рослинництво

Вагомим чинником підвищеного накопичення нітратів у продук-

ції рослинництва, який часто вважають головним, є порушення норм і правил застосування азотних добрив, а саме: 1) перевищення норм внесення, рекомендованих зональними науково-дослідними установами для відповідних ґрунтово-кліматичних умов; 2) віддавання переваги добривам, в яких азот знаходиться у нітратній формі; 3) внесення добрив без урахування вмісту в ґрунті мінерального азоту; 4) проведення пізніх азотних підживлень.

Ґрунтові властивості та умови є одним із чинників забруднення рослин нітратами. Відомо, що за нейтральної реакції ґрунтового розчину рослини краще поглинають NH4+, за кислої – NO3-. B разі внесення фізіологічно кислих добрив кислотність ґрунту підвищується, що сприяє поглинанню NO3-.

Надмірно інтенсивний обробіток ґрунту теж призводить до збільшення забруднення продукції рослинництва нітратами. За цих умов спостерігається підвищена мінералізація гумусу та інших азотовмісних органічних речовин ґрунту, з вивільненням амонію й подальшим перетворенням його на нітрати, збільшення їх вмісту в ґрунті та посилене поглинання рослинами.

Одним із найважливіших чинників нітратного забруднення продукції є ступінь утилізації нітратів і нітритів у самих рослинах, що, в свою чергу, визначається інтенсивністю фотосинтетичної діяльності. Отже, всі чинники, що впливають на неї, а в кінцевому підсумку – на урожайність, одночасно визначають вміст нітратів у рослинах. Основні

зних наведено нижче.

1.Рівень освітленості, або забезпеченість рослин ФАР. Недо-

статня освітленість рослин у теплицях може бути однією з причин підвищеного накопичення нітратів, у вирощених там овочах. Загущення посівів польових культур, затінення рослин призводять до аналогічних результатів. Відомо також, що інтенсивність освітлення визначає активність нітратредуктази, яка відновлює нітрати до амонію.

2.Тепловий режим ґрунту і фітоценозу. Відхилення температури від оптимальної, тобто як надмірне зниження, так і підвищення її, спричиняє збільшення забруднення рослин нітратами.

3.Водний режим ґрунту. Найнижчий вміст нітратів у продукції рослинництва спостерігається за оптимального забезпечення рослин вологою. І за нестачі, і за надлишку вологи накопичення нітратів збільшується.

301

4.Забезпеченість рослин елементами живлення та співвідно-

шення між ними. Оптимальні вміст і співвідношення елементів живлення в ґрунті – один із чинників, що впливає на вміст нітратів у рослинах. Крім того, важливими є й окремі елементи. Так, від вмісту молібдену залежить нормальне відновлення нітратів до нітритів, від вмісту мангану – нітритів до амонію. Калій і магній поліпшують використання нітратів у самих рослинах (калій активує синтез вуглеводів, магній – збільшує вміст хлорофілу).

5.Кислотність ґрунтового розчину. Для кожної рослини існує оптимальний діапазон кислотності, який забезпечує найсприятливіші умови для фотосинтетичної діяльності.

6.Ураження рослин хворобами і шкідниками. Передчасне при-

пинення фотосинтезу при ураженні чи пошкодженні вегетативної маси призводить до зменшення утворення органічних кислот, недостатньої утилізації нітратів, які вже надійшли в рослину.

7.Вчасність виконання польових робіт. Передчасне або пізнє проведення сівби, робіт із догляду за посівами скорочує вегетаційний період, погіршує умови росту, що супроводжується зменшенням кількості синтезованих органічних речовин.

Існують певні закономірності коливання вмісту нітратів у продукції рослинництва. Так, біологічні особливості рослин зумовлюють найінтенсивніше поглинання мінерального азоту до їх цвітіння, а з вступом

угенеративний період розвитку – запас нітратів вичерпується в міру накопичення сухої речовини. Оскільки в ранніх сортах вміст сухої речовини нижчий і мінерального азоту зв’язується менше, то залишкова кількість нітратів у продукції вища, ніж у пізніх сортах. Подібно пояснюють і факт більшого вмісту нітратів у продукції, що споживається зеленою, порівняно з вмістом їх у плодах.

Отже, дотримання вимог і регламентів застосування азотних добрив, покращення умов існування рослинного організму, за рахунок збалансованості факторів життя, дозволить істотно зменшувати нагромадження нітратів у рослинницькій продукції.

35. Класи забруднювачів за ступенем небезпеки

(за О.Ф. Смаглій, 2006)

302

Клас небезпеки хімічних речовин встановлюють за даними табл. 36.

36. Показники для визначення класу небезпеки хімічних речовин (за О.Ф. Смаглій, 2006)

Примітка:

*ЛД50 – летальна доза хімічної речовини, що при введенні в організм викликає загибель 50% тварин, мг/кг живої ваги.

**Персистентність в ґрунті – продовженість зберігання біологічної активності забруднюючої хімічної речовини, що характеризує ступінь її стійкості до процесу розкладу.

До забруднювачів оточуючого середовища входять, крім пестицидів, і важкі метали, окремі похідні вуглецю, сірки, азоту, фтору, різні вуглеводні, синтетичні органічні речовини, радіонукліди та інші шкідливі речовини.

Відповідно до діючого стандарту хімічні речовини, що надходять у ґрунт з викидами і відходами, поділяють на три класи за ступенем загрози (табл. 35).

Джерела надходження важких металів поділяють на природні та техногенні. До природних джерел відносяться вивітрювання гірських порід і мінералів, ерозійні процеси, вулканічна діяльність. Техногенні джерела забруднення ґрунту важкими металами можуть бути розміщені в наступний ряд, за масштабами забруднення і за питомим внеском: повітряні викиди підприємств чорної металургії (найбільше джерело забруднення), автотранспорту, рідкі і тверді побутові відходи (включаючи стічні води), пестициди, органічні та мінеральні добрива (табл. 37).

303

37. Сільськогосподарські джерела забруднення ґрунтів важкими металами, мг/кг сухої маси (за О.Ф. Смаглій, 2006)

На особливості перерозподілу важких металів у ґрунтовому профілі впливає комплекс ґрунтових факторів: гранулометричний склад, реакція ґрунтового розчину, вміст органічної речовини, ємність поглинання катіонів, дренаж та інші. Рівень вмісту металів, за якого починає проявлятися послаблення росту рослин та інші негативні прояви, може різнитись в декілька разів на піщаних і глинистих ґрунтах, окультурених і не окультурених. При цьому враховується не лише безпосередньо їх дія на живі організми, а й на екосистему в цілому, з врахуванням органічних зв’язків між її компонентами і можливих окремих наслідків надходження забруднюючих речовин в біосферу.

Характеризуючи загальну картину забруднення ґрунтів важкими металами, необхідно враховувати, що небезпечний його рівень, який перевищує МДК, спостерігається в основному біля металургійних підприємств в радіусі до 10-12 км та впродовж автодоріг з достатньо інтенсивним рухом (в смузі шириною до 100 м). У цих районах і місцях, сільськогосподарське використання ґрунтів повинне бути відповідно спеціалізованим, їх доцільно виключати із звичайних сівозмін.

Максимальна концентрація хімічних елементів спостерігається на відстані 20-30 м від полотна доріг, де у верхньому шарі ґрунту збільшується концентрація натрію, магнію, алюмінію, міді, свинцю, кадмію та ін.

Кадмій, свинець, титан, нікель нагромаджуються у ґрунті на

304

відстані 5-7 км від доріг. На великих автострадах смуги забруднення збільшуються до 50-100 м. Якщо автострада пролягає на підвищеній частині рельєфу, то шкідливі елементи можуть нагромаджуватися на відстані 15-20 км від неї.

Забруднення важкими металами агропромислових територій до рівнів, що наближаються до МДК, існує на землях, на яких засоби хімізації, наприклад, пестициди або стічні води, застосовувались тривалий час без належного контролю. Внесення мінеральних добрив і традиційних органічних добрив у середніх дозах, здатне підняти рівень вмісту важких металів в ґрунтах до діючих нині значень МДК лише за сотні років.

Найбільш вірогідними об’єктами, на яких можна очікувати під-

вищення рівня забруднення важкими металами і для яких необхідне проведення обстежень, є: приміські зони великих промислових центрів (на відстані до 10 км); овочеві сівозміни з високою насиченістю добривами і пестицидами; поля з традиційним застосуванням стічних вод та ін.

Шкалу оцінки небезпеки – забруднення важкими металами (табл. 37) за сумарним показником забруднення (Zc) визначають за формулою:

Zc=∑Kc-(n-1),

де n – число металів, що визначається;

∑Kc – арифметична сума коефіцієнтів концентрації окремих металів, Kс визначається діленням фактичного вмісту металів в ґрунті (мг/кг) на фоновий вміст металів (довідникові дані).

При Zc менше 16 категорія забруднення приймається як допустима, при 16-32 – як помірно небезпечна, при 32-128 – як небезпечна, понад 128 – як надзвичайно небезпечна.

6.7. Особливості вирощування польових культур на територіях радіоактивного забруднення

Велику загрозу природі та людині в Україні становить величезна кількість відходів, у тому числі радіоактивних. В цілому необачна техногенна діяльність людини є одним з головних негативних екологічних факторів.

305

Використання атомної енергії, призвело до забруднення біосфери радіоактивними речовинами. Аварія на Чорнобильській АЕС спричинила значні викиди радіонуклідів в атмосферу, які згодом нагромадились у ґрунті, вимиваються в ілювіальний горизонт та ґрунтові води, забруднюючи навколишнє середовище. Високогумусний ґрунт досить міцно утримує радіоактивні речовини, які протягом десятиріч знаходяться в орному шарі, звідки постійно мігрують у рослинницьку продукцію. Таким чином, у разі забруднення території, ґрунт є постійно діючим джерелом надходження радіонуклідів у рослини, корми тварин і продукти харчування.

Досвід ліквідації наслідків катастрофи показав, що у системі ”грунт-рослина” заходи з обмеження переходу радіонуклідів у трофічному ланцюжку є найефективнішим щодо зменшення дози внутрішнього опромінення людини. Комплекс заходів щодо обмеження міграції радіоізотопів на радіоактивно забруднених агроландшафтах передбачає організаційні, агромеліоративні (агротехнічні, агрохімічні) й технологічні прийоми. Важливе місце серед них займає внесення добрив, з акцентом уваги на підвищення коефіцієнтів використання елементів живлення з них та ґрунту (М.М. Городній, 2004; Б.Є. Черній, 2008).

На даний час основними радіоактивними забруднювачами є стронцій-90 і цезій-137, які поглинаються рослинами і переміщуються по них, як і їхні хімічні аналоги – кальцій і калій.

Поглинання радіонуклідів і переміщення їх по рослині відбувається в три основні стадії. Спочатку радіонукліди дифузним шляхом порівняно легко потрапляють у вільний простір тканин кореневих волосків. Для цього використовується енергія, що вивільняється при диханні. На другій стадії поглинання радіонукліди проникають у провідні тканини, одновалентні іони поглинаються швидше, ніж багатовалентні, і переносяться в стебла рослин у більших кількостях. На третій стадії поглинання спостерігається висхідний потік іонів у судинні тканини. Швидкість переміщення іонів у пагонах залежить від інтенсивності транспірації води. Радіонукліди, які надходять у надземну частину рослин, в основному нагромаджуються в соломі, листках і стеблах, менше – в зерні. Нагромадження радіонуклідів у рослинах визначається коефіцієнтом накопичення – відношенням вмісту радіонукліда в одиниці рослинної маси до вмісту його в одиниці маси ґрунту або одиниці об’єму розчину.

Загалом для накопичення радіонуклідів та їх вмісту на одиницю маси речовини в процесі росту рослин спостерігається така сама закономірність, як і для біологічно важливих елементів: з віком рослин

307

у їхніх надземних органах абсолютна кількість радіонуклідів збільшується, а їх вміст на одиницю маси сухої речовини – зменшується. З підвищенням урожаю, вміст радіонуклідів на одиницю маси, як правило, зменшується.

Забрудненість рослинної продукції радіонуклідами, що надходять з ґрунту в рослини через корені, залежить від типу і властивостей ґрунту. Найвищі рівні забруднення спостерігаються на дерново-підзо- листих ґрунтах легкого гранулометричного складу (піщаних і супіщаних), нижчі – на сірих лісових і найнижчі – на чорноземах.

Велика різноманітність ґрунтів в Україні визначає істотні відмінності в поводженні радіонуклідів у ґрунтах і накопиченні їх у рослинах. За одного й того ж рівня забруднення концентрації радіонуклідів у рослинах, вирощених на різних ґрунтах і в різних ґрунтово-кліматичних зонах, можуть різнитися в десятки разів. Кількість накопичених радіонуклідів у рослинах великою мірою залежить від властивостей ґрунтів, які зумовлюють поглинання і закріплення їх у поглиненому стані.

На міцність закріплення радіонуклідів у ґрунті, й отже, на надходження їх у рослини і накопичення в урожаї впливають реакція середовища, вміст обмінних кальцію, калію та інших елементів, склад поглинених основ, вміст органічних речовин.

Із кислих ґрунтів радіонукліди стронцію і цезію надходять у рослини в значно більших кількостях, ніж із слабкокислих, нейтральних чи слабколужних. У міру зростання кислотності ґрунту, знижується міцність їх закріплення, збільшуються рухливість і надходження в рослини. Знизити накопичення довго існуючих радіонуклідів стронцію і цезію в урожаї сільськогосподарських культур можна, внесенням карбонатів кальцію, калію або натрію в кислий дерново-підзолистий ґрунт у кількостях, еквівалентних гідролітичній кислотності.

На карбонатних ґрунтах відбувається необмінна фіксація радіонуклідів. Крім того, стронцій і кальцій є хімічними аналогами. У разі надходження в рослини, між ними можуть складатися певні конкурентні відносини (антагонізм) і кальцій, якого в ґрунті на кілька порядків більше, ніж стронцію, обмежить його надходження в рослини.

На перехід цезію-137 із ґрунту в рослини впливає, насамперед, сума обмінних катіонів. На ґрунтах із низькою сумою поглинених основ, як правило, радіонукліди надходять у рослини інтенсивніше, ніж на ґрунтах з вищою сумою обмінних катіонів. На надходження цезію-137 із ґрунту в рослини найбільше впливає калій, як аналог цезію.

308

Зростання в ґрунті вмісту обмінного калію, пропорційно знижує міграцію і надходження в рослини цезію-137. Подібний тип взаємовідносин може встановитися між цезієм та іншими одновалентними елементами (натрієм, рубідієм, літієм).

Вітер може спричинити вторинне забруднення рослин радіонуклідами. Очищення від радіонуклідів, які потрапили на рослини, і взаємодія їх із ґрунтом, значною мірою залежать від пори року. Взимку, за низьких температур і твердих атмосферних опадів, вони будуть мінімальними. Плюсові температури й висока вологість ґрунту влітку посилюють взаємодію радіонуклідів із ґрунтом.

Погодно-кліматичні умови впливають як на вертикальну, так і на горизонтальну міграцію радіонуклідів. За сильних зливових дощів у літньо-осінній період, швидкого танення потужного снігового покриву наприкінці зими – на початку весни, можливий змив радіонуклідів із площ водозборів у водойми і забруднення ними річок, озер, водосховищ.

Подальша міграція радіоактивних речовин, які випали на поверхню ґрунту, біологічними ланцюгами визначається, насамперед, їх розчинністю і пов’язаною з нею біологічною доступністю. Забруднення рослин радіонуклідами в перший період після аварії на ЧАЕС відбувалося двома шляхами: позакореневим і кореневим. Карбонатні радіоактивні часточки, що потрапили на поверхню рослин, здатні не тільки забруднювати їх наземні органи, а й проникають у внутрішні тканини, перемішуються, перерозподіляються і накопичуються в господарськоцінній частині. Радіонукліди, що випадають на вегетуючі посіви чи насадження, не всі затримуються на рослинах, частина їх відразу ж осідає на землю, обминувши рослини.

Утримувальна здатність рослинного покриву залежить від його щільності, морфологічних ознак рослин, форми, розмірів та агрегатного стану радіоактивних речовин, метеорологічних умов на час їх випадання – швидкості вітру до і після випадання радіонуклідів, відносної вологості повітря. Первинне утримування радіоактивних часточок може коливатись від 20-30 до 95%. З часом під дією дощу, вітру радіонукліди потрапляють на ґрунт. Втрати радіоактивності забрудненими рослинами, які відбуваються під дією всіх чинників, крім радіоактивного розпаду нуклідів, прийнято називати польовими втратами. Швидкість видалення радіоактивних речовин із рослинного покриву в літературі часто виражають періодом напіввтрат – це час, протягом якого з рослин змивається дощем і здувається вітром 50% радіонуклідів.

309

Максимальна їх кількість видаляється з рослин у перший період після потрапляння. Тверді сплавлені часточки радіонуклідів здуваються з рослин швидше, ніж розчинні форми. Найшвидше щезає та частина радіоактивних речовин, яка залишається у вільному, незв’язаному стані на поверхні кутикули листків, непроникної для води і газів.

Радіоактивне забруднення рослин буде тим меншим, чим більше часу мине від початку випадання радіоактивних речовин. За умов постійних (хронічних) випадань зі збільшенням, часу, ступінь забруднення урожаю, як правило, зростає.

Інтенсивність міграції радіонуклідів залежить насамперед від їх хімічних властивостей. Інтенсивно переміщуються по рослинах радіоактивні цезій, рубідій, йод, ітрій, значно слабкіше – стронцій, церій, рутеній, цирконій, барій. Найбільшою рухливістю різниться цезій-137. Потрапивши на листки, він швидко переміщується всередину рослини й у великих кількостях може накопичуватися в зерні, бульбах картоплі, плодах огірків і томатів.

У процесі росту і розвитку рослин вміст радіонуклідів в урожаї збільшується й досягає максимуму в кінці вегетації. Наприклад, вміст стронцію-90 в коренеплодах столових буряків, при надходженні нукліда через листки, в кінці вегетації збільшився приблизно в 20 разів порівняно з накопиченням його в коренеплодах буряків, зібраних через 8 днів після нанесення радіонукліда. Найбільше цезію-137 в урожаї рослин накопичується при кінцевому збиранні капусти і столових буряків.

На переміщення радіоактивних речовин по рослині і накопичення їх в урожаї великою мірою впливає вік листків, з яких нукліди надходять у репродуктивні органи. З молодих листків радіонукліди інтенсивніше перемішуються по рослині і в значно більших кількостях накопичуються в господарсько-цінній частині врожаю.

Фаза розвитку рослин має значення не тільки для накопичення в урожаї радіонуклідів, а й впливає на переміщення їх всередині рослин при надходженні через листки. Так, при випаданні стронцію-90, і надходження його в рослини через листки у фазу після виколошування пшениці і ячменю, їх зерно буде забруднене цим нуклідом значно сильніше, ніж при випаданні радіостронцію у фазу початку виходу в трубку. Для рослин із закритим насінням (горох, кукурудза) механічне забруднення врожаю радіоактивними речовинами практично неважливе. Рівень забруднення рослин радіонуклідами за прямого потрапляння на поверхню листків, визначається кількістю свіжих радіоактивних

310