Екотоксичний вплив важких металів (Cd, Pb, Cu, Zn) на систему “грунт-рослина” в умовах полісся та лісостепу України

Встановлено концентрації ВМ у загальній фітомасі та зерні по порогах пригнічення фітопродуктивності (табл. 3). Так, при 10% порозі пригнічення фітопродуктивності вміст кадмію в зерні складав 3, 1 мг/кг, міді – 6, 6 мг/кг, свинцю – 7, 1 мг/кг, цинку – 19, 6 мг/кг сухої речовини. Порогова концентрація металу в рослині є величиною сталою для певної культури та залежить від токсичності полютанту та фізіологічних особливостей культури.

В умовах мультиметалічного забруднення відповідність інтенсивності переходу ВМ була ідентичною до умов монометалічного забруднення. Найбільшою інтенсивністю переходу характеризувався кадмій: залежно від концентрації його рухомих форм у грунті у фазу повної стиглості його Кп Фзаг знаходились в межах від 0, 339 до 0, 417. Найменшою інтенсивністю переходу у системі “грунт-рослина” відмічався свинець: Кп Фзаг даного металу в фазу повної стиглості становили від 0, 086 до 0, 119. Кп Ф заг міді та цинку складали відповідно від 0, 245 до 0, 360 та від 0, 216 до 0, 258.

Вплив Pb, Cd, Zn, Cu на ферментативну активність грунту. Були встановлені діапазони активності оксидоредуктаз грунту в умовах його забруднення важкими металами. За діапазонами активності ферментів проводили оцінку токсичності ВМ по відношенню до поліфенолоксидази та пероксидази.

Діапазон активності поліфенолоксидази та пероксидази в умовах забруднення грунту важкими металами визначається областю концентрацій рухомої форми металу в грунті (мг/кг), верхньою межею якого є значення, при якому не відбувається пригнічення активності ферменту (рівень контролю), а нижньою є значення, при якому спостерігається 100% пригнічення активності ферменту.

Найбільш токсичним стосовно до ферментів виявився кадмій, найменш токсичним – цинк (табл. 4). У зв'язку із більшою буферністю чорнозему активність оксидоредуктаз в кореневмісному шарі (0-20 см) була вищою порівняно з дерново-середньопідзолистим грунтом (табл. 4).

Екотоксикологічна оцінка Cd, Pb, Zn, Cu в системі “грунт-рослина”. Забруднення важкими металами агроценозів призводить до кількісних та якісних змін, які проявляються у зменшенні урожайності та погіршенні якості агропродукції. Тому доцільним є встановлення залежності між фітопродуктивністю та властивостями важких металів. Для цього був застосований метод парної кореляції між порогом пригнічення фітопродуктивності тест-культури та властивістю металу (інтенсивністю міграції в системі “грунт-рослина”, вмістом рухомих форм металу в кореневмісному шарі грунту, дією на ферментативну активність грунту).

Встановлення зв'язку між властивостями важких металів та фітометричними показниками тест-культури здійснювалось по 0%, 10%, 50% та 75% порогах пригнічення накопичення фітомаси за допомогою коефіцієнта кореляції (r). За коефіцієнтом кореляції проводили градацію досліджуваних металів наступним чином: 1. високо небезпечні (r >0, 9) ; 2. небезпечні (r= 0, 9-0, 5) ; 3. помірно небезпечні (r=0, 49-0, 3) ; 4. мало небезпечні (r<0, 3).

За рівнем зв'язку між фітопродуктивністю та вмістом рухомих форм полютанту в грунті до високо небезпечних відносяться всі метали, оскільки коефіцієнт кореляції між цим показниками на обох досліджуваних грунтах складає більше 0, 9 (табл. 5). До високо небезпечних відносяться Cd (на дерново-середньопідзолистому грунті) та Cu (на чорноземі типовому) за інтенсивністю переходу в системі “грунт-рослина”. За дією на активність пероксидази грунту до високо небезпечних відносяться свинець на обох типах грунтів та цинк на чорноземі. Всі досліджувані метали відносяться до небезпечних за дією на активність поліфенолоксидази (табл. 5).

Для порівняльної оцінки важких металів використовували показники їх фітотоксичності, константи швидкості виведення рухомих форм з 0-20 сантиметрового шару грунту, дії на активність поліфенолоксидази та пероксидази. Фітотоксичність ВМ визначається діапазоном токсикотолерантності ячменю ярого по відношенню до полютанту та концентрацією металу у фітомасі по порогах пригнічення фітопродуктивності, а рівень токсичності на ферменти грунту – діапазоном активності поліфенолоксидази та пероксидази.

 

1. Виявлено закономірності поведінки важких металів (Cd, Pb, Cu, Zn) у системі “грунт-рослина” в умовах Полісся та Лісостепу при імпактному забрудненні. Показано, що балансовий підхід вивчення імпактного забруднення агроценозу, є передумовою дослідження міграції полютантів у системі “грунт-рослина”.

2. Проведено порівняльну оцінку важких металів за впливом їх на фітопродуктивність ячменю ярого. Встановлені діапазони токсикотолерантності ячменю ярого по відношенню до кожного металу: Cd 9, 5-156, 0 мг/кг; Cu 49-185 мг/кг; Zn 330-770 мг/кг; Pb 170-1220 мг/кг на дерново-середьопідзолистому грунті та Cd 13-170 мг/кг; Cu 55-189 мг/кг; Zn 380-830 мг/кг; Pb 200-1270 мг/кг рухомої форми металу у грунті на чорноземі типовому малогумусному. Встановлено ряд фітотоксичності важких металів у грунті: Cd>Cu>Zn>Pb.

3. Встановлено концентрації Cd, Cu, Zn, Pb у фітомасі та її фракціях, що викликають 10%, 50%, 75% пригнічення фітопродуктивності ячменю ярого. Виявлено, що більш інтенсивне пригнічення накопичення фітомаси відбувається у генеративної фракції (зерні) порівняно до загальної фітомаси.

4. Встановлено закономірність нерівномірної локалізації Cd, Cu, Zn, Pb у фракціях фітомаси в умовах імпактного забруднення. Вміст важких металів зменшувався в ряду: підземна фракція > генеративна фракція (зерно) > вегетативна фракція фітомаси (солома).

5. Встановлені наступні коефіцієнти переходу важких металів до загальної фітомаси ячменю ярого при різних рівнях забруднення грунту: Cd 0, 57 – 0, 68; Cu 0, 52 – 0, 57; Zn 0, 28 – 0, 29; Pb 0, 15 – 0, 23