Влияние тяжелых металлов на экологию почвы

Почва — это сложная экосистема, которая под действием техногенных факторов подвергается постоянным изменениям. Любые процессы, в результате которых в грунте оседают нетипичные микро- и макроэлементы с высоким токсичным воздействием, называются загрязнением почвы. Особую опасность представляют тяжелые металлы.

Почва — динамичная и сложная система. Грунт оказывает воздействие на активность живых организмов и даже может изменять климат.

Почве отводится ключевая роль в защите грунтовых вод, она способствует связыванию токсичных соединений и таким образом выступает как накопитель органических и неорганических веществ.

В связи с интенсивным развитием промышленности в последние годы резко увеличился объем загрязнения земель тяжелыми металлами. Это приводит к серьезному ухудшению окружающей среды, оказывает негативное воздействие на здоровье людей и животных.

Основными источниками токсичных солей становятся заводы и мусор. Каждый день люди вырабатывают десятки тонн отходов, из них только 4% идет на переработку, остальные попадают на свалку. Их валовое содержание с каждым годом растет, и это негативно сказывается на экологической обстановке.

В огромных количествах в почве оказываются ртуть, кадмий, свинец и другие металлы. При превышении фоновой концентрации металла в 10 раз начинаются физиологические изменения состава грунта, а после преодоления значения в 16 ПДК происходит загрязнение. По оценкам экспертов, сегодня эти показатели крайне высоки.

Перечислим источники загрязнения почвы.

• Твердые бытовые отходы. Площади свалок во всем мире занимают миллионы километров, а разложение отходов растягивается на десятки и сотни лет. Все эти годы токсичные металлы медленно поступают в землю, отравляя территорию вокруг и делая ее непригодной для жизни животных и растений.
• Окружающая среда. Тяжелые металлы концентрируются в воде и воздухе. Любые водоемы, кроме озер и прудов, проходят естественную фильтрацию через грунт. Таким образом в земле оказываются химические элементы, которые со временем приводят к загрязнению плодородного слоя.
• Промышленные предприятия. Крупные производства представляют наибольшую опасность для экосистем.

Так, по подсчетам экологов, одно металлургическое или химическое предприятие загрязняет землю в радиусе 10–15 км вокруг производства.

Перечислим наиболее токсичные вещества.

Это вещество поступает в землю вместе с пестицидами, использующимися в земледелии для борьбы с вредителями и болезнями сельхозкультур. Второй источник ртути — бытовые и промышленные отходы, элемент присутствует в люминесцентных лампах, термометрах и многих измерительных приборах.

Каждый год в почву поступает до 5 т ртути.

Это вещество выделяется в виде паров, оно попадает в воду, а также накапливается в зеленых тканях растений, которыми питаются сельскохозяйственные животные — через них происходит миграция металла в человеческий организм. Ртуть вызывает сильнейшую интоксикацию, приводит к тяжелым патологиям центральной нервной системы и зачастую становится причиной смерти.

Больше всего свинца попадает в землю в месте его добычи. Так, на каждую тонну добытого металла приходится 20–30 кг свинцовой пыли, оседающей на земле.

Источниками загрязнения также становятся автомобили — металл присутствует в выхлопных газах, выделяемых двигателями внутреннего сгорания.

Именно поэтому много свинца содержится на участках около шоссе и автомагистралей, радиус поражения достигает 200 м.

Оттуда токсины поступают в культивируемые растения, из которых изготавливают продукты питания или заготавливают корм для скота. Вместе с едой свинец попадает в человеческий организм, откладывается в печени и почках.

Микроэлемент поражает головной мозг и нервную систему, он становится провокатором онкологических заболеваний и часто вызывает врожденные аномалии у детей.

Основным источником кадмия становятся промышленные отходы в ходе добычи медной и свинцовой руды. Кроме того, кадмий поступает в землю вместе с фунгицидами, суперфосфатом и выхлопными газами.

Эти микроэлементы входят в состав почти всех веществ, вызывающих загрязнения тяжелыми металлами. В малых дозировках никакой угрозы они не несут, но по мере накопления становятся токсичными. Особенно велико заражение в местах добычи этих металлов, а также в нескольких километрах от предприятий, изготавливающих кабели, электронную технику и лакокрасочные изделия.

Поступает в землю в ходе добычи и переработки медных и молибденовых руд. Относится к веществам второго класса опасности — ежедневно в минимальных дозах поступает в организм человека вместе с пищей, суточная норма составляет 250 мкм. Но в случае попадания более 15 мг вызывает сильнейшую интоксикацию, провоцирует развитие подагры, поражает костный мозг и селезенку.

Попадает в землю в результате деятельности предприятий, занимающихся производством и переработкой цветных металлов, сплавов, лакокрасочных изделий и удобрений. Опасность сурьмы заключается в том, что она формирует летучие соединения и может вместе с ветром распространяться на значительные расстояния.

Этот металл поступает в грунт вместе с пестицидами и гербицидами, которые используются в земледелии для борьбы с насекомыми-вредителями. Мышьяк известен своей высокой токсичностью.

При попадании в организм человека он вызывает серьезное поражение нервной системы — нейротоксикоз, который приводит к отказу жизненно важных органов.

В землю марганец попадает в результате деятельности промышленных предприятий. Из почвы оно поступает в растения и воду. По биологическим цепочкам проникает в организм животных и людей.

Относится к незаменимым микроэлементам, которые нужны организму для полноценного развития. Однако при превышении необходимых концентраций оказывает негативное воздействие на органы и ткани.

При переизбытке марганца происходит отмирание нервных клеток, это вызывает серьезные расстройства и зачастую приводит к гибели живых существ.

Тяжелые металлы оказывают самое неблагоприятное действие на почву. К числу последствий относят:

• снижение плодородия грунта;
• замедление роста и развития культур;
• гибель растений;
• ухудшение качества воды;
• токсичное воздействие на фауну;
• патогенное влияние на микробиологические характеристики.

Загрязнение земли солями тяжелых металлов вызывает нарушение круговорота веществ в природе, и это губительно отражается на основных компонентах биосферы.

Для определения объема загрязнений грунтов используют разные методики, каждая из которых имеет свою специфику и может быть неодинаково эффективной для разных источников загрязнения. Ниже представлен их список.

• Биоиндикация. Это оценка состояния почвы на основе биоиндикаторов. К ним относят активность почвенных микроорганизмов, состояние растений на территории, реакция лишайников и мхов на изменения в структуре субстрата.
• Анализ снежного покрова. В промрегионах с развитой промышленностью токсичные металлы поступают в воздух в виде техногенной пыли и оседают на снегу. Оценка состояния снежного покрова в зимнее время помогает рассчитать приблизительное количество металлов, которое попадает в землю за определенный период времени.
• Расчет магнитной восприимчивости грунта. Это экспресс-методика, она определяет наличие в почве оксидов железа. Именно эти вещества становятся основными разносчиками тяжелых металлов при выбросах в атмосферу.

В районах, где земля загрязнена тяжелыми металлами, ведется обязательный учет численности микроорганизмов в грунте. Их количество показывает активность грунта, параметры разложения и адсорбции органических веществ.

Для минимизации неблагоприятных последствий, связанных с попаданием солей тяжелых металлов в землю, выделяют два основных направления мероприятий. Первое связано с уменьшением общей концентрации металла, попавшего в землю.

Второй предполагает восстановление качественных характеристик грунта, который уже подвергся отрицательному влиянию.

Для этого используются разные методики, которые предполагают уменьшение доли токсичных элементов в земле и их нейтрализацию.

• Промывка. При слабой концентрации токсичных металлов используют метод промывки с использованием специальных реагентов. Обычно для этого применяют растворимые соли железа — они характеризуются низкой токсичностью для флоры и фауны. Однако такой способ имеет свои недостатки. В частности, некоторые металлы при промывке оказываются в грунтовых водах. Кроме того, вместе с тяжелыми металлами из земли вымываются и полезные микроэлементы.
• Известкование. Добавление извести благотворно влияет на физические, химические и биологические особенности грунта. В комбинации с известью микроэлементы формируют труднорастворимые соединения, которые со временем рассасываются в ходе химического поглощения. При попадании известняка изменяется уровень кислотности грунта, это приводит к уменьшению подвижности частиц тяжелых металлов и увеличению их растворимости.
• Глинование. Хороший эффект дает глинование грунтов. При внесении в землю глины возрастает ее катионная емкость. Глинистые компоненты выступают в качестве мощного сорбента. В результате подвижность тяжелых металлов сводится к минимуму.
• Природные и искусственные сорбенты. Эта методика предполагает внесение природных сорбентов — цеолитов. Они многократно увеличивают объем впитывания микроэлементов. Обычно для биоремедиации используют червей, насекомых и активные грибы. Искусственными сорбентами выступают биоактивные отходы и активированный уголь.
• Удобрения. Активные компоненты минеральных подкормок могут оказывать влияние на подвижность тяжелых металлов. Однако этот способ не всегда бывает полезен, а при неправильном расчете концентрации может причинить вред экосистеме.

Обычно для детоксикации используют фторсодержащие формы. Они эффективны при сильных загрязнениях, но если объем металлов невелик — ухудшают состояние грунта.

Для рекультивации почвы проводят комплекс мероприятий, направленных на восстановление естественного состава субстрата.

К основным мерам относят:

• выращивание устойчивых к загрязнениям растений;
• фиторемедиацию — высадку культур, способных накапливать и удерживать в своих тканях токсичные металлы;
• постоянный контроль за подвижными металлами в почве;
• замену или разбавление загрязненного слоя почвы;
• поддержание здорового баланса микроэлементов в земле;
• очистку грунтовых вод;
• снижение объема выбросов металлической пыли в воздух;
• повышение кислотности грунтов за счет введения минеральных и органических веществ;
• уменьшение выбросов в процессе производственной деятельности предприятия;
• безопасную утилизацию и переработку промышленных и бытовых отходов;
• получение альтернативных источников энергии.

Загрязнение почвы в саду тяжелыми металлами: что делать?

Любой дачник уверен, что в магазине все овощи и фрукты – «пластмассовые», на рынке – с нитратами.

Зато свои редиска, клубника, помидорчики, огурчики, картошечка, укропчик и далее по списку, выращенные с заботой, любовью, душой и подобными агротехническими приёмами, – одна сплошная витаминная польза. А вы уверены в безопасности овощей со своего огорода?

К сожалению, это не всегда так. Нитраты в овощах с огорода, щедро, по-хозяйски удобряемого навозом, могут «зашкаливать» – в отличие от продукции, предлагаемой на рынке, а сочные помидорчики и румяные яблочки, выращенные для внучков на участке между автомобильной трассой и заводом, сравнимы с боевым отравляющим оружием. Предлагаю разобраться с одним из вредных для огорода параметров – тяжёлыми металлами.

Если вы не поклонник рока, тяжёлые металлы могут вас интересовать как микроэлементы, необходимые растениям и, следовательно, людям для нормального функционирования. Потребность в них – десятые доли процента, иногда сотые и даже тысячные. Они не являются «строительным материалом» и «топливом», но зато в качестве составных частей ферментов, витаминов, белков регулируют все физиологические процессы.   Так, дефицит железа приводит к нарушению фотосинтеза у растений и анемии у человека. Недостаток марганца сказывается на синтезе хлорофилла в клетках листьев и работе мозга и нервной системы людей. Цинк участвует в клеточном обмене растений и отвечает за состояние кожи, волос, развитие и функционирование обоняния, слуха, зрения, а главное – иммунитета человека.   Красивые сочные овощи со своего огорода могут содержать избыточное количество тяжёлых металлов Перечислять весь список не станем, потому что в данном случае нас интересует не недостаток, а, наоборот, избыток этих элементов: ни для кого не секрет, что деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды. Среди прочих особо выделяется загрязнение тяжёлыми металлами, потому что они и их соединения весьма распространены и отличаются высокой токсичностью. А главное – имеют способность накапливаться в почве, затем попадать в растения, а после – в прочие живые организмы, приводя к хронической интоксикации.

Поэтому, если в почве вашего участка тяжёлых металлов больше, чем допустимо, нужно и безопасно, помидорчики и огурчики могут стать источником медленно действующего яда.

Излишки кадмия и цинка снижают усвоение организмом кальция, что ведёт к плохим зубам и хрупким костям, много кадмия и никеля – это заболевания кожи и онкология.

Отравления свинцом приводят к умственной отсталости у потомства, а ртуть провоцирует психические расстройства.  

В таблице Менделеева всего около 40 элементов, так или иначе относящихся к тяжёлым металлам. Вообще-то термин «тяжёлые металлы» довольно условен. Потому что химики так и не договорились о едином способе классификации – по атомному весу, массе, плотности или ещё по какому-то параметру. Поэтому чаще всего это понятие используется в экологическом или медицинском контексте.   Особо токсичных веществ, которые требуют контроля предельно допустимой концентрации, в этом списке примерно четверть: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром.   Практически любая деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды тяжёлыми металлами: промышленность и автотранспорт, ТЭЦ и котельные, мусоросжигательные заводы и сельское хозяйство. Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем и в ваш организм Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем, по цепочке, и в организм – ваш и ваших близких – разными путями. Вот основные источники загрязнения. Автомобили: в выхлопных газах содержится свинец, цинк и медь, в пыли от истирающихся покрышек – свинец, цинк, кадмий, медь.

Промышленные выбросы: мышьяк, ртуть, свинец, цинк и медь.

Органические удобрения: изготовленные из осадков сточных вод и навоза, они содержат свинец (до 80% общего количества), кадмий, цинк, медь.

Минеральные удобрения: кадмий в больших количествах может быть в примесях, содержащихся в суперфосфатах. А кроме него – свинец, хром, кобальт, никель, ванадий, цинк, медь.

Свинец, цинк и медь имеются в калийных и азотных удобрениях в легко усваиваемой (в отличие от тяжёлых металлов в фосфорных удобрениях) растениями форме.

Кадмий, свинец, марганец и никель также присутствуют в известковых удобрениях, изготовленных из золы от сжигания сланцев и каменного угля.

Не спешите радоваться цветению, если ваш сад находится вблизи автострады Понятно, что наиболее уязвимыми в плане загрязнения являются садовые участки, располагающиеся в непосредственной близости от крупных производств чёрной металлургии, производства цемента и изделий из него, подвергающихся высокотемпературному обжигу, лакокрасочных предприятий, заводов, производящих минеральные удобрения, ТЭЦ, работающих на минеральном топливе. Площадь отрицательного действия любого такого предприятия, в зависимости от розы ветров, может достигать 1000 км². Увеличивает концентрацию тяжёлых металлов в почвах и бесконтрольное внесение удобрений – как минеральных, так и органических. Близость автострад и железных дорог тоже не радует владельцев загородных участков: по результатам замеров, превышение ПДК по свинцу выявлялось на расстоянии до километра от крупной автомобильной трассы. А способность тяжёлых металлов образовывать растворимые в воде соединения многократно увеличивает «зону поражения» – вредные элементы перемещаются наземными и грунтовыми водами и выпадают «кислотными дождями».   Поэтому не стоит заводить огород в городской черте, а если все же решили – присмотритесь к тенденции озеленения крыш. Это не только модно, но и более экологично: вредные элементы потому и названы «тяжёлыми» – выхлопные газы скапливаются внизу, а на городских крышах относительно чисто. Как ни парадоксально, в промышленной зоне огороды на крышах гораздо более безопасны, чем на земле

Тяжёлые металлы сильнее накапливаются в кислых, малоплодородных, песчаных почвах. Не стоит надеяться и на то, что дача в районе старой, закрытой промзоны безопасна. Тяжёлые металлы гораздо быстрее накапливаются, нежели выводятся: удаление половины изначальной концентрации для кадмия занимает от 13 до 110 лет, цинка – от 70 до 500, меди – от 300 до 1500, а свинца – до 5900 лет.

Избыток тяжёлых металлов можно заметить невооружённым глазом. Возможно, вам стоит уделить более пристальное внимание почве, если: 

• на участке отсутствуют или имеются в малом количестве дождевые черви – при превышении ПДК многих тяжёлых металлов количество червей в почве резко снижается, при четырехкратном превышении они исчезают вовсе;
• не живут в условиях загрязнённости и муравьи;
• на деревьях нет лишайников;
• у вас плохо удаются гладиолусы, бобовые и шпинат – возможно, в почве избыток меди, свёкла, морковь, репа, горох растут неважно, если много свинца;
• листья на деревьях начинают желтеть раньше положенного срока;
• деревья имеют маленький годовой прирост и мелкую листву;
• среди насекомых-вредителей сосущие преобладают над грызущими.

  Возможно, вам стоит задуматься не только о том, как спасти розы от тли

Что же делать с токсичным участком? Продать? Пожалуй, это самое правильное решение, если не учитывать не слишком этичное «на тебе, Боже, что мне негоже».

  Сделать продукцию с огорода более безопасной можно, улучшив состояние почвы – в случае, если она не сильно загрязнена соединениями тяжёлых металлов. Это, кстати, несложно проверить, сдав почву на анализ – услуга вполне доступна по цене. А заодно и прочий состав узнаете, и рекомендации получите – надо ли известковать, какие удобрения в каких количествах стоит вносить. Растения способны впитывать тяжёлые металлы. И этим можно воспользоваться. Например, сеять, скашивать и удалять с участка белый клевер. Правда, учтите, что поначалу расти он будет крайне неохотно – клевер чувствителен к наличию в почве даже малых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди.  Не уничтожайте все сорняки на участке — они помогут защитить его от загрязнения тяжёлыми металлами  Не уничтожайте тотально сорную растительность на участке – она способна стать буфером между загрязнением и вашими грядками. Такие сорняки, как полынь и одуванчик, накапливают свинец, марганец, медь, цинк, железо. В листьях щавеля скапливается кадмий. Пожертвуйте частью участка для создания зеленой кулисы со стороны автомобильной магистрали: трёхъярусная живая изгородь из хеномелеса, жимолости, сирени обыкновенной, чубушника, снежноягодника, шиповника морщинистого, бузины чёрной, бирючины, лещины, жёлтой акации, магонии, боярышника, туи, можжевельника в 5 раз уменьшит концентрацию сернистого газа и в 8 – диоксида азота. Помогут защитить участок и берёзы, ясень манчжурский, дуб черешчатый, сосна. Используйте сорбенты (цеолит, вермикулит) в качестве добавки к грунту при посадке. Создайте зеленую кулису со стороны автомобильной магистрали Как уже говорилось выше, в кислых почвах соединения тяжёлых металлов более подвижны и доступны для растений. Поэтому следует регулярно раскислять почву, переводя тяжёлые металлы в недоступную для растений форму. Кроме того, нейтральная реакция почвы более благоприятна для растений. Почвы с высоким содержанием гумуса не только более благоприятны для роста растений, но и снижают воздействие тяжёлых металлов. Мульчируйте, используйте в качестве удобрения компост и биогумус вместо навоза.  Если ваш участок находится у дороги, подберите ассортимент растений, меньше всего накапливающих вредные вещества. Не стоит растить зелёные листовые овощи, откажитесь от выращивания корнеплодов (свёклы, моркови, пастернака, сельдерея).  Зеленоплодные сорта крыжовника более безопасны В плодах и семенах тяжёлые металлы накапливаются меньше. Плодово-овощные культуры – это томаты, перцы, огурцы, кабачки, тыквы. Также специалисты считают, что фрукты с зелёной окраской более безопасны в плане накопления вредных веществ. Растите свой сад и заботьтесь о своём здоровье! Статья размещена в разделах: экология, экологически чистые продукты, огород, безопасность, почвы, статьи, досуг и отдых

15 спасибо за статью 3 в избранном 38669 просмотров

Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на экологию

Главные источники загрязнения окружающей среды — заводы и мусор. Ежедневно человеком вырабатываются тонны отходов. 4% из них идут на переработку. Количество и размеры свалок увеличиваются, что отрицательно сказывается на экологии.

Одна из основных проблем, вызванных такой ситуацией – загрязнение почвы тяжелыми металлами.  Ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь — самые опасные металлы, которые оседают на поверхности земли.

Предельно-допустимая концентрация этих веществ в плодородном слое — 16 ПДК. Превышение этого показателя ведет к загрязнению почвы.

При преодолении отметки в 10 ПДК замечают изменение физических свойств земли.

Пути попадания тяжелых металлов в почву

Загрязнение почвы имеет несколько путей. Основные — промышленность, ТБО и окружающая среда.

 Твердые бытовые отходы

Чтобы последствия загрязнения бытовыми отходами на землю сводились к минимуму, необходима правильная организация захоронения.

В деревне Воловичи Московской области в 1990-ом году был вырыт двухметровый котлован. Система захоронения выглядит так: два метра отходов отделяются друг от друга слоем земли в 30 сантиметров.

В основании рва расположен глиняный замок. На данный момент котлован использован на 98%.

Взятые около него образцы выявили, что показатели кислотности и ПДК тяжелых металлов не превышает оптимальную отметку в 16 ПДК, либо очень близки к ней.

Такие же исследования были проведены вблизи свалки мусора в городе Ульяновске. В образцах были обнаружены свинец, медь, кадмий. Содержание металла в этом образце — 29 ПДК, когда допустимая норма 16. Превышение ПДК кадмия при исследовании обнаружено не было. Но если выпадет кислотный осадок, кадмий окислится и его вредоносное содержание превысит допустимые показатели.

На пересечении Московского проспекта с Обводным каналом в Санкт-Петербурге раньше была свалка мусора. Сейчас эта часть города застраивается — там будет жилой комплекс. Район не был обезврежен или очищен. Проба земли в этих местах показала содержание свинца в 270 ПДК.

Окружающая среда

Тяжелые металлы в окружающей среде сконцентрированы также в воде и воздухе. Все, что сбрасывают в атмосферу заводы, рассеивается и оседает на поверхности земли и воды. Влага, если это не пруд или озеро, проходит естественную фильтрацию через почву. Получается, что плодородный слой оказался наименее защищенной средой. Химические элементы накапливаются и приводят к его истощению.

В 2015-ом году на Уфимском заводе цветных металлов была осуществлена проверка очистительных сооружений. Стало известно, что печь для плавления алюминия работала с недостаточной защитой. В атмосферу были выброшены опасные пары. Образцы вблизи завода показали, что ПДК свинца превысило норму в 20 раз, кадмия — в 16.

 Промышленность

Промышленные предприятия, находящиеся в непосредственной близости от населенного пункта, оказывают самое сильное влияние на экологию города. Металлургические заводы загрязняют окружающую среду на 10 — 15 км вокруг.

На Среднем и Южном Урале сосредоточено крупнейшее металлургическое производство страны. При исследовании почв в Ревде, Асбесте, Реже показатели ПДК тяжелых металлов были превышены в 5 — 10 раз. 12% территории Челябинска относится к зоне экологического бедствия: содержание цинка и свинца выше нормы в 25 раз.

Город Сызрань Самарской области известен крупными предприятиями по переработке нефтепродуктов. Почва, взятая на пробу в радиусе 15 км от завода «Тяжмаш», показала превышение ПДК свинца в 2,5 раза.

Индикаторы загрязнения почвы

Самыми распространенными индикаторами загрязнения являются растения и микроорганизмы.  У цветов наблюдается отмирание листьев — в почве накопился цинк.

Они медленно растут — земля переполнена медью. Ненормальное развитие растения в целом говорит о превышенном показателе кобальта.

Самым часто используемым биологическим индикатором загрязнения почвы тяжелыми металлами являются слива и фасоль.

Микроорганизмы в отравленном плодородном слое ведут себя по-разному в зависимости от местонахождения. На лесопарковых территориях микроорганизмы более активны. Это связано с тем, что почва там загрязнена меньше.

В зоне, приближенной к предприятиям и свалкам, наблюдается снижение численности микроорганизмов и почвенных животных. Тяжелые металлы влияют на их жизнедеятельность: микроорганизмы начинают медленно развиваться, плохо растут, наблюдаются изменения на генетическом уровне.

Биота либо погибает, либо выбирает другие места обитания.

Способы очистки почвы от тяжелых металлов

Существует три метода очистки почв от загрязнения тяжелыми металлами: физический, химический и биологический.

Физический и химический методы

Эти два метода, как правило, применяются совместно. Загрязненный слой снимается и проходит электрохимическое выщелачивание. Происходит переход металлов в подвижную форму. Затем обезвреженная земля помещается назад, слои перемешиваются. Полученный образец снова берется на анализ. Если содержание металлов не превышает ПДК, почва пригодна для сельского хозяйства.

Биологический метод

Суть метода в высадке семян растений семейства сложноцветных: мятлик, полынь, тысячелистник, клевер. Семена высеваются в соотношении 1:1:1 в количестве 1, 5 – 2 миллиона штук на  гектар земли.

Когда растения достигают периода бурного роста, надземную часть скашивают, высушивают и удаляют. Процесс повторяется несколько раз, после чего проводится анализ.

Этот метод очистки от загрязнений считается безопасным, так как на почву не воздействует химия.

Влияние тяжёлых металлов на окружающую среду

3.1 Общие характеристики

Основными загрязнителями окружающей среды являются тяжёлые металлы. К ним относятся элементы с относительной атомной массой свыше 40 и плотностью более 5 г/см3, хотя некоторые к тяжёлым металлам относят химические элементы с атомной массой свыше 50 и плотностью более 6 г/см3.[11,12,13]

Термин «тяжёлые металлы» заимствован с технической литературы, где металлы делятся на тяжёлые и лёгкие. В растениях тяжёлые металлы входят в группу микроэлементов наряду с физиологически необходимыми, такими как цинк, медь, железо, марганец, молибден, кобальт и др.

Все без исключения микроэлементы могут оказывать отрицательное влияние на растения, если концентрация их доступных форм превышает определённые пределы. Это связано с тем, что действие любых химических веществ носит определённый дозовый характер.

Опасность загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами сводится к следующему: фосфорный удобрение экология токсичность

• 1. Попадая в почву, тяжёлые металлы усиливают минерализацию органического вещества, вызывая негативные изменения в почвенно-поглощающем комплексе, вследствие замещения кальция и магния. Снижается ферментативная активность почвы, т.к. снижается жизнеспособность полезных микроорганизмов, увеличивается количество грибов, подавляется активность многих ферментов (каталазы и т. д.). Это приводит к деградации плодородия почвы и снижает её способность к самоочищению;
• 2. Проникая в растения, они могут активно участвовать в метаболических процессах, но могут сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах. В результате снижается продуктивность растений и качество продукции, происходят изменения в направленности физиолого-биохимических процессов и реализации генетической программы растений, нарушаются естественно сложившиеся фитоценозы;
• 3. Тяжёлые металлы, накапливаясь в растениях, по трофическим цепям с кормом и продуктами питания попадают в организм животных и человека, вызывая различные заболевания. Опасность увеличивается ещё и потому, что высшие растения без видимых признаков отравления могут накапливать токсичные для человека и животных концентрации тяжёлых металлов. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования превращения тяжёлых металлов по всей экологической цепи почва- растение- животное- человек с целью улучшения гигиенического качества продукции и среды обитания человека. Тяжёлые металлы могут усваиваться живыми организмами также непосредственно из воды и воздуха.

Известны «металлические ряды», расположенные по степени их токсичности для растений. Несмотря на некоторые их различия, можно констатировать, что наиболее ядовитыми как для высших растений, так и для микроорганизмов являются Hg, Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Co. К этому ряду, вероятно, также следует добавить Sn, Be, Ag.

Из большого разнообразия тяжёлых металлов наибольшую опасность представляют кадмий, свинец, ртуть, цинк и медь, что связано с их высокой токсичностью.[14]

3.2 Свинец

Свинец — один из главных компонентов загрязнения окружающей среды. Это давно уже известный яд, и даже среди многочисленных современных токсикантов это вещество наиболее заметно. Ещё в Древнем Риме были известны свинцовые трубы для водопроводов и свинцовые сплавы для кухонной посуды и сосудов для вина.

Химическое обнаружение свинца в останках захоронений древних римлян указывает на то, что в организме было слишком много этого металла. Может быть, в этом и кроется одна из причин упадка империи. Типичные признаки хронического отравления свинцом — малокровие, кишечные колики, тёмная «свинцовая кайма» по краям дёсен.

Отравление человека свинцом проявляется неспецифическими симптомами: вначале повышается возбудимость и бессонница, позже утомлённость и депрессия. В медицинской практике такое отравление диагностируется часто неверно, иногда его лечат как психическое заболевание.

В современном мире основными источниками загрязнения этим металлом окружающей среды является нитроэтилсвинец и тетраметилсвинец, которые добавляют в бензин в качестве антидетонатора. Более 95% свинца, содержащегося в атмосфере, поступает с выхлопными газами автомобилей.

Примерно половина свинцовой пыли, попав в лёгкие, остаётся там, переходит в кровь и откладывается в костях, печени, почках. Свинец, попавший в желудочно-кишечный тракт с пищей, в отличие от свинца, попавшего в лёгкие, более чем на 90% выводится из организма.

Свинец не участвует в обменных процессах организма человека и животных и при введении даже очень малых доз накапливается в печени, почках, костях, частично замещает кальций костного скелета, образует комплексы с белками. Токсическое действие его при попадании в организм связано с инактивацией ферментов.

Взаимодействуя с сульфгидрильными группами белков, образует устойчивые соединения, блокирующие ферментные системы. Кроме того, он влияет на биосинтез гемоглобина, нуклеиновых кислот и различных гормонов.

Около 90-95% содержащегося в организме человека свинца сконцентрировано в костях, что создаёт большую опасность хронической интоксикации. Он способен переходить в молоко матери. При потреблении ежегодно не менее 2 г. свинца проявляется его канцерогенное действие.

Свинец обладает слабой фитотоксичностью, что объясняется его способностью активно реагировать с почвенными компонентами и переходить в трудноусвояемую форму.

Свинец в высокой концентрации замедляет рост корней, а также образование корневых волосков. Свинец влияет на химический состав многолетних трав. В них увеличивается содержание азота и снижается кальция, магния, железа.

В растениях уменьшается содержание хлорофилла, особенно физиологически активной его фракции, а также органического фосфора при возрастании доли неорганических соединений этого элемента.

Кроме того, повышается содержание нитратов.

Интоксикация свинцом характеризуется постепенным исхуданием, снижением продуктивности животных, чередованием поносов с запорами.

Может также отмечаться опухание суставов, расстройство движения, синяя кайма на дёснах, уменьшение содержания гемоглобина в крови. Наиболее чувствительны к свинцу быстрорастущие ткани и эмбриональные клетки.

К лицам повышенного риска относят новорождённых, беременных женщин, детей, людей с заболеванием почек, больных анемией.

Свинец в основном воздействует на кроветворную, нервную, пищеварительную системы, почки. Он способствует развитию атеросклероза (хроническое сердечнососудистое заболевание) и приводит к нарушению координации движения, образованию аномальных эритроцитов. Сужение поля зрения — один из самых ранних признаков интоксикации свинца.

Кроме того, при избытке последнего снижается концентрация в крови витаминов В1, В2, В12 и С. Избыточное содержание свинца, равно как и других металлов, отрицательно сказывается на реакции палочек глазной сетчатки.

В результате, помимо других эффектов, ухудшается сумеречное зрение, что может иметь катастрофические последствия для водителей автомашин.[14]

В результате действия свинца сокращается срок жизни эритроцитов. При малом свинцовом отравлении снижается интеллект, и психика становится заторможенной. Холерик превращается во флегматика, а флегматик и вовсе «засыпает». И что ещё хуже — наблюдается частичная потеря контроля над поведением.[2]

Свинец концентрируется в почве и воздухе. Он считается металлом с низкой биологической доступностью и больше накапливается в кормах. В растение поступает через корни и путём некорневого поглощения листьями. Растения с широкими листьями содержат свинца больше, чем растения, у которых листья узкие.

Естественные уровни содержания свинца в растениях лежат в пределах 0.1-10 мг/кг (в среднем 2 мг/кг), в сельскохозяйственных культурах, используемых в пищу — 1-5 мг/кг сухой массы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) свинца в бытовой воде 0.1 мг/л, в почвах республики- 32 мг/л.[14]

3.3 Кадмий

Кадмий — опасный токсикант (считается даже токсичнее свинца). Этот металл отнесён Всемирной организацией здравоохранения к числу наиболее вредных для здоровья. Поскольку в природной среде кадмий встречается в очень малых количествах, его вредное действие выявлено лишь недавно.

Дело в том, что в последнее время этот металл стал находить всё большое техническое применение. Кадмий содержится в мазутах (10-3-10 -4%) и других тяжёлых нефтяных остатках, в каменном угле, его используют для кадмирования неблагородных металлов.

Источником загрязнения кадмием являются электронная и лакокрасочная промышленность, осадки сточных вод, сапропели, фосфорные удобрения (содержат от 5 до 100 мг/кг), он выделяется в атмосферу с выхлопными газами автотранспорта, при плавке руд и сгорании топлива.

При современном уровне химизации, на каждый гектар сельскохозяйственных земель поступает не более 3 г кадмия, что составляет при массе пахотного слоя 3 млн. кг 0.001 мг кадмия на 1 кг почвы. ПДК кадмия в почве находится в пределах 1-5 мг/кг воздушно-сухой почвы.[14,13]

Содержание кадмия в организме человека составляет 10-4% от массы. Он концентрируется в почках, печени и костной ткани. Биологическая роль кадмия заключается в регулировании обмена сахара в крови. При избыточном поступлении в организм он, в силу высокой химической активности, замещает кальций в костной ткани, при этом кости становятся непрочными и крошатся.

Повышенное содержание этого металла в пище приводит к массовому заболеванию зубов у детей. Кадмий может замещать кальций в ферментах и разрушать эритроциты. Он обладает канцерогенным и мутагенным действием. Тяжёлое отравление вызывается сотыми долями грамма соединений кадмия, принятая внутрь повышенная доза (30-40 мг) уже оказывается смертельной.

Кадмий выводится из организма очень медленно (0.1% в сутки), единовременное отравление может перейти в хроническое. Для острых отравлений обычен более или менее длительный скрытый период.

Начальными периодами токсикоза являются сухость слизистых оболочек, сладкий вкус во рту, головная боль в области нёба, белок в моче, дисфункция половых органов, нарушение нервной системы, острые костные боли в спине и ногах, снижение обоняния и так называемая «кадмиевая кайма»- золотистое окрашивание дёсен в области зубных шеек.

К сожалению, вещество почти невозможно изъять из природной среды. Металл всё больше накапливается в ней, а потому и попадает разными путями в пищевые цепи человека и животных. Дело ещё и в том, что кадмий легко переходит из любого типа почв в растения, последние поглощают его из почвы (до 70%) и из воздуха (до 80%).

Известна история, как цинковый рудник в Японии загрязнил кадмием реку Дзинцу. Около полутораста человек умерло от атрофии костного скелета. Этот случай вошёл в историю эндемических отравлений тяжёлыми металлами пол названием «болезнь итай-итай», и фармакологическими предприятиям пришлось специально разработать реагент (бета-2 микроглобулин) для определения кадмия в моче.[14,2]

К лицам повышенного риска в отношении отравления кадмием относят женщин 40 лет и старше, беременных, кормящих матерей, детей грудного и младшего возраста, людей с нарушением фосфорно-кальциевого обмена и заболеванием почек и печени. У курящих людей в организме больше кадмия, чем у некурящих (в одной сигарете содержится примерно 2 мг кадмия).

Табак угнетает иммунную систему, снижает сопротивляемость человеческого организма к ядам, в т. ч. и к тяжёлым металлам. Предполагается, что кадмий концентрируется в протеиновой части растений, поэтому, в отличие от других тяжёлых металлов, он в больших количествах может накапливаться и в генеративных органах.

Эту сторону проблемы необходимо учитывать при производстве пищевых продуктов.

Данный металл обуславливает медную недостаточность, что является причиной абортов и нежизнеспособности потомства, высокая его концентрация вызывает бесплодие у самцов. Из-за высокого содержания этого элемента люди, особенно в возрасте 40-50 лет, могут заболевать хроническим гастритом.

Кадмий считается токсичным элементом для растений. Основная причина его токсичности связана с нарушением активности ферментов. Кроме того, одна из причин заключается в антагонизме между кадмием и цинком.

Суть в том, что кадмий по своим свойствам близок к цинку и может замещать его во многих биохимических процессах. Высокое содержание кадмия в растениях может приводить к цинковой недостаточности с вытекающими последствиями.

Обычные концентрации кадмия в растениях находятся в пределах 0.2-0.8 мг/кг массы. ПДК кадмия в кормах 3 мг/кг.

В водоёмах кадмий почти исключительно встречается в виде двухвалентного катиона, в виде органических соединений его нет. Токсичность кадмия в водоёмах зависит от жёсткости воды, кислотности, а также от содержания ионов и металлов.

Кальций и магний понижают в жёсткой воде токсичность кадмия, а цинк, наоборот, повышает. В первую очередь кадмий попадает в водоёмы при поверхностной обработке металлов для защиты от коррозии и при переработке руд, которые не содержат железа.

В бытовых сточных водах также может содержаться много кадмия. ПДК для кадмия в бытовой воде 0.01 мг/л.[14]

Влияние тяжелых металлов на экосистемы

Замечание 1

Тяжелые металлы являются представителями одной из приоритетных групп загрязнителей, являющихся причиной деградации окружающей среды. К ним относят более 40 элементов с атомной массой выше 50 а.е.м.

Как правило, основная масса тяжёлых металлов, поступающая в окружающую среду со временем аккумулируется почвой.

Поступление металлов в почву сопровождается рядом физических, химических, биохимических, физико-химических и других взаимодействий, в ходе которых и происходит их аккумуляция, выщелачивание, осуществление межфазных переходов, а также поступление в растительные и животные организмы.

Следует отметить, что в ходе этих взаимодействий опасность металлов для живых организмов может существенно меняться.

Для биоты наибольшую опасность тяжелые металлы представляют, когда они сконцентрированы в почвенном растворе. Поступление тяжелых металлов в экосистемы зачастую сопровождается их деградацией и даже полным разрушением.

Однако чаще всего воздействие тяжелых металлов сопровождается следующими реакциями со стороны наземных экосистем:

• наблюдается ухудшение состояния биологической составляющей экосистем, проявляющееся в снижении видового разнообразия, а также объёмов общей биомассы и численности организмов; происходит осуществление процесса техногенной сукцессии, характеризующейся развитием биоценоза в сторону ее пионерных стадий;
• происходит снижение продуктивности экосистем;
• наблюдается процесс деградации почвенного покрова, сопровождающийся уменьшением запасов гумуса, а также ухудшением его качественного состава, увеличением почвенной кислотности, снижением биологической активности и др.;
• происходит снижение плодородных свойств и как следствие — уменьшение запаса доступных растениям форм биогенных элементов, сопровождающееся нарушением оптимального соотношения макро- и микроэлементов.

Действие тяжёлых металлов на почву путем вмешательства в биологические циклы происходит как прямо, так и опосредованно.

При этом зачастую подвергается изменениям структура микробиологического сообщества и его состав, являющийся показателем видового разнообразия.

Больше всего действию тяжелых металлов в микробоценозе подвержены нитрифицирующие и целлюлолитические бактерии. Их угнетение приводит к нарушению прохождения цикла азота в почве и процессов минерализации органического вещества.

Кроме косвенного тяжелые металлы оказывают ещё и прямое воздействие на почву и её характеристики. Так, например, имеется информация о консервации в загрязненных почвах органического вещества. Причиной тому является ограниченная доступность комплексов тяжелых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами.

Воздействие тяжелых металлов на водные экосистемы

Поступление тяжелых металлов в водные экосистемы может привести к многочисленным физическим, химическим и биологическим изменениям, которые можно разделить на две категории:

1. изменения, связанные с влиянием условий окружающей среды на поведение металлов;
2. изменения, связанные с влиянием металлов на состояние окружающей среды.

Так, например, чрезвычайно разнообразно влияние тяжелых металлов на водные растения. Главные ответные реакции, проявляющиеся в снижении разнообразия и плотности популяции, характерны, как правило, для наиболее загрязненных районов.
Действие тяжелых металлов на рыб зачастую сопровождается снижением темпов роста и плодовитости.

Замечание 2

Таким образом, привнесение тяжелых металлов в естественные экосистемы, в основном сопровождается их деградацией, а также уменьшением численности их представителей.