ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ГРУНТОВОГО ПОКРИВУ ТА СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА ОВОЧЕВОЇ ПРОДУКЦІЇ В МЕЖАХ ЛІВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ

Краткое содержание

Ступінь вивчення екологічної безпеки ґрунтів та сільськогосподарської рослинної продукції в Україні та за кордоном. Не дивлячись на те, що напрацювань, щодо наявності хімічних елементів в ґрунтах і рослинах досить багато , в такому ракурсі ці об’єкти не розглядалися. Між тим, побіжно питаннями якості харчової продукції, в тому числі і рослинного походження, торкалися ще Гіппократ (460 – 377 рр. до.н.е.), Гален (130 – 200 рр.н.е.), Ібн Сіна (980 – 1037 рр. н.е.) та інші вчені стародавнього світу. Звичайно, що в переважній більшості давні дослідження були пов’язані зі здоров’ям  людини.

До питання вивчення закономірностей накопичення хімічних елементів в ґрунтах і рослинній продукції, яке є фундаментальною основою формування їх екологічної безпеки чи небезпеки долучалися представники багатьох наук, часто далеких від географії.

Переважна більшість дослідників на ранніх етапах вважали, що основним постачальником хімічних елементів є земна кора. У зв’язку  з цим накопичення хімічних елементів порівнювалося з кларками елементів (Кларк Ф., Вернадський В.І., Ферсман А.Е.), виникли коефіцієнти біологічного поглинання (Перельман О.І.), інтенсивність біологічного поглинання (Полинов Б.Б.), біофільність (Перельман О.І.) та багато інших.

Дослідження більш пізніх етапів доводять, що забруднення ґрунтів і рослин здійснюється в основному аеральним шляхом (аеротехногенні потоки, видування з поверхні не задернованих ґрунтів і т.і.).  

Дослідженнями накопичення хімічних елементів в ґрунтах ґрунтознавцями України ознаменувалися 50 – 60 рр. минулого століття. Це роботи виконані під керівництвом академіка Власюка П.А. (Інститут фізіології рослин АН), пізніше - роботи співробітників Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського під керівництвом проф. Крупського М.К., на сучасному етапі - в тому ж інституті дослідження Балюка С.А., Фатеева А.І., Медведєва В.В., Булигіна С.Ю., Пащенко Я.В. та інших.

Значна кількість досліджень присвячена вивченню закономірностей накопичення в системі ґрунт – рослина.

В результаті досліджень виявлено, що рослини не тільки механічно впливають  на повітряну міграцію хімічних елементів, але і самі  постійно викидають в повітря значну їх кількість.

Доведено специфічну забрудненість міських ґрунтів.

Останнє десятиріччя минулого сторіччя ознаменувалося появою фундаментальних робіт українських географів Малишової Л.Л. та Волошина І.М. присвячених ландшафтно-екологічним основам моніторингу.

Дослідження присвячені в прямому розумінні (безпосередньо) екологічній безпеці ґрунтів і городній рослинній продукції відсутні.

Географічні передумови формування екологічної безпеки ґрунтів та рослинної продукції у зв’язку з накопиченням у них важких металів.

Оцінюючи географічні передумови формування екологічної безпеки ґрунтів та рослинної продукції у зв’язку з накопиченням у них важких металів, визначалася роль та вплив основних (головних) факторів та компонентів географічної оболонки на цей процес. Пріоритетними факторами та компонентами, які найбільш суттєво впливають на накопичення важких металів прийняті: літологічний склад гірських порід, рельєф, клімат, гідрологічний режим та антропогенна діяльність людини. Для простоти і зручності, згадані вище фактори та компоненти, розглянуті з позицій відповідних умов та особливостей певних територій, що забезпечують (впливають на) розподіл та перерозподіл важких металів в об’єктах, що досліджуються. У зв’язку з цим вони (компоненти та фактори) згруповані в: геолого-геоморфологічні особливості території, гідро-кліматичні та особливості антропогенної діяльності, що впливає на накопичення хімічних елементів, і перш за все мікроелементів в ґрунтах та продуктах харчування рослинного походження.

Визначено, що з виділеної групи «геолого-геоморфологічних особливостей», або з позиції ландшафтного підходу це звучить як  вплив літогенної основи на розподіл та перерозподіл важких металів у ґрунтах та рослинній продукції найбільш суттєвим є вплив рельєфу. Пояснюється це тим, що корінна порода в межах території, що досліджується, є відносно досить одноманітною (одного генетичного класу і одновікова) і відносно її вплив не є різноманітним. Наявність певних відмінностей у складі та генезисі гірських порід території, що досліджується на розподіл та перерозподіл важких металів суттєво не впливають. На відміну від геологічної складової, рельєф території, що досліджується досить різноманітний і суттєво впливає на розподіл та перерозподіл важких металів в ґрунтах та городній продукції харчування.

Головним фактором, що впливає на накопичення важких металів визначена ступінь горизонтального та вертикального розчленування. Похідними від них є багато інших, що є визначальними у формуванні особливостей накопичення хімічних елементів: інтенсивність водообміну, інтенсивність змиву, розвиток окислювального та відновлювального середовища, поверхневий і ґрунтовий стоки і т.і. Визначено, оскільки фізико-географічні краї в межах природних зон, виділяються за геолого-геоморфологічною будовою поряд з кліматичними особливос-

тями, вони мають суттєвий вплив на розподіл та перерозподіл важких металів в об’єктах, що досліджуються.

В результаті аналізу впливу гідро-кліматичних особливостей на формування екологічної безпеки ґрунтів та рослинної продукції визначено їх пріоритетну роль у цьому процесі. Окрім показників води, що визначають її вплив на поведінку важких металів (лужно-кислотні, окислювально-відновлювальні умови, рН і т.і.) вона переважно розглядається як складова ґрунту та рослинної продукції.

Визначено, що головна географічна передумова впливу на водну міграцію хімічних елементів полягає у  гідрологічних  особливостях місцевості.

Визначено, що рН водної суспензії ґрунту 5,5 забезпечує малу рухомість важких металів і гігієнічну чистоту будь-якої із сільськогосподарських культур.

Колоїдна міграція і сорбція суттєво впливають на розподіл та перерозподіл хімічних елементів.

При формуванні екологічної безпеки об’єктів, що досліджуються суттєве  значення мають первинне та вторинне поля забруднення (Малишева Л.Л., 1998). У формуванні вторинного  поля особливе  значення належить басейново-стоковій структурі.

Зрошення (І клас води) істотного впливу на валовий вміст мікроелементів у шарі 0 – 30 см не має (Балюк С.А. та інші, 2002).

Визначено вплив кліматичного фактору за порами року.

Для повітря характерний процес самоочищення, завдяки йому забруднюються інші компоненти.

Аеральне надходження речовин є основною приходною частиною бюджету хімічних речовин.

Оцінюючи вплив виробничої та невиробничої діяльності на накопичення хімічних елементів в ґрунтах та рослинній продукції визначено:

- ця діяльність стала могутнім геохімічним фактором, що впливає на перерозподіл хімічних елементів на  поверхні Землі і в біосфері;

- ґрунт є геохімічним акумулятором забруднень техногенного надходження, своєрідним бар’єром , який контролює між компонентну і міжсистемну міграцію хімічних елементів та їх сполук;

- існують системи, що затримують забруднювачів, а є системи, що закріплюють та переводять в недоступну для рослин форму, вилучають із міграційних процесів. До перших відносяться орографічні та фітохімічні, до других – педохімічні;

- ділянки ґрунтів, де є поховане будівельне і побутове сміття характеризується підвищеним вмістом металів;

- твердження про існування підвищення вмісту цинку і ніколу на ділянках з похованим шлаком потребує додаткових досліджень;

- ділянки з насипаним привезеним ґрунтом відрізняються тим, що давні поховані гумусові горизонти більш збагачені такими важкими металами, як Ni, Cu, Zn, Pb;

- важкі метали техногенного походження концентруються в приповерхневому  (самому верхньому) шарі. На землях, що оброблюються, надлишкова кількость важких металів характерна для всього орного шару;

- визначене зовнішнє та внутрішнє забруднення рослин. Зовнішнє - накопичення важких металів на листах та стеблах. Внутрішнє – надходження важких металів через кореневу систему. Більш небезпечне є внутрішнє забруднення. Питома  вага зовнішнього забруднення незначна;

- коренева система здатна затримувати в певному діапазоні забруднювачів і забезпечувати чистоту органів запасання асімілятів (продуктів харчування рослинного походження).

В цілому визначено, що фактори та компоненти географічної оболонки контролюють розподіл та перерозподіл хімічних елементів, перш за все важких металів у ґрунтах та продуктах харчування рослинного походження і відповідно впливають на формування їх екологічної безпеки чи небезпеки.

Загальні особливості та закономірності накопичення важких металів у ґрунті та рослинній продукції.

Ґрунт не може бути відірваний від географічних умов його формування. Функціональна залежність генезису та  властивостей ґрунтів від факторів ґрунтоутворення є головним законом ґрунтознавства, який відображує єдність ґрунту і середовища.

В межах території, що досліджується, спостерігається шість основних типів ґрунтів лісостепу, та один тип характерний для північного степу (чорнозем типовий, чорнозем опідзолений, темно-сірий опідзолений, сірий лісовий, ясно-сірий лісовий, лучно-типовочорноземний). Значно менше за площею чорноземно-лучний, лучно-болотний та алювіальний. Зі степових ґрунтів для території досліджень характерний чорнозем звичайний.

Регіональне забруднення, що формує екологічну безпеку, характерне, головним чином для промислових районів і великих населених пунктів. Основними забруднювачами є підприємства, транспорт, комунальні стічні води і т.і. Мікроелементи поступають до рослин з ґрунтів та внаслідок повітряного переносу. До ґрунтів забруднювачі поступають також з добривами, пестицидами та при зрошенні.

Ступінь засвоєння елементів рослинністю залежить від його форми в ґрунті. Більш ефективно засвоюються ті елементи, які знаходяться в розчині, або в адсорбованому стані на поверхні колоїдних частин ґрунту.

Надходження елементів з ґрунту до рослин залежить від загального хімічного складу ґрунту, його реакції окислювально-відновлювального потенціалу, фізичних властивостей ґрунту та біологічної діяльності ґрунтових організмів.

У більшості рослин немає специфічного захисного механізму від важких металів, але у них існує декілька систем контролю за надходженням іонів важких металів. Покривна тканина коренів має значну адсорбуючу здатність. Рухомість металів знижується за рахунок їх обробки продуктами метаболізму рослин. Захисну функцію виконують клітини  поясу Каспарі. Різні види рослин мають різні здатності щодо поглинання елементів з ґрунту.

Якість сільськогосподарської продукції визначається не тільки кількістю і видами добрив, але і технологією їх використання, збалансованістю в добривах макро- і мікроелементів, доступністю їх для кореневої систем рослин.

Приблизно половина (45 – 50 %) валової кількості Zn та  Pb в орному шарі представлено рухомою формою.

Хімічний склад рослин залежить від хімічного складу ґрунту, але не повторює його. Різні види рослин в одних і тих же ландшафтно-геохімічних умовах накопичують різну кількість одного і того ж елементу. Різні органи рослин також накопичують різну кількість тих чи інших елементів. В умовах техногенного впливу на ґрунти найбільша кількість накопичується в корінні, менше в стеблах та листі, і зовсім мало або й зовсім не накопичується в продуктивних органах рослин. Вміст хімічних елементів на різних стадіях розвитку рослин різний. Встановлено тісний зв'язок між внутрішніми процесами обміну речовин рослин та зовнішніми умовами живлення. Найбільш енергійне поглинання мінерального живлення характерне для молодих частин рослин. Характер надходження та накопичення мінеральних речовин рослинами залежить від типу рослинності та тривалості життя. Однолітні рослини характеризуються максимумом надходження елементів. Має значення швидкість переміщення елементів. Cd, Zn, Pb – малорухомі, а Cu надзвичайно рухливий. Pb легко змивається з поверхні листя дощовою водою, а Cu, Zn, Cd значно проникають до листя. Вміст деяких важких металів неоднаковий у плодах різного розміру – у дрібних плодах моркви, буряка, гарбузів міститься більше Pb і менше Cu, Zn, As і т.і.

Основні методи дослідження. При дослідженні використано стандартні лабораторні і польові методи досліджень, обробка та узагальнення хімічних аналізів.

          Характер та особливості формування екологічної безпеки грунтів та рослинної продукції сільськогосподарського виробництва Лівобережного Лсостепу внаслідок накопичення в них важких металів.

В літературі широко використовуються різні терміни (поняття), що мають майже однакове, або близьке значення. Це «важкі метали», «мікроелементи», «розсіяні хімічні елементи», «рідкі хімічні елементи», «мало розповсюджені елементи» і т.і. У різних наукових  школах закріпилася своя термінологія і єдиного підходу до її використання не існує. В даному дослідженні пріоритет надається поняттям «важкі метали» та «мікроелементи» умовно вважаючи їх синонімами.

Термін «геосистема» використовується у розумінні Сочави В.Б. (1978) «Сільськогосподарські антропогенні геосистеми» ототожнюються з «сільського-сподарськими ландшафтами» за Денисиком Г.І. (1998), «міські ландшафти» та «міські геосистеми» за Гуцуляком В.М. (2006), «ландшафтно-урбанізаційні системи», «урбанізовані ландшафти» за Дмитруком О.Ю. (2004) ототожнюються з поняттям «урбогеосистеми». Таке умовне спрощення пов’язане з тим, що дисертант досліджує території, ландшафти, трансформація яких досягла свого максимального рівня, а всі вище згадані поняття саме до них і відносяться. Відповідно до класифікації Денисика Г.І. (1998) автором досліджуються орні ландшафти Лівобережного Лісостепу в порівнянні з аналогічними ландшафтами зони мішаних лісів та степу. За Денисиком Г.І. (2001) всі наші експериментальні екологічні по-

лігони закладені лише в одній природній смузі - «лісополі». Дослідження особливостей накопичення важких металів у ґрунтах та продуктах рослинного походження і відповідно їх екологічної безпеки здійснювалося в межах заплавних геосистем, геосистем першої та другої надзаплавних терас, геосистем плакору (вододілу) та яружно-балкових систем. Для виявлення основних закономірностей розподілу та перерозподілу хімічних елементів, що досліджуються використані акумулятивні ряди. Акумулятивний ряд – це ранжування  хімічних елементів, що досліджуються, за їх максимальними значеннями вмісту у ґрунтах та рослинній продукції. Акумулятивні ряди за нашим визначенням схожі на адсорбційно-акумулятивні ряди  Волошина І.М. (1998). Але, на наш погляд, вони все таки ближчі до поняття «абсорбційно-акумулятивні ряди», так як важко визначити поглинання речовини здійснюється усією масою її тіла, чи лише поверхнею іншої речовини під дією молекулярних сил. Виходячи з цього ми визначаємо їх , через  родове поняття «акумулятивний», без будь-якого видового визначення.

Характер положення важкого металу в акумулятивному ряді надзвичайно складний і різноманітний. Між тим було виявлено, що існують або намітилися певні закономірності, які і визначають головні особливості накопичення важких металів у ґрунтах та городній рослинній продукції і відповідно їх екологічну безпеку. Завдяки проведеному аналізу розподілу хімічних елементів у ґрунтах і рослинній продукції заплав, надзаплавно-терасових, вододільних та яружно-балкових геосистем виявлено наступне.