Моніторинг земель поблизу ВАТ "Рівнеазот" (стр. 6 из 9)

Як відомо, елементи з ґрунту поглинаються переважно у вигляді іонів. Однак у рослинній тканині ця форма вже не домінує. Метали в іонній формі, очевидно, у помітній кількості можуть зустрічатися в ксилемі, апопласті і вакуолях, тоді як у цитоплазмі вони входять, в основному, у склад органічних сполук. Органічні сполуки, що виходять за межі клітин, можуть хелатувати іони металів, роблячи їх менш активними і пом'якшуючи тим самим вплив несприятливого ефекту (Wallace et. c, 1968) [16, 127].

За ступенем рухомості А.Л. Курсанов (1976) виділяє у тканинах три зони [16, 132]:

- вільний простір, звідки іони вимиваються легко;

- цитоплазму, яка важко віддає іони;

- вакуолі, де іони утримуються міцно.

Викладені уявлення допомагають пояснити ситуації, що виникають при забрудненні середовища важкими металами.

Важкі метали негативно впливають на різні боки життя рослин. М.Д. Степановою і Н.Ю. Гармаш було встановлено, що при високому вмісті у рослинних тканинах свинцю змінюється кількість N, Р, Са і Мо, при надлишку Cd – Са, Mn, Cu, Мо. Більшою мірою це стосувалося листків, меншою – насіння [19, 231].

При більш детальному вивченні білкового обміну виявилося, що надлишкова концентрація важких металів у рослинах впливає на його фракційний склад, при постійності вмісту глобулінів зростає кількість проламінів, глютелінів і нерозчинного залишку і дещо зменшується вміст альбумінів. Ця обставина вказує на погіршення складу білків, зокрема на зниження вмісту лізину.

Важкі метали, починаючи з певної концентрації, гальмують процес фотосинтезу і зменшують транспірацію рослин. При високому вмісті у середовищі, наприклад РЬ, продуктивність фотосинтезу в різних сільськогосподарських культурах виходить на рівень 10% від максимальної, а транспірація скорочується майже у 20 разів порівняно з контролем (Bazzaz et al., 1985) [16, 148].

Результатом пригнічення токсикантами фізіолого-біохімічних процесів є загальне послаблення опору рослин до хвороб і шкідників, що називається «вторинною» дією токсикантів.

Рис. 1. Фітотоксичність важких металів

Токсичну дію металів на рослини можна прослідкувати по росту:

· 0-2 – ріст відсутній;

· 2-3 – гостра нестача;

· 3-4 – середня нестача;

· 4-5 – оптимальний вміст;

· 5-6 – слабка токсичність;

· 6-7 – сильна токсичність;

· 7 – загибель рослини.

На відміну від симптомів нестачі, які для кожного елементу є специфічними, ознаки надлишку більш-менш однакові. Згідно зі схемою Busser, при поступовому зростанні концентрації іонів у середовищі спостерігається поступова поява ознак пригнічення рослинного організму:

· 1 – гальмування росту;

· 2 – хлороз листків;

· 3 – некрози верхівок і країв листків;

· 4 – відмирання коренів.

Якщо некрози листків і відмирання коренів виступають як прямий наслідок надлишкового вмісту елементу в рослинних тканинах, то хлороз і обмеження росту можуть бути також і результатом антагоністичних взаємовідносин надлишкового іону з іонами поживних речовин і виникнення таким чином індукованої нестачі у тканині.

Висока фітотоксичність властива Нg і Cd. Менш токсичними є Cu, Zn, Pb. У дослідах із зеленними культурами встановлено наступний ряд токсичності вивчених хімічних елементів: Cd > Ni > Zn, Cr > Pb [Foroughi et al., 1975] [19, 239]. Згідно з даними, фітотоксичність важких металів розміщується таким чином: Cd > Cu > Co = Ni > As = Cr > Zn > Mn = Fe > Pb.

K.V. Smilde (1981) розташував метали за фітотоксичністю в такий ряд: Cd> Ni> Cu> Zn> Cr і РЬ. Він вказує на те, що метали у чистому вигляді менш токсичні, ніж у поєднанні з іншими металами.

За чутливістю до кадмію рослини можна розмістити у такій послідовності (по зростаючій): томат, овес, салат, лугові трави, морква, редька, квасоля, горох. Цинк слаботоксичний для рослин, малотоксичний і молібден, навіть якщо він попадає у ґрунт у великій кількості. Мідь у високих концентраціях може мати токсичну дію на рослину, особливо на легких і малогумусних ґрунтах. Ознаки хлорозу й утворення численних зафарбованих у коричневий колір бічних корінців відмічалось у рослин при вмісті у ґрунті 0,7-1,1 кг/га сполук міді, які вилучаютьсь з водою. Найменшу безпеку становить свинець, оскільки у рослинах добре відлагоджена система захисту при проникненні його у кореневу систему.

1.6 Нормування вмісту важких металів у ґрунті

Зберігання головної функції ґрунту – забезпечення умов для нормальної життєдіяльності сільськогосподарських культур – в умовах зростаючого забруднення оточуючого середовища стає завданням першочергового значення. Успішне вирішення його залежить, зокрема, від дієвості контролю за надходженням забруднювачів у ґрунт, а із ґрунту – у харчовий ланцюг.

ГДК важких металів – це така їх концентрація, яка при тривалому впливі на ґрунт і рослини, що ростуть на ньому, не викликає яких-небудь патологічних змін чи аномалій у ході біологічних процесів, а також не призводить до накопичення токсичних елементів у сільськогосподарських культурах і, відповідно, не може порушувати біологічний оптимум для сільськогосподарських тварин і людини (табл.1.4.).

Макаренко Н.А. вказує на те, що валовий вміст важких металів доцільно використовувати для загальної характеристики стану ґрунтів і потенційної небезпечності важких металів [19, 251]. Лише вміст рухомих форм буде зумовлювати рівень їхньої токсичності.

Метали саме у рухомих сполуках негативно впливають на ґрунтовий біоценоз, що неодноразово було доведено вітчизняними і зарубіжними спеціалістами. Згідно з ГОСТ 17.4.1.02-83, у ґрунтах, у першу чергу, необхідно проводити контроль за вмістом As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn (/ клас небезпечності), у другу чергу – за вмістом В, Co, Mo, Ni, Cu, Sb, Cr (// клас небезпечності), у третю чергу – Ва, V, W, Mn, Sr (/// клас небезпечності).

Існування зворотного зв'язку між вмістом важких металів у ґрунті і врожаєм враховується, наприклад, румунськими дослідниками при класифікації ступеня забруднення ґрунтів (Rauta, Carstea, 1986) [19, 153]:

Ступінь забруднення ґрунту Зниження врожаю і(чи)

його якості, %

практично незабруднені <5

злегка забруднені 6-10

середньо забруднені 11 -25

сильно забруднені 26-50

дуже сильно забруднені 51-75

надлишкове забруднення >75

Слід зазначити, що, згідно з багатьма дослідженнями, пороговим слід вважати зниження урожаю на 15-20%, оскільки при цьому відбувається важлива у гігієнічному плані обставина – накопичення важких металів у частині рослин, що вживаються у їжу, вище ГДК.

Таким чином, вивчення результатів антропогенного забруднення оточуючого середовища уданий час набуло виключно важливого значення, оскільки багато з хімічних інгредієнтів, які накопичуються у повітрі, воді і ґрунтах, є надзвичайно небезпечними для живих організмів. На найбільшу увагу заслуговує техногенне накопичення важких металів, особливо у ґрунтах – початковій ланці харчового ланцюга. Так само актуальними є вивчення забруднення сільськогосподарських культур, тому що 70-80% від загальної кількості важких металів, що надходять в організм людини, припадає на рослинну продукцію.

Таблиця 1.4.

ГДК важких металів, мг/кг

Елемент	ГДК валових форм		ГДК рухомих форм Кисіль В.І., 1997 (ацетатно-амонійний буфер, рН 4,8)	ГДК валового вмісту в рослинній продукції, мг/кг сух. реч.(Кисіль В.І.)
Мінеєв, 1990	Черних, Ладинін, 1995
Сu	100	100	3	5
Ni	50	4	-
Co	50	5	-
Zn	300	300	23	10
Cd	5	3	0,7	0,003
Pb	100	32	2	0,5
Cr	100	100	6	0,3

1.6 Способи детоксикації важких металів, техногенно накопичених у ґрунті

Серед заходів детоксикації надлишку важких металів у ґрунті можна виділити наступні:

1. Вапнування ґрунту

Установлено, що при рН 6,5 спостерігається найменша розчинність важких металів. У дослідах, проведених Карповою і Потатуєвою, встановлено, що вапно значно знижує надходження кадмію в рослини. У літературі часто відмічається переважно антагонізм між Са і важкими металами. Даних про взаємодію Мg з важкими металами дуже мало.

2. Застосування гною, торфу, органо-мінеральних компонентів та інших дозволяє використовувати властивість багатьох органічних сполук до комплексоутворення з важкими металами. Утворені металоорганічні комплекси є або малорухомими, або неспроможними до подолання клітинних мембран на контакті ґрунт – корінь. Поряд із цим використання органічних добрив вирішує інше важливе для забруднених ґрунтів завдання – збагачує їх органічним вуглецем і елементами мінерального живлення рослин.

3. Значну здатність до детоксикації важких металів мають фосфорні добрива. Фосфати Pb, Zn та інших металів являють собою важкорозчинні сполуки, малодоступні для рослин. Внесення 3 т/га однозаміщеного фосфату кальцію в ґрунти за ефектом детоксикації Pb (враховувався вміст Pb у рослинах) відповідало внесенню від 1 до 4 т СаСO₃ /га. Для зниження видатків на суперфосфат доцільно використовувати фосфоритне борошно. Тому фосфоритування кислих ґрунтів з метою інактивації надлишкових важких металів розглядається як один з важливих заходів охорони здоров'я людини і тварин.[1, 47].

4. Для детоксикації надлишку важких металів у ґрунті, можливо, ефективним стане використання цеолітів як природних, так і штучних. Слід зазначити, що це відноситься до металів, що знаходяться у ґрунтовому розчині у вигляді катіонів. Надходження у рослини аніонної форми металів від присутності цеолітів не знижується [1, 48].