Спосіб очищення ґрунтів породного відвалу вугільних шахт від важких металів

Спосіб очищення ґрунтів породного відвалу вугільних шахт від важких металів, що включає розпушення умовно родючого шару, внесення мінеральних добрив, посів насіння рослинакумуляторів, який відрізняється тим, що як добрива використовують капсульовану природним сорбентом нітроамофоску 800+50г на 100м2, а як рослини-акумулятори - або ріпак, або суріпицю, або тифон. (19) (21) u200913111 (22) 16.12.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) ГАВРИЛЯК МИРОСЛАВА ЯРОСЛАВІВНА, БАРАНОВ ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ (73) ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА 3 повернення дефіцитних родючих земель у сівозміни після їх очищення за допомогою рослин на територіях екологічно несприятливих регіонів [Душенков В, Раскин И. Фиторемедиация: зеленая революция в экологии //Химия и жизнь, 2001 - №6 - С.14-16]. Фітоекстракція полягає у посіві і вирощуванні протягом певного періоду часу на забруднених ділянках спеціально підібраних видів сільськогосподарських рослин для зменшення у ґрунті вмісту важких металів кореневої системою і накопиченням їх у надземній біомасі, з наступною утилізацією. Очищення ґрунту від важких металів необхідно проводити до межі досягнення відповідних санітарно-гігієнічних нормативів, тобто гранично допустимих концентрацій або орієнтовно допустимих концентрацій. Без сумніву, крупномасштабне здійснення фітоекстракції, як і будь-якого іншого способу очищення ґрунтів, має сенс за умови призупинення масового техногенного забруднення земель важкими металами. При цьому економічно доцільним для фітоекстракції вважається період тривалістю 5-10 років [Климова Е.В. Аккумуляция тяжелых металлов некоторыми высшими растениями в разных условиях местообитания //Экологическая безопасность в АПК. Реферативный журнал, 2003 - №3. - С.584]. Відомий спосіб очищення ґрунтів від важких металів за допомогою рослин-акумуляторів [Прасад М.Н. Практическое использование растений для восстановления экосистем, загрязненных металлами //Физиол. раст. -2003. -Т.50. - №5. - С.764780]. Визначені рослини-акумулятори важких металів: сарептська гірчиця, люцерна, соняшник, сорго, ряд трав'янистих рослин і деякі зернові культури. Встановлено перспективні види рослин таких як овес посівний, гірчиця польова, кресссалат, жито та горох посівний), які толерантні до значень концентрацій свинцю і кадмію у ґрунтах на рівні гранично допустимих концентрацій [Ліндман А.В. Процессы миграции свинца и кадмия в системе «почва-растение» /Автореф. дис. к.х.н.: 03.00.16. ГОУВПО "Ивановский ГХ-ТУ", 2005. 20с]. Як показують дослідження, для фітоекстракції краще використовувати спеціально підібрані види сільськогосподарських рослин, ніж рослингіперакумуляторів із числа дикорослих [Галиулин Р.В. Галиулина Р.А. Очистка почв от тяжѐлых металлов с помощью растении //Вестник российской академии наук. - 2008. -№3. - С.247-249]. Відомо, що такі культури як соняшник і кукурудза можуть бути використані для видалення із ґрунту ртуті. При вивченні доступності металів ґрунту для рослин використовують хелатори і інші поверхнево активні речовини або поєднання фотоочищення з іншими технологіями, які збільшують рухомість металів у ґрунті, наприклад, з електроосмосом [Gratao P.L., Prasad M.N.V., Cardoso P.F., Lea P.J., Azevedo R.A. Phytoremediation: green technology for the clean up of toxic metals in the environment // Braz. J. Plant Physiol. - 2005. - V. 17(1). - P.53-64.]. Недоліком способів очищення ґрунтів від токсичних речовин за допомогою рослинакумуляторів є надто повільне поглинання важких 50789 4 металів рослинами, що є невигідним з економічної точки зору для очищення ґрунтів. Дві важливі причини цього - повільний ріст більшості природних накопичувачів металів і обмежена розчинність металів у ґрунтах, висока подібність іонів металів до ґрунтових частин. Коефіцієнт накопичення металів у рослинах можна підвищити завдяки внесенню ефекторів фітоекстракції. Дана технологія вважається простою у виконанні, щадною до ґрунту і економічно доцільною у порівнянні з механічними і фізикохімічними підходами. Завершальним етапом фітоекстракції є жнива, збір і утилізація забрудненої важкими металами надземної біомаси рослин, оскільки збирання всієї кореневої біомаси, що початково насичена важкими металами, практично є неможливою. Надземна біомаса рослин у подальшому може бути використана для отримання з неї кольорових металів шляхом попереднього висушування, оголення і наступної спеціальної обробки. Відомий спосіб фіторекультивації, де в умовах вегетаційного досліду визначався потенціал впливу гірчиці сарептської на зменшення у ґрунті міді та нікелю, як можливих продуктів згорання мінерального палива [Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв //Агрохимия, 2003. - №3. -С. 77-85.]. Для прискорення процесу фітоекстракції у ґрунт вносилась етилендиаминтетраоцтова кислота. Короткочасність посіву і вирощування гірчиці сарептської і використання етилендиаминтетраоцтової кислоти дозволили значно скоротити час очищення ґрунту від важких металів Проте, при внесенні даних ефекторів фітоекстракції у ґрунт, необхідно уникати дощових днів для зменшення ризику забруднення ґрунтових вод важкими металами опісля. Найближчим за технічною суттю до заявленого способу - прототипом є спосіб рекультивації ґрунтів, що включає рихлення родючого шару, внесення добрив у ґрунт та висаджування рослинакумуляторів [Патент Росії на винахід №2370953 RU А01В79/02 /Синівський І.В., Синівський В.А.]. Добрива попередньо упаковують в еластичні полімерні капсули округлої форми з отворами. Капсули з отворами вносять у ґрунт по боронах, на глибину від 8 до 15см, із розрахунку 20-60 капсул на один м2. У кожній капсулі зроблено багато отворів розміром від 1 до 4мм. При цьому розмір кожної капсули складає від 30 до 60мм. Спосіб дозволяє зменшити терміни рекультивації ґрунтів, запобігти вимиванню добрива-меліоранту осадами із ґрунту, а також знизити матеріальні витрати. Недоліком даного способу є те, що капсула, яка використовується для упакування добрив, містить полімерну плівку, утилізація якої у ґрунті буде вимагати певного терміну, що є не бажаним для антропогеннопорушених ґрунтів, які багаті на токсичні речовини. Корисна модель ставить завдання удосконалити спосіб очищення ґрунтів породного відвалу вугільних шахт шляхом використання гранульованих добрив, капсульованих природними сорбентами та рослин-акумуляторів, що дозволить під 5 вищити ефективність росту цих культур, зменшити вміст важких металів у ґрунті і рослинах і покращити умови навколишнього середовища. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб очищення ґрунтів породного відвалу вугільних шахт від важких металів, що включає рихлення умовно родючого шару, внесення мінеральних добрив, посів насіння рослин-акумуляторів, де як добрива використовують капсульовану природним сорбентом гранульовану нітроамофоску 800+50г на 100м2, а як рослин-акумулятори - або ріпак, або суріпицю, або тифон. Слід відмітити, що винесені у відвали гірські породи характеризуються складними ґрунтовими, хімічними і фізичними властивостями, мінералогічним складом і незначним утриманням поживних речовин, що при подальшому їхньому використанні потребує значних додаткових вкладень. Серед великої кількості видів добрив, що використовуються на антропогеннопорушених ґрунтах, в основному, переважають азотні, фосфорні, калійні добрива. Однак, враховуючи складні рельєфні умови териконів, вченими доведено факт низького коефіцієнту використання поживних речовин, рослинами, що на них вирощуються. Крім того, на рекультивованих ділянках, дози внесення добрив і норми висівання насіння переважно збільшуються на 30-50% у залежності від рівня родючості рекультивованого шару. Аналіз проблем, пов'язаних з використанням мінеральних добрив на антропогенних ґрунтах показав необхідність вивчення нових їх форм, трансформації і міграції азоту, його балансу у ґрунті та в інших компонентах ландшафту. Авторами запропоновано використовувати мінеральні добрива у вигляді капсул [Патент України на винахід №39866 UA С05G3/00 Полімерна дисперсія для капсулювання добрив /Мальований М.С., Нагурський О.А., Гумницький Я.М., Сабадаш В.В., Гавриляк М.Я.]. У ролі сировини для плівкоутворюючої композиції використано відходи деревообробної промисловості - гідролізний лігнін, природні дисперсні сорбенти такі як глауконіт, бентоніт, цеоліт, що мають порівняно невисоку вартість і поряд з тим, можуть виступати як поліпшувачі структури ґрунтів породних відвалів, метилакрилат, як співмономер, для надання рідкого стану плівкоутворюючій композиції. Покриття гранул нітроамофоски утвореними плівками здійснювалось в апараті з активною гідродинамікою апарат псевдозрідженого стану. Запропонований склад дисперсії забезпечує простоту технологічного процесу, використання відходів деревообробної промисловості, використання природних сорбентів як добрив та меліорантів антропогеннопорушених ґрунтів, що дозволить покращити стан ґрунтів породного відвалу. Правильність такого підходу підтверджується і результатами проведеного аналізу літературних джерел та патентів, які показують, що головна мета капсулювання добрив - захист капсульованої речовини від навколишнього середовища - досягається створенням дифузійних перешкод, які запобігають взаємодії молекул капсульованої речовини і навколишнього середовища. [Патент на 50789 6 винахід №5 0419А. Спосіб одержання комплексного органо-мінерального добрива на основі побутових відходів (тверді побутові відходи та осад стічних вод) /Ю.Є.Малюга, І.В.Корінько]. Крім того, застосування цеолітів [Licina V., Antic-Mladenovic S., Rresovic M. The accumulation of heavy metals in plants (Lactuca sativa L., Fragaria vesca L.) after the amelioration of coalmine tailing soils with different organo-mineral amendments// Archives of Agronomy & Soil Science.-2007.-Vol.53,N l.-P. 39-48. (Сербія); Цицишвили Г.В. Природные цеолиты //Цицишвили Г.В, Адроникашвили Т.Е., Киров Г.И. - М.: Химия, 1985. - С.220- 224с.] та глауконіту для рекультивації антропогеннопорушених ґрунтів є досить ефективним [Шевчук Ю. Д. Екологічні проблеми і перспективи глауконіту у сільському господарстві //Журнал агробіології та екології, 2007, т.3. - №1-2]. З огляду на це, при виробництві добрив їх додають до складу удобрювальних сумішей, що дає можливість у технологіях вирощування зернових та городніх культур зменшити витрату добрив на 30-50%, збільшити схожість на 10-25%, підвищити урожайність на 1525%, порівняно із використанням традиційних добрив, причому ефект післядії цеолітових добрив чітко простежується протягом 2-3 років. Інтерес вчених до досліджень проблематики використання відходів будь-якого виду надзвичайно різноманітний і полягає у вивчені їх складу, будови і способів переробки у корисні продукти, використання у народному господарстві, екологічної безпеки для довкілля [Самойлова Л.Н. Применение компостов из бытовых отходов на рекультивируемых землях //Химия в сельском хозяйстве. 1984. - №1. - С.53-57.]. Одночасно можна вирішити і ряд екологічних проблем, що виникають у макросистемі: "сировина - відходи - мінеральні добрива ґрунт - рослина - урожай" [Сабадаш В.В. Застосування капсульованих добрив для екологічної безпеки агросистем. Автореф. дис. канд. техн. наук.: 21.06.01 /Нац. ун-т "Львів, політехніка", 2005. 20с.].Застосування капсульованих мінеральних добрив дозволить послабити вплив несприятливих умов відвалів шахт і стресових чинників на екофізіологічні показники олійних культур при їх вирощуванні на атропогеннопорушених ґрунтах відвалів. На сьогоднішній день увагу вчених привертають рослини - акумулятори токсичних речовин, як інструмент для проведення фіторемедіації, зокрема, важких металів та інших полютантів, якими багаті породи, що виносяться у відвали вугільних шахт [Вессинг Б. Восстановление земель на территории шахты в черте города //Горный Вестник. Приложение: Нарушенные земли. Восстановление и повторное использование. 1998. - №4.-С.3-7.]. З огляду на це, для фіторекультивації породних відвалів доцільним є вибір культур, що характеризуються швидкістю росту, глибокою кореневою системою, накопиченням зеленої масу, і здатність до фіторемедіації важких металів, а їх споживання свійськими тваринами є частково обмеженим [Буравцев В.Н., Головатый В.Г., Ильинский А.В., Котова Е.А. Подбор растений для фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми 7 50789 8 металлами. //Международная научная конференция (Костяковские чтения) "Наукоемкие технологии в мелиорации": материалы/Всерос. науч.исслед. ин-т гидротехники и мелиорации.- М., 2005.-С.282-285]. Таким вимогам у певній мірі, відповідають технічні олійні культури - іпак, суріпиця, тифон), які досліджувались за умов їх росту у модельних системах, що імітували ґрунти породного відвалу. Використовувалось насіння олійних культур, отриманих з відділу нових культур Національного ботанічного саду ім. Н.М. Гришка, які вирощували за дії капсульованої нітроамофоски марки N:P:K=16:16:16, яке висівалось двократно протягом вегетаційного періоду. Динаміка вимивання аміаку з різного типу ґрунтів відвалів шахт при використанні традиційних (NAF) і капсульованих (CAPS) добрив, Спосіб можна проілюструвати прикладом. Досліджено породний відвал Центральної збагачувальної фабрики у с Сілець Сокальського району Львівської області Червоноградського гірничопромислового району, висотою 68м, площею 75га. Площа відвалу містить 5 терас, шириною приблизно 6-8м. Між дорогами-терасами знаходяться схили висотою 10-12м, під кутом 45°. Відповідно до технології рекультивації, вирівнюванню підлягає верх відвалу, а схили залишаються без змін. Проби порід ґрунту, відібрані з відвалу, складали два найбільш поширені тили: чорного кольору - не перегоріла і червоного кольору - перегоріла порода, глибиною 25-30см - умовно орний шар, методом „конверту", відповідно до вимог нормативної документації. Всього було відібрано 212 проб і складена карта відбору проб. Відповідно до прийнятих правил рекультивації [Правила проведення біологічної рекультивації породних відвалів вугільних шахт України /Мінвуглепром України: -К.,- 2007. – 30с.], практична відсутність органічної маси і малий вміст поживних мінеральних елементів у ґрунтах відвалу викликають необхідність внесення мінеральних добрив. Крім цього, особливості трансформації азоту добрив та технології їх застосування обумовлюють порівняно низький, близько 40-41%, коефіцієнт використання азоту при першому підживленні рослин, причому втрати лише у газоподібній формі можуть досягати 25% загальної кількості азоту добрив, а міграція його у горизонтальному і вертикальному напрямках веде до забруднення поверхневих і ґрунтових вод [Победов B.C. Потери азота с инфильтрационными водами из обычных и медленнорастворимых форм азотсодержащих удобрений в сосновых культурах //Агрохимия. 1988. -№4. -С.11-15]. Враховуючи складність рельєфу, наявність схилів, що обумовлюють великий об'єм стоків під час опадів, значну водопроникність порід, виникають сумніви щодо внесення традиційних гранульованих добрив, оскільки більша їх частина буде змиватися дощовими опадами і, тим самим, спричинятиме забруднення ґрунтових вод та оточуючого середовища. Вирішенням цієї проблеми є використання капсульованих добрив з пролонгованим вивільненням елементів живлення. Слід відмітити, що на результат біорекультивації несприятливо діє як нестача, так і, надлишок поживних речовин у ґрунті, тобто, з екологічної точки зору, нормоване внесення добрив є досить актуальним. З огляду на це, враховуючи тестові дослідження капсульованих добрив, було використано половину дози капсульованої нітроамофоски , у порівнянні з традиційною. Крім цього, дію добрив на ґрунтах породного відвалу Центральної збагачувальної фабрики з високим вмістом важких металів і високою кислотністю, раніше не було досліджено. Ростовий показник визначали за допомогою міліметрового паперу і лінійки. Підвищення ефективності рекультивації досягається за рахунок того, що у відомий спосіб внесення мінеральних добрив введені нові прийоми і способи їх здійснення. За росту на витяжках з по 9 50789 рід, за дії капсульованої нітроамофоски, у проростків ріпаку збільшувалась довжина та маса пагонів та довжина коренів. Крім цього, кращі результати були отримані на червоній породі, де збільшення ростових показників спостерігалось за двома параметрами, крім маси коренів, тоді, як на чорній 10 породі відмічена стимуляція лише для пагонів та її відсутність для кореневої системи. У табл. 1 наведені результати визначення ростових показників 7-ми добових етильованих проростків ріпаку та площі листків 15-ти добових зелених рослин. Таблиця 1 Вплив капсульованої і традиційної нітроамофоски на ростові показники проростків ріпаку Варіант Контроль Чорна порода Червона порода НАФ-2г/л КНАФ-1г/л Чорна+НАФ Чорна+КНАФ Червона+НАФ Червона+КНАФ Довжина пагонів см % 1,9 100 2,6 126 2,2 100 1,8 95 2,0 105 2,4 137 1,9 116 2,1 111 3,3 174 Довжина коренів см % 3,4 100 3,8 112 3,9 115 5,7 168 4,0 118 2,3 68 3,3 97 4,3 126 3,9 115 Більш чіткі результати були отримані на зелених 15-ти добових рослинах, де за відсутності добрив, площа листків або значно зменшувалась за росту на чорній породі, або лишалась на рівні контролю на червоній породі. За дії ж добрив спостерігалась значна стимуляція приросту площі листків, причому більша за дії капсульованих добрив, незважаючи навіть на те, що вона використовувалась у дозі, меншій вдвічі, ніж традиційна нітроамофоска, що підтверджує наші припущення щодо можливості створення стресових умов за дії традиційних добрив, навіть у таких незначних кількостях, властивих для кислих ґрунтів. Вміст біофільних елементів і важких металів у рослинах олійних культур відображає біогеохімічну ситуацію у вуглевидобувному регіоні. Дослідами встановлено, що у породних відвалах шахт міститься значна кількість хімічних елементів, які за Маса пагонів мг 4,8 6,6 6,2 5,8 8,8 12,0 9,0 5,8 10,4 % 100 138 129 121 183 250 188 121 217 Маса коренів Площа листків мг 0,8 0,6 0,8 0,6 0,6 0,7 0,8 0,5 0,8 см2 7,7 4,3 8.2 20,9 37,7 17,3 25,6 % 100 75 100 75 75 88 100 63 100 % 100 55,8 106,5 271,4 489,6 224,7 332,5 масовим відсотком можна розмістити в такому порядку: Sb>Ва>Zr>Mn>Ti>Сu>Sr>Nі>Zn>C>Co>V>Mo> Sn>Pb>Cd>Be>Ag. Зміни у вмісті елементів можуть бути пояснені високою кислотністю порід (pH 5,6), що впливає на рухомість важких металів. Враховуючи високий вміст важких металів у ґрунтах породного відвалу та інших елементів, що створюють неврівноважені розчини, з високою концентрацією важких металів, їх поступлення може бути при цьому досить високим і не селективним. Через 15 діб надземну біомасу ріпаку, суріпиці і тифону висушували на повітрі біомасу зібраних рослин піддавали сухому озоленню з наступним визначенням концентрації важких металів методом атомно-адсорбційної фотометрії. Дані результатів досліджень приведені у табл. 2. Таблиця 2 Дія капсульованої і традиційної нітроамофоски на вміст важких металів в проростках олійних культур за умов росту2 на ґрунтах породного відвалу Варіант Торф-контроль Червона порода Чорна порода Червона+НАФ Чорна+НАФ Червона+Капс.НАФ Чорна+Капс.НАФ Торф-контроль Червона порода Концентрація ВМ, в мг/кг золи Сr Сu Pb Fe Co Ni Cd Ріпак сорту "Микитинецький" 39,50 25,57 33,87 398,65 23,93 32,33 6,57 41,73 23,71 64,63 202,87 41,05 33,41 10,02 36,67 29,23 34,15 308,71 30,58 36,83 8,64 3,97 15,84 58,22 162,38 22,92 32,74 10,05 2,17 17,35 72,31 187,42 29,91 25,70 10,22 5,78 19,24 71,32 160,69 22,10 26,72 7,56 4,48 18,91 28,75 147,24 19,81 29,34 8,49 Суріпиця сорт "Оріана" Сr Сu Pb Fe Co Ni Cd 9,63 26,75 20,29 188,83 26,13 28,99 9,96 21,55 25,10 17,29 243,35 26,85 27,81 11,35 Zn Сума 251,31 345,19 291,52 297,91 265,50 297,27 301,71 811,73 762,61 776,326 604,03 610,58 690,68 578,73 Zn 282,32 328,46 Сума 592,9 701,76 11 50789 12 Продовження таблиці 2 Чорна порода Червона+НАФ Чорна+НАФ Червона+Калс.НАФ Чорна+Капс.НАФ 13,38 8,05 27,89 14,56 14,06 33,05 16,94 13,07 16,33 19,25 Торф-контроль Червона порода Чорна порода Червона+НАФ Чорна+НАФ Червона+Капс.НАФ Чорна+Капс.НАФ Сr 28,20 11,94 23,96 16,73 12,83 24,26 30,33 Сu 31,23 21,76 34,66 12,91 18,93 20,44 20,68 44,93 143,48 30,31 33,90 39,06 94,02 27,04 31,20 45,61 151,75 25,85 25,61 44,90 151,88 27,39 38,07 42,93 178,23 24,15 26,99 Тифон сорту "Оракам" Pb Fe Co Ni 24,81 168,23 19,31 26,75 56,83 171,91 30,03 36,62 73,26 193,31 25,94 33,22 52,94 125,03 30,01 32,99 66,63 141,43 32,93 24,30 53,35 171,01 30,63 35,50 22,18 149,32 25,93 22,86 Аналіз вмісту важких металів у проростках ріпаку озимого за росту на різних породах, контролем слугували проростки на торфі, показав наступні зміни їх вмісту. Збільшення суми важких металів пояснюється меншим накопиченням вмісту заліза при великому зростанні вмісту цинку у ріпаку і суріпиці на червоній породі, порівняно з чорною. Вміст решти важких металів у ріпаку і суріпиці коливався майже на рівні контролю. Певним виключенням було накопичення свинцю у всіх культурах. При розгляді змін окремих елементів, вміст більшості з них збільшувався або був на рівні контролю у рослин, що проростали на породах без капсульованої нітроамофоски, і, особливо, це стосується цинку на обох породах, свинцю і кобальту на червоній. У тифону і суріпиці сума важких металів у рослин на породах, навпаки, збільшувалась, і, у більшій мірі, на червоній породі. Зокрема, у суріпиці і тифону вміст його зростав на чорній породі, а на червоній зростав у тифону, але зменшувався у сіріпиці. Отже, загальну картину накопичення важких металів у рослин олійних можна охарактеризувати так: у досліджуваних культурах на двох породах зростав вміст більшості важких металів і особливо, цинку, та, у меншій мірі, свинцю. Зміна суми важких металів - зменшення і збільшення - відбувалась за рахунок двох домінуючих елементів - цинку і заліза, та у деякій мірі, свинцю. Обмежене накопичення у рослинах хрому в умовах достатньо високого його вмісту у породі 10,60 6,06 7,70 10,47 7,49 311,41 309,65 259,09 321,24 245,43 621,06 532,02 776,57 624,84 558,53 Cd 9,41 10,07 8,80 10,72 9,17 12,59 9,70 Zn 264,57 386,05 289,25 356,27 248,04 285,95 225,94 Сума 572,51 725,21 682,4 637,6 554,26 603,73 506,94 може пояснюватися як дією антиконцентраційних бар'єрів, так і антагоністичною взаємодією хрому і кадмію, які проявляються у загальмовувані поглинання одного елементу іншим. Тобто, в умовах породного відвалу Центральної збагачувальної фабрики з високим вмістом важких металів, ріпак, суріпицю і тифон можна вважати накопичувачами важких металів, особливо по вмісту цинку і, частково, свинцю. Проте, вивчення абсолютного вмісту біофільних елементів у рослинах, у т.ч. і важких металів, ще не дає змоги віднесення їх до певної групи рослин по відношенню до певного елементу. Ефективність рослин, що використовуються для фітоекстракції визначається коефіцієнтом фітоекстракції або коефіцієнтом біологічного накопичення, що показують здатність накопичувати метали в біомасі, За коефіцієнтами біологічного накопичення здійснюється селекція видів для фітоекстракції. Віднести рослину до групи акумуляторів, індикаторів або уникачів можна після визначення відношення вмісту елементу у рослині до вмісту його у ґрунті, тобто коефіцієнт біологічного накопичення, оскільки із його збільшення елементи більш активно переходять із породи відвалу у рослину (табл. 3). У відповідності із класифікацією Перельмана А.І. [Перельман А.И. Геохимия ландшафта. - М.: Высш. шк., 1975 - С.243-247] при коефіцієнті біологічного накопичення >1 елементи накопичуються у рослинах, а при коефіцієнт біологічного накопичення 1 можна віднести до акумуляторів, а з коефіцієнтом біологічного накопичення Cu(17,98)>Рb(8,57)>Fe(5,61)>Cd(4,32)>C r(2,22)>Ni(0,50)>Co(0,11). Слід відмітити, відмінності у показнику коефіцієнті біологічного накопичення різних елементів, що спостерігалися при порівнянні їх вмісту на породах - зменшення у ріпаку на чорній породі по міді, свинцю, кобальту, кадмію, у суріпиці - по хрому, міді, залізу, кобальту, кадмію. У тифону - по міді, залізу, кобальту, кадмію. Збільшення показника коефіцієнту біологічного накопичення спостерігалось у ріпаку по хрому, залізу, нікелю, цинку, у суріпиці по свинцю, нікелю, цинку і у тифону - по хрому, свинцю, нікелю, цинку. За росту на ґрунтах відвалу, рослини олійних культур за показниками коефіцієнту біологічного накопичення виявили себе як акумулятори по шести металах та уникачами по кобальту і нікелю, причому, на обох породах. Для всіх трьох рослин загальним є зниження коефіцієнте біологічного накопичення по кадмію, кобальту, міді і збільшення по нікелю і цинку. Отже, капсульована нітроамофоска на кислих ґрунтах знижує рухомість і доступність важких металів для росли олійних культур. Правильність такого підходу підтверджується і результатами проведенного аналізу. В цілому, двократний посів ріпаку, суріпиці і тифону протягом одного вегета 3,05 4,32 2,53 53,64 19,37 60,95 Cd 6,49 3.16 3,46 2,30 5,98 2,2^ Zn 21,40 62,9 20,17 52,34 20,92 49,58 Cd 5,75 2,63 6,13 2,74 7,19 2,90 Zn 25,15 58,43 23,21 50,11 18,63 45,64 ційного періоду дозволяє у 2 рази скоротити час очищення ґрунту від важких металів по всіх варіантах досліду. За дії капсульованих добрив, спостерігається біологічне розбавлення елементів у інтенсивно зростаючій масі рослин, або включення механізму уникнення елементів, шляхом переходу у рослини важких металів з апопластичного шляху на симпластичний, де відбувається селекція елементів, хоча не можна виключити і обмеження поступлення через корінь при зв'язуванні іонів металів клітинами ризо дерми та ендодерми коренів. На основі аналізу вмісту важких металів виявлено, що олійні культури - ріпак, суріпиця і тифон, є стійкими до несприятливих умов породних відвалів вугільних шахт і їх можна використовувати як рослини акумулятори важких металів з ґрунту відвалів, що сприятиме їх поступовому очищенню та покращить екологічну ситуацію в районах розташування відвалів. За дії традиційної і капсульованої нітроамофоски спостерігається зменшення коефіцієнту біологічного накопичення важких металів, але незважаючи на це за величиною коефіцієнту біологічного накопичення всі три рослини відносяться до групи рослин - акумуляторів ВМ. Зміст засвоюваних форм поживних речовин залежить від типу ґрунту, його окультуреності і попереднього додавання добрив. Він може бути неоднаковим у різних і на окремих полях господарства. Тому для правильного застосування добрив важливе значення мають агрохімічні аналізи ґрунтів для визначення рухомих форм азоту, фосфору та інших елементів. Проведено дослідження по зміні динаміки вимивання фосфору, нітратів та аміаку крізь 25см шар ґрунту різного типу в ємкостях, висотою 40см. Для експериментальних досліджень застосовували традиційну гранульовану нітроамофоску і капсульовану нітроамофоску. Для створення умов 15 вимивання добрив експериментальні дослідження проводили за періодичного зволоження ґрунтового середовища. При цьому, використовували два види ґрунтів породного відвалу шахт: червону і чорну породи. За контроль слугував чорнозем, останні займають значну територію Львівської області. Проби відбирали після кожного поливу ґрунтового середовища - кожні 5-6 днів протягом 90 днів. При використанні традиційних добрив, фосфор, нітратний азот вимивається з ґрунту значно швидше, ніж при застосуванні капсульованих добрив на всіх типах порід відвалів. Наявність денітрифікації пов'язана із втратою азоту з ґрунту, яке помітно посилюється у дощовий період, що є не бажаним для сільськогосподарського виробництва. При підвищеній вологості ґрунту і слабо кислій реакції азот витрачається здебільшого в молекулярному вигляді, і навпаки, у лужному середовищі, з невисокою вологістю ґрунту, здебільшого виділяються оксиди азоту. Зокрема, при визначенні вимивання аміаку ми отримали наступні дані, які зображені на Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3. Як і у попередніх випадках, при використанні традиційних добрив відбувається швидке зростання вмісту аміаку у перші дні після внесення добрив. Щодо капсульованих добрив, то спостерігається пролонгована дія цих добрив протягом тривалого часу - 80 днів. При застосуванні капсульованих добрив тривале вивільнення складових елементів добрив із капсул дає можливість збіль 50789 16 шення перебування останніх у ґрунті і, тим самим, зменшити вимивання компонентів добрив відразу після внесення їх у ґрунтове середовище. Саме така дія капсульованих добрив має позитивні наслідки і для рослин, забезпечуючи їх поживними речовинами протягом тривалого періоду часу. Створення і використання капсульованих добрив завдяки пролонгованому вивільненню складових добрива є досить актуальним на породних відвалах, оскільки знижує непродуктивні втрати елементів живлення на 40-60%. Відомий факт, що надмірне накопичення важких металів рослинами сприяє розвитку оксидативного стресу, при якому порушується необхідна для нормального росту і розвитку рослин динамічна рівновага між функціонуванням систем антиоксидантного захисту і утворенням активних кисневих метаболітів. Як видно з табл.4. за дії традиційної і капсульованої нітроамофоски практично всі показники знижувались, порівнюючи з контролем, що говорить про зниження величини стресового навантаження на рослину. Отримані результати підтверджують передбачуваний технічний результат, що полягає у відновленні родючості порід відвалів шахт, підвищенні ефективності фіторекультивації за рахунок використання капсульованих мінеральних добрив, оскільки, при зниженні удвічі дози капсульованих добрив, їх собівартість наближається до собівартості традиційного добрива. Таблиця 4 Оксидативні показники стресу за дії капсульованої і традиційної нітроамофоски у проростках ріпаку за росту на різних типах порід відвалу Торф 0,094 0,067 0,019 Червона порода Червона+КАПС Червона+НАФ Чорна порода Чорна+КАПС Активність пероксидази (у.о окиснення бензидину) 0,154 0,021 0,024 0,102 0,015 Вміст перекису водню (мкг/мл) 0,060 0,074 0,079 0,064 0,057 Перекисне окиснення ліпідів (кількість МДА, мМ/г сирої маси) 0,008 0,004 0,003 0,012 0,007 Використання капсульованих добрив на площах і схилах відвалів є більш доцільним, ніж традиційних добрив, як з еколого-фізіологічної, так і економічної точок зору. Капсульовані природними сорбентами добрива знижують рівень забруднення відвалів токсичними речовинами, служать меліорантами, оскільки містять природний сорбент, що покращує структуру ґрунтів та інші фізичні і хімічні властивості. Дослідження фітоекстракційно Чорна+НАФ 0,006 0,064 0,006 го потенціалу швидкорослих видів рослин з великою масою та здатністю до акумуляції важких металів є актуальним і перспективним для несприятливих екологічних умов териконів шахт. До того ж, використання капсульованих добрив має позитивний вплив на метаболізм рослин. Така технології є екологічно безпечною та менш витратною, порівняно із традиційними, наприклад, зняттям та захоронениям верхнього шару ґрунту. 17 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 50789 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601