Спосіб визначення стійкості грунтів проти забруднення суміжних середовищ хімічними елементами

Спосіб визначення СТІЙКОСТІ ґрунтів проти забруднення суміжних середовищ ХІМІЧНИМИ елементами, який відрізняється тим, що розрахунки проводять за багатофакторними регресійними моделями залежності експериментально визначених показників СТІЙКОСТІ систем рослина - ґрунт елюат до тестового навантаження від основних ґрунтових характеристик (рН, вмісту гумусу і фізичної глини) Винахід відноситься до ґрунтознавства, сільського господарства та охорони навколишнього середовища, а саме до підвищення точності визначення захисних (буферних) властивостей ґрунтів за їх основними характеристиками Запропонований спосіб може знайти застосування при нормуванні ХІМІЧНОГО забруднення ґрунту У відомому способі визначення СТІЙКОСТІ ґрун Г Я Ринькис [3] щодо доступності мікроелементів рослинам Розмір інактивації визначався у вегетаційних дослідах на кварцевому піску, до якого порівну додавали перелічені речовини За надходженням Zn, Cu, Mn, Co і Мо до рослин було визначено значимість перелічених факторів і експертним шляхом проведено ранжування з наданням кожному рангу відповідної КІЛЬКОСТІ балів Сума балів відображує буферну здатність ґрунту до забруднення рослин важкими металами Незважаючи на зручність і перспективність цього способу, слід відзначити ряд суттєвих недоліків По-перше, для ХІМІЧНИХ елементів, які поєднуються терміном "важкі метали", існує суттєва різниця у поглинанні їх складовими ґрунту Наприклад, Cd і Zn більш поглинаються глинистими мінералами, РЬ і Си - органічною речовиною Подруге, ранжування шляхом експертної оцінки значимості факторів інактивації є недостатнім для точного визначення буферної здатності ґрунтів По-третє, буферність штучних ґрунтів, створених механічним поєднання піску, органічної речовини, глини, півтораокислів і карбонатів, дуже далека від тієї, що властива природним ґрунтам Використання даних надходження мікроелементів до рослин із штучно сформованих ґрунтів дозволяє дати дуже приблизну оцінку буферній здатності ґрунтів природних ту до забруднення ХІМІЧНИМИ елементами [1] При цьому під "СТІЙКІСТЮ" розуміється здатність ґрунту затримувати елементи в складі твердої фази і перешкоджати їх надходженню до ґрунтового розчину Співвідношення сумарного вмісту ХІМІЧНОГО елементу в 7-8 витяжках 1 н розчином КС1 до його концентрації у першій витяжці показує здатність ґрунту опиратися ЗМІНІ концентрації в ґрунтовому розчині і характеризує СТІЙКІСТЬ ДО забруднення Недоліком цього методу є необхідність проведення окремого аналізу для кожного ґрунту й кожного ХІМІЧНОГО елемента В поєднанні з досить великими витратами часу на екстракцію й визначення концентрації в кожній витяжці це робить зазначений спосіб непридатним для швидкого (експресного) визначення буферної здатності ґрунтів до забруднення при обстеженні великих площ земель Більш близьким аналогом за технічною суттю та способом досягнення результату (прототипом) є визначення буферності ґрунтів до важких металів за В Б Ільшим [2] шляхом бальної оцінки інактивації останніх складовими ґрунту гумусом, частками фракції фізичної глини, карбонатами, окислами АІ і Fe або підвищенням рН До основи цього способу покладено дослідження В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу визначення СТІЙКОСТІ ґрунтів проти забруднення суміжних середовищ ХІМІЧНИМИ елементами за рахунок підвищення достовірних даних про процес міграції важких металів у системі рослина-грунт-елюат з урахуванням різних харак ю СО Ю 57325 теристик ґрунту кислотність, гранулометричний склад, вміст гумусу, півтораокислів та карбонатів і таким чином одержати данні про екологічний стан ґрунту Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі визначення СТІЙКОСТІ ґрунтів проти забруднення суміжних середовищ ХІМІЧНИМИ елементами, який містить забруднення штучного ґрунту важкими металами, визначення їх КІЛЬКОСТІ В системі грунт-рослина, згідно з винаходом проводять на зразках ґрунтів відібраних з орного шару, а КІЛЬКІСНІ дослідження залишку важких металів поширюють і проводять по всій системі рослинагрунт-елюат Запропонований спосіб здійснюється таким чином 1 Створити репрезентативну виборну зразків (20-30) з орного шару ґрунтів досліджуваного регіону (області, країни), які повинні значно відрізнятися за кислотністю, гранулометричним складом, вмістом гумусу, півтораокислів і карбонатів 2 Половина зразків ґрунту штучно забруднити розчином, який містить тестовий набір ХІМІЧНИХ елементів (наприклад, Cd - Змг/кг, Ni - 100мг/кг, Zn - 300мг/кг, РЬ - 150мг/кг, Си - 100мг/кг ґрунту) Грунт прокомпостувати протягом 7-10 діб при воТаке визначення СТІЙКОСТІ ґрунтів до забруднення надає необхідну інформацію для проведення екологічної експертизи в рамках оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС), встановлення безпечного рівня техногенного тиску на ландшафт, регламентації забруднення на землях різного функціонального призначення та інше Переваги запропонованого рішення над відомими способами 1 Можливість безконтактного визначення буферної здатності за основними характеристиками ґрунту 2 Вища точність визначення, яка досягається за рахунок створення бази даних на природних, а не штучно створених ґрунтах 3 Одночасне визначення буферної здатності ґрунту до забруднення рослин і ґрунтових вод декількома елементами Одержаний результат підвищення достовірності СТІЙКОСТІ ґрунтів знаходиться у причиннослідчому зв'язку з ВІДМІННИМИ ознаками залишком важких металів у елюаті та підвищенням чистоти експерименту за рахунок використання реальних ґрунтів Приклад 1 СТІЙКІСТЬ проти забруднення ґрунтових вод Порівнювали тісноту кореляційних зв'язків між експериментально визначеними показниками СТІЙКОСТІ до забруднення елюату важкими металами логості 60-70% від повної вологоємності та висушити до повітряно-сухого стану 3 У вегетаційному ДОСЛІДІ визначити надходження ХІМІЧНИХ елементів до рослин і елюату з незабруднених і забруднених ґрунтів 4 За одержаними даними розрахувати показники СТІЙКОСТІ систем грунт-елюат (pRe) і грунтрослина (pRp) згідно рівнянь pRe=lg (C'-C)/(Ce'-Ce) (1) pRp=lg(C'-C)/(Cp'-Cp) (2) де С, С - вміст елемента в незабрудненому і забрудненому ґрунті, Се, Се' - вміст елемента в елюаті з незабрудненого та забрудненого ґрунту, Ср, Ср' - вміст елемента в рослинах на незабрудненому та забрудненому ґрунті 5 Провести регресивний аналіз одержаних даних і скласти математичні моделі залежності pR від основних властивостей ґрунтів рН, вмісту гумусу і часток фізичної глини 6 За складеними рівняннями знайти показники СТІЙКОСТІ для досліджуваних ґрунтів регіону (області, країни) та показниками буферності і СТІЙКОСТІ, визначеними за способом-аналогом, способом-прототипом і запропонованим способом Дослідження проводились на розповсюджених в Україні зональних ґрунтах темно-сірому опідзоленому (ТС), чорноземах опідзоленому (Чо), типовому (Чт), звичайному (Чз) і південному (Чи) Зразки ґрунту з орного шару штучно забруднювали Zn, Cd, Ni, Pb у співвідношенні 0,5 0,01 1 0,5ммоль/кг (фон 1), а також тричі більшою КІЛЬКІСТЮ (фон 2) Грунт компостувався протягом семи діб, просушувався до повітряно-сухого стану, просіювався крізь сито з діаметром отворів 3 мм і закладався до судин висотою 25см Промивка проводилась дистильованою водою в режимі 50мм опадів раз на 3-4 доби до досягнення рівня 1000мм Вміст елементів - забрудників у елюаті визначався на атомноабсорбційному спектрофотометрі С-115 Експериментальні дані, а також ті, що були одержані за вказаними способами, наведено у табл 1 Результати регресійного аналізу одержаних даних (табл 2) свідчать про беззаперечну перевагу запропонованого способу На відміну від нього, способи, що правили за аналог і прототип винаходу, мали коефіцієнти кореляції з експериментально виміряною СТІЙКІСТЮ різних ґрунтів в межах 0,36-0,54, що є недостатньо тісним зв'язком навіть для експертної оцінки буферних властивостей 57325 Таблиця 1 ВИХІДНІ дані для експериментальної перевірки різних способів визначення СТІЙКОСТІ та буферності Експериментально визначений показник СТІЙКІСТЬ за способом-аналогом Буферність Показник СТІЙСТІЙКОСТІ за спосоШифр КОСТІ запропоЕлемент бомгрунту по незанований по фону 1 по фону 2 брудненому по фону 1 по фону 2 прототипом ґрунту Чп 4,0 0,79 1,08 0,14 27,0 3,0 2,1 Чз 4,0 3,9 0,78 0,17 0,11 52,5 3,1 Zn Чт 2,8 1,9 0,81 0,28 0,07 30,0 2,6 Чо 1,4 1,0 1,09 0,02 0,22 21,0 1,6 ТС 3,1 0,46 0,25 0,08 28,5 2,5 1,5 Чп 2,9 1,9 0,83 0,98 0,63 27,0 2,4 Чз 3,5 2,9 1,06 0,72 0,60 52,5 2,7 Cd Чт 3,0 2,0 0,98 0,69 0,59 30,0 2,2 Чо 0,63 0,51 21,0 1,7 1,2 1,3 1,1 ТС 2,9 1,6 0,74 0,70 0,74 28,5 2,0 Чп 2,5 0,99 0,95 0,50 27,0 2,4 1,7 Чз 2,7 2,7 0,91 1,19 0,30 52,2 2,3 Ni Чт 2,0 1,00 0,84 0,26 30,0 2,2 1,7 Чо 1,2 1,0 1,12 0,26 0,15 21,0 1,0 ТС 2,2 1,06 0,76 0,21 28,5 1,9 1,3 Чп 4,4 3,6 0,95 1,01 1,04 27,0 3,3 Чз 4,5 3,5 1,03 1,16 0,79 52,2 3,5 Pb Чт 3,7 3,6 1,00 0,90 1,14 ЗО 3,2 Чо 3,0 3,5 0,98 0,64 0,44 21 2,7 ТС 3,7 3,2 0,96 0,99 0,84 28,5 3,2 Таблиця 2 Коефіцієнти парної кореляції між показниками буферності та СТІЙКОСТІ проти забруднення ґрунтових вод Способи, що порівнювалися Показник СТІЙКОСТІ по фону 1 Показник СТІЙКОСТІ по фону 2 Спосіб-аналог по незабрудненому -0,35 -0,04 грунту Спосіб-аналог по фону 1 0,46 0,36 Спосіб-аналог по фону 2 0,47 0,51 Спосіб прототип 0,50 0,54 Запропонований спосіб 0,94 0,86 Примітка жирним шрифтом виділено ІСТОТНІ ЗВ'ЯЗКИ Внаслідок того, що СТІЙКІСТЬ пов'язана з буферністю функціонально, винайдені корелятивні зв'язки ДІЙСНІ для обох цих показників, які в рівній мірі відображують протекторну (захисну) здатність грунтів Приклад 2 СТІЙКІСТЬ проти забруднення рослин Порівнювали тісноту кореляційних зв'язків між експериментально визначеними показниками СТІЙКОСТІ до забруднення рослин важкими металами та показниками буферності і СТІЙКОСТІ, визначеними за способом-аналогом, способом-прототипом і запропонованим способом Дослідження проводили на темно-сірому опідзоленому вапнованому ґрунті, чорноземі опідзоленому і чорноземі типовому Ґрунти штучно забруднили розчинами, які містили Cd, Zn (у сульфатній формі) і РЬ (ацетат) у співвідношенні 0,105 13,5 0,75ммоль/кг Грунт прокомпостували 2 тижні при 70% від повної вологоємності, висушили до повітряно-сухого стану, просіяли крізь сито з діаметром отворів 5 мм і заклали до вегетаційних судин Тест-культура - овес на зерно Експериментальні показники СТІЙКОСТІ розраховували за зміною концентрації забрудників у сухій масі рослин та за зміною їх загального виносу з рослинами, згідно рівняння (2) Результати регресивного аналізу наведено утабл З 57325 Таблиця З Коефіцієнти парної кореляції між показниками буферності і СТІЙКОСТІ проти забруднення рослин Способи, що порівнювалися Спосіб-аналог Спосіб-прототип Запропонований спосіб Показник СТІЙКОСТІ за концентраці єю 0,23 0,33 0,75 Показник СТІЙКОСТІ за виносом 0,20 0,33 0,61 *Примітка жирним шрифтом виділено ІСТОТНІ ЗВ'ЯЗКИ Проведені дослідження підтверджують ДОЦІЛЬНІСТЬ і ефективність нових прийомів, які складають основу винаходу, а саме одержання вихідної інформації на репрезентативній виборці природних ґрунтів, тестового поліелементного забруднення, розрахунку СТІЙКОСТІ за трьома характеристиками ґрунту (рН, вміст гумусу і фізичної глини) Література 1 Мотузова Г В, Карпова Е А , Попова А А , Примакова Е М Способ определения устойчивости почвы к загрязнению химическим элементом А с SU 1483362 АІ G 01 N 33/24 № 4230451/30-15 Заявл 17 04 87 Опубл 30 05 89 Бюл №20 Комп'ютерна верстка В Рябиця Перевага запропонованого способу визначення СТІЙКОСТІ ґрунтів проти забруднення над існуючим прототипом вища точність, менший перелік необхідних даних для розрахунку, визначення захисних властивостей ґрунту не тільки до сукупності важких металів, а і до кожного елемента окремо, не тільки до рослин, але й до ґрунтових вод 2 Ильин В Б Оценка буферное™ почв по отношению к тяжелым металлам // Агрохимия, 1995 - № 1 0 -С109-113 3 Ринькис Г Я , Ноллендорф В Ф Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами -Рига Зинанте, 1982 -301 с Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа,8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна