ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

ПИСАРЕНКО Павло Вікторович

УДК 631.151.6

НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ
ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНИХ РОЗСОЛІВ
І МІНЕРАЛІВ В АГРОЕКОСИСТЕМАХ

03.00.16 — екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Київ — 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Полтавській лабораторії бішофіту Інституту агроекології та біотехнології УААН

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор, академік УААН
ПАТИКА Володимир Пилипович,
Інститут агроекології та біотехнології УААН,
директор

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор,
член-кореспондент УААН
БУДЬОННИЙ Юрій Васильович,
Харківський державний аграрний університет
ім. В.В. Докучаєва, завідувач кафедри землеробства

доктор біологічних наук, професор
ГОЛОВКО Ераст Анатолійович
Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка,
завідувач відділу алелопатії

доктор сільськогосподарських наук, професор
ЯКУНІН Олексій Панасович,
Інститут зернового господарства УААН,
головний науковий співробітник відділу технології вирощування кукурудзи

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

Захист відбудеться 14 жовтня 2003 р. о ___13___ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий “ 12 ” вересня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат хімічних наук Г.В. Заякіна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Досвід розвинених країн світу показує, що попередити можливі негативні наслідки застосування засобів хімізації у сільському господарстві можна лише за умов здійснення фундаментальних досліджень альтернативних заходів і розробці на цій основі нових біологічних технологій. На сучасному рівні розвитку аграрного виробництва основним має бути не спостереження і констатація фактів погіршення стану довкілля у результаті застосування агрохімікатів, а запобігання можливих негативних наслідків проведенням науково-обґрунтованої екологічної технології, в основі якої лежить система екологічної безпеки довкілля і здоров’я людей.

Якщо ще десять років тому проблеми біологізації сільськогосподарського виробництва розглядалися переважно з позицій безпечного і навіть обмежуючого використання, насамперед, засобів хімізації, то в сучасних умовах біологізація землеробства, технологій і технологічних процесів є чи не єдиним заходом, який може стримати подальше зниження родючості ґрунтів, стабілізувати виробничі системи, зменшити залежність від техногенних факторів і таким чином підвищити конкурентоспроможність сільськогосподарського виробництва на внутрішньому та зовнішньому ринках продовольства. Таким чином, для забезпечення сталого розвитку сучасних аграрних виробничих систем різних форм власності в умовах перехідного періоду і використання в обмежених обсягах хіміко-техногенних ресурсів виникає проблема їхньої часткової заміни альтернативними маловитратними заходами, що базуються на природних процесах самовідновлення.

Одним із таких екологобезпечних і ресурсозберігаючих елементів функціонування та сталого розвитку агроекосистем є природні розсоли і мінерали, обсяг видобутку яких може задовольнити потреби землеробства.

Аналіз та узагальнення наукових даних літературного пошуку дали змогу зробити висновок про те, що започаткований нами науковий напрям по використанню природних розчинів і мінералів у сільськогосподарському виробництві, зокрема, землеробстві, не тільки мало вивчений, але і взагалі не дослід-жувався. Зокрема, відомо про використання солоної води озера Сиваш для боротьби з повитицею європейською на насіннєвих посівах люцерни; застосування морської води з метою контролю фітосанітарного стану плодовоягідних культур та оптимізації кореневого живлення сільськогосподарських культур за рахунок забезпечення їх макро- та мікроелементами, а також створення штучних розсолів для використання їх у сільськогосподарському виробництві.

У наших дослідженнях ми керувалися тим, що природні розсоли та мінерали, такі як Полтавський бішофіт і мінералізована пластова вода, є унікальними природними сполуками, а тому використання їх у сільськогосподарській практиці дасть можливість зменшити агрохімікатний пресинг на ґрунт, вести сільське господарство “ближче до природи”. Наприклад, мінералізована пластова вода містить у своєму складі понад 30 різноманітних хімічних елементів і природні рістрегулюючи сполуки, такі як абсцизова кислота та зеатин. Полтавський бішофіт також містить у своєму складі магній, який є важливим елементом росту і розвитку рослин, як один з головних складових хлорофілу.

Але відомі дані про те, що як мінералізована пластова вода так і бішофіт, під час їхнього видобутку, потрапляючи в навколишнє середовище наносять значну шкоду флорі та фауні.

Основна увага при виборі напряму досліджень була зосереджена на проблемі утилізації мінералізованої пластової води, як побічного продукту під час видобутку нафти та відновлення родючості ґрунту на територіях, які зазнали неконтрольованого викиду як мінералізованої пластової води так і бішофіту. Це пов’язано з тим, що при потраплянні природних розсолів і мінералів на ґрунт у великих кількостях відбувається погіршення екотоксикологічного стану ґрунту, який значно впливає на сільськогосподарське виробництво. Відбувається засолення ґрунтів, накопичення в ґрунті та винос у ґрунтові води шкідливих хімічних елементів та сполук (рис. 1).

Неконтрольований розлив природних розчинів і мінералів
(планові та непланові викиди мінералізованої пластової води на поверхню, аварії при видобуванні, транспортуванні
та зберіганні мінералізованої пластової води і бішофіту)

Забруднення верхніх шарів ґрунту
(Na, Al, Cl, SO4, та інші елементи)

Зміна реакції ґрунтового розчину
(як правило змінюється на кислу)

Погіршення екотоксикологічного стану ґрунту

Зміна ферментативної
та мікробіологічної активності ґрунту

Якість ґрунтових та поверхневих вод

Рис. 1. Вплив неконтрольованого виливу
природних розчинів і мінералів на ґрунтову екосистему

Передбачалося, що результати вивчення природних розсолів і мінералів стануть основою екологобезпечного та ресурсозберігаючого комплексу агрохімічних заходів щодо контролю фітосанітарного стану сільськогосподарських посівів і регулюванні кореневого живлення рослин.

Тому дослідження наукового обґрунтування і розробки технологій використання мінералізованих пластових вод та бішофіту як пестицидів, мінеральних добрив і регуляторів росту сільськогосподарських рослин, які відповідають вимогам екологобезпечних ресурсозберігаючих технологій є актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослід-ження проводилися протягом 1996–2003 рр. відповідно до завдання “Розробити теоретичні основи і екологічно безпечні технології відтворення родючості ґрунтів і системи управління цим процесом шляхом раціонального землекористування, створення моделей ґрунтозахисних систем землеробства, високоефективних добрив та хімічної меліорації, що забезпечують одержання високоякісної продукції та охорони навколишнього середовища” (№ ДР UA 01002372 P); НТП УААН “Наукові основи сталих агроекосистем” (№ ДР 0196U012976); НТП УААН “Агроекологічний моніторинг і моделювання сталих ландшафтів та агроекосистем” (№ ДР 0101U003294), “Розробка та впровадження ресурсозберігаючих, відповідаючих вимогам охорони праці і екологічної безпеки технологій вирощування екологічно чистої продукції рослинництва” (№ ДР 0198U0071244).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень — теоретичне обґрунтування та розробка науково-методичних засад використання природних розсолів і мінералів при формуванні сталих агроекосистем, збереження родючості ґрунту, їх енергетичного і екологічного стану, оптимізації кругообігу речовин та енергії в агроекосистемах.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

·

·

·

·

·

·

·

·

·

Об’єкт дослідження — природні розсоли і мінерали (Полтавський бішофіт, мінералізована пластова вода) та їхній вплив на процеси, що протікають у системі ґрунт — рослина і визначають її екологічний стан, а також стан складових агроекосистем.

Предмет досліджень — методика агроекологічної оцінки природних розсолів і мінералів (Полтавський бішофіт, мінералізована пластова вода), за показниками екологічного впливу на сільськогосподарські культури та бур’яни.

Методи досліджень:

· польовий метод — вивчення впливу природних розсолів і мінералів на агрохімічні та агрофізичні властивості ґрунтової системи, кількісні і
якіс-ні показники продуктивності сільськогосподарських культур, пошкодження листової поверхні бур’янів;

· лабораторний метод — визначення фізико-хімічними, хімічними, біохімічними, мікробіологічними методами кількісних і якісних характеристик об’єктів досліджень;

· статистичний метод — встановлення на основі регресивного, дисперсійного, кореляційного методів достовірності отриманих результатів, функ-ціональних залежностей між різними факторами і процесами.

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті узагальнення експериментальних даних уперше теоретично обґрунтована доцільність використання у землеробстві Полтавського бішофіту та мінералізованої пластової води як екологічно безпечних природних хімічних полютантів.

Вперше встановлений механізм дії природних розсолів і мінералів на культурні рослини та бур’яни, фізико-хімічні властивості ґрунту і ґрунтову біоту. Одержані дані дають можливість стверджувати, що використання природних розсолів і мінералів сприяє оптимізації росту і розвитку злакових культур за рахунок створення сприятливих умов для їх живлення, знищення бур’янів і активізації життєдіяльності мікробіоти ґрунту.

Вперше розроблені технологія використання природних розсолів і мінералів як екологічно безпечних природних сполук, а також основи синергічного розчину з метою зменшення дози мінеральних добрив і пестицидів.

Практичне значення одержаних результатів. Сільськогосподарському виробництву рекомендовані наукові агроекологічні основи використання природних розсолів і мінералів при моделюванні стійких агроекосистем, що знайшли своє відображення у рекомендаціях по використанню природних розсолів і мінералів у землеробстві, затверджених Головним управлінням сільського господарства та продовольства Полтавської обласної державної адміністрації, захищені патентом України.

Одержані результати досліджень, висновки, пропозиції використані для рекомендацій щодо забезпечення раціонального функціонування, відтворення родючості ґрунтів, охорони та зменшення пестицидного навантаження на них, як основи формування сталих і високопродуктивних агроекосистем, підвищення їх екологічної безпечності, енергозбереження та отримання сільськогосподарської продукції високої якості.

Результати роботи використані при розробці робочих програм — “Загальне та меліоративне землеробство”, “Основи біологічного та ґрунтозахисного землеробства”, “Екологічне землеробство”, а також увійшли до курсу лекцій з цих дисциплін, які читаються автором на агрономічному факультеті Полтавської державної аграрної академії.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто визначив напрям наукових досліджень, розробив і обґрунтував план та робочі програми науково-дослідних робіт, методики проведення досліджень, виконав експериментальну частину досліджень, узагальнив одержані результати у друкованих наукових працях, наукових звітах, методичних рекомендаціях, навчальних програмах.

Апробація результатів дослідження. Матеріали дисертаційної роботи були представлені та обговорені на щорічних (1995–2003 рр.) наукових професорсько-викладацьких конференціях Полтавської державної аграрної академії, на II-й науково-виробничій конференції “Перспективы развития механизации, автоматизации и технического сервиса сельскохозяйственного производства” (Полтава, 1997), Х з’їзді Українського ботанічного товариства “Проблеми ботаніки і мікології на порозі третього тисячоліття” (Полтава, 1997), Всеукраїнській науково-методичній конференції з проблем природничих наук, присвячена пам’яті А.П. Каришина (Полтава, 1998), Міжнародній науково-технічній нараді “Екологія в нафтогазовій промисловості” (Київ, 1998), Міжнародній науково-практичній конференції “Землеробство XXI століття — проблеми та шляхи вирішення” (Київ-Чабани, 1999), V міжнародному конгресі “Біоконверсія органічних відходів і охорона навколишнього середовища” (Івано-Франківськ, 1999), науково-практичній конференції з питань ефективності ведення землеробства (Полтава, 2003), міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми сучасного землеробства” (Луганськ, 2003), міжнародній науковій конференції “Біологічні науки і проблеми рослинництва” (Умань, 2003).

Публікації. Результати досліджень за темою дисертаційної роботи викладено у 48 наукових публікаціях, з яких 22 — статті у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Загальний обсяг роботи 429 сторінок з них 321 — основного тексту, 108 — додатки. Дисертація складається з вступу, восьми розділів, п’ять з яких є експериментальною частиною роботи, загальних висновків, рекомендацій виробництву. Список використаних джерел включає 446 найменувань, з них 56 іноземною мовою. Дисертаційна робота ілюстрована 81 таблицями, 52 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Методика дослідження. Об’єктами досліджень були природні розсоли і мінерали, такі як Полтавський бішофіт та мінералізована пластова вода, їх складові — біохімічно та хімічно активні речовини, ґрунт, сільськогосподарські рослини та найпоширеніші в зоні Лісостепу бур’яни.

Досліджували можливість використання природних розсолів і мінералів у землеробстві як екологічно безпечного замінника агрохімікатів.

В якості природних розсолів і мінералів вивчали:

Полтавський бішофіт — природній мінерал, головним чином хлорид магнію (MgCl2·6H2O).

Мінерал бішофіт (MgCl2H2O) отримав свою назву (названий Оксеніусом у 1887 р.) на честь німецького хіміка і геолога Г. Бішофа. Саме він уперше знайшов його соляні родовища Німеччини — цехштейнові соленосні відкладення верхньої пермі, в парагенезисі з галітом, карналітом, кизерітом, лангбейнітом та іншими калійно-магнієвими солями. Скупчення бішофіту зазвичай невеликі: розпорошені, іноді окремі вкраплення та гнізда, тонкі прошарки. Бішофіт дуже гігроскопічний, на повітрі швидко розпливається, легко розчиняється у воді і спирті, гіркий на смак. Колір мінералу частіше відсутній, водяно-прозорий, білий, рідко зустрічаються кольорові різновиди оранжеві та червоно-бурі. Текстура бішофітової породи масивна, прошаркувата або плямиста. Остання утворюється за рахунок розподілення мінералів-домішок: галіту, кізериту, карналіту, сільвіну, ангідриту.

Бішофіт — хлоридно-магнієвий мінерал з домішками більш як 30 мікроелементів. У природі він знайдений у західній частині Прикаспійської низовини, на Україні, в Білорусії, ФРН, Нідерландах, Китаї, Таїланді, Казахстані, на африканському континенті. Це продукт останньої стадії випаровування древнього Пермського моря, яке існувало більше як 200 млн років тому. Він викристалізувався з евтонічних розсолів. Бішофіт — найбільш розчинна природна сіль, видобувається на поверхню шляхом підземного розчинення прісною водою. Видобувається прозорий розчин бішофіту з мінералізацією 400–450 г/л, щільністю 1,3 г/см3, рН 5–5,7. Температура замерзання +10оС. Транспортується і зберігається бішофіт у ємкостях з будь якого матеріалу, крім алюмінію. Корозія залізних ємкостей відбувається на межі розділу “повітря–ропа”, тому розчин бішофіту може набувати жовтуватого кольору. На відкритому повітрі бішофіт розпливається, адсорбуючи вологу з повітря.

Мінералізована пластова вода (МПВ) — супутній продукт видобутку нафти. Складається вона, головним чином, з неорганічної та органічної частини. До складу неорганічної частини входить близько 60 різноманітних мікро- та макроелементів, серед яких найбільше натрію, калію, магнію, кальцію, хлору та ін. Загальна мінералізація знаходиться в межах 140–180 г/дм3, гідролітична кислотність пластової води коливається в межах (на різних родовищах) від 5,45 до 7,45. Органічна частина складається, головним чином, з парафінових і циклопарофінових (нафтенових) вуглеводнів, три- та тетраароматичних сполук тощо. В мінералізованій пластовій воді нами у співробітництві з Інститутом ботаніки НАН України знайдено також природні росторегулюючі речовини, такі як зеатин (впливає головним чином на ріст і розвиток кореневої системи) й АБК (абсцизова кислота).

Методи досліджень. З метою максимального та всебічного вивчення природних розсолів і мінералів для використання їх у землеробстві в природному стані і в суміші з пестицидами та ростовими речовинами проводились польові та лабораторні досліди. В них проводили хімічні аналізи природних розсолів і мінералів, фенологічні та візуальні спостереження, кількісний облік та аналізи на якість продукції, які виконувалися відповідно до загальноприйнятих методик.

Визначення фізико-механічних і хімічних властивостей ґрунту та природних розсолів і мінералів проводили наступними методами: загальний вміст гумусу — за методом Тюріна, актуальну кислотність ґрунту — шляхом вимірювання концентрації Н+ у розчині методом потенціометрії за допомогою іонселективних електродів на потенціометрі марки ЕВ-74, вміст обмінного натрію — у водній витяжці за допомогою полуменевого фотометру з довжиною хвилі 589 і 569,9 нм, макро- і мікроелементи — натрій, калій хлор, кальцій, магній, гідрокарбонати, карбонати, сульфати, хлориди, йод, бром та інші — визначали згідно ДГСТ №23268, 0-78, 23268, 18-78 також з залученням методу емісійної спектрометрії на спектрографі ИПС — 28 і атомно-адсорбційного методу на приладі АА-2, уран — методом люмінісценсії, при якому враховувалась його здатність у сплаві з фторитом натрію люмінестувати під дією ультрафіолетового випромінювання.

Методи визначення фітотоксичних властивостей, продуктивності рослин та якості врожаю: фітотоксичність мінералізованої пластової води для культурних рослин і бур’янів визначалась ваговим методом; облік бур’янів проводився кількісно-вагомим методом; облік урожаю зернових здійснювали збиранням снопового зразка, просапних — суцільним методом (Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой. Днепропетровск, 1980); цукристість коренеплодів визначали у лабораторії рефрактометром RL1.

Математичні статистичні методи: висновки про достовірність даних робили на основі статистики вибіркової сукупності за допомогою кореляційного, регресійного, дисперсійного аналізів. Використовували програми Microsoft Excel, Agrostat, пакет програм ІСГМ; економічну та біоенергетичну ефективність розраховували за методичними вказівками М.М. Баранова; одержані дані токсикологічної оцінки були піддані статистичній обробці: середня арифметична (М), похибка репрезентованості (m), критерій “t” Стьюдента і достовірна різ-ниця одержаних результатів (Р).

Методи визначення токсикологічної та санітарно-гігієнічної відповідності природних розсолів і мінералів: токсикологічні — метод найменших квадратів для пробіт-аналізу кривих летальності, біохімічні — метод клінічних лабораторних досліджень, гематологічні — метод визначення малонового діальдегіду за допомогою тіабарбітурової кислоти, фізіологічні — метод визначення подразнюючих властивостей і обґрунтування гранично допустимих концентрацій вибірково діючих подразнюючих речовин, статистичні.

Методи визначення механізму впливу природних розсолів та мінералів на рослини. Після посіву (у фазі кущення озимої пшениці та 3–5 листків у кукурудзи) рослини були оброблені МПВ один раз. Через 24 години, після прояву фітотоксичної дії МПВ зразки листків рослин (1мм х 1мм) були відібрані для фіксації в глутаральдегіді. Після фіксації та промивання тканин у фосфатному буфері (рН 7,4) протягом 1 години здійснювалася дофіксація в 1 %-ому розчині чотирьохокислу осмія OSO4 на фосфатному буфері (рН 7,4). Слідуючим етапом було зневоднювання зразків у спиртах зростаючої концентрації і в ацетоні з наступним заливанням у епоксидні смоли. Ультратонкі зрізи одержували на ультрамікротомі УМТП-7. Розправлення зрізів проводили за допомогою хлороформу, після чого їх переносили на знежирені сіточки. Отримані препарати проглядалися і фотографувалися в трансмісійному електронному мікроскопі ЕМВ-100А.

Для одержання об’єктивних кількісних даних про зміни в досліджуваних об’єктах застосовували стереологічні методи дослідження. Визначалися такі параметри: об’ємна частка хлоропластів — Vvхл і об’ємна частка мітохондрій — Vvмх, як двох головних органел рослинних клітин, що продукують енергію. Для цієї мети виготовлялися фотографії стандартних розмірів (13х18) і за допомогою тестової системи сіток із різною кількістю та розмірами квадратів проводили підрахунок зазначених вище параметрів.

Із метою встановлення кількісних даних після стереологічного опрацювання з функціональних позицій, а також інтегральних характеристик, що стосуються організації процесів у досліджуваній системі, застосовувались положення теорії інформації з використанням інформаційного аналізу. Обчислювалися основні показники, що використовуються в теорії інформації: групова ентропія (Н), відносна ентропія (h) і коефіцієнт надмірності (R). Ентропію виражали в бітах — це основний показник теорії інформації, а коефіцієнт надмірності — у відсотках.

Методи визначення впливу природних розсолів і мінералів на мікробіоту ґрунту. Визначення еколого-трофічних груп ґрунтових мікроорганізмів визначали шляхом висіву певних розведень ґрунтових суспензій на відповідні поживні середовища: оліготрофні мікроорганізми — на голодному агарі (агар-агар –20 г/л, посів глибинний, 3–4-е розведення.); мікроорганізми, здатні засвоювати органічні форми азоту (амоніфікатори) на м’ясо-пептоному агарі (МПА) (посів глибинний, 5-е розведення); нітріфікатори визначали в рідкому середовищі Виноградського (1 мл суспензії, 2 — 4 розведення) та на вилугованому голодному агарі з 2,5 мл 20%-ного розчину MgNH4·6H2O (посів на поверхні); денітріфікатори — на середовищі МПА з 0,1% аміачної селітри; фосфатмобілізуючи на агарізованому середовищі Муромцева; кількість спорових форм мікроорга-нізмів — після пастеризації (70°–30°) на МПА з вуглеводами, або на середовищі — сусло-агар (СА); кількість мікроскопічних грибів — на агарізованому середовищі Чапека з молочною кислотою; кількість актиноміцетів і загальну кіль-кість мікроорганізмів — на крохмале-аміачному агарі (КАА); кількість педо-трофних мікроорганізмів на агарізованої ґрунтової витяжці; кількість азотфіксуючих бактерій в безазотному середовищі Виноградського. Потенційна нітрогеназна активність ґрунту ризосфери визначалась за методом Харді в модифікації М.М. Умарова.

За одержаними даними були розраховані коефіцієнти оліготрофності, мінералізації–імобілізації, педотрофності.

В роки досліджень повторність у дослідах була три–чотирикратною, а розміщення ділянок рендомізоване.

Агроекологічні властивості природних розсолів і мінералів. Питання щодо використання природних розсолів і мінералів у сільськогосподарському виробництві ще й досі залишається невивченим. Головною перешкодою для широкого використання природних розсолів і мінералів у сільському господарстві є відсутність досліджень природи їх агроекологічних властивостей. У зв’язку з тим, що основним компонентом агроекосистеми є людина, а також екологічна стабільність, були проведені дослідження по встановленню токсикологічної та санітарно-гігієнічної характеристики природних розсолів і мінералів — мінералізованої пластової води та Полтавського бішофіту. В результаті проведених досліджень було встановлено, що з точки зору токсикології природні розсоли та мінерали є малотоксичними відповідно до класифікації токсичності речовин за І.В. Саноцьким і відносяться до 4 класу небезпечності (ЛД50 МПВ — 5000 мг/кг, ЛД50 бішофіту — 4142 мг/кг живої ваги). Санітарно-гігієнічна експертиза підтвердила висновки Інституту екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя МОЗ України, вони рекомендували використання природних розсолів і мінералів для медичного застосування.

Вплив природних розсолів і мінералів на сільськогосподарські рослини та бур’яни неоднаковий, але має деякі залежності. Встановлено, що застосування природних розсолів і мінералів у рекомендованих дозах (МПВ — 350–
400 л/га, бішофіт — 150–200 л/га) не завдає шкоди злаковим зерновим культурам, таким як пшениця озима, кукурудза, просо; малочутливим до обробки природними розсолами і мінералами є ячмінь ярий. Опіки листкової поверхні середнього ступеня при використанні мінералізованої пластової води мали такі культури як горох, буряки цукрові та картопля (використання на цих культурах бішофіту призводило до повної загибелі рослин). Значну фітотоксичність, яка призводила до повної загибелі рослин, до обробки природними розсолами та мінералами мали такі культури як гречка, соняшник і соя. Відношення овочевих культур до обробки їх бішофітом різко негативне, що робить безперспек-тивним цей напрям досліджень. Незначні пошкодження листкової поверхні при обробці мінералізованою пластовою водою мали капуста та цибуля, дещо більше пошкоджувалися столові буряки та рання картопля. Використання природних розсолів і мінералів призводило до повної загибелі таких бур’янів як редька дика, гірчиця польова, лобода біла, талабан польовий, березка польова, повитиця польова. Середній фітотоксичний вплив зазнали такі бур’яни як зірочник середній, волошка синя, буркун білий та інші. Майже не чутливими до обробки природними розсолами і мінералами були: вівсюг звичайний, мишій сизий, хвощ польовий, курай.

Оптимальними фазами для обробки злакових зернових культур природними розсолами і мінералами були фаза весняного кущіння–початок виходу в трубку для пшениці озимої; кущіння–вихід у трубку для проса та ячменю ярого, поява 3–5 листа у кукурудзи.

Дія природних розсолів і мінералів на культурні рослини та бур’яни. Вивчення механізму дії природних розсолів і мінералів на сільськогосподарські культури і бур’яни показало безумовну зміну внутрішньоклітинної організації у широколисних двосім’ядольних бур’янів, які зазнають особливо нищівного впливу.

Як відомо, найбільш високою органелою рослинної клітини є хлоропласт. У цій структурі відбувається використання світлової енергії для біосинтезу органічних речовин. Органічні речовини спроможні зв’язувати отриману енергію у формі легкозасвоюваної для різноманітних реакцій, що протікають усередині клітин. Система, що фотосинтезує, і один із головних ферментів
АТФ — синтезу знаходяться в мембранах талокоїдів. Цікаво, що саме ці мембрани під дією МПВ незначно ущільнюючись у клітинах пшениці озимої і кукурудзи і на великих площах (по внутрішньоклітинних мірках) зливаються в бур’янів. Більш того, у останніх відбувається деструкція як цих ділянок органел, так і ущільнення та руйнація гран. Упорядковане розташування внутріш-ніх, важливих для функції цієї органели мембран, під дією МПВ не змінюється в клітинах пшениці озимої та кукурудзи. У той же час у клітинах бур’янів внутрішні мембрани хлоропластів набувають хаотичної локалізації. З огляду на той факт, що в третій мембрані хлоропластів, як і в тилакоїдній, розміщується електротранспортна мережа і ефективність її роботи визначається чітким положенням складових її компонентів в об’ємі клітини, варто припускати порушення функції біосинтезу органічних речовин. Під дією МПВ відмічені випадки збільшення міжмембранного простору в органах клітин кукурудзи, деформації мембран хлоропластів із виходом зерен крохмалю в строму пластид і навіть у цитоплазму. Механізм процесу, що описується, зводиться до проникнення солей, які містяться в МПВ, у строму пластид і, як наслідок, виникнення різниці їхньої концентрації в цитоплазмі і органелах, відбувається набрякання останніх за рахунок надходження в них води з цитоплазми.

Проте найпереконливіші дані отримано в результаті дослідження об’єктивного математичного методу стереологічного аналізу. Він дає змогу уявити про насиченість об’єму клітини досліджуваною структурою або про те який відсоток від загального об’єму клітини займає дана органела (табл. 1).

Таблиця 1.

Зміна об’ємних часток (Vvхл) хлоропластів
у клітинах досліджуваних рослин, % (1996–2002 рр.)

Пшениця озима | Кукурудза | Лобода біла

контроль | дослід | контроль | дослід | контроль | дослід

17,65+0,33 | 18,74+0,27 | 18,01+0,34 | 19,28+0,35 | 19,21+0,28 | 9,31+0,19

Отримані дані свідчать про ріст об’ємних часток хлоропластів у клітинах пшениці озимої та кукурудзи і про дуже істотне зменшення цього показника в клітинах бур’яну. При аналізі розходжень кінетики досліджуваного показника у пшениці озимої та кукурудзи встановлено, що в об’ємі клітин кукурудзи вміст хлоропластів більший. Аналогічні закономірності виявлені при застосуванні мінералізованої пластової води, де виявлено приріст об’ємних часток хлоропластів у цієї культури. У клітинах кукурудзи мітохондрії мають більше крист, ніж у клітинах пшениці озимої. Під дією МПВ у клітинах пшениці
озимої та кукурудзи зменшується число крист, а матрикс мітохондрій
просвітлюється. У клітинах бур’янів вплив МПВ на мітохондрії полягає в

деструкції їхніх внутрішніх мембран. У досліджуваних умовах матрикс
мітохондрій у клітинах бур’янів втрачає електронну щільність, з’являються вакуолі, заповнені рідиною, а в матриксі можуть знаходитись гомогенізовані структурні уламки. Спостерігаються також цілком вакуолізовані мітохондрії із зруйнованими кристами, де формуються мієлинові тіла, тобто зони повної руйнації органел. Об’єктивним показником функціональної неповноцінності мітохондрій є дані стереологічного аналізу. Так, після обприскування бур’яну МПВ відбувається падіння об’ємних часток мітохондрій (табл. 2).

Таблиця 2.

Зміна об’ємних часток мітохондрій
у клітинах досліджуваних рослин, % (1996–2002 рр.)

Пшениця озима | Кукурудза | Лобода біла

контроль | дослід | контроль | дослід | контроль | дослід

1,13±0,42 | 1,36±0,61 | 1,38±0,55 | 1,43±0,48 | 1,45±0,66 | 0,11±0,04

Отримані експериментальні дані свідчать, що об’ємні частки мітохондрій клітин пшениці озимої і кукурудзи під дією МПВ збільшуються, у той же час цей показник у клітинах бур’яну різко знижується.

Таким чином, отримані електронно-мікроскопічні дані, підтверджені методами стереологічного і інформаційного аналізу, переконують у наявності матеріальних передумов для дезорганізації процесів у клітинах бур’янів, а наявні факти руйнації внутрішньоклітинних компонентів дають змогу пояснити гербіцидну активність мінералізованої пластової води для цілісної рослини.

Крім досить ефективно діючої неорганічної частини мінералізована пластова вода, на відміну від бішофіту, має й органічну частину, яка складається, головним чином, з парафінових, циклопарафінових (нафтенових) вуглеводів, три- та тетраароматичних сполук. За нашими даними, найбільш активними та впливовими на ріст і розвиток сільськогосподарських культур (пшениця озима, кукурудза) є циклопарафінові (нафтенові) вуглеводи. Проведені біологічні тести доказують їх позитивний вплив на схожість і дружність проростання. Хімічні аналізи МПВ довели також присутність у них ростактивуючих сполук: зеатин (2,0–2,4 нг/мл), АБК — 4,02 нг/мл.

При різних дозах внесення природних розсолів і мінералів відмічалась єдина тенденція — на фоні зростання норм внесення природних розсолів і мінералів у ґрунт, фізико-механічні властивості погіршувалися, а валові запаси важких металів збільшувалися. Так, підвищувався вміст важких металів у верхньому шарі ґрунту (0–10 см) при внесенні максимально великої дози МПВ (4800 л/га), але не більше, ніж від внесення повного мінерального добрива N50P50K50.

Агроекологічні особливості дії природних розсолів і мінералів на ґрунтові мікроорганізми. У комплексі природних і антропогенних факторів, що позначаються на формуванні родючості ґрунту, провідна роль належить біохімічній діяльності мікроорганізмів, яка зумовлює специфіку трансформації органічної речовини і синтезу гумусу. Мікробіологічна індикація досліджуваного ґрунту показала, що внесення природних розсолів і мінералів (тільки мінералізованої пластової води, бішофіт має антагоністичну дію на більшість ґрунтових мікроорганізмів) сприяли створенню у верхньому шарі ґрунту певного рівня біологічної активності, що зумовила специфічні умови трансформації органічної речовини і продуктивності агробіоценозу (табл. 3).

Таблиця 3.

Вплив внесення МПВ на мікробний ценоз ґрунту

Варіант | Гриби
мікроско-
пічні, тис. | Кількість мікробних колоній,
кількість клітин у 1 грамі абсолютно
сухого ґрунту, млн

целюлозо-руйнуючі | авто-
хтонні | олігоніт-
рофільні | усього
мікробних тіл

Контроль (без МПВ)— | 105 | 75— | 176

МПВ, 300 л/га— | 185 | 95— | 300

МПВ, 600 л/га | 6 | 300 | 294— | 600

МПВ, 900 л/га | 20 | 320 | 504— | 900

МПВ, 1200 л/га | 58 | 800 | 700 | 130 | 1700

МПВ, 2400 л/га | 12 | 30 | 25 | 168 | 368

МПВ, 4800 л/га | 2—— | 280 | 280

N50P50K50——— | 70 | 150

Аналіз експериментальних даних свідчить, що при використанні мінералізованої пластової води, завдяки її унікальному природному складу органічної та неорганічної частини, створюються сприятливі умови для життєдіяльності цілого ряду ґрунтових мікроорганізмів. Стимулюється ріст і розвиток мікроскопічних грибів (до 58 тис. клітин у 1 грамі абсолютно сухого ґрунту, при використанні дози МПВ 1200 л/га) та целюлозоруйнівних мікроорганізмів (з 105 млн на контролі до 800 млн у 1 грамі абсолютно сухого ґрунту у варіанті з дозою МПВ 1200 л/га), які беруть участь у розкладанні пожнивних решток. Відмічено значне підвищення життєдіяльності та олігонітрофільних мікроорганізмів, які використовують низькі концентрації мономерів і завершують мінералізацію органічних решток. Питома вага мікроорганізмів у мікробному ценозі значна і становить у ґрунті на контролі — 176, МПВ 900 л/га — 900, МПВ 1200 л/га — 1700, та мінеральному контролі 150 млн клітин у 1 грамі абсолютно сухого ґрунту. Слід зазначити, що використання високих доз МПВ, як і мінеральних добрив, не призводило до покращання життєдіяльності ґрунтових мікробних ценозів. Треба відмітити, що в пробах, відбраних у літній період порівняно з весняним відбором проб, знижена чисельність практично всіх груп мікроорганізмів. Проте рівень потенційної азотофіксації в літніх зразках збільшувався.

Активність таких ферментів як поліфенолоксидаза, пероксидаза, каталаза та уреаза при використанні МПВ не відрізняється від контролю, а на деяких варіантах навідь вище. Обприскування посівів озимої пшениці та кукурудзи бішофітом нормою 200 літрів на гектар не знижує ферментативної активності як гербіцид, але його дія негативна порівняно з мінералізованою пластовою водою.

Фітотоксичність природних розсолів і мінералів у чистому вигляді та в суміші з пестицидами проти шкідливих організмів в агробіоценозах. Проведеними нами дослідженнями встановлено, що озима пшениця в фазу кущіння–початку виходу в трубку не чутлива до обробки новими екологічно-безпечними речовинами — мінералізованою пластовою водою і бішофітом. Разом з тим, помічені значні опіки листків рослин бур’янів, головним чином зимуючих і ранніх ярих, які є основними бур’янами посівів пшениці озимої (грицики звичайні, талабан польовий, суріпиця звичайна та ін.). У зв’язку з цим нами протягом багатьох років проводилися польові досліди з дослідження ступеня фітотоксичності мінералізованої пластової води і бішофіту проти бур’янів, які зростають у посівах пшениці озимої (табл. 4).

Таблиця 4.

Вплив обробки природними розсолами і мінералами
на забур’яненість посівів пшениці озимої (1996–2002 рр.)

Варіант досліду | Біомаса бур’янів, г | Зниження сухої

біомаси, %

сира маса, г | повітряно-суха
маса, г

Контроль (без обробки) | 49,2 | 8,3—

МПВ 100 % концентрації | 9,6 | 1,1 | 85,5

МПВ 75 % концентрації | 11,9 | 1,9 | 84,1

МПВ 50 % концентрації | 13,2 | 2,1 | 84,1

Бішофіт 100 % концентрація | 9,8 | 1,1 | 88,8

Бішофіт 75 % концентрація | 10,2 | 1,5 | 85,3

Бішофіт 50 % концентрація | 11,8 | 1,8 | 84,7

НІР0,05 | 0,25 | 0,6

На контролі кількість бур’янів більша, ніж після обробки природними розсолами і мінералами різними концентраціями. Найбільше зменшення біомаси рослин бур’янів (88,6%) спостерігалось на ділянках, оброблених 100%-ою концентрацією бішофіту та при використанні 100%-ої концентрації МПВ (85,5%). Зменшення кількості бур’янів на посівах призводить до підвищення конкурентоспроможності культурних рослин і поліпшення умов збирання. Із зменшенням забур’яненості посівів спостерігається підвищення врожайності пшениці озимої (табл. 5).

Таблиця 5.

Вплив обробки різними концентраціями природних розсолів і мінералів
на продуктивність озимої пшениці

Варіант досліду | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | Середнє

1. Контроль
(без обробки) | 34,4 | 41,1 | 39,5 | 19,8 | 25,4 | 36,9 | 35,4 | 33,2

2. Гербіцид
дезормон, 2,5 кг/га | 41,4 | 47,4 | 45,7 | 22,3 | 32,8 | 44,2 | 46,2 | 40,0

3. МПВ,
100% концентрації | 42,9 | 47,6 | 45,3 | 24,2 | 32,9 | 45,6 | 44,8 | 40,5

4. МПВ,
75% концентрації | 41,9 | 46,9 | 44,9 | 24,0 | 31,5 | 44,2 | 42,7 | 39,4

5. МПВ,
50% концентрації | 37,0 | 41,0 | 41,5 | 21,9 | 27,4 | 42,9 | 37,8 | 35,6

6. Бішофіт,
100% концентрації | 41,5 | 48,1 | 44,5 | 20,1 | 25,7 | 34,6 | 39,2 | 36,2

7. Бішофіт,
75% концентрації | 42,2 | 49,5 | 46,2 | 21,5 | 26,4 | 40,2 | 45,2 | 38,7

8. Бішофіт
50% концентрації | 38,9 | 41,4 | 42,6 | 20,3 | 22,4 | 38,1 | 40,2 | 34,8

НІР0,05 | 1,3 | 2,3 | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 1,5 | 2,0

У середньому за роки досліджень урожай пшениці озимої становив: на контролі — 33,2 ц/га, після обробки її гербіцидом дезормон (2,5 кг/га) —
40,0 ц/га, що на 6,8 ц/га більше, ніж на контролі. Урожайність після обробки МПВ (100 % концентрації) становила 40,5, що на 7,3 ц/га більше контролю. Найбільший приріст урожаю при використанні бішофіту спостерігався при обприскуванні посівів 75%-ю концентрацією (38,7 ц/га, що на 5,5 ц/га більше контролю та на 1,8 ц/га менше, ніж при використанні МПВ 100%-ої концентрації). Використання бішофіту 100%-ої концентрації призводило як до загибелі бур’янів, так і до деякого пригнічення культурних рослин, що в свою чергу не могло не позначитися на врожайності (36,2 ц/га, що на 3,0 ц/га більше, ніж на контролі).

В підвищенні врожайності пшениці озимої істотну роль відіграє також і значне покращання фітосанітарного стану посівів за рахунок пригнічення розвитку на рослинах збудників хвороб за допомогою мінералізованої пластової води. Серед найпоширеніших захворювань значне місце займає борошниста роса, яка може призводити до істотних (30–45%) втрат урожаю зерна і погіршення його якості. Як свідчать отримані нами дані, у 1998–2000 рр. рівень ураження рослин озимої пшениці мало відрізнявся по сортах і не перевищував 5,8%. Застосування МПВ стримувало розвиток борошнистої роси. На нашу думку це пов’язано з тим, що до її складу входять такі біодепресанти як хлор, йод і бром. Достовірне зниження інтенсивності ураження рослин обох сортів було досягнуто саме за рахунок пригнічення споруляції гриба і стримування поширення інфекції серед рослин (рис. 2).

Рис. 2. Вплив обробки МПВ на ураженість
різних сортів пшениці озимої борошнистою росою, (1998–2000 рр.)

На основі встановлення нами ефекту синергізма мінералізованої пластової води були отримані та апробовані на виробництві високоефективні бакові суміші рекомендованих гербіцидів на посівах кукурудзи, цукрових буряків і фунгіцидів для передпосівного обробітку насіння проса проти летючої сажки.

Удосконалення технології отримання високоякісних органічних та мінеральних добрив за допомогою природних розсолів і мінералів. Під час використання природних розсолів і мінералів, для обробки буртів гною, відбувається ряд позитивних змін як в якісному складі, так і фітосанітарному стані органічних добрив.

У результаті проведення наших експериментів доведено доцільність використання як бішофіту, так і пластової води для покращання якості гною та зменшення схожості насіння бур’янів. Бішофіт, як і пластова вода, сприяє змен-шенню схожості насіння бур’янів під час зберігання гною, але завдяки обмеженому вмісту мікроелементів, не збагачує ними гній і не стимулює життєдіяльність мікрофлори гною (рис. 3).

Рис. 3. Вплив обробки природними розсолами і мінералами
на схожість насіння бур’янів: 1 – щириця; 2 – триреберник;
3 – осот польовий; 4 – пирій повзучий; 5 – лобода біла; 6 – редька дика

На відміну від бішофіту мінералізована пластова вода краще впливала на зміну поживності органічних добрив (табл. 6).

Таблиця 6.

Вплив різних доз природних розсолів і мінералів
на хімічний склад гною (1996–2002 рр.)

Варіант досліду | Вміст хімічних елементів, %

вода | орга-
нічні речовини | азот