2.3 Результати досліджень формування хімічного складу грунтів та рослин, вирощених на них

В ході роботи був проведений аналіз літературних джерел з досліджуваної проблематики, а також проведено ряд польових і лабораторних досліджень, які проводились протягом 2012 – 2014 рр.

Польові дослідження передбачали відбір зразків ґрунту (чорнозем звичайний) та рослинної продукції: овочева (томати, огірки), фруктова (яблука), продукти переробки (яблучний сік) (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Зразки фруктово – овочевої рослинної продукції та продукції переробки

Під час роботи проведено два експерименти: дослідження вмісту важких металів в грунті, яблуках та яблучному соці та дослідження вмісту важких металів у грунті та вирощених на них овочах (томатах, огірки).

Відбір зразків грунту, рослинної продукції (яблук, томатів, огірків) та продукції переробки (яблучний сік) проводився на території Балаклійського району Харківської області. Проби відбирались на відстані 150 м від джерела забруднення (автошляху) - Балаклійський район, Харківської області.

За допомогою атомно - абсорбційного методу досліджень з використанням спектрофотометру ААС – 115ПК на базі лабораторії еколого – аналітичних досліджень екологічного факультету визначено концентрації ВМ (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd) у грунті, фруктовій продукції (яблука) та продукції переробки (яблучний сік) (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Лабораторні експериментальні дослідження

Отримані під час дослідження концентрації важких металів порівнювались зі значеннями гранично допустимих концентрацій (ГДК) та зі значеннями фонових концентрацій важких металів у чорноземах звичайних для території України та досліджуваного Балаклійського району. Відповідні дані наведені у наступних таблицях: таблиця 2.2, таблиця 2.3, таблиця 2.4.

Таблиця 2.2

Значення концентрацій важких металів у зразках грунту, (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК [19]	Фон [19]
Fe	4,4		2,0
Mn	4,0	100	43
Zn	2,6	23	1,0
Cu	0,9	3,0	0,5
Cd	0,11		0,1

Аналізуючи дані таблиці бачимо, що жоден з хімічних елементів не перевищує встановлені гранично допустимі концентрації, але спостерігаються перевищення фонових концентрацій за Zn та Cu у 2,6 та 1,8 рази відповідно. Вміст заліза у зразку грунту з городу перевищує фоновий вміст у 2,2 рази, кадмію у 1,1 разу.

Таблиця 2.3

Значення концентрацій важких металів у зразках яблук, (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК[19]
Fe	6,4
Mn	9,6
Zn	1,4	10,0
Cu	0,8	5,0
Cd	0,14	0,03

З вище наведених даних таблиці видно, що перевищення встановлених гранично допустимих концентрацій спостерігається за Cd у 4,6 разів відповідно.

Слід зазначити що при переході з грунту до яблук концентрації Mn та Fe збільшуються у 2,4 та 1,6 разів відповідно.

Таблиця 2.4

Значення концентрацій важких металів у зразках яблучного соку (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК[23]
Fe	1,3
Mn	2,0
Zn	0,5	10,0
Cu	0,2	5,0
Cd	0,1	0,03

Згідно з даних таблиці можна сказати, що перевищення встановлених норм ГДК спостерігається за Cd у 3 рази.

Для дослідження характеру та особливостей накопичення важких металів у ґрунті та рослинній продукції, було використано один з найпростіших та оперативних методів якісного аналізу - побудувано акумулятивні ряди накопичення важких металів.

Отже, акумулятивні ряди (мг/кг):

ґрунт Fe(4,4)> Mn(4,0) >Zn(2,6)> Cu(0,9) >Cd(0,11)

яблука Mn(9,6) > Fe(6,4) >Zn(1,4)> Cu(0,8) >Cd(0,14)

сік яблучний Mn(2,0) > Fe (1,3)>Zn(0,5)> Cu (0,2)>Cd(0,1)

З вище наведених акумулятивних рядів видно, що при переході з грунту до рослини концентрації марганцю та заліза збільшуються у 2,4 та 1,6 разів відповідно, а концентрація цинку зменшується у 1,85 рази. Слід зауважити що при виробництві соку, тобто термічній обробці яблук значно зменшуються концентрації досліджуваних металів. Концентрації зменшуються у наступному порядку : концентрація заліза зменшується у 4,9 разів, марганцю у 4,8 рази, цинку у 2,8 рази, міді у 4 рази, кадмію у 1,4 рази.

Для виявлення акумулятивної здатності, тобто особливостей накопичення важких металів у фруктовій продукції (яблуках) та шляхів надходження їх до неї було розраховано коефіцієнт біоакумуляції (k_б) для кожного хімічного елементу, що аналізувався (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Коефіцієнт біоакумуляції для яблук

Аналізуючи стовпчастої діаграми показує, що найбільшою акумулятивною здатністю для яблук володіє Fe, а найменшою Cd та Zn, що дозволяє віднести ці елементи до важких металів енергійного біотичного накопичення.

Для оцінки небезпечності поліелементного рівня забруднення грунтів та рослинної продукції доречно використовувати сумарний показник забруднення природного компоненту (Zс), який розраховується за формулою:

Zс =Σ Кс – (n-1), (2.1)

Кс – коефіцієнт концентрації хімічного елементу, який дорівнює відношенню реального вмісту речовини до фонового.

n – кількість врахованих речовин (при Kc >1) .

При цьому значення Zc зіставляється з орієнтувальною шкалою загрози забруднення, маючий градації допустимої (до 16), помірно небезпечної (до 32), небезпечної (до 128), та надзвичайно небезпечної (вище 128) категорій забруднення, що статистично пов’язано із зміною показників здоров’я населення в зонах забруднення [12].

У ході розрахунків визначено, що для ґрунтів сумарний показник забруднення складає 3,4, що дає змогу віднести ґрунти до допустимої категорії забруднення. Для яблук сумарний показник складає 4,68, що теж говорить про допустиму забрудненість фруктової продукції вирощеної в саду досліджуваної присадибної ділянки.

Наступним етапом роботи стало дослідження вмісту важких металів у грунті та овочевої продукції (томати, огірки). Зразки проб грунту та рослин відбирались на тій же присадибній ділянці, але не в саду, а в городі. Дослідження вмісту важких металів проводились за тим же алгоритмом, що і в першому експерименті. Дослідження вмісту важких металів проводились на базі лабораторії охорони грунтів від техногенного забруднення Національного наукового центру «Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.С. Соколовського».

Значення концентрацій важких металів у грунті аналогічно порівнювалось зі значеннями фонових концентрацій та ГДК (табл. 2.5, табл. 2.6, табл. 2.7).

Таблиця 2.5

Значення концентрацій важких металів у зразках грунту (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК [19]	Фон [19]
Co	0,3	5,0	0,5
Cr	0,15	6,0	0,1
Cu	0,4	3,0	0,5
Fe	1,24	-	2,0
Cd	0,12	-	0,1
Mn	11,74	100	43
Ni	0,27	4,0	1,0
Pb	0,9	6,0	0,5
Zn	1,14	23	1,0

З відповідних даних таблиці видно, що жоден з досліджуваних елементів не перевищує встановлені норми ГДК, але спостерігаються перевищення фонових концентрацій за наступними елементами: Cd перевищує фон у 1,2 рази, за Cr спостерігається перевищення у півтора рази, Pb перевищує фон у 1,4 рази , Zn у 1,14 рази відповідно.

Таблиця 2.6

Значення концентрацій важких металів у зразках огірків, (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК [19]
Cd	0,08	0,03
Co	0,31	1,0
Cr	0,73	0,2
Cu	19,21	5,0
Fe	59,45	50
Mn	12,17	20
Ni	1,29	0,5
Pb	1,38	0,5
Zn	518,54

Дані таблиці показують, що спостерігаються перевищення встановлених норм ГДК за наступними елементами : Cd - 2,6ГДК, Cr - 3,65ГДК, Cu – 3,4ГДК, Fe – 1,2ГДК, Ni – 2,6ГДК, Pb – 2,8ГДК.

Таблиця 2.7

Значення концентрацій важких металів у зразках томатів, (мг/кг)

Хімічний елемент	Концентрація	ГДК [19]
Cd	0,09	0,03
Co	0,46	1,0
Cr	0,62	0,2
Cu	17,98	5,0
Fe	55,65	50
Mn	7,47	20
Ni	0,58	0,5
Pb	1,12	0,5
Zn	69,39

З таблиці видно, що не відповідають встановленим нормам наступні показники концентрацій важких металів в зразках помідорів: концентрація Cd перевищує ГДК у 3 рази, Cr у 3,1 рази, Cu у 3,6 рази, Fe у 1,1 рази, Pb у 2,2 рази.

Згідно з приведених даних побудовано наступні акумулятивні ряди (мг/кг):

Грунт:

Mn(11,74)>Fe(1,24)>Zn(1,14)>Pb(0,9)>Cu(0,4)>Co(0,3)>Ni(0,27)>Cr(0,15)>Cd(0,12)

Огірки:

Zn(518,54)>Fe(59,45)>Cu(19,21)>Mn(12,17)>Pb(1,38)>Ni(1,29)>Cr(0,73)>Co(0,31)>Cd(0,08)

Томати:

Zn(69,39)>Fe(55,65)>Cu(17,98)>Mn(7,47)>Pb(1,12)>Cr(0,62)>Ni(0,58)>Co(0,46)>Cd(0,09)

Аналіз акумулятивних рядів показав, що в ґрунті найбільш інтенсивно накопичується: Mn(11,74)>Fe(1,24)>Zn(1,14), найменше акумулюється Cr(0,15)>Cd(0,12). Пріоритетними металами для томатів та огірків є: Zn>Fe>Cu>Mn. Найменш інтенсивно накопичуються: Co та Cd.

Таблиця 2.8

Значення коефіцієнту біологічного поглинання

Елемент	Cd	Co	Cr	Cu	Fe	Mn	Ni	Pb	Zn
Огірки	0,6	1,03	4,9	48	48	1,04	4,45	1,5	453
Помідори	0,75	1,5	4	45	45	0,63	2,1	1,2	61

Аналіз даних таблиць надав можливість побудувати ряди коефіцієнту біологічного поглинання:

Огірки

Zn(453)>Fe(48)>Cu(48)>Cr(4,9)>Ni(4,45)>Pb(1,5)>Mn(1,04)>Co(1,03)>Cd(0,6)

Томати

Zn(61)>Fe(45)>Cu(45)>Cr(4)>Ni(2,1)>Co(2,1)>Pb(1,2)>Cd(0,75)>Mn(0,63)

Аналізуючи дані таблиці та отриманих рядів біологічного можна зробити висновок, що: огірки та томати пріоритетно накопичують Zn, Fe та Cu накопичують на одному рівні. Найменше в досліджуваних овочах накопичується Co та Cd. Також видно, що при транслокації вміст Zn в огірках збільшується в 453 рази, Fe та Cu у 48 разів. В томатах вміст Zn збільшується у 61 раз, залізо та мідь у 45 разів відповідно

Для визначення ступеня забруднення ґрунтів на городі та овочевої рослинної продукції використано вище вказаний показник сумарного забруднення. У ході досліджень визначено, що сумарний показник забруднення досліджуваних грунтів складає 6,33, що дає змогу віднести їх до допустимої категорії забруднення. Томати та огірки відносяться до небезпечної категорії забруднення, оскільки сумарні показники забруднення складають 102,5 та 94,2 відповідно.

Порівнюючи вміст важких металів у грунті городу та саду можна дійти певних висновків: в ґрунті в саду найкраще накопичуються наступні елементи : Fe>Mn>Zn натомість в ґрунті на городі спостерігається дещо інша ситуація: найбільш інтенсивно накопичується Mn, за ним Fe, потім Zn.

У фруктовій продукції найкраще акумулюється: Fe>Mn>Zn, натомість у овочах: Zn> Fe >Cu.

Отже, можна зробити наступні висновки, що яблука, вирощені на присадибній ділянці можна умовно назвати екологічно чистими, оскільки рівень забруднення знаходиться в межах допустимої норми. Огірки та томати не відносяться до екологічно чистої продукції, так як рівень забруднення даної продукції знаходиться в межах небезпечної категорії забруднення.

РОЗДІЛ 3

ОХОРОНА ПРАЦІ