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

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ І БІОТЕХНОЛОГІЇ

 

КОЗЬЯКОВА НАТАЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

 

УДК: 631. 95: 631. 445. 2/. 4+633

  

 

03. 00. 16 – Екологія

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

 

КИЇВ – 2002

 

Дисертацією є рукопис

Дисертаційна робота виконана на кафедрі агроекології Національного аграрного університету.

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор Кавецький Володимир Миколайович, Інститут агроекології і біотехнології УААН, завідувач відділу екотоксикології.

Офіційні опоненти – доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Бублик Людмила Іванівна, Інститут захисту рослин УААН, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів; доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Александрова Людмила Георгіївна, Інститут медицини праці АМН України, провідний науковий співробітник лабораторії аналітичної хімії та моніторингу токсичних речовин.

 

 

Актуальність роботи. Забруднення агроценозів антропічного походження у результаті застосування промислових, транспортних, аграрних та інших технологій є актуальною та важливою проблемою сьогодення. Необхідність прогнозування найближчих та віддалених наслідків забруднень, зокрема важкими металами (ВМ), щодо функціонування агроценозів очевидна. Вирішення цієї проблеми можливе лише шляхом вивчення поведінки важких металів у системі “грунт-рослина” при різних ступенях імпактного (англ. impact – удар, вплив) забруднення. Фрагментарність таких досліджень зумовила тему дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідної роботи, що проводиться протягом останніх років Інститутом агроекології і біотехнології УААН і виконується в розділі Державної науково-технічної програми “Наукові основи сталих агросистем на 1996-2000 роки”: “Екотоксикологічна оцінка полютантів у біотичних та абіотичних компонентах екосистем агроландшафта”, за номером Держреєстрації 0196V012976.

Мета: Мета досліджень полягала у екотоксикологічній оцінці забруднення важкими металами (Cd, Pb, Cu, Zn) системи “грунт-рослина” в умовах Полісся та Лісостепу України.

Для реалізації мети вирішувались наступні завдання:

вивчення впливу Cd, Pb, Cu, Zn на біологічну продуктивність та процеси накопичення їх ячменем ярим;

дослідження вертикальної міграції Cd, Pb, Cu, Zn за профілем дерново-середньопідзолистого грунту та чорнозему типового малогумусного;

вивчення впливу Cd, Pb, Cu, Zn на ферментативну активність грунту.

Об'єкт дослідження – екотоксичні властивості Cd, Pb, Cu, Zn та вплив їх на функціонування агроценозів Полісся та Лісостепу.

Предмет дослідження – оцінка екологічної небезпечності імпактного забруднення Cd, Pb, Cu, Zn системи “грунт-рослина ”.

Методи дослідження. Проводились польові, вегетаційні, лізиметричні дослідження.

Виявлення закономірностей процесів та явищ проводилось методом регресійного аналізу. Показники регресії у моделі формалізації за Коллером розраховувались на ПЕОМ за програмою “Регана”.

Для визначення вмісту важких металів та розподілу їх форм у грунті, фітомасі, фільтраційних водах використовувався метод хроматографії у тонкому шарі адсорбенту (метод затверджений Держхімкомісією, № 50-97 від 19. 06. 97 року і узгоджений Міністерством охорони здоров'я України).

Для встановлення біологічної активності грунту проводили визначення активності оксидоредуктаз (поліфенолоксидази та пероксидази) за методикою Галстяна А. Ш. фотоелектроколориметричним методом.

Наукова новизна одержаних результатів. Виявлено закономірності поведінки важких металів (Cd, Pb, Cu, Zn) у системі “грунт-рослина” в умовах Полісся та Лісостепу при імпактному забрудненні. Запропоновано балансовий підхід вивчення імпактного забруднення агроценозу, який є передумовою дослідження міграції полютантів у системі “грунт-рослина”. На основі експоненційної моделі та моделі Колера показано динаміку та характер міграції за профілем чорнозему типового та дерново-середньопідзолистого грунту. Виявлено закономірності впливу Cd, Pb, Cu, Zn на фітопродуктивність ячменю ярого. Встановлено діапазон токсичних концентрацій важких металів у дерново-середньопідзолистому грунті та чорноземі типовому малогумусному для ячменю ярого. Розраховані коефіцієнти переходу важких металів до ячменю ярого та встановлено ряд інтенсивності переходу Cd, Pb, Cu, Zn у системі “грунт-рослина” при різних рівнях забруднення чорнозему типового малогумусного та дерново-середньопідзолистого грунту. Виявлено закономірності впливу важких металів на активність оксидоредуктаз грунту. Встановлено діапазони токсичних концентрацій Cd, Pb, Cu, Zn по відношенню до активності поліфенолоксидази та пероксидази. Виявлено рівень зв'язку між фітопродуктивністю ячменю ярого та властивостями важких металів (інтенсивністю міграції в системі “грунт-рослина”, вмістом рухомих форм полютанту в кореневмісному шарі грунту, дією на ферментативну активність грунту).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено рекомендації щодо оцінки рівня забруднення важкими металами (Cd, Pb, Cu, Zn) ячменю ярого за фітометричними параметрами на дерново-середньопідзолистому грунті та чорноземі типовому малогумусному.

За допомогою експоненційної моделі були встановлені константи швидкості виведення рухомих форм важких металів з 0-20 сантиметрового шару дерново-середньопідзолистого грунту та чорнозему типового малогумусного, які дають можливість прогнозувати кількість полютантів через проміжок часу.

Особистий внесок здобувача. Проведено аналітичні, лізиметричні, вегетаційні, польові дослідження. Виконано роботу з математичної обробки отриманих результатів та теоретичному узагальненню. На основі експериментального матеріалу були сформульовані висновки та підготовлена дисертація.

Апробація роботи. Основні результати дослідження було викладено на науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання грунтових ресурсів, 2000 р. м. Київ“; “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення, 2001 р. м. Харків ”; на засіданнях Вченої ради факультету агрохімії та грунтознавства НАУ (1999-2001 рр.) ; на засіданні кафедри агроекології НАУ (2001 р.) ; на засіданні розширеної