Особливості поведінки фтору в агроекосистемах вивчалися протягом 2001- 2004 рр. у трьох природно-кліматичних зонах України – Полісся, Лісостепу та Степу в умовах природних (перелоги) та агроекосистем (польові стаціонарні досліди) на ґрунтах. Роботи виконувались у межах програми з агроекологічного моніторингу науково-методичного центру "Агроекологія", головною організацією якого є Інститут агроекології та біотехнології УААН. Зразки ґрунтів відбирали пошарово через кожні 20 см до глибини 100 см. Вивчали також вміст фтору в природних водах, які відбирали паралельно із зразками ґрунту в місцях розташування стаціонарних дослідів. Для екотоксикологічної оцінки поряд із фтором проводили визначення у ґрунтах важких металів (Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Co).
Протягом 1996-2003 рр. досліджувалися фосфорити родовищ України: Ново-Амвросієвського – фосфоритовий концентрат (25,0% Р2О5), глауконітовий продукт (16,0% Р2О5), Південно-Осиківського – фосфоритовий концентрат (28,0% Р2О5), Осиківського – фосфоритовий концентрат (19,0% Р2О5), Ратнівського – фосфоритовий концентрат (19,0 і 28,0% Р2О5), Здолбунівського – фосфорит (12,6% Р2О5) родовищ та Маневицько-Клеванської фосфоритоносної площі – фосфоритовий концентрат (25,0% Р2О5). В лабораторних умовах проводили вивчення екотоксикологічних властивостей фосфоритів, дослідження динаміки переходу фтору з фосфоритів у розчин при різних кислотно-основних умовах середовища (рН=4; 7; 9).
Протягом 2000-2002 рр. досліджували поведінку фтору в системі "грунт-добриво-рослина" при застосуванні нового виду фосфорного добрива вітчизняного виробництва агрофоски при вирощуванні озимої пшениці в умовах Поліської грунтово-кліматичної зони на дерново-середньопідзолистому грунті (дослідне поле Чернігівського інституту АПВ УААН). Схема польового досліду передбачала вивчення рекомендованої дози – 60 кг/га за вмістом Р2О5 і, для врахування можливості нагромадження полютантів у ґрунті, дози 180 кг/га за вмістом Р2О5. Зразки рослинного матеріалу відбирали тричі за вегетаційний період згідно з фенологічними фазами розвитку озимої пшениці. Одночасно відбирали ґрунтові зразки пошарово через 20 см до глибини 100 см.
У лабораторних умовах визначення вмісту фтору в ґрунті, рослинах, фосфоритах проводили потенціометричним методом з попередньою екстракцією зразків. Для вилучення рухомих (водорозчинних (ВФФ)) форм фтору з ґрунту використовували дистильовану воду, потенційно-рухомих (лугорозчинних (ЛФФ) та кислоторозчинних (КФФ)) – екстрагенти 0,1N NaOH та 0,01N HCL, валової (ВФ) – метод сплавлення проби ґрунту з концентрованим NaOH. Фтор з рослин вилучали за допомогою екстрагента 1,0 N НСІО4. Для вирівнювання іонної сили розчину використовували буфер TISAB (рН=5,0-5,5).
Фоновий вміст фтору в грунтах різних природно-кліматичних зон України. Аналіз результатів досліджень показав, що фоновий вміст валового фтору в різних типах ґрунтів варіює в дуже широкому діапазоні - від 49,5 до 297,5 мг/кг. Найвищі його концентрації характерні для ґрунтів зони Лісостепу (167,7 - 297,5 мг/кг), кислі дерново-підзолисті ґрунти зони Полісся відзначаються невисоким вмістом F- – на рівні 83,7 мг/кг. Ґрунти чорноземного типу характеризуються широким діапазоном концентрацій валового фтору (від 49,5 до 172,5 мг/кг), що пов'язано з їх генезисом.
При досліджені фонового вмісту рухомих форм фтору (водорозчинного, лугорозчинного та кислоторозчинного) у типових ґрунтах України встановлено, що для ґрунтів зони Полісся характерним є перевага процесів накопичення фтору в кислоторозчинній формі, вміст якого досягає 4,64 мг/кг, тоді як у ґрунтах зон Лісостепу і Степу переважаючим є накопичення лугорозчинної (від 1,68 до 12,09 мг/кг) та водорозчинної (від 0,53 до 6,97 мг/кг) форм елементу.
Результати проведених досліджень показали, що між вмістом рухомих форм фтору в ґрунтах і показниками їх фізико-хімічного стану спостерігаються певні тенденції кореляційного зв'язку, а саме: реакція ґрунтового розчину впливає на кількість лугорозчинної (r=0,596) і кислоторозчинної (r=-0,539) форм фтору - із збільшенням рівня рН кількість кислоторозчинного фтору в грунтах знижується; збільшення в ґрунтах кількості магнію, алюмінію та заліза може призводити до зменшення кислоторозчинного фтору – відмічена зворотна залежність між вмістом цієї форми фтору і кількістю магнію (r=-0,632), кількістю алюмінію (r=-0,576) і кількістю заліза (r=-0,740); із збільшенням кількості гумусу вміст кислоторозчинної форми фтору зменшується, а лугорозчинної – зростає.
Особливості розподілу фтору за профілем ґрунтів. Результати дослідження процесів акумуляції і вертикальної міграції рухомих і потенційно-рухомих форм фтору (ВФФ, ЛФФ, КФФ) показали, що для більшості ґрунтів поліської та лісостепової зон переважаючим процесом було накопичення рухомих сполук F- у верхніх шарах (гумусовий і гумусово-елювіальний горизонти). Для ґрунтів степової зони з нейтральною та лужною реакцією ґрунтового розчину була виявлена зворотна тенденція – збільшення рухомих сполук фтору в нижніх горизонтах. Так, для дерново-підзолистих ґрунтів зони Полісся характерним був надзвичайно високий вміст кислоторозчинного фтору в орному (4,64 мг/кг) і підорному (3,49 мг/кг) шарах з поступовим зменшенням його вмісту до глибини 80-100 см. У чорноземі звичайному малогумусному вміст лугорозчинної форми елементу зменшувався вниз за профілем ґрунту від 12,09 мг/кг (у шарі 0-20 см) до 6,95 мг/кг (у шарі 80-100 см), а водорозчинної – від 6,97 до 5,46 мг/кг відповідно. У темно-каштановому залишково-солонцюватому ґрунті, навпаки, вміст лугорозчинної форми фтору зростав із 2,81 у шарі 0-20 см до 11,9 мг/кг у шарі 0-100 см.
Довготривале (більше 10 років) застосування мінеральних добрив на ґрунтах північних регіонів зони Полісся з кислою реакцією ґрунтового розчину і невисоким вмістом у ґрунтовому комплексі кальцію, призвело до зменшення кількості валового фтору в орному шарі ґрунтів, порівняно з контролем, на 40-70%. Таке явище може бути пов'язане із збільшенням рухомості фтору під впливом мінеральних добрив, в першу чергу калійних, і, як наслідок, активізацією двох процесів: вертикальної міграції фтору вниз за профілем ґрунту та транслокації у сільськогосподарські рослини з подальшим відчуженням елементу з продукцією за межі поля.
На чорноземах глибоких півдня Лісостепу і звичайних зони Степу з реакцією середовища близькою до нейтральної, високим насиченням ґрунтового вбирного комплексу кальцієм і магнієм, які здатні утворювати з фтором малорозчинні сполуки, внесення мінеральних добрив, навпаки, сприяло процесам акумуляції валового фтору в орному шарі ґрунту, його кількість збільшилася на 7-160%, порівняно з контролем.
Дослідження впливу мінеральних добрив на вміст в орному шарі рухомих сполук фтору показало, що під їх впливом відбувалося підвищення вмісту водорозчинного фтору в ґрунтах зони Полісся на 10-38% та зони Степу на 18-96%; лугорозчинного фтору у дерново-середньопідзолистих ґрунтах зони Полісся на 35%, у ґрунтах Лісостепу – чорноземах опідзоленому слабозмитому і звичайному малогумусному – на 11-16 %, а в темно-сірому опідзоленому ґрунті – на 220 %.
Застосування різних доз NPK сприяло підвищенню вмісту кислоторозчинної форми фтору в ґрунтах опідзоленого типу зони Полісся і Лісостепу на 46-142%, одночасно ґрунти зон Лісостепу й Степу відрізнялися дуже низьким вмістом цієї форми фтору. Так, у чорноземах звичайних і темно-каштанових ґрунтах зони Степу його вміст складав лише 0,19-0,56 мг/кг.
Чорнозем опідзолений слабо змитий забруднення ґрунтів. Коефіцієнт сумарного забруднення (Zn), порівняно з природним фоном, складав 2,2-24,5 одиниць і зростав з переходом від ґрунтів зони Полісся (2,4 одиниці) до ґрунтів зони Степу (9,0-24,2 одиниць).
Процеси, які відбувалися під впливом мінеральних добрив у верхніх горизонтах ґрунтів значною мірою обумовлювали вертикальну міграцію рухомих форм фтору. Відбулася активізація міграції водорозчинної, лугорозчинної і кислоторозчинної форм фтору за межі орного шару ґрунтів. В ґрунтах опідзоленого типу зони Полісся та Лісостепу спостерігалась інтенсивна міграція кислоторозчинного фтору, для ґрунтів зони Степу характерною була міграція водорозчинного і, особливо, лугорозчинного фтору.
Вплив зрошення на процеси нагромадження та міграції фтору при застосуванні мінеральних добрив. Процеси нагромадження і міграції рухомих форм фтору при зрошенні було досліджено на темно-каштановому солонцюватому ґрунті в стаціонарному досліді Інституту землеробства південного регіону УААН. Було встановлено, що під впливом зрошення відбувалось вилуговування рухомих форм фтору поливними водами з верхніх шарів темно-каштанового ґрунту і нагромадження їх переважно в нижніх горизонтах. Застосування мінеральних добрив (N90P60K30) призвело до значного нагромадження рухомих і потенційно-рухомих форм фтору за генетичними горизонтами ґрунту, а також активізувало процеси вертикальної міграції елементу.
Оцінка екотоксикологічного стану темно-каштанового ґрунту при міграції фтору під впливом зрошення і мінеральних добрив за використанням коефіцієнту концентрації (Кс) показала, що застосування мінеральних добрив в умовах зрошення призвело до підвищення активності міграції фтору у водорозчинній і лугорозчинній формі до небезпечного рівня (Кс=0,6-3,2), а в кислоторозчинній – до особливо небезпечного рівня (Кс=11,0-24,0).
Екотоксикологічна характеристика фосфорних добрив вітчизняного виробництва за вмістом фтору. Екотоксикологічна оцінка фосфоритів родовищ України за вмістом фтору. При використанні фосфоритів як добрив можливе надходження фтору в агроекосистеми з подальшим включенням його в біогеохімічний кругообіг.
На активність переходу фтору з фосфоритів у ґрунтовий розчин значною мірою впливають ґрунтові кислотно-основні умови. З метою прогнозу цього процесу в агроекосистемах було проведено лабораторний дослід з вивчення особливостей і динаміки переходу фтору з фосфоритів у ґрунтовий розчин. В результаті досліджень було встановлено, що найбільша кількість F- вилучалася з фосфоритів при лужній реакції середовища – до 379 мг/л, в той час як при нейтральній – до 43 мг/л, при кислій реакції середовища – до 33 мг/л фтору (табл.3).