Анотація до роботи:

Жеребна Л.О. Вплив високих рівнів забруднення свинцем та кадмієм чорноземів опідзолених і типових на надходження цих елементів у рослини ячменю і кукурудзи, урожай та його якість в умовах Лівобережного Лісостепу України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.04 – агрохімія. Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського”, Харків, 2003.

Роботу присвячено дослідженню впливу високих рівнів забруднення ґрунтів свинцем та кадмієм на надходження елементів-забруднювачів в рослини ячменю і кукурудзи, їх урожай, якість продукції та родючість чорноземів типового та опідзоленого в умовах Лівобережного Лісостепу України. Виявлено вплив різних доз мінеральних добрив та вапна на формування урожайності зерна ячменю і зеленої маси кукурудзи, зменшення надходження важких металів в органи цих рослин. Встановлено кількісні значення спроможності кореневих систем до зменшення надходження свинцю у генеративні органи ячменю за різних рівнів забруднення цим елементом чорнозему типового. Визначена роль вапна щодо зниження негативного впливу важких металів на сільськогосподарські рослини за сумісного його локального внесення з мінеральними добривами. Встановлено вплив високих рівнів забруднення чорнозему опідзоленого свинцем та кадмієм на надходження макроелементів і мікроелементів до рослин ячменю та кукурудзи. Виявлено характер впливу високих рівнів забруднення чорнозему опідзоленого свинцем і кадмієм на вміст в орному шарі ґрунту поживних речовин. Встановлена можливість використання на техногенно забруднених ґрунтах комплексних сорбент-меліорантів на основі бентонітів і цеолітів.

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і практичне обґрунтування можливості сільськогосподарського використання земель чорноземного типу з високим рівнем забруднення солями кадмію, свинцю, та розроблено новий підхід до визначення граничних рівнів забруднення ґрунтів важкими металами, вище яких спроможність рослин до їх протидії припиняється, встановлено протекторне значення комплексного підходу до використання з метою фітомеліорацій мінеральних добрив, вапна, сорбент-меліорантів, підстилкового гною і озерних сапропелів.

1. Високий рівень забруднення чорноземів опідзоленого і типового важкосуглинкових свинцем (Pb1000-1500 мг/кг ґрунту) і кадмієм (Cd50-100 мг/кг ґрунту) негативно впливає на ріст і розвиток ячменю і кукурудзи, обумовлюючи суттєве (до 25%) зниження врожайності цих культур. Захисний механізм рослин по відношенню до важких металів діє у певних межах. У діапазоні забруднення свинцем до 250 мг/кг ґрунту коренева система ячменю здатна блокувати цей елемент і він не потрапляє до генеративних органів. За вищих рівнів забруднення ґрунту фізіологічний бар’єр кореневої системи не спрацьовує і свинець накопичується не тільки в листі і стеблах, але й у зерні ячменю.

2. За високих рівнів забруднення чорноземних грунтів кадмієм і свинцем, при визначенні необхідності їх сільськогосподарського використання, найефективнішими заходами запобігання транслокації важких металів в органи рослин і фітомеліорації є підбір сільськогосподарських культур за принципом зниження надходжень компонентів в генеративні органи рослин, а також комплексний підхід до використання агрохімікатів.

3. Універсальним заходом щодо оптимізації мінерального живлення рослини є використання при вирощуванні зернових і просапних культур мінеральних добрив, оптимальні дози яких співпадають з вимогами до незабруднених грунтів, зокрема, при вирощуванні ячменю – N₆₀Р₆₀К₆₀, і кукурудзи на зелену масу N₈₀Р₈₀К₈₀. Характерною особливістю для забруднених важкими металами ґрунтів є необхідність підтримувального вапнування (150 кг/га СаСО₃), що сприяє зв’язуванню сполук кадмію і свинцю у важкорозчинні форми. Діапазон толерантності оптимального мінерального живлення рослин порушується як за високих, так і за низьких доз мінеральних добрив.

4. Частка впливу факторів підвищення врожайності залежить від типу погодних умов впродовж вегетаційного періоду і становить за роками досліджень при вирощуванні ячменю на забрудненому ґрунті кадмієм за впливом мінеральних добрив 47-70%, свинця – 35-48%, відповідно по кукурудзі – 33-58 і 11-23%, а частка вапна для ячменю в середньому становила 5-18%, для кукурудзи – 7-71%, що пов’язано з процесами транслокації сполук важких металів впродовж вегетаційного періоду.

5. Встановлено реальні технологічні шляхи підвищення продуктивності забруднених земель важкими металами при використанні добрив за рахунок локального їх внесення при посіві ячменю і кукурудзи на силос. Ефект помітно посилюється у випадку також локального внесення підтримувальної дози вапна (150 кг/га СаСО₃). При цьому урожайність зерна ячменю порівняно з розкидним їх внесенням по фону Сd 50мг/кг ґрунту підвищувалась на 11,2 ц/га і свинцевого – 7,5 ц/га, зеленої маси кукурудзи відповідно 195 і 199 ц/га, що пов’язано із створенням зони “комфорту” в процесі кореневого живлення рослин.

6. На чорноземі типовому з нейтральною реакцією ґрунтового розчину встановлено високу ефективність комплексу меліорантів, поєднання яких підвищує продуктивність рослин вівса у 2-3 рази. Найефективнішими слід вважати композиції бентоніту і цеоліту з мінеральними добривами (аміачна селітра, фосфоритне борошно), а також з вапняковими матеріалами, підстилковим гноєм або озерним сапропелем.

7. Забруднення чорнозему опідзоленого свинцем і кадмієм супроводжується різким збільшенням вмісту форм цих елементів, які екстрагуються амонійно-ацетатним буферним розчином. Вміст кислоторозчинних форм свинцю і кадмію, так само як форм, які екстрагуються ААБ, підвищувався на фоні застосування мінеральних добрив і знижувався за сумісного їх внесення з вапном.

8. Забруднення ґрунту свинцем і кадмієм істотно змінює надходження мікроелементів до рослин. До найсильніших антагоністичних взаємодій елементів слід віднести Cd-Zn, Cd-Fe, Pb-Fe, Cd-Mn, Pb-Mn. Внесення мінеральних добрив до техногенно забрудненого ґрунту посилює транслокацію Ni, Fe, Co, а вапнування – Fe, Mn, Cu. Встановлено специфічність антагоністично-синергічних взаємодій елементів, внаслідок чого дія Cd і Pb на мікроелементний склад кукурудзи і ячменю не завжди співпадала.

9. Забруднення свинцем і кадмієм обумовлює значне (до 38% і 48% відповідно) зменшення вмісту нітратного азоту в орному шарі ґрунту. Застосування мінеральних добрив позитивно впливає на азотне живлення рослин, а вапно посилює цю позитивну дію.

10. При забрудненні ґрунту важкими металами відбуваються негативні зміни у хімічному складі рослин ячменю і кукурудзи, зокрема, під їх впливом зменшується вміст азоту у генеративних органах цих культур, вміст фосфору та калію змінюється в значно меншій мірі.

11. Забруднення ґрунту свинцем або кадмієм супроводжується зменшенням вмісту білка в зерні ячменю і погіршенням показників енергетичної і поживної цінності зеленої маси кукурудзи. Застосування мінеральних добрив і вапна дещо пом'якшує негативний вплив важких металів, причому їх позитивна дія найбільш відчутна при сумісному внесенні.

12. Економічна ефективність використання мінеральних добрив і підтримувального вапнування на забруднених ґрунтах кадмієм і свинцем визначається рівнем навантажень важких металів на навколишнє середовище – чим вище забруднення, тим нижчий економічний ефект. На фоні забруднення чорнозему опідзоленого кадмієм вартість валового продукту зерна ячменю знизилась на 18 % і свинцю – на 20 %. Відповідно зеленої маси кукурудзи: кадмію - на 18 %, свинцю – на 33 %. В цілому використання агрохімікатів на ґрунтах чорноземного типу є економічно вигідним заходом при визначенні екологічної і господарської доцільності використання забруднених земель для вирощування сільськогосподарських культур.

Публікації автора:

1. Жеребна Л.О. Вплив мінеральних добрив на транслокацію свинцю та кадмію в рослини ячменю із забруднених ґрунтів // Вісник аграрної науки. - 2000. - №9. – С. 72-74.

2. Жеребна Л.О. Вплив важких металів, що містяться в мінеральних добривах, на якість рослинницької продукції // Агрохімія і ґрунтознавство. – 2001. – Вип. 61. – С. 193-197.

3. Жеребна Л.О. Використання сорбент-меліорантів для деконтамінації грунтів, забруднених важкими металами // Вісник ДААУ. – 2001. - №2. - С. 156-158.

4. Жеребна Л.О. Фітоміграція свинцю та кадмію із забруднених важкими металами грунтів за різних умов мінерального живлення ячменю // Вісник ХНАУ. – 2002. - №2. – С. 180-183.

5. Жеребная Л.А. Роль корневых систем в блокировании поступления тяжелых металлов в генеративные органы растений // Агрохімія і ґрунтознавство. – Спец. випуск до VI з’їзду УТГА. - Харків. - Кн.3. - 2002. - С. 61–63.

6. Кисель В.И., Жеребная Л.А. Влияние минеральних удобрений на накопление тяжелых металлов в растениеводческой продукции // Вісник аграрної науки. - 2001. - №2. – С. 55-57 (дослідження, аналіз).

7. Кисіль В.І., Акімова Р.В., Жеребна Л.О. Біологічне землеробство як фактор стійкості агроекосистем // Вісник ХДЕУ. – 2001. - №4. - С. 53-54 (дослідження, аналіз).

8. Кисель В.И., Шевченко Н.Г., Акимова Р.В., Комова В.Б., Жеребная Л.А. Биологическое земледелие как фактор стабильности экосистем // Почвы и их плодородие на рубеже столетий: Материалы ІІ съезда Бел. общества почвоведов. – Минск. - 2001. – Кн.3. - С. 62-64 (дослідження, аналіз).

9. Кисіль В.І., Дикач Л.О. Агрохімічні аспекти толерантності сільськогосподарських культур до важких металів // Ґрунти України: екологія, еволюція, систематика, окультурення, оцінка, моніторинг, географія, використання: Тези допов. конф., присвяченій 50-річчю факультету агрохімії та ґрунтознавства. – Харків. - 1996. - С. 154 (дослідження, аналіз.)

10. Гаврилов В.Л., Кисіль В.І., Дикач Л.О. До питання про джерела надходження в ґрунти екзогенних хімічних елементів // Агрохімія і ґрунтознавство: Тези доповідей IV з’їзду УТГА. – Харків. - 1994. - С. 82-84 (аналіз, висновки).