Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропотехногенная трансформация почв центральной промышленной зоны Донбасса

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Антропотехногенная трансформация почв центральной промышленной зоны Донбасса"

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

БАЙРАК МИКОЛА ВІКТОРОВИЧ

АНГРОПОГЕХНОГЕННА ТРАНСФОРМАЦІЯ ГРУНТІВ ЦЕНТРАЛЬНОЇ* ПРОМИСЛОВОЇ ЗОНИ ДОНБАСУ

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ - 1993 р.

Робота виконана на Донецькій дослідній станції (ДДО) інституту грунтознавства і агрохімії їм. 0. аСокодовського Української академії аграрних наук (УААН).

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук,

• професор 0. Я Демідіенко

Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук.

Л. В. Єтеревська

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Н. Ы. Цветкова

. кандидат біологічних наук, доцент

Є.Д. Оцук

Провідна установа: Донецький Державний університет

Захист дисертації відбудеться "(іддзр. : // гол. Оо хв. на засіданні спеціалізованої вчено ради Д 063.24.0Є по захисту дисертацій на здобуття вченого оту пеня доктора біологічних науі в Дніпропетровському державном університеті за адресою

320626, м. Дніпропетровськ, ДСП 10. проспект Гагаріна 7 Державний університет,біолого-еколог1чний факультет.

З дисертаціє*) можна ознайомитися в науковій бібліотеці Дні пропетровського Державного університету.

Автореферат розісланий 1993р

Вчений секретар спеціалівованої вченої ради кандидат біологічних наук,доцент

А. О. Дубії

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Індустріалізація суспільства супроводжується збільшенням кількості викидів, які надходять в оточуюче середовище. В сільському господарстві подвоєння урожаю вимагає збільшення витрат добрив, пестицидів, потужностей в 10 разів. На фоні вростання кількості населення це в свою чергу стимулює інтенсифікацію усіх технологічних процесів і як наслідок посилює процеси техногенного забруднення, щр породжує необхідність нових витрат енергії для компенсації негативних наслідків забруднення. Це в кінець кінців може привести до деградації грунтового покриву (0дум,1975). забруднення якого в останні десятиріччя набуває катастрофічні риси (Реуце,Кьірстя,1986).

Донецький ка-'яно-вугільний басейн має розвинуту промислову структуру,достачаючу в атмосферу,тільки в межах Донецької області, понад 3,2 млн.тонн викидів пррічно, щр складає близько 31% промислових викидів всієї України в цифрах 1989 року.

Високобуферні властивості чорноземів обумовлюють необхідність раннього виявлення первісних, на завади помітних, реакцій на'стрес. • '

Мета роботи. Дати якісну оцінку забрудненню грунту Донецької області техногенними викидами від стаціонарних джерел 1 виявити особливості зміни властивостей грунтового покриву під дією цих викидів. .

Основні завдання дослідження. 1. Вивчити основні фактори-за-бруднювачі середовища

2. Дослідити склад і властивості грунту при віддаленні від

типового джерела викидів. '

3. Виділити параметри 1 режими грунтового покриву, які від-

ображають техногенні зміни властивостей чорнозему звичайного, на ранніх стадіях в умовах існування процесу техногенного забруднення грунту. ■

Наукова новина. Досліджена залежність зміни грунтових властивостей чорнозему звичайного від наявності процесу надходження техногенних викидів в умовах Донбасу.

Встановлено, до серед вивчених грунтових властивостей чутливим і оперативним показником техногенного забруднення грунту, від стаціонарних промислових джерел, є окисно-відновний потенціал (ОВП).

Встановлено явище диференціації значень ОВП грунту в залежності від типу використаних вимірювальних платинових електродів

1 досліджена його природа.

. Пра-стичне значення. Для найбільш типових джерел атмосферних антропотехногенних викидів виявлені кордони зони потенціально-небезпечного рівня забруднення грунту.

Вимірювання ОВП чорнозему звичайного біля джерел техногенних викидів, в шарі грунту 10-20см, в періоди, сприятливі для розвитку біологічній процесів, пропонується використовувати в якості діагностичної ознаки, яка свідчить про порушення нативного стану під дією.8абрудгішчих речовин.

■ Матод грунтується на порівняльнії! оцінці значення ОВП грунту на різній відстані від джерела надходження забруднюючих речовин. Більш високі значення ОВП засвідчують про негативні явища, які відбуваються V грунті в зв’язку в надходженням вабрудншчих речовин. .

Стаціонарно розміщені в грунті платинові електроди 8 обмеженою площею активної, поверхні, типу - ЕПВ-1, ЕПЛ-02 та інші аналої ічного виконання, а також гольчаті (дротяні) платинові електроди пропонується використовувати для диференційованого вивчення окисно-відновних реакцій на рівні грунтового агрегату.

Апробація-роботи. Основні положення дисертації доповідались на республіканській конференції "Вклад молодих вчених в інтенсифікацію сільськогосподарського виробництва", яка проходила в м. Харкові в 1986 році, на науково-практичній конференції "Екологічні проблеми Донбасу. і шляхи їх вирішення", яка проходила в м. Донецьку в 1989 році, на третьому в’їзді грунтознавців і агрохіміків України (.Ьв їв, 1990), на науковій конференції молодих вчених 1 спеціалістів "Грунтово-агрохімічні аспекти керування продуктивність агроценозів (Харків,1990), на науково-практичних конференціях науково-дослідного інституту грунтознавства і агрохімії їм. О. М. Соколовського іевб-^дОр. '

Публікації. Основний зміст дисертації відображено в 8 наукових працях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складаетьм в вступу, шести розділів, висновків, додатків, списку використано! літератури. Робота викладена на 270 сторінках. Робота вклю-» оє 15 малюнків та 73 таблиці.

Список використаної літератури складається з 309 назв,у тому числі -264 росіГ ько-українсько мовних і 45 з інших мов.

ЗМІСТ РОБОТ Jt

Глава 1. СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПЮ ПРОЦЕСИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТУ . .

Під забрудненням,за визначенням Одума (1975).слід розуміти небажану зміну фізичних,хімічних чи біологічних характеристик повітря, води і грунту, яке може зараз чи в майбутньому зробити несприятливий вплив на життя самої людини, потрібних їй рослин і тварин, на різного роду виробничі процеси, умови життя і культурне багатство, виснажувати чи нівечити сировинні, ресурси. Забруднювачі - це залишки того, щр ми виробляєм, використовуєм і викидаєм геть.

Найбільші труднощі виникають при пошуках екологічного критерію техпогенного забруднення грунту, що зумовлено різноманітністю якості забруднюючих речовин 1 властивостей грунту (Тихомиров, 1985). Враховуючи складність і різноманітність контрольованого об'єкту,треба вважати, щр критерій техногенного забруднення (для грунту) не може засновуватися на єдиному чи окремо взятому показнику(Дончева и др. , 1982;Ваменин,1982,1963,1985;Аристовская, Зыкина,Чугунова,1986;Гапонюк,Шлахов,Вирченко, 1987; Haan F.A.M. et аі. ,1986).

Б якості екологічного критерію техногенного забруднення грунту, як елемента навколишнього середовища, потрібно розглядати комплекс грунтових•властивостей (Тихомиров, 1985;Гапонюк,Малахов, Вирченко,1987) і (чи) динаміку грунтових процесів в порівнянні між забрудненими 1 чистими грунтами. Серед усіх антропотех-ногенних джерел габруднення атмосферні являють найбільшу небезпеку. Це зумовлено: масштабами промислового виробництва; некеро-ваним характером надходження забруднюючих компонентів в грунт; багаточисельним характером речовин забруднювачів- комплексністю забруднення зумовленого різноманітністю джерел викидів; безупинністю надходження інгредієнтів - забруднювачів ( Залогин, Нропп, Кострикин, 1979; Остромогильский, Петрухин,1984;Реуце,Кьірстя,198б; Алексеев,1987; Бримблкумб,1988; Лемб,1988: Бурцева,Лапенко, 1991; Baccl et аі. ,1985; Ebner et аі. ,1985; Kabata-Pendlas,1986; Norton et al. 1986; Srlvastava et al. ,1986; Hagase et al. ,1985; Tiller, 1989). Перенесення забруднюючих,речовин в атмосферу відрізняється складністю і відсутністю контролі#Робинсон,1988;Оттар, Довленд,

Семб,1988). Забруднення грунту спостерігається не тільки на локальному 1 регіональному рівні (Садовникова,1989). але і на глобальному (Глазовокая,1989). При перенесенні в атмосферу забруднюючі речовини модифікуються (Юшкан.1991). Після попадання в грунт їх де и визначається специфічними і ерозійними процесами. До специфічних факторів, які вданачаить рухомість речовин-аабрудню-вачів в грунті і їх винесення, відносяться: вміст органічних

сполук і їх форми (Стрнад, 1984;Троицкий,Томилин,1986;Ильин, 1989; 1991);глинисті мінерали і несилікатні полуторні окисли (Громова, 1973; Большаков,1985; Обухов, 1989; Набата-Пендиас, Пендиае,1989; Kiekens,1983,1986; Zleve, Peterson, 1984;Piotrowska,1985; Christen-sen,1985;Wlggett.Alfors,1986); рН-грунтового розчину (Алексеев, Зырш, 1980; Горбатов, 1988; КаСата-Пендиас,Пендиас,1989; Alloway et al., 1984; Christensen, 1985; Brimmer, 1986);наявність карбонатів,фосфатів (Горбатов,1989); мікроорганізми грунту (Летунова, Грибовская,1975;Красинская,Летунова,1981; Илялетдинов,1982; Аристовой, Зьігаша.Чугунова, 1986). Запобігати винесення з сільськогосподарською продукцією речовин - забруднювачів являє собою складну проблему,зумовлену специфічними властивостями окремих інгредієнтів. Різні рослини по різному "итягують забруднюючі речовини э грунту (Roy,Srivastava,1988), але при значному забрудненні діє правило "доза-ефект" (Тіller,1989). Меліоративні засоби включають використання карбонатів кальція, вапна, фосфатів, цеолітів, іонообмінних смол, органічних добрив (Козьірева и др., 1986; Алексеев, 1987;Карпова и др 1987; Шнеев, 1988; Kabata-Pendi-as,Vlojek,1986;Kle:. пз,1986). Надходження забруднюючих речовин через листя ускладнює захист рослин (HarrIson,Chlrgawi,1.35;Zie-ve,Peterson,19Г 0- Особливо важко зв’язувати забруднюючі речовини, стійкі в широко»-' діапазоні pH і окисно-відновних умов грунту (Перельман,1979), а також тих, як* знаходяться в аніонній формі.

(Челіщев, 1987).

Відсутність загальних меліоративних засобів вимагає для гаяного конкретного випадку проведения спеціального дослідження

і пост Шкого контролю за станом грунту.

Гла^а 2. ПРОГРАМА,ОБ’ЄКТ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ, СХЕМИ ДОСЛІДІВ

В програму дослідження входило визначення рівня і характеру забруднення гг тїту у типових ддарел техногенних викидів з

деяких основних інгредієнтів-аабр/днювач 1 в (С<і,РЬ,гп,3). Б ролі основного джерела атмосферних викидів розглядався об’єкт, який включає Дзержинську фабрику по збагачуванню вугілля (ЦЗФ) .вугільну шахту, відвали відходів вуглезбагачування і шахтної породи. Мінімальна кількість матеріалів від цього об'єкту,які викидаються в атмосферу, складають 2497 тонн/рік. За основу для вивчення рівня забруднення грунту були взяті методичні розробки (Важенин, 1980; Вирченко,Вертинская, Махонько,1982: Дончева,Казаков.Калуцков, 1982;Ваденин,Лучина,1983).Дослідженнями була охоплена ділянка площею 80 кв. км в секторі захід»південно-захід,південь від умовного центру-ЦЗФ. Об'єднані грунтові зразки складались із 20. які відбирались в 0-20 см шарі грунту, з площі в 1 га, через 1 км на відстані до 10 км від ЦЗФ. Відбір грунтових зразків здійснювався в Виресні-листопаді 1986 року. Досліджуваний сектор розглядався не тільки з позиці і забруднення на локальному рівні, але 1 з позиції можливого регіонального забруднення грунту,так як територія, яка контролюється, знаходиться в зоні впливу промислових міст Донбасу (тільки в 40 км зоні в атмосферу надходить біля 404000 тонн/рік різних речовин). Для оцінки локального рівня забруднення були виділені умовно чисті ділянки грунту за межами 10 км зони впливу викидів досліджуваного об'єкту,в мелах стаціонарних дослідів Донецької дослідної станції.' Додаткові досліджена проводились біля інших джерел атмосферних викидів: Углєгорська ГРЕС;Авдіївський коксохімічний завод;завод Укрцинк (м. Константи-нівка)та ін. З метою знаходження впливу на чорнозем звичайний ма-логумусний валкосуглинистий слабоеродований на лесовидному суглинку (склад гумусу по Тюріну-3,24%;валового азоту-0,29%; валового кал і «з-1,3%) металів-забруднювачів -СЯ, РЬ, 7л, а також вугільного попілу проводились дослідження в межах стаціонера N2 ДДС і прилягаючих грунтових ділянках. В 1937-1988рр.вивчалась дія на грунт попілу з печей ЦЗФ і попілу, зібраного в електрофільтрів Углегорської ГРЕС при дозах внесення- 0.62. 1.0%. 2.0% від ваги О - 20 см шару грунту. Повторення досліду 2 - кратне в просторі 1 в часі.. Культура - кукурудза. Розміри дослідних ділянок - 2м х 5м. В 1989-1990 рр. вивчався вплив на грунт і рослини ячміню сполук металів Cd.PS.Zn. які вносились в 0-20 см шар грунту, в дозах, які перевищували кларковий склад в 3,6,10. Повторення досліду - з. кількість ділянок- 39. Ділянки розмішені за

схемо» латинського прямокутника(Доелехов,1968). Площа ділянки-2x2 метра. При вибиранні доз забруднювачів і способу внесення виходили а методичних рекомендацій по обгрунтуванню ЦЩІ хімічних речовин в грунті (Минадрав СССР.1982). Комплексну дію забруднюючих речова вивчали по пробним майданчикам, в і ддаленним на різну відстань від дяерел забруднення.В процесі вивчення рівня забруднення грунту, а також дослідження впливу техногенних факторів на властивості грунту і сільськогосподарські,культури були використані наступні показники: визначення гранулометричного складу грунту-метод пшіегки; щільності складення грунту циліндром-буром Васильєва; цільність твердої фази грунту ваговим методом; склад пор аерації визначався розрахунковим методом по Качинському;температура грунту визначалась термометрами Саввінова; склад металів визначався атомно - абсорбціонним 1 спектральним методами; рН 1 ОШ потенціометричними методами; швидкість виділення вуглекислого газу а грунту визначали рівними варіантами диффувіонного методу, а об’ємний процент-портативним інтерферометром; склад газів-забруднювачів в повітрі визначали хімічним комплектом ХП-4; ферментативну активність грунту (фермент інвертаза)-по Галстяну; гумус-по Тюрину;склад валової сірки в грунт і-по Айдіняну;М,Р,К в грунті 1 рослинах, а також ьодяні витяжки - загально прийнятими методами; ємність поглинання грунту - по Бабко і Аскіназі в модифікації Альошина; мікробіологічна активність на рівні грунтового профілю вивчалась методом аплікаційних тестів;дослідлення грунтової мікрофауни проводили загал-но прийнятими методами. Одержані ' дані оброблялись межодами математичної статистики на 95% рівні ' довіри (Доспехов, 1968; Плохинский, 1970), а також комп'ютерними програмами по факторному аналізу.

Глава 3. ЗАБРУДНЕННЯ ТТУНГІР МЕТАЛАМ. ЩО НАДХОДЯТЬ З АТМОСФЕРИ ВІД СТАЦІОНАРНИХ АНГРОГОТЕХНОГЕННИХ ДЖЕРЕЛ

Ери віддаленні від умовного центру надходження викидів в атмосферу (Дзерюшська ЦЗФ) спостерігається зменшення складу Ссі, РЬ і гп в грунті. Відносно вбагачений металами грунт в зоні 2 км біля дл^-рела викидів(табл. 1).

Оцінюючи долю металів Cd.Pb.Zn, які мають техногенне походження, виходили із можливої максимальної межі фонового складу металів в грунті (С ■хов,Поддубная,1980;№трухин, Андрианова и др.,

Мэтал

1. Характер забруднення грунту біля дослідженого джерела атмосферних викидів, 0-20 см шар грунту

2 км аона навколо ЦЗФ | 10 км зона навколо ЦЗФ

Склад металу|Доля металу | Серед-в грунті, /антроготехно- |ній ви-мг/кг |генного поход-|валений

Іження.Х 1 1 1 склад 1 металу, 1 мг/кг походження.1 % 1 1

Cd 1,54 1 42,86 1 1.37 35.77 1 17,50

РЬ 22.57 128.29/41.07 119.10 15,97 ! 13Л7

Zn 94,30 1 42,74* 172.34 40.06 1 22,95

Доля металу(Коефіці-ангропотех-|єнт варі-, ногенного |ації,Х ■

Примітка.* Для чорноземів звичайних малогумусних важкосуглинис-гого гранулометричного складу. Для РЬ: числівник при розрахунку по породі (Ібмг/кг), а внаменник по грунту (13,30мг/кг)

1986; Обухов,Лобанова,1987; Головина,Лысенко, Александрова, 1987; Кабата-Гйндиас, ГЬндиас, 1S89; Бурцева,Лапенко н др. ,1991 ). Більш еродовані різниці чорнозема звичайного вміщують менші кількості металів (табл.2).

В результаті ерозійних процесів винесення металів з окремих агроценоз їв складає: з Cd від 3 до 14 г/га; з РЬ від 42 до 141 г/га; з Zn від 159 до 535 г/га за рік. Для Cd і РЬ, в порядках, це погоджується в очікуваним об’ємом .надходження металів в грунт із атмосфери внаслідок сухого осадження. За період 1976- 1989рр. на рівні спектрографічного методу не знайдено накопичення мета-лів-забруднювачів на відстані 12,6 км від найближчого джерела атмосферних викидів. Грунт присадибних ділянок, в межах міста Дзержинська вміщує: Cd-2 мг/кг;РЬ-50 мг/кг; Zn-300 мг/кг; Не- 1,6 мг/кг. При аналізі взаємного складу РЬ по Zn при г -0,70, j> -0,78

і J) -0.99 спостерігається більш інтенсивний ріст складу РЬ в грунті ?j > !у і Ураховуючи це, а також спостерігаючи тенденцію відносного накопичення Cd по Zn при г -0,64 потрібно говорити про процес винесення Zn із агроценоз їв з урожаєм сільськогосподарських культур. Між pH водної суспензії грунту, гідролітичною кислотністю грунту, ємністю поглинання грунтового комплексу,

2.Вміст Cd.Pb.Zn в'-чорноземі звичайному в 10км зоні навколо ЦЗФ

Грунт

О - 2о см шар грунту, мг/кг

Сй

РЬ

7л

Чзриозем звичайний малогумус-ний важкосуглинистого грану. лометричного складу Слабоеродована різниця Середньоеродована різниця Дужеероловані чорноземи на середніх глинах складом гумусу і вмістом металів

80К.

І І

1, Б2±0,16120.6б±1.69190,08±2б, БО 1,42±0.13|18,37і1,45 |73,72і 4,65 1,41 ±0, ЗО |17,42 ±2,96170,0Є±2б. 62 І ' І

0.90 І І 47.00

спостерігається середній зв’я-

Глада 4. ВПЛИВ НА ГРУНТ ГАЗОПОДІБНИХ КОМПОНЕНТІВ ВИКИДІВ В АТМОСФЕРУ ВІД ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИ6ЮТ При віддаленні від умовного центру викидів - Дверлинської ЦЗФ pH- водяної суспензії грунту в шарі 0-20 см змінюється нелінійно ї} -0.63 прир -0.99 і ^ , і записується рівнянням

2

У - 8.665 — 9,863/Х + 9.119/Х

де У - рН водної суспензі" грунту

X - відстала від джерела викидів,км Мінімальні значення рН 6.29-5,78 спостерігаються на відстані 2-3 км Від джерела викидів, а найбільші 7,90-0,21 на відстані 1 км від ЕЗФ. Нелінійний характер вмінення рН пояснюється лужними властивостями пог'лу, як % надходить в грунт 8 атмосфери (рН - водяної витяжки попілу змінюється від 7.55 до 10,52). При віддаленні від джерела викидів вміст валової сірки . в чорноземі звичг "іному зменшується з 95,50 мг/ІООг до 60,00 мг/ІООг грунту на відстані 11,6 км від ЦЗФ. З 1972 по 1989 рік вміст валової сірки в чорноземі звичайному ( 10 км вона дослідження у ЦЗФ) в С - 20 см парі збільшився на 12 мг/ІООг грунту. В 1978-1989рр. середньорічне надходження сірки в грунт, за межами 10 км зони біля ЦЗФ склало не менш. 103,5 кг/га. Основний шлях надходження сполук

сірки в грунт, сухе осадмення ДІОКСИДІВ і сульфатів. Весною, при випаровуванні грунтового розчину це проявляється в аміні відношення окремих іонів (в мг-екв) в водяних витяжках із 0-4 т шару грунту. Відношення /НСС>з збільшується до 11,64; Са1,/30^

вменшується до 0,41 - 0,58; Са^/НСО^ збільшується до 3,09-4,74. Збільшується вміст Са1* до 4, БО- 7,41мг-екв/100г грунту, а Мв1+ до 1,21-2,01 мг-екв/ІООг грунту. "Фазове зрушення "що спостерігалось Між максимумом емісії в атмосферу ( січень ) і періодом максимального вмісту БС^'в атмосфері весною має грунтове походження, так як в регионі дослідження в опадах березня відношення Са2>/:>0*’ дорівнює 0,35, тоді як в середньому за рік має зворотний характер - до 1,31. Поверхня грунту виконує функцію резервуара-наиопичувача. в місцях надходження пилу відвалів відходів вуглезбагачення і породи відвалів шахт періодично спостерігається підкислення поверхневій шарів грунту.

Глава 5. АГРОЦЕНОЗИ В УМОВАХ ЗАБРУДНЕННЯ

Ягапр на підволистих грунтах вугільний попіл розглядається як замінювач вапна і носій біофільних елементів (Таусон и др., 1986). то в чорноземах являється забруднювачем. Фактичне збагачення великих фракцій попілу ЦЗФ по Ссі - 4,66 (3,10мг/кг); по РЬ - 2,49 (33,ООмг/кг); по 2х\ - 2,29 ( 95,00мг/кг). При внесенні попілу в грунт, в дсшах 10,6-21 -42 т/га, спостерігається зниження ферментативної активності грунту по інвертазі, в шарі грунту 10-20 ' 20-30 см, за правилом "доза-ефект". Так при внесенні еквівалентної дози попілу 10,5 т/га ферментативна активність грунту по інвертазі зменшилась на 38,72. Доказової зміни цєлюлоболі-тичної активності грунту не знайдено. Спостерігається тенденція незначного зниження швидкості виділення вуглекислого газу 8 грунту при збільшенні дози попілу 1 важення урожаю аеленої маси кукурудзи - 208 ц/га,192ц/га,204ц/га при контрольній урожайності 217ц/га в 1988 році. При внесенні в 0 - 20 ом пар грунту сполук в дозах по металам в я-6-10 разів перевищуючим кларковий вміст спостерігаться неоднозначні зміни урожайності ячміню 1 середньої висоти стеблини. На ділянках досліду в 1989 році між вмістом РЬ в зерні і продуктивністю вуглекислого газу грунтом спостерігався негативний зв’язок г —0,74, для гп г —0,77. При комплексній дії забруднюючих факторів біля відвалів відходів

вуглезбагачення ( попіл,технологічний лил,гази ) спостерігається пригнічення інвертазиоі активності грунту. Целтозолітична активність грунту має контрастний характер обумовлений діяльністю об-лігатних хемолітотрофнкх бактерій рода ПоЬасШиБ окислюючих сполуки сірки, які надходять з забрудненої атмосфери. Біля відвалів спостерігається збільшення виділення вуглекислого газу грунтом, зменшується кількість орібатидних кліщів і зменшується видова різноманітніс-ь. Зміна кількості беэхребетних в 0 - 20 см шарі грузту зв’язано в вміною інших грунтових показників.На фоні спостерігаємо! тенденції вростання урожайне ті зернових, біля джерел викидій, зменшується висота стеблини, щр вказує на досягнення рослинами меж адаптивної норми реакції на зовнішній вплив. Це проявляється в погіршенні якості одержаного врожаю. Так виісг СсІ в зерні пшениці і ячміню біля Авдіївського коксохімічного заводу1 збільшується до 0,2 мг/кг, а РЬ до 1,0-1,Б мг/кг.

Глава 6.ОКИСЮ-ВІДНОВНИЙ ПОТЕНЦІАЛ (ОБП) В ЯКОСТІ КРИТЕРІЮ ' АГРОЕКОЛОГІЧЮІ ОЦІНКИ СТАНУ ГРУШУ

Цри розгляді в якості диференціючого антропогенного фактора рівних засобів обробки грунте виявляється існування, на протязі вегетації культур, двох основних потенціалутвориочих періодів. Перший період - колі є доступна волога в верхньому шарі грунту. В цей період на ОВП впливає кількість і характер розподілу органічних залишків в грунтовому прошарку, а також інтенсивність мікробіологічних процесів. При пересиханні орного шару до ВЗ основним потенціалутворвючим фактором стає щільність складення грунту. Між ОВП (вимірюваного черев З-б хвилин після занурення платинового електрода в грунт) і названими потенціалутво-риочими факторами спостерігається сильний зворотний вв’язок. Так залежність ОВП для шару грунту 20-30 см від щільності складення грунту пару 0-10 см визначається коефіцієнтом кореляції г —0.81

і коефіцієнтом детермінації сіуХ’ —0.66.Проте в промислових зонах з’являється новий,.потенціалутворюючий фактор - забруднюючі речовини. При оцінці вимірювань ОШ грунту біля відвалів відходів вуглезбагачення ( віддалення 60 м ) і на відстані 1700-2000 м ва період досліджень 1987-1990рр. виявляється, що на глибині вимірювання 5 і 15 см ОВП грунту біля відвалів був вище, в середньому на 94 і 96 мв відповідно, при наявній тенденції вменьшення

рівниці між рі8новідцаленніши пробними майданчиками в збільшенням глибини вимірювання. Біля джерел надходження атмосферних техногенних викидів верхні шари грунту чорнозему звичайного мають окислювальні (500-600 мв) 1 інтенсивно-окислювальні (>600) властивості. Зростання ОВП спостерігається при надходженні забруднювачів як кислого так 1 лужного характеру, що дозволяє використовувати його в якості діагностичної ознаки наявності забруднення. Ця диференціація має виражений характер лише в періоди сприятливі для прояви біологічної активності грунту. В ході вивчення окисно-відновних процесів грунту було виявлено явище диференціації значень ОВП вимірюваного стаціонарно розмішеними в грунті платиновими електродами різних типів. Було встановлено, пр платинові електроди типу ЕПВ-1, ЕПЛ-02 та інші з площею контакта платини - 1,6 мм і менше піл через добу після занурення в грунт» удавлюванням, показують значення ОВП в середині агрегату грунту. Дротяні ( гольчаті ) платинові електроди довжиною 5-7 мм і загальною площею робочо! поверхні 8 мм і більше, а також платинировані електроди ЕПКЛ-03 показують значення ОВП між агрегатами грунту. Причиною спостерігає них явищ зменшення дрейфу значень ОВП і його зникнення при вимірюванні в терміновому режимі спостереження може служити, як рівність 0В- шов в середині і поза грунтовим агрегатом,так і зникнення контрольованих грунтовим середовищем деполярізуючих речовин, пр сприяють вирівнюванню 0В- умов грунту. ОВП реєстрований стаціонарно розміщеними платиновими дротяними електродами мало залежить від інших досліджених показників. При інкубації в термостаті зразків грунту відібраного на різній відстані від джерела викидів 'айменші коефіцієнти варіації ОВП, за період спостереження, характерні для забруднюваного чорнозему при вимірюванні цим типом платинових електродів. Це вказує на те, пр поверх я агрегатів грунту в першу чергу попадає під дію речовин-забруднювач1в.

' ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Максимальна зона забруднення грунту металами Ссі, РЬ, фіксується в межах зони локального рівня вабруднення, при віддаленні на відстань до 2 км від джерела атмосферних викидів. При цьому грунти міст забруднені до небезпечних рівнів.

2. Ділянки грунту,які мають високе розміщення більш абагаче-

ні металами СИ.РЬ.Їп. '

3. Більш еродовані рівниці .чорнозему звичайного вміщують менші кількості вказаних металів, що свідчить про важливу роль ерозійних процесів в винесенні забруднюючих речовин.

4.3а період з 1976 по 1989 рік за межами 10 км зони віддалення від місця атмосферних техногенних викидів не виявлено накопичення в грунті мегалів-забруднювачів.

6. Серед окремих речовин сполукам сірки належить головна роль в з Зрудненні чорнозему звичайного, так в контрольований період 1972-1989рр. спостерігалось прогресуюч накопичення сірки грунтом при переважно прямому поглинанні і І сполук.

6. В центральному промисловому районі Донецької області при віддаленні від основних джерел атмосферних викидів на відстань більш 10 км, в 1978'1989рр. середньорічне надходження сполук слрки до грунту складало не менше 103,5 кг/га на рік.

7. Поверхові шари чорнозему звичайного змінюються під дією кислих вміщуючих сірку сполук, що спостерігається ПО ЗМІНІ співвідношень іонів Са**.30^',НОТз і між собою в водяних витяжках з 0-4 мм шару грунту в весняний період.

8. Весняні максимуми вмісту сульфатів в атмосфері мають грунтово-техногенне походження, щз вказує на значення грунту в якості резервуара-стовида забруднюючих речовин. .

9. В міру віддалення від місця надходження техногенних викидів в атмосферу спостерігається криволінійний характер зміни рН водяної суспензії грунту, зумовленої сполученням об’ємів надход-жуючих забруднюючих речовин кислого і лужного характеру.

10.Біля відвалів відходів вуглезбагачення на відстані до

2 км спостерігається підкислення грунту ,яке має мікробіологічну природу (окислення сполук сірки пилу відвалів ).

11. Разове внесення окремих інгред ієнтів-8абруднювачів (попіл, сполуки СсІ.РЬ,гп) і постійна дія забруднюючих факторів в Бонах які прилягають’ до промислових підприємств проявляється в зменшенні біохімічної,біологічної активності грунту і зміні показників урожайності. Найбільший вплив зазнають грунти на відстані 1-2 км від джерела викидів.

12. Швидкість виділення вуглекислого гаву чорноземом звичайним, в умовах техногенного забрудненя, не слід розглядати як показник який характеризує біологічну активність грунту.

13. В періоди сприятливі для розвитку біологічних процесів

в грунті біля джерел надходження техногенних атмосферних викидів спостерігаються більш високі значення ОВП. „

14. Зростання значень ОВП грунту 8 умовлено надходженням забруднюючих речовин як кислого так 1 лужного характеру.

15. Стаціонарно роаміпзні в грунті платинові електроди типу ЕПВ-1.ЕПЛ-02 та інші аналогічної конструкції показують значення ОВП в середині грунтового агрегату, а дротяні (гольчаті) платинові електроди, платинировані скляні електроди, та вимірювальні електроди типу ЕГПиЬОЗ укааугеь на ОВП поверхні агрегатів грунту.

16.Крім відомої гетерогенності окисно - відновного сталу грунту на рівні грунтового горизонту, грунтового профілю і грунтового типу слід виділити гетерогенність окисно-відновного стану на рівні грунтового агрегату.

17. Наявність дрейфа значень ОВП, при терміновому режимі вимірювання свідчить про активне протікання електрохімічних процесів в грунті, в період реєстрації потенціалу.

ПРАКТИЧНІ РЕКОШЩАЦІЇ

1. На садово-городних ділянках в межах кордону промислових

міст необхідно виключити вирощування городних “удьтур 3 цетоц обмеження споживання з їжею забруднюючих речовин. •

2. На відстані до 2 км від іипового диерела атмосферних техногенних викидів (об’єм з* 2500 т/рік) не треба вирощувати сільськогосподарські культури чутливі до промислових забруднень 1 схильні до поглинання метал1в-забруднювачів з грунту.

. . 3. Вимірювання ОШ чорнозему звичайного б 1 я джерел техно-

генних викидів на глибині 1020 см, в періоди сприятливі для розвитку біологічних процесів пропонується використовувати в якості діагностичної ознаки, яка свідчать про порушення нативного стану грунту під дією забруднюючих речовин.Метод засновується на порівняльній оцінці значень ОВП грунту на різній відстані від джерела надходження забруднюючих речовин. Більш високі значення ОШ свідча"”і про негативні явища,які відбуваються в грунті в зв’ явку з надходженням забруднюючих речовин.

4. Стаціонарно розміщені в грунті платинові електроди гину ЕПВ-1.ЕПЛ-02 та інші аналогічної конструкції, а також дротяні (гольчаті) платинові електроди пропонується використовувати для

даференщйованого вивчення характеру проикання окисно - в1дно-ииих реакщй на р1вн1 грунтового агрегату.

ПРАЩ 01МШК0ВАН1 3 ЦАТЕР1АЛ1В ДИСЕРТАЦП

1. Булыгин С. Н. .Байрак Н В. Изменение биологических показателей почвы при разных способах обработки. - В кн.: Вклад молодых

учёных Украины в интенсификация сельскохозяйственного производства: Теа. докл. г-й республик, научно-производственной конф. молодых учёных и специалистов. С Харьков,сент. 1986г. ]. Харьков: .1936, с. 138

2. Сулейманова О. Г. .Булыгин С.П. .Байрак ЕЕ К воросу о био-

логической активности черноземов обыкновенных Донбасса при рваных способах обработки. - Агрохимия и почвоведение., 1986, вып. 49,

с. 47-60

Г'

3. Булыгин С. Ю. .Байрак Е В. Особенности динамики ОЕП чернозёма обыкновенного слабоэродированного при различной обработке. -Почвоведение, 1987, N12,0.34-38

4. Байрак Е Е Техногенное загрязнение почв Донбасса кадмием. -В кн.: Тезисы докладов VI11 Всесоюзного съезда почвоведов. Книга

2, С Новосибирск, 14-18авгусг. 1989г. ]. Новосибирск:, 1989. о. 161

Б. Байрак Н. В.. Булыгин С.К1 .Комарова Т. Д. Динамика и уровень окислительно-восстановительного потенциала почвы как индикатор техногенного загрязнения почвы. -Тез. докл. научно - практ. конф. "Экологические проблемы Донбасса и пути их решения". -До-иецк,1Г190. с. 61-63

6. Власова К, Ы., Байрак К. Е Техногенное загрязнение почв

Донбасса тяжелыми металглл. Тез. докл. научно-практ. конф. "Экологические проблемы Донбасс:, и пути юс решения". -Донецк, 1990. с. 64-:5 .

7. Байрак а В., Власова И. М. Изменение окислительно-восстановительного потенциала лочвы под воздействием техногенного загрязнения. - В кн.: Мелиорация и охрана почв: Тез. докл. 3-его съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ОСРЛ Харьков,10-14оент. 1990г. 3. Харьков: .1990, с. 208

8. Булыгин С. Ю., Байрак Н. а Мзгодьг определения окисдителыю-

восстановительного потенциала в почве. - Почвоведении©, 1991, N3, с. 131-137 '

КРАТ КОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Донецкий каменно-угольный бассейн имеет развитую промышленную структуру, поставляющую в атмосферу только в пределах Донецкой области свыше 3,2 шя.гонн вбросов ежегодно,что составляет около 312 промышленных выбросов всей Украины в цифрах 1889 года.

Высокобуферные свойства черноземов обуславливают необходимость раннего выявления первоначальных, не всегда заметных реакций на стресс.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Дать качественна оценку загрязнению почв Донецкой области техногенными выбросами от стационарных источников и выявить особенности изменения свойств почвенного покрова под действием этих выбросов.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. 1. Изучить основные факторы- загрязнители среда

2. Исследовать состав и свойства почвы при удалении от типичного источника выбросов.

3. Выделить парагетры и режимы почвенного покрова, отражающие техногенные изменения свойсв чернозема обыкновенного в условиях существования процесса техногенного загрязнения почвы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Исследована зависимость изменения почвенных свойств чернозема обыкновенного от наличия процесса поступления техногенных выбросов в условиях Донбасса

Установлено, что среди изучаемых почвенных свойств окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) является чувствительным и оперативным показателем техногенного загрязнения почвы от стационарных промышленных источников.

Обнаружено явление дифференциации значений ОВП почвы в зависимости от типа используемых измерительных платиновых электродов и исследована его природа

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Для наиболее типичных источников атмосферных антропотехногенных выбросов установлены границы зоны потенциально опасного уровня загрязнения почвы.

Измерение ОНП чернозема обыкновенного, у источника техногенных выбросов, на глубине 10-20см, в периоды, благоприятные для развития биологических процессов, предлагается использовать в качестве диагностического признака, свидетельствующего о нарушении нативного состояния почвы под воздействием загрязняющих факторов.

Метод основывается на сравнительной оценке значений ОВП почвы ка разной расстоянии от источника .поступления загрязнений. Более высокие значения ОШ свидетельствуют об отрицательных явлениях протекающих в почве в связи с поступлением загрязняющих веществ.

Стационарно размещенные в почве платиновые электроды, с ограниченной площадью активной поверхности типа ЭП&-1 ЭПЛ-02 и другие аналогичного исполнения, а также игольчатые (проволочные) платиновые электроды "оедлагается использовать для дифференцированного изучения окислительно-восстановительных реакций на уровне почвенного агрегата •

фи удалении от типичного источника поступления атмосферных техногенных выбросов ( Дзержинская ЦОФ, отвалы отходов углеобо-гаврния, отвалы шахтной породы и печные выбросы частного сектора) наблюдается уменьшение содержания Сс1, РЬ и Ъг\ в почве (табл.1).

1. Характер загряанения почвы у обследуемого источника атмосферных выбросов, 0-20 см слой почвы

Не- | "2 км вона у ЦОФ | 10 км зона у ЦОФ

талл|Содержание |Доля металла|Среднее |Доля металла|Коэффици-|металла в |техногенного|взвешенное |техногенного|ент вари-|почве,мг/кг| происхожде-1 со дергание, | происхожде-1 ащш со-| I ния, X |мг/кг почв. |ния, % . Ідерж.. %

СИ | 1,54 | 42.86 | 1,37 | 35,77 | 17,50

РЬ | 22,57 128,29/41,07 | 19,10 | 16,97 1 13,17

гтх | 94,30 | 42,74* | 72,34 | 40,05* | 22,95

Примечание. * Для чернозёмов обыкновенных малогумусных тяжелосуглинистого гранулометрического состава Для свинца: числитель-

при расчёте по почвообразунцэй породе (15 мг/кг), анаменатель-при расчёте по самой почве, исходя из фона (13,30 ііг/кг).

Оценивая долю металлов. СИ, РЬ и Ъп, имеющих антропотехноген-ное происхождение, Исходили -з возможной максимальной границы фонового содержания,, металлов в почве.

Более эродированные разности чернозёма обыкновенного содержат меньшие количества металлов. В результате эрозионных процессов вынос металлов по отдельным агроценозам составляет: по Ссі от

3 до 14 г/га; по РЬ от 42 до 141 г/га; по гп от 159 до 535 г/га в год. За период 1976-1989гг., на уровне разрешения епектрогра-

фического метода, не обнаружено накопления металлов-загрязнителей на расстоянии 12,5 км от ближайшего источника атмосферных выбросов. Почва приусадебных участков в городской черте содержит: СИ-2 мг/кг; РЬ-БО мг/кг; гп-ЗОО мг/кг; Не-1,6 мг/кг. Наблюдаемые вначения указывают на антропотехногенную природу накопления металлов в зоне 2 км у типичного источника выбросов с общим объёмом поступления загрязняющих веществ около 2БОО тонн/год.

При удалении от условного центра выбросов - Дзержинской ЦОФ рН-водной суспензии почвы в слое 0-20 см изменяется нелинейно /; -0,63 при уЗ -0,99 и ^ , и описывается уравнением

2

У - 8,665 — 9,863/Х + 9,119/Х где У - pH водной суспензии почвы

X - расстояние от источника выбросов,км Минимальные значения pH 6,29-5,78 наблюдается на расстоянии 2-3 км от источника выбросов, а наибольшие 7,900,21 на расстоянии 1 км от ЦОФ. Нелинейный характер изменения pH обусловлен палочными свойствами золы поступающей в почву из атмосферы, pH водной вытяжки которой изменяется от 7,65 до 10,62. При удалении от источника выбросов содержание валовой серы в чернозёме обыкновенном уменьшается с 95,50 мгЛООг до 60,00 мг/100г почвы, на расстоянии 11,6 км от ЦОФ. С 1972 по 1989 год содержание валовой серы в чернозёме обыкновенном ( 10 км зоны обследования у ЦОФ) в 0-20 см слое увеличилось на 12 мг/100г почвы. В 19781989гг. среднегодовое поступление серы в почву, за пределами 10 км зоны у ЦОФ составило не менее 103,6 кг/га. Основной путь поступления соединений серы в почву - сухое осуждение диоксида и сульфатов. В весенние месяцы, при испарении почвенного раствора, это проявляется в изменении соотношения (в мг-зкв) отдельных ионов в водных вытяжках из 0-4 мм слоя е ш Отношение БО^'/ЖХ^ увеличивается до 11,64; Саг+/9э£~ уменьшается до 0,41 - 0,68;

Са^/НСОз увеличивается до 3,09-4,74. Увеличивается содержание Са** до 4,60-7,41 мг-экв/100г, а Мг^до 1,21-2,01 мг-экв/100г почв. Наблюдаемый "фааовый сдвиг" между максимумом эмиссии 20г в атмосферу (январь) и периодом максимального содержания 30%' в атмосфере весной имеет почвенное происхождение, так 1сак в репине обследования в осадках марта отношение Са2,/30^'”равно 0,36, тогда гак в среднем за год имеет обратный характер - до 1,31. Поверх-

ностные слои почвы выполняют функцию резервуара-накопителя. При комплексном воздействии загряащщих веществ у отвалов отходов углеобогащения ЦОФ (вола,технологическая пыль и газы) наблюдается угнетение инвергаэной активности почвы. Целлшозолитическая активность почвы имеет контрастный характер, обусловленный деятельностью бактерий рода ТЮЬасШиз, окисляющих соединения серы. Наблюдается увеличенное выделение СОд, из почва Уменьшается численность орибатидных клещзй и сокращается видовое разнообразие.

У источников поступления атмосфэрных техногенных выбросов верхние слои почвы чернозёма обыкновенного тыот окислительные и (Б00-600 мв) и интенсивно окислительные свойства (>600мв ). Рост ОВП наблюдается при гэступлении загрязнителей как кислого, так и вдэлочного характера, что позволяет использовать его в качестве диагнрстического признака наличия загрязнения. Эта дифференциация юйет выраженный характер лишь в периоды, благоприятные для проявления биологической активности почва В ходе изучения окислительно-восстановительных процессов было обнаружено явление дифференциации значений ОВП, измеряемого стационарно размещёнными в почве платиновыми электродами различных типов. Бшга установлено, что платиновые электроды типа ЭПВ-1, ЭШЮ2 и другие с площадью контакта платины 1,6 мм и менее через сутки после введения в почву вдавливанием, показывают значения ОВП внутри агрегата почвы. Проволочные (игольчатые) платиновые электроды длиной 5-7 мм и обшей плопщью рабочей поверхности 8 мм и более, а также платинированные электроды ЭПКЛ-03 показывают значения ОВП между агрегатами почва Причиной наблюдаемых явлений уменьшения дрейфа значений ОЕП и его исчезновения при измерении платиновыми электродами в срочном режиме измерения мояет служить как равенство ОВ-условий внутри и вне почвенного агрегата, так и исчезновение контролируемых почвенной средой деполяризующих веществ, способствующих выравниванию ОВ условий почва ОВП, регистрируемый стационарными платиновыми проволочными электродами, мало зависит от других исследованных показателей. При термостатировании почвенных образцов, отобранных на разном расстоянии от источника выбросов, наименьший диапазон изменения ОВП характерен для загрязняемого чернозема при измерении этим типом платиновых электродов. Эго указывает на то, что поверхность агрегатов почвы в первую очередь подвержена воздействию вагрявннтелей.