Моніторинг земель поблизу ВАТ "Рівнеазот" (стр. 5 из 9)
Підхід до нормування забруднення по валовому вмісту важких металів потрібно розглядати як суто орієнтовним. При рівності валових форм будь-якого металу в ґрунті ступінь його рухливості може бути різним, У результаті у харчовий ланцюг надходить неоднакова кількість токсиканта. Більш об'єктивну оцінку дає визначення вміст рухомих форм важких металів.
При забрудненні ґрунту не одним, а декількома металами оцінюють сумарну їх фітотоксичність. Наприклад, у Англії для цього запропоновані цинкові одиниці, якими порівнюють фітотоксичність того чи іншого елементу з цинком. Коефіцієнти переводу в цинкові одиниці отримані емпірично. Знаючи вміст важких металів у цинкових одиницях і безпечну його кількість у ґрунті, можна встановити дозу внесення, наприклад, осад стічних вод як органічного добрива або дати кількісну оцінку забруднення ґрунту важкими металами.
При використанні осадів стічних вод та інших відходів необхідно враховувати ГДК того чи іншого елементу в ґрунті і динаміку його накопичення за систематичного його застосування. Гранично допустимий вміст важких металів у осадах стічних вод, які використовуються в сільському господарстві, такий (мг/кг сухоїречовини): Рb, Сг, і Сu – 1200, Cd –20, Ni – 200, Hg – 25, Zn – 3000. Важливо також знати рівень надходження токсичних елементів у рослини і можливе накопичення їх у господарській частині врожаю. Оскільки такий комплексний підхід часто відсутній, рекомендації щодо застосування промислових і комунальних відходів досить суперечливі.
Надзвичайно важливо не піддавати людей ризику захворювання від перевищення вмісту важких металів у продуктах харчування. За попередніми нормами МОЗ, гранично допустиме надходження з продуктами харчування свинцю становить 3 мг у тиждень, кадмію – 0,4, ртуті – 0,3 мг. Зазвичай ці норми не порушуються [20, 47]. Гранично допустимий вміст важких металів у продуктах харчування наведено у таблиці 1.3. При кулінарній обробці вміст важких металів у овочах і картоплі знижується. При промивці, очистці, знятті шкірки, бланшуванні кількість свинцю і ртуті в овочах зменшується на 50%, в картоплі – на 80-85%, а кадмію, який знаходиться в середині бульби, – на 20%. Проста промивка салату зменшує вміст свинцю на 90%. Найбільш небезпечними з цієї точки зору є атмосферні забруднення і використання як добрив осаду стічних вод, компостів із побутового сміття, промислових відходів. Зниженню надходження важких металів у рослини сприяють такі прості агротехнічні заходи, як: вапнування ґрунту і внесення органічних добрив, комплексне агрохімічне окультурювання полів, застосування природних цеолітів тощо. Внесення гною і фосфорно-калійних добрив знизило рухомість цинку в ґрунті на 27%, міді – на 5,5%, внесення 5 т/гa соломи і фосфорно-калійних добрив – відповідно на 16 і 19%.
Таблиця 1.3.
Гранично допустимі концентрації деяких хімічних елементів в основних групах харчових продуктів, мг на 1 кг сирого продукту
| Елемент | Продукти | Хлібобулочні вироби і зерно | Овочі | Фрукти | Соки і напої | ||
| рибні | м'ясні | молочні | |||||
| Ртуть | 0,5 | 0,03 | 0,005 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,005 |
| Кадмій | 0,1 | 0,05 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,03 | 0,02 |
| Свинець | 1 | 0,5 | 0,05 | 0,2 | 0,5 | 0,4 | 0,4 |
| Миш'як | 1 | 0.5 | 0,05 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Мідь | 10 | 5 | 0,5 | 10 | 10 | 10 | 5 |
| Цинк | 40 | 40 | 5 | 25 | 10 | 10 | 10 |
| Нікель | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0.3 |
| Хром | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,1 |
| Олово | 200 | 200 | 100 | - | 200 | 100 | 100 |
| Селен | 1 | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,3 |
| Алюміній | 30 | 10 | 1 | 20 | ЗО | 20 | 10 |
На забруднених важкими металами ґрунтах не можна вирощувати листові овочі і коренеплоди, які сильніше за інші культури поглинають метали з ґрунту. Відносно небагато їх накопичують у товарній частині урожаю томати і баштанні. Але краще на таких ґрунтах вирощувати технічні культури: льон, коноплю, картоплю, а також цукрові буряки.
При сильному забрудненні важкими металами верхній шар ґрунту знімається і замінюється «чистим».
1.5 Надходження важких металів у рослини та їх фітотоксичність
Важкі метали є протоплазматичними отрутами, токсичність яких збільшується по мірі збільшення відносної атомної маси.
За фітотоксичністю сполуки можна розподілити у такий ряд:
• дуже фітотоксичні елементи – чинять дію на тест-організми при концентраціях в розчині до 1 мг/л: Аg+, Ве2+, Нg2+, Sn2+ і можливо Со2+, Ni2+, Pb2+ і СrO2- .
• помірно токсичні: 1-100мг/л викликає інгібуючу дію: AsO42-, ВO33-, ВгО4-, СІО4-, МnО42-, МоО42- антимоніт селену; іони As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn.
• слаботоксичні: рідко чинять негативний ефект при рівнях більше 1800 мг/л: Сl-, Вr-, L-, Са2+, Mg2+, K+, Na+, Rb2+, Sr2-, Li+ , NO3- .
Токсичність важких металів може проявлятися по-різному:
- Сu, Нg: при токсичній концентрацій інгібують активність ферментів, утворюють комплекси з органічними молекулами, що здатні проникати крізь клітинну мембрану.
- Al, Ba, Fe: утворюють преципітати з РО43-, SO42-, утворюють хелатоподібні комплекси з обмінними метаболітами.
Взаємодіють із клітинними мембранами, змінюючи їх проникність і інші властивості. Au, Cd, Cu і Fe2+ іноді викликають розрив клітинних мембран.
Конкуренція: Li – з Na; Cs – з К; Ва і Sr – з Са; Cd – з Zn.
На фітотоксичність впливають такі показники: концентрація металу в ґрунтовому розчині. Деякі рослини здатні акумулювати метали; ґрунтові фактори: рН (впливає на рухомість металів і засвоєння їх кореневою системою), вміст органічної речовини та інші фактори. При рН близько 7 у ґрунтах з істотним вмістом важких металів попереджується фітотоксичність багатьох з них, але ті ж концентрації при рН 5,5 і нижче можуть стати летальними для рослин; забезпеченість рослин елементами живлення, фази росту, глибини проникнення коренів, тривалості вегетаційного періоду; удобрення, вапнування; зміна освітленості, температури і зволоження впливає на рух і трансформацію важких металів у ґрунтовому середовищі і рослинах, на взаємодію між рослинами і металами.
Для характеристики вибіркового поглинання хімічних елементів рослинами Б.Б. Полинов (1945) ввів у обіг величину, що пізніше була названа А.І. Петельманом (1961) коефіцієнтом біологічного поглинання (КБП), що представляє собою часткове відношення кількості хімічного елемента у золі рослин до його вмісту в літосфері [16, 105]:
де Ср – вміст елемента в золі рослини; Сп – вміст елемента в ґрунті.
КБП змінюється від 0,001 до 100. У складених ним рядах біологічного поглинання виділено п'ять груп елементів: інтенсивно накопичувані – КБП=10...100; сильно накопичувані – КБП=1...10; слабо накопичувані і середнього захвату – КБП=0,1...1,0; слабкого захвату – КБП=0,001-0,01. КБП хімічного елемента для одного і того ж виду рослин не є сталим і може змінюватись.
Сучасні уявлення фізіологів щодо надходження і поведінки важких металів у рослинах (Вахмістров, 1966; Tiffin, 1977; Вахмістров, Мазель, 1973; Лібберт, 1976; Клаксон, 1978) зводяться до наступного [16, 116].
Важливу роль у захисті рослин від надлишку важких металів, що надходять із ґрунту в корені, виконує коренева система. Затримуючи надлишкові іони, корені тим самим сприяють зберіганню в надземних органах сприятливих (чи нешкідливих) концентрацій хімічних елементів.
Захисні можливості коренів дуже великі, але і вони мають межу; при дуже високій кількості токсиканта у середовищі його потік у надземні органи посилюється. Спочатку це відмічається у листках, потім – і у зернах.
Іони металу, потрапивши у корінь, займають вільний простір, адсорбуються на стінках і залишаються в розчині. Щоб брати участь у метаболізмі коренів, їм необхідно подолати плазмалему. Подолання клітинних мембран необхідне і для досягнення іонами ксилеми: обійти перешкоду – поясок Каспарі – вони можуть тільки шляхом переходу із апопласта у симпласт. Однак цей шлях долається важко, оскільки у мембранах локалізований механізм вибіркового поглинання іонів, який обмежує проникнення у клітину баластних і надлишкових іонів. Якщо все ж таки у клітинах кореня іонів виявиться понад допустимий ліміт, то включається ще один механізм захисту, який переводить надлишок у вакуолі.
Таким чином, частина іонів металу затримується у вільному просторі чи переправляється у вакуолі, інша частина використовується у процесі метаболізму, третя – із ксилемним соком підіймається у надземні органи.
При просуванні по ксилемі метали можуть адсорбційно поглинатися її стінками, а також закомплексуватися присутніми у клітинному соці органічними сполуками. Однак, як вказує У. Ліндсей (Lindsay, 1972), важкі метали – Zn, Ni, Cu, Fe – не зв'язані тут у високостабільні ліганди [16, 123]. Проходячи переважно транзитом шлях по ксилемі, іони потрапляють у листки, перш за все, в апопласта. Для того, щоб проникнути в клітини листка, у якому відбувається основна синтетична діяльність рослин, іонам знову потрібно подолати клітинні мембрани. За аналогією з коренями тут діють механізми вибіркового поглинання. Основна його функція – забезпечення нормального вмісту іонів у цитоплазмі, тобто вона пов'язана з захистом життєво важливих органів і процесів. При потраплянні важких металів у листок їх надлишок може акумулюватися у різноманітних структурах листка і клітини: провідні тканини, апопласта, вакуолі.