Влияние тяжелых металлов на урожайность сельскохозяйственных культур

Всякий яд – лечущее средство, всякое лечущее средство – яд; всё находится в зависимости от дозы. (Парацельс).

Хозяйственная деятельность человека часто содействует загрязнению среды. Необыкновенную опасность представляет загрязнение ее томными металлами, многие из которых являются очень ядовитыми даже в малых количествах. Томные металлы принципно отличаются от органических веществ тем, что не подвергаются процессам разложения, а способны только перераспределяться меж природными средами. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при всем этом разные патологии. К томным металлам относятся более 40 металлов с атомной массой выше 50 атомных единиц. В согласовании с систематизацией Н. Реймерса, томными металлами следует именовать металлы с плотность более 8 г/см3: Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана/М.: «Просвещение». – 1985. – 192 с.]. Некие из их относятся к микроэлементам, т.е. хим элементам, которые очень важны для роста и развития растений и животных (Cu, Zn, Co). В растениях микроэлементы или входят в состав ферментов, или активируют их работу и нужны в ничтожно малых количествах. Повышение либо уменьшение концентрации микроэлементов в растворе сверх хорошей приводит к подавлению либо даже смерти организма. Отрицательное действие неоптимальных доз микроэлементов связано с нарушением деятельности ферментативного аппарата клеток, и, как следует, обмена веществ в растениях. Концентрация всех нужных для жизни частей в живом организме находится под серьезным контролем комплекса физиологических процессов, именуемого гомеостазом. Процесс поступления и выведения ядовитых частей контролируется организмом, при всем этом буферная емкость защитных систем организма ограничена. Некие томные металлы (As, Cd, Hg, Pb) не оказывают существенного воздействия на рост растений, так как им не присуща какая-либо популярная физиологическая функция в актуальном цикле растений, но такие металлы, как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn являются актуально необходимыми элементами для растений. Излишек этих частей может привести к существенному отравлению растения. Так, к примеру, 1,5-2,5 кратное увеличение подвижных форм томных металлов (Cu, Zn, Pb, Cd) в почве вызывает понижение количества и свойства продукции сельскохозяйственных культур [Потапов М.А. Воздействие томных металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции в критериях лесных почв Чувашской Республики: дисс. На соискание научной степени канд. сельскохозяйственных наук: спец. 06.01.04 «Агрохимия»/Чебоксары. – 2005. – 155 с.]. Поглощение томных металлов растениями и следующее скопление повдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную опасность для здоровья человека и животных. Одним из главных путей поступления томных металлов в растение является поглощение корнями растений разных хим соединений этих металлов (солей, гидроксидов, комплексов и т. п.) из земли [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]. В 2006 году выборочно были изучены на содержание промышленных токсикантов грунты 18 городов Украины. Высочайшие среднегодовые концентрации томных металлов (свинца, кадмия, меди, цинка) в границах 1,1-11,2 ПДК зафиксированы в грунтах городов Днепропетровск, Ялта, Константиновка и Мариуполь Донецкой области, Вишневое и Фастов Киевской области [Національна доповідь про стан техногенної та природної безпеки в Україні у 2006 році. – К.: ДП Агентство «Чорнобильінтерінформ». – 2007. – 236 с.]. Специфичной особенностью загрязнения земли томными металлами является очень низкая скорость самоочищения грунта. Что касается свинца, то его лишнее содержание в почве приводит к уменьшению количества и контраста почвенных микробиоценозов. В связи с этим появляется суровая угроза массовой деградации украинских черноземов, сосредоточенных в областях с развитой индустрией. В Украине не считая черноземов имеются земли других типов (сероватые лесные, дерново-подзолистые, песочные и т. д.), в каких очищение от загрязнения томными металлами происходит еще медлительнее, а кумуляция их, в связи с этим – резвее. Потому даже маленькие количества томных металлов в почвах могут привести к небезопасному загрязнению сельскохозяйственной продукции. При попадании из земли в растения через корневую систему томные металлы могут передвигаться интенсивно (метаболическим методом) либо пассивно. В первом случае поглощение и перемещение ионов металлов осуществляется по системе, состоящей из протопластов клеток, связанных плазмодесмами. При пассивном транспорте ионы, достигнув поверхности корня, попадают в свободное место корня и дальше с транспирационным током передвигаются по растению. С активным транспортом по растению передвигается часть металлов, которые делают некие био функции (медь, цинк, кобальт и др.), также металлы, химически подобные нужным элементам (кадмий является хим аналогом цинка). Но большая часть металлов, в особенности те, которые не являются необходимыми для растений (свинец), передвигаются средством диффузии. Вступая в контакт с клеточными стенами и рядом минеральных и органических соединений, содержащихся в клеточках, металлы осаждаются и теряют биологическую активность. В то же время при загрязнении земли огромным количеством металлов некая их часть способна миновать защитные системы растения и оказать на него токсическое воздействие. Результатом этого может быть проявление неких зрительных признаков токсичности. Главные признаки подавления растений под воздействием токсикантов неспецифичны и появляются в главном в понижении всхожести семян, замедленном росте, ненормальном развитии корневых систем, хлорозе, увядании, смерти растений. Но в сельскохозяйственном производстве следует учесть, что зрительные признаки токсичности начинают проявляться, когда концентрации ядовитых частей существенно превосходят санитарно-гигиенические нормативы, установленные для продукции растениеводства. При всем этом содержание частей в почве, при котором возникают признаки фитотоксичности, также существенно превосходят ПДК. Так, признаки ртутного отравления появляются при концентрации элемента в почве 25-50 мг/кг (ПДК 2,1 мг/кг), кадмиевого - при 25-100 мг/кг (ОДК 0,5-2,0), свинцового - 250-2000 мг/кг (ОДК 32-130 мг/кг), мышьякового - при 25-50 мг/кг (ОДК 2-10 мг/кг). Потому зрительная диагностика загрязненности земли и растений металлами не имеет смысла. Все растительные (и животные) организмы нуждаются в неизменном пополнении микроэлементами. Но последние должны вводится в живой организм в на биологическом уровне активной форме, способной просто транспортироваться и усваиваться. В природе растения получают эти элементы в виде растворимых солей, присутствующих в почве. Но это малоэффективно и существенно наилучший итог можно достигнуть при использовании на биологическом уровне активных комплексонов. Примером таких комплексонов может быть ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) [Жаворонков Н.М. Комплексоны в решении Продовольственной программки СССР//ЖВХО имени Д.И. Менделеева – 1984. – Т.29. – Вып.3. – С.261-265.]. Но, применение ЭДТА связано с определенными рисками. Этот комплексон может сохраняться в почве без конфигурации в течение многих лет, продолжая поставлять в растения из земли разные металлы (в том числе и томные) образуя с ними отлично растворимые комплексы. Томные металлы, находящиеся в грунте в виде солей, обычно слабо усваиваются растениями. Образование же комплексов ЭДТА с томными металлами приводит к более насыщенному поглощению их растениями, что бывает очень не нужно. Таким макаром, применение ЭДТА (и схожих ему комплексонов) просит большой осторожности. Более действенными могли бы быть комплексоны, которые подвергаются в почве биодеструкции и не скапливаются с течением времени. Это позволило бы исключить бесконтрольное извлечение из земли томных металлов растениями.