Львівський національний університет імені Івана Франка

Тригуб Валентина Іванівна

УДК 631.416.3 (251..1:477.7)

ГЕОГРАФІЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ПОШИРЕННЯ І ДИНАМІКА

ФТОРУ У ЧОРНОЗЕМАХ ПІВДЕННИХ

ПІВНІЧНО-ЗАХІДНОГО ПРИЧОРНОМОРЯ

11.00.05 – біогеографія і географія ґрунтів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Львів – 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному університеті імені Іллі Мечникова Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Позняк Степан Павлович,

Львівський національний університет імені Івана Франка,

кафедра ґрунтознавства і географії ґрунтів, завідувач

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Михайлюк Віктор Іванович,

Одеський державний аграрний університет,

кафедра меліорації і ґрунтознавства, завідувач

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Федорищак Роман Петрович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

кафедра географії України, доцент

Провідна установа: Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича Міністерства освіти і науки України, м. Чернівці

Захист відбудеться " 17 " червня 2005 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізова-ної вченої ради Д 35.051.08 у Львівському національному університеті імені Івана Франка

(79000, м. Львів, вул. Дорошенка, 41, ауд. 26).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка (79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 17).

Автореферат розісланий "16" травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат географічних наук, доцент Дубіс Л.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Одним з основних завдань у галузі охорони навколишнього середовища є розробка заходів запобігання забруднення компонентів природного середовища, зокрема, ґрунтів унаслідок господарської діяльності людини.

У комплекс заходів, пов'язаних з раціональним використанням ґрунтових ресурсів, входить внесення мінеральних добрив і хімічних меліорантів, що застосовуються з метою підвищення родючості ґрунтів. Внесення добрив неминуче пов'язане з надходженням у ґрунт, разом з необхідними для рослин біологічно важливими елементами, різних забруднюючих речовин, здатних токсично впливати на рослини, тварин і людину.

У сучасних умовах фтор є однією з найбільш розповсюджених забруднюючих речовин у повітрі, ґрунті, природних водах, продуктах харчування.

Актуальність теми. Численні дослідження фторного режиму стосуються переважно ґрунтів лісової і лісостепової зон. Фторний режим степових ландшафтів півдня України вивчений недостатньо. Це пов'язано з тим, що в ґрунтах „кальцій-класу” фтор з глинистими мінералами і карбонатами утворює важкорозчинні сполуки, які можуть накопичуватися у великій кількості, але за низької його активності.

Сучасні умови ґрунтоутворення і використання земель півдня України, які пов'язані з широким розвитком зрошуваного землеробства і хімічною меліорацією, суттєво збільшили фторне навантаження в системі „ґрунтові води - ґрунти - рослини”. Це призвело до локалізації міграційної здатності і акумуляції фтору в природних і агрогенних ландшафтах північно-західного Причорномор'я.

Фтор також відносять до активних атмосферних і водних мігрантів. У досліджуваних ландшафтах його акумуляція зумовлена фізико-географічними особливостями території, що розташована у південній частині Причорноморської низовини і є областю розвантаження стоку підземних і поверхневих вод, що формуються на Українському кристалічному щиті та Подільській височині. Тому для умов півдня України актуальною є кількісна оцінка надходження фтору в ландшафти цієї території з атмосферними опадами і перерозподіл його в ґрунтах, ґрунтових і підземних водах.

Важливим є питання вивчення транслокації фтору із ґрунту в рослини. Залежність вмісту фтору в рослинах від його вмісту в ґрунті, умови його поглинання з ґрунтів дотепер маловивчені. На сьогодні немає єдиної думки щодо динаміки фтору в системі „грунт - рослина”.

Наявні методи визначення валового фтору в рослинах є складними і не відображають залежності саме активного, найбільш токсичного фтору для рослин. З цією метою запропонована принципово нова методика оцінки фторного забруднення рослин методом безпосереднього визначення активного фтору в рослинному соку за допомогою фторселективного електроду.

Суттєвим джерелом фтору є відходи і викиди різного роду промислових підприємств. Зокрема для м. Одеси і його околиць потужним донатором фтору є Одеський суперфосфатний завод, що переробляє різноманітну фосфоритну сировину.

Об'єкт і предмет досліджень. Об'єктом досліджень є фтор у взаємопов'язаній системі „вода - грунт - рослина”; предметом – географо-генетичні особливості поширення фтору в природних водах і ґрунтах північно-західного Причорномор'я, його динаміка, вплив хімічних меліорацій і викидів промислових підприємств на забруднення природних ландшафтів.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Вибраний напрям відповідає концепції „Національної програми охорони земель” на 1996-2005 рр., він тісно пов’язаний із виконанням держбюджетної теми № 145 „Провести грунтово-екологічний моні-торинг і дати оцінку меліоративного стану ґрунтів масивів зрошення півдня України при поливі водами різної іригаційної якості”, номер державної реєстрації 0100U002887 (2000-2002 рр.), а також із науковою темою № 208 кафедри географії України та кафедри ґрун-тознавства і географії ґрунтів „Грунтово-екологічна експертиза сільськогос-подарських земель, земель лісів, природних резерватів і міських поселень (2001-2003 рр.)”.

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень полягає у встановленні географо-генетичних особливостей поширення і динаміки фтору в чорноземах південних, а також атмосферних опадах, природних водах, рослинах; виявленні впливу хімічних меліорантів і викидів Одеського суперфосфатного заводу на вміст фтору в системі „ґрунт - рослини”.

Завдання досліджень:

- встановити географічні закономірності міграції фтору в ґрунтах, поверхневих і підземних водах Причорномор’я України;

- встановити генетичні особливості накопичення фтору в ґрунтах північно-західного Причорномор’я, в тому числі при їхньому зрошенні та хімічній меліорації;

- оцінити надходження фтору в ґрунт і рослини в результаті меліорації їх фосфогіпсом;

- розробити метод визначення активного фтору в клітинному соку росли і встановити залежність вмісту фтору в рослинах від його вмісту в ґрунтах;

- оцінити вплив викидів промислових підприємств на вміст фтору в системі „ґрунт – рослини” на прикладі Одеського суперфосфатного заводу.

Методологія і методи дослідження. В основу вивчення географо-генетичних закономірностей поширення фтору у чорноземах південних покладені порівняльно-географічний, порівняльно-профільно-генетичний, порівняльно-аналітичний і картографічний методи дослі-джень. Розробка проблеми поєднувала теоретичні та експериментальні дослідження на основі системного підходу. Дослідження проводили в умовах польових, модельно-веге-таційних і модельно-лабораторних дослідів. Під час еколого-агромеліоративного обстеження зрошуваних земель використовували метод „ключів-аналогів”. Польові та модельно-ве-ге-таційні досліди проводили згідно з існуючими методиками, фізико-хімічні та хімічні аналізи ґрунтів, вод, рослин і меліорантів – за загальноприйнятими стандартизованими методиками.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі вперше проведених у північно-західному Причорномор’ї досліджень вмісту і динаміки фтору в системі „природні води - ґрунти - рослини” встановлені географо-генетичні закономірності природного поширення і антропогенного накопичення фтору в чорноземах південних зрошуваних і незрошуваних, ґрунтових і поверхневих водах.

Встановлені регіональні закономірності впливу зрошення і хімічної меліорації (фосфогіпсування) на динаміку вмісту фтору в чорноземах південних.

Досліджено локальний характер фторного забруднення ґрунтів промисловими викидами, який пов'язаний з генетичними особливостями ґрунтів і типами сільськогосподарського використання земель.

Розроблена методика визначення активного фтору в рослинному соку, за допомогою якої вперше проаналізовано особливості накопичення рухомого фтору в рослинах залежно від агроекологічних особливостей ґрунтів.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами досліджень можна проводити оцінку стану ґрунтового покриву щодо забруднення фтором під впливом хімічних меліорацій та промислових викидів. Результати досліджень можуть бути використані при проведенні регіонального моніторингу використання і охорони земель, а методичні розробки – для оцінки показників екологічного стану природних об’єктів, зокрема, удосконаленні державних стандартів. Матеріали досліджень використані під час розробки пропозицій щодо подальшого використання зрошуваних земель Дунай-Дністровської зрошувальної системи і знайшли відображення в монографії „Зрошувальні землі Дунай-Дністровської зрошувальної системи: еволюція, моніторинг, охорона, родючість”.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні мети та задач досліджень, у проведенні польових, лабораторних і модельно-вегетаційних дослідів, у виконанні основного обсягу аналітичних робіт (у тому числі за розробленою автором методикою визначення активного вмісту фтору в рослинах), математичній обробці експериментального матеріалу, в аналізі й узагальненні вихідної інформації. Положення, винесені на захист, і висновки сформульовані й обґрунтовані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення доповідались та обговорювались на конференції молодих вчених „Підвищення родючості ґрунтів в умовах інтенсивного сільськогосподарського використання” (Москва, 1988); на ХІІІ Всесоюзному з’їзді ґрунтознавців (Новосибірськ, 1988); на ІІІ, IV, V з’їздах Українського товариства ґрунтознавців і агрохіміків (Херсон, 1990; Харків, 1994; Рівне, 1998); Міжнародній науковій конференції „Ґенеза, географія і екологія ґрунтів” (Львів, 1999); щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Одеського національного університету ім. І.І.Мечникова (1987-2004 рр.), а також викладені в матеріалах міжнародних і регіональних науково-методичних конференцій.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 13 наукових праць, з них шість у рекомендованих ВАК України виданнях. Статті повністю відображають зміст дисертації.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота охоплює 127 сторінок тексту і складається з вступу, шести розділів і висновків. Загальний обсяг дисертації 160 сторінок, картосхем – 4, таблиць – 30, рисунків – 7 і додатків – 7. Список використаних джерел складається з 254 найменувань, у тому числі 41 іноземного джерела.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Умови ґрунтоутворення. Дослідження умов ґрунтоутворення в межах території досліджень проведено шляхом аналізу численних літературних і фондових матеріалів. Зокрема особливості геологічної будови вивчали, використовуючи матеріали П.Цися (1962), В.Бон-дар-чука (1959), І.Сулімова (1984), ґрунтоутворюючих порід – Г.Танфільєва (1922), Г.Гончара (1961), П.Заморія (1961), М.Веклича (1968), Г.Гриня (1969), В.Краєва (1973); геоморфологічної будови – В.Бондарчука (1959), П.Цися (1972), В.Палієнко, М.Борщевського, С.Бортника (2004); гідрогеологічні особливості – Г.Гончара (1967), Р.Баєра, І.Зеленіна, Б.Лютаєва (1979); кліматичні особливості В.Алісова (1979), В.Бабіченко та ін. (1984), Я.Захаржевського (1983); рослинний покрив – О.Лавренка (1947), В.Ткаченка (1973).

Особливості генези та географії ґрунтів території досліджень. Ґрунтовий покрив території досліджень у межах північно-західного Причорномор’я відзначається незначною строкатістю. Основний ґрунтовий фон в межах досліджуваної території створюють південні чорноземи, у західній частині досліджуваного регіону переважають міцелярно-карбонатні чорноземи, у східній частині Задністров'я від озера Китай до Дністровського лиману – чорноземи південні модальні. Вони відрізняються від чорноземів південних міцелярно-карбо-нат-них відсутністю міцелярних форм карбонатів і деякими іншими властивостями. Еродовані чорноземи південні представлені слабо-, середньо-, і навіть сильнозмитими відмінами. Формуються ці ґрунти на схилах різної крутизни. У передбалкових пониженнях, а також у днищах балок формуються чорноземи намиті і лучно-чорноземні ґрунти. Перші утворилися внаслідок систематичного нанесення на поверхню ґрунту гумусованого делювію і тому потужність гумусового горизонту в них збільшується до 100 см і більше. Другі є напівгідромор-фними аналогами чорноземів і формуються, на відміну від останніх, в умовах підвищеного зволоження, що створюється внаслідок місцевого тимчасового перезволоження і живлення ґрунтовими водами, а також у результаті їхньої спільної дії.

У заплавах малих річок, а також у прибережних місцевостям причорноморських лиманів широко представлені ґрунти гідроморфного і галоморфного ряду, які утворилися в результаті близького до поверхні залягання ґрунтових вод.

Проблеми вивчення фтору у природному середовищі. Фтор належить до найбільш поширених елементів у природі і входить до складу як літосфери, так і всіх компонентів біосфери. У природному стані він перебуває у вигляді важкорозчинних сполук.

Поведінку фтору в ґрунтах вивчали багато дослідників: А.Кабата-Пендіас, Х.Пендіас (1989), Ж.Крейдман (1983), Н.Кремлєнкова (1995), Ю.Кудзин, В.Пашова (1970), С.Балюк, П.Кукоба, Л.Чаусова (1992) та ін.. Отримані результати свідчать про те, що його міграційні властивості дуже різноманітні, а рівень вмісту в ґрунтовому розчині залежить від наявності глинистих мінералів, вмісту гумусу, величини рн і концентрацій кальцію і фосфору в ґрунтах.

Фтор досить широко розповсюджений у рослинних і тваринних організмах, і його вміст у них залежить від вмісту в навколишньому середовищі. Промисловими джерелами фтору є в основному заводи з виплавки алюмінію і виробництва фосфорних добрив. Високий вміст фтору в ґрунтах пов'язаний з використанням фосфорних добрив. Вважається, що з фосфорними добривами на земній кулі протягом року вноситься декілька сот тисяч тонн фтору. Основна небезпека забруднення об'єктів навколишнього середовища виникає в районах промислових підприємств, у викидах яких є фториди. Ці викиди призводять до забруднення рослин, ґрунту, поверхневих вод і створюють небезпеку включення в харчовий ланцюг.

Механізми міграції фторидів через різноманіття можливих сполук маловивчені, складні і залежать як від умов середовища, так і від складу промислових викидів, добрив, меліорантів.

Методика досліджень. В основу вивчення географічних закономірностей поширення фтору у ґрунтах покладено порівняльно-географічний, порівняльно-профільний і порівняльно-аналітичний методи з використанням опорних ключових ділянок. Для порівняльно-географічної характеристики ґрунтів досліджували ґрунти Придунайської та Азово-Причор-номорської провінції підзони південного степу чорноземів південних. Досліджували такі ґрунти: чорноземи південні (модальні і міцелярно-карбонатні) в тому числі незрошувані, зрошувані і зрошувані гіпсовані, чорноземи південні залишково солонцюваті, лучно-чорноземні ґрунти в комплексі з приморськими солончаками північно-західного Причорномор'я України. Ґрунтові зразки відібрані з 154 розрізів і двох свердловин (рис. 1).

У зразках ґрунтів визначали валовий кислотнорозчинний і воднорозчинний фтор потенціометричним методом із застосуванням фторселективного електрода марки EF-IV, за методикою, розробленою Т.Головковою і Н.Красновою (1987). Особливого значення надавали вивченню вмісту фтору в чорноземах південних в зв’язку зі зрошенням і використанням фосфогіпсу як хімічного меліоранта осолонцьованих ґрунтів.

Дослідження впливу зрошення та гіпсування на вміст фтору в ґрунтах проводили в межах Дунай-Дністровської зрошувальної системи в польовому досліді, який містив варіанти: чорноземи південні незрошувані (контроль), чорноземи південні зрошувані, чорноземи південні зрошувані + фосфогіпс у дозі 12 т/га і чорноземи південні зрошувані + фосфогіпс у дозі 12 т/га + гній у дозі 60 т/га.

Особливості накопичення фтору в чорноземах південних при використанні підвищених доз фосфогіпсу (120 т/га) вивчали в модельно-лабораторному досліді.

Для виявлення впливу меліорації на вміст фтору в рослинах і міграції його в системі „ґрунт-рослини” визначали кількість валового й активного фтору (у клітинному соку) рослин кукурудзи, вівса, гороху, пшениці, люцерни, відібраних у межах польового досліду.

У ґрунтах загальновизнаними методами визначали гранулометричний склад, карбонати, сольовий склад, а також вміст гумусу і активну кислотність, які впливають на рухомість фтору і надходження його в рослини.

Вплив викидів промислових підприємств на вміст фтору в ґрунтах і його міграції в системі „ґрунт-рослини” досліджували на ключових ділянках Одеського ботанічного саду (еталонна чиста зона) і зоні впливу Одеського суперфосфатного заводу.

Географічні особливості вмісту фтору в природних водах.

Значний вплив на вміст фтору в ґрунтах відіграє його вміст у поверхневих, ґрунтових водах і атмосферних опадах.

Вміст фтору в атмосферних опадах. Досліджувана територія знаходиться у зоні впливу Чорного моря і це зумовлює формування специфічного хімічного складу атмосферних опадів. За нашими даними вміст фтору у водах Чорного моря біля м. Одеси в різні роки коливається від 0,61 до 0,78 мг/л. Вміст фтору в твердих (сніг) і рідких (дощ) атмосферних опадах коливається в межах 0,07-0,15 мг/л, що є вищим за середні показники в атмосферних опадах України – 0,05 мг/л.

Фтор у підземних водах. Підземні води північно-західного Причорномор'я характеризуються підвищеними показниками вмісту фтору (0,21-2,91 мг/л), які в окремих випадках перевищують гранично-допустимі концентрації (табл. 1).

Води, які приурочені до водоносних горизонтів лесової формації характеризуються нижчими показниками вмісту фтору (0,16-0,80 мг/л), а більш високі значення вмісту фтору простежено у водоносних горизонтах, які приурочені до нижньочетвертинних і верхньопліоценових відкладів (1,6-2,09 мг/л).

Підвищені концентрації фтору в водах лесової формації, які у деяких випадках перевищують ГДК є ймовірним джерелом надходження фтору в ґрунтовий профіль, зокрема, на зрошуваних масивах, оскільки внаслідок зрошення обводнюється ґрунтово-підґрунтова товща, підвищується рівень ґрунтових вод, що активізує міграцію водорозчинних солей і, зокрема, водорозчинного фтору.

Фтор у природних поверхневих та іригаційних водах. У водах Дунаю і Дністра в ос-та-ннє десятиріччя спостерігається тенденція підвищення вмісту фтору з 0,20 до 0,59 мг/л, а в водах малих річок Задністров’я його вміст знаходиться в межах 0,34-0,70 мг/л. Трансформація дунайських вод в опрісненому озері Сасик призводить до підвищення їхньої мінералізації і зміни складу солей, що зумовлює низьку якість цих вод. У результаті зрошення водами несприятливого складу чорноземи південні зазнали глибоких деградаційних змін, що обумовило застосування заходів меліорування вод і ґрунтів з використанням високих доз фосфогіпсу. На вміст фтору сасикських вод певний вплив мають води річок Кагильник і Сарата з підвищеним його вмістом (0,7-0,8 мг/л), а також підземні води, які виклинюються вздовж берегів озера.

Таблиця 1

Вміст фтору в підземних водах

Місце відбору | Кількість свердловин | Глибина

відбору, м | Вміст фтору, мг/л

Підземні води

Межиріччя Куяльник-Хаджибей (с. Алтестово) | 3 | 140-145 | 0,29-2,28

Великий Куяльник-Середній Куяльник | 5 | 130-140 | 0,61-1,24

Середній Куяльник-Кучурган | 5 | 125-130 | 0,51-1,14

Середній Куяльник-Барабой | 4 | 130-135 | 0,30-1,10

Хаджибейський лиман- Барабой | 6 | 140-145 | 0,22-1,14

Барабой-Дністер | 3 | 145-160 | 0,21-1,14

Дністер-Алкалія | 4 | 140-150 | 0,65-0,99

Когильник-Нерушай | 3 | 160 | 2,19

Ґрунтові води

Межиріччя Хаджидер-Сарата | 7 | 5 - 15 | 0,16-0,76

3 | 15 - 31 | 0,80-1,67

Дракуля- оз. Китай | 2 | 5 - 15 | 0,16-0,48

2 | 15 - 28 | 0,69-1,60

Когильник-Нерушай | 1 | 26,0 | 2,09

ГДК | 1,50

Транспортування води по каналах безпосередньо до поля, завдяки випаровуванню і виробничого їх гіпсування, зумовлює зростання вмісту фтору у поливній воді до критичних значень (1,75-2,00 мг/л).

Дренажні води характеризуються значно підвищеним вмістом фтору, що пов’язано з внесенням високих доз фосфорних добрив та інших фторвмісних сполук під час вирощування сільськогосподарських культур.

Виявлені геохімічні особливості фтору можуть викликати гострі екологічні проблеми регіону, зокрема, забруднення місцевих природних вод, ґрунтів і сільськогосподарської продукції.

Географо-генетичні закономірності поширення і динаміки фтору в ґрунтах

Кількість фтору в ґрунтах, надходження його в рослини і ґрунтові води залежать від гранулометричного і мінералогічного складу, величини рН, вмісту гумусу і карбонатів та інших властивостей ґрунтів, які в межах північно-західного Причорномор’я мають певні відмінності.

Для порівняльно-географічної характеристики ґрунтів досліджуваного району за вмістом фтору порівнювали дві ґрунтові провінції: Придунайську та Азово-Причорноморську підзони південного степу чорноземів південних.

За нашими дослідженнями у верхніх горизонтах чорноземів південних валовий вміст фтору коливається в межах 131,0 – 670,0 мг/кг (табл. 2).

Вміст фтору як в незрошуваних, так і зрошуваних чорноземах південних Придунайської провінції значно вищий, ніж у ґрунтах Азово-Причорноморської провінції. Цю закономір-ність можна пояснити відмінностями властивостей ґрунтів і порід і, насамперед, їхньою карбонатністю.

Таблиця 2

Вміст валового фтору в орному шарі чорноземів південних

північно-західного Причорномор’я (мг/кг)

Ґрунтові провінції | Варіант досліду, ґрунти

незрошувані | зрошувані | зрошувані, гіпсовані

Придунайська

Азово-Причорноморська––

Примітка: чисельник – середні значення; знаменник – межі коливань.

У ході порівняння валового вмісту фтору в ґрунтах незрошуваних, зрошуваних і зрошуваних гіпсованих привертає увагу той факт, що незрошувані ґрунти у верхньому шарі містять значно більше фтору, ніж зрошувані. Це можна пояснити тим, що під час зрошення відбувається поступовий перехід валових форм у розчинні. У результаті зрошення і гіпсування кількість валового фтору в верхньому шарі також збільшується, але не набагато.

Для активних форм характерні деякі коливання вмісту в межах усієї досліджуваної території залежно від гранулометричного складу, кількості гумусу, карбонатів і легкорозчинних солей (рис. 2, табл. 3).

Найменші концентрації фтору в верхньому шарі простежено в чорноземах південних Азово-Причорноморської провінції легкого гранулометричного складу.

Ґрунти Придунайської провінції характеризуються вищим вмістом фтору, причому його вміст характеризується значними коливаннями 1,22-6,75 мг/кг. Вміст фтору на терасовій рівнині вищий, ніж на вододільному плато. Існує також закономірне збільшення вмісту водорозчинного фтору в зрошуваному і в зрошуваному гіпсованому ґрунтах.

Рис.2. Картосхема вмісту фтору в ґрунтах північно-західного Причорномор'я

Таблиця 3

Вміст водорозчинного фтору в орному шарі чорноземів південних Північно-Західного Причорномор’я (мг/кг)

Ґрунтові провінції | Варіант досліду, ґрунти

незрошувані | зрошувані | зрошувані, гіпсовані

Придунайська | Вододільне плато–

Терасова рівнина

Азово-Причорноморська | Вододільне плато–

Примітка: чисельник – середні значення; знаменник – межі коливань.

Профільний розподіл валового і водорозчинного фтору характеризується тим, що його вміст значно нижчий у горизонтах ґрунтів легкого гранулометричного складу, незасолених і безкарбонатних.

Порівнюючи значення валового і водорозчинного фтору зі значеннями ГДК, можна констатувати, що вміст фтору в ґрунтах Північно-Західного Причорномор’я не перевищує граничних значень, але є досить високим.

Вплив хімічної меліорації на вміст і динаміку фтору. Дослідження з вивчення впливу зрошення на вміст фтору були проведені на землях Дунай-Дністровської системи.

Зрошення ґрунту протягом восьми років не вплинуло суттєво на вміст валового фтору, але змінився вміст активного фтору, особливо кислоторозчинного (табл. 4).

Таблиця 4

Вміст активного фтору в чорноземах південних

Дунай-Дністровської зрошувальної системи, мг/кг

Глибина, см | Варіант досліду

незрошувані | зрошувані | зрошувані, гіпсовані (12 т/га) | зрошувані, гіпсовані

(12 т/га), гній (60 т/га)

1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2

0-10 | 0,82 | 5,60 | 1,19 | 13,30 | 1,95 | 19,95 | 1,43 | 15,20

10-20 | 0,62 | 6,84 | 1,00 | 12,83 | 1,71 | 16,58 | 1,38 | 14,73

20-30 | 0,66 | 4,56 | 0,95 | 10,45 | 1,09 | 14,73 | 1,09 | 13,78

30-40 | 0,82 | 6,08 | 0,92 | 10,45 | 0,95 | 13,78 | 0,92 | 12,83

40-50 | 1,24 | 6,08 | 0,89 | 11,40 | 0,79 | 13,30 | 1,48 | 12,83

Примітка: 1– водорозчинний фтор, 2 – кислоторозчинний фтор.

Помітне збільшення вмісту фтору в ґрунтах пов’язане з внесенням фторвміщуючих добрив і меліорантів. Особливо це помітно на варіантах, де застосовувався фосфогіпс в якості хімічного меліоранта солонцюватих ґрунтів.

Дослідження показали, що внесення надмірно високих доз (12 т/га) фосфогіпсу суттєво підвищує вміст розчинного фтору в чорноземах південних і лізиметричних водах, досягаючи в окремих випадках більше 1 мг/л. Таке збільшення вмісту фтору в лізиметричних водах становить серйозну екологічну небезпеку, оскільки фтор, який надходить у ґрунтовий розчин, легко вимивається з ґрунтів, створюючи загрозу забруднення цим елементом геохімічно-підлеглих ґрунтів і природних вод.

Фтор у системі „грунт-рослини”. Загальної думки дослідників щодо залежності вмісту фтору в рослинах від його вмісту в ґрунтах дотепер не вироблено. Ми поставили завдання - простежити основні закономірності розподілу активного фтору в рослинах у зв'язку із вмістом його в ґрунтах, а також вплив фосфогіпсу на вміст фтору в рослинах.

За нашими дослідженнями, внесення фосфогіпсу привело до суттєвого збільшення активного фтору в соку всіх досліджуваних рослин: у 0,5-2 рази – стеблах, 2,5-4 рази – коренях, більш ніж у 4 рази – в колосках пшениці (табл. 5).

Таблиця 5

Вміст фтору в ґрунтах, лізиметричних водах, клітинному соку рослин

Варіант

досліду | Вміст фтору в ґрунті (мг/кг) | Фтор у лізиме-тричній воді (мг/л) | Фтор в рослинах

валовий | кислото-

розчинний | водо-

розчинний | кукурудза

стебло

коріння |

горох, стебло | овес

стебло

коріння | пшениця, колоски

Зрошення,

контроль

Hорн.

H |

319,2

345,8 |

13,78

16,63 |

1,33

1,19 |

0,28

0,29 |

0,06

0,12 |

0,14 |

0,11

0,20 |

0,16

Зрошення

+фосфогіпс

(12 т/га)

Hорн.

H |

334,4

345,8 |

19,95

13,54 |

2,23

2,95 |

0,70

1,03 |

0,12

0,48 |

0,18 |

0,15

0,48 |

0,74

Зрошення

+ фосфогіпс

(12 т/га)

+гній (60 т/га)

Hорн.

H |

-

- |

16,07

12,83 |

1,43

1,38 |

0,59

0,72 |

0,16

0,36 |

0,15 |

0,12

0,42 |

0,29

Отже, вміст активного фтору в соку рослин прямо залежить від його вмісту в ґрунтах. Причому в рослинах інтенсивність накопичення фтору значно більша, ніж у ґрунтах. Різні види рослин та їхні органи неоднаково поглинають фтор.

Вплив викидів промислових підприємств на забруднення ґрунтів фтором

Високий рівень забруднення атмосфери міста Одеси і прилеглих територій зумовлений, з одного боку, високою концентрацією промислових об'єктів, а з іншого – характерними для регіону кліматичними умовами, які сприяють накопиченню шкідливих домішок у нижній частині атмосфери (велика повторюваність приземних та піднятих інверсій, бризовою циркуляцією, частою повторюваністю туманів, а також слабкістю вітрів).

Ґрунти в районі суперфосфатного заводу є забруднені валовою і активною формами фтору. Збільшення вмісту активних форм фтору в ґрунтах (порівняно з фоновими значеннями) простежено на відстані від заводу до 7-10 км, але особливо сильно забруднені ґрунти на відстані 2-3 км, що перевищує їхнє значення більше, ніж у 50 разів. Найбільш забруднені ґрунти на північ від заводу, що відповідає розі вітрів міста. Навіть на відстані 10 000 м від заводу вміст фтору в ґрунтах цього напрямку перевищує фоновий.

На ступінь забруднення ґрунтів водорозчинним фтором великий вплив має характер сільськогосподарського використання. За результатами наших досліджень у зоні впливу суперфосфатного заводу більш забрудненими є пасовище і рілля, і значно менше – ґрунти городів приватного сектору. Це зумовлено тим, що в незрошуваних ґрунтах фтор в основному концентрується у верхньому шарі. У ґрунтах приватного сектору в результаті систематичного обробітку та зрошення відбувається інтенсивна взаємодія фтору з ґрунтом і перехід його в неактивні форми за рахунок процесів адсорбції.

За нашими дослідженнями, кількість фтору в рослинах, які піддаються впливові викидів заводу значно вища, ніж на контролі (рослини Ботанічного саду Одеського національного університету імені І.І. Мечникова), тобто в умовах забруднення ґрунтів фтором відбувається різке накопичення його активних форм у рослинах. Меншою мірою спостерігається накопичення валового фтору (табл. 6). Ступінь забруднення рослин фтором залежить не тільки від відстані до джерела забруднення, але і від виду рослин.

Таблиця 6

Вміст фтору в рослинах (мг/кг)

Рослини | Місце відбору

Ботанічний сад | Суперфосфатний завод (в зоні забруднення)

в соку | валовий вміст | в соку | валовий вміст

Листя шовковиці | 2,76– | 34,20–

Плоди шовковиці | 3,23– | 37,05–

Люцерна (надземна частина) | 1,39 | 16,72 | 16,34 | 22,80

Подорожник | 0,84 | 27,55 | 7,79 | 102,60

Осот (надземна частина) | 5,51 | 13,87 | 21,85 | 70,30

Осот (коріння) | 3,99 | 17,24 | 33,25 | 24,70

Лобода (надземна частина) | 6,27 | 24,70 | 93,10 | 55,10

ВИСНОВКИ

На основі вперше проведених у північно-західному Причорномор’ї досліджень вмісту і динаміки фтору в системі “природні води – ґрунти -рослини” встановлено географо-гене-тичні закономірності поширення і антропогенного накопичення фтору в чорноземах південних (модальних, міцелярно-карбонатних, в тому числі зрошуваних і незрошуваних), ґрунтових і поверхневих водах. Результати досліджень дають можливість оцінити ступінь забруднення фтором ґрунтового покриву регіону під впливом хімічних меліорацій та промислових викидів.

1. Причорноморська низовина є регіоном підвищеної концентрації фтору, що зумовлено фі-зи-ко-географічними особливостями території. Вміст фтору в сарматських водах (глибина залягання яких понад 140 м) коливається в межах 0,21 – 2,20 мг/л. Багаті на фтор води понтичного горизонту – 1,6-2,2 мг/л. Підвищеним вмістом характеризуються води малих річок, які певним чином формують склад іригаційних вод у ставках-накопичувачах і озері Сасик.

2. Особливості накопичення фтору в ґрунтах північно-західного Причорномор’я зумовлені регіональними і загальними географічними закономірностями. Встановлено, що вміст фтору в ґрунтах коливається в межах: валового – 131,0-670,0 мг/кг, водорозчинного – 0,70-6,73 мг/кг. Вміст фтору в ґрунтах Придунайської провінції значно вищий, ніж в ґрунтах Азово-Причорноморської провінції, що спричинено відмінностями гранулометричного складу, вмісту гумусу, карбонатів, легкорозчинних солей та меліоративного стану ґрунтів.

3. Встановлено закономірне збільшення вмісту фтору у верхніх горизонтах ґрунтів від елювіальних до транселювіальних (схили) і акумулятивних (заплави річок, днища балок) лан-д--шафтів від 1,0 до 7,0 мг/кг, що свідчить про високу міграційну активність фтору. Вертикальна диференціація чорноземів південних і лесової товщі за вмістом фтору визначається, насамперед, особливостями їхнього гранулометричного складу і характером розпо-ділу легкорозчинних солей і карбонатів кальцію. Максимальні значення валового вміс-ту фтору в ілювіально-карбонатних горизонтах сягають величин 1000 мг/кг, водорозчинного – 30 мг/кг.

4. Зрошення і хімічна меліорація є вагомим фактором диференціації території за вмістом валового і водорозчинного фтору в чорноземах південних. Зрошення протягом восьми років водою з низьким вмістом фтору (0,4 мг/л) істотно не вплинуло на вміст валового і водорозчинного фтору. При виробничому гіпсуванні поливних вод і, відповідно, високому вмісті фтору в них (1,7-2,0 мг/л) суттєво підвищується вміст валового і водорозчинного фтору в ґрунтах.

Динаміка вмісту фтору на масивах вторинно-солонцюватих ґрунтів Дунай-Дністров-сь-кої зрошувальної системи залежить від періодичності проведення хімічної меліорації земель. Одноразове використання фосфогіпсу в дозі 12 т/га для меліорації солонцюватих ґрунтів призводить до підвищення валового і водорозчинного фтору, але не перевищує гранично допустимих концентрацій. Повторне застосування високих доз фосфогіпсу (12-24 т/га) для розсолонцювання середньо- і сильносолонцюватих ґрунтів зумовлює суттєве підвищення в них вмісту як валового, так і водорозчинного фтору (1,5 ГДК).

6. Збільшення вмісту водорозчинного фтору в ґрунтах спричиняє підвищення його кіль-кості в рослинах від 0,06 мг/л при зрошенні до 0,74 мг/л – при внесенні фосфогіпсу. Причому спостерігається більш інтенсивне накопичення фтору в рослинах, ніж у ґрунтах. Різні види рослин неоднаково поглинають фтор.

7. Наявність техногенно забруднених фтором ґрунтів міста Одеси пов’язане з розміщенням на північно-східній околиці суперфосфатного заводу. Техногенне забруднення проявляється в накопиченні валових і особливо водорозчинних форм фтору. Збільшення вмісту водорозчинного фтору в ґрунтах простежується на відстані 7-10 км від заводу. Максимальний ступінь забруднення ґрунтів у 50 разів вищий порівняно з фоновим вмістом і простежується на відстані 2-3 км. На ступінь забруднення ґрунтів водорозчинним фтором великий вплив має характер сільськогосподарського використання; більш забрудненими є пасовища і рілля та значно менше – ґрунти приватного сектору.

Вміст активного фтору у природній рослинності поблизу заводу в 3-8 разів перевищує фонові значення. Пошкодження рослин у зоні суперфосфатного заводу неоднакове і залежить від низки факторів, у тому числі і від ступеня фторстійкості самих рослин.

8. Необхідний тривалий моніторинг вмісту фтору в ґрунті та рослинах. Пропонується включити у перелік показників, які підлягають обов’язковому контролю при сертифікації рослинної продукції, і фтор, який виявляє високу токсичну дію на організми тварин і людей.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ НА ТЕМУ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Тригуб В.И. Фторное загрязнение черноземов при орошении // Тез. докл. VІІІ Всесоюзн. съезда почвоведов. – Т. 5. – Новосибирск, 1989. – С. 87.

2. Гоголев Н.И., Тригуб В.И. Фтор в почвах и растениях юго-запада УССР // Тез. докл. съезда почвоведов и агрохимиков УССР. – Мелиорация и охрана почв – Харьков. – 1990. – С. 210-211.

3. Орошение на Одесщине. Почвенно-экологические и агротехнические аспекты. /И.Н. Гоголев, Р.А. Баер, А.Г. Кулибабин и др.; Науч. ред. И.Н. Гоголев, В.Г. Друзьяк. – Одесса. ред.-изд. отдел, 1992. – 436 с.

4. Гоголев Н.И., Тригуб В.И. Накопление фтора в почвах и растениях на юго-западе Украины // Мелиорация и водное хозяйство. – 1992. № 1, С. 28-29.

5. Тригуб В.І. Забруднення грунту і рослин фтором в умовах зрошення на ДДЗС / Матеріли наук. конф. "Проблеми географії України". – Львів: ЛДУ 1994. Ч. 2. – С. 30-31.

6. Тригуб В.И. Фторное загрязнение почв и растений в зоне действия Одесского суперфосфатного завода // Агрохімія і ґрунтознавство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. Ч. 3. Харків, 1998. – С. 95-96.

7. Тригуб В.І. Про гранично-допустиму концентрацію фтору в природних об’єктах // Вісник Львівського університету. Серія геогр. Вип. 21. 1998. – С. 142-144.

8. Тригуб В.І. Визначення фтору в рослинах // Вісник Львівського університету. Серія геогр. Вип. 25. 1999. – С. 167-170.

9. Тригуб В.І. Вміст фтору в природних компонентах південного заходу України. – Вісник Львівського університету. Серія геогр. 2000. Вип. 27. – С. 137-142.

10. Ладних В.Я., Носоненко О.А., Чаусова Л.О., Тригуб В.І. та ін. Вміст і динаміка фтору та важких металів у чорноземах при зрошенні // Зрошувальні землі Дунай-Дністровської зрошувальної системи: еволюція, екологія, моніторинг, охорона родючості / За ред. д.с/г.н. член.-кор. УААН С.А. Балюка/. – Харків: ПФ "Антіква", 2001. – С. 98-114.

11. Тригуб В.І. Вміст фтору в ґрунтах Одеської області // Агрохімія і ґрунтознавство. Міжвід. те-мат. наук. збірн. Спеціальний випуск до IV з?їзду УТГА. Кн. 2. – Харків. 2002. С.295-296.

12. Тригуб В.І. Вміст фтору в степових ландшафтах Задністров?я Одещини // Вісник ОНУ. – Серія Географічні та геологічні науки. 2002. – Вип. 4 – С. 71-75.

13. Тригуб В.І. Географічні закономірності поширення фтору в грунтах Північно-Західного Причорномор’я. Збірник наук. праць "Генеза, географія та екологія грунтів". – Львів: Вид. центр ЛНУ імені Івана Франка, 2003. – С. 393-398.

Тригуб В.І. Географічні закономірності поширення і динаміка фтору у чорноземах південних північно-західного Причорномор’я. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.05 – біогеографія і географія ґрунтів. Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна, 2005.

Дисертація присвячена з’ясуванню географо-генетичних особливостей вмісту і розподілу фтору в чорноземах південних; дослідженню впливу хімічних меліорантів, а також викидів промислових підприємств на вміст фтору в системі „грунт - рослини” на прикладі Одеського суперфосфатного заводу.

Встановлені географічні закономірності природного поширення і антропогенного накопичення фтору в чорноземах південних зрошуваних і незрошуваних, ґрунтових і поверхневих водах північно-західного Причорномор’я.

З’ясовано, що зрошення і внесення фосфогіпсу приводить до накопичення фтору в ґрунтах, рослинах, ґрунтових водах.

Встановлений локальний характер фторного забруднення ґрунтів промисловими викидами, який пов’язаний з генетичними особливостями ґрунтів і типами сільськогосподарського використання земель.

Розроблено методику визначення активного фтору в соку рослин, за допомогою якої вперше проаналізовано особливості накопичення рухомого фтору в рослинах залежно від агроекологічних особливостей ґрунтів.

Ключові слова: географічні закономірності, чорноземи південні, забруднення фтором, хімічна меліорація, промислові викиди.

Trigub V.I. Geographical rules of distribution and dynamics of fluorine in chernozems southern of northwest Black Sea Coast. - Manuscript.

Dissertation for inception of candidate’s degree, specialty 11.00.05 – biogeography and geography of soils. Lviv National Ivan Franko University, Lviv, Ukraine, 2005.

Dissertational work is devoted to studying of geographical features of distribution of fluorine in chernozems southern, and also emissions of the Odessa superphosphate factory on the maintenance of fluorine in system "soils – plant".

Geographical rules of migration and dynamics of fluorine in chernozems southern and underground waters of Black Sea Coast of Ukraine are investigated.

Dependence of the maintenance of fluorine in plants from its contents in soils is established. The technique of definition of active fluorine in juice of plants is offered.

The local character of fluoral pollution of the soils by industrial throw out is determined that connected with genetical particular of soils and the types of agriculture use of the lands.

Key words: geographical rules, chernozems southern, fluorine pollution, chemical melioration, industrial emissions.

Тригуб В.И. Географические закономерности распространения и динамика фтора в черноземах южных северо-западного Причерноморья. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата географических наук по специальности 11.00.05 – биогеография и география почв. Львовский национальный университет имени Ивана Франко, Львов, Украина, 2005.

Диссертационная работа посвящена изучению географических особенностей распространения и распределения фтора в черноземах южных, а также выбросов промышленных предприятий на содержание фтора в системе „почва-растение” на примере Одесского суперфосфатного завода.

Установлены географические закономерности природного распространения и антропогенного накопления в черноземах южных орошаемых и неорошаемых, природных водах северо-западного Причерноморья.

Установлено, что орошение и внесение фосфогипса способствуют увеличению активного фтора в системе „почва-растение”.

Установлен локальный характер фторного загрязнения почв промышленными выбросами, который связан с генетическими особенностями почв и типами сельскохозяйственного использования земель.

Разработана методика определения активного фтора в соке растений, с помощью которой впервые проанализированы особенности накопления активного фтора в растениях в зависимости от агроэкологических особенностей почв.

В процессе исследования определены основные географические особенности распределения фтора в черноземах южных северо-западного Причерноморья:

- в результате интенсивной миграции фтора происходит его аккумуляция в почвах подчиненных ландшафтов;

- фтор интенсивно мигрирует в пределах почвенного профиля, накапливаясь, чаще всего, в гумусовых и карбонатных горизонтах;

- количество валового и водорастворимого фтора в почвах зависит от содержания в них гумуса, физической глины, карбонатов кальция, величины рН;

- агротехническое преобразование почв способствует существенному изменению в них геохимии фтора;

- орошение в течении восьми лет водой с низкой концентрацией фтора, вследствие ирригационного выщелачивания последнего, способствует его перераспределению по генетическим горизонтам и выносу вглубь профиля;

- орошение в течении трех лет водами, содержащими повышенные концентрации фтора, способствует увеличению водорастворимого фтора в слое 0-50 см.;

- орошение водой, содержащей повышенные концентрации фтора, оказывает влияние на содержание фтора в растениях пшеницы, кукурузы, овса, которые на орошаемых делянках, содержали повышенные концентрации фтора, по сравнению с контролем;

- внесение фосфогипса способствует увеличению запасов фтора в черноземах;

- однократное применение фосфогипса (доза внесения 12 т/га) для мелиорации засоленных почв ведет к увеличению водорастворимого фтора в почвах; однако это увеличение не влечет накопление фтора в растениях выше ПДК;

- используемый в сельском хозяйстве для мелиорации засоленных почв фосфогипс должен содержать не более 0,3% водорастворимого фтора. При внесении больших