Влияние тяжелых металлов на растения

Обновлено: 04.01.2025

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Узаков З.З.

Постоянный рост народонаселения и быстрое развитие производства привели в конце XX-го века ситуацию с состоянием окружающей среды во многих странах и регионах мира на грань экологического кризиса. К числу основных факторов деградации природной среды относится ее загрязнение различными поллютантами, среди которых одно из главных мест занимают тяжелые металлы . В силу сказанного становится понятной актуальность исследований, посвященных влиянию тяжелых металлов на растения. В настоящее время они активно ведутся во многих странах мира.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы и их влияние на растения»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х

преподаватель, Каршинский государственный университет,

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ

Постоянный рост народонаселения и быстрое развитие производства привели в конце XX-го века ситуацию с состоянием окружающей среды во многих странах и регионах мира на грань экологического кризиса. К числу основных факторов деградации природной среды относится ее загрязнение различными поллютантами, среди которых одно из главных мест занимают тяжелые металлы. В силу сказанного становится понятной актуальность исследований, посвященных влиянию тяжелых металлов на растения. В настоящее время они активно ведутся во многих странах мира.

Тяжелые металлы, природная, техногенная, почва, экология, химические элементы, ртуть,

свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк.

Термин «тяжелые металлы» был впервые употреблен еще в 1817 году немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin), который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие металлы и тяжелые металлы (Habashi, 2009).

Однако до сих пор не существует единого понимания, что же такое «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry - Международный союз теоретической и прикладной химии) за 2002 год отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное толкование из-за противоречивых определений. На сегодняшний день выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. Среди них: плотность, атомный вес и атомное число. Словосочетание «тяжелые металлы» часто рассматривается с природоохранной точки зрения (Duffus, 2002), и тогда при включении элемента в эту группу учитываются не столько его физические и химические свойства, сколько биологическая активность, токсичность для живых организмов, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы [1, с. 7].

Тяжелые металлы относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, поэтому загрязнению ими подвергается земная поверхность, в частности, почвенный покров и гидросфера, а также атмосфера (Добровольский, 1983, 2004). В силу этого повышение их концентрации в окружающей среде вследствие естественного или антропогенного поступления может носить глобальный характер. К естественным источникам тяжелых металлов относятся горные породы (из продуктов, выветривания которых сформировался почвенный покров), вулканы, космическая пыль, эрозия почв, испарение с поверхности морей и океанов, выделение их растительностью (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Добровольский, 1992; Богдановский, 1994) [1, с. 9].

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К таким тяжелым металлам относятся свинец, ртуть,

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьма, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Многие тяжелые металлы относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже).

Значительное количество химических элементов, постоянно обнаруживаемых в организмах, оказывает определенное влияние на течение процессов обмена веществ и на ряд физиологических функций. Количественное содержание биоэлементов, входящих в состав организмов, сильно варьирует в зависимости от среды обитания, способа питания, видовой принадлежности и т. п. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений. [2, с. 13]

При увеличении содержания металлов в почве снижается её общая биологическая активность, и это резко отражается на росте и развитии растений, причём разные растения реагируют на избыток металлов по-разному. Металлы распределяются по органам растений неравномерно. В наибольшей степени металлы накапливаются в листьях. Это обусловлено многими причинами, одна из которых - локальное накопление металлов в результате перехода их в малоподвижную форму. Например, в случае медной интоксикации окраска некоторых листьев у растений изменяется до красной и буро-коричневой, что свидетельствовало о разрушении хлорофилла.

Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности и внутри клеток. Симптомы "отравления" растений тяжелыми металлами внешне проявляются в замедлении их роста и развития, изменении цвета и увядании листьев, уродливости и недоразвитости корневой системы.

Реакция растений на повышенные концентрации тяжёлых металлов (концентрация в почве, мг/кг):

Pb (100-500). Ингибирование дыхания и подавление процесса фотосинтеза, иногда увеличение содержания кадмия и снижение поступления цинка, кальция, фосфора, серы, снижение урожайности, ухудшение качества растениеводческой продукции. Внешние симптомы - появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва.

Cd (1-13). Нарушение активности ферментов, процессов транспирации и фиксации СО2, торможение фотосинтеза, ингибирование биологического восстановления NO2 до NO, затруднение поступления и метаболизма в растениях ряда элементов питания. Внешние симптомы - задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев.

Zn (140-250). Хлороз молодых листьев.

Cr (200-500).Ухудшение роста и развития растений, увядание надземной части, повреждение корневой системы, хлороз молодых листьев, резкое снижение содержания в растениях большинства незаменимых макро и микроэлементов (К, Р, Fe, Mn, Cu, B и др.).

Ni (30-100). Подавление процессов фотосинтеза и транспирации. При этом наблюдаются явления эндемического заболевания растений, например уродливые формы. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях — гибель всего растения. [2, с. 33].

Список использованной литературы:

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

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

ВВЕДЕНИЕ

Городские почвы, являясь составной частью городской природной среды, обеспечивают жизнеспособность всего природного комплекса. Почвы являются поглотителем загрязняющих веществ, выполняют важную санитарно-гигиеническую средозащитную функцию. Почва дышит и дает кислорода не меньше, а в определенные сезоны больше, чем дают все зеленые насаждения вместе взятые. Однако при сильном загрязнении почвы становятся источником опасности для окружающей среды (сильное загрязнение почв приводит к гибели зеленых насаждений).

Это и обусловило выбор темы исследования: «Загрязнение почвенного покрова г. Москвы. Воздействие тяжелых металлов на состояние клеток растений».

Цель работы: выявить действие биогенных и небиог енных тяжелых металлов на состояние растительной клетки.

Объектом своей работы мы выбрали растительную клетку

Предмет исследования: влияние солей тяжелых металлов на клетки кожицы лука и кожицы листа традесканции.

Задачи исследования:

1. Изучить данные мониторинга загрязнения почв г. Москвы металлами

2. Изучить данные литературных источников о влиянии на растения и организм человека солей тяжелых металлов.

3. Исследовать характер воздействия тяжелых металлов на состояние растительной клетки на примере клеток кожицы лука и кожицы листа традесканции.

4. Сделать вывод о влиянии солей тяжелых металлов на растительную клетку.

5. Выявить меры борьбы с загрязнениями почв г. Москвы солями тяжелых металлов.

Для решения поставленных задач использовалась теоретические методы исследования (анализ и синтез данных литературных источников по проблеме исследования; обобщение и интерпретация полученных результатов теоретического исследования) и практические методы исследования (исследование на клеточном уровне с использованием цифрового микроскопа).

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА г. МОСКВЫ.

По данным Департамента природопользования и защиты окружающей среды, сегодня в Москве более 60% земли находится в неудовлетворительном состоянии. Естественные ненарушенные почвы на территории столицы практически не сохранились, за исключением отдельных территорий крупных лесных массивов.

Всего земель в городе, которые требуют постоянного контроля за состоянием почв (земли сельскохозяйственного, производственного, рекреационного назначения), - 23 тыс. га или 1 /₅ часть территории Москвы. По оценочным данным, в первоочередной реабилитации (в 2006-2008 гг.) нуждается порядка 25 км 2 почвенного покрова территории города (15% от общей потребности) 2 .

В центре Москвы концентрация тяжелых металлов превышает предельно допустимые нормы в 10 и более раз (по отдельным элементам - до 12 и более раз) 3 . Наибольший уровень загрязнения выявляется вокруг предприятий и промышленных зон, автомагистралей.

В ходе мониторинга установлено, что на территории города выделяются участки с загрязнением почв металлами как с чрезвычайно опасной категорией загрязнения, так и с отсутствием загрязнения. К приоритетным загрязнителям почвенного покрова относятся цинк, свинец, медь и в меньшей степени никель и кобальт. Большая часть почв города Москвы относится к слабо и средне загрязнённым.

По функциональному зонированию города наиболее загрязнен почвенный покров промышленной и транспортной зон, средний показатель загрязнения (СПЗ) равен 123 и 115 соответственно. Наименее загрязнены почвы парков (СПЗ = 56), что связано с расположением парковых зон вдали от крупных автомагистралей и промышленных зон. Селитебная и селитебно-транспортная зоны загрязнены химическими элементами примерно в равной степени (СПЗ = 92-94).

По административным округам в наиболее загрязнены тяжелыми металлами ЮВАО (СПЗ = 48) и ЦАО (СПЗ = 39) – округа с наибольшей плотностью техногенной нагрузки, наименее – ЮЗАО (СПЗ = 10), СЗАО (СПЗ = 12) и САО (СПЗ = 14).

Описание. Загрязнение почв оловом, молибденом, вольфрамом, серебром, медью, ртутью, свинцом, стронцием, цинком, барием и др.; самые опасные -ртуть, кадмий, свинец, цинк и медь. В Подмосковье участки со средним содержанием тяжелых металлов в 10 и более раз превышающим норму занимают 40 %. На дачах области загрязнение свинцом, цинком и марганцем в 50 % случаев превышает предельно допустимую концентрацию в 1-3 раза. В Москве 25 % площади загрязнены сильно или очень сильно, а 25 % территории относятся к слабозагрязненным.

Причины. Поступают из атмосферы, со стоком вод и со свалок, в том числе закопанных, с привозными зараженными грунтами для газонов и скверов, из удобрений, на дачах -из привозных удобрений и земли, стройматериалов, например, краски. Первичные источники: промышленность и транспорт (отходы сгорания топлива, дым, стоки), свалки открытые и погребенные, добыча полезных ископаемых.

Последствия. Проникают в организм человека с водой и с/х продукцией, постепенно накапливаются и приводят к серьезным заболеваниям, изначальные причины которых - тяжелые металлы при диагностике выявить очень сложно. В местах с сильным и максимальным загрязнениями наблюдается увеличение числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями и нарушениями сердечно-сосудистой системы, а также нарушение репродуктивных функций женщин.

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Почти все загрязняющие вещества, которые первоначально попали в атмосферу, в конечном итоге оказываются на поверхности суши и воды. Оседающие аэрозоли могут содержать ядовитые тяжелые металлы – свинец, ртуть, медь, ванадий, кобальт, никель. Обычно они малоподвижны и накапливаются в почве. Но в почву попадают с дождями также кислоты. Соединяясь с ним, металлы могут переходить в растворимые соединения, доступные растениям. В растворимые формы переходят также вещества, постоянно присутствующие в почве, что иногда приводит к гибели растений

Объектом своей работы мы выбрали клетку, а точнее цитоплазму традесканции и лука. Действуя на клетку солями тяжелых металлов, попытались выявить степень их влияния на состав протопласта.

Обмен веществ в клетке может совершаться упорядоченно только при определенной структурной организации. В тоже время сама структура клетки динамична, она создается и поддерживается в процессе обмена веществ. Структура растительной клетки чрезвычайно сложна, не менее сложна, чем структура животной клетки, а функции различных элементов, составляющих клетку, еще далеко не выяснены.

Цитоплазма – основное содержимое любой живой клетки – основа клеточной организации, выражение ее сущности как живого.

В цитоплазме обнаружена структурная вязкость- свойство, присущее жидкостям, обладающим внутренней структурой.

Это ее свойство тесно связано с физиологической активностью клетки.

Цитоплазме свойственны различные формы движения, характерные для жидкостей.

Движение цитоплазмы – один из очень чувствительных показателей жизнеспособности клетки, поэтому важно овладеть несложным методом количественной оценки этого явления. Для более глубокого понимания природы и механизма движения цитоплазмы мы решили самостоятельно провести ряд экспериментов и критически их оценить.

Для более полной оценки проведения экспериментов, мы решили выбрать из научной литературы данные о влиянии и роли тяжелых металлов на растительный организм.

Соли тяжелых металлов в водной среде распадаются на ионы. Все ионы металлов могут быть разделены на две группы: биогенные и не биогенные. Биогенные ионы входят в состав ферментных систем, которые обеспечивают регуляцию всех процессов в клетке и организме. Поэтому их ПДК значительно выше, чем у не биогенных. При поступлении в растения воздушным путем (через устьица) или капельным (роса, туман, слабые осадки) путями определенная доза биогенных тяжелых металлов включаются в состав ферментных систем, что стимулирует метаболические процессы.

Из биогенных ионов металлов мы выбрали Cu 2+ и Fe 3+ , Со 2+ , а из небиогенных Pb 2+ , Ni 2+ , Сd 2+ .

Влияние на растения солей меди

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала и витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса. В значительных количествах он ядовит, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

В растениях медь содержится в количестве 1 мг. на 1 кг. сырого вещества. Из пищевых растительных продуктов особенно богаты медью картофель, помидоры и свекла. Сравнительно очень большие количества меди имеются в зародышевой части пшеничного зерна.

Удобрения, содержащие медь, благотворно влияют на развитие растений.

Медные удобрения на торфяных почвах в 2-3 раза повышают урожай зерновых культур. Сильно повышается урожай конопли, подсолнечника, гороха, фасоли, картофеля. Клубни картофеля можно перед посадкой смачивать в слабом растворе сульфата меди.

Содержащиеся в почве в микродозах медные соединения необходимы для произрастания растений. При недостаточном содержании меди в почве растения развиваются плохо. Снижается содержание хлорофилла. Зеленые части растения бледнеют и бледнеют и отмирают, развивается кустистость и пустозерность. Особенно чувствительны к недостатку меди пшеница, ячмень, овес, просо и конопля.

Влияние на растения солей железа

Без железа не образуется хлорофилл. Железо принимает участие в окислительных процессах, так как входит в состав ряда окислительных ферментов. При отсутствии железа, листья растений становятся бесцветными, но они приобретают зеленую окраску при одном смачивании раствором соли железа. Железо является незаменимым металлом, необходимым для жизнедеятельности организма и обладает способностью накапливаться в организме.

Влияние на растения солей никеля

Никель- это постоянная составная часть растительных и животных организмов. В растительных организмах никель был открыт в 1855 году. Наземные растения получают никель из почвы, водяные из воды. Среднее содержание никеля около 0,004 %, но известны области, никелевые биохимические провинции, где содержание никеля в почвах достигает 0,25%. Содержание никеля в почвах зависит от концентрации его в почве, а также от вида растений.

Влияние на растения солей свинца

Все растворимые соединения свинца ядовиты. Для человека является канцерогенным металлом. Мягкая вода растворяет свинец и происходит отравление воды, которая действует на растительный организм и соответственно на животных и человека. В организм соединения свинца проникают в виде аэрозолей через органы дыхания.

Влияние на растения солей кадмия

Кадмий может привести к резкому нарушению в функционировании ферментативных процессов. При содержании кадмия ~ 0,2-1 мг/л замедляются фотосинтез и рост растений

Влияние на растения солей кобальта

Постоянно присутствуя в тканях растений, кобальт участвует в обменных процессах. В микродозах кобальт является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих растений и животных. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ

Методика проведения исследования

Мы начали с того, что с поверхности луковицы и фиолетовой традесканции сделала несколько надрезов эпидермиса, содержащих антоциан. Поместили срезы по отдельности в капли воды и рассмотрели их в микроскоп. Мы определили начало и характер плазмолиза клетки под воздействием одинаковых концентраций биогенных и небиогенных солей. Для этого мы заменили воду в препаратах 5%-ными растворами CuCL_2,, FeCL₃, Pb(NO₃)₂ ,NiSO₄ , CoCl₂ СdCl₂. Эту замену получили способом 4-5 кратного накапливания раствора соли одной стороны покровного стекла и отсасывания кусочком фильтровальной бумаги с другой до полной замены воды раствором соли. После этого мы стали наблюдать плазмолиз.

Результаты исследования

Форма цитоплазмы при отделении от клеточных стенок в растворах плазмолитиков зависит от вязкости протоплазмы. Если вязкость ее низкая, протопласт приобретает округлую форму, наступает выпуклый плазмолиз, например, в клетке традесканции в растворе свинца. При более высокой вязкости поверхность протопласта при плазмолизе принимает вогнутую форму, которую можно рассмотреть на примере клетки традесканции в растворе меди. При очень высокой вязкости протоплазмы происходит судорожный плазмолиз, какой мы можем наблюдать на примере клетки традесканции в растворе никеля при нагревании. Показателем вязкости служит время, прошедшее с момента погружения объекта в плазмолитик до появления выпуклой формы плазмолиза. Чем больше время плазмолиза, тем выше вязкость цитоплазмы. Таким образом, чем выше вязкость цитоплазмы, тем более выражены нарушения, связанные с текущей деятельностью клетки, обмен веществ нарушается. При продолжающемся плазмолизе более длительное время, клетка погибает.

Наиболее часто встречающийся тип движения цитоплазмы- круговое- наиболее упорядоченный тип движения.

Характерная черта данного типа движения – перемещение цитоплазмытолько по периферии клетки. При добавлении солей тяжелых металлов в большинстве случаев происходило нарушение движения протоплазмы, что также приводит к нарушению обменных процессов в клетке, вследствие нарушения перераспределения продуктов обмена веществ.

Соли тяжелых металлов также влияют на пигментацию клетки, например в клетке лука, в растворе свинца. Это говорит о том, что вероятнее всего нарушаются хромопласты (пигменты, отвечающие за цветную окраску).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив данные мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами, мы пришли к выводу о серьёзном загрязнении почвы. Вместе с водой и другими веществами почвы тяжелые металлы попадают в клетки растений.

Мы провели исследование и обнаружили, что тяжелые металлы отрицательно влияют на растительную клетку, тем самым разрушая её строение. Это приводит к гибели растений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Генкель П.А. Физиология растений. – М.: Просвещение, 1970.

2. Рубин Б.А. Большой практикум по физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1978.

3. Федорова А.И. Практикум по экологии окружающей среды. – М.: Владос, 2001.

4. Журнал «Недвижимость и инвестиции. Правовое регулирование» №1(34) Апрель 2008.

Вложение	Размер
Загрязнение почвенного покрова часть1	1.76 МБ
Загрязнение почвенного покрова часть 2	2.66 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Цель работы: Выявить действие биогенных и не биогенных тяжелых металлов на состояние растительной клетки.

Задачи исследования Изучить данные мониторинга загрязнения почв г. Москвы солями тяжелых металлов Изучить данные литературных источников о влиянии на растения и организм человека солей тяжелых металлов. Исследовать характер воздействия тяжелых металлов на состояние растительной клетки на примере клеток кожицы лука и кожицы листа традесканции. Сделать вывод о влиянии солей тяжелых металлов на растительную клетку. Выявить меры борьбы с загрязнениями почв г. Москвы солями тяжелых металлов.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА г. МОСКВЫ. ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ Козлова Елизавета Максимовна, Чирина Анастасия Сергеевна 10 «А» класс Журавлева Марина Викторовна, учитель биологии ГОУ СОШ № 37, Западный Округ, Москва

Загрязнение почвенного покрова Москвы

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ H 2 O Pb(NO 3 ) 2 FeCl 3 CuCl 2 ( CH 3 COO ) 2 Cd CoCl 2

CoCl 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОСТОЯНИЕ КЛЕТОК ЭПИДЕРМИСА ЛИСТА ТРАДЕСКАНЦИИ CuCl 2

Фитотоксичное действие тяжелых металлов при техногенном загрязнении окружающей среды

В работе описаны загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, распространение и аккумуляция металлов в природной среде и их негативные воздействия на растения.

The pollution plumbum producing plant is influence on heavy metals accumulation processing of plants. Theheavymetalswillbechangedofplantsgename.

Основными источниками антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются металлургические предприятия, тепловые электростанции, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей, сжигание нефти и различных отходов и пр. Наиболее мощные ореолы тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и особенно цветной металлургии в результате атмосферных выбросов. Действие загрязняющих веществ распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу. По приведенным ниже данным можно судить о размерах антропогенной деятельности человека: вклад техногенного свинца составляет 94–97 %(остальное природные источники)., кадмия-84–89 %процентов, меди-56–87 %, никеля-66–75 %, ртути -58 % [1,2].

Заметное загрязнение атмосферного воздуха и почвы происходит за счет транспорта, в том числе авиационного. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в пылегазовых выбросах промышленных предприятий, как правило, более растворимы, чем природные соединения [3].

Тяжелые металлы - это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «Тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. Однако в эту группу вошли и некоторые микроэлементы, жизненная необходимость и широкий спектр биологического действия которых неопровержимо доказаны. Влияние микроэлементов на жизнедеятельность животных и человека активно изучается и в медицинских целях. В настоящее время выявлено, что многие заболевания, синдромы и патологические состояние вызваны дефицитом, избытком и дисбалансом микроэлементов в живом организме и имеют общее название «микроэлементы».

Фитотоксичное действие тяжелых металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и во многом зависит от свойсв и особенностей поведения конкретного металла. Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их антогонического воздействия на живые организмы [4].

Растительная пища является основным источником поступления ТМ организм человека и животных. По данным с ней поступают 40–80 % тяжелых металлов, и только 20–40 %. — с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления тяжелых металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах.

Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп: 1) Cd,Cs, Rb — элементы интенсивного поглощения; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, Co, As –средней степени поглощения; 3) Mn, Ni, Cr –слабого поглощения; 4) Se, Fe, Ba, Te — элементы труднодоступные растениям.

Другой путь поступления тяжелых металлов в растения — некорневое поглощение из воздушных потоков. Поступление элементов в растения через листья (или фолиярное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.

Свинец и кадмий относятся высокотоксичным металлам. В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10–100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Между содержанием свинца в растениях и расстоянием дерева от дороги существует доказуемая обратная зависимость. Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян растений, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья отравленных свинцом растений становятся хлоротичными в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются молодые листья. Высокое содержание свинца в растениях негативно влияет на рост и развитие:

- снижается активность фотосистемы І и ІІ, причем фотосистема-ІІ более чувствительная к действию этого фитотоксиканта.

- оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла, т. е. на способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород.

- в хлорпластах растений наблюдается подавление образования АТФ;

- вызывает потерю тургора клетками растений;

- прекращается деление клеток корня;

- подавляется образования корнеплодов, урожайность культурных растений;

- снижается количество каротина и аскорбиновой кислоты;

Некоторые травянистые растения, чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. Среди дикорастущих следует отметить смолевку, которая от высокого содержания свинца приобретает карликовую форму, листья и стебли становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными [5].

Главным загрязнителем окружающей среды кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того кадмий поступает в атмосферу при сгорании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автодорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости автодорог количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и опадают. Кадмий замедляет темпы роста растений. При внесении его в количестве 20 мг на 1 кг почвы урожай растения снижался на 50 %. По силе своего действия кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации кадмия в почве в количестве 30 мг/кг и выше. Большое количество кадмия поступает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопления кадмия происходит главным организм человека. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 % [6].

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить непосредственно из воздуха с оседающей на листья и хвою пылью и транслокации из почвы: доля тяжелых металлов в составе пыли на поверхности листьев вблизи источника составляет в среднем 30 проц. от общего содержания в них тяжелых металлов. В понижениях и с наветренной стороны это доля может доходить до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.

Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов. Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается медленно. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострад, количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и становятся хлоратичными и опадают. По силе своего действия на растения кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мг/кг. Вблизи предприятий, выбрасывающих в атмосферу кадмий наблюдается резкое снижение урожайности и даже гибель культурных растений. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений (риса, пшеницы), однако часть его достигает органов. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и поступлением его в растения.

Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, медь, хром, ванадий, цинк и др.

1. Кузнецов А. В. Контроль техногенного загрязнения почв и растений // Агрохимический вестник. –1997г. -№ 5, -С. 7–9

2. Минеев В. Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии // Тяжелые металлы и радионуклиды. –М., 1994г. –С. 42–48

3. Бутовский Р. О. Тяжелые металлы как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных //Агрохимия.-2005 г. -№ 4, -С 73–91.

4. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. –Ленинград, 1987 г. –С. 141–144.

5. Зырин Н. Г. Тяжелые металлы в почвах и растениях в районе медеплавильного завода. –м., 1986г. –С. 81

6. Артомонов В. И. Растения и чистота природной среды. –М., 1986 г. –С. 27–31.

Основные термины (генерируются автоматически): металл, растение, кадмий, окружающая среда, почва, лист, организм человека, цветная металлургия, элемент, главный образ.

Накопление тяжелых металлов в растениях в зависимости от уровня загрязнения почв

В статье рассматриваются проблемы загрязнения окружающей среды от деятельности металлургической промышленности. Приведены основные загрязняющие вещества металлургического производства. Даны содержания тяжелых металлов в почве и растениях.

In the article it is considered a problem of environmental pollutioncaused by mining industry. The main polluters of thi mining and metallurgical complex are given by stages of regeneration cycle. Recommendations on refining the ecologicalcondition

Одним из основных принципов концепции устойчивого развития является: право на развитие должно быть реализовано таким образом, чтобы удовлетворять потребности в развитии сохранении окружающей среды нынешнего и будущих поколений. Так как особенность многих видов природных ресурсов проявляется в том, что их использование ограничено во времени. Уровень их потребления сегодня должен жестко предопределять возможность удовлетворения потребности в них в будущем. Именно с этой проблемой природопользования связан вопрос рационального использования природных ресурсов, так как предприятия перерабатывающей промышленности в основной своей части являются эколого-опасными. Поэтому решение данных проблем предопределяет необходимость поиска оптимального, рационального обеспечения текущих и будущих потребностей и выработки обоснованной политики недропользования и охраны окружающей среды [1]. В настоящее время воздействие человека на окружающую среду по своим масштабам превосходит способности природы к самовосстанавлению. Опасны мигрирующие отходы не полностью протекающих технологических процессов: газовые выбросы, сточные воды промышленных предприятий, содержащие токсичные соединения и попадающие в почву и водоемы [2].

Наиболее крупные загрязнители окружающей среды в Южно-Казахстанской области сосредоточены в городе Шымкент. Среди них АО ПК «Южполиметалл» расположен в территории города и оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды, а неблагоприятная экологическая обстановка в районе свинцового производства складывалась годами. АО ПК “Южполиметалл” оказывает существенное влияние на накопление тяжелых металлов в почве и растениях.

Мы изучили закономерности распространения и аккумуляции тяжелых металлов растениями в зависимости от содержания их в почве и определили содержание тяжелых металлов в почве и растениях распространенных участках территории города

Для исследования использованы были следующие методы: атомно-адсорбционным метод определения содержания тяжелых металлов в почве и растениях (свинец, кадмйя, цинк и медь).

Для оценки пространственного распределения тяжелых металлов в г.Шымкент были выбраны 4 пункта исследования.

Пункт № 1 расположен в 200 м от АО ПК “Южполиметалл”. Пункт № 2 расположен на расстоянии 3 км от свинцового производства, в центре города. Пункт № 3 расположен на расстоянии 5 км в северо-восточном направлении города. Пункт № 4 — контрольный пункт, расположенный в 80 км от города. Из выше перечисленных пунктов отбирались пробы почвы и растения, как подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata), мятлик луговой (Paa protensis) и ячмень заячий (Hordeum leporinum), клен ясенелистный (acer negundo), тополь черный (Populus nigra), карагач (Ulmus pumila), ива Вавилонская (Salix babilonica), акация белая (Robinia pseudoacacia)

Данные о содержании тяжелых металлов в почве представлен в рисунке 1.

Как видно из таблицы, содержание свинца в почве показало, что максимальная концентрация данного элемента характерна для района металлургического производства. Содержание свинца в пункте № 1 составило 946,11 ± 5,04 мг/кг, что превышает ПДК в 27 раз, а контрольный показатель в 45 раз. Это объясняется тем, что 30–35 % промышленных выбросов оседают на территории производства. Высокотоксичный свинец является основным выбросом свинцового производства, так как происходит накопление его в почве. В других пунктах исследования по мере удаления от свинцового производства наблюдается снижение содержания свинца в почве.

Содержание цинка в почве составляет в пункте № 1 171,30±4,64 мг/кг, то-есть по сравнению с контрольным пунктом в 14 раз превышает контрольный показатель, а ПДК в 2 раза. Высокое содержание цинка так-же отмечаны в пункте № 2, оно составляет 20,65±2,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 10 раз, но не превышает ПДК. В других пунктах содержание цинка не превышает показатель контрольного пункта. Наиболее высокие содержания меди и кадмия так-же были установлены в производственном пункте. Во всех других пунктах содержание меди не превышает ПДК, но по сравнению с контрольным пунктом превышает контрольный показатель. Содержание кадмия во всех пунктах превышает ПДК.

Высокие содержания выше указанных тяжелых металлов установлены в районе АО ПК “Южполиметалл” (пункт № 1). В других пунктах по мере удаления от производства содержание тяжелых металлов в почве снижается.

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)

Почва является важнейшим объектом окружающей среды. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Более того для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является едким акцептором.

Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодейтвуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция поподающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния [3].Тяжелые металлы попадающие в почву с выбросами предприятий, прочно связываются уже в верхнем слое. Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1–3 км от источников загрязнения [4].

Данные о содержании тяжелых металлов в растениях представлены на рисунке 2,3.

Как видно из рисунка, акация белая, тополь черный и мятлик луговой аккумулирует свинец в высокой степени. Его содержание в пункте № 1 составило в акаций белой 292,9 мг/кг, что превышает ПДК 58 раз, а контрольный показатель в 15 раз. Содерание свинца в тополе 91,42 мг/кг (18 ПДК), контрольный показатель превышает в 5 раз, в мятлике луговой — 67,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 27 раза, а ПДК — в 13 раз. Содержание свинца в ячмене тоже высокое, оно составило 42,14±2,32 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 21 раз, а ПДК — в 8 раз. У подорожника ланцетолистного содержание свинца составляет 31,07±2,65 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 15 раз, а ПДК — в 6 раз. Анализ результатов определения содержания цинка в изучаемых видов растениий также показал различную аккумулятивную способность.

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в растениях (Пункт № 1- район ЗАО «Южполиметалл»), (мг/кг)

Рис. 3 Содержание тяжелых металлов (Пункт № 4 — контрольный пункт), (мг/кг) ПДК: Свинец–5мг/кг; цинк–30мг/кг; кадмий–0,3мг/кг.

Максимальное содержание цинка в растениях так-же было отмечано в пункте № 1, у мятлика лугового оно составляет 48,57±3,46 мг/кг, что превышает ПДК 1,6 раза, а контрольный показатель в 12 раз. У подорожника ланцетолистного и ячменя заячего содержание цинка не превышает ПДК, но намного выше по сравнению с контрольным пунктом. Содержание кадмия во всех растениях значительно выше ПДК.

Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением поступления в почву тяжелых металлов, соответственно повышается уровень поглощения тяжелых металлов растениями.Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о загрязнении почв и растений тяжелыми металлами металлургического производства.

1. Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане. Обзор ПРООН. Алматы, 2004г. 210 с.

2. Гринь А. В., Ли С. К. Поступление тяжелых металлов в растения в зависимости от их содержания по миграции // Тезисы докладов II — Всемирного совещания по миграции загрязненных веществ в почвах и определенных сферах. Ленинград, 1980г. — С. 46–48.

3. Микшевич Н. В., Ковальчук Л. А. Тяжелые металлы в системе “почва — растения — животные” в зоне действия медеплавильного предприятия // Материалы 2 — Всесоюзной Международной Конференции по ТМ в окружающей среде и охраны природы. 1988г. — С. 127–129.

4. Садовников Л. К. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду// Тезисы доклодов. Мониторинг содержания ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов. г. Пущино, 1984г. –С.163

Основные термины (генерируются автоматически): контрольный показатель, окружающая среда, почва, контрольный пункт, металл, пункт, раз, свинцовое производство, содержание свинца, содержание цинка.

Читайте также: