78. Мірошниченко Микола Миколайович. Стійкість грунту як основа педоекологічного нормування забруднення: дис... д-ра біол. наук: 03.00.18 / УААН; Національний науковий центр "Інститут грунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського". - Х., 2005. , табл.
Анотація до роботи:
Мірошниченко М.М. Стійкість ґрунту як основа педоекологічного нормування забруднення. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.18 – ґрунтознавство.
ННЦ “Інститут ґрунтознавства і агрохімії ім. О.Н.Соколовського” УААН, Харків, 2005.
Дисертація присвячена удосконаленню методології нормування забруднення ґрунту екзогенними хімічними речовинами. На прикладі забруднення важкими металами, вуглеводнями і солями лужних металів доведено провідне значення властивостей ґрунту у процесах перетворення, міграції, транслокації забруднюючих речовин, їх небезпеку для суміжних середовищ. Основою об’єктивного нормування є урахування кількісних показників стійкості ґрунту до забруднення. Удосконалено термінологію проблеми стійкості, розвинуто теорію агрегативної стійкості ґрунту .
Розроблено методологію і нормативи екологічної, господарської і меліоративної регламентації забруднення ґрунту нафтою і нафтопродуктами. Визначено концептуальні принципи педоекологічного нормування забруднення: функціональність і комплексність оцінки, ґрунтово-кліматичну адаптованість і стандартизованість нормативних параметрів.
У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі удосконалення методології нормування забруднення ґрунту екзогенними хімічними речовинами шляхом переходу до ґрунтово-адаптованих функціонально-диференційованих систем нормативів, які базуються на стійкості ґрунту до дії зовнішніх чинників.
Необхідно розмежовувати поняття "стійкість" і "буферність" для ґрунту як відкритої системи, що знаходиться в нерівноважних умовах. Стійкість є мірою зовнішнього впливу щодо відгуку системи, а буферність - мірою внутрішньосистемних сил, які компенсують цей вплив. На вищих рівнях організації ґрунту доцільно використовувати термін "функціональна стійкість”. Стійкість бар'єрних функцій ґрунту безпосередньо пов'язана з його станом як фізико-хімічної й дисперсної системи. Зворотні зв’язки між функціональною стійкістю ґрунтових систем та зміною характерних (модальних) властивостей ґрунту під дією забруднюючих речовин можуть суттєво посилювати негативний ефект від хімічного забруднення.
Агрегативна стійкість дисперсної системи ґрунту визначається, з одного боку, потужністю енергетичного бар'єру перед ближнім потенційним мінімумом, з іншого - глибиною дальнього потенційного мінімуму, в якому відбувається агрегація. Розпаду коагуляційної структури у дальньому потенційному мінімумі сприятимуть усі чинники (механічний, адсорбційний, диссолюційний, концентраційний), які посилюють розклинювальний тиск між часточками. Агрегативна стійкість ґрунту не може бути вимірювана іншим шляхом, ніж через певну дезагрегуючу дію. Для практичного визначення агрегативної стійкості ґрунту доцільне здійснення поетапної дезагрегації ґрунту чинниками різної сили дії, тобто проведення пептизаційного аналізу. Розроблено методику такого аналізу, яка поєднує принципи дрібної пептизації з процедурою виділення і розподілу тонкодисперсної частини ґрунту шляхом центрифугування суспензії.
Агрегативна стійкість тонкодисперсної частини ґрунту має провідне значення при забрудненні солями лужних і лужноземельних металів. Зміни агрегативної стійкості є незначними і зворотними при агрогенному засоленні ґрунтів внаслідок зрошення мінералізованими водами і катастрофічними – після аварійних викидів пластових вод . Кількісною мірою цих явищ є розроблений показник агрегативної стійкості та електрокінетичні властивості ґрунтів.
Забруднення ґрунту важкими металами призводить до зміни фізико-хімічної системи ґрунтів, а дисперсна система є дуже стійкою до цього впливу. У першу чергу змінюються кислотно-лужні умови у напрямку, який залежить від насиченості ґрунту основами і рівня навантаження. Наступним етапом є декальцинація ґрунтів, яка визначається наступними факторами: водним режимом, вмістом обмінного кальцію і магнію та наявністю їх мінеральних форм (природна вилугованість від карбонатів), кислотністю опадів і ґрунтового розчину, характером навантаження (поступове або залпове), кількістю поглинутої забруднюючої речовини і терміном із моменту її надходження. Втрата агрегативної стійкості дисперсної системи може відбуватись тільки у неврівноваженому стані одразу після адсорбції важких металів, тривалість якого обумовлена водним режимом.
Основним механізмом негативної дії нафтових вуглеводнів на ґрунт є створення стійкої гідрофобної плівки на поверхні ґрунтових часточок. Залежно від фізичних властивостей забруднюючої речовини і рівня забруднення, набуті ґрунтом зміни можуть мати сталого характеру, можуть зменшуватися з часом, а можуть проявлятися лише в окремі, несприятливі за зволоженням, роки. Гідрофобізація ґрунту, обумовлена важкими фракціями нафти, набуває вирішального значення в умовах сильного забруднення (понад 20 л/м2).
Стійкість бар’єрної функції зональних ґрунтів України щодо важких металів може відрізнятися на три порядки. Основними механізмами функціонування ґрунту як адсорбційного бар'єру є іонообмінний (з вилуговуванням лужноземельних, лужних елементів і водню) та специфічно-сорбційний (з вилуговуванням Н+). Регламентацію граничних параметрів процесу міграції важких металів доцільно здійснювати тільки для кислих (рНКCl<5,9 або pHводний<7,0) ґрунтів. За поліелементного складу забруднення спостерігається неспецифічний прямий вплив окремих важких металів на обсяги міграції. Вирішальними факторами у міграційній небезпеці вуглеводневого забруднення є фізичні властивості забруднюючої речовини і ґрунту. В'язкість забруднюючої речовини і структура порового простору ґрунту визначають швидкість її просування, а внаслідок цього – і співвідношення процесів випаровування та радіальної міграції, ймовірність латеральної міграції (у тому числі - внутрішньоґрунтової), можливість застосування технічних засобів для оперативного видалення вуглеводнів з поверхні.
Стійкість системи ґрунт-рослина до забруднення важкими металами складається з буферності ґрунту і толерантності рослин. Перший компонент системи формує певну концентрацію іонів важких металів у ґрунтовому розчині, другий – реагує на неї відповідно до своєї толерантності. Для оцінки захисних властивостей ґрунтів оптимальною є класифікація на основі двох параметрів: вмісту фізичної глини і рН водної витяжки. Різниця в толерантності рослин проявляється вже на перших етапах онтогенезу і є незмінною на різних ґрунтах. Причинами послаблення фітопродукційної функції ґрунтів, які зазнали вуглеводневого забруднення, є пряма токсична дія нафтових парів (на перший рік), погіршення поживного (переважно, перші 2-3 роки) і водно-повітряного режимів (сталий ефект). Таким чином, деградація ґрунту, спричинена нафтовим забрудненням, має як зворотну, так і незворотну складові.
Забруднення ґрунту важкими металами і нафтою призводить до перебудови мікробних ценозів, суттєво впливає на кругообіг вуглецю і азоту. Стійкість ґрунту як середовища мешкання мікроорганізмів складається з його здатності сприяти життєдіяльності нативної мікрофлори, біодеградації забруднюючої речовини ініційованою спільнотою та видаленню продуктів розкладу. Провідним фактором, що обумовлює стійкість процесу нітрифікації у ґрунті до дії важких металів, є гранулометричний склад ґрунтів.
Встановлено мінливість взаємного впливу елементів, що частково є наслідком і, водночас, механізмом пристосування рослин до зміни геохімічних умов. Забруднення рослинницької продукції при кореневому надходженні важких металів є наслідком не просто збільшення їх вмісту в ґрунті, а біогеохімічного дисбалансу, який виникає в техногенно забрудненій системі ґрунт-рослина. Багатокомпонентність нафти призводить до синергічного посилення негативної дії окремих вуглеводнів та уповільнення перебігу процесів самоочищення. “Легкі” і “важкі” нафтопродукти значно різняться за персистентністю і механізмами дії на ґрунти.
Доведено доцільність удосконалення існуючої системи регламентації хімічного забруднення ґрунтів і переходу на засади педоекологічного нормування, що враховує функціональність і комплексність оцінки, ґрунтово-кліматичну адаптованість і стандартизованість нормативних параметрів. Диференціація нормативів для земель різного функціонального призначення, урахування буферності ґрунтів і толерантності рослин дозволяє значно підвищити об’єктивність оцінки небезпеки забруднення. Для умов України доцільне встановлення нормативів граничного вмісту важких металів для трьох класів буферності ґрунтів. Розроблено методологію ґрунтово-геохімічного обстеження, у якій пріоритетне значення надається співставленню техногенного навантаження із стійкістю ґрунтів до забруднення, штучно створеного геохімічного фону – із природним, який властивий даному ландшафтові.
Уперше для України розроблено систему екологічної, господарської і меліоративної регламентації вуглеводневого забруднення, яка передбачає ґрунтову і часову диференціацію нормативних параметрів. Господарською регламентацією є коефіцієнти зниження родючості нафтозабруднених ґрунтів. Нормативи екологічної регламентації враховують дію нафти на рослини, ґрунтову мікрофлору і фізичні властивості ґрунту. Нормативи меліоративної регламентації передбачають диференціацію терміну рекультиваційного періоду залежно від здатності ґрунтів до самоочищення і рівня забруднення. Розроблено класифікацію нафтопродуктів за їх дією на ґрунт і запропоновано нормативи їх граничного вмісту.
Мірошниченко М.М. Зміни родючості ґрунту при вуглеводневому забрудненні / М.М.Мірошниченко, А.І.Фатєєв, Є.В.Панасенко, В.І.Якушко // Вісник аграрної науки.-2002. - №10. - С. 52-54 (планування досліджень, узагальнення результатів і розробка коефіцієнтів зниження родючості).
Фатєєв А.І. До питання оцінки рівнів небезпеки забруднення ґрунтів важкими металами / А.І.Фатєєв, М.М.Мірошниченко, Т.Ю.Биндич, В.Л.Самохвалова // Вісник аграрної науки. – 1999. - №10. – С. 59-62 (аналіз стану проблеми, концепція, фізико-хімічні дослідження, висновки)
Самохвалова В.Л. Порогові рівні токсичності важких металів для сільськогосподарських культур / В.Л.Самохвалова, М.М.Мірошниченко, А.І.Фатєєв // Вісник аграрної науки. - 2001. - №11. - С. 61-65 (визначення обробіток і аналіз даних МПД №4).
Фатєєв А.І. Надходження важких металів до рослин та ефективність добрив на техногенно забруднених ґрунтах / А.І.Фатєєв, В.Л.Самохвалова, М.М.Мірошниченко // Вісник аграрної науки. -1999. - №2. - С. 61-65 (частина експериментальних даних та їх узагальнення).
Мирошниченко Н.Н. Коллоидно-химическая диагностика почвенных процессов // Почвоведение. - 2000. - №1. - С. 63-69.
Мирошниченко Н.Н. Показатели буферности и устойчивости в оценке барьерной функции почв / Н.Н.Мирошниченко, Я.В.Пащенко, А.И.Фатеев // Почвоведение. – 2003. - № 7. - С. 808-817 (теоретична частина роботи та інтерпретація результатів, написання статті).
Фатеев А.И. Миграция, транслокация и фитотоксичность тяжелых металлов при полиэлементном загрязнении почвы / А.И.Фатеев, Н.Н.Мирошниченко, В.Л.Самохвалова // Агрохимия – 2001. - № 3. -С. 57-63 (обробіток і аналіз даних з міграції і фітотоксичності ВМ, написання статті,).
Мірошниченко М.М. Стійкість дисперсної системи ґрунту до антропогенного навантаження (до теорії агрегативної стійкості) // Агрохімія і ґрунтознавство. - Вип. 63.- 2002. - С. 21-26.
Мірошниченко М.М. Систематика хімічного забруднення ґрунтів // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец. вип. до VI з'їзду УТГА.- Кн. 3. - Харків, 2002. - С. 102-104.
Мірошниченко М.М. Вплив забруднення нафтою на властивості ґрунтів різного гранулометричного складу // Агрохімія і ґрунтознавство. – 2000 - Вип. 60.- С. 91-96.
Мірошниченко М.М. Кислотно-лужна рівновага в системі ґрунт-розчин солей важких металів // Агрохімія і ґрунтознавство. - 1998. - Спец. вип. - ч.4. - С. 166-168.
Фатєєв А.І. Селективність вбирання катіонів важких металів ґрунтами / А.І.Фатєєв, М.М.Мірошниченко // Агрохімія і ґрунтознавство. – 1998. - Спец. вип. - ч.3. - С. 76 (експериментальні, дослідження та їх узагальнення).
Мірошниченко М.М. Стійкість ґрунту проти забруднення нафтою: параметри оцінки і механізми формування / М.М.Мірошниченко, Є.В.Панасенко, Л.М.Мирошниченко, В.І.Якушко // Агрохімія і ґрунтознавство. - 2001. - Вип.61.- С. 176-185. (концепція, планування досліджень, написання статті).
Белоненко Г.М. Органо-минеральные коллоиды в почве, их генезис и изменение под влиянием антропогенных воздействий / Г.М.Белоненко, А.Д.Ивашина, Н.Н.Мирошниченко, Б.Б.Котвицкий, А.М.Бердников, Н.Н.Любинецкий, А.И.Бакун // Агрохімія і ґрунтознавство. - 1994. - Вип. 57. - С. 22-29 (теорія, експериментальні дослідження і написання статті).
Белоненко Г.М. Изменение черноземных почв при нефтедобыче и пути восстановления их плодородия / Г.М.Белоненко, А.Д.Ивашина, Н.Н.Мирошниченко, С.П.Зеленцов, И.В.Плахетко // Агрохімія і ґрунтознавство – 1996. – Вип. 58. - С. 27-37 (польові та експериментальні дослідження).
Білоненко Г.М. Зміна складу органо-мінеральних колоїдів супіщаних ґрунтів України при різних прийомах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва / Г.М.Білоненко, А.Д.Івашина, М.М.Мірошниченко // Агрохімія і ґрунтознавство. - 1993.- Вип. 56.- С.36-46 (польові, експериментальні дослідження).
Пащенко Я.В. Загрязнение сельскохозяйственных культур тяжелыми металлами из почвы и атмосферы / Я.В.Пащенко, А.И.Фатеев, Н.Н.Мирошниченко, О.М.Федорович // Агрохімія і ґрунтознавство. – 2003. – Вип. 64. – С. 77-85 (співавтор ідеї, методичне керівництво).
Мірошниченко М.М. Техногенні ореоли засолення чорноземів на нафтопромислах Дніпровсько-Донецької западини // Вісник ДААУ.- 2001.- Вип. №2. - С. 3-7.
Мірошниченко М.М. Адсорбційні механізми бар'єрної функції ґрунтів у міграції важких металів // Вісник Запорізького державного університету. Фізико-математичні і біологічні науки. -2001. - №1. - С. 192-196.
Христенко С.І. Вплив поліелементного забруднення на формування і функціонування мікробного ценозу чорнозему опідзоленого / С.І.Христенко, С.Ф.Шатохіна, М.М.Мірошниченко, А.І.Фатєєв // Вісник Запорізького державного університету. Фізико-математичні і біологічні науки. - 2002. - № 2. - С. 153-156 (стан проблеми, польові дослідження).
Балюк С.А. Оценка загрязненности почвенного покрова литогидрологическинеоднородной территории (на примере города Бердянск) / С.А.Балюк, А.И.Фатеев, Н.Н.Мирошниченко, Я.В.Пащенко, М.А.Солоха, С.И.Колесников // Вісник Запорізького державного університету. Фізико-математичні і біологічні науки. - 2003. - № 1. - С. 107-112 (проведення обстеження, узагальнення результатів, написання статті).
Мірошниченко М.М. Оцінка геохімічних умов агроценозів за критерієм фітотоксичності / М.М.Мірошниченко, А.І.Фатєєв, В.Л.Самохвалова // Вісник Луганського державного педагогічного університету ім. Тараса Шевченка.-2003. - №1(57). - С. 45-51 (ідея, її розробка, написання статті).
Фатєєв А.І. Стійкість фітопродуктивної функції ґрунту при поліелементному забрудненні / А.І.Фатєєв, М.М.Мірошниченко, Т.Ю.Биндич, В.Л.Самохвалова // Агроекологічний журнал. - 2002. - № 1. - С. 55-58 (концептуальна частина роботи, розробка і перевірка сумарного показника фітотоксичності).
Фатєєв А.І. До оцінки шкідливості багатокомпонентних забрудників ґрунту / А.І.Фатєєв, М.М.Мірошниченко, Т.Ю.Биндич, В.Л.Самохвалова // Ґрунтознавство. - 2002. - Том 2. - № 1-2. - С. 82-87 (ідея, її розробка, статистичний обробіток і узагальнення результатів, написання статті).
Мірошниченко М.М. Фактори деконтамінації ґрунтів, що зазнали вуглеводневого забруднення та нормування допустимих навантажень / М.М.Мірошниченко, А.І.Фатєєв, Є.В.Панасенко, С.І.Христенко, О.Ф.Павленко // Ґрунтознавство. - 2002.- Том 3. - № 3-4. - С. 75-79 (планування досліджень, узагальнення результатів, написання статті).
Фатєєв А.І. Відновлення родючості нафтозабрудненого ґрунту засобами агромеліорації / А.І.Фатєєв, М.М.Мірошниченко, Є.В.Панасенко, В.І.Якушко // Вісник аграрної науки південного регіону. Сільськогосподарські та біологічні науки. Вип. 1.- Одеса: СМИЛ, 2000. – С.234-240. (аналіз стану проблеми, планування досліджень, написання статті).
Патенти
Патент 57325А Україна, МКІ G 01 N 33/24. Спосіб визначення стійкості ґрунтів проти забруднення суміжних середовищ хімічними елементами / Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Пащенко Я.В., Биндич Т.Ю. - № 2002086742; Заявл. 14.08.02; Опубл. 16.06.03; Бюл.№ 6 (головні відзначальні ознаки).
Патент 51113 А Україна, G 01 N 21/35. Спосіб визначення рівня забруднення ґрунту нафтою і нафтопродуктами / Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Якушко В.І., Мірошниченко Л.М., Назаренко О.І., Кожина В.Г., Пащенко Я.В. - № 2002010143; Заявл. 03.01.02; Опубл. 15.11.02. – Бюл. № 11 (головні відзначальні ознаки).
Патент 29767А Україна, А 01 В 79/02, С 09 К 17/00. Спосіб рекультивації ґрунтів, забруднених нафтою та відходами бурового виробництва / Власюк Ф.С., Мамін Г.І., Стецків М.В., Дорош М.М., Коваленко В.І., Фесенко М.М.,Білоненко Г.М., Медведєв В.В., Мірошниченко М.М., Фатєєв А.І., Плахетко І.В. - № 97062621; Заявл. 04.06.97; Опубл. 29.12.99.- Бюл. № 8 (експериментальні дослідження та апробація).
