Intensity of lead accumulation by energy crops grown on different soil types
Abstract
The aim of the study was to determine the level of lead (Pb) accumulation in the aboveground vegetative biomass of energy crops grown on grey forest soil, typical chernozem, and sod-podzolic sandy soil. Methods. The research included field observations and sampling of aboveground vegetative biomass of miscanthus (Miscanthus), Virginia mallow (Sida hermaphrodita), and cup plant (Silphium perfoliatum) during 2023–2025. Plant material was collected by point sampling with subsequent pooling into composite (average) samples. Pb content in the plant biomass was determined by atomic absorption spectrometry in the research laboratory of the Institute of Agriculture of Polissia, UAAS (Zhytomyr, Ukraine). Potential risk was assessed using the hazard coefficient calculated as the ratio of the measured Pb concentration to the permissible level. Results. On average for 2023–2025, the Pb content in the aboveground vegetative biomass of all studied crops did not exceed the permissible level. A clear increasing trend in Pb accumulation was observed in the following sequence: miscanthus → Virginia mallow → cup plant. The highest Pb values for miscanthus and Virginia mallow were recorded when grown on typical chernozem, whereas for cup plant the highest values were observed on sod-podzolic sandy soil (with a minor difference compared to typical chernozem). The calculated Pb hazard coefficients in the aboveground vegetative biomass were below 1.0, indicating no exceedance of the threshold level under the conditions of the experiment and supporting the feasibility of cultivating these energy crops on the studied soils from the standpoint of controlling Pb accumulation in biomass. Conclusions. During 2023–2025, the average Pb content in the aboveground vegetative biomass of miscanthus, Virginia mallow, and cup plant grown on grey forest soil, typical chernozem, and sod-podzolic sandy soil did not exceed the permissible level. The highest Pb values were recorded for miscanthus and Virginia mallow when grown on typical chernozem, whereas for cup plant the highest values were observed on sod-podzolic sandy soil. The lowest Pb content was found in miscanthus and cup plant grown on grey forest soil, and in Virginia mallow grown on sod-podzolic sandy soil. Overall, across all soil types the same increasing sequence of Pb content was maintained: miscanthus → Virginia mallow → cup plant.
References
2. Піддубна А. М. Вплив мінерального удобрення ґрунтів на накопичення важких металів та мікроелементів озимим часником. Таврійський науковий вісник. Серія: Сільськогосподарські науки. 2024. Вип. 136(2). С. 98–104. https://doi.org/10.32782/2226-0099.2024.136.2.13.
3. Razanov S. F., Husak O. B., Tkalich Y. I., Vradii O. I., Aleksieiev O. O., Verhelis V. I., Razanova A. M. Influence of Soil Moisture Level on the Translocation of Plumbum and Cadmium in the Grains of Winter Cereals. Agrology. 2022. 5(4): 122–125. https://doi.org/10.32819/021119.
4. Ткачук О. П., Разанова А. М. Інтенсивність накопичення Pb у листковій масі та насінні розторопші плямистої (Silybum marianum). Вісник Уманського національного університету садівництва. 2020. № 1. С. 109–112. https://doi.org/10.31395/2310-0478-2020-1-109-112.
5. Дідур І., Алєксєєв О., Лотоцький Р., Бальковський О. Вплив способу обробітку ґрунту на інтенсивність накопичення цезію-137 у вегетативній масі грястиці збірної (Dactylis glomerata L.). Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія «Агрономія». 2024. Вип. 28. С. 36–41. https://doi.org/10.31734/agronomy2024.28.036.
6. Razanov S. F., Tyrus M. L., Razanova A. M., Kovka N. S., Nedashkivska V. V. Lead accumulation and removal by amaranth cultivation on grey forest soils in Western Ukraine. Таврійський науковий вісник. Серія: Сільськогосподарські науки. 2025. Вип. 145(2). С. 356–363. https://doi.org/10.32782/2226-0099.2025.145.2.38.
7. Піддубна А. М. Інтенсивність накопичення важких металів редискою та салатом, вирощених на закритому ґрунті в умовах Лісостепу Правобережного. Сільське господарство та лісівництво. 2023. № 2. С. 192–202. https://doi.org/10.37128/2707-5826-2023-2-17.
8. Razanov S., Husak O., Hnativ P., Dydiv A., Bakhmat O., Stepanchenko V., Pryshchepa A., Shcherbachuk V., Mazurak O. The Influence of the Gray Forest Soil Moisture Level on the Accumulation of Pb, Cd, Zn, Cu in Spring Barley Grain. Journal of Ecological Engineering. 2023. 24(7). С. 285–292. https://doi.org/10.12911/22998993/164747.
9. Разанов С., Алєксєєв О., Дидів А., Бахмат О., Разанова А. Інтенсивність накопичення важких металів і мікроелементів у вегетативній масі бавовнику, вирощеного на сірих лісових ґрунтах Правобережного Лісостепу. Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія «Агрономія». 2025. № 29. С. 9–14. https://doi.org/10.31734/agronomy2025.29.009.
10. Разанов С. Ф., Ткачук О. П. Інтенсивна хімізація землеробства – як передумова забруднення зернової продукції важкими металами. Технологія виробництва і переробки продукції тваринництва. 2017. № 1–2. С. 70–75.
11. Рибалова О. В., Бригада О. В., Макаров Є. О., Бондаренко О. О. Новий метод оцінки ризику для здоров’я населення від впливу забруднення ґрунтів важкими металами. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2019. Вип. 29(1). С. 79–99. https://doi.org/10.5281/zenodo.2602749
12. .Разанов С. Ф., Куценко М. І. Фіторемедіація дерново-підзолистого ґрунту за вирощування нектаропилконосних рослин в умовах Полісся. Український журнал природничих наук. 2025. № 11. С. 213–222. https://doi.org/10.32782/naturaljournal.11.2025.23
13. .Razanov S., Tkachuk O., Lebedieva N., Shkatula Yu., Polishchuk M., Melnyk M., Krektun B., Razanova A. Phytoremediation of heavy metal contamination by perennial legumes. International Journal of Environmental Studies. 2024. 81(1). С. 216–222. https://doi.org/10.1080/00207233.2023.2296764
14. .Снітинський В. В., Ткачук О. П., Разанова А. М., Коруняк О. П. Ефективність фіторемедіації забрудненого важкими металами ґрунту за вирощування розторопші плямистої. Сільське господарство та лісівництво. 2023. № 28(1). С. 164–171. https://doi.org/10.37128/2707-5826-2023-1-11
15. .Razanov S., Kutsenko M., Klymenko M., Bakhmat M., Klymenko O., Bakhmat O., Holubieva T., Kovalchuk N., Mazurak O. Assessment of Phytoremediation of 137Cs Contaminated Soils During the Cultivation of Nectar- Pollinating Plants. Journal of Ecological Engineering. 2023. 24(5). С. 316–321. https://doi.org/10.12911/22998993/161767
16. .Харитонов М. М., Бабенко М. Г., Мицик О. О., Мартинова Н. В. Біопродуктивний потенціал міскантусу та світчграсу за умов вирощування на гірських породах Нікопольського марганцеворудного родовища. Екологічні науки. 2022. № 3. С. 56–60. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2022.eco.3-42.9
17. .Kane J. L., Schartiger R. G., Daniels N. K., Freedman Z. B., McDonald L. M., Skousen J. G., Morrissey E. M. Bioenergy crop Miscanthus × giganteus acts as an ecosystem engineer to increase bacterial diversity and soil organic matter on marginal land. Soil Biology and Biochemistry. 2023. 186: 109178.
18. Мазурак О., Мазурак І., Разанова А., Ковалів Ю. Біовугілля з агровідходів: технології сталого розвитку. Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія «Агрономія». 2025. Вип. 29. С. 37–43. https://doi.org/10.31734/agronomy2025.29.037
19. Kulyk M. I., Galytska M. A., Samoylik M. S., Zhornyk I. I. Phytoremediation aspects of energy crops use in Ukraine. Agrology. 2019. 2(1). С. 65–73. https://doi.org/10.32819/2617-6106.2018.14020
20. Reeves R. D. Tropical hyperaccumulators of metals and their potential for phytoextraction. Plant and Soil. 2003. 249: 57–65.
21. Паламарчук В. Д., Логоша Р. В., Кричковський В. Ю. Особливості вирощування та продуктивності міскантусу першого року вегетації як високоенергетичної культури. Таврійський науковий вісник. Серія: Сільськогосподарські науки. 2025. Вип. 143(2). С. 33–42. https://doi.org/10.32782/2226-0099.2025.143.2.5
22. Burdová H., Nebeská D., Suhail Al Souki K., Pilnaj D., Kwoczynski Z., Kříženecká S., Auer Malinská H., Vaněk M., Kuráň P., Pidlisnyuk V., Trögl J. Miscanthus × giganteus stress tolerance and phytoremediation capacities in highly diesel contaminated soils. Journal of Environmental Management. 2023. 344: 118475. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118475
23. Razanov S., Matusiak M., Bondar A., Vradii O. Bioecological and energy potential of Robinia pseudoacacia L. stands under the conditions of the Vinnytsia forestry district of SE “Forests of Ukraine”. Збалансоване природокористування. 2025. № 2. С. 85–93. https://doi.org/10.33730/2310-4678.2.2025.337151
24. Кургак В. Г., Слюсар С. М. Продуктивність багаторічних трав’янистих рослин при вирощуванні для енергетичних потреб. Вісник аграрної науки. 2021. № 11. С. 48–54. https://doi.org/10.31073/agrovisnyk202111-06
25. Дацько О. М., Яценко В. М. Сучасні методи ремедіації ґрунтів. Фіторемедіація як ключ до очищення ґрунтів та збереження екосистем. Аграрні інновації. 2024. № 25. С. 20–24. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2024.25.3
26. Курило В. Л., Кулик М. І. Енергетичні культури для виробництва біопалива: довідник. Полтава, 2017. 74 с.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
