.

Методи дослідження. Для визначення вмісту важких металів та розподілення їх форм у добривах та об’єктах навколишнього середовища (ґрунті, фільтраційних водах, рослинах) використовувався метод хроматографування у тонкому шарі сорбенту (метод затверджений Держхімкомісією, №50-97 від 19.06.97 і узгоджений Міністерством охорони здоров’я України). рН (сольова) ґрунту визначалася методом потенціометрії. Для визначення біологічної активності була використана методика визначення активності оксидоредуктаз ґрунту (поліфенолоксидази і пероксидази) за методом Галстяна А.Ш.

Наукова новизна отриманих результатів. У результаті проведеної екотоксикологічної оцінки застосування нового виду азотних добрив СГА, запропонований алгоритм оцінки протекторної дії СГА стосовно важких металів у кореневмісному шарі ґрунту, що визначає кінетичні особливості важких металів у профілі ґрунту. Показано селективний вплив добрива на надходження важких металів у продукцію рослинництва та розраховані коефіцієнти переходу їх у системі “грунт-рослина”. Встановлено явище пригнічення ферментативної активності поліфенолоксидази та пероксидази на дерново-середньопідзолистому ґрунті та підвищення активності їх на чорноземі типовому при застосуванні СГА.

Практичне значення отриманих результатів. Проведено екотоксикологічну оцінку небезпечності застосування нового виду добрив СГА за вмістом важких металів. Встановлено, що СГА є придатним для використання на чорноземі типовому під зернові культури в дозах N30-60 та на дерново-середньопідзолистому ґрунті в дозі N60-90 для овочевих. При цьому СГА виконує протекторну роль стосовно важких металів у ґрунті, обмежуючи їх міграцію і дає можливість отримувати доброякісну продукцію рослинництва щодо вмісту важких металів. При застосуванні СГА на дерново-середньопідзолистому ґрунті помічено пригнічення активності оксидаз ґрунту, що дає підставу для розробки технологічних прийомів, які дозволять уникнути можливих негативних наслідків.

Виробнича перевірка СГА проводилася на базі Чернігівської СДС та Носівської СДС (Чернігівський інститут АПВ УААН)

Особистий внесок здобувача. Проведення польових лізиметричних та лабораторних досліджень, теоретичне узагальнення і математична обробка отриманих результатів. На основі експериментального матеріалу були зроблені відповідні висновки.

Апробація роботи. Основні результати досліджень були викладені на засіданнях Вченої ради Інституту агроекології і біотехнології (1998-2001 рр.); на науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання ґрунтових ресурсів” (Київ 2000).

Публікація результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових праць.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури та експериментальної частини, яка складається з 8 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 182 сторінках друкованого тексту, ілюстрована 47 діаграмами та 35 таблицями. Список використаних джерел нараховує 190 найменувань, серед яких 16 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі роботи “Огляд літератури”, на основі аналізу літературних джерел з’ясовано, що вплив добрив на компоненти агроценозу залежить від їх хімічного складу та властивостей. Проведено аналітичний огляд властивостей важких металів, що можуть бути у складі добрив як домішки, і поведінку яких можуть вони змінювати. Показано, що за певних умовах гумінові добрива можуть виконувати протекторну роль. Переконано у необхідності визначення ризику застосування нових видів добрив.

Другий розділ дисертаційної роботи “Умови, матеріали і методика проведення досліджень”. Дисертаційна робота виконувалася протягом 1998-2001 років у відділі екотоксикології Інституту агроекології і біотехнології на базі Чернігівської ДСГДС та Носівській СДС (нині Чернігівській інститут АПВ УААН).

Дослідження проводилися в умовах польового та лізиметричного дослідів у різних грунтово-кліматичних зонах України: Полісся та Лісостепу.

Площа ділянок у мілкоділяночних дослідах становила 7-8,4м2, повторність – чотириразова та триразова. Ґрунти – чорнозем типовий малогумусний та дерново-середньопідзолистий пилувато-супіщаний.

Схема досліду: 1.Контроль (без добрив); 2.Фон - Р60К60; 3.Ф+СГА (0,7% гумату) - 60кг/га по N; 4. Ф+СГА (0,7% гумату) - 90кг/га по N; 5. Ф+СГА (0,7% гумату) - 120кг/га по N; 6. Ф+СГА (0,7% гумату) - 150кг/га по N; 7. Ф+СГА (0,3% гумату) - 60кг/га по N; 8. Аміачна селітра -120 кг/га по N.

Ефективність сульфат-гумат-амонію була досліджена на зернових (ячмінь, озима пшениця) та овочевих (картопля) культурах. Порівняння було проведене з традиційним азотним добривом - аміачною селітрою.

Фенологічні спостереження та відбір рослинних, ґрунтових зразків проводились в основні фенологічні фази розвитку рослин відповідно до загальноприйнятих методик.

Лізиметричні дослідження були здійснені в умовах стаціонарних лізиметрів на Чернігівській дослідній станції. Схема досліду аналогічна польовому досліду. Повторність – дворазова. Лізиметричні води відбирали поетапно, аналізували усереднений зразок за періоди грудень-травень (зимово-весняна фільтрація), червень – вересень (літньо-осіння фільтрація). Відбір рослинних зразків проводили у фази цвітіння та повної стиглості.

Для визначення вмісту важких металів та розподілення їх форм у добривах та об’єктах навколишнього середовища (ґрунті, фільтраційних водах, рослинах) була проведена попередня екстракція проб. Залежно від мети досліджень використовувалися різні екстрагенти: суміш сірчаної та фторводневої кислоти – для визначення валового вмісту важких металів у складі добрива; 1 М HCL для

визначення потенційно доступних форм важких металів у добривах та ґрунті; суміш азотної та соляної кислот для озолення рослинного матеріалу.

Співвідношення проба-екстрагент – 1:10 для ґрунту та добрива. Подальше визначення важких металів (Zn, Ni, Co, Pb, Cu) базувалося на екстракції їх з розчину дифенілтіокарбазоном, утворені з іонами важких металів у певному інтервалі рН відповідних комплексних солей металів і ідентифікації їх шляхом хроматографування у тонкому шарі сорбенту з подальшою кількісною та якісною оцінкою зон локалізації дитизонатів металів. рН (сольова) ґрунту визначалася методом потенціометрії.

Для визначення біологічної активності була використана методика визначення активності оксидоредуктаз ґрунту (поліфенолоксидази і пероксидази) за методом Галстяна А.Ш.

У процесі аналізу отриманої інформації застосовувалися теоретичні положення та відомі екологічні закони та принципи (В.І. Вернадський, Н.Ф.Реймерс, Ю. Одум).

Математична обробка експериментальних даних здійснювалася методами дисперсійного, кореляційного та регресійного аналізів на ПЕОМ.

Третій розділ складається з наступних підрозділів.

Вміст важких металів у складі СГА. Проведені дослідження з метою визначення валової кількості важких металів показали, що СГА містить: Zn - 28 мг/кг, Cu - 15 мг/кг, Ni - 4 мг/кг, Co - 3,5 мг/кг, Pb - 14 мг/кг

Розрахункові дані доводять: щорічне надходження важких металів до орного горизонту ґрунту з СГА коливається від тисячної до десятитисячної долі мг/кг, що складає досить малу частину від їх фонового вмісту і значно нижче від встановленого ГДК.

Доведено, що загальний вміст токсичних елементів у СГА ще не дає змогу об’єктивно оцінити ступінь його впливу на довкілля. Відомо, що токсичні властивості важких металів виявляються лише тоді, коли вони знаходяться у рухомому стані, тобто можуть мати фітотоксичну дію, негативно впливати на ґрунтову біоту, мігрувати за профілем ґрунту і т.д. Саме тому в процесі дослідження значна увага приділялася вивченню СГА з точки зору вмісту важких металів у рухомому стані, що знаходяться у їх складі. Для цього проводили аналіз проб даного добрива використовуючи такі екстрагенти: H2O, 1м HCL.

СГА містить у легкодоступній для рослин формі Ni - 9%, Zn - 17%, Cu - 27%, Co - 30%, Pb - 74% від валової кількості.

Проте, при застосуванні СГА концентрація потенційно доступних форм важких металів, що надходять до орного горизонту у перерахунку на мг/кг ґрунту дуже низька щодо фонового вмісту їх рухомих форм.

Таким чином, застосування СГА у науково-обґрунтованих дозах не приводить до суттєвої зміни як валових, так і рухомих форм важких металів у ґрунтах.

Особливості взаємодії СГА з ґрунтом. Зміни реакції ґрунту внаслідок внесення СГА зумовлені фізіологічною кислістю останніх. Наші дослідження показали, що застосування СГА за період вивчення призвело до незначного підкислення ґрунтового розчину досліджуваних ґрунтів. На чорноземах типових значення рН ґрунту зменшилось на 5,3% стосовно контролю. Більш помітне підкисленні спостерігалося на дерново-середньопідзолистому ґрунті, значення рН зменшилося на 8,8% щодо контролю. Отже, СГА має здатність підкислювати ґрунтовий розчин, що при довготривалому їх застосуванні може вплинути на рухомість важких металів, особливо на дерново-середньопідзолистому ґрунті.

Наявність у складі СГА гумату амонію, також зумовлює вплив на зміну поведінки важких металів. Він може як зв’язувати важкі метали в малорухомі сполуки (протекторна роль), так і утворювати рухомі сполуки з важкими металами, при цьому характер дії буде залежати від багатьох факторів (рН ґрунту, концентрації мікроелементів, органічної речовини ґрунту).

Поведінка важких металів у системі “добриво -ґрунт” під впливом СГА. При застосуванні СГА на дерново-середньопідзолистому ґрунті у лізиметричному досліді для Zn, Co, Pb встановлена закономірність зменшення, а для Ni та Cu підвищення їх рухомих форм стосовно контролю та аміачної селітри без перевищення встановлених ГДК для рухомих форм важких металів (табл. 1).

Таблиця 1 – Вміст важких металів в орному горизонті дерново-середньопідзолистого ґрунту в лізиметричному досліді

Варіанти | Метали, мг/кг

Zn | Ni | Co | Pb | Cu

1998 | 1999 | 1998 | 1999 | 1998 | 1999 | 1998 | 1999 | 1998 | 1999

Контроль | 1,75 | 1,85 | 1,00 | 1,10 | 1,50 | 1,45 | 0,40 | 0,60 | 2,75 | 2,00

Фон Р60К60 | 1,50 | 2,10 | 1,15 | 1,30 | 1,55 | 1,55 | 0,55 | 0,85 | 2,00 | 2,50

Ф+СГА N60 | 1,40 | 1,50 | 0,75 | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 0,30 | 0,55 | 3,00 | 2,85

Ф+СГА N90 | 1,40 | 1,45 | 1,00 | 1,35 | 1,25 | 1,20 | 0,25 | 0,50 | 2,85 | 2,75

Ф+СГА N120 | 1,25 | 1,40 | 1,50 | 1,35 | 1,15 | 1,15 | 0,25 | 0,50 | 2,75 | 2,70

Ф+СГА N150 | 1,25 | 1,35 | 1,50 | 1,40 | 1,00 | 1,15 | 0,20 | 0,40 | 2,75 | 2,50

Ф+Ам. сел. N120 | 2,00 | 2,00 | 1,20 | 1,35 | 1,35 | 1,30 | 0,45 | 0,65 | 2,65 | 2,50

Проте лізиметричний дослід моделює деякою мірою напівзамкнуту систему, оскільки розподіл рухомих форм важких металів, включаючи і кореневмісний горизонт, не є типовим для природних умов, внаслідок транслокації елементів у межах однієї секції за горизонтальним вектором. Тому для аналізу зміни вмісту рухомих форм важких металів використовували результати, одержані в умовах польового досліду, які підтверджували основні закономірності їх поведінки у орному горизонті , виявлені у лізиметричному досліді. Так, кількість Zn становила в 1998 році на контролі 1,85 мг/кг, на варіантах з СГА 1,21-1,75 мг/кг, на варіанті з аміачною селітрою 1,83 мг/кг; в 1999 році відповідно 1,66 мг/кг, 1,28-1,33 мг/кг та 1,70мг/кг. Аналогічна закономірність спостерігалась і для Pb та Со.

Зменшення кількості рухомих форм цинку, свинцю та кобальту на варіантах з СГА можна пояснити тим, що до складу СГА входить гумат амонію, який в даному випадку виконує протекторну роль, переводячи зазначені метали в малорозчинні сполуки.

Кількість Ni протягом періоду дослідження перевищувала контрольний варіант при застосуванні високих доз СГА (N120-150) і становила в 1998 році 0,62-0,81 мг/кг (тоді як на контролі 0,60 мг/кг), у1999 році відповідно 0,63-0,77 мг/кг та 0,50 мг/кг.

Концентрація міді на варіантах з СГА протягом періоду дослідження також перевищувала контрольний варіант і становила в 1998 році на контролі 1,60 мг/кг, а на варіантах з СГА 1,60-2,08 мг/кг, у 1999 році відповідно 1,55 мг/кг та 1,70-1,76 мг/кг.

На чорноземі типовому малогумусному спостерігалась тенденція зменшення кількості рухомих форм Zn, Co, Cu на другий рік дослідження, оскільки даний тип ґрунту характеризується вищою буферністю порівняно до дерново-середньопідзолистого. Тому протекторні властивості СГА стосовно даних металів проявляються із запізненням, в той час як зменшення вмісту рухомих форм свинцю спостерігали вже на перший рік дослідження. Відмічена закономірність збільшення рухомості Ni (у дозах N90-150) ; на контролі в 1998 році його кількість становила 0,93 мг/кг, а на варіантах з СГА 1,05-1,11 мг/кг, а в 1999 відповідно 0,73 мг/кг та 0,85-0,90 мг/кг.

Отже, застосування СГА на різних типах ґрунтів, не спричиняє негативного екологічного впливу на якість ґрунтового покриву. Кількість важких металів не перевищує встановлених ГДК. Відмічено протекторні властивості СГА, які проявляються вибірково для різних металів, та залежать від грунтово-кліматичних умов застосування добрив. Тобто використання СГА в оптимальних дозах відповідає правилу “м’якого” керування природою, бо його застосування спрямоване на відновлення якості ґрунту, а отже і якості вирощуваних культур.

Міграція важких металів за ґрунтовим профілем під впливом застосування СГА. Розподіл важких металів за профілем дерново-підзолистого ґрунту на контролі має типовий розподіл важких металів для даного типу ґрунту.

Так, цинк, та мідь розподіляються за акумулятивно-елювіально-ілювіальним типом. Спостерігається два максимуму їх вмісту - орний горизонт (0-20 см) та ілювіальний горизонт (60-80см). Найменша кількість Cu, Zn, у елювіальному горизонті ((горизонт вимивання) 20-40см)), який характерний для профілю дерново-підзолистого ґрунту.

Кобальт, нікель та свинець розподіляються профілем ґрунту за елювіально-ілювіальним типом. Їх максимальна кількість знаходиться в ілювіальному горизонті, а мінімальна - в елювіальному. Якщо відбувається забруднення ґрунтів, внаслідок застосування засобів хімізації характер розподілу важких металів за профілем змінюється.

Дані таблиці 2 свідчать, що застосування СГА протягом трьох років не призвело до змін типу розподілу важких металів за ґрунтовим профілем дерново-середньопідзолистого ґрунту. Закономірності розподілу важких металів збереглися як для незабрудненого ґрунту.

Зміни концентрації рухомих форм Zn, Co, Pb, що відбулися в орному горизонті ґрунту (0-20 см) привели до незначних відхилень їх кількості у нижніх горизонтах стосовно першого року дослідження. Зросла кількість міді в орному горизонті ґрунту, в той час як на контролі її кількість зменшилась протягом трьох років. Відмічено збільшення концентрації рухомих форм нікелю в нижніх горизонтах досліджуваного ґрунту, тоді як у кореневмісному горизонті його кількість зменшилась.

Таблиця 2 - Розподіл важких металів за профілем дерново-середньопідзолистого ґрунту та чорнозему типовому при застосуванні СГА, мг/кг

Глибина відбору,

см | Метали, мг/кг

Zn | Ni | Co | Pb | Cu

1998 р. | 2000 р. | 1998 р. | 2000 р. | 1998 р. | 2000 р. | 1998 р. | 2000 р. | 1998 р. | 2000 р.

Дерново-середньопідзолистий

СГА N90

0-20

20-40

40-60

60-80

80-100 |

2,15

2,00

2,25

3,50

1,35 |

2,00

1,75

2,10

3,50

1,25 |

1,35

0,75

1,00

1,75

1,25 |

1,30

1,25

1,35

1,85

1,30 |

1,75

0,75

1,25

1,75

0,75 |

1,55

0,35

1,30

1,65

0,65 |

0,25

0,18

0,15

0,35

0,15 |

0,15

0,10

0,15

0,25

0,10 |

2,25

2,00

2,50

2,75

2,25 |

2,75

2,00

2,55

2,85

2,25

Чорнозем типовий

Ф+СГАN60

0-20

20-40

40-60

60-80

80-100 |

2,50

2,00

2,00

2,25

1,75 |

2,25

2,25

2,00

2,20

1,75 |

1,70

1,50

1,50

1,75

1,50 |

2,00

2,00

1,85

1,95

1,25 |

1,75

1,50

1,25

1,55

1,25 |

1,50

1,50

1,25

1,35

0.75 |

0,45

0,30

0,25

0,35

0,10 |

0,25

0,20

0,15

0,35

0,12 |

2,75

2,45

2,45

2,60

2,00 |

2,55

2,25

2,25

2,75

1,75

ГДК рухомих форм металів у ґрунті, мг/кг | 23,0 | 4,0 | 5,0 | 2,0 | 3,0

Збільшення рухомих форм міді та нікелю, можливо пов'язана з утворенням хелатних сполук. Проте міграція міді вниз за профілем ґрунту менш помітна ніж для нікелю, бо мідь характеризується великою здатністю до комплексоутворення, і є відносно малорухливим елементом. Нікель відносно стабільний і може мігрувати на значну відстань. Виявлені закономірності підтверджуються і аналізом фільтраційних вод стаціонарних лізиметрів.

Аналіз лізиметричних вод засвідчив, що застосування СГА не призвело до активізації міграції Zn, Co, Cu, Pb, кількість їх у фільтраційних водах суттєво не збільшувалася у порівнянні з контролем та фоном за виключенням Ni, концентрація якого підвищувалася. Спостерігалось підвищення кількості Pb у фільтраційних водах при застосуванні аміачної селітри, порівняння з якою свідчить на користь СГА (табл.3).

Таблиця 3 - Вміст ВМ у фільтраційних водах (весняно-літня фільтрація), мг/л

Варіанти | Zn | Ni | Cu | Co | Pb

Контроль | 0,20 | 0,15 | 0,250 | 0,01 | 0,040

Фон Р60К60 | 0,20 | 0,18 | 0,150 | 0,01 | 0,045

Ф+СГАN60 | 0,25 | 0,20 | 0,035 | 0,01 | 0,014

Ф+СГАN90 | 0,20 | 0,45 | 0,040 | 0,01 | 0,014

Ф+СГАN120 | 0,20 | 0,45 | 0,045 | 0,01 | 0,013

Ф+СГАN150 | 0,25 | 0,45 | 0,045 | 0,01 | 0,013

Ф+ам.сел. N120 | 0,25 | 0,35 | 0,050 | 0,01 | 0,025

Вивчення післядії застосування СГА свідчить, що вміст важких металів у фільтраційних водах не збільшувався, концентрація їх була на рівні контрольного варіанту і нижче та становила для Zn 0,06-0,08 мг/л на варіантах з СГА і 0,08 мг/л на контролі, Ni 0,05 та 0,06 мг/л, Cu 0,03-0,06 та 0,13 мг/л, Pb 0,040-0,060 та 0,10 мг/л, Со 0,01 та 0,02 мг/л відповідно.

Одержані результати дають змогу встановити, що СГА не активізує міграцію Zn, Co, Cu, Pb до фільтраційних вод. Певною мірою спостерігається активізація міграції Ni, не перевищуючи при цьому допустимих норм.

Чорноземи типові характеризуються менш диференційованою будовою профілю та меншою контрастністю розподілу важких металів у ньому.

Кількість важких металів на контрольному варіанті найбільша в орному горизонті (0-20см), вона поступово зменшується вниз за профілем. Спостерігається певний максимум важких металів у горизонті 60-80см, який є ілювіальним і містить карбонати (лінія скипання 60-75см). Такий розподіл є типовим для профілю чорнозему типового.

У результаті застосування СГА протягом 1998-2000 років не відбулося суттєвої зміни в розподілі важких металів за профілем чорнозему типового (табл.2).

Застосування СГА вплинуло на зміну більшості важких металів лише в орному горизонті, де їх кількість стала дещо меншою. Так, вміст Zn становив у 1998 році 2,50 мг/кг і 2,25 мг/кг у 2000 році, Co відповідно 1,75 і 1,50 мг/кг, Pb - 0,45 і 0,25 мг/кг, Cu - 2,75 і 2,55 мг/кг. Зросла кількість нікелю в горизонті 0-20 см, що вплинуло і на збільшення його рухомих форм у нижчих горизонтах, при цьому не перевищуючи ГДК.

Вплив СГА на динаміку рухомих форм (Zn, Co, Ni, Pb, Cu) у ґрунті. Отримані результати польових та лізиметричних досліджень застосування СГА свідчать про його різний вплив на рухомість важких металів у ґрунті стосовно контролю, фону (Р60К60) та аміачної селітри. Для виявлення закономірностей зміни рухомості досліджуваних елементів була використана модель “Динаміки рухомості важких металів” (розроблена Якимовим Р.Я. та Кавецьким С.В.).

Аналіз вимірювань проводили з використанням графіків функцій рухомості металів у ґрунті, що дав можливість кількісно та якісно оцінити отримані результати досліджень. На основі даної моделі була розрахована величина ефективності зв’язування (?). За величиною ?, у свою чергу, розраховується коефіцієнт ефективності зв’язування Кеф. При величині Кеф=1, зв’язування важких металів мінімальне, при Кеф=4 – максимальне. Графік зміни рухомих форм свинцю в часі як приклад показано на рисунку 1.

Встановлено, що при застосуванні СГА на дерново-середньопідзолистому ґрунті у дозі N90 найвищі коефіцієнти зв’язування мають Zn, Co, Pb, Ni (Кеф.=4) і найменший - Cu (Кеф.=1) стосовно контролю, фону та аміачної селітри (рис.2 (а)).

На чорноземах типових найвищу ефективність зв’язування мають Co, Pb, Cu (Кеф.=4) на варіанті із застосуванням СГА у тій же дозі стосовно контролю та порівнюваних видів добрив. Ефективність зв’язування Zn та Ni (Кеф.=2) на варіанті з СГА нижча ніж на контролі та фоні, проте вища стосовно аміачної селітри (рис.2 (б)).

Поведінка важких металів у системі "добриво-грунт-рослина" при застосуванні СГА. Результати показали диференційований вплив СГА на процеси переходу важких металів до складу рослини залежно від грунтово-кліматичних умов їх застосування, типу та фізіологічних особливостей культур.

При вирощуванні картоплі на дерново-середньопідзолистому ґрунті, СГА стимулює захисні функції рослин. У кінцевому результаті надходження важких металів було на рівні контрольного варіанту та нижчим і становило у 1998 році Ni-0,35 мг/кг на контролі та 0,17-0,22 мг/кг на варіантах з СГА, Co-0,55 мг/кг на контролі та 0,40-0,50 мг/кг на варіантах з СГА, Pb відповідно 0,070 мг/кг та 0,050 мг/кг, Zn – 4,5 мг/кг та 2,5-3,7 мг/кг, Cu - 1,45 мг/кг та 1,25 мг/кг. У 1999 Ni – 0,30 мг/кг на контролі та 0,20-0,25 мг/кг на варіантах з СГА, Pb - 0,05 і 0,03 мг/кг. Кількість цинку та міді була вищою і становила Cu –1,0 мг/кг на контролі і 2,0 мг/кг на варіантах з СГА, Zn – 4,0 та5,0-6,0 мг/кг.

У той же час застосування СГА при вирощуванні картоплі на чорноземах малогумусних стимулювало накопичення важких металів рослинами, їх кількість підвищувалась у порівнянні з контролем, але була у межах встановлених ГДК для овочів. Так, кількість Zn становила на контролі 5,0 мг/кг, на варіантах з СГА- 5,0-7,5 мг/кг, Co відповідно 0,10 мг/кг та 0,20-0,25 мг/кг, Pb - 0,30 мг/кг та 0,20 та 0,30 мг/кг, Cu - 2,50 мг/кг та 2,50-3,75 мг/кг, кількість Ni не змінювалась і становила 0,25 мг/кг.

Застосування СГА при вирощуванні ячменю ярого на чорноземі типовому не стимулювало надходження більшості важких металів до складу рослин, їх кількість не перевищувала рівня контролю. Так, кількість цинку на контролі - 5 мг/кг, а на варіантах з СГА - 3-4 мг/кг, нікелю відповідно 0,35 і 0,20-0,30 мг/кг, свинцю - 0,25 і 0,12-0,20 мг/кг. Кількість міді на варіантах з СГА перевищувала контрольний варіант, але не перевищувала варіанту з аміачною селітрою. Так, на контролі її кількість становила 1 мг/кг, а на варіантах з СГА - 3-3,5 мг/кг, аміачною селітрою 3,5 мг/кг (табл.4).

Таблиця 4 - Вміст важких металів у зерні ячменю ярого та озимої пшениці на чорноземах типових при застосуванні СГА, (мг/кг сухої речовини)

Варіанти | Zn | Ni | Co | Pb | Cu

Ячмінь ярий

Контроль

ФонР60К60

Ф+СГА N60

Ф+СГА N90

Ф+СГА N120

Ф+HN4NO3 N90 | 5,0

4,0

3,0

3,0

4,0

4,5 | 0,30

0,20

0,25

0,20

0,30

0,25 | 0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25 | 0,20

0,25

0,15

0,12

0,15

0,20 | 1,5

2,5

3,5

3,0

3,5

3,5

Озима пшениця

Контроль

Фон Р60К60

Ф+СГА N60

Ф+СГА N90

Ф+HN4NO3 N90 | 10,0

12,5

7,50

5,00

5,00 | 0,015

0,050

0,015

0,010

0,010 | 0,20

0,20

0,20

0,20

0,20 | 0,10

0,25

0,20

0,15

0,25 | 3,50

3,50

2,00

1,50

2,50

ГДК для зерна | 50 | 0,5 | 1,0 | 0,3 | 10

При застосуванні СГА під озиму пшеницю була відмічена тенденція зменшення надходження важких металів до складу рослин (табл.4).

Кількість Zn, Ni, Cu у зерні пшениці на варіантах з СГА не перевищувала кількості контрольного варіанту та ГДК. Привертає увагу накопичення свинцю рослинами пшениці: на удобрених варіантах кількість його зростає стосовно контролю, особливо при внесенні фосфорно-калійних добрив (фон) та аміачної селітри: 0,25 мг/кг. При цьому спостерігається протекторна дія СГА щодо свинцю, оскільки застосуванні СГА зменшує його надходження до рослин пшениці:0,15-0,20 мг/кг.

Розрахунки коефіцієнтів переходу важких металів засвідчили, що СГА сприяє підвищенню активності переходу важких металів (Zn, Co, Cu, Pb) з ґрунту до рослини як на дерново-середньопідзолистому ґрунті, так і на чорноземі типовому, за виключенням Ni для дерново-середньопідзолистого ґрунту. При їх застосуванні на дерново-середньопідзолистому ґрунті коефіцієнт переходу (Кп) були для Zn 4-5 на варіантах з СГА та 2 на контролі, Cu 1,0-1,2 та 0,6, Ni - 0,3-0,4 та 0,6, Co - 0,4-0,5 та 0,3, Pb - 0,10-0,15 та 0,11 відповідно.

На чорноземі типовому коефіцієнт переходу становив для Zn 2-3 на варіантах з СГА та 2 на контролі, Ni – 0,25-0,46 та 0,4, Co – 0,25-0,35 та 0,24, Pb – 0,2-0,45 та 0,2, Cu- 1,35-2,00 та 0,8 відповідно.

Таким чином, у результаті екотоксикологічних досліджень, що спрямовані на визначення впливу СГА на процеси міграції важких металів у системі “добриво-грунт-рослина”, було встановлено, що СГА може бути охарактеризоване як таке, що не призводитиме до накопичення важких металів у ґрунті понад встановлені ГДК і сприятиме одержанню нормативно якісної рослинної продукції.

Вплив СГА на ферментативну активність ґрунту. Дослідження показали, що СГА позитивно впливає на активність поліфенолоксидази та пероксидази на чорноземах типових, як під просапними культурами - картоплею, так і під культурами суцільного посіву – ячменем. Була відмічена закономірність підвищення активності даних ферментів стосовно контролю в 1,5-2 рази.

Застосування СГА на дерново-середньопідзолистих ґрунтах під картоплю в перший рік дослідження (1998) не пригнічувало активності поліфенолоксидази та пероксидази У 1999 році активність пероксидази та поліфенолоксидази на варіантах з добривами (СГА та аміачна селітра) була нижчою ніж на контролі та фоні (табл.5).

Таблиця 5- Вплив СГА на активність поліфенолоксидази та пероксидази на дерново-середньопідзолистих грунтах ( мг/ пурпугаліну на 1г ґрунту)

Варіанти | Поліфенолоксидаза | Пероксидаза

Картопля 1998р. | Картопля 1999р. | Ячмінь 2000р. | Картопля 1998р. | Картопля 1999р. | Ячмінь 2000р.

Контроль

Фон Р60К60

Ф+СГА N90

Ф+СГА N120

Ф+СГА N150

Ф+Ам.сел. N120 | 0,354

0,387

0,354

0,372

0,336

0,387 | 0,525

0,408

0,354

0,285

0,285

0,336 | 0,440

0,395

0,365

0,414

0,361

0,357 | 0,249

0,372

0,270

0,269

0,270

0,285 | 0,336

0,372

0,249

0,231

0,231

0,231 | 0,293

0,333

0,327

0,342

0,336

0,327

Таким чином, проведені дослідження дозволили встановити, що новий вид азотних добрив – сульфат гумат амонію певним чином впливає на активність ґрунтових ферментів, що дає можливість передбачити характер його впливу на направленість процесів гуміфікації та мінералізації органічної речовини ґрунту.

СГА на ґрунтах чорноземного типу не пригнічує активність оксидаз, тоді як на дерново-підзолистих ґрунтах помічається явище певної токсикації, особливо щодо ферменту поліфенолоксидази, що дає підстави для певних обмежень використання даного виду добрив у зоні Полісся, або розробки технологічних прийомів, які дозволять уникнути негативних явищ при його застосуванні (вапнування, підбір певних видів сільськогосподарських культур і т.д.).

Ферментативна активність ґрунту відображає його біологічну активність і може служити показником родючості ґрунту, і, як наслідок, впливати на урожайність сільськогосподарських культур. Тому доцільно розглянути біологічну продуктивність сільськогосподарських культур.

Вплив СГА на продуктивність сільськогосподарських рослин. У зоні Полісся на дерново-середньопідзолистих ґрунтах при застосуванні СГА відмічено позитивний вплив на біологічну продуктивність картоплі, а саме: прибавка урожаю відносно контролю в 1998 році складала 65-112 ц/га, а в1999 році 28-113 ц/га , на чорноземах типових у зоні Лісостепу прибавка урожаю картоплі складала 54-61 ц/га у 1998 році. Оптимальними дозами застосування СГА під картоплю на чорноземах є дози у межах N60-90 кг/га, на дерново-підзолистих N90 кг/га на фоні фосфорно-калійного живлення.

При вирощуванні зернових, зокрема ячменю та озимої пшениці, у зоні Лісостепу на чорноземах типових при застосуванні СГА прибавка врожаю ячменю ярого відносно контролю становила у 1998 році 5-12 ц/га, у 1999 році 7-10 ц/га, озимої пшениці 6-9 ц/га (1999 рік). Оптимальними дозами застосування СГА під зернові на чорноземах типових малогумусних є N60 кг/га на фоні фосфорно-калійного живлення Р60К60.

ВИСНОВКИ

1.Встановлено, що СГА за валовим вмістом важких металів не перевищує інші мінеральні добрива і містить цинку – 28 мг/кг, міді –15 мг/кг, нікелю – 4 мг/кг, кобальту –3,5 мг/кг та свинцю 14 мг/кг і відмічаються наступною кількістю їх потенційно-рухомих форм Pb-53%, Cu-20%, Co-21%, Zn-14%, Ni-6% від валового вмісту. Щорічне надходження їх до орного горизонту ґрунту з СГА не перевищує ГДК рухомих форм важких металів у ґрунті.

2. СГА підвищує кислотність ґрунтового розчину при дворічному їх застосуванні на чорноземі типовому від pH 5,6-5,2 до 5,55-5,18 та на дерново-середньопідзолистому ґрунті від рН 4,76-4,95 до 4,65-4,88 у залежності від норми внесеного добрива, що складає різницю 5,3% на чорноземі типовому малогумусному та 8,8% дерново-середньопідзолистому ґрунті стосовно контролю.

3. Застосування СГА не сприяє підвищенню вмісту в орному горизонті рухомих форм Zn, Co, Pb, як на чорноземі типовому малогумусному, так і на дерново-середньопідзолистому ґрунті. Відмічена закономірність збільшення рухомості Cu на дерново-середньопідзолистому ґрунті та Ni на обох типах ґрунтах, але в межах ГДК встановленого для рухомих форм важких металів у ґрунті.

4. Використовуючи статистичну обробку графічних моделі “Динаміки рухомості Zn, Co, Pb, Cu, Ni”, було встановлено, що на варіанті СГА у дозі N90 найвищу ефективність зв’язування мають Co, Pb, Cu, стосовно контролю та інших досліджуваних добрив при застосуванні їх на чорноземах типових та Zn, Co, Pb, Ni – на дерново-середньопідзолистому ґрунті (Кеф 4). Cu характеризувалась найнижчою ефективністю зв’язування на дерново-середньопідзолистому ґрунті (Кеф 1). Ефективність зв’язування Zn та Ni на чорноземі типовому менша, ніж на контролі та фоні, проте вища ніж при застосуванні аміачної селітри.

5. Застосування СГА не впливає на природній розподіл рухомих форм важких металів за профілем чорнозему типового малогумусного та дерново-середньопідзолистого ґрунту. Були відмічені зміни кількості рухомих форм важких металів у межах орного горизонту .

Кількість Zn, Co, Pb в орному горизонті зменшилась: Zn від 2,15 у 1998 році до 2,00 мг/кг у 2000 році, Co від 1,55 до 0,75 мг/кг, Pb від 0,25 до 0,15 мг/кг (відповідно по роках) при застосуванні СГА на дерново-середньопідзолистого грунту; та Zn від 2,50 до 2,25 мг/кг, Со від 1,75 до1,50 мг/кг, Pb від 0,45 до 0,25 мг/кг, Cu від 2,75 до 2,55 мг/кг при застосуванні СГА на чорноземі типовому малогумусному. Збільшилась кількість Ni у нижніх горизонтах досліджуваних ґрунтів та Cu у орному горизонті на дерново-середньопідзолистому ґрунті, не перевищуючи ГДК

6. Аналіз фільтраційних вод засвідчив, що застосування СГА не призвело до активізації міграції Zn, Cu, Co, Pb, кількість їх у фільтраційних водах суттєво не підвищувалася порівняно з контролем, фоном та аміачною селітрою. Відмічено збільшення кількісті Ni у лізиметричних водах від 0,05 у 1998 році до 0,45 мг/л в 1999 році.

7.Встановлено диференційовану дію СГА на процеси переходу важких металів до складу рослини залежно від грунтово-кліматичних умов та виду сільськогосподарських культур. При вирощуванні картоплі на дерново-середньопідзолистому ґрунті СГА стимулює захисні функції рослин стосовно важких металів.

8. Застосування СГА при вирощуванні картоплі на чорноземах типових малогумусних стимулювало накопичення більшості важких металів бульбами картоплі, їх кількість підвищувалась у порівнянні з контролем і фоном, проте не перевищувала встановлені ГДК для овочів, Так, кількість Zn становила на контролі 0,50 мг/кг, на варіантах з СГА- 0,50-0,75 мг/кг, Co відповідно 0,10 мг/кг та 0,20-0,25 мг/кг, Pb - 0,30 мг/кг та 0,20 та 0,30 мг/кг, Cu - 2,50 мг/кг та 2,50-3,75 мг/кг, кількість Ni не змінювалась і становила 0,25 мг/кг;

- застосування СГА при вирощуванні ячменю ярого на чорноземах типових не сприяло надходженню Co, Zn, Ni, Pb до складу рослин. Так, кількість цинку на контролі становила 5 мг/кг, а на варіантах з СГА - 3-4 мг/кг, нікелю відповідно 0,35 і 0,20-0,30мг/кг, свинцю - 0,25 і 0,12-0,20 мг/кг. Кількість міді на варіантах з СГА перевищувала контрольний варіант, але не перевищувала вміст на варіанті з аміачною селітрою. Так, на контролі її кількість становила 1 мг/кг, а на варіантах з СГА - 3-3,5 мг/кг, аміачною селітрою 3,5мг/кг;

-

9. При вивчені транслокації важких металів у системі “грунт-рослина” були встановлені наступні коефіцієнти переходу: на дерново-середньопідзолистому ґрунті для Zn 4-5, Cu 1,0-1,2, Ni - 0,3-0,4, Co - 0,4-0,5, Pb - 0,10-0,15 (при застосуванні СГА під картоплю); на чорноземі типовому коефіцієнт переходу становив для Zn 2-3, Ni – 0,25-0,46, Co – 0,25-0,35, Pb – 0,2-0,45, Cu- 1,35-2,00 (при застосуванні СГА під ячмінь ярий).

10. Встановлено, що СГА на ґрунтах чорноземного типу не пригнічує активність оксидаз. Активність цих ферментів підвищувалася в порівнянні з контролем і становила: поліфенолоксидази в 1998 році на контролі 0,414, а на варіантах з СГА 0,429-0,732 мг/пурпугаліну на 1 г ґрунту, пероксидази відповідно 0,264 та 0,270-0,354 мг/пурпугаліну на 1 г грунту; в 1999 році активність поліфенолоксидази становила на контролі 0,249, а на варіантах з СГА 0,414-0,429, пероксидази відповідно 0,336 та 0,354 мг/пурпугаліну на 1 г ґрунту.

11. При застосуванні СГА на дерново-середньопідзолистих ґрунтах помічено явище певної токсикації ферментів, що дає підстави для певних обмежень використання даного виду добрив у зоні Полісся, або розробки технологічних прийомів, які дозволять уникнути негативних явищ (вапнування, підбір певних видів сільськогосподарських культур і т.д.).

12. Встановлено позитивний вплив застосування СГА на біологічну продуктивність тест-культур. Прибавка врожаю картоплі на дерново-середньопідзолистому ґрунті стосовно контролю складала в 1998 році 65 – 112 ц/га, 1999 – 28-113 ц/га. На чорноземі типовому прибавка урожаю ячменю ярого в 1998 році становила 5-12 ц/га, 1999 – 7-10 ц/га, озимої пшениці 6-9 ц/га. Оптимальною дозою СГА для картоплі є доза N90 , для ячменю ярого та озимої пшениці – N60 на фоні фосфорно-калійного живлення.

13.Результатами екотоксикологічних досліджень встановлено, що вміст важких металів у складі СГА невисокий і їх застосування у науково- обґрунтованих дозах не сприяє збільшенню у ґрунті потенційно-рухомих форм важких металів, не активізує міграцію Zn, Cu, Co, Pb за ґрунтовим профілем, сприяє підвищенню біологічної продуктивності сільськогосподарських рослин та отриманню доброякісної продукції рослинництва.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бездрабко О.М., Макаренко Н.А., Кавецький В.М., Бердніков О.М. Вплив сульфат гумат амонійних добрив на поведінку полютантів у системі грунт-добриво-рослина // Агроекологія і біотехнологія. – 1999. – В.3.- С.45-49. (Особистий внесок здобувача складає 40%. Проведено експерименти, зроблені висновки.)

2. Бездрабко О.М., Макаренко Н.А., Кавецький В.М. Оцінка нового виду азотних добрив - сульфат гумат амонію за агрономічними та екотоксикологічними показниками // Науковий