Geum.ru

План Введение 1 Действие тяжелых металлов на растительные организмы 3 Химическая природа тяжелых металлов 3

Вид материалаДокументы

Содержание


1.2. Тяжелые металлы в естественных и искусственных экосистемах
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7
^

1.2. Тяжелые металлы в естественных и искусственных экосистемах


Процессы естественного развития экосистем и наступающие изменения в их функционировании под влиянием антропогенных агентов во многом
определяются не только силой воздействия или временными характеристиками,
но и, в первую очередь, природой действующих факторов.

В зависимости от природы техногенных факторов их воздействие на агроэкосистемы может осуществляться как в результате непосредственного действия источника, так и при миграции загрязняющих веществ по сельскохозяйственным цепочкам. Большинство химических элементов необходимы для нормальной с жизнедеятельности растений поэтому, говоря об устойчивости растений к тяжелым металлам, имеются в виду их токсические концентрации в субстрате.

Наибольший техногенный пресс испытывают водные и наземные экосистемы. Естественные уровни содержания тяжелых металлов в водных и почвенных растворах подвержены значительным колебаниям. Так, например, валовое содержание никеля в почвах мира колеблется от 1 до 200 мг/кг (Кабата-Пендиас А., Пендиас X., 1989). В почвах Западной Сибири его валовое количество изменяется от 15 до 50 мг/кг, подвижная форма составляет от валовой 30-40%.

Приведенные концентрации характеризуют районы антропогенно незагрязненные. Содержание никеля в промышленных зонах может возрастать в 2 раза и более.

Существует два источника поступления тяжелых металлов в окружающую среду: природный и техногенный.

Из природных - наибольшее значение имеют выветривание горных пород и минералов, эрозия почв, вулканическая деятельность, высокие естественные уровни содержания тяжелых металлов в почвообразующих породах.

Основными техногенными источниками поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются выбросы промышленных предприятий черной и цветной металлургии, металлообрабатывающей, горнодобывающей и горно- обрабатывающей промышленности, тепловой энергетики, а также автомобильный транспорт.

Загрязнению способствует и широкое использование средств химизации в сельском и лесном хозяйстве (минеральные удобрения, металлосодержащие пестициды), шахтные отвалы, твердые отходы металлургических производств и осадки сточных вод, применяемые в качестве агромелиорантов.

Антропогенные источники загрязнения располагаются в регионах с развитой промышленностью, высокой плотностью населения и интенсивным сельским хозяйством, но их влияние может проявляться и на значительном удалении вследствие атмосферного переноса и водной миграции загрязняющих веществ.

Состав, уровни и опасность загрязнения определяются, с одной стороны, отраслевой принадлежностью и характеристиками источника загрязнения, а с другой - почвенно-климатическими особенностями, рельефом местности и другими природными условиями, структурой землепользования и применяемыми в сельскохозяйственном производстве технологиями.

Металлургические шлаки представляют собой силикатные системы с различным содержанием железа и в качестве примесей содержат тяжелые металлы, мышьяк, сурьму и другие вредные вещества, которые из отвалов и других накопителей отходов попадают в окружающую среду. Сточные воды предприятий черной и цветной металлургии наряду с солями тяжелых металлов, содержат цианиды, тиоцианаты, сульфиды, сероводород и соединения мышьяка, отравляющие гидробиоту и делающие воду непригодной для питья, водопоя, орошения, а, зачастую, и для технического использования.

Производство цветных металлов, сплавов и гальваническое производство поставляют в окружающую среду Se, As, Sb, Си, Ag, Sr, Zn, Cd, Hg, Al, Sn, Pb, Bi, Mo, W, Ni.

Среди сельскохозяйственных источников выделяются вещества и химические соединения, используемые в качестве минеральных и органических удобрений и агромелиорантов (обезвреженные осадки промышленных и бытовых сточных вод, конверсионные продукты - фосфогипс, шлаки, силикагели и др.).

Передвижение соединений тяжелых металлов происходит с участием корней растений. Тяжелые металлы во взвешенном веществе могут быть в составе алюмосиликатного материала, в форме минеральных соединений, а также в форме сложных комплексов переменного состава. В составе органо-минеральных соединений металлы могут присутствовать в форме комплексных хелатных соединений или сложных металлоорганических комплексов переменного состава.

При внесении металлов в почву в виде растворимых в воде солей их ионы быстро взаимодействуют с почвенными компонентами. Характерное для конкретного металла и типа почвы динамическое равновесие устанавливается в течение нескольких часов или суток и определяется физико-химическими свойствами элемента и сорбирующей способностью почвы.

Тяжелые металлы попадают в растения из загрязненных почв, воды и атмосферного воздуха в результате биологического поглощения. В большинстве случаев, ведущим является почвенный путь поступления в растения и последующая миграция опасных и вредных веществ по сельскохозяйственным цепочкам. К факторам, определяющим уровни накопления тяжелых металлов из водных растворов растениями, относятся физико-химические свойства самих загрязняющих веществ, видовые и сортовые особенности культур, а также используемые технологии их возделывания. На техногенно загрязненных территориях подвижность тяжелых металлов и доступность их для сельскохозяйственных культур определяется такими свойствами почв, как кислотно-щелочные условия, окислительно-восстановительные режимы, содержание гумуса, гранулометрический состав и связанная с ними емкость поглощения.

В настоящее время градация почв по содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов включает 5 групп. Первая группа соответствует концентрациям элементов в почвах ниже 0,5 ПДК (ОДК), а численное значение верхней границы второй группы соответствует ПДК (ОДК) данного элемента в почве. Почвы, попавшие в третью группу, относятся к территориям с неудовлетворительной экологической обстановкой. Четвертая группа характеризует почвы с чрезвычайной экологической ситуацией, а пятая - к зоне экологического бедствия.

Таким образом, миграция тяжелых металлов в природных и аграрных экосистемах определяется в основном влиянием почвенных условий и биологических особенностей растений. К одному из основных почвенных факторов, влияющим на доступность тяжелых металлов растениям, относят реакцию (рН) почвы.

Высшие растения, благодаря различным морфологическим и физиологическим свойствам, способны адаптироваться к неблагоприятным факторам. Растение, являясь саморегулируемой системой, обладая мощным адаптивным потенциалом, может быть активным компонентом в системе почва-растение.

Факторы, способные вызвать повреждения в растительном организме, индуцируют у него целый комплекс защитно-приспособительных реакций. Растения способны накапливать микроэлементы, в том числе тяжелые
металлы, в тканях или на поверхности, являясь промежуточным звеном в цепи: почва — растение — животное - человек. Химический состав растений зависит от состава сред, на которых произрастают растения, но не повторяет его, так как растения избирательно поглощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями.

Любой элемент, который поступает из среды в растение, проходит через корневую систему и только после этого поступает в стебель, листья и плоды. Поскольку корневая система является первым барьером на пути металла, поступающего из почвы в растение, возможно, она может предотвращать ^ свободный их доступ в надземную часть. В этом случае, исключается вредное
воздействие металла на ткани растения, ответственные за фотосинтез. Знание механизма переноса металла в тканях сельскохозяйственных растений очень важно.