Актуальність теми. Постійно зростаючий негативний вплив діяльності людини нерідко призводить до катастрофічного стану довкілля, що визначається насамперед руйнуванням і навіть розривом сталих взаємозв`язків у живих екосистемах. В ряду першочергових складових охорони природи особливо важливого значення набуває екологічно збалансоване природокористування із систематичним визначенням якості територ чистих і забруднених земель на основі нових високочутливих інструментальних методів.

Відповідно до Конституції України ст. 14 Земля є основним національним багатством, що перебуває під особливою охороною держави. В останні роки спостерігаються суттєві негативні зміни у якісному стані земель, обумовлені посиленням нтенсивності впливу антропогенних та техногенних факторів на земельн ресурси. Незбалансоване навантаження на землі всіх категорій, визначених Земельним кодексом України, досягло рівня, за яким можливі катастрофічн наслідки не тільки для всієї системи природокористування, але і для соціально сфери в цілому. Як свідчать статистичні дані, спостерігається стала тенденція погіршення родючості якісного стану земельного фонду.

Особливе занепокоєння викликає зростання в останні роки процесів техногенного забруднення та порушень водно-хімічних показників якості ґрунтів. Для підтримки рішень по забезпеченню виконання вимог закону України «Про охорону земель» ряду інших законодавчих актів, регулюючих сучасні земельні відносини в Україні, необхідно мати достовірні, точні і своєчасні дані про якісні і топографічн характеристики забруднених та деградованих земель, природу і параметри чинників деградації та забруднення [7, 349].

Моніторинг земель це система спостереження за станом земель з метою своєчасного виявлення змін, х оцінки, відвернення та ліквідації наслідків негативних процесів. У систем моніторингу земель проводиться збирання, оброблення, передавання, збереження та аналіз інформації про стан земель, прогнозування їх змін і розроблення наукового обґрунтувальних рекомендацій для прийняття рішень щодо запобігання негативним змінам стану земель та дотримання вимог екологічної безпеки. Моніторинг земель є складовою частиною державної системи моніторингу довкілля.

Завданням моніторингу земель є періодичний контроль динаміки основних гнунтових процесів у природних умовах і при антропогенних навантаженнях, прогноз еколого-економічних наслідків деградації земельних ділянок з метою запобігання або усунення дії негативних процесів. До завдань монітор гину земель відносяться: довгострокові систематичні спостереження за станом земель, аналіз екологічного стану земель, своєчасне виявлення змін стану земель, оцінка цих змін, прогноз і вироблення рекомендацій про попередження і усунення наслідків негативних процесів, інформаційне забезпечення ведення державного земельного кадастру, землекористування, землеустрою, державного контролю за використанням охороною земель, а також власників земельних дільниць.

Моніторинг земель однією із функцій управління в сфері використання та охорони земель. Його об’єктом є земельний фонд України незалежно від форм власності на землю, цільового призначення та характеру використання. Моніторинг земель складається з систематичних спостережень за станом земель (зйомки, обстеження вишукування), виявлення змін, а також оцінки: стану використання угідь, полів, ділянок, процесів, пов’язаних із мінами родючості грунтів, заростанн сільськогосподарських угідь, забруднення земель токсичними речовинами, стану берегових ліній, річок, морів, озер, водосховищ, гідротехнічних споруд, процесів, пов’язаних з утриманням ярів, сальовими потоками, землетрусами та ншими явищами, стану земель населених пунктів, територій, зайнятих нафтогазовими об’єктами, очисними спорудами, а також іншими промисловими об’єктами.

Моніторингу земель поблизу хімічного підприємства «Рівнеазот», як потенційного забруднювача прилеглих ґрунтів присвячене дане дослідження.

Мета і задач дослідження. Мета дослідження полягала у науковому обґрунтуванні методів визначення забруднення рунтів поблизу ВАТ «Рівнеазот».

Для досягнення означеної мети необхідно було вирішити такі задачі:

- Проаналізувати поняття «Охорона ґрунтів», його структуру та функції;

- Визначити основні показники забруднення прилеглих ґрунтів промисловими підприємствами;

- Розробити систему моніторингу ґрунтів навколо ВАТ «Рівнеазот»;

- Виявити ступінь забруднення ґрунтів на різних відстанях від підприємства-забруднювача «Рівнеазот».

Об’єктом дослідження територія – ґрунти навколо ВАТ «Рівнеазот».

Предмет дослідження проведення моніторингу ґрунту навколо ВАТ «Рівнеазот».

Методи дослідження. Теоретичні – опрацювання та узагальнення теоретичного наукового матеріалу щодо охорони та моніторингу рунтів та їх забруднення промисловими підприємствами. Методи експериментальних досліджень – для вивчення забруднення ґрунтів викидами ВАТ «Рівнеазот» було закладено пробні площадки розміром 1га по 8-ми напрямках рози вітрів в радіус 1 км, 2,5 км, 5 км, 10 км. Змішаний зразок складався з 20-40 індивідуальних проб відібраних на пробних площадках розміщених на віддалі 5 і 10 км і 40-60 проб відібраних на віддалі 1 і 2,5 км буром на глибину 20 см.

Визначення міді, цинку, кадмію та свинцю проводилось у витяжці 0,1н азотної кислоти з послідуючою атомно-абсорбційною спектрофотометрією на С-115. Визначення ртуті проводилось у витяжц суміші концентрованих азотної та сірчаної кислоти в співвідношенні 1:1 методом безполум'яної атомної абсорбції на приладі «Юлія-2».

Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження дали можливість оцінити стан забруднення рунтів навколо одного з найкрупніших в Україні хімічного заводу – ВАТ «Рівнеазот».

Структура дослідження. Дослідження складається зі вступу, двох розділів, заключних висновків, списку використано літератури, який налічує 27 найменувань.

Розділ 1. Забруднення ґрунтів промисловими підприємствами 1.1 Охорона та моніторинг земель

Основна мета охорони земель – це впровадження правових, організаційних та економічних заходів, спрямованих на відтворення та підвищення родючості ґрунтів, захист від шкідливих антропогенних впливів.

Земля специфічний вид матеріальних ресурсів є базисом, головним засобом виробництва в сільському господарстві, сховищем природних багатств, носієм інфраструктури, врешті-решт – годувальницею всього людства.

Продуктивні земл цілком справедливо відносять до унікальних природних і виробничих ресурсів. Саме вони, на відміну від інших природних ресурсів, за умов раціонального та екологічно виваженого використання здатні фізично не зменшуватися і не втрачати своєї родючості.

Еколого-економічний підхід відповідає вимогам основного економічного принципу господарювання - досягнення найвищої економічної ефективності виробництва при мінімальних затратах ресурсів коштів, а також основного екологічного принципу – забезпечення раціонального використання природних ресурсів, зведення до мінімуму шкоди, яка завдається суспільству і навколишньому природному середовищу функціонуванням того чи ншого підприємства, виробництва тощо. Раціональне використання земельних ресурсів веде до підвищення ефективності матеріального виробництва. Тобто ма забезпечити екологічну безпечність і економічну ефективність виробничо-господарських науково-технічних рішень в агропромисловому виробництві.

Заходи по охорон земель перш за все передбачають:

· отримання нформації про стан земель (моніторинг земель);

· захист земель від водної ерозії;

· захист земель від підтоплення і зсувів;

· контроль по охороні та використанню земель;

· економічне стимулювання раціонального використання та охорони земель [1, 36].

На виконання «Положення про державну систему моніторингу довкілля», затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 року № 391 та «Положення про моніторинг земель», яке затверджене постановою Кабінету Міністрів України від 20 серпня 1993 року № 661 в Рівненькій області необхідно впровадити систему моніторингу земель [22, 11].

На сьогоднішній день відсутні надійні дані про зміни в площах еродованих ґрунтів та їхньому просторовому розподілу.

Геохімічн обстеження території Рівненської області виявили ареали ґрунтів із вмістом важких металів, що у декілька разів перевищують допустимі норми. Присутність легкодоступної форми важких металів у ґрунті, а також постійне надходження їх з атмосфери обумовлюють значне накопичення забруднювачів у рослинницькій та тваринницькій продукції.

Значне забруднення природного середовища та ґрунтів відбувається головним чином під впливом промислових, господарчо-побутових стічних вод і стоків з тваринницьких комплексів.

Аналіз екологічного стану земельних ресурсів Рівненської області, навіть на основ далеко неповних даних, відкриває цілий ряд негативних моментів, які є результатом нераціонального їх використання, та відсутності належної уваги до своєчасного виявлення відхилень від норми, тобто відсутності екологічного контролю.

Серед негативних факторів впливу на земельні ресурси області, які потребують постійного контролю слід визначити такі:

· ерозія рунтів, не зменшується, а навпаки – є підстави констатувати її зростання;

· техногенне забруднення ґрунтів важкими металами – явище відносно нове, яке веде до забруднення рослинницької та тваринницької продукції і ґрунтових вод підвищенню захворюваності населення;

· вторинне осолонцювання та накопичення забруднювачів у ґрунтах при їх зрошенні стічними водами промислових центрів та тваринницьких комплексів [20, 45].

На перший погляд вказані процеси існують окремо і не пов’язані один з одним, але в умовах проведення земельної реформи загальним знаменником стає ціна на землю або оподаткування землевласників.

В цьому зв’язку названі проблеми потребують постійного контролю, прогнозу їх розвитку розробки управлінських заходів по їх усуненню чи призупиненню, тобто моніторингу.

Моніторинг включає три основні задачі:

1. Інформаційна – забезпечення систематичною, повною і оперативною інформацією про екологічний стан земельних ресурсів.

2. Прогнозна – відпрацювання найближчого і перспективного прогнозу змін земельних ресурсів.

3. Управлінська – надання рекомендацій, пропозицій для відпрацювання управлінських рішень щодо раціонального землекористування [19, 142-143].

Головним завданням моніторингу земельних ресурсів і мережі його виконавців є створення бази об’єктивної інформації для оцінки стану, в якому перебувають земельн ресурси, та обґрунтування управлінських рішень, спрямованих на його стабілізацію або покращення.

Оцінка екологічного стану земель – це складний процес, що включає декілька обов’язкових етапів: збирання інформації за спеціальним переліком показників, створення банку даних, аналіз і обробка інформації, порівняння фактичних параметрів з нормативними, групування земель за категоріями згідно нормативів (районування), розробка мір реагування, адекватних екологічному стану земель з визначенням площ.

Основними заходами реалізації програми з моніторингу земель є:

· створення обласної системи та програми ведення моніторингу земель;

· створення бази даних та карти деградації ґрунтів Рівненської області;

· розробка техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) заходів з усунення деградації та забруднення;

· проведення спостережень та оцінки стану земель базових господарств, створення автоматизованої інформаційно-аналітичної системи моніторингу [13, 51].

1.2 Боротьба з забрудненням ґрунтів промисловими відходами

Бурхливий розвиток промисловості і накопичення продуктів техногенезу в ґрунті обумовлює необхідність розробки і впровадження нтенсивних методів захисту ґрунтового покриву. Стратегічним напрямом в охорон природи є впровадження безвідходних технологій, замкнутих циклів виробничого водопостачання, ефективних пилогазоочисних споруд, що дозволило б зменшити навантаження на ґрунт в 100—250 разів.

При вирішенні проблеми використання вже забруднених ґрунтів слід виявити джерела забруднення, вивчити їх склад та закономірності територіального поширення, з'ясувати особливості їх накопичення трансформації у ґрунтах і рослинах, визначити ступені забруднення та ГДК, намітити шляхи екологічно безпечного ведення сільськогосподарського виробництва.

Інвентаризацію рівнів забруднення потрібно розпочинати з обрахунку кількості та хімічного складу твердих, рідких газоподібних викидів. Наступний етап — визначення рівнів і характеру забрудненості ґрунтів та рослинного покриву. Під істотним забрудненням рунтового покриву розуміють такий його рівень, при якому домінуюч елементи-забруднювачі (кадмій, цинк, свинець, ртуть, алюміній та ін.) у склад викидів мають чітко виражений негативний вплив на біоту ґрунту, його агрохімічні властивості, розвиток сільськогосподарських культур, якість врожаю та становлять загрозу для здоров'я людини.

При визначенні рівня техногенного забруднення ґрунтів важливо знати ГДК металів-забруднювачів. Перспективною є шкала екологічного нормування важких металів (Табл. 1.1.), яка розроблена в Московському державному університеті (Росія) [14, 62]. Ця шкала враховує і те, що багато важких металів є необхідними для життєдіяльності рослин і лише надмірний їх вміст у ґрунті спричинює пригнічення культур і надмірне накопичення в продукції. Тому рівень дуже високого вмісту металу в ґрунті прийнято у даній шкалі за низький рівень забруднення.

Меж токсичності важких металів установлюються за їх дією на рослини. Наприклад, якщо рослина знижує врожай на 5—10 %, то такий рівень вмісту металу у ґрунт вважається токсичним.

Таблиця 1.1

Шкала екологічного нормування валового вмісту важких металів у ґрунтах з слабо-кислою та кислою реакцією, мг/кг

Градація	Pb	Cd	Zn	Cu	Ni	Hg
Рівень вмісту:
дуже низький	< 5	<0,05	< 15	<5	< 10	<0,05
низький	5—10	0,05—0.10	15—30	5—15	10—20	0,05—0,10
середній	10—35	0,10—0,25	30—70	15—50	20—50	0,10—0,25
підвищений	35—70	0,25—0,50	70—100	50—80	50—70	0,25—0,50
високий	70—100	0,50—1,00	100—150	80—100	70—100	0,50—1,00
дуже високий	100—150	1—2	150—200	100—150	100—150	1—2
Рівень забруднення:
низький (ГДК)	100—150	1—2	150—200	100—150	100—150	1—2
середній	150—500	2—5	200—500	100—150	150—300	2—5
високий	500—1000	5—10	500—1000	150—250	300—600	5—10
дуже високий	> 1000	> 10	> 1000	> 500	>600	> 10

Таблиця 1.2.

Стратегія ведення сільського господарства за умов техногенного забруднення

Зона порушення, відстань від заводу, км	Характер промислового впливу	Рівень впливу за виділенням металургійного пилу, т/км2 за рік	Характер порушень	Тип стратегії
Зона порушення середовища сільськогосподарської діяльності, 0—5	Постійний або періодичний	150 ±30	Рівень забруднення ґрунту і сільськогосподарських культур вищий і значно нижчий ГДК, знижено врожайність	Припинення діяльності
Зона локальних пошкоджень біохімічних порушень культур, 5—15	Періодичний або епізодичний	Від 150 ±30	Рівень накопичення забруднювачів перевищує ГДК у деяких культурах, у низці випадків — у верхньому горизонті необроблюваних ґрунтів	Перебудова
Зона геохімічного порушення території, 15—50	Епізодичний або разовий	до 50 ±20'	Накопичення забруднень в окремих біоіндикаторах	Профілактика

Враховуючи ступінь забруднення, намічають шляхи використання ґрунтового покриву. Згідно із рекомендаціями Ґрунтового інституту м. В.В. Докучаєва (Росія), виділяють три ступеня забруднення території з властивою їм стратегією сільськогосподарської діяльності: профілактики, перебудови та припинення (табл. 1.2.) [14, 62].

Профілактичні заходи рекомендують для територій, як зазнають промислового забруднення важкими металами у дозах, що не приводять до перевищення ГДК у ґрунтах і рослинах. При цьому накопичення забруднювачів фіксується лише на найчутливіших біоіндикаторах (лишайниках, мохах), а інколи в поверхневих горизонтах необроблюваних ґрунтів. В окультурених ґрунтах концентрації важких металів, як правило, не перевищують фонових. На таких територіях слід здійснювати моніторинг стану ґрунтів і рослин.

На землях, де накопичення важких металів у ґрунтах, а також в окремих сільськогосподарських культурах (бобових, овочевих) перевищують ГДК і існує небезпека для здоров'я людей, вдаються до системного застосування всіх сучасних методів захисту: меліоративного, агрономічного, селекційного та раціональної організації використання території.

Щоб перевести важкі метали в малорухомі форми, на кислих ґрунтах проводять вапнування, на лужних — гіпсування. З цією ж метою можна використовувати фосфорні та органічні добрива. Утворюючи комплекси, важк метали стають менш рухомими і в менших кількостях надходять до рослин. Знизити надходження важких металів у рослини можна і шляхом внесення у ґрунт органічних онообмінних речовин — цеолітів, гранул полістиролу, кремнійорганічних сполук. Заслуговує на увагу і підбір культур та сортів, які накопичують мінімальну кількість важких металів. На забруднених ґрунтах перевагу слід надавати технічним культурам (льону, коноплі, бавовнику та ін.). Найбільш забруднені ґрунти відводять під заліснення.

Припинення сільськогосподарської діяльності рекомендується на територіях, де забруднення важкими металами повітря, вод, ґрунтів і рослин досягає критичного рівня для здоров'я людей, а система сучасних захисних методів не є ефективною. Повернення таких земель у сільськогосподарське виробництво можливе лише після різкого зниження рівня промислового забруднення та докорінної рекультивації.

1.3 Контроль за накопиченням важких металів у ґрунті та рослинах

Упродовж останніх десятиліть у зв'язку з бурхливим розвитком промисловості спостерігається значне зростання рівня важких металів (ВМ) у біосфері. Нині вони є одним із пріоритетних забруднювачів агроекосистеми. В умовах інтенсивного антропогенного впливу надходження їх у агроекосистему перевищує їх захисні (буферні) властивості. Це призводить до зниження врожайності та якості продукції рослинництва, робить її небезпечною для людей і тварин. У добривах мікроелементи містяться, як правило, у рухомій кислоторозчинній формі. Так, наприклад, у калійних добривах вміст мід становить 1,5-15 мг/кг, а в гної – 19,8 мг/кг. Період напіввидалення мід 310-1500 років. На, характер профільного розподілу впливає комплекс ґрунтових факторів: гранулометричний склад, кислотність та ін. [16, 98].

Термін «важкі» застосовують для металів, питома маса яких перевищує 5 г/см3, або атомний номер більше 20, хоча існу й інше визначення, за яким до важких металів належить понад 40 хімічних елементів із атомною масою вище 50 ат.од. Окремі з них, зокрема мідь, цинк, бор тощо, є необхідними елементами живлення рослин, але у кількості вище допустимого рівня є токсикантами. Фітотоксичність важких металів визначається хніми хімічними властивостями (валентністю, іонним радіусом, здатністю до комплексоутворення). За ступенем токсичності їх можна розмістити у такому порядку: Co>Ni>Cd>Zn>Pt»Hg> Fe>Mo>Mn. Цей ряд може змінюватись через різне перетворення елементів у ґрунті, зокрема переведення їх у недоступні для рослин сполуки [16, 101].

Ґрунт є основним джерелом надходження важких металів і мікроелементів у харчові ланцюги. Він забезпечує мікроелементами безпосередньо рослини і непрямим шляхом – тварин і людину. Але при техногенному забрудненні саме ґрунт є початковою ланкою надходження важких металів та інших токсичних речовин по харчових ланцюгах у організм людини.

Джерелом важких металів у незабруднених ґрунтах гірські породи, на продуктах вивітрювання яких сформувався ґрунтовий покрив. Серед інших можна виділити природні й техногенні. До техногенних джерел важких металів у ґрунті відносять:

Надходження важких металів із атмосфери.

Основними джерелами атмосферного забруднення є: теплові й інші електростанції (27%); підприємства чорної металургії (24,3%); підприємства з видобування й переробки нафти (15,5%); транспорт (13,1%); підприємства кольорової металургії (10,5%); підприємства з видобування й виготовлення будматеріалів (8,1%).

Надходження важких металів у ґрунт із мінеральними добривами.

Підвищення продуктивності рослинництва нерозривно пов'язане з інтенсивним використанням мінеральних і органічних добрив, а також вапнуванням кислих ґрунтів. Усі ці заходи, крім своєї специфічної спрямовано дії – компенсації фактору, якого не вистачає, – не можуть не чинити істотного впливу на мікроелементний склад ґрунтів і режим живлення мікроелементами рослин, що вирощуються на цих ґрунтах. До мінеральних добрив важкі метали потрапляють із сировиною через недосконалі технологічні параметри їх виробництва. Н.А. Макаренко зазначає, що, з токсикологічної точки зору, можлива негативна дія мінеральних добрив на агроекосистеми, обумовлена певними їхніми властивостями, і пропонує наступне групування мінеральних добрив [19, 172]:

А. Мінеральні добрива директивної дії (direct прямо, англ.) – негативний вплив на природне середовище відбувається за рахунок токсичних домішок у складі мінеральних добрив, серед яких найнебезпечнішими є важк метали, радіонукліди, галогени та ін., що надходять у ґрунт при застосуванн добрив і є безпосередніми забруднювачами. Це, перш за все, фосфорні добрива, що пов'язано з геологічним положенням та хімічною будовою сировини, з якої вони виготовляються.

У вітчизняній фосфатній сировині вміст кадмію становить 0,8 г/т Р2О5, або 0,3 мг/кг. У фосфоритах Марокко і Йорданії концентрація Cd – 18,6 та 11,6 мг/кг, у простому суперфосфат з них –11,6 і 7,5 мг/кг. У фосфоритах різних родовищ США кількість елемента 35-150 г/т Р2О5.

Азотні добрива як домішки можуть містити певну кількість мікроелементів (мг/кг): As – 2,2-120, Вг – 185-716, Cd 0,05-8,5, Co – 5,4-12, Cr – 3,2-19, Cu - <1-15, Hg - 0,3-2,9, Mo - 1-7, Ni - 7-34, Pb - 2-27, Sn - 1,4-16, Zn - 1-42. Вітчизняна аміачна селітра вміщує: Zn - 0,2, Cu - 0,25, Ni - 0,84, Pb - 0,05 мг/кг.

Небезпеку можуть становити також токсичн домішки, які містяться у калійних добривах. Калійні добрива за вмістом мікроелементів займають проміжне положення між азотними і фосфорними. Узагальнені літературні джерела показують, що концентрація важких металів у хлористому калії коливається у наступних межах (мг/кг): Мn – 1,5-140, Pb 12-20, Zn – 0,5-22, Ni – 2-19, Cu – 1,5-15, Cd – 4, Fe -403.

Комплексні добрива можуть вміщувати досить високу кількість мікроелементів, у тому числі токсичних. Так, вміст їх у нітрофосці складає (n*10'3%): Sr – 5420, Pb – 145, F – 82, В – 0,6, As – 15, Zr – 61, Nb – 3, Br – 32, Y – 2; у нітроамофосці відповідно: Sr – 10, Pb – 12, F – 212, В – 0,5 As – 15, Zr – 6; в амофосці – Zn – 13,6-14, Cu 2,5-7,4, Pb – 6,2-7,0, Cd – 0,2-0,5 мг/кг.

Вміст важких металів у вапні, як правило, не перевищує їх концентрації у фосфорних добривах. У найбільших кількостях у вапн присутні Мn - 295 мг/кг та Fe - 1035 мг/кг. Кількості інших металів в середньому становить (мг/кг) Zn - 5-36, Cu – 6-10/ Pb – 0,5-47, Cd – 5.5, Ni –10-46.

Органічні добрива характеризуються невисокими концентраціями важких металів. Однак елементи, що відіграють важливу фізіологічну роль у житті рослин (Fe, Мn, Zn, Cu), присутні в гної у підвищених кількостях (мг/кг сухої речовини): Fe – 406, Мn – 275, Zn – 121,7, Cu – 19,8. Значно нижчим є рівень вмісту в гної елементів-приоритетних забруднювачів навколишнього середовища (мг/кг): Pb – 3,3, Cd – 0,20, Ni – 6,54. При щорічному внесенні 50 т/га гною валовий вміст кадмію в ґрунті може змінитися на 0,6%, цинку – на 1,2%, міді – на 0,5%, нікелю, свинцю, марганцю – на 0,1-0,15%.

Б. Мінеральні добрива індирективної дії (indirect непрямий, англ.) – негативний вплив на природне середовище відбувається внаслідок фізико-хімічних властивостей мінеральних добрив, які, потрапляючи в рунт, проявляють себе як хімічно, фізіологічно, біологічно кислі/лужн певним чином впливають на стан ГВК, у першу чергу на такі показники, як: рН рунтового розчину, направленість процесів синтезу та розпаду гумусових сполук, активність біохімічних, мікробіологічних та інших процесів, тим самим змінюючи рухливість біогенів та токсикантів, і, як правило, активізують процеси міграц останніх у системі «добриво – ґрунт – рослина», «добриво – ґрунт – підґрунтов води».

Як правило, внесення азотних добрив сприя збільшенню рухливості Мn, Fe, Zn, Cd у ґрунтах, практично не змінюється рухливість Cu і Ni, а рухливість Pb при цьому зменшується.

Органічні добрива і вапно сприяють закріпленню важких металів у ґрунтах, тим самим зменшуючи доступність їх для рослин.

Фосфорні добрива також зменшують рухливість важких металів у ґрунті за рахунок утворення важкорозчинних фосфатів металів.

Калійні добрива меншою мірою чинять вплив на зміну доступності металів для рослин, ніж азотні чи фосфорні.

Надходження важких металів у ґрунт із пестицидами.

Надходження важких металів у ґрунт з осадами стічних вод, стічними водами і побутовим сміттям.

Надходження у ґрунт важких металів із відходами промисловості (різноманітні шлаки, зола вугілля і сланців, фосфогіпс, цементний пил).

1.4 Закономірності розподілу і поведінки металів у ґрунті

Вивчення закономірностей розподілу і поведінки мікроелементів у ґрунтовому покриві в цілому і в окремих його компонентах сприяє розумінню основних процесів руху атомів мікроелементів у біологічному колообігу і обґрунтуванню необхідних практичних заходів, що покликані покращити живлення організмів.

На розподіл важких металів у ґрунті чинять вплив наступні фактори:

Гранулометричний склад ґрунту

По-перше, проглядається прямий зв'язок між ступенем дисперсності ґрунтових частинок і їх адсорбуючою властивістю. Підвищена дисперсність субстрату гальмує винос атомів мікроелементів за меж рунтового профілю, сприяє їх накопиченню в ґрунті.

За розрахунками Єрмоленко Н.Ф., лише 20% адсорбованих іонів знаходиться на поверхні мінералів, більше ж частина їх проникає у міжплощинний простір і стає малодоступною для рослин [19, 174]. Менш ефективною буде захисна роль мінеральних часточок, коли у ґрунт будуть поступати хімічні елементи-забруднювачі, що можуть існувати у ґрунт переважно в аніонній формі, наприклад, бор і молібден. Це зумовлено тим, що глинисті мінерали мають мало точок, які несуть позитивний заряд, і тому їх адсорбційні можливості по відношенню до аніонів невеликі.

По-друге, завжди мається на увазі та обставина, що частинки різного розміру різняться за мінералогічним складом. Зі зміною ж мінералогічної основи частинок часто може різко змінюватися збагачення їх мікроелементами. Найбільші частинки мінерального субстрату – піщані – в основному, складаються з кварцу і бідні на мікроелементи. Дрібні частинки, наприклад, мулисті, переважно представлені глинистими мінералами, у кристалічній решітці яких може знаходитися досить багато атомів мікроелементів.

Оксиди і гідроксиди

Найбільший вплив на рухомість металів у ґрунт чинять оксиди і гідроксиди Fe, AI і Мn. Механізм сорбції являє собою ізоморфне заміщення іонів Fe і Мn на катіони металів і окислювальні ефекти на поверхн оксидів. При цьому найбільша спорідненість гідроксидів Fe і Мn проявляється до аналогічних за розміром металів (Со2+, Со3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Ag+).

Реакція середовища окисно-відновлювальний потенціал

Важкі метали, потрапивши у ґрунтовий розчин кислих ґрунтів, утворюють, в основному, розчинні органо-мінеральні комплекси. У рунтах же з нейтральною реакцією середовища, наприклад, у чорноземах, у склад легкорозчинних мінеральних солей переважають бікарбонат і сульфат кальцію [19, 179]. Наявність у ґрунтовому розчині значної кількості кальцію при гуматному типі органічної речовини призводить до різкого скорочення частки розчинно фракції гумусу. Тому Pb, Zn, Hg, Co, потрапляючи у ґрунтовий розчин, взаємодіє, в основному, з мінеральною частиною, утворюючи нерозчинні і слабкорозчинн карбонати і сульфати.

Від значення рН і окисно-відновного потенціалу (ОВП) залежить рухомість сполук практично всіх Зd-металів. Високі значення ОВП здатні знижувати активність електронів у ґрунті, густину електронної хмари заряду ацидоїдів. Із збільшенням ОВП відбувається селективне поглинання ґрунтом катіонів із меншою густиною заряду. Найбільш сильно залежить від ОВП рухомість сполук Fe і Мn.

Кислотно-основні умови і окисно-відновлювальне оточення чинять великий вплив на міграційні можливості важких металів у ґрунті. Уявлення про це дає класифікація важких металів за особливостями водно міграції, виконана А.І. Перельманом (1979) [19, 182]:

Катіоногенні елементи Аніоногенні елементи

Рухливі з постійною валентністю

Слабкорухливі з постійною валентністю

Rb Cs

Слабкорухливі зі змінною валентністю

Ті Sn Sb As

Рухливі й слабкорухливі в окисних і Рухлив й слабкорухливі в

глеєвих умовах і інертн у окисних умовах і інертні у

відновній сірководневих умовах відновних (глеєвій і

сірководневій) умовах:

V Mo Se

а) Добре мігрують у кислих водах окисної і

глеєвої природи і осаджуються на лужному бар'єрі:

Zn Cu Ni Pb Cd

б) Мігрують і у кислих, і у лужних водах окисних

умов:

Hg Ag Bi

Рухливі й слабкорухливі у відновному

глеєвому середовищі і інертні в окисному

і відновному сірководневому середовищі:

Мn Co

Малорухливі за більшості умов

Слабка міграція з органічними комплексами, частково мігрують

у сильно кислому середовищі у лужному середовищі

Ті Сг Zr W

Дані свідчать про те, що група пріоритетних важких металів – Cd, Pb, Zn, Cu, Ni – має значну рухомість у кислому середовищ стає інертними при зміні реакції середовища в бік підлужування. Далі треба відмітити, що такий сильний токсикант, як ртуть, здатний за наявності умов для окислення мігрувати в широкому діапазоні рН. Малорухливим елементом у більшост природних умов є хром.

Карбонати

Карбонати – це ті сполуки, які сильно знижують рухомість мікроелементів у ґрунтах. Механізм цієї дії обумовлений як сорбційними властивостями високодисперсних фракцій карбонатів, так і їх впливом, опосередкованим через регуляцію реакції середовища.

Застосування добрив

Систематичне застосування добрив певним чином впливає на вміст мікроелементів у ґрунті і накопичення їх у рослинах. Вплив цей різнобічний і складний: добрива змінюють рН ґрунтового розчину і таким чином впливають на ступінь розчинності сполук мікроелементів; вони певним чином впливають на інтенсивність і направленість обмінних реакцій, на процеси акумуляції; підвищуючи врожайність сільськогосподарських культур, добрива сприяють росту виносу мікроелементів із ґрунту; порушують баланс мікроелементів у ґрунті, часто у негативний бік.

Органічна речовина ґрунту

Органічна речовина є прекрасним інактиватором важких металів у ґрунті, збільшуючи його буферність, сприяючи зниженню токсичної дії важких металів, концентруючи солі у ґрунтовому розчині, зменшуючи фітотоксичність багатовалентних важких металів і перешкоджаючи надходженню їх у рослини.

Процеси взаємодії органічної речовини ґрунту з онами металів ідентифікуються як іоноутворення, адсорбція на поверхні, хелатування, реакції коагуляції і пептизації. Основними продуктами взаємод прості солі (гумати, фульвати) і хелатні сполуки. Швидкість взаємодії металів з гуміновими кислотами визначається стандартним окислювально-відновним потенціалом і стійкістю утворених комплексів (Гарнст, Савич) [19, 187]. Відомості про стійкість сполук металів з органічною речовиною ґрунту дуже суперечливі. Орієнтовні інтервали значень ІgK для ГК (Орлов, 1990) [19, 191]:

Гумати ІgК Фульвати ІgК

ГК – Сu 7,0-9,7 ФК – Сu 3,2-8,7

ГК – Zn 2,9-10,8 ФК – Zn 1,7-9,3

(мінімальні величини ІgК виміряні при рН 2-4, максимальні – рН 8-10).

Коефіцієнти констант стійкості варіюють у залежності від ґрунтових умов, методу вимірювання і відібраних значень молекулярних мас (Орлов, 1990). Із підвищенням рН стійкість органо-мінеральних комплексів, як правило, зростає.

Загальний порядок стабільності комплексних сполук гумусових речовин з важкими металами, за Р.С. Беквізом [Beckwith, 1959], виглядає наступним чином: Рb2+>Сu2+> Ni2+>Co2+>Zn2+>Cd2+>Fe2+>Mn2+.

Ґрунтова біота

Багатьма авторами було показано, що вміст у рунті рухомої форми важких металів динамічний у часі. Причини змін можуть бути різні, однак у більшості випадків коливання пояснюються діяльністю ґрунтових мікроорганізмів віковими змінами рослин в інтенсивності поглинання хімічних елементів. На мікробіологічну діяльність великий вплив чинить волога ґрунту, яка тісно пов'язана з погодними умовами і тому не може мати певного ритму. Динаміка рухомих форм важких металів може бути значною: максимальні величини можуть переважати мінімальні у 5 разів і більше.

Тип ґрунту

За здатністю міцно фіксувати важкі метали швидкістю процесу трансформації вивчені Н.Г. Зиріним зі співав. (1985) ґрунти розташовуються у такий ряд: чорнозем типовий > дерново-підзолистий окультурений > дерново-підзолистий не окультурений [19, 196].

Вміст обмінних форм Zn і Cd у чорноземах нижчий, ніж у ґрунтах інших типів. Очевидно, обмінні Zn і Cd утримуються чорноземними рунтами більш міцно (специфічна сорбція), ніж іншими.

Чорноземи за рахунок функціональних груп своїх ГК можуть утримувати найрізноманітніші іони металів і звичайно є багатшими на мікроелементи за інші ґрунти.

Обухов А.І. (1989): чорноземні ґрунти страждають від післядії забруднення значно менше, ніж підзолисті і дерново-підзолист рунти [19, 203].

Рb інтенсивніше надходить у рослини на дерново-підзолистому ґрунті, ніж на чорноземі.

Міграція за профілем ґрунту

Важкі метали, що потрапили у ґрунт, перш за все, х мобільна форма підлягають різним трансформаціям. Один з основних процесів, що впливає на долю їх у ґрунті, – закріплення гумусовою речовиною. Міграційн можливості важких металів при цьому, в основному, знижуються. Саме цією обставиною значною мірою пояснюється підвищений вміст важких металів у верхньому, тобто найбільш гумусованому, шарі ґрунту.

Низхідній міграції важких металів перешкоджають також гідроксиди і оксиди Fe і Мn, які звичайно концентруються у верхній частині профілю ґрунту. Доля захоплених ними важких металів може бути значною.

Б.К. Блинов і Г.К. Вертинська (1978) дійшли висновку, що 57-74% Рb і Нg при антропогенному забрудненні закріплюються в шар 0-10 см і тільки 3-8% мігрує до глибини 30-40 см. Ф. Стівенсон і Дж. Уейч (Stivenson, Weich, 1979) встановили, що переміщення Рb вглиб ґрунту відбувається у вигляді халату [19, 206-208].

Глибина проникнення важких металів у забруднених рунтах звичайно не перевищує 20 см, при сильному забрудненні вони проникають на глибину до 160 см. Найбільшою міграційною здатністю характеризуються Нg Zn, які, як правило, рівномірно розподіляються у шарі ґрунту на глибині 0-20 см. Рb частіше накопичується у поверхневому шарі (0-2,5 см), Cd займає проміжне положення між ними.

Особливості металу

Встановлено, що метали-забруднювачі мають неоднакову здатність до адсорбції, від чого токсичність їх для рослин при однаковому забрудненні може бути різною. Таж, при рівних умовах іон Сu адсорбується у більшій кількості, ніж іон Cd (Cavallano, Mebride, 1978; Mayer, 1978) [19, 211].

Цинк утримується ґрунтами більш міцно, ніж кадмій. Найбільша кількість цинку зв'вязана з оксидами заліза. Кадмій, в основному, знаходиться в обмінній формі, і невелика його кількість зв'язана з оксидами заліза.

Трансформації у ґрунті і переходу в міцно фіксований стан більшою мірою підлягає свинець, значно менше – цинк і кадмій, які переходять, в основному, в іонообмінні форми.

Форми знаходження важких металів у ґрунті

Важкі метали у ґрунтах присутні у різних формах: у ґрунтовому розчині – у формі вільних катіонів і асоціатів із компонентами розчину, у твердій частині ґрунтової маси – у формі обмінних катіонів і їх заряджених комплексних сполук, адсорбованих на поверхні ґрунтових часточок, у вигляді ізоморфних домішок у структурах глинистих мінералів, оклюдованих іонів у складі осадків макрокомпонентів, гелів заліза, алюмінію і марганцю, а також у формі власне мінералів і стійких осадів малорозчинних солей.

Так, Н.Г. Зирін та ін. (1972) пропонує розрізняти три групи елементів у ґрунтах за їх рухомістю: мобільні (безпосереднє джерело найближчий резерв елементів живлення для рослин); фіксовані (потенційний резерв); ізоморфні домішки (стратегічний резерв елементів живлення рослин) [19, 215].

За методом видалення елементів із ґрунту розрізняють: водорозчинні; легкорозчинні; обмінні; кислоторозчинні; фіксовані; міцно фіксовані, зв'язані з тими чи іншими компонентами ґрунтової маси (органічною речовиною, оксидами Fe, АІ і Мn).

Встановити границі безпечного вмісту того чи ншого елементу в ґрунті складно. Рівень токсичності елементів залежить від гранулометричного складу ґрунту, його кислотності, вологості, вмісту гумусу, виду рослин тощо. Якщо культура знижує урожайність через присутність у ґрунт того чи іншого елементу на 5-10%, то рівень його вмісту в ґрунті вважається токсичним. Л.Г. Бондарєв відмічає, що у багатьох випадках на ґрунтах, забруднених важкими металами, урожайність зернових культур знизилася на 20-30%, цукрових буряків на 35, бобових – на 40, картоплі – на 47% [19, 221]. Негативний вплив забруднення важкими металами посилюється при вирощуванні рослин у екстремальних умовах. При внесенні під картоплю 30 кг/га міді, цинку і марганцю урожайність за звичайних погодних умов знижувалася на 10-15%, у посушливі роки – у 2-3 рази, а вміст мікроелементів у бульбах картоплі виріс у 4-5 разів.

Страницы: 1, 2