Каталог статей из сборников научных конференций и научных журналов- Тяжелые металлы в почве и растительности

З. З. Узаков  Преподаватель,

Каршинский государственный университет,

г. Карши, Кашкадарьинская область, Узбекистан

Почва, являясь составной частью литосферы, играет роль базиса всех наземных и пресноводных экосистем как естественных, так и антропогенных, и в сфере деятельности человека она – основное средство производства. Самая уязвимая часть Земли – наиболее активная ее верхняя оболочка, находящаяся на границе раздела атмосфера-литосфера, где протекают все жизненно важные процессы и реализуется уникальное свойство почвы – плодородие. Металлы сравнительно легко накапливаются в почвах, но как трудно и медленно из них удаляются! Период полуудаления (распада) из почвы цинка составляет приблизительно 500 лет, кадмия – 1100 лет, меди – 1500 лет, свинца – несколько тысяч лет. Значительным источником загрязнения почвы тяжелыми металлами являются удобрения, изготовленные из шламов промышленных и канализационных очистных сооружений, содержащие, как правило, кадмий, свинец, ртуть и другие токсичные металлы. [1, с. 72–73]. Поэтому такие удобрения из шламов должны регулярно контролироваться на содержание в них, по крайней мере, 10 наиболее токсичных металлов (кадмия, мышьяка, ртути, свинца, хрома, ванадия, никеля, бериллия, олова, молибдена) и только потом могут быть использованы в качестве удобрений.

Все компоненты экосистем, включая почвы, растения, животных и человека, содержат фоновые количества тяжелых металлов, не оказывающие отрицательного влияния на нормальное функционирование каждого отдельного организма и системы в целом. Превышение естественного уровня концентрации тяжелых металлов в живых организмах приводит к нарушению метаболизма, вызывая у человека и животных ряд заболеваний. При естественной (фоновой) концентрации тяжелые металлы в почве прочно связаны с ее составными частями, труднодоступны для растений и не оказывают вредного воздействия, но как только условия позволяют токсичным металлам перейти в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения (и почвы, и всех других компонентов экосистемы). За вторую половину XX века поверхность нашей планеты претерпела большие изменения, чем за всю предыдущую историю человечества! Основными причинами этого являются добыча торфа, цветных металлов, нерудных ископаемых, угля, нефти. Это отчуждение земельных участков под промышленные объекты и отвальные площади, загрязнение прилегающих территорий (еще и воздушного и водного бассейнов), изменение гидрогеологических условий в данном районе, сейсмические нарушения и многое другое. [2, с. 74–75].

Рассмотрим загрязнение почвы некоторыми тяжелыми металлами. Повышенная концентрация свинца чаще всего вызвана поглощением его из атмосферы – за счет выхлопных газов автомобилей или внесением компостных удобрений с металлами. Мышьяк находится во многих естественных почвах в низкой концентрации 10 млн.-1, однако его содержание может сильно возрастать; так, повышение концентрации до 120 млн.-1 было отмечено в почвах фруктовых садов и огородов как следствие применения запрещенного теперь пестицида – арсената свинца. Ртуть обычно в почвах содержится в количестве от 90 до 250 мг/га; но из-за «ртутного» протравливания зерна она может достигать 5 г/га, еще примерно такое же количество ртути попадает в почву с дождями и снегом. Особенно чувствителен к перечисленным тяжелым металлам небольшой гумусовый плодородный слой почвы, интенсивно их накапливающий.

Поскольку основными источниками поступления техногенных загрязнителей в почву являются выбросы и отходы промышленности (металлургических и химических комбинатов, нефти угледобывающих предприятий и т. п.), то максимальному загрязнению, естественно, подвергаются почвы, непосредственно прилегающие к этим источникам загрязнения. Повсеместно можно видеть земельные участки, используемые для выращивания продовольственных и кормовых культур или для выпаса скота вблизи промышленных предприятий, автодорог и других источников техногенного загрязнения почв. Среди загрязнителей промышленного происхождения наиболее массовыми являются тяжелые металлы с плотностью большей, чем у железа. Сильное колебание природных концентраций тяжелых металлов обусловливает трудности при оценке (естественный фон обычно неизвестен) повышения исходной их концентрации за счет деятельности человека.

Тяжелые металлы особенно опасны тем, что обладают способностью накапливаться, образуя высокотоксичные металлосодержащие соединения, и потом вмешиваться в метаболический цикл живых организмов. Быстро изменяя свою химическую форму при переходе из одной природной среды в другую, они не подвергаются биохимическому разложению, но вступают в химические реакции друг с другом и неметаллами. Кроме того, тяжелые металлы являются катализаторами известных (и неизвестных) химических реакций, в том числе и протекающих в почвах. Почва в свою очередь не только накапливает металлические загрязнения, но выступает как природный переносчик их в атмосферу, гидросферу и живую материю.

Откуда растения берут тяжелые металлы? Главный источник – это их питательная среда, т.е. растворы из почвы.

Поглощение ионов металлов корнями растений может быть неметаболическим и метаболическим. В первом случае идет диффузия ионов из почвы в корень, а во втором – на биологический процесс уже необходимы затраты энергии самого растения. Поглощение металлов листьями (фолиарное) тоже имеет практическое значение, особенно при внекорневой подкормке, например, железом, марганцем, цинком, кобальтом, медью. Затем они переносятся в другие части растительной ткани и в корни (где избыточное количество металла идет в запас), а часть металлов из листьев вымывается дождем. [1, с. 76–77].

Около десятка металлов принято считать жизненно необходимыми для растений (К, Na, Са, Mg, Zn, Си, Fe, Mn), еще несколько металлов необходимы только некоторым видам растений (Li, Ni, Al, V). Ионы всех этих металлов участвуют в ключевых метаболических процессах, таких как дыхание, фотосинтез, фиксация азота, ассимиляция серы. [2, с. 7–8]. Они активизируют ферменты, входят в систему переноса электронов, а также катализируют изменение степени окисления металла в реакциях обмена веществ. Некоторые металлы – кобальт, марганец, медь, молибден, алюминий – выполняют специфические функции в защитных механизмах у морозостойких или у засухоустойчивых разновидностей растений. Просто поразительно, как сильно зависят растения от недостатка иона металла или от избыточной его дозы! Металлы поступают в растительный мир отовсюду: из почвы, атмосферы и гидросферы. Растения могут быть пассивными и выступать коллекторами металлов, а также и обеспечивать движение металлов в биосфере посредством биохимических и физиологических реакций. И форма нахождения металла в растительной ткани (коллоиды, соли, комплексы), как и в почве, играет решающую роль в самом акте переноса металла в другие живые организмы. Рост различных растений с увеличением концентрации металла (в питательном растворе) сначала ускоряется, потом довольно быстро достигает предела, а затем угнетается. [2, с. 23].

Безусловно, тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, неравномерно распределяются в их органах и тканях. Часто корневая система содержит больше цинка по сравнению с надземной, причем накапливается цинк лишь в старых листьях. Листовые овощи содержат его больше, чем те, которые образуют плоды и корнеплоды; в корнеплодах моркови количество тяжелых металлов (кроме железа) убывает снизу вверх, а железо равномерно распределяется по всему корнеплоду. Цинк и свинец накапливаются в средней части, а медь, марганец, кадмий – в корневой. У свеклы содержание цинка и свинца выше в центральной части корнеплода, а остальных металлов – в нижней. В клубнях картофеля откладывается минимальное количество кадмия, цинка и свинца, а в кожице – повышенное содержание железа, меди и марганца распределяется равномерно. У капусты содержание всех металлов возрастает в 3–5 раз, начиная от внешних листьев к кочерыге, у кабачка и тыквы в 3/4 плода, примыкающих к плодоножке, накапливается в 1,5–3 раза больше тяжелых металлов, но больше всего их находится в коре и сердцевине плода. Все это связано с кислотностью почвы, и внесение извести на кислых почвах уменьшает накопление тяжелых металлов до безопасных концентраций, поскольку связывает их в труднодоступные растениям соединения [2, с. 79–80].

Библиографический список

1. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века: Учеб. пособие. - М.: Изд-во РУДН, 2002. 140с.

2. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и  растения. Петрозаводск: Карельский  научный центр РАН, 2014. 194 с.