Вторник, 21 Май 2019 15:32

Вплив важких металів на врожайність сільськогосподарських культур

IMG 5332Самусенко Ю.В., кандидат хімічних наук

Кожна отрута – ліки, будь-які ліки – отрута; все залежить від дози. Парацельс

Господарська діяльність людини часто сприяє забрудненню навколишнього середовища. Особливу небезпеку становить забруднення важкими металами, багато з яких є надзвичайно токсичними навіть в мінімальній кількості. Важкі метали принципово відрізняються від органічних речовин тим, що не піддаються процесам розкладання, а здатні лише перерозподілятися між природними середовищами. Вони здатні концентруватися в живих організмах, викликаючи при цьому різні патології.

До важких металів належать більш як 40 металів з атомною масою понад 50 атомних одиниць. Відповідно до класифікації Н. Реймерса,5ccab4ae86f49

важкими металами слід називати метали зі щільністю понад 8 г/см3: Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg1. Деякі з них належать до мікроелементів, тобто хімічних елементів, які вкрай важливі для росту та розвитку рослин і тварин (Cu, Zn, Co). В рослинах мікроелементи або входять до складу ферментів, або активують їх роботу, вони необхідні в мізерно малих кількостях.

1) Голубєв І.Р., Новиков Ю.В. Навколишнє середовище та його охорона /М.: «Просвіта». – 1985. – 192 с.

5ccab3ffc0e0eУ розчині концентрація мікроелементів не повинна перевищувати або бути меншою, ніж оптимальна, бо це призводить до пригнічення або навіть загибелі організму. Негативна дія неоптимальних доз мікроелементів пов’язана з порушенням діяльності ферментативного апарату клітин, отже і обміну речовин в рослинах.

Концентрація всіх необхідних для життя елементів у живому організмі знаходиться під суворим контролем комплексу фізіологічних процесів, який має назву гомеостаз. Процес надходження та виведення токсичних елементів контролюється організмом, при цьому буферна ємність захисних систем організму обмежена.

Деякі важкі метали (As, Cd, Hg, Pb) не мають істотного впливу на ріст рослин, оскільки їм не властива будь-яка відома фізіологічна функція в життєвому циклі рослин, але такі метали як Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn є життєво важливими елементами для рослин. Наприклад, 1,5-2,5-кратне підвищення рухомих форм важких металів(Cu, Zn, Pb, Cd) у ґрунті викликає зниження кількості та якості продукції сільськогосподарських культур2. Поглинання важких металів рослинами та подальше їх накопичення вздовж харчового ланцюга є потенційною загрозою для здоров’я людини і тварин.

Одним з основних шляхів надходження важких металів в рослину є поглинання корінням рослин різних хімічних сполук цих металів (солей, гідроксидів, комплексів і т. п.) з ґрунту 3.

У 2006 році вибірково були досліджені на вміст промислових токсикантів ґрунти 18 міст України.

Високі середньорічні концентрації важких металів (свинцю, кадмію, міді, цинку) у межах 1,1-11,2 ПДК зафіксовані в ґрунтах міст Дніпропетровськ, Ялта, Костянтинівка та Маріуполь Донецької області, Вишневе та Фастів Київської області4.

Специфічною особливістю забруднення ґрунту важкими металами є дуже низька швидкість самоочищення ґрунту. Що стосується свинцю, то його надмірний вміст в ґрунті призводить до зменшення кількості та різноманітності ґрунтових мікробіоценозів. У зв’язку з цим виникає серйозна загроза масової деградації українських чорноземів, зосереджених в областях з розвиненою промисловістю.

В Україні, крім чорноземів, є ґрунти інших типів (сірі лісові, дерново-підзолисті, піщані і т. д.), в яких очищення від забруднення важкими металами відбувається ще повільніше, а кумуляція (накопичення) 
їх, у зв’язку з цим – швидше. Тому навіть невелика кількість важких металів у ґрунтах може призвести до небезпечного забруднення сільськогосподарської продукції.

При попаданні з ґрунту в рослини через кореневу систему важкі метали можуть переміщатися активно (метаболічним шляхом) або пасивно. У першому випадку поглинання і переміщення іонів металів здійснюється за системою, що складається з протопластів клітин, пов’язаних плазмодесмами. При пасивному транспорті іони, досягнувши поверхні кореня, потрапляють у вільний простір кореня і далі з транспіраційним струмом пересуваються по рослині. З активним транспортом по рослині пересувається частина металів, які виконують деякі біологічні функції (мідь, цинк, кобальт та інші), а також метали, хімічно подібні до необхідних елементів (кадмій є хімічним аналогом цинку). Однак більша частина металів, особливо ті, які не є необхідними для рослин (свинець), переміщаються за допомогою дифузії.

Вступаючи в контакт з клітинними стінками і деякими мінеральними та органічними сполуками, що містяться в клітинах, метали осідають і втрачають біологічну активність.

У той же час при забрудненні ґрунту великою кількістю металів деяка їх частина здатна минути захисні системи рослини і здійснити на нього токсичний вплив.

4) Національна доповідь про стан техногенної та природної безпеки в Україні у 2006 році. – К.: ДП Агентство «Чорнобильінтерінформ». – 2007. – 236 с.

5) Жаворонков Н.М. Комплексони у вирішенні продовольчої програми СРСР//ЖВХТ імені Д.І. Менделєєва – 1984. – Т. 29. – Вип. 3. – С.261-265.

І в результаті цього можливий прояв деяких візуальних ознак токсичності. Основні ознаки пригнічення рослин під впливом токсикантів неспецифічні і проявляються в основному в зниженні схожості насіння, уповільненому зростанні, ненормальному розвитку кореневих систем, хлорозі, в’яненні та загибелі рослин. Одначе у сільськогосподарському виробництві слід враховувати, що візуальні ознаки токсичності починають проявлятися, коли концентрація токсичних елементів значно перевищує санітарно-гігієнічні нормативи, встановлені для продукції рослинництва. При цьому вміст елементів в ґрунті, при якому з’являються ознаки фітотоксичності, також значно перевищують гранично допустиму концентрацію.

Так, ознаки ртутного отруєння проявляються при концентрації елемента в ґрунті 25-50 мг/кг(ГДК 2,1 мг/кг), (орієнтовно допустимі концентрації 32-130 мг/кг), миш’якового – при 25-50 мг/кг (ОДК 2-10 мг/кг). Тому візуальна діагностика забрудненості ґрунту і рослин металами не має сенсу.

Всі організми – як рослин, так і тварин потребують постійного поповнення мікроелементами. Однак мікроелементи повинні вводитися в живий організм в біологічно активній формі, бо мають легко транспортуватися і засвоюватися.

У природі рослини отримують ці елементи у вигляді розчинних солей, що присутні в ґрунті. Однак це малоефективно і значно кращий результат можна досягти при використанні біологічно активних комплексонів. Прикладом таких комплексонів може бути ЕДТА (етилендіамінтетраоцтова кислота)5.

Проте застосування ЕДТА пов’язане з певними ризиками. Цей комплексон може зберігатися в ґрунті без зміни впродовж багатьох років, продовжуючи постачати в рослини з ґрунту різні метали (у тому числі і важкі), утворюючи з ними добре розчинні комплекси. Важкі метали, що знаходяться в ґрунті у вигляді солей, дуже слабо засвоюються рослинами. Утворення ж комплексонів ЕДТА з важкими металами призводить до більш інтенсивного поглинання їх рослинами, що буває вкрай небажано.

2) Потапов М.А. Вплив важких металів на врожайність і якість сільськогосподарської продукції в умовах лісових ґрунтів Чуваської Республіки: дисертація. На здобуття наукового ступеня канд. сільськогосподарських наук: спец. 06.01.04 «Агрохімія»/Чебоксари. – 2005. – 155 с.

3) Gaur N., Flora G., Yadav M., Tiwari A. A review with recent advancement on bioremediationbased abolition of heavy metals. Environ. Sci. Process. Impacts. 2014; 16:180-193/doi:10/109/C3EM00491K

 Таким чином, застосування ЕДТА (і подібних йому комплексонів) вимагає великої обережності. Більш ефективними могли б бути комплексони, які піддаються в ґрунті біодеструкції і не накопичуються з часом. Це дозволило б виключити безконтрольне вилучення з ґрунту важких металів рослинами.
Прочитано 111 раз