Оценка токсичности тяжелых металлов в блоке «почва — растение»

Особенно опасным воздействием на растения, животных и человека оказывают тяжелые металлы, которые выступают в качестве ферментативных ядов, нарушают метаболити-ческие процессы в любой живой клетке. Токсическое действие тяжелых металлов проявляется на растениях в следующих признаках:

  • • в изменении проницаемости клеточных мембран (Ag, Au, Br, Cd, Cu, F, Hg, I, Pb);
  • • в реакции тиольных групп с катионами (Ag, Hg, Pb);
  • • в конкуренции с жизненно важными метаболитами (As, Sb, Se, Те, W, F);
  • • в сродстве к фосфатным группам и активным центрам в аденозиндифосфатах и аденозинтрифосфатах (Al, Be, Se, Y, Zr);
  • • в замещении жизненно важных ионов (преимущественно макроэлементов Cs, Li, Rb, Se, Sr);
  • • в захвате в молекулах позиций, занимаемых жизненно важными функциональными группами типа фосфата и нитрата (арсенат, фторид, борат, сслснат, теллурат, вольфрамат).

Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Тяжелые металлы подразделяют на группы:

  • 1) очень токсичные — оказывают вредное воздействие на тест-организмы при концентрации в растворе менее 1 мг/л: Ag+, Ве2+, Hg2+, Sn2+, Со2+, Ni2+, Pb2+, СгОд2-;
  • 2) умеренно токсичные — оказывают ингибирующее воздействие при концентрациях 1-100 мг/л: As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn, арсенаты, бораты, броматы, хлораты, перманганаты, молибдаты, селенаты;

3) слаботоксичные — редко оказывают ингибирующее воздействие при концентрациях значительно выше 100 мг/л: Са2+, Mg2+, К+, Na+, хлориды, бромиды, иодиды, нитраты, сульфаты.

Опасными являются высокие концентрации в почве тяжелых металлов (Hg, РЬ, Cl, I, Си, Сг, Ni и As), так как они являются высокотоксичными и способны накапливаться в растениеводческой продукции, а затем подвержены кумулятивному эффекту в пищевых цепях.

Причиной накопления тяжелых металлов в почве выступают минеральные удобрения, потому что при добыче или синтезе минеральных удобрений некоторое (очень небольшое) количество тяжелых металлов является естественным компонентом получаемых туков. Примерно такой же небольшой концентрацией характеризуются тяжелые металлы, входящие в известковые удобрения. Однако при изменении, например, pH почвенного раствора в кислую сторону в почве происходят химические реакции, позволяющие перевести тяжелые металлы в активное состояние и обеспечить поглощение растениями ионов, содержащих этот вид ксенобиотиков.

Для снижения миграции тяжелых металлов из почвы в растения используют цеолит в дозе 5 % от массы осадков сточных вод. Установлено, что цеолит трепел позволяет снизить концентрацию кадмия и цинка в растениях на 25 %, свинца — в 10 раз. В посевах столовой свеклы и моркови опрыскивание растений в фазу формирования вегетативной массы 0,01 %-м раствором меднооксиэтилидендифосфонового комплекса приводит к тому, что в фазу созревания в корнеплодах происходит снижение содержания меди до 67 %, кадмия — до 20 %, цинка — до 5 %, а количество железа увеличивается до 3 раз.

Тяжелые металлы поступают в организм человека в основном с растительной пищей, куда попадают главным образом из почвы (рис. 21). Почва — открытая подсистема в геохимическом ландшафте, потоки вещества и энергии в которой связаны с приземной атмосферой, растительностью, с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами.

Состав и количество удерживаемых элементов зависят от:

  • • содержания и состава гумуса;
  • • кислотно-основных и окислительно-восстановительных реакций в почве;
  • • сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения.

В почвах с нейтральной реакцией среды, например, в черноземах, сульфат и бикарбонат кальция преобладают в составе легкорастворимых солей. Наличие в почвенном растворе значительного количества кальция приводит к резкому сокращению доли растворимой фракции гумуса. Поэтому Pb, Zn, Hg, Со, попадая в почвенный раствор, взаимодействуют в основном с минеральной частью, образуя нерастворимые и слаборастворимые карбонаты и сульфаты. Являясь промежуточным звеном в цепи «почва — растение — животное — человек», растения накапливают микроэлементы, в том числе и тяжелые металлы.

Часть техногенных выбросов тяжелых металлов является отходами деятельности тепловых электростанций, особенно работающих на угле. Техногенные выбросы поступают и в воздух, и в воду, затем они могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения (рис. 21).

Пути поступления химических элементов в организм человека [цит. по

Рис. 21. Пути поступления химических элементов в организм человека [цит. по: http://dettme.narod.ni/TMVOS.htm]

Почвенный покров аккумулирует тяжелые металлы и практически не разрушает их. Первый период полуразложения (т.с. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно различается у разных элементов, однако у всех них этот период весьма продолжителен: для Zn — от 70 до 510 лет; для Cd — от 13 до 110 лет; для Си — от 310 до 1 500 лет; для РЬ — от 740 до 5 900 лет. Верхние горизонты, содержащие гумус, прочно фиксируют тяжелые металлы и многие неметаллы.

Центральное положение почвы в экосистеме и возможные пути поступления

Рис. 22. Центральное положение почвы в экосистеме и возможные пути поступления

в нее химических загрязняющих веществ [цит. по: http://dettme.narod.ni/TMVOS.htm]

Таким образом, увеличение концентрации тяжелых металлов в почве вследствие загрязнения окружающей среды влечет за собой увеличение их содержания в тканях растений. Растения являются основным звеном в пищевой цепи «почва — растение — человек», по которой тяжелые металлы поступают в организм человека и накапливаются в нем.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >