Екологiчна оцiнка небезпечностi фтору
Особливостi поведiнки фтору в агроекосистемах вивчалися протягом 2001- 2004 рр. у трьох природно-клiматичних зонах України – Полiсся, Лiсостепу та Степу в умовах природних (перелоги) та агроекосистем (польовi стацiонарнi дослiди) на ґрунтах. Роботи виконувались у межах програми з агроекологiчного монiторингу науково-методичного центру "Агроекологiя", головною органiзацiєю якого є Інститут агроекологiї та бiотехнологiї УААН. Зразки ґрунтiв вiдбирали пошарово через кожнi 20 см до глибини 100 см. Вивчали також вмiст фтору в природних водах, якi вiдбирали паралельно iз зразками ґрунту в мiсцях розташування стацiонарних дослiдiв. Для екотоксикологiчної оцiнки поряд iз фтором проводили визначення у ґрунтах важких металiв (Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Co).
Протягом 1996-2003 рр. дослiджувалися фосфорити родовищ України: Ново-Амвросiєвського – фосфоритовий концентрат (25,0% Р2О5), глауконiтовий продукт (16,0% Р2О5), Пiвденно-Осикiвського – фосфоритовий концентрат (28,0% Р2О5), Осикiвського – фосфоритовий концентрат (19,0% Р2О5), Ратнiвського – фосфоритовий концентрат (19,0 i 28,0% Р2О5), Здолбунiвського – фосфорит (12,6% Р2О5) родовищ та Маневицько-Клеванської фосфоритоносної площi – фосфоритовий концентрат (25,0% Р2О5). В лабораторних умовах проводили вивчення екотоксикологiчних властивостей фосфоритiв, дослiдження динамiки переходу фтору з фосфоритiв у розчин при рiзних кислотно-основних умовах середовища (рН=4; 7; 9).
Протягом 2000-2002 рр. дослiджували поведiнку фтору в системi "грунт-добриво-рослина" при застосуваннi нового виду фосфорного добрива вiтчизняного виробництва агрофоски при вирощуваннi озимої пшеницi в умовах Полiської грунтово-клiматичної зони на дерново-середньопiдзолистому грунтi (дослiдне поле Чернiгiвського iнституту АПВ УААН). Схема польового дослiду передбачала вивчення рекомендованої дози – 60 кг/га за вмiстом Р2О5 i, для врахування можливостi нагромадження полютантiв у ґрунтi, дози 180 кг/га за вмiстом Р2О5. Зразки рослинного матерiалу вiдбирали тричi за вегетацiйний перiод згiдно з фенологiчними фазами розвитку озимої пшеницi. Одночасно вiдбирали ґрунтовi зразки пошарово через 20 см до глибини 100 см.
У лабораторних умовах визначення вмiсту фтору в ґрунтi, рослинах, фосфоритах проводили потенцiометричним методом з попередньою екстракцiєю зразкiв. Для вилучення рухомих (водорозчинних (ВФФ)) форм фтору з ґрунту використовували дистильовану воду, потенцiйно-рухомих (лугорозчинних (ЛФФ) та кислоторозчинних (КФФ)) – екстрагенти 0,1N NaOH та 0,01N HCL, валової (ВФ) – метод сплавлення проби ґрунту з концентрованим NaOH. Фтор з рослин вилучали за допомогою екстрагента 1,0 N НСІО4. Для вирiвнювання iонної сили розчину використовували буфер TISAB (рН=5,0-5,5).
Фоновий вмiст фтору в грунтах рiзних природно-клiматичних зон України. Аналiз результатiв дослiджень показав, що фоновий вмiст валового фтору в рiзних типах ґрунтiв варiює в дуже широкому дiапазонi - вiд 49,5 до 297,5 мг/кг. Найвищi його концентрацiї характернi для ґрунтiв зони Лiсостепу (167,7 - 297,5 мг/кг), кислi дерново-пiдзолистi ґрунти зони Полiсся вiдзначаються невисоким вмiстом F- – на рiвнi 83,7 мг/кг. Ґрунти чорноземного типу характеризуються широким дiапазоном концентрацiй валового фтору (вiд 49,5 до 172,5 мг/кг), що пов'язано з їх генезисом.
накопичення фтору в кислоторозчиннiй формi, вмiст якого досягає 4,64 мг/кг, тодi як у ґрунтах зон Лiсостепу i Степу переважаючим є накопичення лугорозчинної (вiд 1,68 до 12,09 мг/кг) та водорозчинної (вiд 0,53 до 6,97 мг/кг) форм елементу.
Результати проведених дослiджень показали, що мiж вмiстом рухомих форм фтору в ґрунтах i показниками їх фiзико-хiмiчного стану спостерiгаються певнi тенденцiї кореляцiйного зв'язку, а саме: реакцiя ґрунтового розчину впливає на кiлькiсть лугорозчинної (r=0,596) i кислоторозчинної (r=-0,539) форм фтору - iз збiльшенням рiвня рН кiлькiсть кислоторозчинного фтору в грунтах знижується; збiльшення в ґрунтах кiлькостi магнiю, алюмiнiю та залiза може призводити до зменшення кислоторозчинного фтору – вiдмiчена зворотна залежнiсть мiж вмiстом цiєї форми фтору i кiлькiстю магнiю (r=-0,632), кiлькiстю алюмiнiю (r=-0,576) i кiлькiстю залiза (r=-0,740); iз збiльшенням кiлькостi гумусу вмiст кислоторозчинної форми фтору зменшується, а лугорозчинної – зростає.
полiської та лiсостепової зон переважаючим процесом було накопичення рухомих сполук F- у верхнiх шарах (гумусовий i гумусово-елювiальний горизонти). Для ґрунтiв степової зони з нейтральною та лужною реакцiєю ґрунтового розчину була виявлена зворотна тенденцiя – збiльшення рухомих сполук фтору в нижнiх горизонтах. Так, для дерново-пiдзолистих ґрунтiв зони Полiсся характерним був надзвичайно високий вмiст кислоторозчинного фтору в орному (4,64 мг/кг) i пiдорному (3,49 мг/кг) шарах з поступовим зменшенням його вмiсту до глибини 80-100 см. У чорноземi звичайному малогумусному вмiст лугорозчинної форми елементу зменшувався вниз за профiлем ґрунту вiд 12,09 мг/кг (у шарi 0-20 см) до 6,95 мг/кг (у шарi 80-100 см), а водорозчинної – вiд 6,97 до 5,46 мг/кг вiдповiдно. У темно-каштановому залишково-солонцюватому ґрунтi, навпаки, вмiст лугорозчинної форми фтору зростав iз 2,81 у шарi 0-20 см до 11,9 мг/кг у шарi 0-100 см.
Довготривале (бiльше 10 рокiв) застосування мiнеральних добрив на ґрунтах пiвнiчних регiонiв зони Полiсся з кислою реакцiєю ґрунтового розчину i невисоким вмiстом у ґрунтовому комплексi кальцiю, призвело до зменшення кiлькостi валового фтору в орному шарi ґрунтiв, порiвняно з контролем, на 40-70%. Таке явище може бути пов'язане iз збiльшенням рухомостi фтору пiд впливом мiнеральних добрив, в першу чергу калiйних, i, як наслiдок, активiзацiєю двох процесiв: вертикальної мiграцiї фтору вниз за профiлем ґрунту та транслокацiї у сiльськогосподарськi рослини з подальшим вiдчуженням елементу з продукцiєю за межi поля.
На чорноземах глибоких пiвдня Лiсостепу i звичайних зони Степу з реакцiєю середовища близькою до нейтральної, високим насиченням ґрунтового вбирного комплексу кальцiєм i магнiєм, якi здатнi утворювати з фтором малорозчиннi сполуки, внесення мiнеральних добрив, навпаки, сприяло процесам акумуляцiї валового фтору в орному шарi ґрунту, його кiлькiсть збiльшилася на 7-160%, порiвняно з контролем.
Дослiдження впливу мiнеральних добрив на вмiст в орному шарi рухомих сполук фтору показало, що пiд їх впливом вiдбувалося пiдвищення вмiсту водорозчинного фтору в ґрунтах зони Полiсся на 10-38% та зони Степу на 18-96%; лугорозчинного фтору у дерново-середньопiдзолистих ґрунтах зони Полiсся на 35%, у ґрунтах Лiсостепу – чорноземах опiдзоленому слабозмитому i звичайному малогумусному – на 11-16 %, а в темно-сiрому опiдзоленому ґрунтi – на 220 %.
Застосування рiзних доз NPK сприяло пiдвищенню вмiсту кислоторозчинної форми фтору в ґрунтах опiдзоленого типу зони Полiсся i Лiсостепу на 46-142%, одночасно ґрунти зон Лiсостепу й Степу вiдрiзнялися дуже низьким вмiстом цiєї форми фтору. Так, у чорноземах звичайних i темно-каштанових ґрунтах зони Степу його вмiст складав лише 0,19-0,56 мг/кг.
Чорнозем опiдзолений слабо змитий забруднення ґрунтiв. Коефiцiєнт сумарного забруднення (Zn), порiвняно з природним фоном, складав 2,2-24,5 одиниць i зростав з переходом вiд ґрунтiв зони Полiсся (2,4 одиницi) до ґрунтiв зони Степу (9,0-24,2 одиниць).
Процеси, якi вiдбувалися пiд впливом мiнеральних добрив у верхнiх горизонтах ґрунтiв значною мiрою обумовлювали вертикальну мiграцiю рухомих форм фтору. Вiдбулася активiзацiя мiграцiї водорозчинної, лугорозчинної i кислоторозчинної форм фтору за межi орного шару ґрунтiв. В ґрунтах опiдзоленого типу зони Полiсся та Лiсостепу спостерiгалась iнтенсивна мiграцiя кислоторозчинного фтору, для ґрунтiв зони Степу характерною була мiграцiя водорозчинного i, особливо, лугорозчинного фтору.
Вплив зрошення на процеси нагромадження та мiграцiї фтору при застосуваннi мiнеральних добрив. Процеси нагромадження i мiграцiї рухомих форм фтору при зрошеннi було дослiджено на темно-каштановому солонцюватому ґрунтi в стацiонарному дослiдi Інституту землеробства пiвденного регiону УААН. Було встановлено, що пiд впливом зрошення вiдбувалось вилуговування рухомих форм фтору поливними водами з верхнiх шарiв темно-каштанового ґрунту i нагромадження їх переважно в нижнiх горизонтах. Застосування мiнеральних добрив (N90P60K30) призвело до значного нагромадження рухомих i потенцiйно-рухомих форм фтору за генетичними горизонтами ґрунту, а також активiзувало процеси вертикальної мiграцiї елементу.
Оцiнка екотоксикологiчного стану темно-каштанового ґрунту при мiграцiї фтору пiд впливом зрошення i мiнеральних добрив за використанням коефiцiєнту концентрацiї (Кс) показала, що застосування мiнеральних добрив в умовах зрошення призвело до пiдвищення активностi мiграцiї фтору у водорозчиннiй i лугорозчиннiй формi до небезпечного рiвня (Кс=0,6-3,2), а в кислоторозчиннiй – до особливо небезпечного рiвня (Кс=11,0-24,0).
Екотоксикологiчна характеристика фосфорних добрив вiтчизняного виробництва за вмiстом фтору. Екотоксикологiчна оцiнка фосфоритiв родовищ України за вмiстом фтору. При використаннi фосфоритiв як добрив можливе надходження фтору в агроекосистеми з подальшим включенням його в бiогеохiмiчний кругообiг.
На активнiсть переходу фтору з фосфоритiв у ґрунтовий розчин значною мiрою впливають ґрунтовi кислотно-основнi умови. З метою прогнозу цього процесу в агроекосистемах було проведено лабораторний дослiд з вивчення особливостей i динамiки переходу фтору з фосфоритiв у ґрунтовий розчин. В результатi дослiджень було встановлено, що найбiльша кiлькiсть F- вилучалася з фосфоритiв при лужнiй реакцiї середовища – до 379 мг/л, в той час як при нейтральнiй – до 43 мг/л, при кислiй реакцiї середовища – до 33 мг/л фтору (табл. 3).
у ґрунтовий розчин при застосуваннi їх як добрив необхiдно проводити, в першу чергу, на ґрунтах з лужною реакцiєю ґрунтового розчину.
Отриманi результати показали, що найбiльш активним джерелом надходження в грунт фтору можуть виступати фосфоритовi концентрати Ново-Амвросiєвського i Пiвденно-Осикiвського родовищ, поклади яких розташованi у пiвденно-схiдному регiонi країни i можуть забезпечувати фосфорними добривами саме райони розповсюдження ґрунтiв з нейтральною i лужною реакцiєю середовища.
З метою прогнозу екологiчного ризику застосування було проведено розрахунки допустимого вмiсту фтору (g2) у фосфоритах родовищ України. Розрахунки базувалися на даних щодо вмiсту дiючої речовини у фосфоритi (g1), фонового вмiсту фтору в ґрунтi (F), гранично-допустимої концентрацiї (ГДК), стiйкостi ґрунтiв до забруднення фтором (kt) i часу досягнення небезпечної концентрацiї фтору в ґрунтi (Tk):
G2 = (ГДК-F) 30000 kt g1/Tk d
Отриманi результати дозволили розробити наступнi регламенти за вмiстом фтору: при використаннi фосфоритiв як добрив у дозi (d) 90 кг/га (за вмiстом Р2О5) у фосфоритах Здолбунiвського родовища (12,6 % Р2О5) допустима концентрацiя фтор-iону не повинна бути вищою 1,3%, у фосфоритах Осикiвського i Ратнiвського (19,0% Р2О5) – 2,1%, Ново-Амвросiєвського (16,0 % Р2О5) – 1,7 %, Пiвденно-Осикiвського i Ратнiвського (28,0% Р2О5) – 3,0%, а для Ново-Амвросiєвського (25,0% Р2О5) родовища та Маневичсько-Клеванської площi (25% Р2О5) рiвень F- не повинен перевищувати 2,7%.
Вплив нового виду фосфорного добрива агрофоски на поведiнку фтору в системi "добриво-грунт-рослина". Дослiдження нового виду фосфорного добрива агрофоски (АФК) проводилися на дерново-середньопiдзолистих грунтах при вирощуваннi озимої пшеницi в умовах польового дослiду.
Застосування агрофоски у дозах Р60 i Р180 призвело до збiльшення вмiсту валового фтору в орному шарi ґрунту з 65,5 до 84,0-87,0 мг/кг, i, особливо, в пiдорному шарi – з 4,5 до 34,0-149,0 мг/кг. Поряд iз збiльшення валового вмiсту застосування агрофоски сприяло пiдвищенню кислоторозчинного фтору – з 4,31 до 6,54 мг/кг, або на 13-68%, порiвняно з контролем.
Застосування агрофоски Р180 в запас на 3 роки призвело до нагромадження кислоторозчинного фтору в орному шарi ґрунту в перший рiк внесення (вiд 5,59 у фазу кущiння до 11,68 мг/кг у фазу повної стиглостi пшеницi). В наступнi роки встановлено поступове зменшення вмiсту F- в ґрунтi до рiвня 4,48-2,97 мг/кг.
Застосування агрофоски Р180 в значнiй мiрi сприяло вилуговуванню та мiграцiї фтору з гумусового та гумусово-елювiального горизонту. Так, вмiст кислоторозчинного фтору зменшувався з 8,75 мг/кг (шар 0-20 см) до 2,20 мг/кг (шар 60-80 см).
Отриманi данi свiдчать про можливiсть впливу фосфорного добрива агрофоски на мiграцiю рухомих форм фтору за межi кореневмiсних шарiв ґрунту з подальшим надходження його у ґрунтовi води.
Екотоксикологiчна оцiнка за показником перевищення фонового вмiсту фтору в орному шарi ґрунту показала, що застосування АФК у дозi Р60 вiдповiдає IV класу небезпечностi (перевищення <2), у дозi Р180 - III класу небезпечностi (перевищення > 2).
пшеницi. Найбiльша кiлькiсть фтору при застосуваннi АФК Р60 концентрувалася в кореневiй системi пшеницi - 0,47 мг/кг. У надземних вегетативних органах - стеблах та листi пшеницi мiстилося 0,29 мг/кг фтору, в зернi - 0,17 мг/кг (у контрольному варiантi вмiст F- становив вiдповiдно 0,31, 0,28, 0,13 мг/кг).
було зроблено наступнi висновки:
зони Лiсостепу – 166,7-297,5 мг/кг, менше його в ґрунтах зони Полiсся – 83,7 мг/кг та зони Степу – 49,5-89,5 мг/кг.
2. Вмiст рухомих i потенцiйно-рухомих форм фтору є функцiєю фiзико-хiмiчних властивостей ґрунтiв. Спостерiгається залежнiсть мiж рухомiстю фтору i кислотно-основними властивостями ґрунтiв (r=0,6); вмiстом мулистої фракцiї (r=0,7); кiлькiстю магнiю, алюмiнiю, залiза (r=0,6-0,7). Для пiдзолистих ґрунтiв зони Полiсся характерним є високий вмiст кислоторозчинної форми фтору (4,6 мг/кг), при переходi до зони Лiсостепу i Степу спостерiгається збiльшення водорозчинного фтору (до 7,0 мг/кг) i, особливо, лугорозчинного фтору (з 1,7 до 12,1 мг/кг).
3. Генетичнi особливостi формування ґрунтiв обумовлюють розподiл рухомих форм фтору за їх профiлем. Для бiльшостi ґрунтiв зони Полiсся i Лiсостепу характерним є зменшення водорозчинної, кислоторозчинної та лугорозчинної форм фтору вiд гумусово-елювiальних горизонтiв до материнської породи (в 1,1-6,6 раз); для ґрунтiв зони Степу вiдмiчена зворотна залежнiсть – з переходом до материнської породи вмiст рухомого фтору збiльшується у 1,6-7,6 раз.
4. Тривале застосування мiнеральних добрив (NPK) на ґрунтах пiдзолистого типу з кислою реакцiєю середовища призводить до зменшення вмiсту валового фтору в орному шарi на 44-70%. При застосуваннi мiнеральних добрив на ґрунтах з нейтральною та лужною реакцiєю середовища спостерiгається його нагромадження в орному шарi ґрунту (чорноземах звичайних ґрунтах його кiлькiсть збiльшилась на 103-156%).
5. Пiд впливом тривалого застосування мiнеральних добрив на ґрунтах пiдзолистого типу вiдбувається пiдвищення вмiсту кислоторозчинного фтору (на 0,17-2,17 мг/кг, або на 3-143%) з подальшою активiзацiєю його вертикальної мiграцiї. Коефiцiєнт концентрацiї коливається в межах 0,2-2,8, але в рядi випадкiв пiднiмається до особливо небезпечного рiвня – 27-35 одиниць.
6. Застосування мiнеральних добрив в умовах зрошення на темно-каштанових ґрунтах призводить до активiзацiї процесiв мiграцiї фтору та до його вилуговування з гумусових горизонтiв в нижнi шари ґрунту, що може бути причиною надходження фтору у ґрунтовi води. Встановлено, що вниз за профiлем ґрунту вмiст водорозчинної форми фтору пiдвищується на 99-312%, лугорозчинної – на 20-94%, кислоторозчинної – на 127-230%.
7. Екотоксикологiчна оцiнка фосфоритiв українських родовищ показала, що найбiльша кiлькiсть F- вилучалася при лужнiй реакцiї середовища – до 379 мг/л, при нейтральнiй – до 43 мг/л, при кислiй – до 33 мг/л. Найбiльш активним джерелом фтору можуть виступати фосфоритовi концентрати Ново-Амвросiєвського i Пiвденно-Осикiвського родовищ.
- 1,3 %, Ново-Амвросiєвського - 1,7-2,7%, Осикiвського – 2,1%, Пiвденно-Осикiвського - 3,0%, Ратнiвського – 2,1-3,0%, Маневичсько-Клеванської площi - 2,7%.
9. Екотоксикологiчна оцiнка нового виду фосфорних добрив агрофоски за вмiстом фтору свiдчить, що при його застосуваннi на дерново-середньопiдзолистих ґрунтах значно зростає вмiст валового (на 28-32%) i кислоторозчинного (на 13-68%) фтору. Застосування агрофоски в запас на 3 роки в перший рiк внесення призводить до збiльшення вмiсту кислоторозчинного фтору в орному шарi дерново-пiдзолистого ґрунту з 5,6 до 11,7 мг/кг та до активiзацiї мiграцiї F--iону з гумусово-елювiального горизонту. За показниками мiграцiї агрофоску можна вiднести до III класу небезпечностi, за перевищенням фону - до III-IV класу небезпечностi.
фтору. При застосуваннi агрофоски у кореневiй системi пшеницi було знайдено 0,47 мг/кг фтору, у надземних вегетативних органах – 0,29 мг/кг, у надземних генеративних (зернi) – 0,17 мг/кг.
При впровадженнi у сiльськогосподарське виробництво нових видiв фосфорних добрив необхiдно проводити їх екологiчну експертизу за вмiстом фтору. Регламентацiю вмiсту фтору у фосфорних добривах доцiльно здiйснювати з урахуванням дози внесення добрива, грунтово-клiматичних особливостей зони застосування, фонового вмiсту фтору у ґрунтi, гранично-допустимої концентрацiї, стiйкостi ґрунтiв до забруднення фтором i часу досягнення небезпечної концентрацiї фтору в ґрунтi.
1. Макаренко Н. А., Лiщук А. М., Буожис А. О., Кавецька Т. В. Екотоксикологiчна оцiнка якостi фосфоритiв України // Агрохiмiя i ґрунтознавство. Мiжвiдомчий тематичний науковий збiрник. Спец. випуск до V з'їзду УТГА. – Ч. 2. – Харкiв, 1998.
3. Кавецький В. М., Гець Т. С., Макаренко Н. А., Лiщук А. М. Екотоксикологiчна оцiнка фосфоритiв за вмiстом фтору при їх використаннi на дерново-середньопiдзолистих ґрунтах. - Вiсник аграрної науки Причорномор'я. - Вип. 3, т. 2. – 2001.
4. Лiщук А. М. Вертикальна мiграцiя фтору у рiзних типах грунтiв України при застосуваннi мiнеральних добрив // Вiсник аграрної науки Причорномор'я. Спец. випуск 3 (23). – Ч1. – "Проблеми степового землеробства i рослинництва та їх вирiшення в реформованих сiльськогосподарських пiдприємствах". – Миколаїв, 2003.
6. Kavetsky V. N., Makarenko N. A., Lischyk A. N. Integration classification pollutants to of degree danger // Тез. международной конф. "Рациональное природопользование: системный анализ в экологии" – Севастополь, 1996.
"Засади сталого розвитку аграрної галузi". – Київ, 2002.
8. Лiщук А. М. Вмiст фтору в ґрунтах України // Матерiали науково-практичної конф. молодих вчених "Проблеми сучасного землекористування". – Київ-Чабани, 2002.
9. Лiщук А. М. Вмiст фтору у ґрунтi i рослинах при застосуваннi нового виду добрива агрофоски // Зб. матерiалiв ІІІ мiжвузiвської науково-практичної конференцiї аспiрантiв "Сучасна аграрна наука: напрями дослiджень, стан i перспективи". – Вiнниця, 2003.
10. Лiщук А. М. Агроекологiчний монiторинг за вмiстом фтору у темно-каштановому ґрунтi Херсонської областi при зрошеннi та застосуваннi мiнеральних добрив // Збiрка тез доповiдей IV мiжнародної науково-практичної конф. студентiв, аспiрантiв, молодих вчених "Екологiя. Людина. Суспiльство". – Київ, 2003.
11. Лiщук А. М. Вмiст фтору в рiзних типах ґрунтiв при застосуваннi мiнеральних добрив // Матерiали науково-практичної конф. молодих вчених "Стабiлiзацiя землекористування та сучаснi агротехнологiї". – Київ-Чабани, 2003.
12. Лiщук А. М. Особливостi розподiлу фтору в рiзних типах ґрунтiв України // Матерiали VII мiжнародної науково-практичної конференцiї "Наука i освiта '2004". Том 68. – Днiпропетровськ, 2004.
|
