Анотація до роботи:

Макаренко Н.А. Агроекологічна оцінка мінеральних добрив за впливом на грунтову систему. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Інститут агроекології та біотехнології УААН, Київ, 2002.

В роботі представлено новий підхід до оцінки небезпечності мінеральних добрив за впливом на грунтову систему. Наведено результати дослідження можливих негативних впливів мінеральних добрив на агроекосистеми, зокрема їх грунтову компоненту. Визначено роль мінеральних добрив у процесах надходження токсичних елементів I i II класу небезпечності в обмінний фонд біогеохімічного кругообігу агроекосистем і встановлено рівень небезпечності цього процесу. Досліджено процеси інтенсивної і екстенсивної рухомості біохімічно активних елементів - компонентів мінеральних добрив, у різних типах грунтів України, встановлено толерантність грунтів до забруднення за здатністю до іммобілізації біохімічно активних елементів. Досліджено процеси радіальної міграції хімічних речовин у різних грунтово-кліматичних умовах залежно від рівня навантаження мінеральних добрив на агроекосистеми, встановлено кількісні параметри цих процесів, визначено небезпечні рівні впливу. Вивчено можливість використання різних біоіндикаційних тестів для агроекологічної оцінки мінеральних добрив з урахуванням характеру їх дії на грунтову систему. На основі теоретичних узагальнень, результатів експериментальних досліджень і прогнозних розрахунків проведено екологічне нормування негативних впливів мінеральних добрив на стан грунтової і суміжних екосистем. За результатами екологічного нормування негативних впливів розроблено класифікацію мінеральних добрив, яка стала основою для проведення їх агроекологічної оцінки. Проведено агроекологічну оцінку нових видів мінеральних добрив вітчизняного виробництва.

У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і новий підхід до оцінки мінеральних добрив за їх негативним впливом на процеси, що протікають у грунтовій системі і визначають як її екологічний стан, так і стан суміжних складових агроекосистеми, розроблено наукові основи і критерії агроекологічної оцінки мінеральних добрив.

Результати проведених досліджень дозволили зробити наступні висновки:

1. Загальну науково-обгрунтовану агроекологічну оцінку мінеральних добрив перед їх впровадженням у сільськогосподарське виробництво, доцільно проводити за розробленою чотирьохступеневою класифікацією небезпечності. Структура показників класифікації дозволяє визначити рівень впливу мінеральних добрив на екотоксикологічні, агрохімічні, геохімічні властивості грунтової системи; поділ на класи – встановити відповідність екологічним нормативам.

2. Для врахування особливостей впливу мінеральних добрив на процеси, що протікають у грунтовій системі, необхідно проведення їх поділу на групу директивної дії (містять у своєму складі значну кількість токсичних домішок) та індирективної дії (впливають на кислотно-основні властивості грунту). Розроблений алгоритм дослідження різних видів мінеральних добрив, який базується на такому поділі, дозволяє зосередити увагу на основних можливих негативних впливах і уникнути зайвих досліджень.

4. При оцінці мінеральних добрив директивної дії першочергова увага повинна приділятися найбільш небезпечним елементам – Cd, As, F, Pb. Основна кількість цих елементів (до 70%) надходить в агроекосистеми з фосфорними добривами, з азотними і калійними - 17%, вапняковими матеріалами-13%. Особливої уваги потребує фтор, оскільки надходження його з мінеральними добривами в агроекосистеми України перевищує середній рівень Dm у 2,6-2,9 рази, що говорить про активну роль мінеральних добрив у перерозподілі F між літосферою і педосферою.

5.Екотоксикологічна небезпечність важких металів (Cd,Pb,Zn,Cu,Ni,Co) і фтору (F) у грунті визначається не всією масою, а лише кількістю, що знаходиться в рухомих формах. Стійкість грунтів відносно забруднення важкими металами, виражена через коефіцієнт толерантності - k_t, найменша для грунтів Поліської зони з рН<6,0, вмістом гумусу <1,5%, кількістю гранулометричної фракції <0,001 мм <15% (k_t - 0,110,35). Стійкість грунтів відносно фтору підпорядковується зворотній залежності, вона найнижча для грунтів зони Степу (середній рівень k_t – 0,24).

6.Контроль за вмістом Cd,Pb,Zn,Cu,Ni,Co,F у грунті при застосуванні мінеральних добрив у різних грунтово-кліматичних умовах необхідно проводити диференційовано. При застосуванні мінеральних добрив на грунтах, що характеризуються кислою реакцією середовища, невисоким вмістом гумусу і мулистої фракції, обов’язковим повинен бути екотоксикологічний контроль за вмістом рухомих форм важких металів; на грунтах з нейтральною, лужною реакцією середовища і високим вмістом натрію, обов’язковим повинен бути контроль за вмістом рухомих форм фтору у грунті.

7.Мінеральні добрива значною мірою впливають на вертикальний перерозподіл у профілі грунтів біогенних і токсичних елементів. Серед іонів більшою активністю міграції характеризуються аніони, для яких пріоритетним є наступний низхідний ряд: C1^- > NO₃^- > SO₄^-- >F^- Коефіцієнти концентрації (Кс) для аніонів коливаються в діапазоні 0,6516,6. Катіони (важкі метали) характеризувалися значно меншою активністю радіальної міграції під впливом мінеральних добрив (Кс - 0,741,67). Оцінку мінеральних добрив необхідно проводити, згідно визначених рівнів їх впливу на процеси радіальної міграції біогенних і токсичних елементів: Кс 1,0 - мало небезпечний; Кс 1,1-2,9 – помірно небезпечний; Кс 3,0-5,0 – небезпечний; Кс 5,0 – особливо небезпечний рівень.

8. Агроекологічна оцінка мінеральних добрив за біологічними тестами дозволяє врахувати синергічну дію їх складових на процеси, що протікають у грунтовій системі. Чутливими показниками відносно впливу мінеральних добрив як директивної, так і індирективної дії, виявилися активність грунтових ферментів (група оксидоредуктаз), а також показники активності мікроорганізмів, що беруть участь у процесах перетворення азоту (нітрифікаційна здатність грунту). Рівень впливу мінеральних добрив на ці процеси доцільно визначати за розмірами відхилення від контролю згідно екотоксикологічних нормативів:<10% - малонебезпечний, 10-25% - помірно небезпечний, 26-50% - небезпечний і >50% дуже небезпечний рівень впливу.

9. Агроекологічна оцінка фосфоритів родовищ України (Ново-Амросіївського, Південно-Осиківського, Осиківського, Волинського, Здолбунівського, Ратновського та Маневицько-Клеванської фосфоритоносної площадки), проведена згідно розробленого підходу, показала відсутність загрози забруднення грунту важкими металами при їх застосуванні як добрив. Одночасно було встановлено, що використання фосфоритових концентратів для удобрення сільськогосподарських культур може призвести до нагромадження у грунті фтору вище безпечної межі (II-III клас небезпечності). Це обумовлено високим вмістом фтору у їх складі (кислоторозчинний - 4471300 мг/кг, водорозчинний - 41110 мг/кг) і вимагає контролю як за якісним складом фосфоритових концентратів на стадії їх виробництва, так і контролю за вмістом фтору у грунті при їх використанні.

10. Агроекологічна оцінка нового добрива директивної дії – агрофоска, показала, що застосування рекомендованої дози – 60 кг/га P₂O₅ не призведе до забруднення верхніх шарів грунту важкими металами і радіоактивними елементами (Tk>100 років, рівень перевищення ГДК і фону <2, IV класу небезпечності). Однак, використання агрофоски може бути причиною підвищення у грунті вище допустимої межі вмісту валових і рухомих форм фтору – Tk<10 років (I клас небезпечності), що потребує особливої уваги при використанні.

При застосуванні агрофоски в умовах легких за механічним складом грунтів з промивним типом водного режиму може мати місце міграція біохімічно активних елементів за грунтовим профілем. Контроль необхідно проводити за F і Zn (Кс>3), Co i Ni (Кс>2). Міграція Pb,Cu i Cd знаходиться в межах безпечної (Кс<2). За впливом на швидкість міграції Pb i Cu агрофоску можна віднести до III класу небезпечності; F, Zn, Co, Ni – II класу небезпечності.

Застосування агрофоски у дозі 60 кг/га Р₂О₅ не буде причиною депресивного впливу на біологічну активність грунту, підвищення дози до 180 кг/га може супроводжуватися активізацією процесів мінералізації органічної речовини, про що свідчить зниження коефіцієнту нагромадження гумусу (К_г) з 1,26 до 1,06-0,87 з одночасним підвищенням активності пероксидази. Максимально недіючою дозою можна вважати дозу 90 кг/га Р₂О₅, в межах якої не буде спостерігатися пригнічення біологічної активності грунту.

11. Агроекологічна оцінка нового добрива індирективної дії - сульфат-гумат-амонію, виявила підвищену можливість радіальної міграції нітратного азоту, що може створювати загрозу якості природним водам (КсNO₃^->5, I клас небезпечності).

Добриво за величиною підвищення гідролітичної кислотності (Нг) при рекомендованій дозі N₉₀ відноситься до III класу небезпечності. Час досягнення небезпечного рівня (I-II клас) буде складати 20 років, що свідчить про обов’язковість проведення нейтралізації кислотності добрива при його використанні у сільськогосподарському виробництві.

Максимально недіючою дозою відносно біологічної активності грунту можна вважати дозу N₆₀ кг/га, яка не призводить до зниження активності ферментів грунту. Застосування добрива у рекомендованій дозі – N₉₀, не викличе значного зниження активності біологічних процесів у грунті (III клас небезпечності), але при цьому може спостерігатися депресивний ефект у часі, що при тривалому застосуванні добрива може призвести до зміни функціонально-структурної організації біоценозу грунту.

Публікації автора:

1. Гамалей В.И., Макаренко Н.А., Корсун С.Г. Гумусное состояние почв при комплексном применении удобрений и пестицидов в интенсивном земледелии // Вісник аграрної науки. -1995. - №7. – С.33-39 (проведення польових і аналітичних досліджень, аналіз літературних джерел, узагальнення отриманих результатів, написання статті).

2. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Кіцно Л.В., Буожис А.О. Інтегральна класифікація полютантів за ступенем небезпечності // Землеробство. Збірник наукових праць. – 1996. – С.155-158 (наукове обгрунтування досліджень, аналіз літературних джерел, формування висновків, написання статті).

3. Макаренко В.В., Кавецький В.М., Макаренко Н.А. Перспективи використання сировинних ресурсів як добрив у сільськогосподарському виробництві // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. – 1997. – С.88-91(узагальнення даних, формування висновків, написання статті).

4. Макаренко Н.А., Буожис Г.О., Кавецька Т.В. Інтегральна система оцінки небезпечності важких металів у агроландшафтах // Агроекологія і біотехнологія. Зб.наукових праць. – Вип. 2. – 1998. – С.80-85 (наукове обгрунтування досліджень, аналіз літературних джерел, формування висновків, написання статті).

5. Макаренко Н.А., Ліщук А.М., Буожис А.О., Кавецька Т.В. Екотоксикологічна оцінка якості фосфоритів України // Агрохімія і грунтознавство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. Спец. випуск до V з’їзду УТГА. – Ч.2. – Харків,1998. – С.167-168 (наукове обгрунтування досліджень, проведення аналітичних робіт, узагальнення матеріалу, формування висновків, написання статті).

6. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О. Екотоксикологічна оцінка якості фосфоритів України // Натураліс. – 1998. - №3-4. – С.5-8 (наукове обгрунтування досліджень, аналіз літературних джерел, проведення аналітичних робіт, узагальнення даних, формування висновків, написання статті).

7. Кавецький В.М. Макаренко Н.А. Методологічні основи викладання екотоксикології та екологічної експертизи в аграрних вузах // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. – 1999. - №1-2. – С. 174-176 (наукове обгрунтування, аналіз літературних джерел, узагальнення матеріалу, формування висновків, написання статті).

8. Макаренко Н.А., Кавецький В.М., Козьякова Н.О.Розробка принципів класифікації важких металів з метою оцінки ступеню їх небезпечності в агроландшафтах // Аграрний вісник Причорномор’я. Збірник наукових праць. Сільськогосподарські науки. – Вип. №3 (6). – Ч.1:Агрономія. – 1999. – С.43-46 (наукове обгрунтування, аналіз літературних джерел, узагальнення матеріалу, формування висновків, написання статті).

9. Бездрабко О.М., Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Бердніков О.М. Вплив сульфат гумат амонійних добрив на поведінку полютантів у системі грунт-добриво-рослина // Агроекологія і біотехнологія. Збірник наукових праць. – 1999. – С.40-45 (наукове обгрунтування досліджень, участь у проведенні польових і аналітичних досліджень, узагальнення даних).

10. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О. Прогноз загрози фторидного забруднення грунтів при застосуванні фосфоритів України // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво (Укр ІНТЕІ). – 1999. - №1-2. – 22-24 (наукове обгрунтування досліджень, участь у проведенні аналітичних досліджень, узагальнення даних).

11. Макаренко Н.А., Моклячук Л.І., Кавецький В.М. Методи обстеження агроландшафтів при проведенні екологічної експертизи // Агроекологія і біотехнологія. Збірник наукових праць. – 1999. – С.40-45 (наукове обгрунтування досліджень, обстеження території, виконання аналітичних робіт, узагальнення даних, написання статті).

12. Макаренко Н.А.Екологічна експертиза мінеральних добрив: проблеми та шляхи вирішення // Агроекологічний журнал. – 2000. - №1. – С.58-63.

13. Кавецький В.М. Макаренко Н.А. Екотоксикологія та екологічна експертиза – основа сучасної системи оцінки небезпечності засобів хімізації у землеробстві // Збірник наукових праць Інституту землеробства. – 2000. – С.137-141 (наукове обгрунтування, аналіз літературних джерел, узагальнення матеріалу, формування висновків, написання статті).

14. Козьякова Н.О., Макаренко Н.А. Фітотоксичність – екотоксикологічний критерій оцінки небезпечності важких металів // Науковий вісник НАУ. – 2000. – Вип.24. – С.266-270 (наукове обгрунтування досліджень, узагальнення даних, написання статті).

15. Корсун С.Г., Макаренко Н.А. Моніторинг хімічного складу атмосферних опадів на Київщині // Науковий вісник НАУ. – 2000. - Вип.29. – С.165-167 (участь у проведенні досліджень, узагальнення матеріалу).

16. Бездрабко О.М., Макаренко Н.А. Оцінка нового виду азотних добрив – сульфат гумат амонію за агрономічними та екотоксикологічними показниками // Науковий вісник НАУ. – 2000. – Вип.29. – С.160-164 (наукове обгрунтування досліджень, узагальнення даних, написання статті).

17. Козьякова Н.О., Макаренко Н.А., Кавецький В.М. Міграція важких металів в системі “грунт-рослина” – екотоксикологічний критерій їх небезпечності // Науковий вісник НАУ. – 2000. – Вип.32. – С.365-370 (наукове обгрунтування досліджень, участь у проведенні польових і аналітичних досліджень, узагальнення даних).

18. Бездрабко О.М., Макаренко Н.А., Кавецький В.М. Вплив сульфат гумат амонійних добрив на міграцію важких металів за грунтовим профілем в умовах Полісся України // Вісник ДААУ. – 2000. - №2. – С.276-280 (наукове обгрунтування досліджень, участь у проведенні польових і лізиметричних досліджень, узагальнення даних).

19. Макаренко Н.А. Екологічна експертиза мінеральних добрив за екотоксикологічними критеріями // Вісник аграрної науки. – 2000. - №9. – С.77.

20. Макаренко Н.А. Контроль за вмістом важких металів у грунті // Вісник аграрної науки. – 2001. - №4. – С.55-57.

21. Макаренко Н.А. Екологічна експертиза мінеральних добрив за показниками горизонтальної та вертикальної міграції біогенів і токсикантів // Вісник аграрної науки Причорномор’я. Спец. випуск 3. - Т.2. - “Соціально-економічні проблеми природокористування та екології”. – Миколаїв,2001. – С.70-75.

22. Макаренко Н.А. Вплив природних та антропогенних факторів на рухомість важких металів у грунті // Агрохімія і грунтознавство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. – Харків,2001. - №61. – С.213-220.

23. Козьякова Н.О., Макаренко Н.А. Ферментативна активність грунту як екотоксикологічний критерій небезпечності важких металів // Науковий вісник НАУ. – 2001. – Вип.34. – С.284-289 (наукове обгрунтування досліджень, участь у проведенні польових і аналітичних досліджень, узагальнення даних).

24. Макаренко Н.А. Оцінка небезпечності важких металів у грунті за екотоксикологічним критерієм “рухомість” // Агрохімія і грунтознавство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник. Спец. випуск до VI з’їзду УТГА. – К.3. – Харків,2002. – С.90-91.

25. Макаренко Н.А.Толерантність грунтів відносно біохімічно активних речовин, джерелом яких можуть виступати мінеральні добрива // Агроекологічний журнал. – 2002 р. - №3. – С.35-40.

26. Макаренко Н.А. Еколого-токсикологічна оцінка мінеральних добрив вітчизняного виробництва за показниками впливу на грунтову екосистему //Збірник наукових праць Уманської сільськогосподарської академії. – 2002. – Вип.№ 54. – С. 98-107.

27. Спосіб проведення екологічної експертизи мінеральних добрив. – Деклараційний патент на винахід № 44191A (Автори: Патика В.П., Макаренко Н.А., Кавецький В.М., Моклячук Л.І.).

Матеріали наукових з’їздів, конференцій, науково-практичних нарад

28. Гамалєй В.І., Макаренко Н.А., Султанов А.У. Вміст і склад гумусу – індикаторний показник екологічного стану грунтів в умовах комплексної хімізації // Тези доп. конференції “Екологія Полісся: проблеми, сучасність, майбутнє”. – Харків-Луцьк,1993 – С.79-80.

29. Гамалєй В.І., Макаренко Н.А., Корсун С.Г., Султанов А.У. Еколого-агрономічна оцінка застосування засобів хімізації в сівозміні // Тези доп. IV з’їзду грунтознавців і агрохіміків України. – Харків,1994. – С.148-149.

30. Kavetski V.M., Makarenko N.A., Lichyk A.M.Integration classification pollutants relative to of degree danger // Тез.международной конф. “Рациональное природопользование: системный анализ в экологии” – Севастополь,1996. -С.78.

31. Макаренко Н.А., Кавецький В.М. Екотоксикологічна оцінка небезпечності важких металів у грунті // Тез. доп. науково-методичної конференції “Сталий розвиток агроекологічних систем в умовах обмеженого ресурсного забезпечення” – Київ,1998. - С.197-198.

32. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Кіцно Л.В. Екотоксикологія та критерії якості навколишнього середовища // Матеріали науково-практичного семінару “Програма розвитку ООН (ПРООН в Україні)” - К.,1998. - С. 82-85.

33. Макаренко Н.А., Буожис Г.О., Кавецький В.М. Фтор у фосфоритах України // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції “Землеробство XXI століття-проблеми та шляхи вирішення”. - Київ-Чабани,1999. – С.45-46.

34. Кавецький В.М., Макаренко Н.А., Буожис Г.О., Бердніков О.М. Екотоксикологічні аспекти оцінки фосфоритів родовищ України // Тези доп. Научная конференция посвященная 75-летию Ю.С.Кагана “Актуальные проблемы токсикологии”. – Київ,1999. – С.105.

35. Макаренко Н.А., Буожис Г.О., Кавецька Т.В. Про необхідність проведення екотоксикологічної оцінки нового виду фосфорних добрив “Агрофоска” // Тези науково-виробничої конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання грунтових ресурсів”. – Київ,2000. – С.102-103.

36. Макаренко Н.А. Критерії еколого-токсикологічної оцінки мінеральних добрив при проведенні екологічної експертизи // Зб. доп. Всеукраїнської науково-практичної конференції “Стан земельних ресурсів України:проблеми, шляхи вирішення”. -Харків, 2001. - С.252-253.

37. Макаренко Н.А. Екотоксикологічне обгрунтування безпечного застосування мінеральних добрив // Тези доп. міжнародної наукової конференції “Стійкий розвиток агроекосистем”. – Київ-Вінниця, 2002. – С.95-97.

Науково-методичні роботи

38. Макаренко Н.А.Моніторинг важких металів // Агроекологічний моніторинг та паспортизація сільськогосподарських земель (методично-нормативне забезпечення) / За ред. В.П.Патики, О.Г.Тараріко. – К.:Фітосоціоцентр, 2002. – С.32-37.

39. Екологічна експертиза. Програма для вищих аграрних закладів освіти 3-4 рівня акредитації - К., «Вища школа», 1999. – 10 с. (Макаренко Н.А., Кавецький В.М., Булигін С.Ю.)

40. Методичні вказівки для виконання курсової роботи з екологічної експертизи. К., НАУ, 2001. –18 с. (Макаренко Н.А., Кавецький В.М.)

41. Екологічна токсикологія. Програма для вищих аграрних закладів освіти 3-4 рівня акредитації - К., «Вища школа», 1999. –10 с. (Кавецький В.М., Бублик Л.І., Макаренко Н..А.).

42. Методичні вказівки по визначенню Hg, Zn, Ni, Co, Cd, Cu в грунті, рослинах, воді методом тонкошарової хроматографії / Сборник «Методические указания по определению пестицидов в пищевых продуктах, кормах и внешней среде». К., 2001. - №29. – С.18-23 (В.М.Кавецький, Н.А.Макаренко, А.М.Ліщук, С.В.Кавецький, Г.О.Буожис).