НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Юрченко Тетяна Володимирівна

УДК 631.95:631.8//2:631.453

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЗАСТОСУВАННЯ
ФОСФОРНИХ ДОБРИВ НА ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТОМУ ҐРУНТІ ПОЛІССЯ УКРАЇНИ

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

КИЇВ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті агроекології УААН

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор

Бердніков Олександр Михайлович, Чернігівський інститут агропромислового виробництва УААН, завідувач лабораторії агрохімії

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Бублик Людмила Іванівна, Інститут захисту рослин УААН, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів

доктор сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Тараріко Юрій Олександрович, Інститут

гідротехнології та меліорації УААН,

завідувач відділення агроресурсів

Провідна установа - Інститут землеробства УААН, лабораторія агрогрунтознавства, смт. Чабани

Захист відбудеться “23” червня 2006 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.02 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус № 3 кімн. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальних корпус № 4, кімн. 41

Автореферат розісланий “20” травня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Мороз М.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Застосування мінеральних добрив особливо фосфорних може сприяти накопиченню важких металів (ВМ) в продовольчих культурах, кормах та воді.

Вивчення потенційної та реальної загрози забруднення навколишнього середовища шкідливими для людини та біоти полютантами (важкими металами) при застосуванні засобів хімізації сільського господарства є актуальним і важливим. Особливої уваги потребує вивчення наслідків застосування фосфорних добрив на “слаботолерантних” дерново-підзолистих ґрунтах Полісся України.

Застосування фосфорних добрив у вітчизняних наукових працях розглядають як джерело надходження важких металів у агроценози.

Актуальність роботи полягає у вивченні впливу традиційних та нових видів фосфорних добрив вітчизняного виробництва, на поведінку ВМ у ґрунті, а саме на іммобілізаційно-мобілізаційні процеси; їх транслокацію в системі “добриво-ґрунт-рослина” та на швидкість детоксикації пестициду (Раундапу) в рослинах озимої пшениці. Результати цих досліджень є передумовою екотоксикологічного обґрунтування застосування фосфорних добрив на дерново-підзолистих ґрунтах Полісся України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи входить до тематичного плану Інституту агроекології та біотехнології УААН і виконується в розділі науково-технічної програми УААН “Теоретично обґрунтувати і розробити заходи щодо екологічно безпечного використання природно-ресурсного потенціалу агроландшафтів з метою забезпечення сталого розвитку аграрного виробництва і покращення якості і умов життя людини” (№ ДР 0101U003298) за завданням “Обґрунтувати і розробити напрямки раціонального природо-ко-рис-тування на засадах оптимізації сільськогосподарських ландшафтів, охорони ґрунтів і водних ресурсів, діалогізації агротехнологій та екологічно безпечного використання засобів хімізації” (№ ДР 0101U003294).

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень полягала у екотоксикологічній оцінці потенційного та фактичного ризику застосування агрофоски в умовах Полісся України та вивченні впливу фосфорних добрив на поведінку важких металів у дерново-середньопідзолистому ґрунті. Для реалізації мети вирішувалися такі завдання:

- визначити вміст важких металів (цинк, нікель, кобальт, свинець, кадмій, мідь) у фосфатному і глауконітовому концентратах – сировині для виготовлення нового фосфорного добрива агрофоски (РАФК) та в самому добриві, а також в ґрунті, лізиметричних водах, сільськогосподарських культурах при застосуванні агрофоски;

- вивчити вплив фосфорних добрив на поведінку потенційно рухомих сполук важких металів в дерново-середньопідзолистому ґрунті;

- дослідити вертикальну міграцію важких металів за ґрунтовим профілем при застосуванні добрив;

- вивчити транслокацію цинку, нікелю, кобальту, свинцю, кадмію, міді в системі “ґрунт-сільськогосподарська рослина” при застосуванні добрив;

- вивчити вплив фосфорних добрив на швидкість детоксикації десиканта гліфосату на зернових культурах та якість продукції рослинництва;

- визначити біологічну та економічну ефективності застосування агрофоски при вирощуванні зернових культур.

Об’єкт дослідження – властивості фосфорних добрив при застосуванні їх на дерново-середньопідзолистому ґрунті, а саме вплив на поведінку ВМ в системі “добриво-ґрунт-рослина” та вплив на детоксикацію десиканта.

Предмет дослідження – екотоксикологічна оцінка застосування фосфорних добрив в системі “ґрунт-рослина”.

Методи дослідження. Польові та лізиметричні дослідження проводились за загально прийнятими методиками (Доспехов Б.А.,
Трибель Д.Д.). Підрахунки та створення математичних моделей здійснювали за допомогою ПЕОМ.

Для визначення вмісту важких металів та розподілення їх форм у добривах та об’єктах навколишнього середовища (ґрунт, фільтраційні води, рослини) використовували метод хроматографії у тонкому шарі сорбенту (ТШХ).

Для визначення валового вмісту важких металів у добривах використовувався метод атомно-абсорбційної спектрометрії (ААС)

Для визначення залишків гліфосату в продукції рослинництва проводили методом високоефективною рідинною хроматографією (ВЕРХ).

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведена екотоксикологічна оцінка потенційного та фактичного ризику застосування нового виду фосфорного добрива агрофоски та суперфосфату на дерново-середньопідзолистому ґрунті. Запропоновано прогностичну модель оцінки небез-печ-ності застосування фосфорних добрив, за якою розраховано коефіцієнт іммобілізації-мобілізації (Кі-м) потенційно рухомих форм важких металів. Розра-ховані коефіцієнти переходу (Кп) ВМ в системі ґрунт-рослина. Вста-нов-лено підвищення швидкості детоксикації десиканта гліфосату при засто-су-ванні фосфорних добрив на озимій пшениці.

Агрофоска зменшувала кількість потенційно рухомих сполук ВМ, обмежувала їх міграцію, прискорювала швидкість детоксикації десиканту Раундап і дала змогу отримати доброякісну продукцію рослинництва щодо вмісту важких металів та залишків пестицидів. Застосування агрофоски знижувало у грунті концентрацію потенційно рухомих форм цинку від 40 до 52 %, свинцю від 25 до 44 %, кадмію від 51 до 60 % кобальту від 34 до 54 %, нікелю від 43 до 49 та міді від 29 до 49 %. На ступінь іммобілізації впливала доза застосованих добрив.

Практичне значення одержаних результатів. За екотоксикологічною оцінкою добрива виготовленого з фосфоритів Ново-Амвросієвського родовища агрофоски, є безпечною для використання на дерново-підзолистому ґрунті під зернові культури в дозі Р60-180. Виробнича перевірка агрофоски проводилася на базі Чернігівського інституту агропромислового виробництва УААН. Застосування агрофоски призводить до зменшення кількості ВМ в ґрунті, сприяє підвищенню врожайності та збільшенні швидкості детоксикації гліфосфату. Агрофоска включена до списку добрив, що реєструються.

Розроблено та затверджено, як офіційні, Методичні вказівки з визначення гліфосату в овочах, фрукта, зерні хлібних злаків та кукурудзи, зернобобових та баштанних культурах методом високоефективної рідинної хроматографії № 363-2002.

Розроблено допустимі дози, концентрації, кількості та рівні вмісту пестицидів у сільськогосподарській сиро-ви-ні, харчових продуктах, повітрі робочої зони, атмос-ферному повітрі, воді водоймищ, ґрунті. Державні санітарні правила та норми СанПіН 8.8.1.2.3.4.-000-2001.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом проведені аналітичні, лізиметричні та польові досліди. Проведена робота з теоретичного узагальнення і математичного оброблення отриманих результатів. На основі отриманих експериментальних матеріалів зроблено відповідні висновки і підготовлена дисертація.

Апробація роботи. Основні результати досліджень були викладені на засіданнях Вченої ради Інституту агроекології і біотехнології (2000-2001 рр.); на науково-практичній конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання ґрунтових ресурсів”, 2000 р., м. Київ; на “Міжна-род-ній конференції молодих вчених, присвяченої 185-річчю Харківського дер-жав-ного аграрного університету ім. В.В.Докучаєва”, 2001 р. м. Харків; на науковій конференції “Second International Conference on Ecological Chemistry” 2002 р. м. Кишинів, Республіка Молдова; на першому міжна-род-но-му симпозіумі “Методи хімічного аналізу”, 2002, м. Севастополь; на V Всеукра-їнській науковій конференції молодих вчених гігієністів, токсикологів, хіміків-аналітиків “Сучасні проблеми гігієни, токсикології та аналітичної хімії”, 2003 р., м. Київ.

Публікації результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 16 наукових праць, в тому числі 9 статей з них 4 опубліковані у наукових фахових виданнях та 7 тез матеріалів конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, 2 розділів експериментальної частини, висновків, списку ви-ко-рис-таних джерел, додатків. Робота викладена на 178 сторінках друко-ва-но-го тексту, ілюстрована 46 рисунками та 36 таблицями. Список викорис-та-них джерел нараховує 192 найменування, серед яких 72 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Проведено аналіз літературних даних з проблеми екотоксикологічного обґрунтування застосування фосфорних добрив при вирощуванні зернових культур, з’ясовано вплив добрив на компоненти агроценозу. Проведено аналітичний огляд властивостей важких металів, що можуть бути у складі добрив як домішки, і поведінку яких можуть вони змінювати. Показано, що за певних умов фосфорні добрива можуть знижувати кількість доступних сполук важких металів у ґрунті. Доведена необхідність визначення ризику застосування нових видів добрив.

УМОВИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дисертаційна робота виконувалася протягом 1999-2002, 2004-2005 років у відділі екотоксикології Інституту агроекології і біотехнології на базі Чернігівської СДС (Чернігівський інститут АПВ УААН). Дослідження проводилися в умовах польового та лізиметричного дослідів в умовах Полісся України. Площа ділянок у дрібноділяночних дослідах становила 15 м2, повторність чотириразова. Ґрунт – дерново-середньопідзолистий пилувато-супіщаний. Схема польового досліду - 1. Контроль, 2. Фон N60 К90, 3. Фон + РАФК Р60, 4. Фон + РС Р60, 5. Фон + РАФК в запас на 3 роки. Ефективність нового виду добрива агрофоска була досліджена на зернових культурах (озима пшениця, озиме жито, кукурудза на зерно). Фенологічні спостереження та відбір рослинних, ґрунтових зразків проводились відповідно до загальноприйнятих методик.

Лізиметричні дослідження були здійснені в умовах стаціонарних лізиметрів. Схема лізиметричного досліду - 1. Контроль, 2. РС Р60, 3. РАФК Р60, 4. РАФК Р180 в запас на 3 роки. Повторність – дворазова. Лізиметричні води відбирали поетапно.

Визначення важких металів в досліджуваних об’єктах (добрива, ґрунт, рослини, фільтраційні води) проводили методом хроматографії в тонкому шарі адсорбенту (ТШХ). Принцип методу базується на екстрагуванні Zn, Со, Nі, Сd, Сu, Рb з кислих розчинів дитизоном в інтервалі рН 7-8 та ідентифікації їх шляхом хроматографування у тонкому шарі сорбенту з подальшою кількісною та якісною оцінками дитизонатів металів.

Для визначення вмісту важких металів була проведена попередня екстракція проб. Екстрагування потенційно рухомих та рухомих сполук важких металів проводили 1 М НСІ та 2 % розчином лимонної кислоти відповідно. Сумішшю азотної та соляної кислот озолювали рослинний матеріал.

Для перевірки точності отриманих результатів за методом ТШХ було проведено визначення кадмію та свинцю в деяких зразках ґрунту та рослинах методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії. В основу метода атомно-абсорбційної спектроскопії (ААС) покладено поглинання (абсорбція) електромагнітного випромінювання атомами речовини у вільному стані.

Визначення гліфосату в пшениці проводили методом високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Метод базується на вилученні гліфосату з проб сумішшю води з хлороформом (2+1, об+об), послідовному твердофазному очищенні отриманих екстрактів за допомогою аніоніту та активованого вугілля, наступному визначенні гліфосату методом іонообмінної високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Гліфосат окисляється гіпохлоритом натрію в реакційній післяколоночній системі. Одержаний таким чином первинний амін реагує з орто-фтальальдегідом в присутності 2-меркаптоетанолу, утворюючи флуороген. Для визначення амінометилфосфонової кислоти окислення не потрібно, тому гліфосат і амінометилфосфонова кислота (АМФК) визначаються окремо.

У процесі аналізу отриманої інформації застосовувалися теоретичні положення та відомі екологічні закони та принципи (В.І. Вернадського,
Н.Ф. Реймерса, Ю. Одума). Математична обробка експериментальних даних здійснювалася за допомогою ПЕОМ.

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЗАСТОСУВАННЯ ФОСФОРНИХ ДОБРИВ НА ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТИХ ҐРУНТАХ

Вміст важких металів в фосфатному, глауконітовому концентратах та агрофосці. Фосфатний концентрат характеризується невисоким вмістом рухомих форм важких металів (цинку, міді, нікелю, кобальту, свинцю, кадмію). Вміст таких високотоксичних металів як кадмій і свинець становить 0,63 та 1,25 мг/кг відповідно, а у глауконітовому концентраті кількість цих важких металів була на рівні 0,79 мг/кг для кадмію та 1,33 мг/кг для свинцю.

За отриманими даними (рис. 1.) фосфатний концентрат містить меншу кількість потенційно рухомих форм важких металів порівняно до глауконітового концентрату. Цинку в глауконітовому концентраті вдвічі, а міді втричі більше ніж у фосфатному концентраті. Вміст кобальту, свинцю та кадмію в обох концентратах майже однаковий.

Рис. 1. Вміст потенційно рухомих форм важких металів у сировині для виготовлення агрофоски.

Кількість ВМ, що надходять в ґрунт з добривами в порівнянні з їх фоновим вмістом дуже низький. Розрахунки показують, що при застосуванні агрофоски в рекомендованих науково-обґрунтованих дозах не призведе до суттєвої зміни валових форм важких металів у ґрунтах.

Надходження міді та цинку при внесенні РАФК в дозі Р180 буде 0,006 мг/кг ґрунту, з них 12,3 та 16,8 % відповідно буде у потенційно рухомій формі. Навантаження нікелю та кобальту при застосуванні агрофоски в дозі Р60 становила 2,0·10-4 мг/кг ґрунту.

Вплив фосфорних добрив на поведінку рухомих форм важких металів у ґрунті. Результати лізиметричних досліджень засвідчили, що при застосуванні фосфорних добрив агрофоски та суперфосфату на дерново-середньопідзолистому ґрунті відбулося зменшення потенційно рухомих форм ВМ у кореневмісному шарі ґрунту стосовно контролю (табл. 1).

Таблиця 1- Вміст важких металів у дерново-середньопідзолистому ґрунті в орному шарі, мг/кг

Варіанти | Вміст важких металів, мг/кг

цинк | нікель | кобальт | свинець | кадмій | мідь

Лізиметричний дослід, 2000 рік

Контроль | 2,15 | 2,12 | 1,98 | 2,48 | 0,46 | 2,28

РАФК Р60 | 1,51 | 1,32 | 0,80 | 2,03 | 0,22 | 1,78

РАФК Р180 | 1,14 | 1,30 | 0,97 | 1,37 | 0,22 | 1,23

РС Р60 | 1,62 | 1,65 | 1,50 | 1,78 | 0,43 | 1,75

НІР05 | 0,57 | 0,26 | 0,58 | 0,38 | - | 0,59

Лізиметричний дослід, 2001 рік

Контроль | 2,00 | 2,25 | 2,27 | 2,30 | 0,54 | 2,09

РАФК Р60 | 1,62 | 1,40 | 1,00 | 1,18 | 0,23 | 1,05

РАФК Р180 | 1,01 | 0,97 | 1,10 | 1,17 | 0,14 | 1,11

РС Р60 | 1,58 | 1,70 | 1,63 | 1,82 | 0,2 | 1,80

НІР05 | 0,37 | 0,37 | 0,65 | 0,64 | 0,22 | 0,74

Польовий дослід, 2000 рік

Контроль | 1,75 | 1,57 | 1,17 | 2,67 | 0,58 | 1,60

Фон N60К90 | 2,05 | 1,98 | 1,51 | 3,66 | 0,71 | 1,83

Фон + РС Р60 | 1,79 | 1,56 | 0,99 | 3,40 | 0,53 | 1,08

Фон + РАФКР60 | 1,50 | 1,21 | 0,83 | 2,05 | 0,47 | 0,67

Фон+РАФКР180 | 1,22 | 0,98 | 0,63 | 2,03 | 0,35 | 0,97

НІР05 | 0,43 | 0,51 | 0,36 | 1,23– | 0,44

Польовий дослід, 2001 рік

Контроль | 1,93 | 1,92 | 1,18 | 2,00 | 0,55 | 1,42

Фон N60К90 | 2,42 | 2,52 | 1,83 | 2,35 | 0,67 | 1,65

Фон + РС Р60 | 1,72 | 1,65 | 1,00 | 1,45 | 0,32 | 1,35

Фон + РАФКР60 | 1,48 | 1,57 | 1,15 | 1,05 | 0,24 | 1,23

Фон+РАФКР180 | 1,32 | 0,67 | 0,59 | 0,80 | 0,14 | 0,67

НІР05 | 0,33 | 0,44 | 0,50 | 0,54 | 0,13 | 0,36

При застосуванні агрофоски спостерігається зменшення вмісту рухомих форм цинку, нікелю, кобальту та кадмію щодо контролю та варіанту із застосуванням суперфосфату починаючи з першого року дослідження, міді та свинцю з другого.

У польовому досліді найбільша кількість ВМ у ґрунті відмічалася на варіанті з внесенням азотно-калійних добрив. Вміст рухомих форм цинку становив 2,05-2,43 мг/кг, нікелю – 1,98-2,52 мг/кг, кобальту - 1,51-1,83 мг/кг, свинцю - 3,66-2,35 мг/кг, кадмію - 0,71-0,67 мг/кг, міді – 1,60-1,42 мг/кг. Більшу активність у процесі іммобілізації важких металів має новий вид фосфорних добрив – агрофоска в порівнянні з традиційним суперфосфатом (табл. 1).

Модель оцінки поведінки рухомості важких металів при застосуванні добрив. Результати, що були описані вище, показують тільки середнє арифметичне значення за 2000 та 2001 роки та не враховують фактор часу і тому запропоновано модель підрахунку вмісту середньої кількості потенційно рухомих форм ВМ в ґрунті за безморозний період, що враховує фактор часу. Час – важливий токсикологічний показник. Якщо відома природа руху ВМ f(t) в часі, то можна обрахувати середнє значення їх концентрації Ссер за формулами (1 та 2):

де (1)

, де (2)

f(t) – функція, що описує рух в часі (t) ВМ в ґрунті; t1, t2 – початковий і кінцевий час дослідження; S(t1,t-2) – площа фігури трапеції, яка обмежена графіком функції f(t) та віссю абсцис на проміжку часу t2 – t1(Рис. 2.);

Рис. 2. Динаміка рухомості кадмію в дерново-середньопідзолистому ґрунті при застосуванні добрив в лізиметричному досліді.

Час відбору проб ґрунту: 0 – До посіву кукурудзи; 1 – 38 доба - фаза сходів; 2 – 63 доба - фаза 5-6 листків; 3 – 88 доба - фаза викидання мітлиці; 4 – 130 доба - фаза молочно-воскової стиглості; 5 – 157 доба - фаза воскової стиглості; 6 – 178 доба - після збору врожаю.

Враховуючи складність знаходження функції руху важких металів f(t), формулу (2) можна замінити формулою (3):

, де (3)

S - сума площ трапецій; Si – площа трапеції; n – кількість точок відбору; ti – час, відбору проби і , доба; С – значення концентрації важких металів, мг/кг.

Звичайно, спрощення формули (2) до формули (3) містить певну похибку, яка залежить від характеру функції f(t) та кількості точок відбору n. Але в нашому випадку значення похибки не має суттєвого впливу на кінцевий результат порівняння середніх значень концентрацій, оскільки функції f(t) для ВМ при застосуванні фосфорних добрив мають схожу поведінку щодо контролю та варіанту з азотно-калійним живленням.

В результаті отримано середні значення концентрацій рухомих форм металів (табл. 2) на варіантах досліду.

Таблиця 2 – Середнє значення рухомих форм важких металів в дерново-середньопідзолистому ґрунті при застосуванні добрив (2002 рік)

Варіанти | Важкі метали, мг/кг | цинк | нікель | кобальт | свинець | кадмій | мідь

Лізиметричний дослід

Контроль | 1,55 | 2,00 | 1,71 | 2,17 | 2,00 | 0,45

РС Р60 | 1,20 | 1,67 | 1,51 | 1,78 | 1,62 | 0,32

РАФК Р60 | 0,93 | 1,15 | 1,08 | 1,54 | 1,50 | 0,22

РАФК Р180 | 0,71 | 1,02 | 0,78 | 1,20 | 1,13 | 0,18

Польовий дослід

Контроль | 1,87 | 1,75 | 1,32 | 1,44 | 2,11 | 0,51

Фон N60K90 | 2,28 | 2,08 | 1,76 | 1,80 | 2,27 | 0,56

Фон + РС Р60 | 1,69 | 1,60 | 1,29 | 1,31 | 1,71 | 0,47

Фон + РАФК Р60 | 1,34 | 1,46 | 0,97 | 1,16 | 1,52 | 0,33

Фон+РАФК Р180 | 1,09 | 1,15 | 0,88 | 0,92 | 1,36 | 0,21

Для визначення напрямку поведінки (збільшення або зменшення рухомості) ВМ в ґрунті було запропоновано ввести коефіцієнт іммобілізації-мобілізації (Кі-м), який розраховується за формулою (4).

(4)

де С – це концентрація потенційно рухомих форм важких металів в ґрунті при застосуванні добрив, мг/кг;

Ск – концентрація потенційно рухомих форм важких металів, що характерна для певного типу ґрунту (контрольний варіант). Розраховані Км-і наведені в табл. 3.

Значення коефіцієнту більше одиниці свідчить про те, що в ґрунті відбу-лася мобілізація металу – кількість його потенційно рухомих форм збіль-шувалась відносно контролю. Показники менші одиниці вказують на те, що відбулася іммобілізація ВМ. Чим більший коефіцієнт, тим більше у ґрунті кис-ло-торозчинних сполук ВМ, та чим менше значення коефі-ці-єн-ту тим більше зв’язування потенційно рухомих форм металу відбулося в ґрунті.

Таблиця 3 – Коефіцієнти рухомості важких металів у дерново-середньопідзолистому ґрунті

Варіанти | Важкі метали | цинк | нікель | кобальт | свинець | кадмій | мідь | Лізиметричний дослід

Контроль | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0

РС Р60 | 0,8 | 0,8 | 0,9 | 0,8 | 0,8 | 0,7

РАФК Р60 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,5

РАФК Р180 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,4

Польовий дослід

Контроль | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0

Фон N60K90 | 1,2 | 1,2 | 1,3 | 1,3 | 1,1 | 1,1

Фон + РС Р60 | 0,9 | 0,9 | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,9

Фон + РАФК Р60 | 0,7 | 0,8 | 0,7 | 0,8 | 0,7 | 0,6

Фон + РАФК Р180 | 0,6 | 0,7 | 0,7 | 0,6 | 0,6 | 0,4

Дані коефіцієнтів іммобілізації-мобілізації дали можливість побудувати ряди впливу фосфорних добрив на рухомість важких металів:

Агрофоска Cd>Zn=Ni=Co>Cu>Pb;

Суперфосфат Cd>Zn=Ni=Cu=Pb>Co,

Ряд іммобілізації важких металів під впливом фосфорних добрив на фоні азотно-калійного живлення

Агрофоска Cd>Zn=Pb >Co>Cu>Nі;

Суперфосфат Pb>Cd=Zn=Ni=Cu>Co

Таким чином іммобілізація важких металів під впливом фосфорних добрив менш активна при їх застосуванні на азотно-калійному фоні. Кі-м має вищі значення, на варіантах з моно внесенням, як агрофоски, так і суперфосфату.

Проте слід відмітити, що агрофоска має властивості впливати на ґрунтово-поглинальний комплекс (ҐПК) із більшою іммобілізаційною здатністю до важких металів в порівнянні з суперфосфатом.

Міграція важких металів за ґрунтовим профілем під впливом фосфорних добрив. Внутрішньопрофільний розподіл ВМ, на контрольному варіанті дослідної ділянки характеризується присутністю чітко виражених максимумів та мінімумів.

Спостерігалася біогеохімічна акумуляція важких металів у горизонті 0-20 см – перший максимум. Один з основних процесів, що впливає на їхні рухомі форми у ґрунті - зв’язування гумусовою речовиною у верхніх горизонтах ґрунту. Міграційні можливості важких металів при цьому знижу-ють-ся. Саме тому спостерігається підвищений вміст важких металів у верхньому, тобто найбільш гумусному, шарі ґрунту. Другий максимум Zn, Cu, Co і Ni виявлений в ілювіальному горизонті, на геохімічному бар'єрі.

При застосуванні добрив (аміачної селітри, хлористого калію, агрофоски та суперфосфату) тип розподілу важких металів на змінювався. Закономірності розподілу ВМ були аналогічні контролю.

Але було від-мічено зменшення кількості потенційно рухомих сполук важких металів у межах орного шару на варіантах із застосуванням фос-фор-них добрив та їх збільшення на варіанті з зас-то-су-ванням азотно-калійного фону.

За результатами досліджень (на прик-ладі цинку, Рис. 3.) засто-су-вання фосфорних добрив (РАФК та РС) не впливають на розподіл важких металів у профілі дерново-серед-ньо-під-золистого ґрунту, що свідчить про відсутність негативної їх дії. |

Фон (N60K90) | Фон + РС Р60

Фон + РАФК Р60 | Фон + РАФК Р180

Контроль

Рис. 3. Розподіл потенційно рухомих форм цинку за профілем дерново-підзолистого ґрунту при застосуванні добрив

Міграція важких металів за ґрунтовим профілем в ґрунтові води при застосуванні агрофоски та суперфосфату. Метою лізиметричних досліджень було вивчення закономірностей та кількісна оцінка водної міграції важких металів при інфільтрації з верхніх шарів дерново-підзолистих ґрунтів у природному стані та при застосуванні фосфорних добрив (рис. 3.).

Одержані результати лізиметричного досліду дають змогу встановити, що фосфорні добрива (агрофоска та суперфосфат) при застосуванні їх на дерново-середньопідзолистому ґрунті не активізують міграцію цинку, кобальту, міді, та свинцю до фільтраційних вод.

цинк | нікель

кобальт | свинець

мідь

Рис. 4. Зміна вмісту рухомих форм важких металів в фільтраційних водах при застосуванні фосфорних добрив.

Концентрація вище зазначених важких металів на варіантах досліду з застосуванням фосфорних добрив була майже завжди нижче концентрацій на контрольному варіанті. Зниження кількості потенційно рухомих сполук металів (іммобілізація) в ґрунті, що було помічено та описано вище також сприяло меншому надходженню важких металів в фільтраційні води.

Поведінка важких металів у системі “добриво-ґрунт-рослина” при застосуванні фосфорних добрив. Застосування фосфорних добрив, як нових (агрофоска), так і традиційних (суперфосфат) при виро-щу-ван-ні озимої пшениці на дерново-середньопідзолистих ґрунтах не стиму-лю-ва-ло надходження нікелю, кобальту та свинцю до складу рослин, їх вміст не перевищувала рівня МДР. Кількість свинцю в зерні озимої пшениці була низькою та коливалася в межах від < 0,02 до 0,04 мг/кг сухої речовини. Концентрація кобальту на контрольному варіанті та варіанті з застосуванням РАФК Р180 була досить високою 0,93 мг/кг, що майже на рівні ГДК. Нікель в зерні озимої пшениці на всіх досліджуваних варіантах був майже вдвічі нижче ГДК і не мав суттєвої різниці (табл. 5). Цинк та мідь мали однакову тенденцію накопичуватися на варіантах з використанням азотно-калійного фону, фону з РС Р60 та фону з РАФК Р60 і становили 4,50 та 4,34; 5,00 та 5,00; 4,00 та 4,50 мг/кг відповідно.

Таблиця 5 – Вміст важких металів у зерні зернових культур при застосуванні фосфорних добрив, мг/кг сухої речовини

Варіанти | Вміст важких металів, мг/кг, сухої речовини.

цинк | нікель | кобальт | мідь | свинець | кадмій

Озима пшениця (2000)

Контроль | 3,33 | 0,23 | 0,93 | 3,67 | 0,02 | -

Фон N60К90 | 4,50 | 0,32 | 0,67 | 4,34 | 0,04 | -

Фон + РС Р60 | 5,00 | 0,32 | 0,33 | 5,00 | 0,02 | -

Фон + РАФК Р60 | 4,00 | 0,28 | 0,20 | 4,50 | < 0,02 | -

Фон + РАФК Р180 | 3,75 | 0,27 | 0,93 | 2,83 | < 0,02 | -

НІР 05 | 0,96 | - | 0,14 | 0,65 | - | -

Озиме жито (2001)

Контроль | 2,50 | 0,44 | - | 2,25 | 0,03 | -

Фон N60К90 | 2,50 | 0,37 | - | 1,15 | 0,02 | -

Фон + РС Р60 | 3,75 | 0,35 | - | 1,50 | 0,06 | -

Фон + РАФК Р60 | 1,25 | 0,25 | - | 1,25 | 0,05 | -

Фон + РАФК Р180 | 1,25 | 0,27 | - | 1,25 | 0,07 | -

НІР 05 | 1,01 | 0,14 | - | 0,37 | 0,02 | -

Кукурудза на зерно (2002)

Контроль | 2,5 | 0,54 | 0,43 | 1,25 | 0,02 | 0,03

Фон N60К90 | 2,10 | 0,67 | 0,45 | 2,00 | 0,03 | 0,02

Фон + РС Р60 | 2,00 | 0,50 | 0,32 | 2,00 | 0,03 | -

Фон + РАФК Р60 | 3,00 | 0,45 | 0,35 | 2,50 | 0,04 | -

Фон + РАФК Р180 | 3,10 | 0,45 | 0,55 | 2,75 | 0,04 | -

НІР 05 | 0,48 | 0,15 | 0,13 | 0,58 | 0,02 | 0,01

ГДК для зерна | 50,0 | 0,5 | 1,0 | 10 | 0,3 | 0,03

На варіанті з застосуванням РАФК Р180 кількість цинку та міді зменшилася до 3,75 та 2,83 мг/кг відповідно.

На другий рік дослідження в зерні озимого жита на варіантах з фосфорними добривами рівень ВМ був нижче в порівнянні з першим роком дослідження. Це можна пояснити тим, що у ґрунті за рахунок накопичення фосфатів знизився рівень потенційно рухомих сполук ВМ, внаслідок чого накопичення їх в репродуктивних органах рослин зменшилася. Так кількість Zn та Cu на варіантах з РАФК була 1,25 мг/кг.

В 2002 році концентрації ВМ в рослинах кукурудзи на зерно в репродуктивних органах також не перевищували гігієнічні нормативи.

Підраховано коефіцієнти переходу (Кп) важких металів в системі “ґрунт-рослина” до репродуктивних органів озимої пшениці, озимого жита та кукурудзи на зерно на дерново-середньопідзолистому ґрунті на всіх варіантах досліду. Озима пшениця: Zn 1,81-3,21; Ni 0,14-0,28; Co 0,21-1,58; Cu 2,50-7,14; Pb 0,01-0,02. Озиме жито: Zn 0,88-2,18; Ni 0,14-0,71; Cu 0,68-1,60; Pb 0,015-0,040. Кукурудза на зерно: Zn 0,92-2,84; Ni 0,31-0,39; Co 0,25-0,63; Cu 0,87-2,99; Pb 0,01-0,03; Cd 0,07-0,10.

Отже, у результаті екотоксикологічних досліджень, що спрямовані на визначення впливу РАФК на процеси міграції ВМ у системі “добриво-ґрунт-рослина”, було встановлено, що РАФК може бути охарактеризоване, як таке, що не призводитиме до накопичення ВМ у ґрунті і сприятиме одержанню нормативно якісної рослинної продукції.

Вплив фосфорних добрив на швидкість детоксикації десиканта гліфосату на зернових культурах Для вивчення впливу фосфорних добрив на швид-кість розпаду гліфосату за екотоксикологічним показниками були закладені польові досліди. Як тест – культура була використана озима пшениця. В якості десиканту в дослідженнях був викорис-таний препарат Раундап ( д.р.: гліфосат у формі ізопропіламінної солі, 480 г/л.).

Діюча речовина – гліфосат є інгібітором фер-ментативної системи, яка відповідає за синтез ароматичних амінокислот. Гліфосат проникає у рослини через надземну її частину та активно роз-носиться по всіх органах, у тому числі в кореневу систему. Обробка препаратом озимої пшениці проводила-ся у фазу молочної стиглості з нормою розходу гліфосату 3 л/га (300 л/га робочого розчину). Була досліджена динаміка розпаду гліфосату на варіантах (табл. 6).

Таблиця 6 – Динаміка розпаду гліфосату в зерні озимої пшениці при застосуванні фосфорних добрив

Доба відбору проб | Концентрація гліфосату, мг/кг контроль (варіант без добрив)РАФК Р60 | РС Р60 | 02,53 0,502,50 0,502,51 0,5032,30 0,461,01 0,201,21 0,2470,52 0,100,18 0,020,36 0,07140,16 0,020,03 0,010,07 0,01k діб-10,190,250,32З табл. 6 видно, що застосування фосфорних добрив посилює швидкість детоксикації десиканту.

Вплив агрофоски на продуктивність сільськогосподарських культур та економічна ефективність застосування нового виду фосфорних добрив. Протягом 2000-2002 років вивчалася дія агрофоски на продуктивність зернових культур при вирощуванні їх у зоні Полісся України. Отримані дані за цей період показали, що агрофоска позитивно впливає на врожайність сільськогосподарських культур при вирощуванні на дерново-середньопідзолистому ґрунті Полісся України. Ефективність такого впливу залежить від дози добрива.

ВИСНОВКИ

За результатами досліджень вмісту потенційно рухомих сполук ВМ в складі нового фосфорного добрива агрофоски та сировині з якого це добриво виготовлено, поведінки ВМ в ґрунті під дією фосфорних добрив в лізиметричному та польовому досліді; розподілу ВМ за ґрунтовим профілем під впливом добрив, в лізиметричному досліді міграції ВМ в фільтраційні води; поведінки ВМ під впливом добрив в системі “ґрунт-рослина” та розраховано коефіцієнти переходу ВМ з ґрунту в рослини, впливу фосфорних добрив на швидкість детоксикації десиканта гліфосату; біологічної ефективності застосування нового виду фосфорного добрива агрофоски представлено екотоксикологічне обґрунтування застосування вище зазначених добрив при вирощуванні озимої пшениці, озимого жита та кукурудзи на зерно на дерново-середньопідзолистому ґрунті в умовах Полісся України.

1. Новий вид фосфорного добрива агрофоска, що отриманий з фосфоритів місцевих родовищ за валовим вмістом важких металів (Zn, Ni, Co, Cu, Pb, Cd) не перевищує інші фосфорні добрива: вміст цинку та міді в складі добрива – 100 мг/кг, нікелю та кобальту – 10 мг/кг, свинцю – 14 мг/кг, кадмію – 3 мг/кг (фосфатний та глауконітовий концентрати). Сировина для виготовлення агрофоски характеризується малою кількістю потенційно рухомих сполук ВМ: Zn – 4,5; 7,8 мг/кг, Co – 3,8; 4,0 мг/кг, Ni – 3,5; 4,7 мг/кг, Cu – 4,3; 12,5 мг/кг, Pb – 2,3; 2,8 мг/кг, Cd – 1,2; 1,7 мг/кг, відповідно.

2. Показано, що застосування фосфорних добрив (РАФК та РС) на дерново-середньопідзолистому ґрунті в лізиметричному досліді впливає на поведінку ВМ в ґрунті, а саме вміст потенційно рухомих сполук зменшується порівняно до контролю. Виявлено більший ефект іммобілізації при застосуванні агрофоски в порівнянні з суперфосфатом, та застосування фосфорних добрив (РАФК та РС) на азотно-калійному фоні має менший іммобілізаційний ефект.

3. За допомогою математичної моделі розраховано коефіцієнт іммобілізації-мобілізацій (Кі-м) потенційно рухомих сполук ВМ у дерново-се-ред-ньо-підзолистому ґрунті. На варіанті із застосуванням азотно-калійного фону значення коефіцієнту (Кі-м) більше за одиницю, що означає збільшення кількості рухомих форм ВМ. Варіанти з використанням фосфорних добрив (РАФК та РС) мають величину коефіцієнту іммобілізації менше одиниці, тобто переважають процеси зв’язування ВМ у ґрунті.

4. За коефіцієнтами іммобілізації-мобілізацій (Кі-м) побудовано ряди впливу фосфорних добрив на рухомість важких металів при їх моно внесенні:

Агрофоска Cd>Zn=Ni=Co>Cu>Pb;

Суперфосфат Cd>Zn=Ni=Cu=Pb>Co.

Ряд іммобілізації важких металів під впливом фосфорних добрив на фоні азотно-калійного живлення:

Агрофоска Cd>Zn=Pb >Co>Cu>Nі;

Суперфосфат Pb>Cd=Zn=Ni=Cu>Co.

5. Відмічено, що застосування агрофоски та суперфосфату не впливає на природний розподіл рухомих форм важких металів за профілем дерново-середньопідзолистого ґрунту, що вказує на відсутність їх негативної дії.

6. За результатами досліджень фільтраційних вод в лізиметричному досліді встановлено, що фосфорні добрива (агрофоска та суперфосфат) при застосуванні їх на дерново-середньопідзолистому ґрунті не активізують міграцію цинку, кобальту, міді, та свинцю до фільтраційних вод. Концентрація вище зазначених важких металів на варіантах досліду з застосуванням фосфорних добрив була нижче концентрацій на контрольному варіанті в лізиметричних водах.

7. Встановлено диференційовану дію фосфорних добрив на процеси переходу ВМ до складу рослин залежно від типу добрива, виду сільськогосподарської культури та есенціальності металу.

8. Підраховано коефіцієнти переходу (Кп) важких металів в системі “ґрунт-рослина” до репродуктивних органів озимої пшениці, озимого жита та кукурудзи на зерно на дерново-середньопідзолистому ґрунті на всіх варіантах досліду. Озима пшениця: Zn 1,81-3,21; Ni 0,14-0,28; Co 0,21-1,58; Cu 2,50-7,14; Pb 0,01-0,02. Озиме жито: Zn 0,88-2,18; Ni 0,14-0,71; Cu 0,68-1,60; Pb 0,015-0,040. Кукурудза на зерно: Zn 0,92-2,84; Ni 0,31-0,39; Co 0,25-0,63; Cu 0,87-2,99; Pb 0,01-0,03; Cd 0,07-0,10.

9. Встановлено, що застосування фосфорних добрив, зокре-ма нового виду фосфорного добрива агрофоски, сприяє збільшенню швидкості деток-сикації гліфосату. Так k (доба"1) розпаду гліфосату на контролі становила – 0,19, на варіанті із суперфосфатом – 0,25, на варіанті з аг-рофоскою – 0,32, а період напіврозпаду (Т50 = 0,693/k) відповідно складає: 3,6; 2,7; 2,2 доби.

10. Встановлено позитивний вплив застосування нового фосфорного добрива агрофоски на продуктивність озимої пшениці, озимого жита, та кукурудзи на зерно на дерново-середньопідзолистому ґрунті Полісся України. Збільшення урожайності та підвищення якості зерна озимої пшениці, озимого жита та кукурудзи на зерно відмічено на варіантах із застосуванням фосфорних добрив. Найефективніша була агрофоска в дозі Р180.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для отримання високого та якісного врожаю сільськогосподарських культур на дерново-підзолистих ґрунтах Полісся України доцільно тривале застосування нового виду добрива агрофоски в дозах Р60-180. Використання фосфорних добрив і зокре-ма нового виду фосфорного добрива агрофоски, сприяє зменшенню кількості потенційно рухомих сполук цинку, міді, кобальту, нікелю, свинцю та кадмію та збільшенню швидкості деток-сикації Раундапу в рослинах озимої пшениці.

Для раціонального застосування засобів хімізації сільського господарства та охорони навколишнього середовища рекомендовано дотримуватись умов, що розроблені в Державних санітарних правилах та нормах. СанПіНі 8.8.1.2.3.4.-000-2001. “Допустимі дози, концентрації, кількості та рівні вмісту пестицидів у сільськогосподарській сиро-ви-ні, харчових продуктах, повітрі робочої зони, атмос-ферному повітрі, воді водоймищ, ґрунті”.

Рекомендовано використання розроблених та офіційно затверджених методичних вказівок з визначення гліфосату в овочах, фруктах, зерні хлібних злаків та кукурудзи, зернобобових та баштанних культурах методом високоефективної рідинної хроматографії. №363-2002, які призначені для санітарно-епідеміологічних станцій і науково-дослідних закладів Міністерства охорони здоров’я України, ветеринарних, агрохімічних, контрольно-токсикологічних лабораторій, міністерства аграрної політики України та лабораторій інших органів виконавчих влади, на які покладено здійснення державного нагляду і державного контролю за додержанням законодавства про пестициди і агрохімікати.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Макаренко Н.А., Буожис А.О., Кавецька Т.В. Інтегральна система оцінки небезпечності важких металів у агроландшафтів // Агроекологія та біотехнологія. Зб. наук. праць ІАБ УААН. Київ. – 1998. – Вип. 2. – С. 80-84.

2. Бездрабко О.М., Юрченко Т.В., Кавецький С.В., Кавецький В.М. Математичне моделювання поведінки свинцю у ґрунті при екотоксикологічній оцінці застосування добрив // Современные проблемы токсикологии. – 2005. – №2. – С.70-73. (Особисто дисертантом проведено визначення свинцю в ґрунті методом ТШХ, статистична обробка)

3. Кузнецова Е.М., Багацкая Е Н., Гринько А.П., Юрченко Т.В., Бердніков О.М. Вплив фосфорних добрив на швидкість детоксикації десиканту гліфосату на зернових культурах та якість продукції рослинництва// Проблеми харчування. Науково-практичний журнал. – К.: ІВО “Медична Україна. 2004. – 2(3). – С. 46-49. (Особисто дисертантом визначено залишкові кількості гліфосату методом ВЕРХ, аналізовано отримані дані та сформовано висновки)

4. Кавецкий В.Н., Бездрабко О.М., Юрченко Т.В. Гігієнічні критерії оцінки якості продуктів рослинного походження при застосуванні нових видів мінеральних добрив // Проблеми харчування. Науково-практичний журнал. – К.: ІВО “Медична Україна, 2004. – 3(4). – С. 53-56. (Дисертант приймав участь у визначенні важких металів у добривах та рослинах та написанні статті).

5. Гринько А.П., Кузнецова Е.М., Юрченко Т.В. Особенности поведения глифосата при применении в качестве десиканта на сельскохозяйственных культурах // Інтегрований захист рослин на початку ХХІ століття. Матеріали міжнародної науково-практичної конференції. К., 2004. – С. 617-620. (Особисто дисертантом визначено залишкові кількості гліфосату методом ВЕРХ, проаналізовано отримані дані).

6. Кавецкий В.Н., Багацкая Е Н., Рыженко Н.А., Юрченко Т.В. Екотоксикологическа оценка отходов при применении средств химизации сельского хозяйства. // “Обращение с отходами – проблемы их решения ХХІ века” Сборник научных статей. – Одесса АОЗТ “Експоцентр-Одесса”, 2005. – С. 107-111. (Особисто дисертантом проведено узагальнення