Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Закономерности изменений основных почвенных процессов под влиянием тяжелых металлов

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности изменений основных почвенных процессов под влиянием тяжелых металлов"

ІНСТИТУТ ҐРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ

м. О.Н.Соколовського У А АН

Закономірності змш основних ґрунтових процесів гад впливом важких металів

03.00.27 - грунтознавство

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

На правах рукопису

Бііндич Тетяна Юріївна

УДК 631. 416. 9

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті ґрунтознавства та агрохімії ім. О.ІіСоколовського

Української академії аграрних наук

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Фатеев Анатолій Іванович, Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського, завідувач лабораторії охорони ґрунтів від техногенного забруднення.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський державний аграрний університет ім. В.В. Докучаева, проректор з навчальної роботи;

доктор біологічних наук, професор Красєха Єрофей Никифорович,

Одеський державний університет, завідувач кафедри географії України.

Провідна установа: Центральний ботанічний сад НАН України, відділ алелопатії, м. Київ.

Захист відбудеться ТМіА. 2000р. о УО00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 при Інституті ґрунтознавства та агрохімії ім. О-Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, Харків, вул. Чайковського, 4, актовий зал.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН, 61024, Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий «2^» ¿5^Л^/е<-С.2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради <У/&€’ґу Павленко О.Ф.

Загальна характеристика рокоти

Актуальність теми. Антропогенне забруднення біосфери є причиною багатьох деградаційних процесів у природних екосистемах. З усіх геофізичішх середовищ особливе місце в біосфері займас ґрунт, який забезпечує її біологічну продуктивність і в той же час зазнає найбільшого антропогеїшого впливу, тому що є однією із ланок циркуляції забруднюючих речовин. Залишаються маловивченими питання впливу важких металів (ВМ) та їх сукупностей на різноманітні ґрунтові процеси і властивості. Актуальність таких досліджень визначається складною екологічною обстановкою, яка склалася у найбільш промислових районах України (Донбас, Кривші Ріг, Запоріжжя), а також в зонах дії великих промислових підприємств внаслідок низького рівня технологій, використовуваних у промисловості. Аналіз наукової літератури показав недостатність, а іноді повну відсутність інформації зі згаданого спектру питань, особливо для ґрунтів, поширених на території України. До того ж, ускладнена система трансформаційних процесів цих елементів у ґрутах, багатокомпонентний склад промислових викидів, де присутні ВМ, пояснює недостатню вивченість особливостей впливу цих забруднювачів на систему грунтових процесів. Отримашія додаткових даних про закономірності трансформації ВМ, оцінка їх міграційної здатності також необхідні для розробки науково визначених гранично-допустимих концентрацій ВМ в грунтах, які були б адекватними реально існуючим умовам, тобто відповідали б ґрунтово-екологічному критерію.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках науково-технічної програми "Родючість ґрунтів", підпрограми 02 "Захист ґрунтів від ерозії і техногенної деградації" та завдання 02.03: "Встановлення допустимих рівнів забруднювачів у ґрунтах і

закономірності їх міграції в системі ґрунт -рослина".

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень був вияв основних закономірностей та особливостей впливу ВМ на основні процеси у ґрунтах різного генезису. Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдашія:

• визначення вмісту рухомих форм ВМ та їх співвідношень в орному шарі різних ґрунтів при багатокомпонентному складі забруднення, а також ступеня взаємного впливу металів-забруднювачів на їх рухомість і на рухомість основних макроелементів у ґрунтах;

• вияв і порівняння особливостей зміни гранулометричного та мікроагрегатного складу різних ґрунтів під впливом ВМ;

• визначення ступеня впливу окремих сполук ВМ на трансформацію основних елементів живлення рослин - азоту, фосфору, калію та на склад увібраних основ ґрунтів різного генезису;

і

• вивчення впливу рівня забруднення на розвиток та якісний склад рослин;

• визначення ефективності застосування вапна та клиноптилоліту як засобу зниження впливу ВМ на досліджувані ґрунти;

• створенім математичних моделей впливу ВМ ira систему показників ґрунту.

Наукова повита одержаних результаті«.

• доведено вплив окремих сполук ВМ та їх сукупностей на найважливіші процеси у дерново-підзолистому та темно-сірому опідзоленому ґрунтах, а також у чорноземах опідзоленолїу та типовому: витискання кальцію, магнію та заліза з ҐПК у ґрунтовий розчин, або створення важкорозчинних сполук цих елементів призводить до псвшіх змін процесів структуротворешш в ґрунтах та їх структурного стан)' (ефект агрегації або диспергації); відбувається значна зміна трансформації елементів живлення рослин - азоту та фосфору;

• застосування системи відносних показників забруднення та показників рухомості ВМ дозволило встановиш особливості змін в міграції та трансформації цих слемеїггів для досліджуваних ґрунтів при багатокомпонентному складі забруднення, а також порівняти міграційну здатність окремих полютантів;

• застосування вапна та клиноптилоліту є ефективним заходом зменшення негативного впливу ВМ на окремі ґрунтові показники та процеси;

• доведено доцільність використання методу «скринінгу» як системи якісного аналізу одержаних даних для порівняння й оцінки основних напрямків зміни комплексу ґрунтових показників під впливом ВМ та запропоновано метод оцінки стійкості комплексу ґрунтових показників до поліелементного забруднення;

є встановлено орієнтовно допустимі рівні вмісту' окремих ВМ у темно-сірому опідзоленому ґрунті, а також у чорноземах опідзоленому та типовому в умовах високого агрохімічного фону.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дозволяють прогнозувати основні напрямки деградаційішх процесів у дерново-підзолистому та темно-сірому опідзоленому ґрунтах, а також у чорноземах опідзоленому та тиловому в залежності від складу забруднення ВМ. Завдяки данім про взаємний вилив полюгантів на міграційні здатності кожного з них можна більш обґрунтовано розробляти систему нормування вмісту цих елементів у ґрунтах.

Враховуючи встановлені закономірності, можна прогнозувати можливі зміни азотного та фосфатного режимів ґрунтів під впливом як окремих сполук ВМ, так і їх сукупностей. Ці закономірності підтверджують ефективність застосування вапна та клиноптилоліту для зниження негативного впливу сполук ВМ на найважливіші трансформаційні процеси в ґрунтах і ira їх показники.

Метод «скринінгу» доцільно використовувати в системі ґрунтово-екологічного моніторингу для оцінки та порівняння стану ґрунтових систем та їх стійкості при різних рівнях техногенних навантажень.

Встановлено найбільш характерні зміни окремих параметрів ґрунтів під впливом багатокомпонентного забруднення ВМ, іцо дозволяє рекомендувати ці параметри як тестові для застосування в системі ґрунтово-екологічного моніторингу: фактор дисперсності за Качішським, коефіцієнт дезагрегації, коефіцієнт потенційного накопичення полютаїгтів, вміст N03 у ґрунті.

Особистий внесок здобувайсь Дисертантом проведені лабораторні та вегетаційні досліди, агрохімічні аналізи ґрунтових і рослинних зразків, зібрані й оброблені літературні матеріали, проведений математичний аналіз результатів досліджень, узагальнені наукові положення і зроблені висновки, які і викладені в роботі.

Апробація результатів дисертацій Матеріали з теми дисертаційної роботи доповідалися на VI з'їзді ґрунтознавців України (Рівне, 1998), на міжнародних і регіональних науково-методичних конференціях (Moscow, Полтава, Харків, 1997; Харків, 1998; Харків, 1999; Харків, 2000).

Публікацій За матеріалами досліджень опубліковано 15 наукових праць.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, семи розділів, висновків і списку використаної літератури, який містить 245 найменувань (з них 22 - закордонних авторів). Загальний обсяг роботи становить 234 сторінки, з яких основний текст поданий на 130 сторінках тексту комп'ютерного набору, має 19 таблиць і 66 рисунків, а також 30 таблиць додатків.

Основний ЗМІСТ РОБОТИ

Антропогенний вплив як фактор змін грунтових процесів і властивостей. Подано огляд літературних джерел з питань типізації й основних закономірностей антропогенно-техногешшх впливів (в тому числі забруднення ВМ) на груїггові процеси та систему показників ґрунтів. Незважаючи на значну кількість наукових джерел з проблеми взаємовідносин ВМ і різних компонентів ґрунту, ще не сформувався науковий напрямок, в якому ВМ розглядаються як фактор зміни природних властивостей ґрунтів. Це підкреслює актуальність проведених досліджень. Відзначено, що при розгляді ґрунту як природного тіла необхідно негативно оцінювати будь-яку зміну його властивостей як потенціалу довгострокової реалізації грунтотворних факторів. При ґрунтово-екологічних дослідженях слід використовувати систему лабільних ґрунтових показників, які відрізняються високою чутливістю до змін умов навколишнього середовища і в найбільшій мірі забезпечують інформативність експертішх оцінок впливу забруднюючих речовин на систему ґрунтових процесів і властивостей.

Об’єкти та методи досліджень. Лабораторні та вегетаційні імітаційні модельні досліди проводились в 1996-1998 рр. Об'єктами вивчення були орні шари дерново-підзолистого супіщаного (ДІІГ) та темно-сірого оиідзоленого вапнованого (ТС) грунтів, а також чорноземів оиідзоленого (ЧОп) і типового (ЧТ) важкосуглпнкового гранулометричного складу (табл. 1).

Таблиця 1. -

Основні характеристики досліджуваних грунтів

Ґруигг Гумус, % рНксі Са2 обм. мекв/ІООг Рухомі форми поживних речовин, мг/100 г ґрунту Фіз. гли- на, %

N за Р2О5 К20

Тюріним за Чириковим

ДПҐ 0,81 4,2 4,4 1,55 8,13 6,25 15,2

ТС 2,4 5,0 21,5 3,2 5Д 11,8 47,5

ЧОп 2,9 5,2 20,2 3,8 4,8 10,3 45,0

ЧТ 5,7 6,0 35,8 5,5 5,5 11,3 54,9

Лабораторні досліди мали за мету визначення основних напрямків впливу комбінованого складу сполук ВМ на фізико-хімічні властивості грунтів різного генезису, через зміїш трансформаційних процесів та міграції окремих елементів. Ііовітряносухий ґрунт у кількості 0,6 кг насипали в колонки з органічного скла, вносили добрива з розрахунку 540 кг/га діючої речовини N. Р, К (0,18 г на посудину), а також сполуки ВМ - Ссі, Ъ\, РЬ, Сг у вигляді хімічно чистих реактивів, кількості яких у три рази перевищували кларки цих елементів для даних ґрунтів. Схема дослідів: вар. 1-контроль=Ы54оР54оК54о; вар.2=вар.1+ЗСі1; вар.3=вар.2+32п; вар.4=вар.З+ЗРЬ; вар.5=вар.4+ЗСг; вар.6=вар.5+вапно; вар.7=вар.6+клиноптилоліт. Кількість вапна та клиноптилоліту становила 1г. на посудину. Повторність варіантів дослідів була триразовою. Ґрунт промивали дистильованою водою з метою отримання елюатних вод для визначення вмісту Са, М§, нітратної й амонійної форм азоту, К20, Р205, а також ВМ. Промитиґ ґрунт виймали по шарах 0-10; 10-20; 20-30 см (ДІІГ - по шарах 0-10 і 10-20 см). В кожному зразку визначали вміст рухомих Ы, Р2О5, К2О, склад увібрашіл основ, гранулометричний і мікроагрегатшш склад, вміст ВМ у витяжці з ґрунт) 1н. НСІ (за Ршгькісом) та ацетатно-амонійного буферу з pH 4,8 (за Крупським-Александровою).

Вегетаційні досліди проводили з метою з'ясування основній закономірностей та особливостей змін якісного складу рослин прі поліелементному забруднешгі на рвшіх груїггах (ТС, ЧОп, ЧТ). Для дослідії

використовувалися пластмасові посудини місткістю 3,5 кг. Схема дослідів передбачала створення підвищеного агрофону ґрунтів з метою вивчення особливостей надходження важкодоступннх сполук елементів живлення рослин в умовах сукупного забруднення грунтів Zn, Pb і Cd з три- та шестиразовим перевищенням їх вмісту в досліджуваних ґрунтач. Тестовою культурою був овес. Досліди проводилися до досягнення рослиною фази колосіння, після чого відбиралися грунтові та рослинні зразки для визначення в ґрунтах вмісту ВМ, в рослинах - вмісту ВМ і N, Р, К.

Вплив ВМ на зміну грунтових показників оцінювали традиційними методами (Аринушкіна, 1970). Водорозчинний Са визначали в елюатішх водах (трилонометричним методом); суму увібраних основ - за Капеном -Гільковицем; амонійний і нітратний азот - методом дистиляції; Р2С>5 і К20 - за Чириковим; гранулометричний та мікроагрегатшш склад за Качинським; рухому органічну речовину - за Єгоровим; рухомі форми ВМ - па атомно-абсорбційному спектрофотометрі С-115М. Обробка отриманого матеріалу вігконувалась методами математичної статистики, як новий методичний підхід використовувався скринінг.

Особливості ЗМІНИ ОСПОВНІІХ фізико-хімічпих процесів у ґрунтах під впливом сполук ВМ. Впливи хімічішх сполук на ґрунти пов'язані з особливостями їх взаємодії з ґрунтовим колоїдним комплексом, що поряд із ґрунтовим розчином формує і визначає всі процеси у грунтах (мікро-, мезо- та макро-) та їх мінливі показники. В дослідах розглядався вплив ВМ на pH ґрунтових розчинів, склад увібраних катіонов ґрунтів і показники їх структурного стану. В літературних джерелах найчастіше розглядається вплив кислотності на поведінку полютантів у ґрунтах. При розгляді грушу як фізико-хімічної системи логічно припустити наявність зворотнього впливу: поглинання ґрунтовими компонентами ВМ впливає на зміни pH і всього комплексу фізико-хімічних показників ґрунту. Отримані нами дані показали, що pH ґрунтових розчинів в основному має тенденцію до підкислювання в міру заповнення поглинального комплексу іонами ВМ. Наслідком цього стає зміна ступеня рухомості багатьох елементів у системі ґрунт-розчин. Зміни іонообмінних процесів у ґрунтах при забрудненні ВМ позначаються на рухомості Са і Mg. В наших дослідах спільне забруднення ґрунтів Cd, Zn і Pb сприяло збільшенню ступеня вилуговування Са і Mg: підкислення ґрунту та більш висока енергія поглинання ВМ призводять до витиснення Са і Mg із ГТЖ в розчин. Відзначено відмінності в поведінці цих елементів у чорноземішх грунтах при забрудненні: при спільному забруднешіі Zn і Cd чорнозему опідзоленого вилуговуваїпія більш характерне для Са, а чорнозему тішового - для Mg. Внесення Сг у вигляді Сг042' призводить до хімічного осаджешія Са та Mg і створення у всіх ґрунтах важкорозчинних хроматів цих елементів. Статистична обробка даїшх показала

достовірну кореляцію суми увібраних катіонів із вмістом Ссі і РЬ (гі = - 0,80; г2 = - 0,71). На підставі цього зроблено висновок про необхідність моніторингу показників структурного стану грушу, які відображають зміну процесів структуротворення при забрудненні. Якісно оцінити структурний стан грунтів при проведенні порівняльних досліджень дозволило використання інтегральних та відносних показників (табл.2): фактору дисперсності за Качинським (Кд), ступеня агрегатності за Бейвером і Роадесом (Ка), гранулометричного показника структурності за Вадюніною (Рс), модифікації показника дезагрегації за Гоголевим - Позняком (Кд-а). Аналіз цих показників дозволив розташувати досліджувані ґрунти в ряд за збільшенням ступеня прояву ефекту дезагрегації під впливом сполучень ВМ: ДПГ => ЧОп => ТС => ЧТ.

Зроблено висновок, що внесення сполук ВМ призвело до змін концентрацій іонів у грунтовому розчині, ступеня дифузності подвійного електричного прошарку колоїдних часток грушу, що в одних вигадках викликало пептизацію та вимивання колоїдної фракції з ґруїггу, в інших -коагуляцію через адсорбцію та обмін іонів. Механізм деструктивного впливу ВМ на структурний стан ґрунтів варто зв'язувати також з їх генетичними особливостями. Зокрема ефект диспергації в чорноземі типовому та темно-сірому опідзоленому провапнованому ґрунті пов'язаний з декальцінацією ґрунту, а в чорноземі опідзоленому - з впливом Сг на Ре-оргапічні сполуки ґрунту, бо в цьому ґрунті різко збільшувався вміст Ре в елюатних водах відповідного варіанту досліду. Отже надходження Сг призводить, по-перше до руйнації Ре-органічних прошарків в агрегатах ґрунту та вилуговування базоїдної частини колоїдного комплексу, по-друге - до зменшення вмісту Рс в обмінному комплексі, внаслідок створення в грунті важкорозчинного хромату заліза. Прояв цих процесів у чорноземі опідзоленому пояснюється генетично обумовленою слабокислою та нейтральною реакцією ґрунту, при якому гідроокисли Рс утворюють менш міцний контакт з однойменно зарядженими глинястими мінералами. Ця закономірність підтверджується даними мікропольового досліду, проведеного лабораторією охорони грунтів від техногенного забруднення ІГА на п'ятий рік після забруднення ВМ чорнозему опідзоленого в умовах їіриродного зволоження.

Вплив полікомионентного складу забруднення на трансформацію ВМ у грунтах. Склад забруднення істотно впливає на рухомість ВМ у грунтах.Цс пояснюється, по-перше катіонообміними процесами, в яких селективність обміну часто відіграє більш важливу роль, ніж СКО (Пінський, 1993), що варіює при багатокомпонентному складі ВМ; по-друге тим що хімічні властивості ВМ (незановнені сі-нідрівні, розмір іонів і ступінь їх гідратації) визначають особливості їх поведінки в грунтах, в свою чергу залежать від поведінки більшості катіонов макроелементів та обумовлюють можливість

Показннки структурного стану грунтів, забруднених ВМ

Варіанти К д, % К а, % Рс, % Кд-а, %

Де рново-підзолистий ґруїгг

В 1 100,0 0,1 16,3 100

В 2 53,6 10,7 11,5 26,2

ВЗ 40,9 27,4 11,7 30,0

В 4 41,0 17,9 14,0 32,4

В 5 42,4 13,4 10,4 30,5

В6 42,0 16,4 15,9 42,5

В 7 31,81 9,3 18,3 32,0

Темно-сірий оиідзолений

В1 11,1 56,1 178 100,0

В 2 11,4 54,2 181 107,0

ВЗ 10,7 65,2 176 105,0

В 4 11,2 58,9 177 106,0

В 5 10,7 58,4 178 100,0

В6 10,1 56,6 182 97,0

В 7 11,1 53,6 189 106,0

Чорнозем опідзолений

В 1 8,7 59,7 220 100,0

В 2 7,1 52,9 224 85,0

ВЗ 8,4 57,9 217 96,0

В 4 8,5 54,7 201 83,0

В 5 11,4 60,6 201 110,0

В6 4,8 63,9 213 50,8

В 7 1 10,3 52,8 225 107,3

Чорнозем типовий

В1 2,3 67,1 248 100

В 2 8,2 65,0 234 345

ВЗ 7,8 54,5 270 323

В 4 5,7 71,3 235 252

В 5 6,5 62,4 242 267

В6 10,1 50,8 213 227

В 7 23,9 14,6 140 225

існування багатьох механізмів їх взаємодії з компонентами грунтів. До того ж, у міру збільшення у ҐПК частки увібраних ВМ, відбувається підкислення грунтових розчинів, яке контролює адсорбційно-десорбційні механізми в ґрунтах і зміїпос рухомість окремих металів. Отже, показники рухомості ВМ у ґрунтах є результуючою великої кількості трансформаційних процесів, які

мають імовірний характер, а головний результат їх вивчення при багатокомпонентному забрудненні ВМ полягас в одержанні інформації про вибірковість або селективність поглинання ВМ грунтами. Для порівняння варіантів дослідів та оцінки змін поведінки полютаїггів нами запропоновано використовувати такі відносні показники забруднення:

1.коефіцієїгг активного забруднення (За) - відношення кількості легкорухомої форми елемента (ацетатно-амонійний буфер з рН 4,8) до її вмісту в незабрудненому грунті; він характеризує підвищення активності елемента в ґрунті, отже й можливості його надходження до рослин;

2.коефіцієнт загального забруднення (Зо) - відношення вмісту кислоторозчинної форми елемента (1н.НСІ) до її вмісту в незабрудненому' аналозі ґрунту; дає уявлення про запас полютанту у ґрунті;

3.коефіцієнт потенційного накопичення (Нп) - інтегральний показник, який обчислюється як відношешія вмісту кислоторозчинної форми елемента (Ін.НСІ) до легкорухомої форми (ацетатно-амонійний буфер з рІІ 4,8); він дозволяє порівнювати здатність різних ґрунтів зберігати ВМ в малорухомій формі або перетворювати їх у таку форму, а підвищення коефіцієнту характеризує ступінь фіксації елемента ґрунтом. В умовах промивного режиму дослідів порівняння цього показника з вмістом водорозчинних форм елементів свідчить про транзитні можливості ґрунтів щодо елементів забруднення.

Аналіз даних табл.З дозволив зробити такі висновки:

1. Показники забруднення ВМ істотно змінюються при багатокомпонентному складі забруднення у всіх досліджуваних ґрунтах.

2. Поза залежністю від генетичних характеристик ґрунтів міграційні можливості С(і збільшуються в присутності '¿п і РЬ.

3. При забрудненні Сг основним напрямком трансформації РЬ є хімічне осадження, причому вірогідно, що менше значення цього процесу в трансформації елемента характерне для нейтральних і слабокислих ґрунтів.

4. Накопичення Сг у ґрунтах визначається насиченістю їх Са2+, здатним до інтенсивного осадження аніона СгОд2' з ґрунтового розчину, а також надлишковим утриманням РЬ у ґрунтах.

5. Буферні можливості чорноземних ґрунтів щодо ВМ можна вважати обмеженими при комбінованому складі забруднення.

Математичний опис закономірностей зміни показників мікроелементного складу ґрунтів під впливом ВМ включав в себе статистичну обробку експериментальних даних, визначення мінімального набору показників - ознак, які дозволяють вірогідно констатувати зміни компонентів мікроелементного складу ґрунтів і зв'язків між ними, а також математичні залежності, які описують взаємозалежне функціонування багатьох компонентів у ґрунтовій системі. Багатофакторним аналізом було виявлено головні чинники, які

Відносіїі показники забруднення грунтів

№ С<і РЬ Сг

вар. За Зо Нп За Зо Нп За Зо Нп

Дерново - підзолистий ґрунт

В 1 1,0 1,0 3,1 1,0 1,0 4,7 - 1,0 -

В 2 7,2 7,4 3,2 1,2 1,2 4,8 - 1,6 -

ВЗ 14,0 12,7 2,9 1,3 1.2 4,2 - 1,1 -

В 4 14,0 13,3 3,0 8,6 3,5 1,9 - 2,1 -

В 5 13,6 12,3 2,8 3,3 3,7 9,0 - 0,9 -

В6 13,4 12,8 3,0 3,0 6,4 5,2 - 0,2 -

В 7 2,8 9,7 12,7 2,5 3,7 7,0 - 5,0 -

Темно - сірий опідзолений

В 1 1,0 1,0 7,0 1,0 1,0 11,6 - 1,0 -

В 2 9,0 3,9 3,0 1,0 0,8 8,7 - 0,7 -

ВЗ 10,9 3,7 2,4 1,2 0,8 7,5 - 0,9 -

В 4 13,5 3,4 1,8 2,7 1,8 7,6 - 1,1 -

В 5 11,2 3,1 2,0 2,5 1,7 7,8 - 3,9 -

В6 14,2 3,4 1,2 2,6 1,6 7,1 - 4,3 -

В 7 14,7 3,1 1,5 2,5 1,5 7Д - 4,5 -

Чорнозем опідзолений

В 1 1,0 1,0 3,0 1,0 1,0 7,4 1,00 1,0 11,2

В 2 12,1 10,0 2,5 0,7 1,1 10,5 0,6 0,9 16,4

ВЗ п,з 10,0 2,7 0,8 1,0 9,6 0,6 0,8 14,3

В 4 14,5 9,6 2,0 3,7 1,9 3,9 1,0 0,8 9,3

В 5 15,1 9,8 1,9 4Д 2,5 4,4 22,8 3,1 1,5

В6 14,7 9,7 2,0 3,4 2,3 5,0 17,3 4,8 1,2

В 7 15,0 9,4 1,9 3,2 2,3 5,3 15,6 2,6 1,9

Чорнозем типовий

В 1 1,0 1,0 1,2 1,0 1,0 4,6 1.00 1,0 1,6

В 2 0,9 9,4 12,1 1,5 1,1 3,3 0,9 0,9 1,6

ВЗ 6,0 9,0 1,8 1,6 1,0 2,7 1,6 0,8 0,9

В 4 6,5 10,2 1,9 3,6 3,2 4Д 0,8 0,8 1,9

В 5 5,4 9,7 2,2 3,7 3,6 4,4 9,1 17,1 3,1

В 6 5,6 8,5 1,8 4,7 3,7 3,6 10,6 21,1 3,3

В 7 4,8 8,5 2,2 4,0 4,2 4,7 9,5 22,9 4,0

найбільшою мірою визначали характер поведінки мікроелементів грунту: кількість агентів забруднення (Ссіз, ТіПз, Сгз, РЬз), вміст фракції фізичної глини гранулометричного складу ґрунтів (1^), глибина ґрунтового шару (її), кількість внесеного вапна (І), вміст рухомих форм К і Р. Вплив цих чинників не

однаковий. Тому для обробки матеріалу використовувалася повна квадратичн; модель, завдяки якій отримані численні рівняння. їх аналіз підтвердив вказан особливості в трансформації окремих ВМ в різних за генезисом ґрунтах ті дозволив зробити висновок про високу міграційну здатність Сг на відміну в і; Ссі, Ъа та РЬ, а також про надзвичайну залежність поведінки ВМ як від присутності кожного з них, так і від агрохімічного стану ґрунтів.

Особливості впливу сполук ВМ на процеси трансформації рухомій форм основних елементів живлення рослин у ґрунтах. У всіх досліджувати ґрунтах сполуки ВМ сприяли істотним змінам показників вмісту мінеральнох с азоту. Найбільше підвищення вмісту нітратів у ґрунтах спостерігалося прі внесенні Сг, причому для ДПҐ воно було менше виражене, ніж для чорноземнії; ґрунтів. Ці зміни варто пов'язувати з інтенсивністю та співвідношешіяг. процесів мобілізації та іммобілізації N1, при цьому можливим механізмом вплив; ВМ на хід процесів с формування токсичного режиму ґрунтів. Закономірност зміни вмісту Р2О5 при забрудненні пояснюються генетичними особливостям! фунтів. Так, у ДПҐ, який характеризується ненасиченістю рухомими формамі фосфору, кількість водорозчшшого цього елементу залишалася незмінною і різних варіантах досліду, у той час як вміст Р2О5 у груші дещо варіював Збільшення вмісту Р205 у ДПҐ при внесенні Сг можна поясішти, по-перші підлужуючим впливом солі металу, що зменшує активність ІІ2О3 та послаблих адсорбційні зв'язки фосфору в ґрунті та збільшує його розчшпіість в слабкії: кислотах; по-друге частково антагоністичними стосунками Сг і Ре, в результат чого відбувається руйнація Ре-органічних комплексів ґрунту та закономірні мобілізація органічного фосфору. На відміну від ДПҐ, у ТС, а також ; чорноземах послідовне внесення сполук ВМ призвело з одного боку д< утворення в ґрунті важкорозчинних фосфатів ВМ, з другого - до звільниш: фосфору з органічних сполук ґрунту, руйнація яких може бути наслідком яі підкислюючого впливу більшості сполук ВМ, так і особливостями адсорбційно десорбційних взаємодій за участю ВМ на межі «тверда фаза-розчин».

Використання кореляційного та регресійного аналізів дозволило ошісаті залежність поведінки мінеральних сполук N. Р205, К20 від ВМ (табл.4). Аналі рівнянь, наведених в табл.4, дозволяє констатувати значну залежність поведінкі основних агрохімічних показників ґрунтів від ВМ та повністю підтверджу згадані вище закономірності змін вмісту мінерального N та Р205.

Використання ванна та клииоптилоліту як засобу меліорації грунтів забруднених ВМ. У всіх ґрунтах внесення клииоптилоліту на фоні вапнували дозволило знизити до фонових значень вміст водорозчинних форм Ссі та 2п Найбільша ефективність використання клшюпгилоліту для зменшення вміст; рухомих форм РЬ спостерігалась у ДПҐ, Сг - в ЧОп. У чорноземах відбулос: незначне зниження вмісту рухомих форм ВМ у ґрунтах при внесенні

Статистичні показники залежності змін мінеральних сполук ЇЧ, Р2О5 та К20 в грунтах під впливом важких металів

Показники ґрунтів Коеф. кореляції г РІВІМшія регресії Значення критерію Фішера

У X Б факт. Б таб.

ИН4- слюат Са-елюат 04 Г-л о4 1 II и у = 24,71 - 3,54 х Р(1.19) = 20,81 4,4

ИОз- елюат Ссі-ААБ г = - 0,61 у —- 12,29+40,25 х Р(1.19) = 11,24 4,4

Ы- ґрунт Ре-ІІСІ г*^ V© о- і ¡1 * : О І©" ! і •о II >, Р(1.19)= 15,25 4,4

И-ґрунг Сг-ИСІ г = 0,62 у= 1,54 +2,02 х Р(1.26)= 16,35 4,2

Ы-грунт Сг - ААБ г = 0,65 у = 3,32 +5,46 х Р(1.26) = 19,46 4,2

Р - елюат О-гумус г= 0,76 у= 1,35 + 1,27 х Р(1.19) = 25,79 4,4

і’- елюат Mg-cлюaт г = 0,86 у = 0,69 +0,12 х БСІ. 19) = 52,90 4,4

Р- елюат С(1-ААБ г = - 0,60 у = 2,67-0,92 х Р(1.19) = 10,45 4,4

Р- елюат са - неї "І II 1 О у = 3,19-0,55 х 1.19) = 19,82 4,4

Р - ґрунт Бе- неї ■-1 II і О 00 оо у = 201,61 - 0,09 х Р(1.19) = 85,13 4,4

К20- елюат С(1-елюат г = 0,61 у = 0,34 +33,39 х Р(1.19)= 11,35 4,4

К20- ґрунт Бе- НСІ г = - 0,77 у = 197,53 -0,09 х Р(1.26) = 37,04 4,2

меліорантів. Застосування вапна та клиноптшюліту характеризується в цілому значною ефективністю при спільному використанні для поліпшення ґрунтових режимів після впливу ВМ.

Методи комплексної оцінки змін грушових показників при забруднеппі ВМ. Мало знаючи особливості структури і закони функціонування різних ґрунтів, важко реалізувати теоретичну оцінку і вірогідно прогнозувати наслідки впливу хімічних речовин на грунтові системи. Останнім часом у біології, токсикології, фармакології широко використовується метод «скрішішу», суть якого полягає у проведенні масових модельних експериментів типу «вплив» - «відповідь» і одержанні додаткової інформації про особливості «відповідної» реакції системи на вплив токсиканта. Якісний аналіз цієї інформації дозволяє на новому пізнавальному рівні одержувати відомості про структурно-функціональні особливості самої системи.

Враховуючи особливості методу, нами запропоновані та апробовані основні напрямки його прикладного використаїшя в ґрунтознавстві.

При вивченні негативних активностей хімічних речовин (токсичних властивостей) у системах найчастіше тільки скринінг дозволяє визначити граничні значення вмісту' ВМ у ґрунтах, що усуває недоліки існуючих методів визначеній ГДК, які не враховують генетичні особливості грунтів, різну токсичність моно- і поліелементного забруднення ВМ для рослші, ігнорують регіональні особливості фонового вмісту ВМ та агрохімічний стан грунгів. Отже, апробовано експертну оцінку впливу на грунт сполук ВМ у конкретній ситуації, за такими критеріями нормування їх шкідливості, як співвідношення в грунті рухомих форм ВМ та якісний склад рослинницької продукції. Методом такої оцінки є проведешія вегетаційних модельних дослідів на зразках ґрунтів з певним агрохімічним фоном і рівнем забруднешія. Навіть незначне (триразове) перевищення кларків вмісту ВМ у ґрунтах призвело до перевищення нормативу вмісту у рослинах Cd (в більшій мірі для ЧОп), Zn (в більшій мірі для 41), РЬ (в більшій мірі для ЧОп) в умовах високого агрохімічного фону ґрунтів. Шестиразове перевищення кларків значно посилювало цю тенденцію. Отже, доведено неможливість використання високих агрохімічних фонів на ґрунтах з високим природним рівнем вмісту мікроелементів (середньо- чи важкосуглшікових) або з незначним рівнем техногенного забруднення.

Якісний характер інформації, одержаної в процесі скринінгу та використання напівкількісних відносних показників дозволяють визначити другий напрямок використаїшя йього методу - опис комплексного стану ґрунтів і проведешія їх об'єктивного порівняння за різними показниками та тенденціями їх зміни. Застосування скрпнішу цілком відповідає принципу диференційованої діагностики та дозволяє знайти і визначити для кожного тішу груптотвореїшя показники, які зазнають зміни (найбільшої чи найменьшої) при техногенному забрудненні ВМ. Стан досліджуваних ґрунтів при поступовому збільшенні забруднешія зображено графічно - у вигляді спектрограм, логікою яких с векторний засіб відображення якісних змін показників системи (рис.1). На спектрограмах кількість та черговість радіусів відповідають заданому числу показників, тобто фактично є осями ординат. «Початком ординат» вважається точка перетину осі ординат з колом одиничного радіусу (внутрішнє коло на рисунку), яке являє собою дані контрольного (фонового) варіанта. Значення середньостатистичного відхилення показника у випадку змешпешія прояву показника відкладається у напрямку до цеіпра кола, у випадку зростання - від центра. Відкладені координати (0;У) відображають зміни значень показників відносно фону та виражаються в процентах. Воїш послідовно з’єднуються між собою. Збудовані спектрограми показали відмінності в динаміці змін для досліджуваних ґрунтів за параметрами 1,2, 3, 4, 5, 11, а для параметрів 8, 9 динаміку змін можна вважати подібною. В цілому чітко виявилася неврівноваженість ґрунтових показників при поліелементному забрудненні;

В2=Ф+ЗСс1 В3= В2+Згп В4=ВЗ+ЗРЬ В5=В4+ЗСг

З 11 - 4 10 '5 9' '

і 6 7

ЧОП

чт

4 ю -

5 9

Рис.1. Спектрограми зміші ґрунтових показників при забруднеіші :полуками ВМ: ДПҐ -дерново-підзолистий ґрунт; ЧОп - чорнозем опідзолеїшй; ГГ - чорнозем типовий; 1-вміст водорозчшпгого Са; 2 - водорозчинного Mg; 3 -юдорозчинного /.п; 4 - водорозчшшого Ге; 5 - водорозчшпгого Ссі; 6 - вміст N05 в елюаті; 7 - вміст N11/; 8 - вміст Кт03‘; 9 - вміст Р2О5 у ґрунті; 10 - вміст 7е у витяжці із ґрунту Ін.НСІ; 11 - сума фракцій < 0,01 мікроагрегатного складу; 12- сума фракцій < 0,01 гранулометрического складу ґрунтів. Для ДПҐ показник 5 не визначався.

сількість їх птилястих відхилень від фонових значень (тобто оптимальїшх для ;истеми) відбивас ступінь стійкості ґрунтових показіппсів додаїшх ¡абруднювачів. Векторне відображення якісних змін системи відкриває шлях ція широкого застосування формальних методів аналізу годографу вектора дії амічіпіх сполук, які широко використовуються в природознавчих науках.

Скринінгові досліджегаїя дозволили одержати дані для проведення <ількісної оцінки стійкості різних ґрунтів до забруднення ВМ. Синтезоваїшм іідходом до такої оцінки є метод розрахунку цілісних властивостей ґрунтів,

показшші для якого одержані у імітаційних дослідах. ГІри цьому використовувалися розробки теорії управління систем, де пропонується чітко відрізняти термін «стійкість» від інших понять, які відображають залежність системи від умов зовнішнього середовища: стабільність, пружність, сталість та інші (Новосельцев, 1978). Стійкість визначається як відношення змін характеристик системи до величини впливу, який викликав ці зміни. Якщо при аналізі поведінки системи фіксуються тільки зміїш її показшіків, безвідносно до величини впливу, то пропонується використовувати поняття стабільності. Наприклад, при впливі на систему (А V) виникає зміна деякої характеристики об’єкта (Д У), тоді міра стійкості системи Б визначається відношенням: 8=Л\7ЛУ. Отже, міра її стабільності БІ характершується величиною: 81 = 1/ДУ.

Аналіз розрахункових даних стабільності і стійкості досліджених фізико-хімічшіх та агрохімічних показників грунтів показав їх значне варіювання в різних варіантах дослідів, що дозволяє зробити висновок про вплив багатокомпонентного складу забруднювачів на стан ґрунтів і на їх основні цілісні властивості. Наприклад, найнижчі за абсолютними значеннями цілісні властивості продемонстрував ДПГ за сумою увібраних катіонів, до того ж при ускладненні забруднення обидві характеристики мали тенденцію до зниження: значення 81 та Б складали у варіанті з додатковим внесенням 2п відповідно 0,14 та 0,86; РЬ - 0,04 та 0,36; Сг - 0,03 та 0,36. Низькі значення стабільності цього параметра в ТС визначені при спільному внесенні Ссі та Ъа. - 0,19, для стійкості -при внесенні лише Ссі, де Б = 0,86. В ЧОп мінімальне значення стабільності суми увібраних катіонів відповідало варіанту з внесенням РЬ - 0,4, а стійкості -Ссі -1,5. Для ЧТ мінімальні значення обох розрахункових параметрів відзначено у варіанті 3, де 51=0,1, 8=0,6. Максимальну стійкість серед ґрунтів за вмістом рухомого азоту показав ТС, де Б склав 1,6 при додатковому внесенні Сг, в тоіі час як для ЧОп та ЧТ цей показник складав відповідно 0,001 та 0,003. Важливе відзначити вплив ВМ на вміст сполук заліза в грунтах: мінімальні значення стабільності ґрунтів за вмістом кислоторозчинних форм цього елемегш визначені для ЧОп у вар. 5 - 0,02, в той час як для ДПҐ - 0,67, для ТС - 0,16, ліні ЧТ - 0,06. Міра стійкості ґрунтів за цим показником складала відповідаю - 0,24 8,04; 1,92; 0,72. Застосування середнього показшіка стійкості окремі» параметрів ґрунту за варіантами дослідів дозволяє провести порівняльній аналіз між грунтами за ступенем стійкості до забруднення сполуками ВМ Запропонований методичний підхід до кількісної оцінки стійкості ґрунтів з; системою показників є лише першим етапом вивчення стійкості ґрунтів, а не його завершальною стадією. Досягнешіям такої оцінки є одержання інформаці про механізми та регулятори стійкості ґрунтів до зовнішніх впливів, тому ще зрушення окремих показників системи можуть характеризувати механізмі стабілізації її стану, структури та типу функціонувашія.

Висновки

1.Обґрунтовано необхідність застосування системи ґрунтових показників з різноманітною чутливістю до змін умов зовнішнього середовища для визначення особливостей впливу сполук ВМ на окремі процеси в ґрунтах, різних за генезисом.

2.Визначені найбільш характерні риси змін основних фізико-хімічішх і агрохімічішх показників ґрунтів у залежності від компонентного складу забруднення. Загальний підкислюючий вплив сполук Cd, Zn, Pb на ірунговий розчин ДПГ, ТС та ЧОп навіть при незначному рівні забруднення (три кларки), сприяв підвищенню рухомості Са і Mg. Забруднення ґрунтів Сг обумовило хімічне осадження цих елементів у вигляді важкорозчинних хроматів: у ЧОп -це більш характерно для Са, в ЧТ - для Mg, що сприяло зменшенню їх вмісту в обмінному комплексі ґрунтів.

3.Запропоновано й апробовано використагаїя системи інтегральних і відносних показників структурного стану ґрунтів для вияву основних закономірностей впливу сполук ВМ на структуру ґрунтів. Система включає в себе такі показники: дисперсності за Качшіським, структурності за Фагелером, агрегатності за Бейвером і Роадесом, гранулометричний показник структурності за Вадюніною, дезагрегації за Гоголєвим-Позняком. Використання цих показників дозволило виявити загальний агрегуючий ефект усіх досліджуваних сполук ВМ на ДПГ та дезагрегуючий ефект на ТС, ЧОп, ЧТ. Відзначено, що ефект диспергації для ТС та ЧТ варто зв'язувати з декальцінацією ґрунтів сполуками Cd, Zn і Pb, для ЧОп - із впливом Сг на Fe-органічні сполуки, які відіграють важливу роль в утворенні структури даного груїггу.

4.Розроблено й апробовано використання абсолютних і відносних показшіків забруднення ґрунтів для визначення основних напрямків впливу ноліелементного складу забруднювачів на процеси трансформації мікроелементів ґрунтів. Відзначено істотне варіювання показників рухомості ВМ у ґрунтах у залежності від складу забруднювачів, зокрема збільшення ступеня рухомості Cd при забрудненні ґрунтів Zn і РЬ. Встановлено, що при забрудненні ґрунтів Сг основним напрямком трансформації Cd, Zn, Pb с їх хімічне осадження у формі хроматів, в меньшій мірі в нейтральних і слабкокислих ґрунтах у порівнянні з ґрунтами кислого інтервалу рІІ. Буферні здатності чорноземів стосовно ВМ можна вважати обмеженими при комбінованому складі забруднення.

5.Встановлено особливості виливу поліелементного складу забрудшовачів на трансформацію таких елементів живлення рослин, як азот і фосфор. Відзначено, що можливим механізмом цього є вплив ВМ на мікробіологічний стан грунтів, при якому порушується баланс між процесами мобілізації й іммобілізації органічних сполук азоту та фосфору у всіх грунтах. Для фосфору

зниження рухомості варто зв’язувати також з утворенням важкорозчинних фосфатів ВМ - агентів забруднення.

б.Запропоновано спільне використання вапна і клиноптилоліту не тільки як засобів зниження рухомості нолютантів у грушах, але і як захід зменшення негативного впливу ВМ на структурний, азотний і фосфатний стан ґрунтів.

7.3 метою підвищення рівня діагностики екологічного стану ґрунтів при їх техногенному забрудненні запропоновано й апробовано використання методу скргаїінгу. Визначено міру подібності станів досліджуваних ґрунтів при різному складі забруднення, що дозволило провести обгрунтоване порівняння комплексу змін грунтових показників. Доведено використання скринінгу як основного методичного підходу при визначенні граничних значень вмісту ВМ у ґрунтах.

8.Встановлено можливість надходження ВМ у рослини при незначних рівнях забруднення (три, шість, дев'ять кларків) в умовах високих агрохімічних фонів - N540P540K540.

9.3апропоновано метод оцінки стабільності та стійкості системи грунтових показників до забруднення ВМ, які дозволяють частково висновувати про механізми стабілізації стану, структури та тішу функціонування окремих ґрунтів. Ь застосуванням усередненого показника стійкості було проведено порівняльний аналіз між досліджуваних ґрунтів за стійкістю до техногенного забруднення. Встановлено, що за стійкістю складу увібраних основ ґрунту досліджувані об'єкти можна розташувати в ряд: ЧОп > ЧТ > ТС > ДПГ; за стійкістю фракції крупного піску мікроагрегатного складу ґрунтів - ДПГ > ЧОп

> ТС > ЧТ; вмісту мулистої фракції в мікроагрегатному складі груїггів - ТС > ЧОп > ДПГ > ЧТ. Чорнозем типовий показав невисоку стійкість за вмісту в ньому кислоторозчинних форм мікроелементів і найбільшу стійкість за найважливішими агрохімічними показниками: за вмістом К20 в ґрунті - ЧТ > ТС > ЧОп >ДПГ; за вмістом Р205 в ґрунті - ЧТ > ТС > ДПГ > ЧОп.

Список ОІГУВЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА МАТЕРІАЛАМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Биндич Т.ІО. Використання скринінгу для вивчення впливу важких металів на окремі показники ґрунтів// Вісник аграрної науки. - 1999. - №12. - С.76-77.

2. Фатєєв А.І., Мірошниченко М.М., Самохвалова В.Л., Биндич Т.Ю. До питання оцінки рівнів небезпеки забруднення грунтів важкими металами// Вісник аграрної науки. - 1999. - №10. - С.59-62.

3. Биндич Т.Ю. Вплив забруднення ґрунту важкими металами на міграцію окремих елементів// Агрохімія і ґрунтознавство. - 1998. - Вип. 59. - С.36-38.

4. Бындыч Т.Ю. Использовашіе метода "скрининга" ири изучении загрязнения черноземных почв тяжелыми металлами// Агрохімія і грунтознавство. - 1998. -Спец. Вил.-Т.4.- С. 151-155.

5. Бындыч Т.Ю. Метод "скрининга” в почвенно-экологических исследованиях// Вісник ХДАУ. - 1999. - №1. - С.221-225.

6. Фатєєв A.I., Мірошниченко М.М., Биндич Т.Ю. Особливості міграції важких

металів з орного шару зональних грунтів України// Вісник ХДАУ. - 1999. -№2. - С.99-106. .

7. Бшщич Т.Ю., Мурза І.Ф. Міграційні здібності важких металів при поліелемеїггному складі забруднювачів//Агрохімія і ґрунтознавство. - 1998. -Спец. вип. -Т.4. -С.181-185.

8. Биндич Т.Ю., Сухов В.В. Змінювання показників забруднення ґрунтів при поліелемеїггному складі забруднювачів// Вісник Харківського Університету. -1998. - №402. - Сер. Геогр. - С. 192-195.

9. Бындыч ТЛО. Оценка устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами но результатам имитационных модельных опытов// Вісник Харківського Університету. - 2000. - № 456. - С.54-57.

10.Бындыч Т.Ю. Влияние загрязнеїшя тяжелыми металлами на изменение отдельных почветшх показателей// Актуальні проблеми сучасної науки у дослідженнях молодих вчених м.Харкова. -Харків, 1998. - С. 156-159.

11.Биндич Т.Ю. Дослідження впливу важких металів на чорноземні ґрунти України (на прикладі чорнозему опідзоленого)// Екологічні проблеми регіону: суть і шляхи вирішеїшя: Мат-ли. наук.-пракг. конф./ Полтава, 23-25 квіт. 1997 р./ - Полтава, 1997. - С.53-54.

12.Фатеев А.И., Богачева - Самохвалова В.Л., Бындыч Т.Ю. К вопросу влияния техногенеза на плодородие черноземов Украины// Агрохімія і ґрунтознавство. - 1998. - Спец. вип. - Т.З. - С.84-85.

13.Биндич Т.Ю., Самохвалова В.Л. Зміни показників забруднешія ґрунтів при поліелементному складі забруднювачів// Агрохімія і ґрунтознавство. - 1998. -Спец. вип. - Т.З. - С.85-86.

14.Фатеев А.И., Мирошниченко Н.Н., Бындыч Т.Ю. Устойчивость дерновоподзолистых почв Полесья к воздействию тяжелых металлов// Почва - Удобрения - Плодородие: Мат-лы. междунар. конф. - Минск, 1999. - С.209-211.

15.Fateev A., Miroshnichenko N.N., Belonenko G.M., Bindich T.U., Bogacheva V.L. The migration of trace elements and nutrients in technogenic polluted soils// Problems of antropogenic soil formation: International conference / Moscow, June 1621, 1997./-Moscow, 1997. - P. 69-71.

Анотація

Биндич Т.Ю. Закономірності зміни основних ґрунтових процесів під впливом важких металів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.27 - ґрунтознавство. - Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського УААН, Харків, 2000.

Обґрунтовано необхідність застосування системи грунтових показників для визначення закономірностей виливу сполук важких металів на окремі процеси в різних за генезисом ірунтах. Встановлено найбільш характерні зміни основних фізико-хімічних процесів в різних ґрунтах (трансформації та міграції

окремих елементів, процесів структуроутворення), що дозволяє прогнозувати основні напрямки їх деградації в залежності від компонентного складу забруднення. Запропоновано та впроваджено використання методу скринінгу для комплексної обробки даних імітаційних дослідів, оцінки та порівняння стану ґрунтових систем та їх стійкості при різноманітних рівнях техногенних навантажень. Визначено гранично допустимий вміст агентів забруднення у ґрунтах з високим агрохімічним фоном. Встановлено найбільш характерні зміни окремих параметрів ґрунтів під впливом багатокомпонентного забруднення ВМ, що дозволяє рекомендувати їх як тестові для застосування в системі ґрунтово-екологічного моніторингу.

Юпочові слова: техногенне навантаження, полікомпонентний склад забруднення, ґрунтовий процес, важкі метали, імітаційний дослід, деградація, трансформація, міграція, скринінг, стійкість ґрунту, стабільність, ґрунтово-екологічний моніторинг.

Аннотация

Бындыч Т.Ю. Закономерности изменений основных почвешшх процессов под влиянием тяжелых металлов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.27 - почвоведение. - Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского УААН, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена теоретическим и методическим вопросам изучения и сопоставления закономерностей влияния многокомпонентного состава соединений тяжелых металлов на основные почвенные процессы различных почв Украины. Проанализированы существующие представления о влиянии тяжелых металлов на различные компоненты почв. Обосновывается необходимость применения системы показателей почв, различающихся по чувствительности к изменениям условий внешней среды, для проведения экспертных оценок влияния загрязняющих веществ на почвы. Установлены наиболее характерные особенности изменения основных физико-химических и агрохимических показателей изучаемых почв в зависимости от компонентного состава загрязнителей: соединения кадмия, цинка и свинца оказывали общее подкисляющее воздействие на почвенный раствор дерново-подзолистой, темно-серой оподзоленной почв и чернозема оподзолеішого даже при незначительном уровне загрязнения, что способствовало повышению подвижности основных элементов-структурообразователей - кальция и магния; загрязнение почв хромом способствовало химическому осаждению этих элементов в виде труднорастворимых хроматов. Обоснован и проведен анализ системы интегральных и относительных показателей структурного состояния почв для выявления основных закономерностей влияния соединений тяжелых металлов на процессы структурообра-

овання в почвах. Использование этих показателей позволило выявить общий третирующий эффект всех исследуемых соединений тяжелых металлов на дер-юво-подзолистой супесчаной почве и диспергирующее их воздействие на тем-го-серую оподзоленную, черноземы оподзоленный и типичный. Установлено, reo эффект диспергации для темно-серой оподзоленной известкованной почвы и 1ернозема типичного связан с декальцинирующим воздействием соединений садмия, цинка и свинца, в то время как для чернозема оподзоленного - с воздей-ггвием хрома на железо-органические соединения, имеющие важное функцио-шлыюе значение в оструктуривашш дашюй почвы. Обосновано и апробирова-ю использование абсолютных и относительных показателей загрязнения почв 1ля определения влияния полиэлементного состава загрязнения на изменение трансформационных процессов и миграцию тяжелых металлов в почвах. Установлено увеличение подвижности кадмия в присутствии таких элементов загрязнения, как цинк и свинец. Выявлено, что при загрязнении почв хромом основным направлением трансформации кадмия, цинка и свинца является их химическое осаждение в форме хроматов, причем это наименее выражено в нейтральных и слабокислых почвах по сравнению с почвами кислого интервала pH. Буферные способности черноземных почв по отношению к тяжелым металлам можно считать ограниченными при поликомпоненгном составе загрязнения. Установлены особенности влияния комбинированного состава тяжелых металлов на ухудшение основных агрохимических показателей почв - содержание подвижных форм азота и фосфора. Отмечено, что возможным механизмом такого влияния является воздействие тяжелых металлов на микробиологический состав почв, в результате чего нарушается соотношения между процессами мобилизации и иммобилизации органических соединений этих элементов во всех изучаемых почвах. Для фосфора снижение подвижности следует связывать также с образованием труднорастворимых фосфатов тяжелых металлов - агентов загрязнения. Выяснено, что совместное использование извести и клиноптилоли-та не только снижает подвижность тяжелых металлов в почвах, но и способствует уменьшению их негативного влияния на структурное и агрохимическое состояние почв.

Обосновано и апробировано использование метода скршшнга для повышения уровня диагностики экологического состояния почв при их техногенном загрязнении. Установлены меры сходства состояний изучаемых почв при различном уровне техногенных нагрузок, что позволило провести обосновашюе сопоставление комплекса изменений почвенных показателей при загрязнении. Обосновано использование скрининга для определения пороговых значений содержания поллютантов в разных почвах. Установлена вероятность поступления тяжелых металлов в растете при незначительных уровнях загрязнения в условиях высоких агрохимических фонов почв. Предложен метод оценки стабиль-

ности и устойчивости системы почвенных показателей к загрязнению тяжелыми металлами, позволяющий косвешю судить о механизмах стабилизации состояния, структуры и типа функционирования отдельных почв, проведен сравнительный анализ изучаемых почв по устойчивости к техногенному загрязнению. Установлено, что по степени устойчивости состава поглощенных оснований почвы, исследуемые объекты можно расположить в убывающий ряд: ЧОп > ЧТ

> ТС > ДПП; фракции крупного песка микроа1регатного состава почв: ДПП > ЧОп > ТС > ЧТ; содержанию илистой фракции в микроагрегатпом составе почв; ТС > ЧОп > ДПП > ЧТ. Чернозем типичный показал невысокую устойчивость в ряду почв по содержанию в почве кислоторастворимых форм микроэлементов и наибольшую устойчивость по важнейшим агрохимическим показателям.

Ключевые слова: техногенная ншрузка, поликомпонентный состав загрязнения, почвенный процесс, тяжелые металлы, имитационные опыты, деградация, трансформация, миграция, скрининг, устойчивость почвы, стабильность,почвенно-экологический мониторинг.

Annotation

Bindich T.U. Laws of change of the basic soil processes under action of heavy metals. - Manuscript.

The dissertation for obtaining scientific grade of the candidate of biological sciences on a speciality 03.00.27 - soil science. - Institute for Soil Sience and Agrochemistry Research named after A.N. Sokolovsky of Ukrainian Adrari Academy. Kharkov, 2000.

The necessity of application of system of soil parameters for definition of laws of influence of connections of heavy metals on separate soil processes different on soil genesis is proved in the work. The changes of the basic physical-chemical processes in different soils (transformation and migration of separate elements, processes of structure forming agents) are established most typical, that allows to predict the basic direction them degradation depending on component of structure of pollution. In the dissertation it is offered and use is introduced the method of screening for complex data processing imitation of researches, estimation and comparison condition of soil systems and their stability at various levels technogenic of loading. The contents of the agents of pollution in soils with high agrochemical by a background is determined limiting - admitted. The changes of separate soils parameters under influence of multicomponent pollution by heavy metals are established most typical, that allows them to recommend as test for use in system of soil-ecological monitoring.

Key words: technogenic loading, polycomponent structure of pollution, soil process, heavy metals, imitation experience, degradation, transformation, screening, stability of ground, stability, soil-ecological monitoring.