Екологічне обґрунтування фіторемедіації забруднених трифлураліном ґрунтів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

ЗАЦАРІННА ЮЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 631.45/632.95/633.88

ЕКОЛОГІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ФІТОРЕМЕДІАЦІЇ ЗАБРУДНЕНИХ ТРИФЛУРАЛІНОМ ҐРУНТІВ

03.00.16 - екологія

Дисертація

на здобуття наукового ступеня кандидата

біологічних наук

Науковий керівник:

Моклячук Лідія Іванівна

доктор сільськогосподарських наук,

професор

Київ - 2012р.

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ, ПОЗНАЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ, ОДИНИЦЬ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ВПЛИВ ГЕРБІЦИДІВ НА ДОВКІЛЛЯ

1.1 Пестицидне навантаження на екосистему та наслідки недбалого господарювання

1.2 Міграція та трансформація пестицидів у навколишньому середовищі

1.3 Зміни рівноваги в екосистемі ґрунтового покриву при багаторічному застосуванні засобів захисту рослин

1.4 Наслідки неконтрольованого застосування гербіцидів

1.5 Перспективи використання ремедіаційних технологій

1.6 Суть фіторемедіації

1.7 Характеристика гербіцидів, дозволених при вирощуванні лікарських рослин

1.7.1 Специфіка лікарського рослинництва та асортимент гербіцидів дозволених до застосування при вирощуванні лікарських рослин в Україні

1.7.2 Токсикологічна характеристика гербіцидів на основі трифлураліну

1.7.3 Негативні наслідки багаторічного застосування гербіцидів на основі трифлураліну

РОЗДІЛ 2 УМОВИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

2.1 Обґрунтування напряму досліджень

2.2 Місце та умови проведення досліджень

2.3 Комплексна методика проведення досліджень

РОЗДІЛ 3 ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ПРОЦЕСІВ МІГРАЦІЇ ТА ТРАНСФОРМАЦІЇ ЗАЛИШКІВ ТРИФЛУРАЛІНУ В СИСТЕМІ ҐРУНТ ЛІКАРСЬКІ РОСЛИНИ

РОЗДІЛ 4. ФІТОЕКСТРАКЦІЯ ТРИФЛУРАЛІНУ З ҐРУНТУ КУЛЬТУРНИМИ ОДНОРІЧНИМИ ВИДАМИ РОСЛИН

РОЗДІЛ 5. АЛГОРИТМ ФІТОРЕМЕДІАЦІЇ ЗАБРУДНЕНИХ ТРИФЛУРАЛІНОМ ҐРУНТІВ ТА ОЦІНКА ЕКОЛОГІЧНОЇ НЕБЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ГЕРБІЦИДУ

ВИСНОВКИ

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ, ПОЗНАЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ, ОДИНИЦЬ

Біоциди хімічні речовини, які застосовуються для боротьби з бур'янами, хворобами та шкідниками [120];

ВООЗ Всесвітня організація з охорони здоров'я [120];

ГДК норматив, кількість шкідливої речовини (агента) у навколишньому середовищі, яка при постійному контакті або дії за певний проміжок часу практично не впливає на здоров'я людини і не спричиняє негативних наслідків у її нащадків [148];

Гербіциди речовини, які знищують небажану рослинність [148];

Деградація пестицидів розкладання пестицидів в об'єктах навколишнього середовища з утворенням найпростіших хімічних сполук, що не становлять небезпеки для людини та інших живих організмів [148];

Деградація ґрунтів втрата потенціалу ґрунту, спричинена здебільшого антропогенними та прирордними факторами, малородючістю [148];

Детоксикація пестицидів перетворення пестицидів на інші хімічні сполуки, нетоксичні для шкідливого організму чи теплокровної тварини;

д.р. діюча речовина;

Динаміка розкладання пестицидів у середовищі якісна чи кількісна зміна пестициду під впливом факторів середовища [148];

Ксенобіотики штучно створені хімічні речовини, чужорідні для біосфери [148];

Летальна доза пестициду (ЛД) доза пестициду, що спричиняє загибель піддослідного об'єкта [148];

мг (мкг) /кг міліграм (мікрограм) речовини, яка міститься в кілограмі ґрунту, рослинної маси тощо;

Персистентність пестициду в середовищі стійкість, властивість пестициду зберігати біологічну активність у довкіллі чи окремих об'єктах;

Пестициди хімічні речовини, які використовуються для боротьби із шкідниками, хворобами рослин, бур'янами, шкідниками зерна, деревини та ін., а також з комахами і кліщами - переносниками інфекційних хвороб людини і тварини [163];

Полютант речовина, яка забруднює середовище [163];

р.в. рік вегетації рослини;

Ремедіація відновлення [198];

Ризодеградація розкладання ксенобіотиків у ризосферній зоні рослин за допомогою мікроорганізмів [198, 216];

рН концентрація іонів водню у ґрунтовому розчині;

СОЗ стійкі органічні забруднювачі;

Токсикант отруйна речовина [148]; речовина, що проявляє токсичний ефект відносно живих організмів у різних середовищах існування [120];

Токсичність пестициду властивість пестициду порушувати нормальну життєдіяльність організму і призводити до його загибелі [148];

Толерантність витривалість виду відносно коливань будь-якого екологічного фактора; діапазон між екологічним мінімумом і максимумом становить межу толерантності [148];

Трансформація речовин перетворення хімічних сполук у навколишньому середовищі під впливом хімічних, фізичних і біологічних факторів [148];

Трефлан 2,6-динітро-4-трифторметил-N,N-дипропіланілін, до сходовий гербіцид селективної дії [154, 190];

Трифлуралін діюча речовина гербіциду трефлан [154, 190];

Ферментативна активність ґрунту сукупність процесів, які каталізують іммобілізовані на ґрунтових частках та стабілізовані в ґрунтовому розчині ферменти; один з показників біологічної активності ґрунту, що характеризує потенційну здатність системи утримувати гомеостаз;

Фітоекстракція - поглинання полютантів коренями і переміщення у надземні частини, акумуляція у різних органах [198, 216];

Фіторемедіація новітні технології, що використовують різні рослини для деградації, екстрагування стримування поширення, або іммобілізації забруднювачів з ґрунту та води [198, 216];

Фітостабілізація іммобілізація органічних і неорганічних полютантів шляхом адсорбції коренями рослини, часточками ґрунту або осадження в прикореневій зоні [198, 216];

Фітотоксичність здатність деяких груп хімічних сполук і продуктів метаболізму мікроорганізмів здійснювати негативний вплив на рослинні організми, що проявляється у порушенні фізіологічних процесів [148];

ВСТУП

За прогнозами фахівців населення Земної кулі до кінця першої половини ХХІ століття подвоїться, що неминуче спричинить збільшення споживання продуктів харчування. На Землі є три основних джерела їжі: океан, природна рослинність та сільськогосподарська продукція. Через природне обмеження ресурсів перших двох, головним джерелом отримання продуктів харчування є сільськогосподарське виробництво. Відомо, що загибель третьої частини врожаю спричинена впливом шкідників, хвороб рослин та забур'яненістю посівів. У зв'язку з цим застосування пестицидів для агрохімічного захисту стало неминучим злом.

В умовах науково-технічного прогресу значно ускладнились взаємовідносини суспільства з природою. Людина отримала можливість впливати на хід природних процесів, підкорила сили природи, почала опановувати майже всі доступні відновні і невідновні природні ресурси, але разом з тим забруднювати і руйнувати довкілля.

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), із більш ніж 6 млн. відомих хімічних сполук практично використовуються до 500 тис. сполук; із них біля 40 тис. мають шкідливі для людини властивості, а 12 тис. є токсичними.

До небезпечних речовин антропогенного походження, що надходять у навколишнє середовище, поряд з промисловими відходами, належать також хімічні засоби боротьби з бур'янами й шкідниками - пестициди. Обсяг цих біологічно активних, і частіше високотоксичних для людини і тварин речовин, що використовуються щорічно в світовій практиці, нині досягає 2 млн. т.

Пестициди застосовують, головним чином, на сільськогосподарських угіддях і в невеликому обсязі в лісах, однак внаслідок циркуляції у повітряному й водному середовищах, перенесення живими організмами ланцюгами живлення, вони можуть поширюватися в природних ландшафтах, потрапляючи в харчові продукти, і завдавати шкоди тваринному світу і здоров'ю людини.

До розробки стратегії попередження небезпеки від застосування пестицидів привернуто увагу фахівців багатьох країн світу (А. Fait,
Ю.І. Кундієв, Ф. Калоянова-Сімеонова, І.М. Трахтенберг та ін.) [197, 81, 82, 65, 205, 164].

У зв'язку з масовим використанням агрохімікатів пріоритетним напрямком у збереженні здоров'я населення є як розробка методологічних підходів для оцінки ризиків при виробництві та застосуванні пестицидів, так і пильний контроль за залишковими кількостями пестицидів у продуктах харчування, а також моніторинг за населенням, що проживає в екологічно небезпечних районах. На сучасному етапі розвитку уявлень про охорону здоров'я людини і навколишнього середовища виникла необхідність в науковому обґрунтуванні принципово нових критеріїв і методичних підходів до оцінки небезпеки хімічних засобів захисту рослин. В результаті проведеного аналізу діючих в 76 країнах класифікацій небезпеки пестицидів, а також класифікацій ВООЗ та країн ЄС, виявлено відмінності в методологічних підходах. У багатьох країнах (США, країни ЄС, Україна, Росія) відбувається оновлення діючих класифікацій такими вченими як
Ю. Каган, Ю. Кундієв, Н. Проданчук, В. Ракитський.

В Україні діє класифікація небезпеки пестицидів Л. І. Медведя, доповнена відповідно до сучасних уявлень токсикології та гігієни за сприяння наукових співробітників Інституту екогігієни і токсикології
ім. Л.І. Медведя, Інституту медицини праці АМН України, Національного медичного університету ім. А. А. Богомольця.

Нині проблеми екології посідають провідне місце серед питань загальнодержавної ваги. В останні роки все більше уваги приділяється проблемам екологічної безпеки і в Україні, розробляються та впроваджуються новітні заходи в галузі охорони довкілля.

Земельні ресурси є безцінним багатством України, але нажаль через наростаючі екологічні проблеми вони виснажуються дедалі інтенсивніше. Дана робота присвячена вивченню однієї з найважливіших для землекористування проблем сьогодення - забруднення ґрунтів пестицидами та зроблена спроба пошуку шляхів їх очищення.

Ґрунтовий покрив разом з його мікросвітом відіграє роль універсального біологічного сорбента та нейтралізатора забруднень. Властивості ґрунту визначаються його типом, складом та чисельністю мікрофлори та мікрофауни, що його заселяє, стійкістю ґрунтових мікроорганізмів до впливу зовнішніх факторів, у тому числі й пестицидів. Недбале та безконтрольне застосування гербіцидів та інших засобів захисту рослин вже при житті нашого покоління може спровокувати незворотні наслідки.

Використання різноманітних отрутохімікатів у сільському господарстві та побуті призвело до порушення природних циклів і збалансованих умов навколишнього середовища майже в усіх країнах світу. Надзвичайно небезпечним є забруднення ґрунтів токсичними елементами і сполуками, що трофічними ланцюгами врешті-решт потрапляють в організм людини, спричиняючи негативний вплив на нього [154, 6, 99, 140].

Відомо, що пестициди займають 9-те місце серед інших забруднювачів біосфери, поступаючись лише промисловим викидам. За даними, опублікованими в інформаційному бюлетені «GREENPEACE» (весна-літо 1993р.) на кожну людину, що проживає на території бувшого СРСР, припадає в середньому 28,5 кг використаних пестицидів. І ця цифра невпинно збільшується з кожним роком [149, 64].

З метою боротьби зі шкідниками та бур'янами, максимального збільшення врожайності, сучасна агрохімія щедро використовує різноманітні пестициди: гербіциди, інсектициди, фунгіциди, дефоліанти, десиканти, регулятори росту рослин та ін.. Зрозуміло, що значна частина цих речовин або продуктів їх розпаду, в тій чи іншій формі вкінці-кінців потрапляє в харчові продукти.

Пестициди (pesticide: лат. pestis - хвороба; caedo - вбивати) - збірна назва хімічних та біологічних засобів, що використовуються для боротьби з шкідниками та хворобами рослин, з бур'янами, шкідниками зерна та продуктів його переробки, деревини, шерсті, шкіри, виробів з бавовни, з ектопаразитами домашніх тварин та людини [103, 101].

За допомогою пестицидів у сільському господарстві підвищують врожайність, подовжують термін зберігання рослинної продукції, покращують зовнішній вигляд фруктів, овочів та зерна [168, 58].

Потрапляючи в організм людини з продуктами харчування, пестициди суттєво змінюють біологічні процеси, викликаючи порушення його фізіологічних функцій. Якщо з їжею в організм потрапляє велика кількість пестициду, то виникає гостре отруєння. Якщо ж кількість токсичної речовини невелика і потрапляє в організм поступово, то виникає хронічна інтоксикація організму, яка часто перебігає без прояву специфічних симптомів.

Пестициди - чужорідні для живого організму речовини, які викликають інтоксикацію, вражають центральну нервову систему та внутрішні органи, проявляють мутагенний ефект. За даними Організації з захисту довкілля (ЕРА) з майже 320 пестицидів дозволених до застосування в агрономії близько 60 - канцерогени [204, 139, 123, 182].

Токсичні властивості пестицидів залежать від їх хімічної структури, а також від концентрації, тривалості впливу на об'єкт та шляхів потрапляння в організм. Якщо ж ґрунт або рослина оброблялись відразу декількома видами пестицидів, наприклад, комбінація інсектицидів, гербіцидів та нітратів, то спостерігається непередбачуваний ефект, що не відмічався раніше.

Нині в світі багато уваги приділяється питанням обліку та контролю за використанням пестицидів, досліджуються вплив ксенобіотиків на об'єкти довкілля та живі організми. Так, в Україні екотоксикологією пестицидів займаються С.Д. Мельничук, Л.І. Моклячук та інші науковці, що працюють під їх керівництвом незалежно один від одного. В.Ф. Демченко розроблено підходи до біомоніторингу пестицидів.

Російськими вченими В.Н. Майстренком, Н.А. Клюєвим також проводиться еколого-аналітичний моніторинг стійких органічних забруднювачів.

Більшість вчених цієї галузі займаються проблемами непридатних пестицидів, що є безперечно дуже актуальним питанням для нашої аграрної країни, що «у спадок» після розвалу СССР отримала величезну кількість сховищ отрутохімікатів, що нині перебувають у занедбаному стані.

На сьогодні постає питання моніторингу та очищення територій, забруднених агрохімікатами. В роботах українських та зарубіжних учених (С.Д. Мельничук, В.Й. Лоханська, Л.І. Моклячук, І.М. Городиська, О.А. Слободенюк, В.А. Петришина, Дж. Вайт, Б. Зіб, Р. Белл, А. Нуржанова та ін.) підтверджено перспективу застосування фітотехнологій для відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами, радіонуклідами та пестицидами.

Проте проблема моніторингу пестицидів на основі трифлураліну при вирощуванні лікарських рослин вивчена недостатньо. Існує термінова потреба в розробці заходів з мінімізації застосування пестицидів, пошуку нових менш токсичних препаратів та шляхів ефективного очищення територій, забруднених ксенобіотиками, тому саме цьому напрямку присвячена дана робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дослідження за темою дисертаційної роботи проводились протягом 2009-2011 рр. у відділі екотоксикології Інституту агроaекології і природокористування НААН згідно з тематичним планом досліджень НМЦ “Агроекологія” НААН України, провідною науковою установою якого є Інститут агроекології і природокористування НААН України, в розділі науково-технічної програми НААН «Науково-практичне обґрунтування сталого розвитку агроекосистем України» (ДР № 0106U004038) за завданням 04.01.02/053 «Розробити науково-практичні засади мікробно-рослинних технологій відновлення забруднених ґрунтів з метою забезпечення екологічних і санітарно-гігієнічних нормативів якості довкілля та сільськогосподарської продукції» (ДР № 0106U004045) та «Розробити наукові основи агроекологічного моніторингу територій, забруднених стійкими органічними забруднювачами» (№ ДР 0106U004056). А, також згідно тематичного плану «Екологічна безпека агропромислового виробництва („Агроекологія”)» 0111U004224 Розробити наукові засади оцінки екологічних ризиків комплексного застосування пестицидів в агротехнологіях (№ДР 0111U003146) за завданням 03/33-13.,
№ДР 0111U003147 «Розробити теоретичні основи агроекологічної фіторемедіації забруднених пестицидами територій та екобезпечні способи утилізації забрудненої фітомаси».

Дослідження за темою дисертаційної роботи проводились на базі дослідних полів з чорноземом малогумусним легкосуглинковим Дослідної станції лікарських рослин (ДСЛР) Інституту сільського господарства Північного Сходу НААН (с. Березоточа, Лубенського району, Полтавської області), що належить до західної лісостепової зони, де протягом останніх років для хімічного захисту рослин від бур'янів застосовували гербіцид трефлан.

Мета і завдання досліджень.

Метою роботи було визначення потенційної екологічної небезпеки гербіцидів на основі трифлураліну при вирощуванні лікарських рослин та відновлення забруднених ґрунтів.

Для досягнення поставленої мети були вирішені поставлені завдання:

• оцінити ступінь забруднення ґрунту (чорнозем типовий малогумусний легкосуглинковий) трифлураліном при його багаторічному застосуванні у лікарському рослинництві;

• дослідити накопичення трифлураліну надземними і підземними органами лікарських рослин;

• виявити рослини-ремедіатори трифлураліну;

• оцінити стресове навантаження на культурні види рослин при застосуванні гербіцидів на основі трифлураліну;

• обґрунтувати екологічно безпечний метод відновлення забруднених трифлураліном ґрунтів для вирощування лікарських рослин.

Об'єкт дослідження - вплив гербіцидів на основі трифлураліну на ґрунтову систему та лікарські рослини.

Предмет дослідження - міграція залишків гербіцидів на основі трифлураліну у системі ґрунт - лікарські рослини та фіторемедіація забруднених ґрунтів.

Методи дослідження.

При виконанні дисертаційної роботи застосовували такі методи:

· інформаційно-бібліографічний - збір, аналіз та узагальнення літературних даних за близькою до теми дисертаційної роботи тематикою;

· польовий - визначення ступеня забруднення гербіцидом трефлан органів лікарських рослин та ґрунту (чорнозем типовий малогумусний легкосуглинковий), на якому вони вирощувались на полях Дослідної станції лікарських рослин (ДСЛР) Інституту сільського господарства Північного Сходу НААН (с. Березоточа, Лубенського району, Полтавської області);

· лабораторний - визначення біометричних показників (висоти надземної частини і довжини кореневої частини рослин); хроматографічне визначення вмісту трифлураліну в ґрунті та рослинній масі; встановлення інтенсивності пероксидного окиснення ліпідів в листку рослин;

· вегетаційний - вирощування тестових рослин у вегетаційних посудинах у кліматичній камері в контрольованих умовах;

· статистичний - встановлення на основі методів математичної статистики достовірності отриманих результатів та функціональних залежностей між різними факторами та процесами.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі вперше доведено можливість застосування культурних видів рослин для фіторемедіації ґрунтів, забруднених трифлураліном. Розширено сучасні теоретичні уявлення про закономірності накопичення та розподілу трифлураліну в ґрунті, органах лікарських рослин та рослинах вегетаційного досліду. Поглиблено знання про забруднення довкілля залишками трифлураліну. Показано, що накопичення залишкових кількостей трифлураліну залежить як від виду так і від органу рослин - трифлуралін накопичується переважно в тих органах лікарських рослин, що містять у значних кількостях ефірні олії. Доведено, що трифлуралін здатен мігрувати профілем ґрунту, що у свою чергу може призвести до забруднення водойм і загибелі водної біоти, для якої він надзвичайно токсичний. Виявлено, що при багаторічному застосуванні трифлураліну на одних і тих же площах, не відбувається його розкладання впродовж вегетаційного періоду. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено екологічну необхідність у розширенні спектру гербіцидів для захисту лікарських рослин на основі їх детального дослідження.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами виконаної роботи визначено небезпечність гербіцидів на основі трифлураліну для елементів екосистеми. Розроблено фіторемедіаційні підходи для забруднених трифлураліном ґрунтів. Встановлено, що рослини родини бобових здатні зменшувати рівень забруднення ґрунтів трифлураліном, тим самим зменшуючи пестицидне навантаження на екосистему.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом самостійно опрацьовано відповідну літературу, виконано весь обсяг експериментальної частини роботи, здійснено узагальнення та математично-статистичну обробку даних, інтерпретовано отримані результати, сформульовано висновки та опубліковано наукові праці. Всі наукові положення дисертаційної роботи, що виносяться на захист, опрацьовано автором за участі наукового керівника.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень представлено на ІІІ науково-практичній конференції молодих учених «Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва» (Київ, 2009 р.); VII Всеукраїнській науковій конференції студентів, магістрів та аспірантів «Сучасні проблеми екології та геотехнологій» (Житомир, 24-26 березня 2010р.); IV Всеукраїнській науково - практичній конференції молодих вчених «Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва» (Сколе, 1-4 червня 2010 р.); Всеукраїнській науковій екологічній конференції «Збалансований (сталий) розвиток України - пріоритет національної політики» (Київ, 26 жовтня 2010 р.); Міжнародній науково - практичній конференції «Якість та безпека продукції АПК: сучасний стан, проблеми та перспективи» (Київ, 22-23 березня 2011 р.); V науково-практичній конференції молодих учених «Екологічні проблеми сільськогосподарського виробництва» (Яремче, 21-24 червня 2011 р.), Міжнародній науковій конференції «Екологічна безпека та збалансоване природокористування в агропромисловому виробництві» (Київ, 21-23 вересня 2011 р.), 3-й Международный экологический форум «Чистый город. Чистая река. Чистая планета» (Херсон, 17-18 ноября 2011 г.).

Публікації. Результати досліджень за темою дисертаційної роботи представлено в 18-ти наукових публікаціях, з них 5 - статті у фахових виданнях, 5 - методичних рекомендацій, 1 - монографія.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5-ти розділів, висновків, рекомендацій виробництву, додатків та списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації 146 сторінки друкованого тексту, 36 таблиць, 19 рисунків та 5 фотографій. Список використаних джерел налічує 227 найменувань, з яких 49 латиною.

гербіцид трифлуралін токсикологічний рослинництво

РОЗДІЛ 1 ВПЛИВ ГЕРБІЦИДІВ НА ДОВКІЛЛЯ (літературний огляд)

1.1 Пестицидне навантаження на екосистему та наслідки недбалого господарювання

Паралельно зі збільшенням об'ємів використання пестицидів у світовій практиці вирощування культурних рослин поступово підтверджувався негативний вплив їх на довкілля. Негативні наслідки «хімічної війни» людей проти комах і рослин проявились досить швидко: разом зі шкідниками гинули спочатку корисні комахи (бджоли, джмелі тощо), а потім і птахи. Зниження врожайності культурних видів рослин внаслідок загибелі запилювачів часто були вищими, ніж прибуток від «захищених» пестицидами площ. У капіталістичних країнах це стало причиною багатьох судових позовів, адже часто вигоду отримували одні фермери, а шкоди від пестицидів зазнавали зовсім інші; істотне зниження чисельності хоча б одного з домінуючих видів у біосфері звільняло екологічну нішу для інших або порушувало систему міжвидових відносин. Наслідком дуже часто було заміщення одних шкідників іншими, не менш агресивними. Наприклад, на деяких бавовникових полях США за три десятиліття змінилося шість видів шкідників [6, 101, 139, 80]. В Японії кількість шкідливих видів, необхідність регулювання чисельності яких постала перед сільським господарством, збільшилася майже вдвічі за роки постійного використання пестицидів; нарешті, згідно з основними законами популяційної екології та еволюційної біології, безперервне використання однієї й тієї ж хімічної субстанції рано чи пізно викликає появу шкідників надстійких до отрути. Для підтвердження цього не потрібно звертатися до світового досвіду. Роки «хімічної боротьби» з тарганами призвели до появи виду, для якого отруйна в недалекому минулому речовина, стала мало не їжею [136, 113]. І вирішальними аргументами на користь припинення масового використання пестицидів стали збільшення їх концентрації уздовж трофічного ланцюга та погіршення здоров'я осіб, які працювали з ними чи жили на забруднених пестицидами територіях. Широкого розголосу набув факт виявлення високої концентрації ДДТ у жирових тканинах полярних птахів, що спричинило порушення циклів їх розмноження. Занепокоєння у шведів та інших європейців викликало (1965р.) перевищення встановлених Всесвітньою організацією охорони здоров'я допустимих норм вмісту залишків пестицидів на основі ртуті в тканинах впольованих у лісосмугах фазанів у більш ніж дев'ятсот разів. Нині лікарі США та інших розвинених країн світу все частіше зіштовхуються з випадками отруєнь робітників, які працювали на полях, де використовували пестициди [176, 150, 211].

Накопичено статистично достовірні дані про широкий спектр шкідливого впливу (насамперед канцерогенного і генетичного) пестицидів й на людей. Було виявлено, що негативна дія рідко проявляється негайно, найчастіше це відбувається після певного (інколи досить тривалого) латентного періоду. Повідомлення про гучний провал в кінці 50-х років «пестицидної війни» на території декількох штатів півдня США проти вогняних мурах вплинули на громадську думку населення. Посипання з літаків суміші двох пестицидів протягом двох років із сумарним внесенням 4 кг отрути на кожен гектар не вплинуло істотно на мурах, проте було відмічено різке зниження чисельності більшості корисних комах, комахоїдних птахів і навіть звірів на оброблюваних та прилеглих територіях. Під тиском «четвертої влади» (преси) у США була створена комісія, що в ході своєї роботи встановила багато цікавих фактів. Наприклад, тільки в 1983р. виробники запропонували потенційним покупцям 600 нових пестицидів, а повну токсикологічну перевірку за той же час пройшли лише чотири речовини, які почали перевіряти раніше. Вражає й таке відкриття: коефіцієнт корисної дії пестицидів знаходиться в межах 0,11%. Отже, в кращому випадку соту частину отрути з'їдають шкідники (а частіше всього 1/500 або 1/1000), решта дістається нейтральним чи корисним видам і надовго отруює навколишнє середовище. Наслідком усіх цих подій стало масове обурення населення і формування негативного ставлення до «хімізації» сільськогосподарської продукції, введення обмежень на використання пестицидів та їх допустимий вміст у ґрунті. Стали популярними «чисті» („зелені“) продукти, які фермери вирощували без інтенсифікаторів чи засобів хімічного захисту. Не дивно, що вже наприкінці 80-х років XX століття в розвинених країнах біологічні методи захисту рослин за площею полів мали перевагу перед хімічними [150, 128, 143].

Нині в США та інших розвинених країнах пестициди використовують практично лише при вирощуванні технічних культур із суворим обмеженням кратності обробок та норм витрат препаратів, що застосовуються. Втративши внутрішній ринок, західні виробники опинилися в скрутному становищі, бо мали значну кількість невикористаних пестицидів. Знизивши ціни, вони запропонували їх фермерам інших країн, використовуючи безцензурну рекламу без будь-якого докору сумління. Радянський Союз, який на той час сам виробляв, застосовував і експортував лише прості за складом пестициди першого покоління на основі хлору, став одним з найбільших клієнтів США, де за золото купував і зерно, і новітні хімічні засоби захисту рослин. Прихильники «економної економіки» розуміли, що масове використання пестицидів обіцяє швидке вирішення проблеми стабільного забезпечення їжею не тільки партійних робітників, армії і населення, так і різкого збільшення виробництва бавовнику. Останнє було абсолютно необхідним не стільки для текстильної, як для військової промисловості. Вісімдесяті роки стали часом дуже швидкого збільшення використання в СРСР широкої гами ефективних (але занадто отруйних) іноземних пестицидів, частина яких вже була на той час заборонена у країнах-виробниках. На ґрунтах південної частини СРСР отрутохімікати застосовували у неймовірних кількостях. Не набагато менше діставали рисові поля Кубані, ґрунти Молдови, півдня України. Низька культура, бездумне виконання наказів партійних керівників, покарання за економію пестицидів зробили свою справу. Сотні механізаторів передчасно померли від хронічних отруєнь. За офіційними даними, середня тривалість життя цих працівників була на двадцять років нижча, ніж у чоловіків інших спеціальностей. Досить сумну картину виявили вчені, які наприкінці 80-х років XX століття ретельно дослідили стан здоров'я населення в районах інтенсивного ведення сільського господарства. Найбільше постраждали діти до 14 років. Рекордними для території СРСР була смертність дітей до року і відсоток мертвонароджених, хвороби матерів, випадки анемії, туберкульозу, вірусного гепатиту та багатьох інших хвороб, характерних для нерозвинених і бідних країн того часу [44, 84, 81, 82, 65].

На території України у більшій мірі хімічно забруднені ґрунти південних областей, де впродовж багатьох років невміло застосовували полив з внесенням великої кількості мінеральних добрив і хімічних засобів захисту рослин. Рекордні рівні забруднення мали площі, де намагались вирощувати зернові й технічні культури.

Ще більш непрогнозована картина спостерігається при використанні в комплексі агрохімічного захисту посівів сумішей різних пестицидів. Якщо монопрепарати досліджені хоча б частково, то прогнозувати наслідки багаторічного неграмотного застосування бакових сумішей навряд хтось зможе.

Проведені дослідження діючих речовин багатьох пестицидів виявляють канцерогенний ефект у піддослідних тварин. Крім цього, відомі випадки гострих та хронічних отруєнь, дерматитів та кон'юнктивітів. Достовірно можна стверджувати про випадки мутацій у потомства піддослідних тварин, репродуктивна функція яких у подальшому часто пригнічена або навіть відсутня.

Наукою розроблені основні параметри високоефективного застосування добрив та інших засобів хімізації в землеробстві. Разом з тим, переважна більшість цих розробок проводилася по окремих групам речовин (окремо по добривах, окремо по пестицидам і т.д.) і ефективність дії, наприклад, добрив встановлювалася без встановлення їх зв'язку з гербіцидами та іншими препаратами [84, 95, 142, 25].

У зв'язку з цим виникла необхідність у вивченні закономірностей взаємодії засобів хімізації при їх комплексному використанні.

Занепокоєння всього світу викликає забруднення пестицидами навколишнього середовища. Враховуючи важливість проблеми наприкінці ХХ сторіччя в США був оголошений конкурс на кращу розробку в цій галузі. Відомі численні роботи, що характеризують рівні забруднення об'єктів навколишнього середовища (ґрунт, вода, атмосферне повітря, рослини). Для розробки єдиних методичних підходів до оцінки небезпеки забруднення навколишнього середовища для здоров'я в багатьох країнах створені робочі групи. Так, наприклад в рамках проекту ЄС створена робоча група FOCUS (Forum for the Coordination of Pesticide Fate Models and their Use), група PWG (The Pyretroid Working Group) у США та інші. Завданням таких груп була розробка єдиних математичних моделей розрахунку прогнозованих концентрацій (ПК) пестицидів в об'єктах навколишнього середовища та поєднання їх з параметрами токсичного ефекту (NOEL, ЛД50 та ін.). Групи розробили моделі розрахунку ГДК в атмосферному повітрі, в ґрунті, ґрунтових і поверхневих водах. Розроблені моделі і комп'ютерні програми дозволили скласти карту ПК і небезпеки експозиції для вод річок Європи.

Потоками атмосферного повітря пестициди можуть переноситись на далекі відстані від місця застосування. Транспорт пестицидів з повітрям може призводити до забруднення як ближніх, так і віддалених екосистем. Масштабна робота по вивченню транспорту пестицидів у гірському районі Сієра Невада поблизу Національного парку секвой і в басейні річки, 30% води якої використовують при вирощуванні кукурудзи та сої, дозволила сформулювати основні закономірності процесів перенесення пестицидів з урахуванням гідробіологічних, метеорологічних і ландшафтних особливостей.

У Нідерландах організована робоча група для розробки моделі оцінки ризику експозиції атмосферного повітря. Параметром токсичного ефекту обрано недіюча концентрація в стаціонарному експерименті [226, 191].

Роботою Т.Л. Макарчук підтверджено особливу небезпеку для здоров'я людини забруднення навколишнього середовища в результаті надзвичайних подій. Спостереження за розкладанням трефлану у відходах після аварії автотранспорту при транспортуванні (м. Київ, 1996) показало, що через три роки після події вміст пестициду у ґрунті значно перевищував ГДК і для досягнення безпечної концентрації необхідно ще не менше двох років.

Оцінка небезпеки від застосування гербіцидів може бути достовірною лише за умови використання «правильних» методів визначення залишкових кількостей пестицидів у різних середовищах.

Розширення і поглиблення моніторингу пестицидів, виробництво і застосування препаратів нових поколінь, значне зменшення норм внесення нових препаратів (до 50 г/га), впровадження нових технологій застосування вимагають постійного вдосконалення методів визначення мікрокількостей пестицидів.

Дослідження проводяться в кількох напрямках. Значну увагу приділено вдосконаленню відомих та розробці нових методик, що мають високу чутливість і точність.

Розроблено методики, які дають можливість визначити більше 100 пестицидів в одному зразку, що дозволяє значно скоротити тривалість і вартість аналізу [180, 181].

Зменшення норм витрат препаратів вимагає значного зменшення кількісних меж визначення до нг/кг продукту. Таким вимогам відповідають методи рідинної хроматографії з мас-спектрометричним детектуванням. Досвід застосування рідинних хроматографів з тандемною мас-спектрометрією (РХ / МС / МС) для визначення пестицидів у різних середовищах у Німеччині показав ефективність використання такого типу апаратури не тільки для наукових досліджень, а й для рутинних аналізів. Для підвищення селективності визначення розроблені імуноферментні методи ідентифікації пестицидів різної хімічної будови.

У рамках проекту ЄС 96/46 розроблена методика газохроматографічного з мас-спектрометричним детектуванням визначення 16 пріоритетних пестицидів (фосфорорганічні, деякі хлорорганічні і піретроїдні препарати) в цільній крові з метою екобіомоніторінгу. Тривалість аналізу 20 хвилин, об'єм крові 1 мілілітр. Чутливість визначення 0,03-0,2 мкг/мл.

Врешті-решт пестициди харчовими ланцюгами потрапляють в організм людини. Тому, не меншого занепокоєння викликає здоров'я населення, яке вже декілька поколінь поспіль харчується «хімізованими» продуктами харчування, споживає воду, якість якої в багатьох регіонах України викликає сумнів. Звідси масові випадки зниження імунітету, хронічна втомлюваність, часті респіраторні захворювання, дерматити незрозумілої етіології, повальні прояви алергії та онкологічні захворювання, з етіології яких виключити екологічні чинники просто не можливо.

Аналіз міжнародного досвіду дозволяє не тільки узагальнити накопичені знання, а й визначити основні шляхи вирішення проблеми безпечного для здоров'я людини застосування агрохімікатів в Україні. Особливо, враховуючи те, що маркування в нашій країні не прийняте, а органічну продукцію знайти дуже важко. Саме тому, на перший погляд занадто гучна фраза «від лану до столу» на нашу думку є єдиним виходом з цієї складної ситуації. Оскільки лише при ретельному та чесному контролі сировини на всіх етапах її переробки, починаючи з «чистого» органічного поля, розумного процесу переробки, транспортування та зберігання, і закінчуючи «здоровим» процесом приготування їжі можливе повноцінне здорове життя.

1.2 Міграція та трансформація пестицидів у навколишньому середовищі

Для різних об'єктів довкілля процеси міграції, детоксикації та метаболізму пестицидів відрізняюся як для різних об'єктів довкілля, так і у межах одного об'єкта. Як правило, найбільшою персистентністю засоби захисту рослин володіють у ґрунті. На поведінку пестицидів у ґрунтовому покриві впливає комплекс абіотичних та біотичних чинників і визначити переважаючий вплив одного або декількох з них практично не можливо [136, 113]. Виділяють такі основні фактори: фізико-хімічні властивості пестицидів (молекулярна маса, розчинність у воді та жирах, леткість, температура плавлення, стійкість при різних значеннях рН); біологічні та структурні особливості рослинного покриву (видовий склад, ступінь покриття ґрунту рослинами, об'ємна маса, загальна кислотність та рН клітинного соку, вміст води, жирів, безазотистих речовин, клітковини, цукрів, білків, золи, протеїну); властивості ґрунту (тип ґрунту, механічний склад, об'ємна маса, вміст гумусу, реакція ґрунтового розчину, гідролітична кислотність, сума поглинутих основ, вміст фосфору та калію); умови застосування препаратів (норма витрати при обробці, концентрація робочого розчину, кратність обробок); кліматичні умови (середні температура та відносна вологість повітря, сумарні опади). Наведені чинники відіграють вирішальну роль у розкладанні пестицидів.

Засоби хімічного захисту рослин, потрапивши у ґрунтове середовище, трансформуються та розкладаються переважно під впливом фізико-хімічних процесів, мікробіологічної детоксикації, акумуляції та деградації вищими рослинами [172, 3].

Важливими факторами детоксикації пестицидів вважаються видовий склад флори і фауни, зокрема ґрунтової мікрофлори [28]. Пестициди та їх метаболіти перебувають у ґрунті в лабільному стані з усіма трьома його фазами. Входячи до складу так званої «рухомої» фази ґрунту, ці сполуки підлягають просторовому перерозподілу у горизонтальному та вертикальному напрямах. Латеральна та вертикальна міграція біоцидів відбувається під дією молекулярної дифузії з капілярною вологою, низхідної течії гравітаційної води, ексудації кореневою системою рослин, у результаті дифузії з ґрунтовим повітрям, у процесах сорбції та десорбції, переміщенні розчинів, емульсій, суспензій. Десорбція пестициду із ґрунтово-вбирного комплексу визначається іонно-обмінними реакціями, температурним фактором, вологістю ґрунту і суттєво залежить від природи препарату. На значні відстані пестициди переміщуються під дією потоку гравітаційної води, що виникає після дощу або зрошення. Відомо, що глибина міграції токсиканта визначається його розчинністю, початковою концентрацією у ґрунті та адсорбцією ґрунтовими частинками. За умов рівноваги процесів вимивання та випаровування гідрофобні пестициди концентруються у верхньому ґрунтовому горизонті. У результаті розкладання пестицидів у ґрунті з'являються продукти їх часткової трансформації, які, як і вихідні сполуки, можуть бути зафіксовані в ґрунті з різним ступенем міцності зв'язків. Токсиканти, зв'язані по типу хемосорбції з органічною речовиною, гідроксидами та деякими мінеральними компонентами ґрунту, здатні тривалий час зберігатись у ґрунті в незмінному стані. При зв'язуванні пестицидів з органічною речовиною ґрунту відбувається зниження їх токсичного впливу на рослини, ґрунтові організми і водночас гальмування деградації токсикантів за рахунок зменшення їх доступності рослинам та мікроорганізмам [15, 156].

Поряд з органічною речовиною сорбентами пестицидів є глинисті мінерали. Відокремити значення органічних сполук і глинистих мінералів важко, адже зазвичай у ґрунті вони знаходяться у вигляді глинисто-металорганічних комплексів, які є більш ефективними сорбентами, ніж їх складові поодинці.

Сорбція органічною речовиною та органо-мінеральними комплексами здійснюється за багатьма механізмами: іонообмінним, водневим зв'язком, протонуванням, силами Ван-дер-Ваальса, координаційними зв'язками. Неполярні молекули можуть зв'язуватися гідрофобними зв'язками.

Завдяки випаровуванню, дистиляції з водяними парами, міграції за межі кореневмісного шару токсиканти також видаляються з ґрунту.

З ґрунту пестициди вимиваються дощовими, талими, зрошувальними або ґрунтовими водами, забруднюючи підземні та поверхневі водні об'єкти. Цей процес інтенсифікується при ерозії земель.

Якісні та кількісні перебудови ґрунтових мікробоценозів є підтвердженням того, що мікроорганізми по-різному реагують на пестициди, які надходять у ґрунт [79]. Застосування пестицидів веде до суттєвого інгібування сапрофітної мікрофлори, мікробів, що використовують органічні і мінеральні форми азоту, актиноміцетів і міксоміцетів, стимулюючи при цьому ріст і розмноження автохтонної мікрофлори, що мають катаболічні плазміди і здатні перетворювати ширше коло субстратів.

Надзвичайно важливим фактором впливу на мікробну деградацію пестицидів є аерація. У природних умовах створюються аеробні, анаеробні та мікроаерофільні умови.

У зв'язку з цим поглинання і розкладання пестицидів у рослинних організмах під дією ферментних систем, утворення в результаті гідролітичних та окисно-відновних реакцій стійких нетоксичних комплексів набувають більшого значення як важливі фактори детоксикації полютантів.

Рослини різних видів не однаково впливають на пестициди у ґрунті та швидкість їх детоксикації, що пов'язано з відмінністю кореневих виділень та специфікою ризосферної мікрофлори. Накопичення пестицидів у тканинах рослин з наступним вилученням їх надземної маси також сприяє зменшенню вмісту токсикантів у ґрунті забрудненої ділянки [150].

1.3 Зміни рівноваги в екосистемі ґрунтового покриву при багаторічному застосуванні засобів захисту рослин

Рівновага в природі має динамічний характер. Протягом багатьох віків порушення цієї рівноваги мали зворотній характер і рівновага постійно відновлювалась. І лише антропогенний вплив спричинив незворотні порушення рівноваги в природі [2, 62]. Розвиток сільського господарства, культивування одних видів рослин на великих площах і витіснення інших, спричинили порушення у біоценозах, де в минулому розвиток шкодочинних організмів контролювався природними ворогами та антагоністами і обмеженістю харчової бази. Масове розмноження шкідливих організмів, які паразитують на культурних рослинах перевершило всі припущення. Тому виробництво сільськогосподарської продукції стало неможливим без застосовування більш агресивних засобів для захисту врожаю від шкідників, бур'янів та хвороб [115, 80].

Все це в найближчі роки може призвести до дестабілізації виробництва сільськогосподарської продукції і зниження її якості, а в перспективі - зробить неможливим перехід аграрної галузі на засади сталого розвитку, які визнані світовою спільнотою, як безальтернативний магістральний шлях розвитку.

Процеси утворення та деструкції гумусу в ґрунті знаходяться у певній рівновазі. Паралельно з процесами гумусоутворення проходять реакції розкладання гумусових сполук мікроорганізмами. Рівновага процесів утворення та розпаду гумусу не стійка і зміщується в той, чи інший бік, залежно від дії зовнішніх факторів. Сучасне інтенсивне землеробство базується на застосуванні великої кількості мінеральних добрив, пестицидів, регуляторів росту рослин у спеціалізованих сівозмінах. Всі ці заходи призводять до зміни мікробного ценозу ґрунту та його біологічної активності. Використання засобів хімізації призводить до негативних змін у молекулярно-масових характеристиках гумінових кислот. Значно зменшується їх молекулярна маса та збільшується частка низькомолекулярних фракцій, а це, як відомо, є ознакою «старіння» гумінових сполук. За літературними даними, особливо негативно на мікробні угрупування впливають пестициди [92, 144, 63].

1.4 Наслідки неконтрольованого застосування гербіцидів

На сучасному етапі землекористування отримання високих та стійких врожаїв неможливе без раціонального обробітку ґрунтів, дотримання сівозмін, широкого впровадження нових сортів сільськогосподарських культур, отриманих за допомогою сучасних методів селекції, стійких до небезпечних хвороб та шкідників, а також застосування засобів захисту рослин від бур'янів (пестицидів). Крім бажаних ефектів - захисту врожаю та обмеження чисельності шкідників - пестициди негативно впливають на здоров'я людини через забруднення ґрунту, води, повітря і харчових продуктів, порушуючи стан рівноваги в екосистемах та зменшуючи біорізноманіття. На сьогодні кількість зареєстрованих пестицидів перевищила 1500 найменувань. Особливі властивості цих сполук - цілеспрямована токсичність та інші - вимагає особливого регулювання поводження на різних рівнях. Стокгольмська, Роттердамська, Базельська конвенції та Міжнародний кодекс щодо поширення і використання пестицидів, який було прийнято у листопаді 2002 року, - основні міжнародні документи, що регулюють поводження з цими речовинами [7, 100, 141, 155].

Широке впровадження в першій половині 20 сторіччя у сільськогосподарську практику стійких, здатних до накопичення та міграції трофічними ланцюгами гербіцидів, призвело до глобального забруднення ними довкілля [102, 170, 14].

Так, в 1945 році почали використовувати гербіцид 2,4-D, стійкість до якого у рослин виникла в 54-му; далапон - з 53-го, стійкість - в 62-му; атразин - з 58-го, стійкість з 68-го; трифлуралін - з 63-го, стійкість з 88-го і ці приклади можна продовжувати.

Таким чином, пестициди - є токсичними речовинами, які людина свідомо вносить в агроценози, тому питання міграції, транслокації та трансформації пестицидів у об'єктах довкілля та надходження їх у трофічні ланцюги є одним з першочергових при виборі комплексу засобів захисту рослин. Не менш вагомим недоліком використання хімічних пестицидів є пригнічення ними природних механізмів регуляції в біоценозах, що призвело до масового розмноження шкідників. У зв'язку з цим виникла необхідність розробки заходів інтегрованої боротьби з використанням як хімічного так і біологічного методів захисту рослин, а також впровадження спеціалізованих сівозмін та різних систем обробітку ґрунту [104, 211, 91]. Також, у ситуації, яка склалась на багаторічно забруднених полях, необхідним є впровадження технологій очищення ґрунтів від полютантів, з метою отримання безпечних врожаїв.

1.5 Перспективи використання ремедіаційних технологій

Ґрунти, забруднені пестицидами можуть стати джерелами подальшого поширення токсичних речовин у довкіллі, які зрештою, з харчовими продуктами, потрапляють в організм людини. Рослини відіграють вирішальну роль у забрудненні трофічних ланцюгів, починаючи з накопичення полютантів з ґрунту та завершуючи потраплянням в організм тварин та людини з їжею. За даними ВООЗ, 30-40 % ракових утворень та від 25 до 81 мільйонів випадків хвороб щороку пов'язані зі споживанням забруднених полютантами харчових продуктів [99, 64, 211, 143].

Насьогодні у світі існує два шляхи поводження із забрудненими ґрунтами: консервація чи очищення. Оскільки пестициди здатні мігрувати профілем ґрунту, тому консервація, так само як і вилучення й поховання забрудненого шару ґрунту, не завжди є екологобезпечними та вимагають високих економічних витрат, погіршують структуру ґрунту та зменшують його продуктивність. Мікробіологічні методи відновлення забруднених територій, як правило, передбачають попереднє вилучення значних об'ємів ґрунту (технології „off-site”) і потребують спеціальних штучно створених умов. За оцінками експертів очищення 1 акру (4046,86 мІ) супіщаного ґрунту на глибину до 50 см за допомогою рослин коштує у 4-7 разів дешевше, ніж його екскавація та захоронення [207, 179, 183, 227].

Вважається, що біологічний спосіб відновлення антропогенно порушених екосистем є найбільш економічним та екологобезпечним.

Забруднення довкілля стійкими органічними ксенобіотиками є одним із нагальних питань для світової спільноти. Нині найбільш дієвими природоохоронними заходами вважаються методи ремедіації - очищення забруднених об'єктів довкілля від різних полютантів [17, 215]. При цьому розвиток або створення нових технологій має на меті підвищення ефективності очищення і скорочення витрат на природоохоронні заходи. Існують фізичні, хімічні, мікробіологічні методи очищення забрудненого ґрунту, але більшість відомих методів надзвичайно енергоємні та економічно не вигідні. Найменш затратними є методи біо- та фіторемедіації забруднених ґрунтів. В Україні моніторингу пестицидів та біоремедіації забруднених ґрунтів присвячені роботи Моклячук Л.І., Мельничука С.Д. та ін.

1.6 Суть фіторемедіації

Відповідно до останніх літературних даних, фітотехнології - це використання рослин для відновлення, стабілізації, контролю за забрудненими субстратами. Фіторемедіація - складова фітотехнологій, що направлена на видалення чи розкладання полютантів. Фітотехнології використовують вивчені природні фізіологічні властивості зелених рослин з метою відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами і/або органічними сполуками. Це дешеві й екологічно привабливі технології для вилучення, деградації та фіксації забруднювачів.

Насьогодні в світовій практиці охорони навколишнього природного середовища активно розвиваються економічно ефективні та екологічно безпечні технології очищення ґрунтів, які базуються на фізіологічній здатності рослин знижувати вміст ксенобіотиків шляхом їх акумуляції та деструкції - фіторемедіаційні технології [198, 216, 212, 213, 178, 217].

Фіторемедіація, за визначенням агентства з охорони навколишнього природного середовища США - набір технологій, які ґрунтуються на природних фізіологічних властивостях рослин деконтамінувати ґрунти, забруднені металами та (або) органічними сполуками. Маджеті Нарасімха Вара Прасад (M.N.V. Prasad) - вчений з університету Хайдерабада, Індія, підрахував, що вартість очищення ґрунту, забрудненого важкими металами, радіонуклідами, нафтою чи пестицидами за допомогою рослин, що використовують лише енергію сонця, становить лише 5% від витрат на інші способи відновлення. Тому фіторемедіація є більш екологічно доцільним і дешевим методом відновлення ґрунтів порівняно з фізико-хімічними і технічними способами, навіть з урахуванням обмеженості часових ресурсів для досягнення кінцевої мети. Процеси фіторемедіації базуються на здатності рослин акумулювати, деградувати, стабілізувати, трансформувати і випаровувати забруднювачі з великої кількості природних матриць, зокрема, ґрунту та води [152, 202, 214, 219, 209, 192, 220].

Технології очищення ґрунтів, що базуються на використанні рослин, тобто фіторемедіаційні технології, в останні роки набули вагомості й довели, що можуть бути застосовані у польових умовах (H. Van Liere, 2005,
J.C. White, 2001).

Фітотехнології пропонують ефективні інструменти й екологічно безпечне розв'язання проблеми очищення забруднених ділянок ґрунту та води, видалення повітряних забруднювачів, підвищення рівня безпеки продовольчих продуктів і створення відновлювальних джерел енергії, що сприяє раціональному природокористуванню. Фіторемедіація базується на наступних механізмах: фітостабілізація - осадження полютантів у кореневій зоні рослин у результаті адсорбції корінням та, у такий спосіб, запобігання їхній міграції у ґрунті, ґрунтових водах та повітрі; фітоекстракція - поглинання забруднювачів коренями з наступним переміщенням у надземні органи рослини; фітостимуляція - активізація мікробного метаболізму у ризосфері рослин, сприяє активізації процесів поглинання і (або) розкладання полютантів; фітодеградація та фітотрансформація - розкладання органічних ксенобіотиків рослинами з утворенням нетоксичних сполук, що характеризує величезний потенціал і біологічну варіативність метаболізму рослини [190, 185, 186, 193, 195, 200, 206].