Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

  • На основе данных по содержанию тяжелых металлов в почве и растениях нами были подсчитаны следующие показатели:
  • — коэффициент биологического поглощения (КБП)- соотношение содержания элемента в надземной части к его валовому содержанию в почве:
  • (3.1),
  • где Ср — содержание элемент в золе растений (надземной части);
  • Транслокационный коэффициент (ТК)- соотношение содержания элемента в надземной части к содержанию в корнях:
  • (3.2),
  • Таблица 13 Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов растениями
Вариант Cd Cu Ni Co Pb Zn
Амарант
Контроль 0,38 0,7 0,2 0,06 0,2 2,37
Контроль + 1ПДК 10,3 0,64 0,64 0,27 0,03 11,9
Контроль + 3 ПДК 4,0 0,10 1,9 0,26 0,03 3,22
Контроль +5 ПДК 14,7 0,8 2,6 0,33 9,47
Львиный зев
Контроль 0,13 1,04 0,2 0,17 1,72
Контроль + 1 ПДК 0,07 0,4 0,14 0,09 4,72
Контроль + 3 ПДК 0,55 0,1 1,5 0,03 0,01 2,69
Контроль +5 ПДК 14,6 0,8 1,2 0,42 0,1 7,51

Таблица 14 Коэффициенты биологического поглощения цинка Zn для амаранта и львиного зева.

Вариант Zn Амарант Львиный зев
Вариант 1(Контроль) 1,77 1,52
Вариант 5(Zn200) 0,20 0,17
Вариант 6(Zn400) 0,15 0,10
Вариант 7(Zn600) 1,18 0,08
Вариант 8(Cd3Zn200) 0,43 0,21
Вариант 9(Cd6Zn400) 1,40 0,13
Вариант 10(Cd12Zn600) 0,34 0,12

Таблица 15 Коэффициенты биологического поглощения кадмия Сd для амаранта и львиного зева.

Вариант Амарант Львиный зев
Вариант 1(Контроль) 0,95 0,90
Вариант 2(Cd3) 0,39 0,24
Вариант 3(Cd6) 0,23 0,87
Вариант 4(Cd12) 0,19 0,16
Вариант 8(Cd3Zn200) 0,27 0,75
Вариант 9(Cd6Zn400) 0,28 0,91
Вариант 10(Cd12Zn600) 0,68 0,15

Таблица 16 Транслокационные коэффициенты, установленные для экспериментальных растений по отношению к кадмию, свинцу, цинку, никелю, меди, кобальту

Вариант Cd Cu Ni Co Pb Zn
Амарант
Контроль 0,13 1,36 0,34 0,27 1,02 2,13
Контроль + 1 ПДК 0,87 0,73 0,33 0,11 0,07 0,34
Контроль + 3 ПДК 0,64 0,57 0,75 0,31 0,38 1,83
Контроль +5 ПДК 1,48 0,16 0,60 0,29 1,62
Львиный зев
Контроль 0,03 0,89 0,41 0,36 2,06 1,0
Контроль + 1 ПДК 0,11 0,5 0,37 0,90 0,44
Контроль + 3 ПДК 0,10 0,68 1,02 0,17 0,26 0,87
Контроль +5 ПДК 1,53 0,69 0,89 1,19 1,60 1,51

Таблица 17 Транслокационные коэффициенты, установленные для амаранта и львиного зева по отношению к кадмию Cd

Вариант Амарант Львиный зев
Вариант 1(Контроль) 0,38 0,92
Вариант 2(Cd3) 0,89 0,94
Вариант 3(Cd6) 0,33 1,21
Вариант 4(Cd12) 0,45 0,25
Вариант 8(Cd3Zn200) 0,32 1,03
Вариант 9(Cd6Zn400) 0,23 0,85
Вариант 10(Cd12Zn600) 0,28 0,23

Таблица 18 Транслокационные коэффициенты, установленные для амаранта и львиного зева по отношению к цинку Zn

Вариант Амарант Львиный зев
Вариант 1(Контроль) 1,26 0,82
Вариант 5(Zn200) 1,02 0,69
Вариант 6(Zn400) 1,34 0,32
Вариант 7(Zn600) 2,20 0,44
Вариант 8(Cd3Zn200) 1,96 0,62
Вариант 9(Cd6Zn400) 2,27 0,41
Вариант 10(Cd12Zn600) 2,20 0,53

Очевидно, что растения, у которых транслокационный коэффициент и, в особенности, коэффициент биологического поглощения меньше 1,0, не подходят для использования в целях фиторемедиации.

Из таблиц 13 и 16 видно, что и транслокационные коэффициенты и коэффициенты биологического поглощения, установленные для амаранта и львиного зева по отношению к меди Cu, никелю Ni, кобальту Co и свинцу Pb практически во всех вариантах составляют меньше единицы. Данные показатели говорят о невозможности использования исследуемых растений для ремедиации почв, загрязненных данной группой металлов.

Для амаранта коэффициенты биологического поглощения и транслокационные коэффициенты больше единицы (КБП=1,18-1,40 ТК=1,02 — 2,27) были установлены по отношению к цинку, что говорит о выраженной способности к накоплению данного металла в биомассе исследуемого растения.

Что касается львиного зева, то данное растение проявило способность к накоплению и транслокации из корней в надземные органы кадмия.

Таким образом, полученные данные по содержанию тяжелых металлов в биомассе амаранта и львиного зева свидетельствуют, что ни одно из них не является гипераккумулятором в отношении изученных металлов.

Однако некоторые из экспериментальных растений в отношении определенного металла показали выраженную способность к накоплению и/или способность к их транслокации из корней в надземные органы. Таковыми являются амарант и львиный зев по отношению к кадмию Cd и цинку Zn.

Именно поэтому исследование фиторемедиационного потенциала этих растений продолжили в следующем вегетационном сезоне.

Транслокационные коэффициенты, полученные во второй год проведения вегетационного опыта с растениями амаранта и львиного зева в условиях индивидуального и комплексного загрязнения почвы кадмием и цинком, показали что, ни амарант, ни львиный зев не накапливают кадмий Cd в надземной части (ТК= 0,23-0,48). Значения ТК, приближающиеся к единице, получены в вариантах с низким уровнем загрязнения и контрольных. Полученные результаты говорят о том, что ни амарант, ни львиный зев нельзя использовать для фиторемедиации почв, загрязненных этим металлом.

Что касается транслокационных коэффициентов для амаранта и львиного зева по отношению к цинку Zn, то для амаранта они составляют больше единицы для всех вариантов (ТК=1,02-2,27), что говорит о том, что данное растение возможно использовать для фиторемедиации почв, загрязненных цинком.

Транслокационные коэффициенты львиного зева по отношению к цинку меньше единицы, что говорит о запуске защитной функции корней, которые аккумулируют большую часть поступившего в них элемента.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что львиный зев не подходит для фиторемедиации почв, загрязненных цинком.

Принимая во внимание значения обоих рассчитанных коэффициентов, можно сделать вывод о том, что определенным фиторемедиационным потенциалом по отношению к кадмию в диапазоне его низких и средних концентраций в почве обладают растения львиного зева, по отношению к цинку — растения амаранта.

  Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

Экология СПРАВОЧНИК

Коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой отношение содержания элемента в золе растения (минеральная часть этого растения) к содержанию в почве в месте произрастания, у растений-концентраторов чрезвычайно велики. Так, у крапивы двудольной он доходит для Мо до 250, у сушеницы топяной для С(1 — до 50; у укропа для — до 60.[ …]

Коэффициенты биологического накопления металлов у большей части изученных растений составляли следующий восходящий ряд: Ni < Cu < Fe < Zn < Mn (табл. 2). У некоторых гидрофитов максимальные коэффициенты накопления были характерны для железа.[ ...]

КОЭФФИЦИЕНТ БИОЛОГИЧЕСКОГО НАКОПЛЕНИЯ [от лат. со — с, вместе и е/АЫет — производящий] — отношение содержания к.-л. элемента (напр., радионуклида или тяжелого металла) в организме к содержанию его в окружающей среде (в земной коре, почвообразующей породе, почве или искусственной питательной среде).[ …]

46 Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

Коэффициенты биологического накопления рассчитаны по отношению к местным почвообразующим породам (суглинистые отложения морского генезиса).[ …]

О направленности биологического круговорота можно получить представление, если определить коэффициенты биологического поглощения распространенных химических элементов наземной растительностью.

Указанный коэффициент численно равен отношению концентрации химического элемента в золе растительности суши к его средней концентрации в литосфере. Это графически показано в верхней части рис. 38.

Растительность оказывает активное воздействие на перераспределение многих химических элементов, в первую очередь углерода, азота, фосфора, серы и галогенов.[ …]

Для оценки загрязнения растительного покрова в придорожной полосе можно использовать коэффициент биологического накопления (КБН), равный отношению концентрации тяжелых металлов в золе растений к их концентрации в почве. При известных КБН и концентрации тяжелых металлов в почве можно определить их концентрацию в золе растений.[ …]

Фосфор, единственным источником которого служит литосфера, относится к веществам с высоким коэффициентом биологического поглощения. Он присутствует в клеточном материале в составе многих соединений: фосфатных групп, входящих в структуру нуклеиновых кислот, фосфолипидов, макроэргичес-ких соединений (АТФ), участвующих в энергетических и анаболических процессах.

Фосфор ассимилируется из среды в ходе фотосинтеза, хемосинтеза, разложения органических остатков. Способность запасать этот элемент в клетке обусловливает определенную независимость водорослей от его содержания в среде (Sommer, 1985; Harris, 1986).

С геохимическими процессами в бассейне связано поступление фосфора в поверхностные воды, которые наряду с промышленными и бытовыми стоками являются источником его поступления в водоемы (Коплан-Дикс, Алексеев, 1988; Harris, 1986). Круговорот фосфора в природе носит однонаправленный характер: он не возвращается в исходную фазу (как азот — в газообразное состояние).

У исследователей нет единого мнения в отношении форм существования фосфора в водоеме. Разными методами выделяют до восьми взаимосвязанных между собой фракций, формирующих его общий фонд. В наиболее общем виде они могут трактоваться как растворенный и взвешенный фосфор, формирующие его общий фонд (Элементы круговорота…, 1987).

Основная масса общего фосфора в водоеме существует в виде взвешенной фракции. Растворенный неорганический фосфор, содержащийся в меньших количествах, характеризуется высокой (от нескольких минут) скоростью оборачиваемости (Harris, 1986).[ …]

Читайте также:  Масло для бензопилы: виды и соотношение с бензином, рекомендации по выбору

Главным источником элементов в растениях являются почвы. По степени накопления элементов растениями, мерилом которой является коэффициент биологического поглощения Ах или отношение содержания элемента в золе растений к содержанию этого элемента в почве или породе, А.И. Перельман выделил пять рядов (табл. 46).[ …]

Различные растения аккумулируют разное число микроэлементов. Так, медь накапливают растения семейства гвоздичных, кобальт — некоторые овощные культуры (перцы). Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников.[ …]

Полученные результаты анализов группировались в выборки по различным признакам (по типу почв, генезису и составу почвообразующих пород, видам растений и их экобиоморфам, по географическому признаку).

Для всех выборок были вычислены основные, статистические параметры (среднеарифметическое содержание X, коэффициент вариации V, среднеквадратичное отклонение S и т.д.).

Для генетических горизонтов почв вычислялись элювиально-аккумулятивные коэффициенты Кэл, представляющие собой отношение содержания данного химического элемента в том или ином почвенном горизонте к среднему содержанию его в почвообразующей породе [Глазовская, 1964а; Авессаломова, 1987].

Также были вычислены показатели дифференциации почвенно-грунтовой толщи по методике Е.Г. Нечаевой [1971, 1974, 1985]. Для оценки поступления элементов в растения были рассчитаны коэффициенты биологического накопления (КБН), равные отношению содержания микроэлемента в золе растения к содержанию в почве или породе, на которой растение произрастало [Перельман, 1966].[ …]

Судя по списку видов-доминантов (табл. 2), наиболее часто встречаемыми видами являются элодея канадская, роголистник темнозеленый и рдест курчавый.

По литературным данным, эти виды наиболее устойчивы кТМ и способны накапливать их в значительных количествах (Кадукин и др., 1982).

Изучая накопительную способность гидрофитов в модельных экспериментах, мы также отмечали высокие значения коэффициента биологического накопления меди, кадмия и никеля у рдеста, элодеи и ряски трехраздельной (Малева и др., 2004).[ …]

По сравнению с условным мировым кларком почв [Малюга, 1963], тундрово-глеевые почвы Бованенковского месторождения характеризуются повышенным содержанием некоторых микроэлементов, в первую очередь биогенных — марганца, фосфора и цинка, что объясняется интенсивным поглощением данных элементов растительностью. Наблюдается также высокое содерх[ …]

ПОИСК

Таблица 46. Коэффициент биологического поглощения. А, (по А.И. Перельману) Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

    Для растений одним из основных показателей накопления элементов является коэффициент биологического поглощения (КБП). Он представляет собой отношение [c.75]

    Главным источником элементов в растениях являются почвы. По степени накопления элементов растениями, мерилом которой является коэффициент биологического поглощения или отношение содержания элемента в золе растений к содержанию этого элемента в почве или породе, А.И. Перельман выделил пять рядов (табл. 46). [c.151]

    Kg —коэффициент биологического поглощения (отношение содержания элемента в золе [c.13]

    Коэффициент, характеризующий перенос вещества из абиогенной среды в живые организмы, называется коэффициентом транслокации или коэффициентом биологического поглощения Кб, равным отношению концентрации элемента в биогенном веществе к его концентрации в окружающей среде. [c.272]

    Различные растения аккумулируют разное число микроэлементов. Так, медь накапливают растения семейства гвоздичных, кобальт — некоторые овощные культуры (перцы). Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников. [c.151]

    О степени интенсивности вовлечения элементов в биологический круговорот позволяют судить коэффициенты биологического поглощения (отношение содержания элемента в золе растения к его концентрации в почве или породе) либо индексы аккумуляции, представляющие отношение концентрации элемента в растении в воздушно-сухом состоянии к его концентрации в верхнем горизонте почв. [c.51]

    Коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой отношение содержания элемента в золе растения (минеральная часть этого растения) к содержанию в почве в месте произрастания, у растений-концентраторов чрезвычайно велики. Так, у крапивы двудольной он доходит для Мо до 250, у сушеницы топяной для С(1 — до 50 у укропа для А8 — до 60. [c.82]

    Биогеохимическая формула имеет вид неправильной дроби А(В) (С,В,…)/(М). На месте целого числа А указывается типоморфный элемент, в скобках после него (В) — растворенный в воде газ. В числителе (С,В,…

) указываются индикаторные рассеянные элементы, у которых коэффициент биологического поглощения Кб больше коэффициента водной миграции Кв, в знаменателе — элементы с обратными соотношениями Кб и Кв. Для данного ландшафта выделяют индикаторные элементы двух групп, характеризующие геохимическое сопряжение.

В первую группу входят индикаторные элементы, наиболее интенсивно вовлекаемые в биологический круговорот, во вторую — в водную миграцию. Для отличия автономного элементарного ландшафта от подчиненного в биогеохимической формуле [c.249]

    Средний состав золы иаземиих растений н коэффициенты биологического поглощения. По А. И. Перельману [c.470]

    В наземной растительности содержание О. составляет в живой фитомассе Ы0 , в сухой 25-10 , в золе 5-10 % суммарное количество О. в фитомассе континентов 0,63 млн. т захват О.

годовым приростом фитомассы по всей площади суши составляет 69 тыс. т или 0,46 кг на 1 км коэффициент биологического поглощения Кб =1,85. Содержание О.

в организмах млекопитающих оценивается как й10 — лЮ» % сухой зоомассы [15]. [c.404]

    В геохимических целях иногда бывает необходимо знать со тав минеральной части живого вещества — его зольность, п скольку организмы способны избирательно поглощать из окр жающей среды и накапливать в зольной части некоторые эл менты. Эта способность, по А. И.

Перельману, может быть ох рактеризована коэффициентом биологического поглощения А который показывает, во сколько раз содержание элемента ( в золе больще, чем в литосфере. Значения величин позв лили построить ряды биологического поглощения элементов, к торые показаны на рис. 29.

Элементы, у которых кх больше 324 [c.324]

    Интенсивность вовлечения химических элементов в миграцию в элементарных ландшафтах принято характеризовать ландшафтногеохимическими коэффициентами (Кб, Кв и др.).

Доминирующие процессы массопереноса в элементарных ландшафтах, прежде всего в процессах водной миграции и биологического круговорота, описываются биогеохимиче-ской формулой на основе выделения наиболее интенсивных путей перераспределения химических элементов между компонентами ландшафта.

Эти миграции количественно характеризуются коэффициентами перераспределения химических элементов между исходной почвообразующей породой и растительностью (коэффициентом биологического поглощения Кб, равным отношению концентрации элемента в растительности к его концентрации в почвенной среде) и между исходной почвообразующей породой и природной водой (коэффициентом водной миграции Кв, определяемым как отношение концентрации элемента в воде к его концентрации в почвообразующей породе данного района). [c.249]

    Содержание в природе. Единственный минерал Г.— галлит (СаОаЗг) встречается очень редко, основная часть Г. заключена в минералах алюминия. Кларк Г. составляет (15- 19) 10 %, среднее содержание в гранитном слое коры континентов 19.10-4 в почве 3-10 %. В фитомассе континентов Г.

содержится в количестве 0,02-10 %, в золе фитомассы ЫО » %, суммарное количество металла в растительности суши составляет 0,13 млн. т. В течение года приростом растительности захватывается 8,63 тыс. т. Г., что в пересчете на 1 км составляет 0,057 кг. Коэффициент биологического поглощения Кб = 0,05. В Мировом океане общая масса Г. оценивается в 41,1 млн.

т при концентрацик в воде 0,03 мкг/л и среднем содержании в сумме солей 0,00086-10 % главная форма нахождения Ga(0H)4) период полного удаления растворенного Г. из вод Мирового океана составляет 10 лет в железомарганцевых конкрециях Тихого океана содержится Ы0 з% Г., годовой захват конкрециями составляет 0,06 тыс. т. Глобальный вынос Г. с речным стоком составляет 3,3 тыс.

т в год, средняя концентрация в речной воде 0,09 мкг/л, в сумме солей 0,75 10 % [5,15,53]. [c.225]

    Вовлечение У. в биологическую миграцию характеризуется захватом элемента годовы м приростом фитомассы, который на всей поверхности суши составляет 5,18 тыс. т или 35 г/км . Коэффициент биологического поглощения У. весьма невелик /(б = 0,15 ([15] Новиков).

В водорослях У. накапливается за счет усвоения из воды. Больше всего У. концентрируют водоросли из семейства харовых (на сухое вещество приходится в 1000 раз больше У., чем содержится его в воде). После отмирания водорослей У., концентрированный ими при жизни. [c.

271]

Химизм биостромы по отношению к земной коре. Коэффициент биологического поглощения элементов

В.И. Вернадский первый из геохимиков стал рассматривать жизнь как особое живое вещество земной коры. Образ живого вещества посетил В.И. Вернадского, как он сам пишет, в 1921 г. при ознакомлении с публикацией об одном из обычных перелетов стаи пустынной африканской саранчи через Красное море в Аравию.

Читайте также:  Акриловая молотковая краска по металлу

Стая имела объем 6000 км3 и массу более 4,4·107 т, что превышает массу меди, цинка и свинца, которое человечество добыло за 100 лет. Позже стало известно, что общая масса минеральных веществ, содержащаяся в биостроме, в 4 раза больше содержащейся в растворенном и взвешенном состоянии во всех реках и ручейках мира.

Можно сказать, что на среднем гектаре Земли биострома содержит по 4–5 т кислорода, углерода и водорода; 2,5–3 т азота, кальция и калия; 2–2,5 т кремния, магния и серы; 1–2 т алюминия, фосфора, хлора и железа, менее 1 т марганца, натрия и др. С развитием методов химического анализа растет количество элементов, регистрируемых в живых системах.

Так, в организме человека обнаружены более 77 химических элементов. В расчете на одну клетку содержится более

В других организмах соотношение элементов может быть иным. Например, известны бактерии, получающие энергию за счет окисления соединений железа, меди, даже ртути и золота.

Все это говорит о том, что живое вещество – порождение коры. Возникает даже подозрение, что может быть оно – просто часть коры. Нет, химизм биостромы при сходстве с корой достаточно специфичен. 6 элементов (углерод, азот, водород, хлор, сера, фосфор), составляющих в биостроме 54,77 %, в коре составляют лишь 0,262 %.

Если же сопоставить кларки названных элементов с таковыми в коре, то можно видеть, что кора под биостромой будет обедняться этими шестью элементами, относительное количество которых в биостроме больше, и обогащаться Са, К, Mg, Na, Si, Al, Fe, которых относительно больше в коре.

Такова тенденция перестройки химизма коры в географической оболочке с биостромой, т.е. уже в биосфере.

Количественный состав земной коры характеризуется величинами средних кларков — для всей коры планеты и региональных кларков, способных по сравнению с первыми выявить специфику геохимического фона конкретной исследуемой территории.

Совершенно ясно, что там, где фон отличается повышенными кларками по тому или иному элементу, дополнительное повышение его концентрации за счет тех или иных воздействий недопустимо, даже если абсолютное количество техногенно появляющегося элемента невелико.

Используя геохимическую классификацию элементов, можно отметить явное преобладание атмо- и литофилов (примерно 48 % массы коры). Это обусловлено высокой долей кислорода, кремния и алюминия. Сидерофилов и халькофилов намного меньше – 3,6 и 0,7 % соответственно.

Циклические элементы в коре составляют 95,3 %. Это означает, что значительная доля вещества коры способна участвовать в миграционных процессах, тем самым обеспечивая его круговорот.

Кларк кислорода в живом веществе вместе с азотом и водородом составляет 50 %, а с учетом других газов и углерода, образующего газообразные соединения, сумма кларков газов составляет уже около 96 %. Такое положение позволило В.И.

Вернадскому считать живое вещество, с одной стороны, источником газовой функции биосферы, а с другой – продуктом дегазации земной коры и более глубоких слоев всей литосферы. Итак, в живом веществе в основном атмофилы. Все остальные, кроме сидерофильного железа и халькофильной серы, литофилы.

Биофилы по массе составляют более 99 %, биоциды как бы отвергаются жизнью. Легко предугадать, какие изменения в химизм географической оболочки, превращая ее в биосферу, должна вносить биострома.

Конечно, для осуществления процессов жизнедеятельности химические элементы неравноценны. Александр Павлович Виноградов [1935] установил важнейшую биохимическую закономерность – «химический элементарный состав живого вещества является периодической функцией от атомного номера».

Точнее, в ряду элементов с четными номерами каждый шестой номер после кислорода, а в ряду с нечетными тоже шестой после водорода, имеют повышенный кларк в живом веществе.

Им было показано, что чем тяжелее и реже элемент, тем опаснее он как биоцид при повышении его концентрации, когда существенно превышая обычные уровни, такие элементы начинают выступать по отношению к жизни как токсичные. Особый интерес, в связи со сказанным, представляют тяжелые металлы и редкие элементы.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Среди них свинец, ртуть, олово, кадмий и другие элементы, в основном халькофилы, обнаруживаются в воздухе, в частичках пыли космического и земного происхождения. Опустынивание и антропогенное разрежение травостоя, распашка и карьерные разработки увеличивают количество пыли, поднимаемой из нарушенных почв.

В итоге в воздухе в среднем постоянно находится до 1 нг тяжелых металлов на 1 м3. Оказывается, что этому могут способствовать и растения. Они испаряют много металлорганических соединений, часть которых в виде фитонцидов служит им для защиты от бактерий. В каждом грамме фитонцидов – миллиграмм тяжелых металлов.

Показано, что эти растительные «извержения» усиливаются над лесами, растущими над глубоко лежащими полиметаллическими залежами – до 9 кг/км2 лесов в год. Аналогичную роль выполняют теплоэлектростанции. В них сжигается уголь разных «бассейнов».

Он образовывался из древних растений, росших в больших заболоченных котловинах. В последние сток сносил эти элементы с больших площадей, тем более что тогда на водоразделах перегноя (гумуса), способного их связывать, еще не было.

Так нынешние растения выступают как рассеиватели, а некогда произраставшие – как накопители, а ТЭЦ, алюминиевые, целлюлозно-бумажные и другие производства – как их современные продолжатели.

В районе Братского промышленного комплекса в 4 км от него концентрация фтора превышает фон в 20 раз и даже в 12 км в 2 раза. Накопление же фтора в хвое сосен и в 40 км от завода превышает фоновое в 1,5–2,5 раза. Площадь пораженных лесов составляет 140 тыс. га, из которых 45 тыс. га – совсем усохшего.

Избирательность поглощения элементов биостромой может измеряться предложенным Б.Б. Полыновым [1956] показателем или коэффициентом биологического поглощения Ах: Ах=Ln/nx

где х – элемент, lx – содержание х в золе организмов, nх – его содержание в подстилающей породе или почве.

А может составить от 100 до 0,001. По многочисленным измерениям для Земли в целом выделены пять классов биологического поглощения, представленные в табл. 4.

Энергично накапливающиеся в биостроме элементы могут образовывать сильные анионы. Все они легко смываются стоком, а Р и Sнакапливаются в восстановительной среде застойных бассейнов, в том числе и углеобразующих. Жизнь, очевидно, находится в погоне за ними и редко может страдать от их избытка даже там, где их концентрация довольно велика.

Сильно накапливающиеся элементы – почти пятая часть всех – менее водоподвижные (слабо уносимые), сильные катионы. Их кларк в биостроме незначительно (в 6,4 раза), но все же ниже, чем в земной коре, поэтому организмы не столь энергично «гоняются» за ними. Важно, что 54 % группы составляют выше отсутствовавшие биоциды.

Контроль организмов за повышением их концентрации слаб и они сильно накапливаются (почти как кальций и калий), а посему особо опасны при техногенном повышении концентрации (местных кларков).

Особо отметим радиоактивный стронций, который может опережать при захвате организмами кальций и фиксироваться в скелетных образованиях пожизненно.

Слабо и очень слабо захватываемые элементы наполовину биоцидны. Суммарный кларк их на порядок ниже и, как правило, они не допускаются в организмы (Ах до 0,001), но действие их особо язвительно. Свинец накапливается в пищевых цепях и вызывает, например, у грызунов рак и поражение нервной системы. Олово кумулятивно накапливается в организме.

В целом мы видим, что большинство биофилов не в дефиците и жадно поглощаются даже при малых концентрациях.

Перерабатывая ради них большие массы вод, воздуха, пород и почв, организмы при малейшем местном превышении кларков могут захватывать и много биоцидов. Они особенно опасны, если в естественном фоне их кларк повышен.

Очевидно, что загрязнение среды биоцидами ни в коем случае не должно регулироваться только стратегией экономики.

Вопрос 14

Исследование биологического поглощения тяжелых металлов растением-фиторемедиантом – топинамбуром (helianthus tuberosus l.)

DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2019.1.15009 Ключевые слова: слова: фиторемедиация, загрязнение почвы, тяжелые металлы, топинамбур, коэффициент биологического поглощения.

Одним из простых и эффективных решений проблемы реабилитации почвы, загрязненной тяжелыми металлами (ТМ), является фиторемедиация. В работе предложено применять для этой цели в условиях Таджикистана растение-фиторемедиант топинамбур (Helianthus tuberosus L.). Рентгенофлуоресцентным методом проведен анализ содержания тяжелых металлов и мышьяка в фиторемедианте и в почве места его произрастания. Рассчитаны коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов различными частями растения. Установлены значительное накопление в различных частях растения элементов Fe, Co, Cr, Mn, V и Sr и слабый захват элементов Pb, As, Zn, Ni и Ti, в то время как коэффициент поглощения Cu находится вблизи единицы. В целом, установлена принципиальная возможность использования топинамбура в качестве фиторемедианта для реабилитации почв, загрязненных ТМ. Даны рекомендации по применению данного типа фиторемедианта при загрязнении почвы различными видами ТМ.

Читайте также:  Оцинкованная кровельная водосточная воронка

Ghosh M., Singh S.P. // Asian Journal of Energy and Environment. 2005. V. 6. No. 4. P. 214.

Tangahu B.V., Abdullah S.R.S., Basri H. et al. // International Journal of Chemical Engineering. 2011. V. 2011. Article ID 939161. DOI:10.1155/2011/939161.

Kireeva N.A., Grigoriadi A.S., Bagautdinov F.Ya. // Teoreticheskiye problem ekologii [Theoretical problems of ecology]. 2011. No. 3. P. 4 [in Russian].

Titov A.F., Kaznina N.M., Talanova V.V. Heavy metals and plants. Petrozavodsk: Inst. Biologii KarNTs RAN, 2014. 194 p. [in Russian].

Grigoriev A.A., Borodikhin A.S., Rudenko O.V., Sova Yu.A. // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education]. 2013. No. 6 [in Russian].

Kundas S.P., Gishkelyuk I.A. // Proceedings of International Conference Strategy of recovery and sustainable development of the affected regions, Minsk, April 19–21, 2006. P. 82 [in Russian].

Kundas S.P., Gishkelyuk I.A. // Ekologicheskii vestnik [Ecology bulletin]. 2007. No. 1. P. 62 [in Russian].

Novik O.B., Osta M.K., Khublaryan M.G. Physical and mathematical modeling in amelioration. Moscow; Kolos, 1978. P. 167 [in Russian].

DeVries F.W.T.P., vanTaar H.H. Simulation of plant growth and crop production. Wageningen: Centre for Agr. Publishing and Documentation, 1982.

Poluektov R.A., Kumakov V.A., Vasilenko G.V. // Fiziologiya rastenii [Plant physiology]. 1997. V. 44. No 1. P. 68 [in Russian].

http://www.topinambur.net/pitatelnaya_cennost/mineralniy_sostav.html (accessed 17.11.2018).

Partoev K., Saidaliev N.Kh. // Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundam. issledovanii [International journal of applied and basic research]. 2016. No. 12. P. 1676 [in Russian].

Abdullaev S.F., Abdurasulova N.A., Nazarov B.I. et al. // Doklady akademii nauk respubliki Tajikistan [Proceedings of Academy of Science of the Republic of Tajikistan]. 2011. V. 54. No. 9. P. 746 [in Russian].

Abdullaev S.F., Nazarov B.I., Maslov V.A. et al. // Optika atmosfery i okeana [Optics of atmosphere and ocean]. 2013. V. 26. No. 03. P. 187 [in Russian].

Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I. et al. // Optika atmosfery i okeana [Optics of atmosphere and ocean]. 2014. V. 27. No. 03. P. 207 [in Russian].

Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I. et al. // Optika atmosfery i okeana [Optics of atmosphere and ocean]. 2015. V. 28. No. 02. P. 143 [in Russian].

Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I. et al. // Optika atmosfery i okeana [Optics of atmosphere and ocean]. 2015. V. 28. No. 03. P. 246 [in Russian].

Коэффициент биологического поглощения

Живые
организмы избирательно поглощают и
накапливают химические элементы в своих
телах. Именно благодаря этой способности
содержание элементов в минеральной
составляющей организмов (в золе)
отличается от их содержания в природных
средах.

Для
оценки способности живых организмов
поглощать и накапливать химические
элементы Б.Б.

 Полыновым (1948) был
предложен биогеохимический показатель
интенсивность
поглощения химического элемента

(Ах),
который в дальнейшем А.И.

 Перельман
(1975) предложил называть коэффициентом
биологического поглощения

(Кб,
КБП).
Данный коэффициент является важным при
рассмотрении вопросов, связанных с
биогенной миграцией химических
элементов7.

Коэффициент
биологического поглощения рассчитывают
по формуле:

  • где
    Р – содержание
    химического элемента в золе растения;
    П
    – содержание
    химического элемента в горной породе
    или почве, на которой произрастает
    данное растение.
  • Таким
    образом, Кб
    характеризует интенсивность поглощения
    организмом того или иного химического
    элемента и показывает, во сколько раз
    содержание элемента в золе определенного
    организма больше или меньше, чем в
    конкретной горной породе или почве.
  • Следует
    разграничивать понятия «коэффициент
    биологического поглощения» и «коэффициент
    биофильности», так как последний
    показатель рассчитывают на основе
    содержания элемента в живом веществе
    (в сырой массе организмов), а не в зольном
    остатке.
  • Расчет
    коэффициентов биологического поглощения
    в последующем дает возможность построения
    рядов
    интенсивности поглощения
    ,
    в которых химические элементы располагают
    в порядке убывания значений их
    коэффициентов биологического поглощения.
    Например, ряд интенсивности поглощения
    химических элементов растениями ландыша
    майского, произрастающими в лесостепном
    Поволжье Самарской области, имеет
    следующий вид:
  • Cu
    (0,53 8)
    > Co (0,42) > Sr (0,39) > Zn (0,34) > V (0,19) > Mn
    (0,17) > Ni (0,15) > Rb (0,13) > > Cr (0,02), Pb (0,02) >
    Fe (0,009) > Ti (0,001)
  • Представленный
    ряд наглядно демонстрирует, что растения
    ландыша интенсивнее всего поглощают
    Cu,
    Co,
    Sr
    и Zn,
    в то время, как их потребность в Cr,
    Pb
    и, особенно, Fe
    и Ti
    минимальна.

В
зависимости от величины коэффициента
биологического поглощения все химические
элементы можно разделить на две основные
группы (табл. 8).

Если Кб
> 1 (то есть содержание элемента в золе
больше, чем в компонентах литосферы),
считают, что в течение жизни организм
накапливает химический элемент и поэтому
его относят к группе биологического
накопления.

Если Кб
< 1 (содержание элемента в золе меньше, чем в литосфере), то такой химический элемент на протяжении жизни лишь захватывается организмом, и его относят к группе биологического захвата. При этом, как степень накопления химических элементов, так и степень их захвата может быть различной.

Таблица
8

Ряды
биологического поглощения химических
элементов (по А.И. Перельману, 1975)

Химические элементы Коэффициент биологического поглощения
100n 10n n 0,n 0,0n-0,00n
Биологического накопления энергичного P, S, Cl, Br, I
сильного Ca, Na, K, Mg, Sr, Zn, B, Se
Биологического захвата среднего Mn, F, Ba, Ni, Ge, Cu, Ga, Co, Pb, Sn, As, Mo, Hg, Ag, Ra, Au, B
слабого и очень слабого Si, Al, Fe, Ti, Zr, Rb, V, Cr, Li, Y, Nb, Th, Sc, Be, Ta, U, W, Sb, Cd

Коэффициент
биологического поглощения не является
константой, и даже у одного и того же
биологического вида на протяжении жизни
его величина может изменяться в 100-1000
раз. Подобные колебания обуславливают
множество одновременно действующих
факторов, все многообразие которых, тем
не менее, можно свести к двум группам.

К
первой группе относят факторы, связанные
с самим живым организмом.

Это: особенности
морфологии его органов и тканей (главным
образом, непосредственно контактирующих
с окружающей природной средой); степень
взаимодействия органов с компонентами
окружающей природной среды (у растений
– глубина проникновения корневой
системы в почву); аттрагирующая9
способность органов в отношении
химических элементов, обусловленная
значением этих органов для поддержания
жизнедеятельности организма; количественный
и качественный состав эндо- и экзометаболитов
органов, участвующих в процессах фиксации
химических элементов; общее физиологическое
состояние и интенсивность протекающих
в организме процессов; физиологическая
потребность организма в конкретном
химическом элементе на определенном
этапе жизни; непостоянство сезонного
ритма прироста биомассы; продолжительность
жизни организма (и длительность вегетации
у растений); экологические особенности
организма (потребность в тепле и влаге)
и др.

Интересно
отметить, что на величину Кб,
помимо перечисленных факторов, влияет
и происхождение организма. В частности,
согласно классификации А.Д. Айвазяна
(1974), все растения можно подразделить
на гумидокатные
(ель, береза, осина, мхи и др.

), центры
происхождения которых находятся в
гумидных10
областях, и ариданитные
(полынь, ковыль, кермек, подсолнечник,
кукуруза и др.), исторически возникшие
в аридных11
регионах.

Формирование гумидокатных
растений в гумидных условиях привело
к тому, что они приспособились накапливать
катионогенные элементы (Zn,
Mn,
Cu,
Ag,
Pb,
Co,
Sr,
Ni,
Cd),
обладающие наибольшей подвижностью в
этих климатических условиях.

Особенностью
ариданитных растений стало накопление
анионогенных химических элементов (Mo,
B,
Cr,
V,
Ti,
частично Zr),
а также некоторых катионогенных элементов
(Cu,
Ag,
Pb,
Co,
Sr,
Ni,
Cd),
подвижность, а, следовательно, и
доступность которых для растений в этих
условиях обусловлена образованием
растворимых комплексов с карбонатами
и бикарбонатами.

Вторую
группу составляют факторы окружающей
организм природной среды.

В частности,
для наземных растений чрезвычайно
важными оказываются характеристики
почвенной среды (гранулометрический
состав, окислительно-восстановительный
потенциал, содержание в почве гумусовых
веществ, карбонатов, оксидов, гидроксидов,
фосфатов, концентрация ионов водорода,
влагообеспеченность, обогащенность
почвы метаболитами почвенных
микроорганизмов и др.).

Несомненное
влияние на процессы поглощения и
накопления химических элементов
организмами оказывают и физико-химические
свойства самих элементов и их соединений,
климатические условия местообитания,
а также техногенная деятельность
человека, ведущая к трансформации
характеристик окружающей среды.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector