CC BY
53
УДК 504.53
Калин Б.М., к.с.-г.н., Буцяк Г.а. , к.с.-г.н.
Фомша М.В., к.вет.н., Дашковський О.О., к.вет.н © Лъе1есъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт
iMeni С.З. Тжицъкого
Грунт як початкова ланка м1грацп важких
метал1в у екосистемах
Викладено основш питання надходження, м^рацп та розподглу важких метал1в у tpynmi як nonamKoeiu ланщ ïx циркуляцп. Розглянуто аспекты змти окремих показнитв грунту i Трунтовог ôiomu nid diew даних полютант1в, а також захист властивост1 tpynmie.
Ключое1 слова: грунт, важкг метали, екосистема, мжробоценози, рН
Грунту.
Вступ. Грунти займають особливе мюце в бюсфер1, забезпечуючи ïï бюлопчну продуктившсть. В той же час вони зазнають найбшьшого антропогенного впливу, бо е одшею з важливих ланок циркуляцп забруднюючих речовин [2, 13, 28]. В грунтових умовах вщбуваеться акумулящя i диференщащя метал1в-забруднювач1в: вони адсорбуються на поверхш грунтових частинок, входять до складу глинистих мшерал1в, утворюють власш мшерали, знаходяться в розчинному сташ у грунтовш волоз1 i в газопод1бному -у грунтовому noBÎTpi, входять до складу оргашчних решток, зв'язуються з оргашчною речовиною, е складовою частиною грунтово! бюти, розподшяються по грунтовому профшю [1, 4, 12, 14]. Нагромадження в грушг таких стабшьних компонешгв, як важю метали, призводить до змши його ф1зико-х1м1чних, ф1зичних i мжробюлопчних показниюв [10, 27].
Потрапляючи в грунт, важю метали нагромаджуються в ньому у значних юлькостях [26]. Так, фоновий р1вень вмюту шкелю у грунтах Украши становить 1,2-120 мг/кг, свинцю - 2-63 мг/кг [11, 24]. Проте негативний вплив на грунтовий бюценоз мають метали у рухомих формах [1], що зумовлюють токсичшсть i для грунтово! бюти, i для рослин. ГДК для рухомих форм шкелю i свинцю становить лише 4 та 2 мг/кг сухого грунту вщповщно [19]. Чим ширше сшввщношення м1ж рухомими i валовими формами важких метал1в, тим бшьша здатшсть Грунт!в протистояти ïx негативному впливу та бшьша ймов1ршсть зниження активност! процеав Mirpan;iï i транслокацп [18].
Захисш властивост1 грунт1в, що полягають у зв'язуванш надлишку шюдливих шгред1ент1в, зумовлеш ïx буферного здатшстю [4]. На слабо буферному Грунт1 токсичшсть метал1в (Ni, Pb) проявляеться вже, починаючи з триразового перевищення фонового ïx вмюту [9].
Для бшьшост1 метал1в типовими формами Mirpan;iï в грунтових розчинах е вшьш катюни металу та розчинш металооргашчш комплекси. Грунти, яю
© Калин Б.М., Буцяк Г.А., Фомша М.В., Дашковський О.О., 2013
56
мають велику емшсть катюнного обмшу I значну кшьккть оргашчно! речовини, здатш нагромаджувати набагато бшьше важких метал1в, шж пщаш або бщш на гумус грунти. За стабшьшстю органо-мшеральш комплекси метал1в утворюють наступний ряд: Hg>Cu>Ni>Pb>Co>Zn>Cd>Fe>Mn [1, 28], що залежить вщ рН грунту. Проте, можна зустр1ти й шший порядок стабшьност1 комплекЫв важких метал1в за 1х потенцшною рухомктю у грунтах, яка у бшьшост1 випадк1в зменшуеться у рядк Cd>Mn>Zn>Ni>Pb>Cu [25].
У Грунт1 важк1 метали розподшяються по горизонтах вщповщно до свое! м1грацшно1 здатност1 [13, 28]. Гумусовий горизонт мае високу адсорбцшну здатшсть до свинцю, максимальш його кшькост1 зареестроваш у верхньому 15-ти сантиметровому шар1 [21]. Щодо шкелю, то його розподш по грунтових горизонтах нер1вном1рний - для нього характерна осцилящя, проте тривале сшьськогосподарське використання земель призвело до порушення природних кругооб1пв важких метал1в, що виявляеться в змш1 1хнього профшьного розподшу, штенсивност1 рад1ально1 м1граци та нагромадженш елеменпв у грунтах пщ ршлею (рис. 1) [8].
Рис. 1. М1гращя важких меташв у агроекоситемах
Найчутлившою реакщею грунту на забруднення е його мжробюлопчна та ферментна актившсть. Р1зномаштш сполуки важких метал1в впливають на бюту грунту неоднозначно, що залежить вщ концентраци самого забруднювача, ф1зико-х1м1чних властивостей грунту, розчинност1 сполук важких метал1в, бюлопчних особливостей та фенофази розвитку рослин [23]. Найбшьш токсичними вважаються ртуть, кадмш, шкель, а менш токсичними - мщь, свинець.
Негативш змши у мжробнш спшьнот1 грунт1в простежуються вже при середньому р1вш забруднення [16]. У надм1рно забруднених грунтах чисельшсть мезо- I мжробюти знижуеться, И метабол1зм гальмуеться, I зрештою
57
вЫ оргашзми можуть загинути [14]. Це приводить до сповшьнення процеЫв гумЫфкаци, нприфкаци та азотфшсаци [22].
Гумусиий шар служить шдикатором наявност1 свинцю в породах. У грунтах важкого мехашчного складу, з бшьш високим вмютом гумусу та обмшних основ, д1я метал1в проявляеться слабше, шж в легких та бщних грунтах. Це пояснюеться здатшстю глинистих мшерал1в I оргашчно! речовини до переводу метал1в у зв'язаний стан. Свинець у чорнозем1 не мае значного впливу на азотфжсуючу актившсть нав1ть при високому його вм1сп (10 мг/кг грунту), а в с1розем1 при такому ж його вмкт1 спостеркалось И зниження. Однак, постшне надходження важких метал1в у грунт, нав1ть у малих кшькостях, на протяз1 тривалого часу здатне призвести до значного нагромадження 1х у профш [1].
Оксино-вщновш процеси I реакщя грунтового середовища р1зко змшюють поведшку важких метал1в у ландшафт! [13]. Млграцшна здатшсть шкелю в р1зко вщновних умовах зменшуеться на 1-2 порядки пор1вняно з окиснювальними, а при рН 6,0 I менше - значно зростае [17]. Одночасно Ni та РЬ спричиняються до пщкиснення грунтового розчину в районах штенсивного випадання. При цьому вщбуваеться у 2-3 рази бшьше вимивання мшерального азоту, калш, зал1за, фосфапв кальцш та легко окиснювально! оргашчно! речовини [8].
Внесения мшеральних добрив, що мютять домшки токсичних метал1в, також сприяе нагромадженню та змш1 мкрацп останшх у грунт1, збшьшуючи доступшсть цих елемент1в для рослин. 3-пом1ж важких метал1в, як1 надходять у грунт ¿з добривами, найтоксичшшими е кадмш, шкель, мщь, цинк та свинець. Найбшьше свинцю мктять фосфатш добрива, шкелю - фосфатш та калшш. В 1 ц суперфосфату валовий вмкт свинцю - 4,8, шкелю - 0,6 г. А в 1 кг сухо! маси оргашчних добрив мктиться: шкелю - 7,8-30 мг, свинцю - 6,6-15. За розрахунком агрох1м1к1в [18] в грунт щор1чно з мшдобривами попадае 57,9 г свинцю та 8,5 г шкелю на 1 га орно! землг
Для сшьськогосподарських угщь, що розташоваш поблизу великих населених пункпв та промислових об'екпв кнуе ще одне значне джерело надходження важких метал1в - ст1чш води [5]. Через присутшсть в останшх досить значних концентрацш сполук азоту, фосфору та калш 1х вносять у грунти, де вирощують сшьськогосподарсью культури, але вони мютять при цьому значну кшьккть важких метал1в [14].
У грунтах пщтримуеться сшввщношення м1ж формами сполук важких метал1в. Сумкне внесения Zn, Ni, РЬ I Cd збшьшуе рухомкть Zn I Cd в грунт1, посилюючи 1х надходження до рослин, що вказуе на синерпзм цих полютант1в
[14, 15].
У грунп значна частина метал1в-забруднювач1в сорбуеться I перерозподшяеться за профшем, а деяка - поглинаеться рослиншстю або виноситься з поверхневими I грунтовими стоками. 1з забруднених грунт1в важю метали переходять у рослини, оргашзм тварин I продукта харчування, а, отже, стають токсичними I для людини [6, 7].
58
Небезпека зазначених полютант1в полягае не лише у вираженш загальнотоксичнш дп на жив i оргашзми [4, 12, 29], але i мутагеннш [3, 20, 29]. 1нтенсившсть такого впливу може залежати вщ синерпчних чи антагошстичних ефект1в, спричинених шшими показниками, зокрема кислотшстю [1]. При цьому стутнь ушкодження генетичного матер1алу 6íoo6'€ktíb часто перебувае у ткнш залежност1 з параметрами стану середовища юнування [20].
Висновки. Важю метали, потрапляючи у грунт нагромаджуються в ньому у великих кшькостях, становлячи небезпеку для грунтово! 6íoth, рослин i, зрештою для тварин та людей. Пор1вняно з багатьма забруднювачами, важю метали не пщлягають самоочищению, вони змшюють лише р1вень вмкту або форми зв'язюв з компонентами грунту.
Л1тература
1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.
2. Бшявський Т.О. Еколопчна оц1нка агроландшафт1в Льв1всько1 област1 / Т.О. Б1лявський, Г.1. Рудько // Агроеколог1я i бютехнолопя: 36. наук. праць 1н-ту агроеколог^ i б1отехнологй' УААН. - К.: Нора-пр1нт, 2000. - Вип. 4. - С. 3643.
3. Богуславська Л. Вплив íohíb важких метал1в на м1тотичний шдекс ап1кально1 меристеми кореня кукурудзи (Zea mays L.) / Л. Богуславська, А. Тихомиров // Bích. Льв1в. ун-ту. Сер. бюл. - 2005. - Вип. 40. - С. 160-165.
4. Буцяк B.I. Еколопчний мон1торинг ведения тваринництва у 6ioreoxÍMÍ4HHx пров1нц1ях / B.I. Буцяк, Р.Й. Кравц1в, Г.А. Буцяк - Льв1в, 2005. -254 с.
5. Влияние осадков сточных вод на содержание тяжелых металлов в почве и растениях / Н.А. Санягина, Б.В. Сульдин, А.Н. Туманова и др. // Гигиена и санитария. - 1994. - № 2. - С. 14-15.
6. Волошин Е.И. Загрязнение почвы тяжелыми металлами / Е.И. Волошин // Земледелие. - 1998. - № 3. -С. 22-24.
7. Гришина А.В. Транслокация тяжелых металлов и приемы детоксикации почв / А.В. Гришина, В.Ф. Иванова // Химия в сельском хозяйстве . - 1997. -№ 3. - С. 36-40.
8. Дмитрук Ю.М. TeoxÍMÍ4HÍ особливост1 грунт1в агроландшафт1в Передкарпаття / Ю.М. Дмитрук // Вкник аграрно! науки. - 2005. - № 5. - С. 5155.
9. До питания оцшки píbhíb небезпеки забруднення грунт1в важкими металами / A.I. Фатеев, М.М. Мирошниченко, В. Л. Самохвалова та íh. // Bíchhk arpapHOÏ науки. - 1999. - № 10. - С. 59-62.
10. Еколопчш та ririeHÍ4HÍ проблеми забруднення рухомими формами важких метал1в грунту промислових агломерац1й Придн1пров'я / С.М. Крамарьов, Е.А. Деркачов, О.А. Шевченко та íh. // Довкшля i здоров'я. - 2004. -№ 1 - С. 24-27.
11. Жовинский Э.Я. Геохимия тяжел^1х металлов в почвах Украины / Э.Я. Жовинский, И.В. Кураева. - К.: Наук. думка, 2002. - 216 с.
59
12. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния окружающей среды / Ю.А. Израэль. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.
13. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б. Ильин. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 151 с.
14. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - М.: Наука. - 1989. - 484 с.
15. Калин Б.М. Оцшка р1вня х1м1чного забруднення грунпв р1знофункцюнальних зон урбоекосистеми / Б.М. Калин, Г.А. Буцяк // Наук. вкник ЛНУВТ та БТ ¿м.. С.З. Гжиького, Льв1в, 2012. - Том.14. - №3. - Ч. 2. - С. 332-336.
16. Кунах О.Н. Экологическое разнообразие животного населения почвы в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами / О.Н. Кунах. // Еколопя та ноосферолопя. - 2005. - Т. 16, № 3-4. - С. 188-201.
17. Кураева И.В. Формы нахождения тяжелых металлов в почвах техногенно-загрязненных территорий / И.В. Кураева. // Мин. журн. - 1997. - № 6. - С.53-57.
18. Макаренко НА. Контроль за вмктом важких метал1в у грунп / Н.А. Макаренко. // Вкник аграрно! науки. - 2001. - № 4. - С. 55-57.
19. Методика мошторингу земель, що перебувають в кризовому сташ / Заред. В.В. Медведева, Т.М. Лактюново!. - Харюв, 1998. - 88 с.
20. Миленька М. Цитогенетична оцшка стану грунт1в бурштинсько! урбоекосистеми / М. Миленька. // Вкник Льв1в. ун-ту, Сер1я бюлопчна. - 2009. - Вип. 49. - С. 128-137.
21. Овчаренко М.М. Подвижность тяжелых металлов в почве и доступность их растениям / М.М. Овчаренко. // Аграрная наука. - 1996. - № 3. -С. 39-41.
22. Рижук С.М. Нагромадження важких метал1в I радюнуклдав в органогенних грунтах та сшьськогосподарських культурах / С.М. Рижук. // Вкник ДААУ. - Житомир, 2000. - № 10. спец.вип. - С. 120.
23. Токсична I мутагенна актившсть важких метал1в - забруднювач1в грунту / Г.О. 1утинська, З.В. Петруша, В.А. 1ваниця та ¿н. // Современные проблемы токсикологи. - 2000. - № 2. - С. 53-56.
24. Установление уровней содержания тяжелых металлов в почвах Украины / М.П. Вашкулат, В.И. Пальгов, Д.Р. Спектор и др. // Довкшля та здоров'я. - 2002. - № 2. - С. 44-46.
25. Фокин А.Д. Роль растений в перераспределении вещества по почвенному профилю / А.Д. Фокин. // Почвоведение. - 1999. - № 1. - С. 125133.
26. Функцюнування мжробних ценоз1в грунту в умовах антропогенного навантаження / К.1. Андреюк, Г.О. 1утинська, А.Ф. Антипчук та ш. - К.: Обереги, 2001. - 239 с.
27. Чмиленко Ф.О. Особливост1 еколог1чного контролю вмюту важких метал1в у чорноземах Украши / Ф.О. Чмиленко, Н.М. Смпток, П.К. Охмат. // В1сник Дншропетровського держ. аграр. ун-ту. - 2005. - № 1. - С. 28-32.
60
28. Heavy metals in Lithuania's soils and plants / J. Mazvila, T. Adomaitis, L. Eitminavichius et al. // J. of Agriculture. - 2001. - Vol. 73. - P. 64-90.
29. Fiskesjo G. The Allium-test - an alternative in environmental studies the relative toxicity of metal ions / G. Fiskesjo. // Mutat. Res. 1988. N 197. P. 243-260.
Summary
B. Kalyn, A. Butsiak, Fomina M., Dashkovskyy O.
Lviv national university of veterinary medicine and biotechnologies named after
S.Z. Gzhytskyj
SOIL AS A FIRST LEVEL MIGRATION OF HEAVY METALS IN
ECOSYSTEMS
The basic issue receipts, migration and distribution of heavy metals in the soil as the primary unit of their circulation. The aspects of changes in individual indicators of soil and soil biota under this pollutants and protective properties of soils.
Key words: soil, heavy metals, ecosystem, mikrobocenosis, pH of soil.
Рецензент - д.с.-г.н., професор Параняк Р.П.
61
