אַנטִימוֹן

קיים בכמה עפרות.

חלק מסגסוגות המשמשות במגוון אזורי ייצור.

עודף שלו גורם להפרעות אכילה קשות.

אַרסָן

המקור העיקרי לזיהום הקרקע בארסן הם חומרים המשמשים להדברת מזיקים של צמחים חקלאיים, למשל קוטלי עשבים וחומרי חרקים. ארסן הוא רעל מצטבר הגורם לכרוני. התרכובות שלו מעוררות מחלות של מערכת העצבים, המוח והעור.

מַנגָן

תכולה גבוהה של יסוד זה נצפתה באדמה ובצמחים.

כאשר מנגן נוסף חודר לאדמה, הוא יוצר במהירות עודף מסוכן. זה משפיע על גוף האדם בצורה של הרס של מערכת העצבים.

שפע יתר של אלמנטים כבדים אחרים הוא לא פחות מסוכן.

מהאמור לעיל ניתן להסיק כי הצטברות של מתכות כבדות בקרקע כרוכה השלכות חמורותלבריאות האדם ולסביבה כולה.

שיטות בסיסיות למלחמה בזיהום קרקע במתכות כבדות

שיטות למלחמה בזיהום קרקע במתכות כבדות יכולות להיות פיזיקליות, כימיות וביולוגיות. ביניהן ניתן למצוא את השיטות הבאות:

• עלייה בחומציות הקרקע מגדילה את האפשרות.לכן, תוספת של חומרים אורגניים וחימר וסיד מסייעים במידה מסוימת במאבק בזיהום.
• זריעה, כיסוח והוצאה של צמחים מסוימים, כמו תלתן, משטח הקרקע מפחיתה משמעותית את ריכוז המתכות הכבדות באדמה. חוץ מזה השיטה הזאתהוא ידידותי לסביבה לחלוטין.
• ניקוי רעלים של מי תהום, שאיבתם וטיהורם.
• חיזוי וביטול הגירה של הצורה המסיסה של מתכות כבדות.
• בחלקן במיוחד מקרים חמוריםזה דורש הסרה מלאה של שכבת האדמה והחלפתה בשכבת חדשה.

המסוכנת ביותר מבין כל המתכות הרשומות היא עופרת. יש לו את היכולת לצבור ולתקוף את גוף האדם. כספית אינה מסוכנת אם היא חודרת לגוף האדם פעם או מספר פעמים; רק אדי כספית מסוכנים במיוחד. אני מאמין שמפעלים תעשייתיים צריכים להשתמש בטכנולוגיות ייצור מתקדמות יותר שאינן כל כך הרסניות לכל היצורים החיים. לא רק אדם אחד, אלא שההמונים צריכים לחשוב, ואז נגיע לתוצאה טובה.

פרק 1. מתכות כבדות: תפקיד ביולוגי,

מתכות כבדות היא קבוצה של יסודות כימיים בעלי מסה אטומית יחסית של יותר מ-40. הופעת המונח "מתכות כבדות" בספרות הייתה קשורה לביטוי הרעילות של מתכות מסוימות ולסכנתן לאורגניזמים חיים. עם זאת, הקבוצה ה"כבדה" כוללת גם כמה מיקרו-אלמנטים, שההכרח החיוני ומגוון הרחב של השפעותיהם הביולוגיות הוכחו ללא עוררין (Alekseev, 1987; Mineev, 1988; Krasnokutskaya et al., 1990; Saet et al., 1990; Ilyin, 1991; Cadmium: ecological..., 1994; Heavy..., 1997; Pronina, 2000).

ההבדלים בטרמינולוגיה קשורים בעיקר לריכוז המתכות בסביבה הטבעית. מצד אחד, הריכוז של מתכת יכול להיות מוגזם ואפילו רעיל, אז מתכת זו נקראת "כבדה", ומצד שני, בריכוז או מחסור נורמליים היא מסווגת כיסוד קורט. לפיכך, המונחים מיקרו-אלמנטים ומתכות כבדות הם ככל הנראה קטגוריות איכותיות ולא כמותיות, וקשורים לגרסאות קיצוניות של המצב הסביבתי (Alekseev, 1987; Ilyin, 1991; Maistrenko et al., 1996; Ilyin, Syso, 2001).

הפונקציות של אורגניזם חי קשורות קשר בלתי נפרד עם הכימיה של קרום כדור הארץ ויש לחקור אותן בקשר הדוק עם זו האחרונה (Vinogradov, 1957; Vernadsky, 1960; Avtsyn et al., 1991; Dobrovolsky, 1997). לפי א.פ. Vinogradov (1957), התכולה הכמותית של יסוד מסוים בגוף נקבעת על ידי תוכנו בסביבה החיצונית, כמו גם על ידי תכונות היסוד עצמו, תוך התחשבות במסיסות התרכובות שלו. בפעם הראשונה, היסודות המדעיים של תורת המיקרו-אלמנטים בארצנו אומתו על ידי V. I. Vernadsky (1960). מחקר בסיסיבוצעו על ידי א.פ. וינוגרדוב (1957) - מייסד הדוקטרינה של מחוזות ביו-גיאוכימיים ותפקידם בהתרחשות של מחלות אנדמיות של בני אדם ובעלי חיים ו-V.V. קובלסקי (1974) - מייסד האקולוגיה הגיאוכימית והביוגיאוגרפיה של יסודות כימיים, שהיה הראשון שביצע את התכנון הביוגאוכימי של ברית המועצות.

נכון לעכשיו, מתוך 92 היסודות המתרחשים באופן טבעי, 81 נמצאים בגוף האדם. יתר על כן, 15 מהם (Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li) מוכרים כחיוניים. עם זאת, ייתכן שיש להם השפעה רעהעל צמחים, בעלי חיים ובני אדם אם ריכוז הצורות הזמינות שלהם חורג מגבולות מסוימים. Cd, Pb, Sn ו-Rb נחשבים הכרחיים על תנאי, מכיוון הם, ככל הנראה, אינם חשובים במיוחד עבור צמחים ובעלי חיים ומסוכנים לבריאות האדם אפילו בריכוזים נמוכים יחסית (Dobrovolsky, 1980; Rautse, Kirstea, 1986; Yagodin et al., 1989; Avtsyn et al., 1991; Davydova, 1991; Vronsky, 1996; Panin, 2000; Pronina, 2000).

במשך זמן רב, מחקרים ביו-גיאוכימיים של יסודות קורט נשלטים על ידי עניין בחריגות גיאוכימיות ובמקורות הטבעיים האנדמיים הנובעים מהן. עם זאת, בשנים שלאחר מכן, עקב ההתפתחות המהירה של התעשייה והזיהום הטכנוגני העולמי של הסביבה, חריגות של אלמנטים, בעיקר HMs, ממקור תעשייתי החלו למשוך את תשומת הלב הגדולה ביותר. כבר עכשיו, באזורים רבים בעולם, הסביבה הופכת ליותר ויותר "אגרסיבית" מבחינה כימית. בעשורים האחרונים, האובייקטים העיקריים של המחקר הביוגאוכימי הפכו לטריטוריות של ערים תעשייתיות ואדמות סמוכות (Geochemistry..., 1986; Lepneva, 1987; Ilyin et al., 1988, 1997; Kabala, Singh, 2001; Kathryn and etc. ., 2002), במיוחד אם מגדלים עליהם צמחים חקלאיים ולאחר מכן משמשים למאכל (Reutse, Kirstea, 1986; Ilyin, 1985, 1987; Kabata-Pendias, Pendias, 1989; Chernykh, 1996, וכו').

השפעת המיקרו-אלמנטים על הפונקציות החיוניות של בעלי חיים ובני אדם נחקרת באופן פעיל למטרות רפואיות. כעת התגלה כי מחלות, תסמונות ומצבים פתולוגיים רבים נגרמים ממחסור, עודף או חוסר איזון של מיקרו-אלמנטים באורגניזם חי. שם נפוץ"מיקרו-אלמנטוזות" (Avtsyn et al., 1991).

במחקרים שלנו, מתכות נחקרו מנקודת המבט של ההשפעות הרעילות שלהן על אורגניזמים חיים הנגרמות על ידי זיהום סביבתי אנתרופוגני, לכן השתמשנו במונח "מתכות כבדות" עבור היסודות שנחקרו.

1.1. תפקיד ביולוגיוהשפעות רעילות של מתכות כבדות

IN השנים האחרונותהתפקיד הביולוגי החשוב של רוב המתכות מקבל אישור יותר ויותר. מחקרים רבים קבעו כי השפעת המתכות מגוונת מאוד ותלויה בתכולה בסביבה ובמידת הצורך בהן על ידי מיקרואורגניזמים, צמחים, בעלי חיים ובני אדם.

ההשפעה הפיטוטוקסית של HMs מתבטאת בדרך כלל כאשר רמה גבוההזיהום טכנוגני של קרקעות ותלוי במידה רבה בתכונות ובמאפייני ההתנהגות של מתכת מסוימת. עם זאת, בטבע, יוני מתכת נמצאים לעתים רחוקות מבודדים זה מזה. לכן, שילובים וריכוזים שונים של מתכות שונות בסביבה מובילים לשינויים במאפיינים של יסודות בודדים כתוצאה מהשפעות סינרגיות או אנטגוניסטיות שלהם על אורגניזמים חיים. לדוגמה, תערובת של אבץ ונחושת רעילה פי חמישה מהסכום החשבוני של הרעילות שלהם, שנובעת מההשפעה הסינרגטית של יסודות אלה יחד. תערובת של אבץ וניקל פועלת בצורה דומה. עם זאת, ישנן סטים של מתכות שהפעולה המשולבת שלהן היא תוספת. דוגמה בולטת לכך היא אבץ וקדמיום, המפגינים אנטגוניזם פיזיולוגי הדדי (חימיה..., 1985). ביטויים של סינרגיזם ואנטגוניזם של מתכות ברורות גם בתערובות מרובות הרכיבים שלהן. לכן, ההשפעה הטוקסיקולוגית הכוללת של זיהום סביבתי עם מתכות כבדות תלויה לא רק במערך וברמת התוכן של אלמנטים ספציפיים, אלא גם במאפייני ההשפעה ההדדית שלהם על הביוטה.

לפיכך, ההשפעה של מתכות כבדות על אורגניזמים חיים היא מגוונת מאוד, זאת בשל ראשית, מהמאפיינים הכימיים של מתכות, שנית, מהיחס של אורגניזמים כלפיהן ושלישית, לתנאי הסביבה. להלן, על פי הנתונים הזמינים בספרות (Chemistry..., 1985; Kennett, Falchuk, 1993; Cadmium: Environmental..., 1994;קש, ניצוצות, 2000 וכו'), אנו מספקים תיאור קצר של השפעתו של HM על אורגניזמים חיים.

עוֹפֶרֶת. התפקיד הביולוגי של עופרת נחקר בצורה גרועה מאוד, אבל יש נתונים בספרות (Avtsyn et al., 1991) המאשרים שהמתכת חיונית לאורגניזמים של בעלי חיים באמצעות דוגמה של חולדות. בעלי חיים חווים מחסור באלמנט זה כאשר ריכוזו במזון נמוך מ-0.05-0.5 מ"ג/ק"ג (Ilyin, 1985; Kalnitsky, 1985). צמחים זקוקים לו גם בכמויות קטנות. מחסור בעופרת בצמחים אפשרי כאשר תכולתה בחלק העילי היא בין 2 ל-6 מיקרוגרם/ק"ג של חומר יבש (Kalnitsky, 1985; Kabata-Pendias, Pendias, 1989).

התעניינות מוגברת בעופרת נגרמת על ידי מיקומה בראש סדר העדיפויות בין המזהמים הסביבתיים העיקריים. סביבה טבעית(קובלסקי, 1974; Sayet, 1987; Report..., 1997; Snakin, 1998; Makarov, 2002). המתכת רעילה למיקרואורגניזמים, צמחים, בעלי חיים ואנשים.

עודף עופרת בצמחים, הקשור לריכוזה הגבוה באדמה, מעכב את הנשימה ומדכא את תהליך הפוטוסינתזה, ומביא לעיתים לעלייה בתכולת הקדמיום ולירידה באספקת אבץ, סידן, זרחן וגופרית. כתוצאה מכך, תפוקת המפעל יורדת ואיכות המוצרים המיוצרים יורדת בחדות. תסמינים חיצוניים פעולה שליליתעופרת - הופעת עלים ירוקים כהים, סלסול של עלים ישנים, עלווה עצומה. עמידות הצמחים לעודף שלו משתנה: דגנים פחות עמידים, קטניות עמידות יותר. לכן, תסמינים של רעילות ב תרבויות שונותיכול להופיע בתכולות עופרת ברוטו שונות באדמה - מ-100 עד 500 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias and Pendias, 1989; Ilyin and Syso, 2001). ריכוז מתכת מעל 10 מ"ג/ק"ג יבש. החומר רעיל לרוב הצמחים התרבותיים (Reutse, Kirstea, 1986).

עופרת נכנסת לגוף האדם בעיקר דרך מערכת עיכול. במינונים רעילים היסוד מצטבר ברקמות הכליות, הכבד, הטחול והעצם.עם רעילות עופרת, נפגעים בעיקר האיברים ההמטופואטיים (אנמיה), מערכת העצבים (אנצפלופתיה ונוירופתיה) והכליות (נפרופתיה). המערכת ההמטופואטית רגישה ביותר לעופרת, במיוחד בילדים.

קדמיוםידוע כיסוד רעיל, אך הוא שייך גם לקבוצת המיקרו-אלמנטים ה"חדשים" (קדמיום, ונדיום, סיליקון, בדיל, פלואור) ובריכוזים נמוכים יכול לעורר את צמיחתם בבעלי חיים מסוימים (Avtsyn et al., 1991) . עבור צמחים גבוהים יותר, ערכו של קדמיום לא נקבע בצורה מהימנה.

הבעיות העיקריות הקשורות ליסוד זה עבור האנושות נגרמות על ידי זיהום טכנוגני של הסביבה והרעילות שלה לאורגניזמים חיים גם בריכוזים נמוכים (Ilyin, Syso, 2001).

הרעילות של קדמיום לצמחים מתבטאת בשיבוש פעילות האנזים, עיכוב פוטוסינתזה, הפרעה בטרנספירציה וכן עיכוב הפחתת NO 2 ל-NO בנוסף, במטבוליזם הצמחי הוא אנטגוניסט של מספר חומרי הזנה. (Zn, Cu, Mn, Ni, Se, Ca, Mg, P). כאשר נחשפים למתכת רעילה, צמחים חווים עיכוב בגדילה ונזקים. מערכת שורשיםוכלורוזיס עלים. קדמיום מגיע די בקלות מהאדמה ומהאטמוספירה לצמחים. מבחינת פיטוטוקסיות ויכולת הצטברות בצמחים, הוא נמצא במקום הראשון מבין HMs (Cd > Cu > Zn > Pb) (Ovcharenko et al., 1998).

קדמיום יכול להצטבר בגוף של בני אדם ובעלי חיים, בגלל הוא נספג בקלות יחסית ממזון ומים וחודר לאיברים ורקמות שונות. ההשפעה הרעילה של המתכת באה לידי ביטוי גם בריכוזים נמוכים מאוד. עודף שלו מעכב את הסינתזה של DNA, חלבונים וחומצות גרעין, משפיע על פעילות האנזימים, משבש את הספיגה והמטבוליזם של מיקרו-אלמנטים אחרים (Zn, Cu, Se, Fe), שעלולים לגרום למחסור בהם.

חילוף החומרים של קדמיום בגוף מאופיין בתכונות העיקריות הבאות (Avtsyn et al., 1991): היעדר מנגנון יעיל של בקרה הומאוסטטית; שימור ארוך טווח (הצטברות) בגוף עם זמן מחצית חיים ארוך מאוד (בממוצע 25 שנים); הצטברות מועדפת בכבד ובכליות; אינטראקציה אינטנסיבית עם מתכות דו ערכיות אחרות הן במהלך הספיגה והן ברמת הרקמה.

חשיפה כרונית לקדמיום בבני אדם גורמת לליקוי כליות, אי ספיקת ריאות, אוסטאומלציה, אנמיה ואובדן ריח. קיימות עדויות להשפעה המסרטנת האפשרית של קדמיום ולהשתתפותו הסביר בפיתוח מחלות לב וכלי דם. הצורה החמורה ביותר הרעלה כרוניתקדמיום היא מחלת איתי-איתי, המאופיינת בעיוות שלד עם ירידה ניכרת בגובה, כאבי מותניים, תופעות כואבות בשרירי הרגליים, הליכה ברווז. בנוסף, ישנם שברים תכופים של עצמות מרוככות גם בעת שיעול, כמו גם חוסר תפקוד של הלבלב, שינויים במערכת העיכול, אנמיה היפוכרומית, חוסר תפקוד כליות ועוד (Avtsyn et al., 1991).

אָבָץ.עניין מיוחד באבץ קשור לגילוי תפקידו במטבוליזם של חומצות גרעין, תהליכי שעתוק, ייצוב של חומצות גרעין, חלבונים ובעיקר רכיבים של ממברנות ביולוגיות (Peive, 1961), וכן בחילוף החומרים של ויטמין A. הוא משחק תפקיד חשוב בסינתזה של חומצות גרעין וחלבון. אבץ קיים בכל 20 הנוקלאוטידיל טרנספראזות, וגילויו בתעתיקים הפוכים איפשר ליצור קשר הדוק עם תהליכי הקרצינוגנזה. האלמנט הכרחי לייצוב המבנה של DNA, RNA, ריבוזומים, ממלא תפקיד חשוב בתהליך התרגום והוא הכרחי בשלבים מרכזיים רבים של ביטוי גנים. אבץ נמצא בלמעלה מ-200 אנזימים השייכים לכל שש המחלקות, כולל הידרולאזות, טרנספראזות, אוקסידודורדוקטזות, ליאזות, ליאזות ואיזומראזות (Avtsyn et al., 1991). ייחודו של אבץ טמון בעובדה שאף יסוד אחר אינו חלק מכל כך הרבה אנזימים ואינו מבצע פונקציות פיזיולוגיות כה מגוונות (Kashin, 1999).

לריכוזים גבוהים של אבץ יש השפעה רעילה על אורגניזמים חיים. בבני אדם הם גורמים לבחילות, הקאות, כשל נשימתי, פיברוזיס ריאתי, הוא מסרטן (Kenneth, Falchuk, 1993). עודף אבץ בצמחים מתרחש באזורים של זיהום קרקע תעשייתי, כמו גם בשימוש לא נכון בדשנים המכילים אבץ. לרוב מיני הצמחים יש סבילות גבוהה לעודף שלו בקרקעות. עם זאת, עם תכולה גבוהה מאוד של מתכת זו בקרקעות סימפטום שכיחרעלת אבץ היא כלורוזיס של עלים צעירים. כאשר הוא מסופק יתר על המידה לצמחים והאנטגוניזם הנובע מכך עם אלמנטים אחרים, ספיגת הנחושת והברזל מצטמצמת ומופיעים תסמינים של מחסור בהם.

בבעלי חיים ובבני אדם, אבץ משפיע על חלוקת תאים ונשימה, על התפתחות השלד, היווצרות המוח ורפלקסים התנהגותיים, ריפוי פצעים, תפקוד הרבייה, תגובה חיסונית ואינטראקציה עם אינסולין. כאשר יש חסר של אלמנט, סדרה של מחלות עור. הרעילות של אבץ עבור בעלי חיים ובני אדם נמוכה, בגלל במקרה של צריכה עודפת, הוא אינו מצטבר, אלא מוסר. עם זאת, ישנם דיווחים בודדים בספרות על ההשפעות הרעילות של מתכת זו: עלייה במשקל חי בבעלי חיים פוחתת, דיכאון מופיע בהתנהגות והפלות אפשריות (Kalnitsky, 1985). באופן כללי, הבעיה הגדולה ביותר עבור צמחים, בעלי חיים ובני אדם ברוב המקרים היא מחסור באבץ ולא כמויות הרעילות שלו.

נְחוֹשֶׁת- הוא אחד האלמנטים החשובים ביותר שאין להם תחליף הנחוצים לאורגניזמים חיים. בצמחים הוא משתתף באופן פעיל בתהליכי פוטוסינתזה, נשימה, הפחתת וקיבוע חנקן. נחושת היא חלק ממספר אנזימי אוקסידאז - ציטוכרום אוקסידאז, צרולופלזמין, סופראוקסיד דיסמוטאז, אוראט אוקסידאז ואחרים (Shkolnik, 1974; Avtsyn et al., 1991) ומשתתפת בתהליכים ביוכימיים כמרכיב של אנזימים המבצעים תגובות של חמצון של מצעים עם חמצן מולקולרי. נתונים על רעילות היסוד לצמחים נדירים. נכון להיום, הבעיה העיקרית נחשבת לחוסר נחושת בקרקעות או חוסר איזון שלה עם קובלט. הסימנים העיקריים למחסור בנחושת לצמחים הם האטה ולאחר מכן הפסקת היווצרותם של אברי רבייה, הופעת גרגרים זעירים, אוזניים ריקות גרגירים וירידה בעמידות לגורמים סביבתיים שליליים. הרגישים ביותר למחסור בו הם חיטה, שיבולת שועל, שעורה, אספסת, סלק שולחן, בצל וחמניות (Ilyin, Syso 2001; Adriano, 1986).

בגוף האדם הבוגר, חצי מספר כוללנחושת נמצאת בשרירים ובעצמות ו-10% בכבד. התהליכים העיקריים של ספיגה של יסוד זה מתרחשים בקיבה ובמעי הדק. ספיגתו ומטבוליזם שלו קשורים קשר הדוק לתכולת מאקרו ומיקרו-אלמנטים אחרים ותרכובות אורגניות במזון. יש אנטגוניזם פיזיולוגי של נחושת עם מוליבדן וגופרית גופרתית, כמו גם מנגן, אבץ, עופרת, סטרונציום, קדמיום, סידן וכסף. עודף של יסודות אלו, יחד עם תכולה נמוכה של נחושת במזון ומוצרי מזון, עלול לגרום למחסור משמעותי של אלה בבני אדם ובעלי חיים, אשר בתורו מוביל לאנמיה, ירידה בעוצמת הגדילה, ירידה במשקל חי, במקרה של חוסר מתכת חריף (פחות מ-2-3 מ"ג ליום) עלול לגרום לדלקת מפרקים שגרונית ולזפק אנדמי. מוּפרָז ספיגת נחושת על ידי בני אדם מובילה למחלת וילסון, שבה עודף של היסוד מושקע ברקמת המוח, העור, הכבד, הלבלב ושריר הלב.

ניקל.התפקיד הביולוגי של הניקל הואהשתתפות בארגון המבני ובתפקוד הראשי רכיבים סלולריים- DNA, RNA וחלבון. יחד עם זה, הוא קיים גם ב ויסות הורמונליגוּף. מבחינת תכונותיו הביוכימיות, ניקל דומה מאוד לברזל וקובלט. מחסור במתכות בחיות משק מעלה גירה מתבטא בירידה בפעילות האנזים ובאפשרות למוות.

עד כה אין נתונים בספרות על מחסור בניקל לצמחים, אולם מספר ניסויים הוכיחו השפעה חיובית של הוספת ניקל לקרקעות על תפוקת היבול, אשר עשויה לנבוע מכך שהיא מעוררת את התהליכים המיקרוביולוגיים של ניטריפיקציה ומינרליזציה של תרכובות חנקן בקרקעות (Kashin, 1998; Ilyin, Syso, 2001; Brown, Wilch, 1987). הרעילות של ניקל לצמחים מתבטאת בדיכוי תהליכי הפוטוסינתזה והטרנספירציה והופעת סימנים של כלורוזיס עלים. עבור אורגניזמים של בעלי חיים, ההשפעה הרעילה של היסוד מלווה בירידה בפעילותם של מספר מטלו-אנזימים, הפרעה בסינתזת חלבון, RNA ו-DNA, והתפתחות של נזק חמור באיברים ורקמות רבות. הרעילות העוברית של ניקל נקבעה בניסוי (Strochkova et al., 1987; Yagodin et al., 1991). צריכת יתר של מתכת לגוף של בעלי חיים ובני אדם עלולה להיות קשורה לזיהום טכנוגני אינטנסיבי של קרקעות וצמחים עם אלמנט זה.

כְּרוֹם. כרום הוא אחד היסודות החיוניים לאורגניזמים של בעלי חיים. תפקידיו העיקריים הם אינטראקציה עם אינסולין בתהליכים חילוף חומרים של פחמימות, השתתפות במבנה ובתפקוד של חומצות גרעין, וכנראה, בלוטת התריס(Avtsyn et al., 1991). אורגניזמים צמחיים מגיבים בחיוב ליישום של כרום ברמות נמוכות של הצורה הזמינה באדמה, אך נושא ההכרחיות של היסוד לאורגניזמים צמחיים ממשיך להיחקר.

ההשפעה הרעילה של מתכת תלויה בערכויות שלה: הקטיון המשושה רעיל הרבה יותר מהקטיון התלת-ערכי. תסמינים של רעילות כרום מתבטאים חיצונית בירידה בקצב הצמיחה וההתפתחות של הצמחים, נבילה של חלקי האוויר, פגיעה במערכת השורשים וכלורוזיס של עלים צעירים. עודף מתכת בצמחים מוביל לירידה חדה בריכוזים של יסודות רבים בעלי חשיבות פיזיולוגית, בעיקר K, P, Fe, Mn, Cu, B. בגוף של בני אדם ובעלי חיים, ל-Cr 6+ יש טוקסיקולוגי כללי, נפרוטוקסי. והשפעת הפטוטוקסיה. הרעילות של הכרום מתבטאת בשינויים בתגובה האימונולוגית של הגוף, ירידה בתהליכי שיקום בתאים, עיכוב אנזימים, פגיעה בכבד, שיבוש תהליכי חמצון ביולוגיים, בפרט מחזור החומצה הטריקרבוקסילית. בנוסף, עודף מתכת גורם לנגעים ספציפיים בעור (דרמטיטיס, כיבים), כיבים ברירית האף, דלקת פנאומוסקלרוזיס, גסטריטיס, כיבי קיבה ותריסריון, הפטוזיס כרומי, הפרעות בוויסות טונוס כלי הדם ופעילות הלב. תרכובות Cr 6+, יחד עם השפעות רעילות כלליות, עלולות לגרום להשפעות מוטגניות ומסרטנות. כרום, בנוסף לרקמת הריאה, מצטבר בכבד, בכליות, בטחול, בעצמות ובמח העצם (Krasnokutskaya et al., 1990).

השפעת ריכוזים רעילים של מתכות כבדות על צמחים מובאת בטבלה 1.1, ועל בריאות האדם ובעלי החיים – בטבלה 1.2.

טבלה 1.1

השפעת ריכוזים רעילים של כמה מתכות כבדות על צמחים

הערה: * - טופס נייד, לפי: Rautse, Kirstea, 1986; Kabata-Pendias, Pendias, 1989; Yagodin et al., 1989;. אילין, Syso, 2002

טבלה 1.2

השפעת זיהום סביבתי עם מתכות כבדות

על בריאות האדם ובעלי החיים

לפי: מתודולוגי..., 1982; קלניצקי, 1985; אבסין וחב', 1991; פוקטילוב, 1993; מקרוב, 2002

1.2. מתכות כבדות בקרקעות

תכולת החמ"ש בקרקעות תלויה, כפי שנקבע על ידי חוקרים רבים, בהרכב הסלעים המקוריים, שהמגוון המשמעותי שבהם קשור להיסטוריה הגיאולוגית המורכבת של התפתחות השטחים (קובדה, 1973). הכימיקלים הרכב סלעי האב, המיוצג על ידי תוצרי בליה של סלעים, נקבע מראש על ידי ההרכב הכימי של הסלעים המקוריים ותלוי בתנאי הטרנספורמציה ההיפרגנית.

בעשורים האחרונים, פעילות אנתרופוגנית של האנושות הייתה מעורבת באופן אינטנסיבי בתהליכי נדידת מתכות כבדות בסביבה הטבעית. כמויות היסודות הכימיים הנכנסים לסביבה כתוצאה מטכנוגנזה, בחלק מהמקרים, עולות משמעותית על רמת הצריכה הטבעית שלהם. למשל, בחירה גלובלית Pb ממקורות טבעיים בשנה הוא 12 אלף טון. ופליטות אנתרופוגניות 332 אלף טון. (נריאגו , 1989). בהיותם כלולים במחזורי הגירה טבעיים, זרימות אנתרופוגניות מובילות להתפשטות מהירה של מזהמים במרכיבים הטבעיים של הנוף העירוני, כאשר האינטראקציה שלהם עם בני אדם היא בלתי נמנעת. נפח המזהמים המכילים מתכות כבדות גדל מדי שנה ופוגע בסביבה הטבעית, מערער את האיזון האקולוגי הקיים ומשפיע לרעה על בריאות האדם.

המקורות העיקריים לכניסה אנתרופוגנית של מתכות כבדות לסביבה הם תחנות כוח תרמיות, מפעלים מתכתיים, מחצבות וממכרות להפקת עפרות פולי מתכתיות, הובלה, אמצעים כימיים להגנה על יבולים מפני מחלות ומזיקים, שריפת נפט ופסולת שונות, הפקת זכוכית, דשנים, מלט וכו'. הילות HM החזקות ביותר מתעוררות סביב מפעלי מתכות ברזליים ובעיקר שאינם ברזליים כתוצאה מפליטות אטמוספריות (קובלסקי, 1974; דוברובולסקי, 1983; ישראל, 1984; Geokhimiya..., 1986; Sayet , 1987; Panin, 2000; Kabala, Singh, 2001). השפעת המזהמים משתרעת על פני עשרות קילומטרים ממקור היסודות הנכנסים לאטמוספירה. לפיכך, מתכות בכמויות שבין 10% ל-30% מסך הפליטות לאטמוספירה מפוזרות על פני מרחק של 10 ק"מ או יותר ממפעל תעשייתי. במקרה זה, נצפה זיהום משולב של צמחים, המורכב מתצהיר ישיר של אירוסולים ואבק על פני העלים וספיגת שורש של מתכות כבדות שהצטברו בקרקע לאורך תקופה ארוכה של קבלת זיהום מהאטמוספרה ( Ilyin, Syso, 2001).

בהתבסס על הנתונים להלן, ניתן לשפוט את גודל הפעילות האנתרופוגנית של האנושות: התרומה של עופרת טכנוגנית היא 94-97% (השאר מקורות טבעיים), קדמיום - 84-89%, נחושת - 56-87%, ניקל - 66-75%, כספית - 58% וכו'. במקביל, 26-44% מהזרימה האנתרופוגנית העולמית של יסודות אלו מתרחשת באירופה, והשטח האירופי של ברית המועצות לשעבר מהווה 28-42% מכלל הפליטות באירופה (Vronsky, 1996). רמת הנשורת הטכנוגנית של מתכות כבדות מהאטמוספרה באזורים שונים בעולם אינה זהה (טבלה 1.3) ותלויה בנוכחות מרבצים מפותחים, מידת הפיתוח של תעשיות הכרייה והעיבוד והתעשייתיות, תחבורה, עיור. של שטחים וכו'.

טבלה 1.3

נשורת של מתכות כבדות מהאטמוספירה על פני השטח הבסיסי

אזורי העולם, אלף טון/שנה (ישראל ואח', 1989, מצוטט על ידי ורונסקי, 1996)

מחקר על חלקן של תעשיות שונות בזרימה העולמית של פליטות HM מראה: 73% מהנחושת ו-55% מהקדמיום קשורים לפליטות ממפעלי ייצור נחושת וניקל; 54% מפליטות הכספית מגיעות משריפת פחם; 46% ניקל - לשריפת מוצרי נפט; 86% מהעופרת נכנסת לאטמוספירה מכלי רכב (Vronsky, 1996). כמות מסוימת של מתכות כבדות מסופקת לסביבה גם על ידי החקלאות, בה משתמשים בחומרי הדברה ודשנים מינרליים; בפרט, סופר-פוספטים מכילים כמויות משמעותיות של כרום, קדמיום, קובלט, נחושת, ניקל, ונדיום, אבץ וכו'.

ליסודות הנפלטים לאטמוספירה דרך צינורות של תעשיות כימיות, כבדות וגרעיניות יש השפעה ניכרת על הסביבה. חלקן של תחנות כוח תרמיות ואחרות בזיהום אטמוספרי הוא 27%, מפעלי מתכות ברזל - 24.3%, מפעלים להפקה והפקה של חומרי בניין - 8.1% (Alekseev, 1987; Ilyin, 1991). HM (למעט כספית) מוכנסים בעיקר לאטמוספירה כחלק מאירוסולים. מערך המתכות ותכולתן באירוסולים נקבעים על פי ההתמחות של פעילויות תעשייתיות ואנרגיה. כאשר שורפים פחם, נפט ופצלים, אלמנטים הכלולים בסוגי דלק אלה נכנסים לאטמוספירה יחד עם עשן. לפיכך, הפחם מכיל צריום, כרום, עופרת, כספית, כסף, בדיל, טיטניום, כמו גם אורניום, רדיום ומתכות אחרות.

הזיהום הסביבתי המשמעותי ביותר נגרם על ידי תחנות כוח תרמיות חזקות (Maistrenko et al., 1996). מדי שנה, רק בעת שריפת פחם, משתחררת כספית לאטמוספירה פי 8700 ממה שניתן לכלול במחזור הביו-גיאוכימי הטבעי, אורניום - פי 60, קדמיום - פי 40, איטריום וזירקוניום - פי 10, בדיל - פי 3-4. . 90% של קדמיום, כספית, בדיל, טיטניום ואבץ המזהמים את האטמוספירה נכנסים אליו בעת שריפת פחם. זה משפיע באופן משמעותי על הרפובליקה של בוריאטיה, שבה מפעלי אנרגיה המשתמשים בפחם הם המזהמים הגדולים ביותר של האטמוספירה. ביניהם (במונחים של תרומה לסך הפליטות) בולטות תחנת הכוח המחוזית Gusinoozerskaya (30%) ותחנת הכוח התרמית-1 באולן-אודה (10%).

זיהום משמעותי של אוויר ואדמה באטמוספירה מתרחש עקב תחבורה. רוב HMs הכלולים בפליטות אבק וגזים ממפעלים תעשייתיים הם, ככלל, מסיסים יותר מאשר תרכובות טבעיות (Bolshakov et al., 1993). בין המקורות הפעילים ביותר של HMs הם ערים מתועשות גדולות. מתכות מצטברות במהירות יחסית בקרקעות עירוניות ומוסרות מהן באיטיות רבה: זמן מחצית החיים של אבץ הוא עד 500 שנים, קדמיום - עד 1100 שנים, נחושת - עד 1500 שנים, עופרת - עד כמה אלפי שנים (Maistrenko). et al., 1996). בערים רבות ברחבי העולם, שיעורים גבוהים של זיהום HM הובילו לשיבוש התפקודים האגרו-אקולוגיים הבסיסיים של קרקעות (Orlov et al., 1991; Kasimov et al., 1995). גידול צמחים חקלאיים המשמשים למזון בקרבת אזורים אלו עלול להיות מסוכן, שכן יבולים צוברים כמויות עודפות של HMs, מה שעלול להוביל למחלות שונות בבני אדם ובבעלי חיים.

על פי מספר מחברים (Ilyin, Stepanova, 1979; Zyrin, 1985; Gorbatov, Zyrin, 1987, וכו'), מידת זיהום הקרקע עם HMs מוערכת בצורה נכונה יותר לפי התוכן של הצורות הניידות הזמינות ביותר שלהן. עם זאת, ריכוזים מקסימליים המותרים (MPC) של צורות ניידות של רוב המתכות הכבדות לא פותחו כעת. לכן, נתוני ספרות על רמת התוכן שלהם המובילים להשלכות סביבתיות שליליות יכולים לשמש קריטריון להשוואה.

להלן תיאור קצר של תכונות המתכות לגבי מאפייני התנהגותן בקרקעות.

מוביל (Pb).מסה אטומית 207.2. מרכיב העדיפות הוא חומר רעיל. כל תרכובות העופרת המסיסות הן רעילות. בתנאים טבעיים, הוא קיים בעיקר בצורה של PbS. Clark Pb בקרום כדור הארץ הוא 16.0 מ"ג/ק"ג (Vinogradov, 1957). בהשוואה ל-HMs אחרים, הוא הכי פחות נייד, ומידת הניידות של האלמנט מופחתת מאוד כאשר קרקעות מסויידות. Mobile Pb קיים בצורה של קומפלקסים עם חומר אורגני (60-80% מ-Pb נייד). בערכי pH גבוהים, עופרת מקובעת בקרקע בצורה כימית בצורה של הידרוקסיד, פוספט, קרבונט וקומפלקסים Pb-אורגניים (אבץ וקדמיום..., 1992; Heavy..., 1997).

התכולה הטבעית של עופרת בקרקעות עוברת בתורשה מסלעי האם והיא קשורה קשר הדוק להרכבם המינרלוגי והכימי (Beus et al., 1976; Kabata-Pendias and Pendias, 1989). הריכוז הממוצע של יסוד זה בקרקעות העולם מגיע, לפי הערכות שונות, מ-10 (Saet et al., 1990) ל-35 מ"ג/ק"ג (Bowen, 1979). הריכוז המרבי המותר של עופרת לקרקעות ברוסיה מתאים ל-30 מ"ג/ק"ג (Instructive..., 1990), בגרמניה - 100 מ"ג/ק"ג (Kloke, 1980).

ריכוזים גבוהים של עופרת בקרקעות יכולים להיות קשורים הן לחריגות גיאוכימיות טבעיות והן להשפעה אנתרופוגנית. במקרה של זיהום טכנוגני, הריכוז הגבוה ביותר של היסוד נמצא לרוב בשכבת הקרקע העליונה. באזורי תעשייה מסוימים הוא מגיע ל-1000 מ"ג/ק"ג (Dobrovolsky, 1983), ובשכבת פני הקרקע סביב מפעלי מתכות לא ברזליים במערב אירופה - 545 מ"ג/ק"ג (Reutse, Kirstea, 1986).

תכולת העופרת בקרקעות ברוסיה משתנה באופן משמעותי בהתאם לסוג הקרקע, הקרבה של מפעלים תעשייתיים וחריגות גיאוכימיות טבעיות. בקרקעות של אזורי מגורים, במיוחד אלה הקשורים לשימוש וייצור של מוצרים המכילים עופרת, תכולת אלמנט זה גבוהה לעתים פי עשרות או יותר מהריכוז המרבי המותר (טבלה 1.4). על פי הערכות ראשוניות, עד 28% משטח המדינה מכילה תכולת Pb בקרקע, בממוצע, מתחת לרמת הרקע, ו-11% ניתן לסווג כאזור סיכון. יחד עם זאת, בפדרציה הרוסית בעיית זיהום הקרקע בעופרת היא בעיקר בעיה באזורי מגורים (Snakin et al., 1998).

קדמיום (CD).מסה אטומית 112.4. קדמיום קרוב בתכונות הכימיות לאבץ, אך נבדל ממנו בניידות רבה יותר בסביבות חומציות ובנגישות טובה יותר לצמחים. בתמיסת הקרקע, המתכת קיימת בצורה של Cd 2+ ויוצרת יונים מורכבים וצ'לטים אורגניים. הגורם העיקרי הקובע את תכולת היסוד בקרקעות בהיעדר השפעה אנתרופוגנית הוא סלעי האם (Vinogradov, 1962; Mineev et al., 1981; Dobrovolsky, 1983; Ilyin, 1991; Zinc and Cadmium..., 1992; קדמיום: אקולוגי..., 1994). קלארק של קדמיום בליתוספירה 0.13 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). בסלעים היוצרים קרקע, תכולת המתכות הממוצעת היא: בחרסיות ובפצלים - 0.15 מ"ג/ק"ג, לס ולס דמוי אדמה - 0.08, חולות וחולות חוליות - 0.03 מ"ג/ק"ג (אבץ וקדמיום..., 1992) . במשקעים רבעוניים של מערב סיביר, ריכוז הקדמיום משתנה בטווח של 0.01-0.08 מ"ג/ק"ג.

הניידות של קדמיום בקרקע תלויה בסביבה ובפוטנציאל החיזור (Heavy..., 1997).

תכולת הקדמיום הממוצעת בקרקעות ברחבי העולם היא 0.5 מ"ג/ק"ג (Sayet et al., 1990). ריכוזו בכיסוי הקרקע של החלק האירופי של רוסיה הוא 0.14 מ"ג/ק"ג באדמה סודי-פודזולית, 0.24 מ"ג/ק"ג בצ'רנוזם (אבץ וקדמיום..., 1992), 0.07 מ"ג/ק"ג בסוגים העיקריים של קרקעות של מערב סיביר (אילין, 1991). התכולה המותרת (ATC) המשוערת של קדמיום עבור אדמה חולית וחולית ברוסיה היא 0.5 מ"ג/ק"ג, בגרמניה ה-MPC של קדמיום הוא 3 מ"ג/ק"ג (Kloke, 1980).

זיהום קרקע בקדמיום נחשב לאחת התופעות הסביבתיות המסוכנות ביותר, שכן הוא מצטבר בצמחים מעל לנורמה גם בזיהום קרקע חלש (קדמיום..., 1994; Ovcharenko, 1998). הריכוזים הגבוהים ביותר של קדמיום בשכבת הקרקע העליונה נצפים באזורי כרייה - עד 469 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), בסביבות מתכת אבץ הם מגיעים ל-1700 מ"ג/ק"ג (Reutse, Cirstea, 1986).

אבץ (Zn).מסה אטומית 65.4. הקלרק שלו בקרום כדור הארץ הוא 83 מ"ג/ק"ג. האבץ מרוכז במשקעי חרסית ובפצלי חרס בכמויות שבין 80 ל-120 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), במרבצי חרס קולוביאליים, דמויי לס וקרבונטיים של אוראל, בחפרות של מערב סיביר - מ-60 עד 80 מ"ג/ק"ג.

גורמים חשובים המשפיעים על הניידות של Zn בקרקעות הם התוכן של מינרלים חימר ו-pH. כאשר ה-pH עולה, היסוד עובר לקומפלקסים אורגניים ונקשר לאדמה. יוני אבץ גם מאבדים את הניידות, נכנסים לחללים הבין-מנותיים של סריג הגביש המונטמורילוניט. Zn יוצר צורות יציבות עם חומר אורגני, ולכן ברוב המקרים הוא מצטבר באופקי קרקע עם תכולת חומוס גבוהה ובכבול.

הסיבות לעלייה בתכולת האבץ בקרקעות יכולות להיות גם חריגות גיאוכימיות טבעיות וגם זיהום טכנוגני. המקורות האנתרופוגניים העיקריים לקבלתו הם בעיקר מפעלי מטלורגיה לא ברזליים. זיהום הקרקע במתכת זו הוביל באזורים מסוימים להצטברות גבוהה במיוחד בשכבת הקרקע העליונה - עד 66,400 מ"ג/ק"ג. באדמות גינה מצטבר עד 250 מ"ג/ק"ג או יותר של אבץ (Kabata-Pendias and Pendias, 1989). ה-MPC של אבץ עבור קרקעות חוליות וחולות הוא 55 מ"ג/ק"ג; מדענים גרמנים ממליצים על MPC של 100 מ"ג/ק"ג (Kloke, 1980).

נחושת (Cu).מסה אטומית 63.5. קלארק בקרום כדור הארץ הוא 47 מ"ג/ק"ג (Vinogradov, 1962). מבחינה כימית, נחושת היא מתכת פעילה נמוכה. הגורם הבסיסי המשפיע על ערכו של תכולת Cu הוא ריכוזו בסלעים היוצרים קרקע (Goryunova et al., 2001). מבין הסלעים המאתיים, הכמות הגדולה ביותר של היסוד מצטברת בסלעים בסיסיים - בזלת (100-140 מ"ג/ק"ג) ואנדזיטים (20-30 מ"ג/ק"ג). כריכה וחול דמוי לס (20-40 מ"ג/ק"ג) עשירות פחות בנחושת. תכולתו הנמוכה ביותר נצפית באבני חול, אבני גיר וגרניט (5-15 מ"ג/ק"ג) (Kovalsky, Andriyanova, 1970; Kabata-Pendias, Pendias, 1989). ריכוז המתכות בחרסיות של החלק האירופי של שטח ברית המועצות לשעבר מגיע ל-25 מ"ג/ק"ג (Malgin, 1978; Kovda, 1989), בחומרים דמויי לס - 18 מ"ג/ק"ג (Kovda, 1989). אדמה חולית וסלעים יוצרי אדמה חולית של הרי אלטאי צוברים בממוצע 31 מ"ג/ק"ג נחושת (Malgin, 1978), בדרום מערב סיביר - 19 מ"ג/ק"ג (Ilyin, 1973).

בקרקעות, נחושת היא יסוד נודד חלש, אם כי התוכן של הצורה הניידת יכול להיות גבוה למדי. כמות הנחושת הניידת תלויה בגורמים רבים: ההרכב הכימי והמינרולוגי של סלע האם, ה-pH של תמיסת הקרקע, תכולת החומר האורגני וכו' (Vinogradov, 1957; Peive, 1961; Kovalsky, Andriyanova, 1970; אלכסייב, 1987 וכו'). הכמות הגדולה ביותר של נחושת באדמה קשורה לתחמוצות של ברזל, מנגן, הידרוקסידים של ברזל ואלומיניום, ובמיוחד עם מונטמורילוניט ורמיקוליט. חומצות הומיות ופולוויות מסוגלות ליצור קומפלקסים יציבים עם נחושת. ב-pH 7-8, מסיסות הנחושת היא הנמוכה ביותר.

תכולת הנחושת הממוצעת בקרקעות העולם היא 30 מ"ג/ק"ג (בואן , 1979). ליד מקורות זיהום תעשייתיים, במקרים מסוימים, ניתן להבחין בזיהום קרקע בנחושת עד 3500 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias and Pendias, 1989). תכולת המתכות הממוצעת בקרקעות של אזורי המרכז והדרום של ברית המועצות לשעבר היא 4.5-10.0 מ"ג/ק"ג, דרום מערב סיביר - 30.6 מ"ג/ק"ג (אילין, 1973), סיביר והמזרח הרחוק - 27.8 מ"ג/ק"ג. ק"ג (Makeev, 1973). הריכוז המקסימלי המותר של נחושת ברוסיה הוא 55 מ"ג/ק"ג (Instructive..., 1990), הריכוז המרבי המותר עבור קרקעות חוליות וחולות הוא 33 מ"ג/ק"ג (Control..., 1998), בגרמניה - 100 מ"ג/ק"ג ( Kloke, 1980).

ניקל (Ni). מסה אטומית 58.7. במשקעים יבשתיים הוא קיים בעיקר בצורת סולפידים וארסניטים, והוא קשור גם לקרבונטים, פוספטים וסיליקטים. הקלרק של היסוד בקרום כדור הארץ הוא 58 מ"ג/ק"ג (Vinogradov, 1957). סלעים אולטרה-בסיסיים (1400-2000 מ"ג/ק"ג) ובסיסיים (200-1000 מ"ג/ק"ג) צוברים את הכמות הגדולה ביותר של מתכת, בעוד סלעי משקע וחומצי מכילים אותה בריכוזים נמוכים בהרבה - 5-90 ו-5-15 מ"ג/ק"ג, בהתאמה (Reutse, Cîrstea, 1986; Kabata-Pendias, Pendias, 1989). ההרכב הגרנולומטרי שלהם ממלא תפקיד גדול בהצטברות ניקל בסלעים היוצרים אדמה. אם נשתמש בדוגמה של סלעים יוצרים קרקע של מערב סיביר, ברור שבסלעים קלים יותר התוכן שלו הוא הנמוך ביותר, בסלעים כבדים הוא הגבוה ביותר: בחולות - 17, חוליות וחולות קלות -22, חוצות בינוניות - 36, חרסות וחרסיות כבדות - 46 (אילין, 2002) .

תכולת הניקל בקרקעות תלויה במידה רבה באספקת יסוד זה לסלעים היוצרים קרקע (Kabata-Pendias and Pendias, 1989). הריכוזים הגבוהים ביותר של ניקל נצפים בדרך כלל בקרקעות חרסיות וחרסיות, בקרקעות הנוצרות על סלעים בסיסיים ווולקניים ועשירות בחומר אורגני. התפלגות ה-Ni בפרופיל הקרקע נקבעת על פי תכולת החומר האורגני, תחמוצות אמורפיות וכמות שבריר החרסית.

רמת ריכוז הניקל בשכבת הקרקע העליונה תלויה גם במידת הזיהום הטכנוגני. באזורים עם תעשיית עיבוד מתכת מפותחת, הצטברות גבוהה מאוד של ניקל מצויה בקרקעות: בקנדה התוכן הגולמי שלו מגיע ל-206-26000 מ"ג/ק"ג, ובבריטניה תכולת הצורות הניידות מגיעה ל-506-600 מ"ג/ק"ג. באדמות של בריטניה הגדולה, הולנד, גרמניה, שטופלו בבוצת שפכים, ניקל מצטבר עד 84-101 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). ברוסיה (לפי סקר של 40-60% מהקרקעות על קרקע חקלאית), 2.8% מכיסוי הקרקע מזוהם ביסוד זה. חלקן של הקרקעות המזוהמות ב-Ni בין יתר HMs (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As וכו') הוא למעשה המשמעותי ביותר והוא שני רק לאדמות המזוהמות בנחושת (3.8%) (Aristarkhov, Kharitonova, 2002 ). על פי נתוני ניטור הקרקע מהתחנה הממלכתית של השירות האגרוכימי "בוריאצקאיה" לשנים 1993-1997. בשטח הרפובליקה של בוריאטיה, נרשם חריגה מהריכוז המרבי המותר של ניקל על 1.4% מהאדמות מהשטח החקלאי הנסקר, וביניהן קרקעות הזקמנסקי (20% מהקרקע - 46 אלף דונם מזוהמים) ומחוזות חורינסקי (11% מהקרקע - 8 אלף דונם מזוהמים).

Chrome (Cr).מסה אטומית 52. בתרכובות טבעיות, לכרום יש ערכיות של +3 ו-+6. רוב ה-Cr 3+ קיים בכרומיט FeCr 2 O 4 או במינרלים אחרים מסדרת הספינלים, שם הוא מחליף את Fe ו-Al, אליהם הוא קרוב מאוד בתכונותיו הגיאוכימיות וברדיוס היוני.

קלארק של כרום בקרום כדור הארץ - 83 מ"ג/ק"ג. הריכוזים הגבוהים ביותר שלו בין סלעי בקע אופייניים לסלעים אולטרה-מאפיים ובסיסיים (1600-3400 ו-170-200 מ"ג/ק"ג, בהתאמה), ריכוזים נמוכים יותר לסלעים בינוניים (15-50 מ"ג/ק"ג) והנמוכים ביותר לסלעים חומציים (4- 25 מ"ג/ק"ג). ק"ג). בין סלעי משקע, התכולה המקסימלית של היסוד נמצאה במשקעים חרסיתיים ובפצלים (60-120 מ"ג/ק"ג), המינימום באבני חול ואבני גיר (5-40 מ"ג/ק"ג) (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). תכולת המתכת בסלעים היוצרים אדמה באזורים שונים היא מגוונת מאוד. בחלק האירופי של ברית המועצות לשעבר, תכולתו בסלעים היוצרים אדמה הנפוצים ביותר כמו לס, פחמתי דמוי לס וחומרי כיסוי עומד על 75-95 מ"ג/ק"ג בממוצע (Yakushevskaya, 1973). סלעים יוצרי קרקע של מערב סיביר מכילים בממוצע 58 מ"ג/ק"ג Cr, וכמותו קשורה קשר הדוק להרכב הגרנולומטרי של הסלעים: סלעי אדמה חוליים וחוליים - 16 מ"ג/ק"ג, וסלעי חרסית וחרסיתיים בינוניים - כ-60 מ"ג/ק"ג (Ilyin, Syso, 2001).

בקרקעות, רוב הכרום קיים בצורה של Cr 3+. בסביבה חומצית, יון Cr 3+ אינרטי; ב-pH 5.5, הוא משקע כמעט לחלוטין. יון Cr 6+ אינו יציב ביותר ומתגייס בקלות גם בקרקע חומצית וגם בקרקע בסיסית. ספיחת הכרום על ידי חימר תלויה ב-pH של התווך: עם עליית ה-pH, ספיחה של Cr 6+ יורדת, ו-Cr 3+ עולה. חומר אורגני בקרקע ממריץ את ההפחתה של Cr 6+ ל-Cr 3+.

התכולה הטבעית של הכרום בקרקעות תלויה בעיקר בריכוזו בסלעים היוצרים קרקע (Kabata-Pendias and Pendias, 1989; Krasnokutskaya et al., 1990), והתפלגות לאורך פרופיל הקרקע תלויה במאפייני היווצרות הקרקע, ב. במיוחד על ההרכב הגרנולומטרי של אופקים גנטיים. תכולת הכרום הממוצעת בקרקעות היא 70 מ"ג/ק"ג (Bowen, 1979). התכולה הגבוהה ביותר של היסוד נצפית בקרקעות הנוצרות על סלעים בסיסיים וולקניים העשירים במתכת זו. התכולה הממוצעת של Cr בקרקעות של ארה"ב היא 54 מ"ג/ק"ג, סין - 150 מ"ג/ק"ג (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), אוקראינה - 400 מ"ג/ק"ג (Bespamyatnov, Krotov, 1985). ברוסיה, הריכוזים הגבוהים שלו בקרקעות בתנאים טבעיים נובעים מהעשרה של סלעים יוצרים קרקע. צ'רנוזמים של קורסק מכילים 83 מ"ג/ק"ג של כרום, קרקעות סודי-פודזוליות של אזור מוסקבה - 100 מ"ג/ק"ג. בקרקעות של אוראל, שנוצרו על סרפנטיניטים, המתכת מכילה עד 10,000 מ"ג/ק"ג, במערב סיביר – 86–115 מ"ג/ק"ג (Yakushevskaya, 1973; Krasnokutskaya et al., 1990; Ilyin, Syso, 2001).

התרומה של מקורות אנתרופוגניים לאספקת הכרום היא משמעותית מאוד. מתכת כרום משמשת בעיקר לציפוי כרום כמרכיב של פלדות סגסוגת. זיהום קרקע ב- Cr נרשם עקב פליטות ממפעלי מלט, מזבלות סיגים של ברזל-כרום, בתי זיקוק לנפט, מפעלי מתכות ברזליות ולא ברזליות, שימוש בבוצת שפכים תעשייתית בחקלאות, במיוחד מבורסקאות, ודשנים מינרליים. הריכוזים הגבוהים ביותר של כרום בקרקעות מזוהמות טכנוגניות מגיעים ל-400 מ"ג/ק"ג או יותר (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), מה שאופייני במיוחד לערים גדולות (טבלה 1.4). בבוריאטיה, על פי נתוני ניטור הקרקע שבוצעו על ידי התחנה הממלכתית של השירות האגרוכימי "בוריאצקאיה" בשנים 1993-1997, 22 אלף דונם מזוהמים בכרום. עודפים של MPC פי 1.6-1.8 נרשמו באזורי דז'ידינסקי (6.2 אלף הקטרים), זקמנסקי (17.0 אלף הקטרים) וטונקינסקי (14.0 אלף הקטרים). הריכוז המרבי המותר לכרום בקרקעות ברוסיה טרם פותח, אך בגרמניה עבור קרקעות קרקע חקלאיות הוא 200-500, עבור חלקות גן - 100 מ"ג/ק"ג (Ilyin, Syso, 2001; Eikmann, Kloke, 1991 ).

1.3. השפעתן של מתכות כבדות על צנוז חיידקים בקרקע

אחד מדדי האבחון היעילים ביותר לזיהום קרקע הוא שלו מצב ביולוגי, אשר ניתן להעריך לפי הכדאיות של מיקרואורגניזמים בקרקע המאכלסים אותה (Babyeva et al., 1980; Levin et al., 1989; Guzev, Levin, 1991; Kolesnikov, 1995; Zvyagintsev et al., 1997; Saeki et al. , 2002).

כמו כן, יש לקחת בחשבון שלמיקרואורגניזמים תפקיד חשוב בנדידת מתכות כבדות בקרקע. בתהליך החיים הם פועלים כיצרנים, צרכנים וסוכני תחבורה במערכת האקולוגית של הקרקע. פטריות קרקע רבות מפגינות את היכולת לשתק מתכות כבדות, לקבע אותן בתפטיר ולהדיר אותן באופן זמני מהמחזור. בנוסף, פטריות, המשחררות חומצות אורגניות, מנטרלות את השפעת היסודות הללו, ויוצרות איתם רכיבים פחות רעילים ונגישים לצמחים מאשר יונים חופשיים (Pronina, 2000; Zeolites, 2000).

מוּשׁפָע ריכוזים מוגברים TM יש ירידה חדה בפעילות של אנזימים: עמילאז, דהידרוגנז, אוריאה, אינוורטאז, קטלאז (Grigoryan, 1980; Panikova, Pertsovskaya, 1982), כמו גם מספר קבוצות מסוימות בעלות ערך אגרונומי של מיקרואורגניזמים (Bulavko, 1982; באביץ', סטוצקי, 1985). HMs מעכבים את תהליכי המינרליזציה והסינתזה חומרים שוניםבקרקעות (Naplekova, 1982; Evdokimova et al., 1984), מדכאים את הנשימה של מיקרואורגניזמים בקרקע, גורמים להשפעה מיקרובוסטטית (Skvortsova et al., 1980), ויכולים לפעול כגורם מוטגני (Kabata-Pendias, Pendias, 1989 עם עודף תוכן HM באדמה מפחית את פעילותם של תהליכים מטבוליים, טרנספורמציות מורפולוגיות מתרחשות במבנה אברי הרבייה ושינויים נוספים בביוטה הקרקע. HMs יכולים לדכא באופן משמעותי פעילות ביוכימית ולגרום לשינויים במספר הכולל של מיקרואורגניזמים בקרקע (Brookes, Mcgrant, 1984).

זיהום קרקע במתכות כבדות גורם לשינויים מסוימים בהרכב המינים של קומפלקס מיקרואורגניזמים בקרקע. כדפוס כללי, קיימת הפחתה משמעותית בעושר המינים ובמגוון של מכלול המיקרומיציטים בקרקע עקב זיהום. בקהילה המיקרוביאלית של קרקע מזוהמת מופיעים מינים של מיקרומיציטים שאינם רגילים לתנאים רגילים ועמידים בפני HM (Kobzev, 1980; Lagauskas et al., 1981; Evdokimova et al., 1984). הסבילות של מיקרואורגניזמים לזיהום קרקע תלויה בהשתייכותם לקבוצות שיטתיות שונות. מינים מהסוג Bacillus, מיקרואורגניזמים מחנקים, רגישים מאוד לריכוזים גבוהים של מתכות כבדות, פסאודומונאדים, סטרפטומיציטים וסוגים רבים של מיקרואורגניזמים מתפוררים תאית עמידים מעט יותר, בעוד שהעמידים ביותר הם פטריות ואקטינומיציטים (Naplekova, 1982; Zeolites. ..., 2000).

בריכוזים נמוכים של מתכות כבדות, נצפה גירוי מסוים של התפתחות הקהילה המיקרוביאלית, ואז, ככל שהריכוזים עולים, מתרחשת עיכוב חלקי ולבסוף, דיכוי מוחלט שלה. שינויים משמעותיים בהרכב המינים נרשמים בריכוזי HM גבוהים פי 50-300 מאלה ברקע.

מידת העיכוב של הפעילות החיונית של קהילות מיקרוביאליות תלויה גם בתכונות הפיזיולוגיות והביוכימיות של מתכות ספציפיות המזהמות קרקעות. עופרת משפיעה לרעה על הפעילות הביוטית בקרקע, מעכבת את פעילות האנזימים, מפחיתה את עוצמת שחרור הפחמן הדו חמצני ואת מספר המיקרואורגניזמים, גורמת להפרעות בחילוף החומרים של מיקרואורגניזמים, בעיקר בתהליכי הנשימה וחלוקת התאים. יוני קדמיום בריכוז של 12 מ"ג/ק"ג משבשים את קיבוע החנקן האטמוספרי, כמו גם את תהליכי האמוניפיקציה, הניטריפיקציה והדניטריפיקציה (Rautse, Kirstea, 1986). פטריות רגישות ביותר להשפעות של קדמיום, ומינים מסוימים נעלמים לחלוטין לאחר שהמתכת נכנסת לאדמה (קדמיום: אקולוגי..., 1994). עודף אבץ בקרקעות מעכב את התסיסה של פירוק תאית, את הנשימה של מיקרואורגניזמים, את פעולת האוראז וכדומה, וכתוצאה מכך תהליכי הטרנספורמציה של חומר אורגני בקרקעות משתבשים. בנוסף, ההשפעה הרעילה של מתכות כבדות תלויה במערך המתכות ובהשפעותיהן ההדדיות (אנטגוניסטיות, סינרגיות או מצטברות) על המיקרוביוטה.

לפיכך, בהשפעת זיהום הקרקע במתכות כבדות, מתרחשים שינויים במכלול של מיקרואורגניזמים בקרקע. הדבר בא לידי ביטוי בירידה בעושר ובמגוון המינים ובעלייה בשיעור המיקרואורגניזמים הסובלניים לזיהום. עוצמת הטיהור העצמי של הקרקע ממזהמים תלויה בפעילותם של תהליכי הקרקע ובפעילות החיונית של המיקרואורגניזמים המאכלסים אותה.

רמת זיהום הקרקע במתכות כבדות משפיעה על האינדיקטורים של פעילות ביוכימית בקרקע, מבנה המיניםוהמספר הכולל של קהילות מיקרוביאליות (מיקרואורגניזמים..., 1989). בקרקעות שבהן תכולת המתכות הכבדות עולה על רמת הרקע פי 2-5 או יותר, אינדיקטורים מסוימים משתנים בצורה הבולטת ביותר פעילות אנזימטית, הביומסה הכוללת של קהילת החיידקים העמילוליטית עולה מעט, וגם פרמטרים מיקרוביולוגיים אחרים משתנים. עם עלייה נוספת בתכולת ה-HM לסדר גודל אחד, מתגלה ירידה משמעותית באינדיקטורים מסוימים לפעילות הביוכימית של מיקרואורגניזמים בקרקע (Grigoryan, 1980; Panikova, Pertsovskaya, 1982). ישנה חלוקה מחדש של הדומיננטיות של קהילת החיידקים העמילוליטים בקרקע. בקרקע המכילה מתכות כבדות בריכוז אחד עד שניים בסדרי גודל גבוהים מרמות הרקע, שינויים בקבוצה שלמה של פרמטרים מיקרוביולוגיים משמעותיים. מספר המינים של micromycetes בקרקע הולך ופוחת, והכי גבוה מינים עמידיםלהתחיל לשלוט לחלוטין. כאשר תכולת המתכות הכבדות בקרקע עולה על הרקע בשלושה סדרי גודל, נצפים שינויים חדים כמעט בכל הפרמטרים המיקרוביולוגיים. בריכוזים המצוינים של מתכות כבדות בקרקעות, המיקרוביוטה הנורמלית לקרקע לא מזוהמת מעוכבת ומומתת. במקביל, מספר מצומצם מאוד של מיקרואורגניזמים עמידים ל-HMs, בעיקר micromycetes, מתפתחים באופן פעיל ואף דומיננטיים לחלוטין. לבסוף, בריכוזי HM בקרקעות העולים על רמות הרקע בארבעה סדרי גודל או יותר, מתגלה ירידה קטסטרופלית בפעילות המיקרוביולוגית של קרקעות, הגובלת במוות מוחלט של מיקרואורגניזמים.

1.4. מתכות כבדות בצמחים

מזון מהצומח הוא המקור העיקרי של HMs בבני אדם ובעלי חיים. לפי נתונים שונים (Panin, 2000; Ilyin, Syso, 2001), מ-40 עד 80% מ-HM מגיעים איתו, ורק 20-40% מגיעים עם אוויר ומים. לכן, בריאות הציבור תלויה במידה רבה ברמת הצטברות המתכות בצמחים המשמשים למזון.

ההרכב הכימי של הצמחים, כידוע, משקף את הרכב היסודות של הקרקעות. לכן, הצטברות יתר של HMs על ידי צמחים נובעת בעיקר מהריכוזים הגבוהים שלהם בקרקעות. בפעילות חייהם, צמחים באים במגע רק עם צורות זמינות של מתכות כבדות, שכמותן, בתורה, קשורה קשר הדוק ליכולת החציצה של הקרקע. עם זאת, ליכולתן של קרקעות לקשור ולנטרל HMs יש גבולות, וכאשר הן אינן יכולות יותר להתמודד עם זרימת המתכות הנכנסת, הופכת חשובה נוכחותם של מנגנונים פיזיולוגיים וביוכימיים בצמחים עצמם המונעים את כניסתם.

מנגנוני ההתנגדות של צמחים לעודפי HMs יכולים להתבטא בכיוונים שונים: מינים מסוימים מסוגלים לצבור ריכוזים גבוהים של HMs, אך מגלים סובלנות כלפיהם; אחרים מבקשים להפחית את צריכתם על ידי מיקסום תפקודי המחסום שלהם. עבור רוב הצמחים, רמת המחסום הראשונה היא השורשים, שם נשמרת הכמות הגדולה ביותר של HMs, הבאה היא הגבעולים והעלים, ולבסוף, האחרונה היא האיברים וחלקי הצמחים האחראים על תפקודי הרבייה (לרוב זרעים ופירות, וכן שורשים ופקעות וכו'). (Garmash G.A. 1982; Ilyin, Stepanova, 1982; Garmash N.Yu., 1986; Alekseev, 1987; Heavy..., 1987; Goryunova, 1995; Orlov et al., 1991 ואחרים; Ilyin, Syso, 2001). רמת הצטברות HM על ידי צמחים שונים בהתאם למאפיינים הגנטיים והמינים שלהם עם תכולת HM זהה בקרקעות מומחשת בבירור על ידי הנתונים המוצגים בטבלה 1.5.

טבלה 1.5

אדמה מזוהמת טכנולוגית, מ"ג/ק"ג משקל רטוב (חלקת גן,

בלובו, אזור קמרובו) (Ilyin, Syso, 2001)

הערה: תוכן ברוטו באדמה Zn הוא 7130, P b - 434 מ"ג/ק"ג

עם זאת, דפוסים אלו לא תמיד חוזרים על עצמם, מה שכנראה נובע מתנאי הגידול של הצמחים והספציפיות הגנטית שלהם. ישנם מקרים כאשר זנים שוניםיבול אחד שגדל על אדמה מזוהמת באותה מידה הכיל כמויות שונות של מתכות כבדות. עובדה זו נובעת ככל הנראה מהפולימורפיזם התוך-ספציפי הטמון בכל היצורים החיים, שיכול להתבטא גם במקרה של זיהום טכנוגני של הסביבה הטבעית. תכונה זו בצמחים יכולה להפוך לבסיס למחקר רבייה גנטית במטרה ליצור זנים בעלי יכולות הגנה מוגברות ביחס לריכוזים עודפים של HMs (Ilyin, Syso, 2001).

למרות השונות המשמעותית של צמחים שונים בהצטברות מתכות כבדות, להצטברות הביולוגית של יסודות יש נטייה מסוימת, המאפשרת לסדרם למספר קבוצות: 1) Cd, Cs, Rb - יסודות של ספיגה אינטנסיבית; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co – דרגת ספיגה ממוצעת; 3) Mn, Ni, Cr - ספיגה חלשה ו-4) Se, Fe, Ba, Te - יסודות שקשה לגשת לצמחים (Heavy..., 1987; Cadmium..., 1994; Pronina, 2000).

דרך נוספת של מתכות כבדות להיכנס לצמחים היא באמצעות ספיגת עלים מזרמי אוויר. זה מתרחש כאשר ישנה נפילה משמעותית של מתכות מהאטמוספרה על מנגנון העלים, לרוב ליד מפעלים תעשייתיים גדולים. כניסת אלמנטים לצמחים דרך עלים (או ספיגת עלים) מתרחשת בעיקר באמצעות חדירה לא מטבולית דרך הציפורן. HMs שנספגים עלים יכולים להיות מועברים לאיברים ורקמות אחרים ולהיכלל בחילוף החומרים. מתכות המופקדות עם פליטת אבק על עלים וגבעולים אינן מהוות סכנה לבני אדם אם הצמחים נשטפים היטב לפני האכילה. עם זאת, בעלי חיים שאוכלים צמחייה כזו יכולים לקבל מספר גדול של TM.

כאשר צמחים גדלים, האלמנטים מופצים מחדש בכל האיברים שלהם. במקביל, נקבעת התבנית הבאה בתוכן לנחושת ואבץ: שורשים > תבואה > קש. לעופרת, קדמיום וסטרונציום יש לו צורה שונה: שורשים > קש > דגן (Heavy..., 1997). ידוע שיחד עם ספציפיות המין של צמחים ביחס להצטברות של מתכות כבדות, ישנם גם דפוסים כלליים מסוימים. לדוגמה, התכולה הגבוהה ביותר של HMs נמצאה בירקות עלים וגידולי תחמיץ, והנמוכה ביותר בקטניות, דגנים וגידולים תעשייתיים.

לפיכך, החומר הנחשב מצביע על תרומה עצומה לזיהום קרקעות וצמחים על ידי מתכות כבדות מערים גדולות. לכן, הבעיה של TM הפכה לאחת הבעיות ה"אקוטיות". מדעי הטבע המודרניים. סקר גיאוכימי שנערך בעבר של קרקעות באולן-אודה (Belogolov, 1989) מאפשר לנו להעריך את רמת הזיהום הכוללת של שכבת 0-5 ס"מ של כיסוי הקרקע. טווח רחביסודות כימיים. עם זאת, הקרקעות של שיתופיות גן ודאצ'ה, חלקות אישיות ואדמות אחרות בהן האוכלוסייה מגדלת צמחי מזון, כלומר, נותרות כמעט בלתי נחקרות. אותם אזורים שהזיהום שלהם עלול להשפיע ישירות על בריאות אוכלוסיית אולן אודה. אין שום נתונים על התוכן של טפסים ניידים של HMs. לכן, במחקר שלנו ניסינו להתעכב ביתר פירוט על מחקר המצב הנוכחי של זיהום קרקעות גן בעיר אולן-אודה עם HMs, הצורות הניידות המסוכנות ביותר שלהן לביוטה ומאפייני התפוצה וההתנהגות של מתכות בכיסוי הקרקע ובפרופיל של סוגי הקרקעות העיקריים בעיר אולן-אודה.