АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

И тяжелыми металлами

Ежегодно на каждого человека в мире в среднем приходится до 5-6 тонн органических и минеральных отходов. Эти вещества загрязняют почвенный покров, воды и атмосферу, из которой попадают снова в почвы.

Почвенный покров находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и гидросферой, принимая и отдавая взвешенные или растворенные вещества. Растения усваивают эти вещества, передают их через пищевые цепи животным и человеку. Экскременты и метаболиты животных и человека вновь возвращают их в окружающую среду. Среди этих веществ много инертных и безвредных соединений, но немало токсических, вызывающих болезни и мутации.

Проектируя и осуществляя строительство крупных предприятий, новых оросительных систем, населенных пунктов, необходимо предупредить возможность появления опасного загрязнителя или переносчика болезней природного или антропогенного происхождения.

В мире различными предприятиями производится более 6 млн. видов продукции, которые нужны человеку. Из каждых 100 тысяч искусственных соединений 15 тысяч вызывают тревогу и требуют внимания, из них около 500 интенсивно привносятся в окружающую среду и являются вредными.

В окружающую среду поступает большое количество отходов, сточных вод, шлаков, золы, аэрозолей, газов. Наиболее токсичными являются свинец, ртуть, кадмий, сероводород, сернистый ангидрид, фтористоводородная кислота, хлор, силикатная пыль, окись углерода, фенолы. Все эти чуждые биосфере вещества концентрируются в индустриальных центрах и городах, на их территории и вокруг них на разных расстояниях.

Различные газы, химикаты, применяемые в сельском, лесном, водном, морском хозяйствах, продукты и отходы работы транспорта распространяются на всю сушу и океан.

При сжигании угля и нефти в почву и воду поступает огромное количество различных химических элементов и их соединений. Ежегодно на почвенный покров планеты поступают миллионы тонн углерода, серы, алюминия, кальция, магния, калия, натрия, кремнезема, хлора; тысячи тонн цинка, титана, никеля, свинца, молибдена, марганца, меди, хрома, кобальта, брома, ванадия, ртути, кадмия и др. Больше половины этих поступлений остается в шлаках, золе, образуя локальные аномалии в химическом составе почв и вод. Остальные в виде аэрозолей и газов распределяются в радиусе 30-100 км и уносятся дальше, нередко на тысячи километров. Лес способствует большему задержанию загрязнителей.

Только в США летучая тонкая зола поступает в атмосферу в количестве более 40 млн. тонн ежегодно; реакция золы и аэрозолей очень разнообразна, рН колеблется от 2,8-3 до 9-12. Таким образом, в зависимости от типов почв и их водного режима шлаки, золы, летучие компоненты могут вызывать подкисление или подщелачивание почв, могут быть источником дополнительного питания растений на бедных почвах, могут быть причиной токсикозов и болезней. Это невозможно предсказать в обобщенном виде заранее.

Тяжелые металлы в системе “почва – растение”. Поступившие в почву тяжелые металлы (к тяжелым металлам относятся цветные металлы с плотностью выше, чем у железа – 7874 кг/м³) претерпевают различные превращения. Некоторое их количество переходит в почвенный раствор, часть поглощается органическим веществом, часть – минеральной частью почвы, определенное их количество осаждается в результате химических реакций с различными соединениями, а часть остается в растительных и животных остатках. Частично тяжелые металлы вымываются в грунтовые воды.

В почве интенсивно протекает процесс связывания тяжелых металлов. Прочно закрепляются ртуть и свинец, образующие устойчивые соединения с гумусовыми кислотами.

Органические вещества образуют с металлами слабо подвижные комплексы. Органическое вещество связывает тяжелые металлы прочнее, чем минеральные компоненты почвы. Емкость поглощения металлов гумусом в 4 раза выше, чем у глин.

Разные генетические типы почв характеризуются различной прочностью фиксации тяжелых металлов. Так, по способности поглощать свинец почвы образуют следующий нисходящий ряд: торфяники > чернозем южный > чернозем типичный > серая лесная оподзоленная > дерново-подзолистая.

Интенсивность связывания тяжелых металлов почвой возрастает в щелочной среде. Тяжелые металлы наиболее прочно фиксируются почвами тяжелого гранулометрического состава с нейтральной или щелочной реакцией среды. При низком значении рН поглотительная способность глины и гумуса снижается и мобильность (подвижность) тяжелых металлов возрастает.

Закрепляя тяжелые металлы в верхнем гумусовом горизонте и переводя их в связанное и недоступное для растений состояние, почва препятствует их вымыванию за пределы профиля. Необходимо отметить, что выпадающие техногенные выбросы тяжелых металлов находятся в основном в виде труднорастворимых соединений. Однако при изменении рН почвенного раствора в сторону подкисления происходит высвобождение металлов из труднорастворимого состояния и включение их в естественный круговорот веществ.

Например, выпадение кислотных дождей способствует повышению их подвижности и создает угрозу загрязнения грунтовых вод. При этом тяжелые металлы более энергично поступают в растения.

Хотя почва активно связывает тяжелые металлы и переводит их в малоподвижные формы, они все же мигрируют по профилю. Процесс миграции обусловлен свойствами и особенностями почв, наличием или отсутствием в почвах трещин, ходов корней растений и животных. По этим трещинам и ходам металлы вместе с почвенной влагой перемещаются вниз по профилю и часто достигают грунтовых вод.

Наибольшее количество тяжелых металлов накапливается в почвах понижений – в депрессиях, потяжинах, поймах рек. Тяжелые металлы, которые переходят в почвенный раствор (легкорастворимая форма), доступны для растений и могут накапливаться в них до высоких концентраций.

Для оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами выбор химических элементов-показателей загрязнения производится с учетом их класса опасности (таблица 26).

Таблица 26

Отнесение тяжелых металлов, попадающих в почву к классам опасности

Основным критерием гигиенической оценки почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных культур, является предельно-допустимая концентрация (ПДК) тяжелых металлов в почве (таблица 27).

Таблица 27

Предельно-допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов,фтора и допустимые уровни их содержания по показателям вредности

(по состоянию на 1.01.1991 г., Протасов, Молчанов, 1995)

Кроме ПДК, при оценке степени загрязнения земель, используют транслокационный показатель вредности (показатель опасности накопления контролируемого элемента в растениях) в соответствии с приведенной выше таблицей (Мирошников и др., 1997).

Далее, в соответствии с таблицей 28, ранжируют земли по уровню загрязнения, используя сведения таблицы 12.

Таблица 28

Принципиальная схема оценки земель сельскохозяйственного использования, загрязненных тяжелыми металлами

Поведение тяжелых металлов в системе “почва – растение” определяется многими факторами - концентрацией и формой, в которой они присутствуют в почве, содержанием гумуса и глинистых частиц, величиной рН, температурой, влажностью, экологическими, физиологическими и биохимическими особенностями растений.

Свинец, ртуть и хром слабо поглощаются растениями; цинк, кадмий и таллий более доступны для растений. Однако при высокой кислотности почв, малой емкости обмена, невысоком содержании гумуса металлы, малодоступные для растений, могут поступать в них в значительных количествах.

Из сельскохозяйственных культур наибольшей способностью к поглощению тяжелых металлов из почвы обладают овощные, меньшей – зерновые и технические культуры. Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный характер: корни > стебли > листья > плоды. Это свидетельствует о наличии у растений защитного механизма, который препятствует поступлению токсикантов из корней в надземные органы. Такие тенденции слабее проявляются на почвах с нормальным содержанием металлов и сильнее – с избыточным.

Избыточное содержание тяжелых металлов представляет большую опасность как для почв, так и растений. Повышенное их содержание в почвах снижает общую численность микроорганизмов, а также активность целого ряда биохимических процессов, тормозит азотфиксацию, нитрификацию, целлюлозоразрушение, снижает выделение углекислоты, что отрицательно сказывается на плодородии почв.

Высокие концентрации тяжелых металлов отрицательно сказываются на важных физиологических процессах, происходящих в растениях, таких как: фотосинтез, дыхание, транспирация, водный обмен, поглощение и передвижение питательных веществ.

Например, при избыточном поступлении в растения какого-либо тяжелого металла снижается поглощение некоторых макроэлементов и в результате нарушается нормальный процесс минерального питания.

Внешне симптомы токсического воздействия тяжелых металлов на растения выражаются в торможении роста, различных заболеваниях, снижении прироста биомассы, ухудшении качества сельхозпродукции. Высокие концентрации тяжелых металлов угнетают рост корней, тормозят прорастание семян и снижают выживаемость сеянцев и саженцев древесных пород, часто делают непригодной сельскохозяйственную продукцию для употребления ее животными и человеком, вызывают многие тяжелые заболевания.

Биологическая роль некоторых тяжелых металлов в жизни растений, животных и человека. В природе нет токсичных и нетоксичных химических элементов, есть токсичные и нетоксичные концентрации. Концентрации химических элементов в почве играют определяющую роль в их экологической классификации. При низком содержании в почве, например Cu и Zn, возникает необходимость применения медного и цинкового микроудобрений для создания нормального питания растений (в этом случае – Cu и Zn выступают как микроэлементы); при сильном техногенном загрязнении этими элементами пахотных земель приходится использовать приемы по ограничению их поступления в выращиваемые сельскохозяйственные культуры (здесь Cu и Zn выступают как тяжелые металлы).

Рассмотрим кратко биологическую роль некоторых химических элементов, содержащихся в почвах и отнесенных к 1 и 2 классам опасности.

As – мышьяк. Многие века его рассматривали и как смертельный яд, и как лекарство, обладающее целебными тонизирующими свойствами. Это свидетельствует о том, что мышьяк, как, впрочем и другие элементы, могут быть необходимыми для живых организмов в малых дозах и крайне опасным в высоких концентрациях. Биологическое значение мышьяка объясняют его химической близостью к фосфору, способностью замещать его в некоторых биохимических рекциях, например при оксиредукции, брожении, гликолизе, в процессах распада углеводородов (Авцин, 1991; Кабата-Пендиас, 1989).

Жизненная необходимость мышьяка убедительно доказана только для животных; для человека и высших растений таких доказательств пока нет.

Недостаток мышьяка у высших растений не обнаружен, не изучена его биологическая роль. В естественных условиях концентрация элемента в пищевых и кормовых растениях колеблется от 0,003 до 1,5 мг/кг сухого вещества. Наибольшие его концентрации характерны для листовых овощей, грибов и трав, наименьшие – для плодов и зерна злаковых культур.

К высоким концентрациям мышьяка растительные организмы довольно устойчивы. Критический уровень содержания мышьяка в почвах для разных культур различный, что объясняется их неодинаковой чувствительностью (табл. 29).

Таблица 29

Сравнительная чувствительность растений к содержанию мышьяка в почве (Ильин, Сысо, 2001)

Фитотоксичный уровень содержания мышьяка в почвах зависит от их состава и свойств. На легких малогумусных почвах с низкой поглотительной способностью он невелик – меньше 10-20 мг/кг почвы, на тяжелых высокогумусных с большой поглотительной способностью может превышать 100 мг/кг.

Внешние признаки токсикоза растений от повышенного содержания мышьяка в почве – увядание листьев, фиолетовая их окраска, обесцвечивание корнеплодов и клеточный плазмолиз, снижение урожайности.

У животных дефицит мышьяка приводит к нарушению репродуктивной сферы, преждевременной гибели потомства и т.д.

Согласно отечественным разработкам, ПДК мышьяка в песчаных и супесчаных кислых почвах не должно превышать 2, в суглинистых и глинистых с рН, близким к 7 – 10 мг/кг.

Хроническое отравление мышьяком может привести к возникновению гастрита, гепатита, заболеванию глаз, стоматиту, бронхиту, онкологическим и другим заболеваниям.

Cd – кадмий. Хорошо известен как токсичный элемент, но он же относится к группе “новых” микроэлементов (кадмий, ванадий, олово, фтор), жизненная необходимость которых для животных доказана сравнительно недавно: в низких концентрациях кадмий способен стимулировать их рост (Авцин, 1991). Для высших растений необходимость в кадмии достоверно не установлена.

Основные проблемы, связанные у человечества с этим элементом, обусловлены техногенным загрязнением окружающей среды и его токсичностью для живых организмов уже при низких концентрациях.

Кадмий способен сравнительно легко поступать в растения из почвы через корневую систему, а также из атмосферы через листья. Растения обладают разной способностью аккумулировать его в товарной (съедобной) части.

Основной причиной токсичности кадмия для растений считается нарушение активности ферментов. Кроме того, кадмий тормозит фотосинтез, нарушает транспирацию и фиксацию СО₂, ингибирует биологическое восстановление NO₂ до NO. Фитотоксичность кадмия проявляется также в затруднении поступления и метаболизма в растения ряда элементов питания – Zn, Cu, Mn, Ni, Se, Ca, Mg, P. Этот антагонизм можно использовать, подавляя избыточное накопление кадмия в растениях путем улучшения снабжения их названными элементами.

Внешние симптомы кадмиевого токсикоза у растений – задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев. Естественные (фоновые) содержания кадмия в растениях невелики и составляют: в зерне злаков 0,013-0,22, траве – 0,07-0,27, бобовых культурах – 0,08-0,27, картофеле – 0,03-0,30, моркови – 0,07-0,35.9 мг/кг сухого вещества.

В результате деятельности человека глобальное обогащение окружающей среды кадмием в 3 раза превысило поступление его за счет естественных источников. Существует опасность для здоровья и жизни человека и животных от потребления в пищу растений, загрязненных кадмием. При этом внешне такие растения могут не иметь признаков отравления: токсичный для них уровень выше, чем для животных и человека. В животных организмах кадмий обладает способностью легко усваиваться из пищи и воды и проникать в различные органы и ткани. Кадмий ингибирует синтез ДНК, белков и нуклеиновых кислот, влияет на активность ферментов, его избыток нарушает усвоение и обмен других микроэлементов (Zn, Cu, Se, Fe), может вызывать их дефицит.

В мире и России существуют жесткие ограничения на поступление кадмия в организм человека и животных, содержание его в различных объектах природной среды, пище и воде. ПДК кадмия в почве в разных странах колеблется от 2 до 5 мг/кг.

Достаточно длительное поступление кадмия в организм человека даже в небольших количествах может вызвать нарушение сердечно-сосудистой системы (Покатилов, 1993), образование злокачественных опухолей, болезнь Итаи-Итаи (Ковда, 1985).

Se – селен. Необходимость этого элемента доказана только для животных. В них селен присутствует в селеносодержащих аминокислотах, белках и окислительно-восстановительных ферментах. Он участвует в различных биологических процессах, в том числе в окислении соединений серы и липидов, разрушении перекиси водорода (Торшин, 1996; 1997).

Проявление дефицита селена у животных установлено давно. К ним относятся такие заболевания как беломышечная болезнь у овец, диатез домашней птицы. При этом наблюдается задержка роста, облысение, катаракта, повреждение поджелудочной железы и стенок кровеносных сосудов. Возникновение заболеваний возможно, если концентрация селена в кормах равна 0,01-0,1 мг/кг сухого вещества, в почвах – 0,05-0,1 мг/кг, в водах – менее 10 мкг/л (Эйхлер, 1985).

У человека при недостатке селена в рационе (менее 20 мкг/сут) возможно возникновение болезни Кешана, выражающейся в аритмии, увеличении размеров сердца, некрозе миокарда. Кроме того, наблюдаются следующие патологии: снижение иммунитета и функции печени; болезни кожи, волос и ногтей; катаракта. Возникновение дефицита селена может быть обусловлено разными причинами, в том числе и низким содержанием его в почвах, водах, продуктах питания.

Биологическая роль селена в растениях во многом схожа с ролью и поведением серы. Он может замещать серу в аминокислотах и в некоторых биохимических процессах.

Явно выраженные селенодефицитные состояния у растений не описаны, но можно предполагать, что недостаток селена в растениях будет обнаруживаться при его концентрации в тканях менее 0,01-0,02 мг/кг сухого вещества, и содержании в почве менее 0,04 мг/кг (Торшин, 1996).

Однако селен не только необходимый, но и чрезвычайно токсичный при высоких концентрациях элемент, опасный и для растений и для животных. Большое содержание селена нередко наблюдается в почвах и водах геохимических провинций, естественным путем обогащенных этим элементом, и на техногенно загрязненных территориях.

Угнетающее действие селена на растение может проявиться при содержании его в почве более 2 мг/кг в виде межжилкового хлороза на листьях и их почернении. Злаковые культуры чувствительнее к избыточному содержанию селена, чем бобовые.

Фитотоксичные концентрации селена опасны как для животных, так и для человека.

Принятый в России ПДК селена в кормах находится в пределах 0,5-1,0 мг/кг сухого вещества. При избытке селена у животных наблюдаются симптомы отравления: исхудание, анемия, нарушение сердечной деятельности и функции печени, деформация ног и копыт.

У человека избыток селена, возникающий за счет высокого содержания в почвах, пище и воде – довольно редкое явление. Люди, проживающие в селеновых геохимических провинциях, могут страдать от постоянной усталости, потери аппетита, гастритов. Токсикоз проявляется также в виде поражения ногтей и волос, шелушения эпидермиса, повреждении эмали зубов.

Pb – свинец. Интерес к этому элементу в биологии и медицине почти исключительно связан с его токсичностью для всего живого. Тем не менее установлено, что в небольших количествах он необходим растительным и особенно животным организмам. Дефицит свинца в растениях возможен при его содержании в надземной части от 2 до 6 мкг/кг сухого вещества (Кабата, Кальницкий, 1985). Животные испытывают недостаток этого элемента при концентрации его в кормах менее 0,2-0,5 мг/кг.

Несмотря на то, что свинец присутствует во всех живых организмах и, с одной стороны, доказаны его жизненная необходимость, а с другой – токсичность, биологическая роль и механизмы действия свинца изучены весьма слабо.

В связи с техногенным загрязнением окружающей среды, где свинец рассматривается как приоритетный загрязнитель, накоплена информация о его токсическом действии на живые организмы.

Избыток свинца в растениях ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания кадмия и снижению поступления цинка, кальция, фосфора, серы. Вследствие этого не только снижается урожайность растений, но и резко ухудшается качество производимой продукции.

Внешние симптомы негативного действия свинца – появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва. У древесных пород, высаживаемых у автомобильных дорог, свинец концентрируется в листве. После опада листвы и ее минерализации свинец опять попадает в почву. При сжигании опада свинец из биогенной формы переходит в мельчайшие и наиболее опасные для здоровья частички, рассеиваемые в воздухе. Затем свинец попадает через легкие в организм человека (Алексеенко, 2002).

Устойчивость растений к избытку свинца неодинакова: менее устойчивы злаковые, более устойчивые бобовые культуры. Поэтому симптомы токсичности у различных культур могут возникнуть при разном валовом содержании в почве – от 100 до 500 мг/кг. Считается, что концентрация свинца выше 10 мг/кг сухого вещества является токсичной для большинства культурных растений.

При свинцовом токсикозе у животных и человека в первую очередь поражаются органы кроветворения (анемия), нервная и сердечно-сосудистая системы, почки. Угнетается активность многих ферментов, нарушаются процессы метаболизма и биосинтеза. Указанные патологии возможны при превышении концентрации свинца выше 0,03 мг/л в воде, 0,2-0,5 мг/кг сухого вещества в зерне, 20-40 мг/кг сухого вещества в пастбищной траве и кормах.

Zn – цинк. Выполняет в живых организмах многие биохимические функции. Наиболее существенная из них – участие в составе разнообразных ферментов в метаболизме углеводов, белков и фосфатов.

У высших растений цинк накапливается, прежде всего, в семенах. Недостаток цинка сильнее угнетает процесс формирования генеративных органов и плодоношение (образование семян), чем рост вегетативной массы. В случае критически низкого уровня обеспеченности растений цинком возможно полное отсутствие семян.

Растения сильно отличаются по чувствительности к недостатку цинка, обычно он ощущается при концентрации в молодых растениях или органах менее 10-20 мг/кг сухого вещества. Особенно страдают от недостатка цинка зерновые (кукуруза) и бобовые (фасоль, люцерна) культуры, травы, лен, фруктовые деревья.

Внешне симптомы цинкового голодания у растений проявляются неодинаково: у кукурузы – побеление верхних листьев, у томата – мелколиственность и скручивание листовых пластинок и черешков, у фруктовых деревьев – мелколиственность и розеточность. При этом у всех культур прекращается рост междоузлий и общий рост.

Дефицит цинка у растений ведет к нарушению углеводного, фосфорного и белкового обмена, ухудшению репродуктивной функции, снижению устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды (Захурул, 1999; Шматько, 1977).

Недостаток цинка в почве – распространенное явление на Земле. Он может быть обусловлен как низким содержанием его, так и малой подвижностью. Обычно дефицит у растений возникает на легких и малогумусных почвах, при высоком содержании карбонатов и при рН более 7.

У животных дефицит цинка ощущается при содержании его в кормах менее 20-30 мг/кг сухого вещества, что приводит к ухудшению аппетита, задержке роста, полового созревания и бесплодию.

Избыток цинка в растениях в природных условиях встречается редко. Он возможен при неправильном применении цинксодержащих удобрений, в зонах промышленного загрязнения почвы. Большинство видов растений обладают высокой толерантностью (терпимостью) к избытку цинка. Пределы избыточного и токсичного содержания цинка у разных растений неодинаковы. Например, избыточной для овса и ячменя считается концентрация более 70, токсичной – более 300 мг/кг сухого вещества. Обычным симптомом цинкового токсикоза является хлороз молодых листьев. Ввиду антагонизма между цинком и другими элементами, при избыточном поступлении цинка в растения может наблюдаться торможение притока меди и железа и возникать симптомы недостатка этих элементов.

Для животных избыточным в корме считается концентрация цинка более 500 мг/кг сухого вещества. При избыточном потреблении его снижается прирост живой массы, появляется депрессия в поведении (Кальницкий, 1985).

Cu – медь. Этот металл играет важную роль во многих физиологических процессах, протекающих в живых организмах. В растениях – это фотосинтез, синтез гемоглобина, дыхание, перераспределение углеводов, восстановление и фиксация азота и т.д. Столь разностороннее участие объясняется способностью меди, также как и железа, марганца, кобальта и молибдена, менять валентность. Медь, наряду с цинком, отвечает за процессы репродукции: ее дефицит приводит к уменьшению образования зерен. Обычно количество меди в растениях варьирует от 1 до 20 мг/кг сухого вещества. Дефицит элемента обнаруживается в сельскохозяйственных культурах, когда его содержание в растительной массе опускается до 3-5 мг/кг сухого вещества, становится критическим при 2 мг/кг сухого вещества. Признаки дефицита – замедление, даже прекращение формирования репродуктивных органов, появление щуплого зерна, либо пустозернистых колосьев, снижение устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Такие признаки обычно появляются в посевах на почвах с высоким содержанием карбонатов, органического вещества (торфяники), со щелочной реакцией среды, снижающих подвижность меди.

По чувствительности к дефициту меди растения делятся на три группы (табл.. 30).

Таблица 30

Относительная чувствительность различных растений

к дефициту меди

Животным организмам медь необходима для синтеза гемоглобина и участия во многих биологических процессах, аналогичных вышеописанным для растений.

У животных и растений дефицит меди приводит к анемии, снижению интенсивности роста, потере живой массы, при острой нехватке металла (менее 2-3 мг/сут) возможно возникновение ревматического артрита и эндемического зоба. Причина дефицита – низкое содержание меди в кормах и продуктах питания, а также неблагоприятное ее соотношение с другими элементами – Ca, Zn, Mn, Pb и др. Избыток этих элементов-антагонистов снижает поступление меди в организм и ее усвоение.

Медь – ускоритель внутриклеточных химических процессов, связывается белком, входит в состав крови, способствуя усвоению ее железа, участвует в изоляции нервных волокон. Наибольшая концентрация меди в организме человека происходит в печени. Свою ежесуточную норму этого металла (около 0,05 г) человек, как правило, получает с пищей. Недостаток меди приводит к слабости, близорукости, заболеваниям костной системы, развитию малокровия, снижению количества гемоглобина. Исследования в США показали, что у детей с плохим аппетитом волосы содержат меньше цинка, меди и никеля.

При резком дефиците меди начинается атаксия – нарушение координации движений, сопровождающееся дрожанием конечностей. В ряде работ отмечается связь заболеваемости раком с недостатком меди (многие районы Африки).

В то же время давно известно, что растворимые соединения металла, как правило, токсичны. При получении повышенных доз меди начинаются болезни печени, желудка. Металл, не связанный с белком, проникает в повышенных концентрациях не только в печень и почки, но и в мозг, глаза (они при этом синеют); при высоких дозах несвязанной меди может наступить смерть.

Содержание меди в почвах европейской части России колеблется от 0,16 · 10^-3 до 20 · 10^-3%, среднее содержание составляет 2 · 10^-3%. А.П. Виноградовым установлена общая закономерность увеличения концентрации меди от лесных почв к выщелоченным и обыкновенным черноземам. К числу общих природных закономерностей распределения металла в почвах (без учета влияния остальных ландшафтно-геохимических факторов) необходимо отнести следующие:

1. содержание меди зависит от характера почвообразующих пород, а процесс почвообразования вносит лишь небольшие коррективы;

2. щелочные почвы с высоким содержанием гумуса наиболее обогащены медью, особенно верхний гумусовый горизонт;

3. кислые и нейтральные интенсивно промываемые почвы (подзолы, серые лесные и особенно торфянистые) обеднены медью, т.к. подвижные ее формы вымываются и закрепляются в иллювиальном горизонте В;

4. медь имеет наибольшее сродство к гумусу и прочно фиксируется в виде металло-органических комплексов. Переход от черноземов к каштановым почвам сопровождается в связи с уменьшением содержания гумуса снижением концентрации меди.

Исследованиями установлена связь меди с высокодисперсными глинистыми частицами – до 70% меди в почвах может приходиться на сорбированную форму. Следует отметить, что в степных кальциевых почвах образуются устойчивые гумусово-глинистые агрегаты, способствующие закреплению металла.

Медь относится к числу металлов, используемых человеком с глубокой древности. Увеличивающееся потребление меди приводит к повышению ее концентрации в биосфере. К числу особенно вредных явлений следует отнести поступление меди в биосферу через атмосферу, т.к. при этом металл проникает в организм человека через легкие, с водой и продуктами питания. Наибольшее количество металла поступает в атмосферу, а потом на почву с пылью (дымом) от медеплавильных заводов. Подсчитано, что выплавка одной тонны черновой меди сопровождается образованием более двух тонн пыли, содержащей до 15% меди.

Значительное количество меди поступает в биосферу и с металлоломом. Подсчитано, что только за счет металлолома можно было бы ежегодно возвращать около одного млн. т металла (при мировой добыче около пяти млн. т). Пока же большая часть его пропадает, увеличивая концентрацию меди в почвах, водах, растениях, животных организмах, что вызывает многочисленные болезни растений, животных и человека.

Методы детоксикации почв от тяжелых металлов следующие:

1. внесение извести на сильно загрязненных участках почв. При этом происходит подщелачивание рН, выпадение в осадок некоторых тяжелых металлов в виде гидрооксидов, карбонатов, фосфатов. При уменьшении кальция уменьшается и способность корневой системы к поглощению ряда тяжелых металлов (например, свинца);

2. применение органических и фосфорных удобрений. Образующиеся при этом металлоорганические комплексы малоподвижны и не способны преодолеть клеточные мембраны на контакте почва-корень (например, фосфорные удобрения образуют фосфаты свинца, фосфаты цинка, малодоступные для растений);

3. применение природных и искусственных ионообменников. Например, цеолиты поглощают мобильную часть элементов-загрязнителей (норма внесения – 45-70 т/га);

4. внесение торфа (особенно в почвы, сильно загрязненные медью);

5. биологические приемы, т.е. выращивание толерантных к тяжелым металлам сортов и культур растений. Не рекомендуется выращивание листовых овощей (капуста, салаты и т.д.) и корнеплодов, которые поглощают из почвы большое количество тяжелых металлов. Возделывание на зараженных участках технических, лесных культур, цветов;

6. создание нового пахотного горизонта с помощью плантажной вспашки (захоронение загрязненного горизонта на глубину 40-50 см).

Контрольные вопросы

1. Назовите химические вещества антропогенного происхождения повышенная концентрация которых в наибольшей степени негативно влияет на свойства почв и жизнь растений.

2. Что происходит с тяжелыми металлами при поступлении их в почву?

3. От чего зависит интенсивность связывания тяжелых металлов в почве?

4. Как влияют кислотные дожди на подвижность тяжелых металлов в почве?

5. Чем обусловлен процесс миграции тяжелых металлов в почвах?

6. В почвах каких элементов рельефа идет более интенсивное накопление тяжелых металлов?

7. Назовите тяжелые металлы, относящиеся к1, 2, 3 классам опасности.

8. Какими факторами определяется поведение тяжелых металлов в системе «почва – растение»?

9. Какие сельскохозяйственные культуры характеризуются наибольшей способностью поглощения тяжелых металлов из почвы?

10. Как влияют высокие концентрации тяжелых металлов на почвенную микрофлору?

11. Каково влияние высоких концентраций тяжелых металлов на физиологические и биохимические процессы у растений?

12. В чем состоит биологическое значение мышьяка?

13. Какие растения могут накапливать мышьяк в повышенных концентрациях?

14. От чего зависит фитотоксичный уровень содержания мышьяка в почвах?

15. Назовите внешние признаки токсикоза у растений от повышенного содержания мышьяка в почве.

16. Какие сельскохозяйственные растения наиболее чувствительны к повышенной концентрации мышьяка в почве?

17. Какие болезни у животных и человека может вызвать отравление мышьяком?

18. Назовите основную причину токсичности кадмия для растений.

19. Назовите внешние признаки кадмиевого токсикоза у растений.

20. Какие заболевания у человека могут возникнуть при длительном поступлении в его организм кадмия?

21. Как проявляется дефицит селена у животных и человека?

22. В чем состоит биологическая роль селена у растений?

23. Как проявляется угнетающее действие селена на растение?

24. Какие растения более чувствительны к избытку селена?

25. Какие заболевания возникают у животных и человека при избытке селена?

26. К чему приводит избыток свинца в растениях и каковы внешние симптомы его?

27. Какие растения более устойчивы к избытку свинца в почве?

28. Какие заболевания вызывает избыток свинца у животных и человека?

29. Какова биохимическая роль цинка в живых организмах?

30. В каких органах высших растений цинк накапливается в большей степени и в чем проявляется его недостаток?

31. Какие сельскохозяйственные растения в наибольшей степени страдают от недостатка цинка?

32. Как проявляются внешние симптомы цинкового голодания у растений?

33. Какие биохимические нарушения у растений появляются при дефиците цинка?

34. На каких почвах дефицит цинка у растений проявляется чаще всего?

35. Назовите причины появления избытка цинка в почвах и в чем проявляются симптомы цинкового токсикоза у растений?

36. Какова роль меди в физиологических процессах, протекающих в живых организмах?

37. Каковы признаки дефицита меди у сельскохозяйственных растений и на каких почвах они обычно проявляются?

38. Назовите сельскохозяйственные растения наиболее чувствительные к дефициту меди.

39. Какие заболевания вызывает дефицит меди у животных и человека?

40. Какие заболевания у животных и человека вызывают повышенные концентрации меди?

41. Назовите мероприятия по детоксикации почв от тяжелых металлов.

Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 1911 | Нарушение авторских прав