Дипломная работа: Співвідношення особливостей накопичення важких металів в овочах та фруктах в умовах великого міста
Відомо, що надходження важких металів у тканини рослин можливе в результаті аеральних емісій металовмісних аерозолів та надходження ВМ в тканини рослин із ґрунтового розчину через коріння [19, 22].
Зовнішнє забруднення рослин важкими металами, тобто надходження їх з повітря, може відбуватися шляхом проникнення аерозолів, що містять важкі метали до внутрішніх органів рослин [33]. Поверхня рослин забруднюється металовмісними аерозолями, і деякі елементи можуть абсорбуватися на них. За дослідженнями Дугласа П. Орморда забруднення рослинності Cd, Pb, Ni, Zn у промислових та приміських районах відбувається в основному за рахунок осадження цих елементів з атмосфери [22].
Деяка кількість аерозольних частинок може проникати до рослини через устячка листової поверхні [35]. Більшість аерозольних частинок промислового походження мають діаметр менше 1 мкм, а діаметр устячних отворів 5 – 30 мкм, тобто проникнення через них можливе. Мало відомий механізм включення хімічних елементів до розчину на поверхні листя. Деякі хімічні елементи у вигляді відносно нерозчинних окислів можуть абсорбуватися через поверхню листя у розчин [2]. Таким чином існує небезпека фолікулярного (через листову поверхню) поглинання важких металів з наступною їх транслокацією. Проте є й варіант змиву аерозолів з листя атмосферними опадами.
Досліди Кабата-Пендіас А., 1989 свідчать, що швидкість поглинання мікроелементів у тканинах рослин значною мірою залежить від природи хімічного елемента. Так, фолікулярне поглинання характерне для заліза, марганцю, цинку та міді, тоді як свинець змивається дощовою водою [34].
Також існує поняття вибірковості поглинання хімічних елементів рослинами з повітря [27]. Свинець залишається в основному як поверхневі відклади чи поверхневе аерозольне покриття на поверхні рослин, в той час як цинк та кадмій частково проникають до листка. Що стосується абсорбції та мобільності Mn, Fe, Cu, Mo, то вони займають проміжне положення і мобільність їх знижується у наведеному порядку [30].
Особливості надходження ВМ до рослинної продукції з викидами автотранспорту описано у роботах американського дослідника Дугласа П. Орморда, (1988). Зі збільшенням відстані від автотраси їх вміст Pb, Ni, Zn в зразках придорожньої рослинності знижується [27]. Зниження рівня Pb в рослинності апроксимується експоненційною функцією відстані. Оцінка цієї моделі дослідником Дугласом П. Ормордом була розширена до розвитку подвійної експоненційної функції для розподілу Pb. Перша експонента асоціювалася з великими за розміром частинками, які швидко осаджуються на відстані 5 м від шосе, а друга – з меншими частинками, які осаджуються повільніше на відстані до 100 м від шосе. Свинець, що міститься у цих менших частинках, може бути більш розчинним і у зв’язку з цим простіше потрапляє до рослин і погіршує їх якість. Крім того, є ще третя фракція, яка не осідає так швидко. Найбільш дрібні аерозолі Pb проходять великі відстані в загальних потоках повітря. Вважається, що значна частина Pb з вихлопних газів належить до цієї стійкої фракції.
Великого значення при зовнішньому забрудненні рослин набувають також кліматичні умови регіону та погодні умови вегетаційного періоду, оскільки від них залежать напрямки перенесення забруднюючих речовин, можливість змиву аерозолів з поверхні листка чи їх розчинення, стан устячок і т.д. [8]. Аналіз виборки дерев (листя, кора і осердя стовбура) показав, що напрямок переважаючого вітру впливає на розподіл викидів свинцю; на сторонах дерев, повернутих до шосе, рівень свинцю вище [22]. Швидкість вітру, а отже, концентрація частинок швидко зменшуються від краю пологу рослинності. Концентрації мікроелементів (у тому числі важких металів) звичайно є вищими на захищеній стороні дерев у порівнянні з незахищеною внаслідок більшого осадження аерозолів з повітря, що рухається повільно [Little P., Martin M. 1972].
Поглинання хімічних елементів листям, зазвичай, обмежене. Це доведено експериментально [22] при експонуванні листя в умовах мокрого осадження – поглинання хімічних елементів корінням з ґрунту було вищим, ніж поглинання листям. Значною мірою це залежить від особливостей будови листка рослини, товщини кутикули та кількості устячок, тобто видових особливостей рослини.
Внутрішнім шляхом (із ґрунту через кореневу систему) метали потрапляють до рослинної продукції разом з поживними речовинами. Ґрунт – це специфічний елемент біосфери, він не тільки акумулює важкі метали, але й виступає як природний буфер. Він здатний трансформувати сполуки металів, зв’язувати їх в менш доступні форми, тим самим знижуючи їх надходження до рослин [7, 12].
Ступінь трансформації важких металів та доступність їх рослинам залежить від рН ґрунтового розчину, типу ґрунту, біологічних особливостей рослини [9]. Так, дослідження Ільїна В.Б. [19] показують, що кадмій, свинець, цинк, нікель, мідь рухливі лише у кислому середовищі, при залужуванні їх рухливість різко зменшується. Тобто знову постає фактор вибіркового поглинання хімічних елементів рослинами з ґрунту, як і у випадку надходження їх з атмосферного повітря.
Різні типи ґрунтів характеризуються різною здатністю до самоочищення, тобто мають різну буферність [9, 19]. В ґрунті важкі метали присутні у двох фазах – твердій та рідкій (ґрунтовому розчині). В твердій фазі вони знаходяться в обмінному та фіксованому стані: входять до складу тонкодисперсних мінеральних частин та гумусової речовини, являють собою складову частину нерозчинних солей. В ґрунтовому розчині ВМ присутні у формі розчинних та органо-мінеральних солей [20, 38]. Форма існування металів, які потрапили в ґрунтовий розчин, залежить, насамперед, від його хімічного складу (головним чином аніонної частини та розчинної органічної речовини і реакції середовища) [36]. В кислих ґрунтах в ґрунтовому розчині присутня досить мала кількість аніонів мінеральних кислот та багато органічної речовини фульватного типу [39]. У зв’язку з цим можна передбачити, що важкі метали, які надійшли до ґрунтового розчину кислих ґрунтів, утворюють, в основному, розчинні органо-мінеральні комплекси. В ґрунтах з нейтральною реакцією середовища, наприклад, у чорноземах типових, у складі легкорозчинних мінеральних солей переважають бікарбонат і сульфат кальцію [40]. Наявність в ґрунтовому розчині значної кількості кальцію призводить до різкого скорочення частини нерозчинної фракції гумусу. Тому свинець, кобальт, кадмій, потрапляючи до ґрунтового розчину, взаємодіють, в основному, з мінеральною частиною, утворюючи нерозчинні й слаборозчинні карбонати й сульфати [41].
Надходження металів до рослин визначається також їх біологічними особливостями: наявністю органів запасання асимілянтів; ступенем адаптованості виду рослини до забруднення; видовими та сортовими особливостями рослини; віку рослини; глибини та ємності поглинання кореневої системи; фізіологічною потребою у певному хімічному елементі [35]. По стійкості до забруднення рослини поділяються на: найбільш стійкі – зернові, соняшник; середньостійкі – буряк, картопля, морква, томат, перець; слабкостійкі – салат, однорічні трави, багаторічні бобові трави, кукурудза [2].
Концентрація ВМ значно залежить від частини рослини, що розглядається, причому вміст їх в садових плодах нижче, ніж у листових овочах чи коренеплодах. Спостерігались також видові різниці серед листових овочів [22]. Так, для біоіндикації забруднення важкими металами може використовуватись листова капуста (Brassica oleracea), яка накопичує в листках залізо, свинець [18].
Дослідження Бокач Т., 1980 [33] показують, що кількість елементів зменшується від коренів до плодів (різниця до 500 – 600 разів). Це підтверджуються дослідами Ільїна В.Б. (1991). За його даними найбільша кількість важких металів акумулюється в коренях рослини, найменша – в плодах та органах запасання асимілятів [19]. Це свідчить про наявність у рослин захисних механізмів, які перешкоджають надходженню надлишкових кількостей важких металів: морфологічних структур, вакуолярних депо, затримання пояском Каспарі, хімічних реакцій неспецифічної природи [33]. Так, наприклад, експериментальні дані [Соболев и др.,1982] показали, що при надлишковому надходженні кадмію в рослині розпочинається посилене продукування амінокислот [33]. Амінокислоти необхідні, за думкою дослідників, безпосередньо для переведення кадмію в нетоксичну форму або для синтезу спеціального білка – металлтіоніна, який зв’язує кадмій [22]. Головним чином ці захисні механізми спрацьовують при внутрішньому кореневому забрудненні.
Крім того, вміст важких металів у плодах різного розміру також неоднаковий (Пономарьов П.Х., Сихроман І.В.,1999) [33].
Транслокація металів в рослині значною мірою залежить від її віку. Беус А.А, Грабовська П.І., Тихонова П.В. (1989) довели, що найбільш енергійно поглинання мінеральних речовин відбувається в молодих частинах рослини. Переміщення металів всередині рослини обумовлюється хімічними особливостями елементу – так, кадмій, цинк, свинець малорухливі, а мідь – надзвичайно рухлива [33, 34].
Отже, питання шляхів надходження та особливостей накопичення важких металів у рослинній продукції і досі не має чітко визначених положень та закономірностей. На підставі аналізу літературних джерел можна зробити висновок, що кожен із вчених займається лише окремими питаннями, чітких же висновків щодо шляхів надходження металів та їх транслокації в рослині зробити неможна.
Вміст певних хімічних елементів багато в чому залежить від біологічних зв’язків між елементами в організмах. Зміна концентрацій одного елементу в організмі викликає зміну вмісту іншого (інших) хімічних елементів. Це пояснюється, як біологічною функцією цих елементів в організмі, так і особливостями будови іонів поглинаючих елементів.
Так, наприклад, чіткий зв'язок між Pb і Мо в рослинах може пояснюватися біологічною функцією цих елементів. При незначних надходженнях Pb в рослини в ній збільшується вміст Мо. Це пояснюється так: Мо входить до складу численної групи ферментів енергетичного обміну кліток, а Pb їх інгібірує. Таким чином можна вважати, що позитивна кореляція вмісту цих металів в рослинах є свідченням нормальної життєздатності організму, що відповідає посиленим утворенням ферментів на токсичний Pb.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
