Диссертация (1154485), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Например, при одних и тех жеусловиях выращивания фитотоксичность свинца по отношению к кресс-салатупроявляется при общем содержании в аллювиальной дерновой почве более 250мг/кг, в то время как для моркови это значение составляет более 500 мг/кг. Средисельскохозяйственных культур менее устойчивыми считаются злаковые, а болееустойчивыми бобовые культуры.
При этом содержание свинца в растениях приодних и тех же условиях выращивания может отличаться даже для разных сортоводного вида сельскохозяйственных культур (Ильин, Сысо, 2001, с. 31; Убугунов,Кашин, 2004; Лескова, Якимова, 2006; Водяницкий, 2009, с. 7; Кобринец, 2012;Химические мелиоранты вещества, используемые для проведения мероприятий покоренному улучшению почв с неблагоприятными химическими и физическими свойствами(Князев, Смарыгин, 2004, с. 7).6Пиритные огарки ̶ побочные продукты обжига серного колчедана (пирита) при получениисерной кислоты (Лотош, 2002, с.
231).524Sharma, Dubey, 2005; Nabulo, Black, Young, 2011; Pinho, Ladeiro, 2012; Hussain etal., 2013). Повысить устойчивость растений к воздействию свинца можно путемпредобработки семян солями данного металла, что было показано на проросткахпшеницы (Мазей, 2008).Избыток свинца в растениях ингибирует дыхание и подавляет процессфотосинтеза, отрицательно влияет на гормональный обмен, структуру ипроницаемость мембран, нарушает минеральное питание и водный баланс,снижает поступление цинка, кальция, железа, калия, марганца, магния, фосфора исеры (Ягодин и др., 1995). Внешне токсическое действие свинца выявляетсяпоявлением темно-зеленых листьев, скручиванием старых листьев, почернениемкорневой системы (Ильин, Сысо, 2001, с.
31; Sharma, Dubey, 2005).Свинец, содержащийся в почве, оказывает отрицательное воздействие напочвенные микробиологические сообщества. Почвенная микробиота способнабыстро накапливать свинец пропорционально содержанию этого элемента в почве(Ниязова, Летунова, 1981). Также способны накапливать свинец консументы,например, земляные черви (Gish, Christensen, 1973).
Токсическое действиетяжелых металлов, в том числе свинца, проявляется в ингибировании иблокировании целого ряда процессов метаболизма почвенной микробиоты, атакже в изменении численности и состава микробных сообществ (Левин и др.,1989; Минеев и др., 1998). Показано, что повышение уровня содержания свинца впочве снижает ферментативную активность микробиоты, вследствие чего заметновозрастает накопление не полностью разложившихся органических веществ,например, целлюлозы (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989, с.
235). Загрязнениеаллювиальных дерновых почв возрастающими дозами свинца (до 2500 мг/кг)снижает численность аммонификаторов и денитрификаторов и вызывает почтиполную гибель нитрификаторов, при этом, не влияя на целлюлозолитическуюактивность почв. Изменения в почвенном микробиоценозе под действиемтяжелого металла негативно сказываются на урожайности сельскохозяйственных25культур (Убугунов, Меркушева, Сосорова, 2001; Убугунов, 2003).
Загрязнениепочв уксуснокислым свинцом снижало содержание микробной биомассы,ингибировало дыхательную активность почв (Каменщикова и др., 2009). Длянивелирования негативного эффекта свинца на биохимическую активностьпочвенных микроорганизмов, а также для повышения устойчивости их сообществк тяжелым металлам, ряд исследователей рекомендуют увеличивать количестваорганического вещества в почве (Лыков, 2004; Каменщикова и др., 2009).Зависимость токсичности тяжелого металла от наличия сопутствующеймикобиоты показана в опытах с медью на проростках Pines (сосны),микоризированныхSuillusluteus(масленкомобыкновенным)различнойустойчивости к тяжелому металлу (Adriaensen et al., 2005).
Проводимые внастоящее время исследования по изучению использования биотехнологий дляцелей фиторемедиации демонстрируют значительную роль ризосферной (от греч.rhiza корень и sphaira область) микробиоты древесных растений наустойчивость и накопление древесными растениями тяжелых металлов (Capuana,2011).Наблюдается значительная зависимость фитотоксичности свинца отфизико-химических свойств почв, в которую попадает тяжелый металл (значениерН водной вытяжки, содержание гумуса, гранулометрический состав и т.д.). Так,семена пшеницы не всходили на каштановой почве при внесении свинца вконцентрации 1600 мг/кг при 7 суточном выдерживании почвы с загрязнителем, апри30суткахвыдерживаниянаблюдалосьпрорастаниесемян,чтосвидетельствовало о значительном связывании свинца почвой в течение болеедлительного времени.
В свою очередь, в опыте с дерново-подбуром даже при дозесвинца 3200 мг/кг наблюдалось прорастание 82 % семян при 7 суточномпребывании свинца в почве, а при 30 суточном пребывании свинца в почвевсхожесть практически не отличалась от контрольной (Доржонова, 2013).26Действие одних и тех же концентраций тяжелого металла на растения впочвах разных физико-химических свойств может зависеть от того, с какимисоединениями металл вступает в контакт, в какой химической форме находится,какойобладаетвалентностью),степеньюкаковокисленностихарактер(длязакрепленияэлементовметалловспеременнойминеральнымииорганическими носителями и др. Применяя метод EXAFS-спектроскопии7,удалось установить, что состав форм свинца в почве варьирует в широкомдиапазоне, что и объясняет различие в его биологической доступности, а значит итоксическом действии, для растений.
С применением EXAFS-спектроскопииустановлено новообразование в почвах целого ряда соединений свинца: Pb2+органическихкомплексов,Pb2+-сорбированногонаFe(III)-оксидах,Pb2+-сорбированного на оксидах марганца, плюмбоярозита и фосфатов свинца. МетодEXAFS-спектроскопии показал, что большую роль в закреплении свинца играеторганическое вещество, которое закрывая поверхность частиц минералов,предотвращает ими сорбцию свинца в лесной гумусированной почве.
В леснойпочве на долю Pb-гуматов приходится 80 % связанного свинца, в пахотной почве– 35 %, что согласуется с низкой гумусированностью пахотной почвы. Взагрязненныхсильногумусированныхпочвахсвинецобладаетнизкойподвижностью, за счет образования стабильных Pb2+-органических комплексов.При этом свинец предпочтительнее хелатируется функциональными группамиароматических колец, чем карбоксильными группами.
При хелатировании свинцафункциональными группами ароматических колец формируются бидентатныекомплексы8.ВгумусированныхгоризонтахпочвысвинецпроявляетМетод EXAFS-спектроскопии, представляет собой расширенный анализ тонкой структурырентгеновского спектра поглощения (Extended X-Ray Absorption Fine Structure, EXAFS)(Водяницкий, 2009, с. 13, 14; Зыкин, Зубавичус, 2011; Петрозаводский государственныйуниверситет [Сайт]: кафедра физики твердого тела: EXAFS (ТСРП) – анализ тонкой структурырентгеновского поглощения).8Комплексы, в которых лиганды (от лат. ligare связывать) образуют две химические связи скомплексообразователями.727органофильность (греч.
phileo люблю) и образует с гуматами настолькостабильные комплексы, что средний срок сохранения данного металла ворганических почвах составляет от сотен до тысячи лет. В слабогумусированныхпочвах доля свинца, адсорбированного оксидами марганца и гидроксидамижелеза, превышает половину валового, а органофильность свинца незначительна.В слабогумусированных почвах свинец становится манганофилом (от лат.manganum марганец) и сидерофилом (от греч.
sideros железо) (КабатаПендиас, Пендиас, 1989, с. 229; Водяницкий, 2008, с. 27-47, 71, 72 ; Водяницкий,2009, с. 110-115; Heinrichs, Mayer, 1977; Mаnceau et al., 1996; Morin et al., 1999;Ostergren et al., 1999; Mаnceau, Marcus, Tamura, 2002).Доступность свинца для растений увеличивается при добавлении в почвукомплексообразователей, в частности, этилендиаминтетрауксусной кислоты(ЭДТА), которая образует в почвенном растворе со свинцом устойчивыерастворимые комплексы, легко поглощающиеся корневой системой растений изатем передающиеся в наземные органы, благодаря чему происходит повышенноенакопление тяжелого металла. Например, для индийской горчицы оно достигает –1600 мг/кг (Душенков, Раскин, 2002).В связи с нарастающим химическим загрязнением почвенного покрова и,как следствие, стремительной его деградацией, значительный интерес вызываетизучение природных биогеохимических механизмов обезвреживания токсичныхвеществ в биосфере (Ермаков и др., 2012, с.
103). В естественных условиях ионысвинца, как и других тяжелых металлов, практически не подвергаютсябиодеградации, они лишь «перемещаются из одного природного резервуара вдругой», взаимодействуя с живыми организмами и органическим веществом,хелатирующими веществами, оксидами металлов почвы. Извлечение тяжелыхметаллов из загрязненных почв возможно путем их связывания тканями растенийили беспозвоночных, в том числе дождевых червей, т.е.
путем фиторемедиации ивермиремедиации (от англ. phytoremediation и vermiremediation) (Edwards,28Arancon, 2005). Кроме того, уменьшение токсичности тяжелых металлов в почвахможет быть достигнуто за счет снижения их подвижных форм путем связываниябывшим живым веществом (БЖВ, ex-living matter ELM), характерным как дляпочвенных, так и водных экосистем, что играет решающую роль в биосфере.Как показывают исследования д.б.н.
С.А. Остроумова, именно бывшееживое вещество вносит значительный вклад в кондиционирование биосферы, втом числе за счет регуляции биогеохимических циклов токсических элементовпутем их связывания и детоксикации (Остроумов, 2012в, и другие работы данногоавтора. См. Раздел 1.3.).1.3.Роль бывшего живого вещества в иммобилизации загрязнителейбиосферыВ.И. Вернадский, разрабатывая учение о биосфере, предложил типологиювеществ, включающую живое вещество, неживое вещество (косное) и биокосное,характеризуя последнее, как созданное одновременно живыми организмами икосными процессами (Вернадский, 1965).Анализируя накопленные в последние десятилетия данные о химизмебиосферы, геохимической среде и факторах, воздействующих на миграциюэлементов, на их биогеохимические потоки в биосфере и на самоочищение средыот химических загрязняющих веществ, д.б.н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
