Викладено результати екологічної експертизи технологій вирощування пшениці озимої в північному Лісостепу за показниками родючості і за впливом на процеси міграції важких металів у генетичних горизонтах темно-сірого опідзоленого ґрунту. За результатами екологічного оцінювання встановлено, що для впровадження технологій у виробництво, потрібно вдосконалювати деякі технологічні операції.
Ключові слова: пшениця озима, екологічна оцінка, агрохімічні, санітарно-гігієнічні показники, темно-сірий опідзолений ґрунт.
Постановка проблеми. Використання агрохімікатів в агроекосистемі є важливою умовою розвитку сучасного землеробства. Однак порушення наукових основ застосування мінеральних і органічних добрив в агроценозі може призвести до незбалансованого живлення сільськогосподарських культур, до зниження поживної цінності рослинної продукції та погіршення стану довкілля.
Науково доведено, що система удобрення повинна забезпечити високу врожайність культур з оптимальними показниками якості, збереження і підвищення родючості ґрунтів за відповідних норматив екологічної безпеки [1]. До складу добрив входять важкі метали, які потенційно здатні забруднювати ґрунт, змінювати мікробіологічну і біологічну його активність, мігрувати у ґрунтові води, переміщуватись у рослини і негативно впливати на якість сільськогосподарської продукції [3, 7].
У зв’язку з цим, проведення екологічної експертизи технологій вирощування озимої пшениці за основними показниками родючості, а також міграції важких металів у генетичних горизонтах темно-сірого опідзоленого ґрунту є актуальним питанням.
Аналіз останніх досліджень і публікацій, у яких започатковано розв’язання проблеми. Основними принципами екологічної експертизи технологій вирощування сільськогосподарських культур повинно бути гарантування безпечного для життя та здоров`я людей навколишнього природного середовища, збалансованість екологічних, економічних, медико-біологічних і соціальних інтересів, наукова обґрунтованість, превентивність [4, 5].
Сучасні технології вирощування пшениці можуть негативно впливати на технологічні, біохімічні та гігієнічні показники якості зерна, а також призводити до забруднення ґрунту та суміжних середовищ шкідливими речовинами, знижувати його біологічну активність, сприяти активізації хімічних речовин у ґрунтові води тощо [4, 5].
Метою досліджень було вивчити вплив агро-технологій вирощування пшениці озимої сорту Лада Одеська на вміст рухомих форм важких металів у ґрунті та проведення екологічного оцінювання технологій вирощування пшениці озимої за показниками родючості ґрунту і міграції важких металів у генетичних горизонтах темно-сірого опідзоленого ґрунту.
Методика проведення дослідження. Дослідження проводили в Інституті агроекології і природокористування НААН з озимою пшеницею сорту Лада Одеська на темно-сірому опідзоленому легкосуглинковому ґрунті.
Схема досліду передбачала вивчення варіантів удобрення на фоні мінімальної та інтенсивної системи захисту рослин: контроль (без добрив), N60N30, P135K135+N80+N55, побічна продукція, P90K90+N60+N30.
У досліді вивчали технологію з інтенсивним захистом рослин, що включало використання пестицидів: «Амістар Екстра», 0,5 л/га, «Карате Зеон», 0,2 л/га, «Альто Супер», 0,5 л/га, «Лінтур», 0,15 г/га, а також мінімальним, де застосовували лише протруювач – «Максим Стар», 1,5 л/т.
Облікова площа ділянки – 25 м², повторність дослідів – чотириразова, розміщення ділянок рендомізоване. Попередником був горох. Агротехніка загально прийнята для даної ґрунтово-кліматичної зони.
Ґрунт – темно-сірий опідзолений легкосуглинковий на лесовидному суглинку з наступною характеристикою основних агрохімічних показників: рНсол – 5,2, гідролітична кислотність – 39 мг-екв/кг ґрунту, вміст загального гумусу – 2,0% (за Тюріним і Кононовою), азоту, що легко гідролізується (за Корнфілдом) – 54–66 мг/кг ґрунту,рухомого фосфору – 160 мг/кг ґрунту (за Чіріковим), обмінного калію – 140 мг/кг ґрунту (за Чіріковим).
Вміст важких металів визначали в зразках, зерні та ґрунті, який відбирали з орного шару (0–20) одночасно з рослинними зразками. Рухомі форми важких металів із ґрунту вилучали за допомогою екстракції 1 н НСІ, а їх кількісне визначення проводили атомно-адсорбційним методом [6].
Статистичну обробку результатів проводили за допомогою дисперсійного і регресійного аналізів.
Результати досліджень. Екологічну експертизу технологій вирощування озимої пшениці здійснювали за методикою екологічної експертизи технологій вирощування сільськогосподарських культур [2].
Оцінку технологій за впливом на показники родючості ґрунту проводили шляхом порівняння фактичного стану з еталонним (табл. 1). Еталоном є ґрунт з оптимальними показниками родючості, згідно з нормативними документами (ДСТУ 4362:2004) [8].
Згідно з таким порівнянням було проведено екологічне оцінювання технології застосування агрохімікатів за впливом на стан темно-сірого опідзоленого ґрунту на фоні інтенсивного і мінімального захисту (табл. 2).
| Екологічний стан | Відхилення від оптимуму в бік погіршення | Бал |
| незадовільний перевищує | 25% | 0 |
| задовільний | понад 10%, але не перевищує 25% | 1 |
| нормальний | не перевищує 10% | 2 |
| оптимальний | не спостерігається | 3 |
| Екологічний стан | Показник стану ґрунту | Оцінка, бали |
| вміст гумусу | ||
| Незадовільний | <3,0 | 0 |
| Задовільний | 3,0–3,5 | 1 |
| Нормальний | 3,6–3,9 | 2 |
| Оптимальний | ≥4,0 | 3 |
| вміст азоту, що легко гідролізується | ||
| Незадовільний | <64 | 0 |
| Задовільний | 64–76 | 1 |
| Нормальний | 77–84 | 2 |
| Оптимальний | ≥85 | 3 |
| вміст рухомого фосфору | ||
| Незадовільний | <109 | 0 |
| Задовільний | 109–130 | 1 |
| Нормальний | 131–144 | 2 |
| Оптимальний | ≥145 | 3 |
| вміст калію | ||
| Незадовільний | <109 | 0 |
| Задовільний | 109–130 | 1 |
| Нормальний | 131–144 | 2 |
| Оптимальний | ≥145 | 3 |
| реакція ґрунтового розчину | ||
| Незадовільний | <4,3 | 0 |
| Задовільний | 4,3–5,0 | 1 |
| Нормальний | 5,1–5,6 | 2 |
| Оптимальний | 5,7 | 3 |
| Екологічний стан | Показник стану ґрунту | Екологічний стан | Оцінка, бали |
| вміст гумусу | |||
| Контроль | 2,2*/2,4** | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| N60N30 | 2,6/2,4 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| P135K135+N80+N55 | 2,9/2,2 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| побічна продукція | 2,5/2,2 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| P90K90+N60+N30 | 2,5/2,3 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| вміст азоту, що легко гідролізується | |||
| Контроль | 77/72 | нормальний/задовільний | 2/1 |
| N60N30 | 74/74 | задовільний/задовільний | 1/1 |
| P135K135+N80+N55 | 88/81 | оптимальний/нормальний | 3/2 |
| побічна продукція | 77/74 | нормальний/задовільний | 2/1 |
| P90K90+N60+N30 | 89/75 | оптимальний/задовільний | 2/1 |
| вміст рухомого фосфору | |||
| Контроль | 81/75 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| N60N30 | 110/127 | задовільний/задовільний | 1/1 |
| P135K135+N80+N55 | 173/196 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| побічна продукція | 148/137 | оптимальний/нормальний | 3/2 |
| P90K90+N60+N30 | 241/228 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| вміст обмінного калію | |||
| Контроль | 69/64 | незадовільний/незадовільний | 0/0 |
| N60N30 | 138/134 | нормальний/нормальний | 2/2 |
| P135K135+N80+N55 | 162/141 | оптимальний/нормальний | 3/2 |
| побічна продукція | 153/125 | оптимальний/задовільний | 3/1 |
| P90K90+N60+N30 | 224/204 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| реакція ґрунтового розчину | |||
| Контроль | 6,6/6,7 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| N60N30 | 6,8/6,2 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| P135K135+N80+N55 | 6,0/6,3 | оптимальний//оптимальний | 3/3 |
| побічна продукція | 6,7/6,5 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| P90K90+N60+N30 | 6,0/6,2 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| Примітки: * – інтенсивний захист, ** – мінімальний захист | |||
Отримані результати показали, що всі технології на фоні інтенсивного і мінімального захисту за вмістом гумусу призводять до незадовільного екологічного стану; за вмістом азоту, що легко гідролізується на обох фонах спостерігається оптимальний і нормальний екологічний стан; за вмістом рухомого фосфору і обмінного калію дані технології забезпечують оптимальний, нормальний, задовільний екологічний стан.
Було проведено екологічну експертизу технологій вирощування озимої пшениці за впливом на процеси міграції важких металів у генетичних горизонтах ґрунту.
Розподіл важких металів за генетичними горизонтами ґрунту визначається процесами ґрунтоутворення і мінералогічним складом материнських порід [3]. Також рівень вмісту важких металів залежить від гранулометричного складу і вмісту органічної речовини [5].
Екологічну експертизу проводили за коефіцієнтом концентрації у різних генетичних горизонтах ґрунту, який характеризує ступінь накопичення елементів (важких металів) у ґрунті відносно контролю:
Кс = ki/Кі,
kі – вміст і-хімічного елементу у n-компоненті,
Кі – вміст і-хімічного елементу в еталоні (контролі).
Величина коефіцієнту концентрації свідчить про активність процесів вилуговування (Кс<1) і накопичення (Кс>1) катіонів у генетичних горизонтах ґрунту. За величиною концентрації існує наступна градація (табл. 3).
Дослідження впливу мінеральних і органічних добрив за мінімального й інтенсивного захисту рослин на накопичення в ґрунті свинцю і міді, показали, що внесення добрив протягом тривалого часу не супроводжуються значним зростанням вмісту їх у темно-сірому опідзоленому ґрунті (рис. 1–4).
| Екологічний стан | перевищення коефіцієнту концентрації | Оцінка, бали |
| незадовільний | ≥5,0 | 0 |
| задовільний | 3,0–5,0 | 1 |
| нормальний | 1,0–2,9 | 2 |
| оптимальний | ≤1,0 | 3 |
Рис. 1. Вміст Pb по профілю темно-сірого опідзоленого ґрунту за інтенсивного захисту
Рис. 2. Вміст Pb по профілю темно-сірого опідзоленого ґрунту за мінімального захисту
Рис. 3. Вміст Сu по профілю темно-сірого опідзоленого ґрунту за інтенсивного захисту
Рис. 4. Вміст Сu по профілю темно-сірого опідзоленого ґрунту за мінімального захисту
Під час вирощування озимої пшениці вміст важких металів у шарах ґрунту був нерівномірним. У нижніх шарах ґрунту кількість їх зменшувалась, порівняно з верхніми шарами. У випадку застосування P135K135+N80+N55, N60N30 відбулося збільшення свинцю і міді в шарах 20–40, 40–60 см на фоні інтенсивного захисту. На інших варіантах на фоні інтенсивного і мінімального захисту по всьому профілю ґрунту значного збільшення не помітно.
Було проведено екологічне оцінювання темно-сірого опідзоленого ґрунту за коефіцієнтом концентрації у випадку застосування різних технологій вирощування пшениці (табл. 4).
Отримані результати за вмістом свинцю свідчать, що у більшості випадків застосування мінеральних і органічних добрив на фоні інтенсивного і мінімального захисту не призводило до погіршення екологічного стану ґрунту. На варіантах N60N30, P135K135+N80+N55, на фоні інтенсивного захисту і P90K90+N60+N30 за мінімального захисту спостерігається такий перерозподіл свинцю у профілі ґрунту, який характеризує нормальний екологічний стан. Коефіцієнт концентрації коливався в межах 1,1–1,3, що характеризує мінімальне накопичення свинцю у генетичних горизонтах даного ґрунту. Інші технології відповідають оптимальному екологічному стану.
| Варіанти досліду | Генетичний горизонт | Екологічний стан | Оцінка, бали | ||||
| Не | Ні | ІНgi | Pigl | Pkgl | |||
| коефіцієнт концентрації свинцю | |||||||
| N60N30 | 1,3*/1,0** | 1,2/1,0 | 1,1/1,0 | 1,2/1,0 | 1,2/1,0 | нормальний/оптимальний | 2/3 |
| P135K135+N80+N55 | 1,3/1,1 | 1,2/1,0 | 1,2/1,0 | 1,2/1,1 | 1,2/1,0 | нормальний/оптимальний | 2/2 |
| P90K90+N60+N30 | 1,0/1,1 | 1,0/1,1 | 1,1/1,0 | 1,0/1,1 | 1,0/1,0 | оптимальний/нормальний | 2/2 |
| побічна продукція | 1,0/1,1 | 1,1/0,9 | 1,1/0,8 | 1,0/0,9 | 1,0/0,9 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| коефіцієнт концентрації міді | |||||||
| N60N30 | 1,1/1,1 | 1,2/0,9 | 1,2/1,0 | 1,3/1,0 | 1,2/1,0 | нормальний/оптимальний | 2/3 |
| P135K135+N80+N55 | 1,2/1,1 | 1,4/1,0 | 1,3/1,1 | 1,2/1,1 | 1,2/1,0 | нормальний/нормальний | 2/3 |
| P90K90+N60+N30 | 1,1/1,1 | 1,1/1,0 | 1,0/1,0 | 1,0/1,0 | 1,0/1,0 | оптимальний/оптимальний | 3/3 |
| побічна продукція | 1,1/0,9 | 1,0/1,0 | 0,9/0,9 | 1,0/1,0 | 0,9/0,9 | оптимальний/оптимальний | 2/3 |
| Примітки: * – інтенсивний захист, ** – мінімальний захист | |||||||
Екологічне оцінювання темно сірого опідзоленого ґрунту за коефіцієнтом концентрації міді показало, що N60N30, P135K135+N80+N55 на фоні інтенсивного захисту і P135K135+N80+N55 на фоні мінімального захисту відповідали нормальному екологічному стану, коефіцієнт концентрації яких коливався в межах 1,1–1,5. Це свідчить про те, що відбувалося незначне накопичення міді у генетичних горизонтах темно-сірого опідзоленого ґрунту. Більшість варіантів на обох фонах відповідала оптимальному екологічному стану.
Врахування всіх показників, що вивчалися під час випробування технологій, дало змогу провести комплексне оцінювання і встановити ступінь технологічних процесів (табл. 5). Екологічне оцінювання (ЕО) технології за комплексом показників проводили за рівнянням
де nn – показник, згідно з яким проводили оцінювання, бал;
n – кількість показників, за якими проводили оцінювання.
Згідно з методичними рекомендаціями [2] пропонуємо таку градацію технологій за досконалістю:
| I | ≤ 1,5 бала | технологія недосконала і не може бути рекомендована виробництву |
| II | 1,5–2,4 бала | технологія перед впровадженням у виробництво потребує істотного вдосконалення |
| III | 2,5–2,9 балів | потребують вдосконалення окремі технологічні операції |
| IV | 3 бали | технологія досконала і може бути рекомендована виробництву |
| Варіанти досліду | Система захисту рослин | |
| інтенсивна | мінімальна | |
| 1. Контроль | 1,8 | 1,4 |
| 2. N60N30 | 1,5 | 1,8 |
| 3. P135K135+N80+N55 | 2,2 | 2,2 |
| 4. Побічна продукція | 2,5 | 2,0 |
| 5. P90K90+N60+N30 | 2,5 | 2,2 |
Результати екологічного оцінювання технологій вирощування озимої пшениці за показниками родючості і міграції важких металів у генетичних горизонтах темно-сірого опідзоленого ґрунту показали, що технології, які передбачають інтенсивний захист рослин та удобрення P90K90+N60+N30 і побічну продукцію потребують вдосконалення за деякими технологічними операціями, а технології, які передбачають застосування N60N30 і P135K135+N80+N55 перед впровадженням потребують істотного вдосконалення. Всі технології, що передбачають застосування добрив на фоні мінімального захисту рослин потребують подальшого вдосконалення, оскільки не забезпечують оптимального агрохімічного стану темно-сірого опідзоленого ґрунту.
Висновок. Отримані дані свідчать, що екологічна експертиза технологій вирощування озимої пшениці в умовах північного Лісостепу України за агрохімічними показниками ґрунту повинна передбачити таке внесення добрив, щоб забезпечити оптимальні параметри родючості ґрунту. Використання коефіцієнта концентрації для характеристики екологічного стану темно-сірого опідзоленого ґрунту за показниками нагромадження і вилуговування важких металів у генетичних горизонтах дає можливість оцінити технології застосування добрив, засобів захисту і за необхідності провести відповідні вдосконалення.
Перспективи нашої наукової роботи в подальшому будуть направлені на вивчення впливу окремих технологічних операцій на якість бобових і технічних культур та проведення екологічної оцінки технологій вирощування сої і ріпаку за біохімічними, токсикологічними, санітарно-гігієнічними показниками.
- Говорина В. В. Содержание и распределение кадмия, свинца и никеля в растениях яровой пшеницы в зависимости от уровня минерального питания и загрязнения тяжелыми металлами / В. В. Говорина, Н. Г. Ракинов, Лин Кео Сопхеак, Н. К. Сидоренкова // Агрохимия. – 2007. – №3. – С. 61–67.
- Екологічна експертиза технологій вирощування сільськогосподарських культур (методичні рекомендації) / [Макаренко Н. А., Бондарь В. І., Макаренко В. В. та ін.] ; за ред. Н. А. Макаренко, В. В. Макаренко. – К. : ДІА, 2008. – 84 с.
- Жигарева Т. Л. Влияние природных мелиорантов и тяжелых металлов на урожайность зерновых культур и микрофлору дерново-подзолистой почвы / Т. Л. Жигарева, Р. М. Алексахин, Д. Г. Свириденко // Агрохимия. – 2005. – №11. – С. 60–65.
- Макаренко Н. А. Агроекологічна оцінка мінеральних добрив за впливом на ґрунтову систему: автореф. дис. д. с.-г. н. : 03.00.16. / Наталія Анатоліївна Макаренко. – К., 2002. – 37 с.
- Макаренко Н. А. Екологічна експертиза технологій вирощування сільськогосподарських культур / Н. А. Макаренко, В. І. Бондар, В. В. Макаренко // Агроекологічний журнал. – 2008. – Спеціальний випуск. – С. 14–18.
- Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства / ЦИНАО. – М. : ЦИНАО, 1992. – 61 с.
- Популан М. І. Родючість грунту як природно-антропогенна його властивість, її види та параметрична оцінка / М. І. Популан, В. А. Величко, В. Б. Соловей // Вісник аграрної науки. – 2009. – №2. – С. 17–24.
- Якість грунту. Показники родючості грунтів : ДСТУ 4362:2006. – [Чинний від 2006-01-01]. – К. : Держспоживстандарт України, 2006. – 40 с. – (Національний стандарт України).
- БІБЛІОГРАФІЯ