CC BY
15
ш
нлты
ЫКРА1НИ
»imieft®
Науковий BicH и к Н/1ТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280319 Article received 02.04.2018 р. Article accepted 26.04.2018 р.
УДК 631.4
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author L. K. Tychyna [email protected]
Л. К. Тичина1, Ю. А. Блявський1, О. Л. Тичина2
1 Житомирський нацюнальний агроекологiчний утверситет, м. Житомир, Украгна 2ДП "Житомирський науково-до^дний та проектний тститут землеустрою", м. Житомир, Украгна
ПРОЦЕСИ М1ГРАЦН ВАЖКИХ МЕТАЛ1В У Г1ДРОМОРФНИХ ГРУНТАХ
ПОЛ1ССЯ П1Д ВПЛИВОМ ОСУШЕННЯ
З'ясовано, що забруднення навколишнього середовища, зокрема осушених Грунпв, набувае значних масштаб1в. Це на-самперед пов'язано з надм1рним надходженням х1м1чних елеменлв у бюсферу внаслвдок штенсивного використання пести-цид1в, внесення тдвищених норм мшеральних добрив та мелюранлв. Це сприяе надходженню в Грунт важких метшив, яю накопичуються у верхньому шар1 Грунту та в надал1 млрують по Грунтовому профшю, потрапляють у Грунтов! води та заб-руднюють сшьськогосподарську продукщю. За результатами дослвджень встановлено, що тд впливом довготривалого осу-шення ввдбуваеться процес вимивання мулисто! фракцп в нижт горизонти Грунтового профшю, що тасно пов'язано з важки-ми металами. Отримаш експериментальш дат св1дчать, що внаолдок осушення та тривалого сшьськогосподарського використання спостережено вимивання рухомих форм важких метал1в 1з верхшх генетичних горизонпв гумусово-елюв1ального горизонту в нижш у дерново-середньотдзолистих глейових супщаних Грунтах. Розподш рухомих форм важких метал1в по профшю дерново-середньотдзолистих глейових супщаних Грунпв мае такий характер: як в осушених, так [ в неосушених Грунтах, спостережено найвищ концентрацп рухомих форм дослвджуваних елеменлв у гумусово-елкшальному горизонта. Внаандок тривалого осушення вимиваються важю метали з гумусово-елюв1ального й елюв1ального горизонту та вмивають-ся [ фжсуються !х в шюв1альному генетичному горизонта Грунтового профшю на глибиш 50-60 см (за винятком мол1бдену та кобальту, яю закршлюються також [ в горизонта, перех1дному до материнсько! породи). Причому нашнтенсившше накопичуються в шюв1альному горизонта м1дь, бор [ свинець.
Ключовi слова: акумулящя; генетичш горизонти; добрива; опщанювання; мелюранти; млращя; х1м1чш елементи.
Вступ. Важк1 метали (ВМ), що м1стяться в добри-вах, в основнш сво!й маа надходять у концентращях, що не перевищують ГДК 1 позитивно впливають на рос-лини, задовольняючи !х потребу в мжроелементах. Збшьшення ж концентрацш токсичних елеменлв понад ГДК негативно впливае на еколопчний стан та яшсть сшьськогосподарськоТ продукцп. З дослвджень (Нга-bovs'kyy, 2000; Zhovynskyy, 2002; Kabata-Pendyas, 1989; Samchuk, 2006; Smetanyuk, 2009; Sokolov, 1999) вста-новлено, що за довготривалого використання добрив, яш м1стять шкель, кобальт, кадмш, м1дь, фтор, вм1ст цих елеменлв у Грунтах не перевищуе гранично допус-тимих концентрацш. В шших дослвдженнях (Kabata-Pendyas, 1989), навпаки, зазначено, що фосфорш добрива зменшують рухом1сть важких метал1в у Грунл за ра-хунок утворення важкорозчинних фосфалв метал1в. Ка-лшш добрива меншою м1рою впливають на доступшсть важких метал1в для рослин, шж азотш та фосфорш. Шсля використання азотних добрив рухом1сть марган-цю, цинку, кадмш у Грунл практично не змшюеться, а рухом1сть свинцю при цьому зменшуеться (Achasova, 2003; Zhovynskyy, 2002).
В1домо, що оргашчна речовина Грунту 1з вах и ком-поненлв найбшьш сильно утримуе важк1 метали (Zhovynskyy, 2002; Kabata-Pendyas, 1989). Шсля внесення одшеТ тонни гною у Грунт надходить у середньому 152,6 мг цинку, 6,9 мг шкелю, 5,2 мг хрому, 4,4 мг/кг свинцю, 27 мг мвд, 0,25 мг кадмш, 0,09 мг ртул та 273 мг марганцю (Kabata-Pendyas, 1989).
Зниженню надходження важких метал1в у рослини сприяють так1 просл агротехшчш заходи, як: вапнуван-ня Грунлв, внесення гною 1 фосфорно-калшних добрив, що зменшуе рухом1сть цинку в Грунп на 27 %, мвд - на 5,5 % (Myslyva, 2010; Samchuk, 2006; Smetanyuk, 2009).
Речовини антропогенного походження, до яких належать 1 важю метали, потрапляючи на поверхню Грунту та проникаючи в нього, диференцшються в межах Грунтового профшю. Причому генетичш горизонти вис-тупають як геох1м1чш бар'ери на шляху м1грацИ техно-генних речовин. Як Грунтово-геох1м1чн1 бар'ери е 1лювь альн1 горизонти, 1люв1ально-зал1зисто-гумусов1, 1люв1-альн1 кольматован1, карбонатн1, гшсов1, солонцев1, а також глейов1 горизонти. 1люв1альн1 та глейов1 горизонти Грунпв нагромаджують м1кроелементи нав1ть за умов
1нформа^я про aBTopiB:
Тичина Леошд Костянтинович, канд. с.-г. наук, доцент, кафедра загального лiсiвництва. Email: [email protected];
https://orcid.org/0000-0002-1855-2167 Бшявський Юрiй Адамович, канд. с.-г. наук, доцент, кафедра охорони довктля та збалансованого природокористування.
Email: [email protected]; https://orcid.org/0000-0002-7860-1979 Тичина Олександр Леошдович, iнженер. Email: [email protected]
Цитування за ДСТУ: Тичина Л. К., Бшявський Ю. А., Тичина О. Л. Процеси 1^грацп важких металiв у гiдроморфних Грунтах полiсся
тд впливом осушення. Науковий вiсник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 3. С. 93-96. Citation APA: Tychyna, L. K., Biljavskij, Yu. A., & Tychyna, O. L. (2018). Migration Processes of Heavy Metals in Polissya Hydromorphic Soils Under Draining. Scientific Bulletin of UNFU, 28(3), 93-96. https://doi.org/10.15421/40280319
нормального геохiмiчного фону (Myslyva 2009, ТуЛупа 2000, Tychyna 2001).
Об'екти дослщження - дерново-середньопiдзолистi глейовi супiщанi грунти, осушенi гончарним дренажем у 1970-1975 рр.
Дослщження проводили на територп Теншвсько! осушувально! системи, розташовано! у центральнш час-тинi Житомирсько! обл. у межах Червоноармшського р-ну. Осушувальну систему побудовано на площ^ яка охоплюе 34 тис. га осушених грунтiв. Регулювання вод-но-повиряного режиму здiйснюеться за допомогою по-переджувального шлюзування поверхневих вод р. Тень-ки та И приток1в, мапстральних каналiв завдяки надхо-дженню води в канали з двох водосховищ.
Предмет дослщження - важк метали та !х мiграцiя по грунтовому профiлю дерново-пщзолистих глейових супiщаних грунтiв, пiдданих осушенню гончарним дренажем та тривалому сiльськогосподарському викорис-танню за останш 40-45 рок1в.
Методика проведення дослщження. В основу наших дослщжень покладено оцiнку екологiчного стану грунпв за вмiстом важких металiв. Дослщження проводили шляхом порiвняння фактичного вмюту ВМ в осушених та неосушених грунтах та показниками ГДК ре-гiональних кларк1в ВМ для грунпв Укра!ни за А. I. Фа-деевим.
Польовi та лабораторш дослiдження проводили згiдно з наявними методиками, застосовуючи лабора-торно-хiмiчний метод для визначення основних пара-метрiв дослщжуваних грунтiв. Зразки для дослщжень
PIgl 50-60, Pigl 90-100 см. Вмют важких металiв виз-начали за методикою ЦiНАО на атомно-адсорбцшному cneKTpoMeTpi КАС-120 (ДСТУ 4770.2:2007) (Balyuk 2009). Математично-статистичний аналiз отриманих да-них проводили за допомогою програми "Excel" на персональному комп'ютерг
Результата дослiдження. Дослщження проводились з використанням матерiалiв великомасштабних об-стежень гiдроморфних грунтiв, проведених у перюд з 1970 по 1975 рр., яш передували побудовi осушуваль-них систем. Показали екологiчну спрямовашсть та ди-намiку грунтових режимiв дерново-середньопщзолис-тих глейових супiщаних, яш вiдбулися внаслщок 40-45-рiчного застосування осушувально! мелюрацп.
Встановлено, що пщ впливом осушення вiдбувся процес вимивання мулистих фракцiй в нижнi горизонта, що псно пов'язанi з важкими металами, внаслiдок чого верхш генетичнi горизонти дослщжуваних грунтiв отщанюються. Встановили закономiрностi змiн вмiсту важких металiв пiд впливом осушення. Навели динамь ку вмiсту та м^ацп важких металiв гiдроморфних грунпв Правобережного Полiсся пiд впливом осушення.
Провели дослщження з вивчення характеру м^ацп важких металiв у грунтовому профш неосушених грун-тiв та !х аналогiв, що пiддавались тривалому осушенню. Отримаш експериментальнi данi свщчать, що внаслiдок тривалого осушення спостернаемо вимивання рухомих форм важких металiв iз верхнiх генетичних горизонтiв гумусово-елювiального горизонту в нижнi в дерново-се-редньопiдзолистих глейових супiщаних грунтах (табл.).
вщбирали з генетичних горизонтiв НЕ 0-20, ЕР 30-40 Табл. Змша вм1сту рухомих форм важких метал1в у дерново-середньоп1дзолистих глейових суп1щаних Грунтах Полкся
1ндекс горизонлв, глибина, см Дшянка Си Мп Zn B Mo Cd Pb Co
HE 0-20 неосушеш 1,82 59,1 0,67 1,38 0,44 0,21 4,81 0,74
осушеш 1,11 54,9 0,64 1,21 0,39 0,16 4,21 0,65
Змши, ± -0,71 -4,2 -0,03 -0,17 -0,05 -0,05 -0,6 -0,09
EP 30-40 иеосушеиi 0,94 19,6 0,12 0,69 0,22 0,15 2,32 0,45
осушеш 0,78 13,2 0,07 0,56 0,17 0,11 1,76 0,29
Змши, ± -0,16 -6,4 -0,05 -0,13 -0,05 -0,04 -0,56 -0,16
PIgl 50-60 иеосушеиi 0,64 29,7 0,13 0,51 0,29 0,11 2,16 0,39
осушеиi 0,87 38,4 0,24 0,69 0,35 0,14 2,52 0,45
Змши, ± +0,23 +8,7 +0,11 +0,18 +0,06 +0,03 +0,36 +0,6
Pigl 90-100 иеосушеиi 0,86 17,4 0,18 0,47 0,27 0,16 1,29 0,21
осушеиi 0,61 18,1 0,16 0,42 0,31 0,14 0,98 0,33
Змши, ± -0,25 +0,7 -0,2 -0,5 +0,4 -0,02 -0,31 +0,12
Кларк 20 30 0,5 12 2,8
Встановлено, що максимального навантаження заз-нають верхнi генетичнi горизонти осушених грунпв, де вiдбуваеться акумулящя дослщжуваних елементiв та !х закршлення. Цьому сприяе наявнiсть найбшьшо! шль-костi гумусу в цих горизонтах, а також те, що тсля внесения мiнеральних добрив та мелюранпв основна !х ма-са зосереджуеться саме у верхнiй частиш грунту. Елю-вiальнi горизонти зазнають збiднення на рухомi форми важких металiв внаслiдок вимивання останнiх iз низхщ-ним потоком води та перемщенням мулисто! фракцп в глибшi щiльнi горизонти. Iлювiальнi горизонти грунтового профшю внаслiдок свого розмщення на меж1 по-рiд, що пщдаються процесам оглеення та вимивання дослщжуваних елементiв iз верхнiх генетичних гори-зонтiв, накопичують важк1 метали i виконують роль своерiдних захисних бар'ерiв на шляху м^ацп важких металiв iз дренажним стоком.
Розподш рухомих форм важких металiв по профiлю дерново-середньопiдзолистих глейових супiщаних грунпв мае такий характер: як в осушених, так i в неосушених грунтах найвищi концентрацп рухомих форм дослщжуваних елеменпв спостерiгали в гумусово-елю-вiальному горизонтi. Внаслщок тривалого осушення вщбуваеться вимивання елементiв-забруднювачiв iз гу-мусово-елювiального й елювiального горизонту та вми-вання i фжсащя !х в iлювiальному генетичному гори-зонтi на глибинi 50-60 см (за винятком молiбдену та кобальту, яш закрiплюються також i в горизонтi, перехщ-ному до материнсько! породи). Причому, найбiльш ш-тенсивно накопичуються в iлювiальному горизонп мiдь, бор i свинець.
Висновки. Накопичення важких металiв вщбу-ваеться у верхньому гумусово-акумулятивному горизонт^ чому сприяе вмiст гумусу, внесения пщвищених
норм мшеральних добрив та мелюраипв, яш мiстять домiшки цих елементiв.
Шд впливом осушення вiдбуваeться процес вимиван-ня мулистих фракцiй в нижш горизонти, що псно пов'язано з важкими металами та встановлено закономiр-ностi змiн вмiсгу важких мегалiв в осушених грунтах. Дослвджено динамшу вмiсту та мiграцiï важких металiв у дерново-середньопiдзолистих глейових супiщаних грунтах Правобережного Полюся пiд впливом осушення та тривалого сiльськогосподарського використання.
Важк1 метали частково мiгрують з грунтовим розчи-ном вниз по грунтовому профшю i накопичуються в нижшх генетичних горизонтах дерново-середньотдзо-листих глейових сутщаних осушених грунтiв, чому сприяе вертикальний потiк атмосферноï вологи. Але на-копичення важких металiв у нижнiх горизонтах пдро-морфних груипв не мае закономiрного характеру - важ-к1 метали акумулюеться в нижнiх горизонтах, а iншi -нi, що потребуе подальших дослвджень.
Перспективи подальшого дослвдження варто зосере-дити в напрямi вивчення закономiрностей мiграцiï важких металiв в iнших грунтових вiдмiнах Полюся Украни.
Перелiк використаних джерел
Achasova, A. O. (2003). Gruntovo-ekolohichni umovy formuvannya prostorovoyi neodnoridnosti vmistu vazhkykh metaliv u gruntakh Livoberezhnoho Lisostepu Ukrayiny. Doctoral Dissertation for Agricultural Sciences (03.00.18 - Soil science). Kyiv. 262 p. [In Ukrainian].
Balyuk, S. A., & Lazebna, M. Ye. (2009). Perelik osnovnykh normatyvnykh dokumentiv u haluzi gruntoznavstva, ahrokhimiyi ta okhorony gruntiv. Kyiv: Natsional'nyy naukovyy tsentr "Instytut
gruntoznavstva ta ahrokhimiyi imeni O. N. SokolovsTcoho". 37 p. [In Ukrainian].
HrabovsTcyy, O. V., Roshko, V. H., & Nikolaychuk, O. I. (2000). Akumulyatsiya vazhkykh metaliv gruntom ta roslynnymy obyektamy v umovakh antropohennoho navantazhennya. Naukovyj visnyk UzhDU. Seriya Biolohiya, 8, 158-160. Uzhhorod. [In Ukrainian].
Kabata-Pendyas, A. (1989). Mykroelementy v pochvakh y rastenyyakh. Moscow: Myr. 439 p. [In Russian].
Myslyva, T. M. (2010). Vazhki metaly v roslynnosti Ukrayinskoho Polissya. Tavriyskyy naukovyj visnyk, 70, 224-233. [In Ukrainian].
Myslyva, T. M., & Trembitskyy, V. A. (2009). Vazhki metaly u gruntakh ahrolandshaftiv Zhytomyrskoho Polissya. Ahroekol. zhur., 4, 30-35. [In Ukrainian].
Samchuk, A. I., Kurayeva, I. V., & Yehorov, O. S. (2006). Vazhki metaly u gruntakh Ukrayinskoho Polissya ta Kyyivskoho mehapolisu. Kyiv: Nauk. dumka. 108 p. [In Ukrainian].
Smetanyuk, O. I., & Chernovska, N. V. (2009). Prostorovo-chasova minlyvist vmistu svyntsyu v likarskykh roslynakh. Klinichna ta eksperymentalna patolohiya, 8(3), 101-102. [In Ukrainian].
Sokolov, O. A., & Chernykov, V. A. (1999). Ekolohycheskaya bezopasnost' y ustoychyvoe razvytye. Kn. 1. Atlas raspredelenyya tyazhelykh metallov v obektakh okruzhayushchey sredy. Pushchyno: Onty pnts ran. 164 p. [In Russian].
Tychyna, L. K., & Dolhilevych, M. Yu. (2000). Evolyutsiya humusu osushenykh hidromorfnykh gruntiv Polissya. Visnyk RDTU, 6(13), 90-94. [In Ukrainian].
Tychyna, L. K., & Dolhilevych, M. Yu. (2001). Dynamika hranulometrychnoho skladu osushenykh hidromorfnykh gruntiv Polissya. Visnyk ahrarnoyi nauky, 6, 79-89. [In Ukrainian].
Zhovynskyy, E. Ya., & Kuraeva, Yu. V. (2002). Heokhymyya tyazhelykh metallov v pochvakh Ukrayny. Kyiv: Nauk. dumka. 213 p. [In Russian]
Л. К.Тычина1, Ю. А. Белявский1, О. Л. Тычина2
1 Житомирский национальный агроэкологическийуниверситет, г. Житомир, Украина 2 ГП "Житомирский научно-исследовательский и проектный институт землеустройства", г. Житомир, Украина
ПРОЦЕССЫ МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ГИДРОМОРФНЫХ ПОЧВАХ ПОЛЕСЬЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОСУШЕНИЯ
Установлено, что загрязнение окружающей среды, в том числе осушенных почв, приобретает значительных масштабов. Это в первую очередь связано с избыточным поступлением химических элементов в биосферу за счет интенсивного использования пестицидов, внесения повышенных норм минеральных удобрений и мелиорантов. Это способствует поступлению в почву тяжелых металлов, которые накапливаются в верхнем слое почвы и в дальнейшем мигрируют по почвенному профилю, попадают в грунтовые воды и загрязняют сельскохозяйственную продукцию. В результате исследований установлено, что под влиянием длительного осушения происходит процесс вымывания илистой фракции в нижние горизонты почвенного профиля, что тесно связано с тяжелыми металлами. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что в результате осушения и длительного сельскохозяйственного использования происходит вымывание подвижных форм тяжелых металлов из верхних генетических горизонтов гумусово-элювиального горизонта в нижние в дерново-среднеподзолистых гле-евых супесчаных почвах. Распределение подвижных форм тяжелых металлов по профилю дерново-среднеподзолистых гле-евых супесчаных почв имеет следующий характер. Как в осушенных, так и в неосушенных почвах, самые высокие концентрации подвижных форм исследуемых элементов выявлены в гумусово-элювиальном горизонте. В результате длительного осушения происходит вымывание тяжелых металлов из гумусово-элювиального и элювиального горизонта и вмывание и фиксация их в иллювиальном генетическом горизонте почвенного профиля на глубине 50-60 см (за исключением молибдена и кобальта, которые закрепляются также и в горизонте, переходном к материнской породы). Причем наиболее интенсивно накапливаются в иллювиальном горизонте медь, бор и свинец.
Ключевые слова: аккумуляция; генетические горизонты; удобрения; опещанивание; мелиоранты; миграция; химические элементы.
L. K. Tychyna1, Yu. A. Biljavskij1, O. L. Tychyna2
1 Zhytomyr National Agroecological University, Zhytomyr, Ukraine 2 State Enterprise "Zhytomyr Scientific Research and Design Institute of Land Management", Ukraine
MIGRATION PROCESSES OF HEAVY METALS IN POLISSYA HYDROMORPHIC SOILS UNDER DRAINING
The emission of chemicals of various anthropogenic origins into the environment, including drained hydromorphic soils, is taking on alarming proportions. Therefore, the basis of our research is the ecological soil assessment on the content of heavy metals. The research is carried out by comparing the actual content of heavy metals in drained and non-drained soils and the MAC indices of regional heavy metals cliques for soils in Ukraine according to A.I. Fadeyev. Field and laboratory studies were carried out according
to existing methods, applying the laboratory-chemical method for determining the main parameters of the researched soils. The authors have defined that, as a result of prolonged drainage, the elution of heavy metals moving forms from the upper genetic horizons of the humus-alluvial horizon to the lower ones in sod-medium podzolic glued sandy soils is observed. The upper genetic horizons of drained soils are revealed to undergo maximum changes as there the accumulation of the researched elements and their fixation take place. It is possible due to the largest amount of humus in these horizons, and the application of mineral fertilizers and ameliorants most of which are concentrated in the upper layer of the soil. The alluvial horizons undergo impoverishment in the moving forms of heavy metals as a result of their washing out with the descending flow of water and the transfer of the clay fractions to deeper and dense horizons. Alluvial soil profile horizons being placed at the rock edge, under the gleying and researched heavy metals elution from the upper genetic horizons, accumulate heavy metals and play the role of protective barrier to the migration of heavy metals with drainage waters. The distribution of mobile forms of heavy metals along the profile of sod-mid-podzolic gley sandy loam soils has the following character. In both drained and non-dried soils, high concentrations of the researched elements moving forms are observed in the humus-eluvial horizon. As the result of prolonged drainage, the pollutant elements are washed out from the humus-eluvial and eluvial horizons and washed and fixed in the lluvial genetic horizon at the depth of 50-60 cm, except molybdenum and cobalt, which are also fixed in the horizon transitional to the parent rock. Moreover, copper, boron and lead are accumulated most intensively in the Iluvial horizon. To conclude, heavy metals partially migrate with the ground solution down the profile and are accumulated in the lower genetic horizons of sod-medium podzolic gley sandy loam soils, facilitated by a vertical flow of atmospheric moisture. But the accumulation of heavy metals in the lower horizons of hydromorphic soils is not a natural phenomenon: a number of heavy metals are accumulated in the lower horizons, while others are not thus requiring further research.
Keywords: accumulation; genetic horizons; fertilizers; sand accumulation; ameliorants; migration; chemical elements.
