Екотоксикологічні, гідрохімічні та агрохімічні методи оцінки мінеральних добрив

Токсичні елементи здебільшого є катіонами. Вони легко нагромаджуються у ґрунті, але на відміну від більшості органічних ксенобіотиків важко виводяться з нього. Так, періоди напіввиведення з ґрунту Cd – 11О років, Zn – до 510, Cu – до 1500, Pb – близько кількох тисяч років. За профілем ґрунтів ВМ хімічно мігрують дуже повільно. Так, у Швейцарії за 100 років Cu і Zn з верхнього горизонту ґрунтів проникли лише до глибини 10–20 см. Вертикальна міграція залежить, насамперед, від властивостей орного шару ґрунту. М. Соколов (1995 р.) вказує, що на підставі таких показників зазначені токсичні елементи можна віднести до типових консервативних забруднювачів.

Щодо рослин дуже токсичними вважають Со2+, Ni2+, Pb2+, які шкідливо діють на тест-організми при концентраціях у розчині до 1 мг/л. Помірно токсичними вважають As, A1, Cd, Zn, які інгібуюче діють при концентраціях 1–100 мг/л. Слаботоксичні – СГ, NO3", K+, Na+ , що рідко негативно впливають при рівнях понад 1800 мг/л. К. Смайлд (1981 р.) встановив ряд фітотоксичності– Cd<Ni<Cu<Zn<Cr=Pb. Було також виявлено, що токсичність металів у чистому вигляді менша, ніж у сполученні з іншими металами.

Токсичні елементи, біологічне значення яких пояснити важко, мають коефіцієнт біологічного поглинання менше 1. Однак, усі вони перед тим, як включитися в обмін речовин, проходять етапи проникнення через пектоцеллюлозну мембрану клітинної оболонки, потім цитоплазматичну мембрану, товщу цитоплазми і вакуольну мембрану. Цей шлях може бути зумовлений простою дифузією через пори мембрани за градієнтом концентрації, проходженням через пори мембрани з током розчинника, ліпозною дифузією, дифузією за участі переносника, обмінною дифузією, активним метаболічним переносом елементів та піноцетозом.

Із шляхів надходження токсичних елементів слід виділити апоплазматичний і симплазматичний. Апоплазматичний шлях проходить у вільному просторі клітинних оболонок та міжклітинників за принципом дифузії і току води з розчиненими у ній речовинами. Цим шляхом у рослини можуть надходити випадкові, непотрібні для метаболізму елементи. Ймовірність надходження у рослини токсичних елементів таким шляхом підвищується з підвищенням їхнього вмісту у ґрунтовому розчині. Симплазматичний шлях у безперервній симплазмі між клітинами по плазмодесмах носить вибірковий характер. Як правило, випадкові або шкідливі сполуки та іони не перерозподіляються в організмі рослин цим шляхом, оскільки блокуються у момент проникнення в клітину.

Наявність двох шляхів переміщення токсичних елементів у рослинах визначає різні рівні вмісту їх в органах рослинного організму: найбільше їх міститься у корінні, потім стеблі і листі, і, нарешті, насінні, бульбах, коренеплодах.

Серед ХЕ і сполук, джерелом яких можуть слугувати мінеральні добрива, та цікавих з екотоксикологічної точки зору, можна виділити такі:

Миш'як – елемент V групи періодичної системи. Токсичний вплив на людину проявляється у порушенні процесів дихання, загальному ацидозі, розладі серцевої діяльності, ембріотоксичному, тератогенно-му, канцерогенному ефекті та ін. Клас небезпечності (санітарно-гігієнічний) As і його сполук – І–II. Ґрунт: у біогеохімічному відношенні близький до фосфору. Найрозповсюдженіша форма As5+, присутній у вигляді H2AsO4~. Фоновий рівень у верхньому горизонті ґрунту від < 1 до 95 мг/кг. Найнижчий вміст характерний для піщаних ґрунтів. Арсенат-іони легко фіксуються у ґрунті глинистими мінералами, фосфатними гелями, гумусом, оксидами заліза та алюмінію. Процеси десорбції уповільнені. Рухомість збільшується у зворотній залежності від наявності алюмінію та заліза. ГДК за різними даними – 2 мг/кг (з урахуванням фону); 50 мг/кг. Токсичний вплив на рослини: біохімічної ролі не встановлено. Існує пряма залежність між вмістом As, як розчинного так і валового, у ґрунті і поглинанням його рослинами. Концентрації у рослинах – 0,009–1,5 мг/кг с.р. Ознаки інтоксикації рослин – в'янення листя, фіолетове забарвлення, зниження темпів росту. Антагоніст надходження Р і V, синергіст РЬ. Критичні концентрації у рослинах, що знижують продуктивність, 10– 20 мг/кг. ГДК у травах – 0,2 мг/кг, коренеплодах – 0,2, зернобобових – 0,3 мг/кг. Фоновий вміст у ґрунтових водах 0,1–200 мг/л, в поверхневих водах – 0,01 мг/л.

Кадмій – елемент II групи періодичної системи, має природні ізотопи. Токсичний вплив на людину: не залежно від форм кадмію, які надходять в організм, токсичний ефект пов'язаний з кількістю вільних іонів кадмію. Кадмій змінює активність ферментів. В основному акумулюється у печінці і нирках. Важко виводиться з організму, здатний акумулюватися у тканинах. Надходження 2 мг Cd в організм спричиняє ознаки отруєння. Клас небезпечності (санітарно-гігієнічний) Cd і його сполук І–II. Ґрунт: найважливіші фактори, що контролюють рухомість – рН і окислювально-відновлювальний потенціал; найбільша рухомість в інтервалі рН 4,5–5,5. Концентрацію кадмію у ґрунтовому розчині контролює адсорбція, яка на 95% відбувається за 10 хв, а через 1 год встановлюється рівновага. Внаслідок цього кадмій нагромаджується у кислому середовищі у вигляді іону, в інших умовах – у вигляді нерозчинних гідроксиду і карбонату, а також у вигляді комплексних сполук – ціанідів, тартратів. У ґрунтах, що розвиваються в умовах гумідного клімату, міграція Cd вниз за профілем ґрунту імовірніша, ніж нагромадження його у верхніх шарах. Середній вміст у ґрунтах коливається в межах 0,07–1,1 мг/кг, у ґрунтових розчинах – 0,2–6 мкг/л. ГДК – 3 мг/кг; валові форми – 3, рухомі – 0,7; 0,5 мг/кг. Токсичний вплив на рослини: не належить до незамінних елементів, але є пряма залежність між вмістом у ґрунті і поглинанням рослинами, як пасивно, так і метаболічним шляхом. Має високу фітотоксичність, що пояснюється подібністю до хімічних властивостей Zn – може виступати в його ролі у багатьох біохімічних процесах, порушуючи роботу багатьох ферментів. Процес поглинання контролює рН ґрунту. Більша частина Cd нагромаджується у тканинах коренів. Токсичність проявляється у руйнації ензимів. Симптоми – пошкодження кореневої системи, хлороз листя, червоно-буре забарвлення країв і прожилків листя. Сприяє зниженню вмісту Zn і підвищенню вмісту Cu. Критичні концентрації у рослинах, що знижують продуктивність на 10% – 15 мг/кг. ГДК у зерні – 2 мг/кг; в овочах і фруктах – 0,2; у травах – 0,03, коренеплодах – 0,03, зернобобових – 0,1 мг/кг. Токсичний вплив на мікрофлору, інгібує процеси, що відбуваються за участі ДНК, перешкоджає симбіозу мікроорганізмів і рослин, пригнічує біологічне відновлення азоту. Вміст у природних водах коливається w-10'4 – л-10'6*.

Цікаві статті з розділу

Дослідження екологічного стану техногенного навантаження на навколишнє природне середовище підприємством Чернігівське Хімволокно
До основних антропогенних джерел забруднення природного середовища відноситься промисловість – 45,4%. Промислові комплекси України являються головними споживачами води в державі. Однією ...

Сучасний екологічний стан Антарктичного півострова
Антарктичний півострів - це постійна низька температура повітря, майже постійні сильні вітри. Високий рівень ультрафіолетового опромінювання, низький атмосферний тиск і розріджене повітря теж не підні ...

Екологічні наслідки військової діяльності
Надзвичайні екологічні ситуації, що виникають внаслідок різного роду причин (господарської чи будь-якої іншої діяльності, аварій, катастроф, стихійних лих), негативно впливають на стан навко ...