13734 (585311), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Основные пути поступления ТМ в растения - апоплазматический и симплазматический. Апоплазматический путь осуществляется по свободному пространству клеточных оболочек и межклетников по принципу диффузии и потока воды с растворенными в ней ТМ. Поступление химических элементов в растения по этому пути возрастает с повышением их содержания в почвенном растворе.

Апоплазматическим путем ионы металлов поступают преимущественно в вегетативные части растений. Симплазматический путь поступления ТМ между клетками по плазмодесмам носит избирательный характер и способствует поступлению ионов металлов в репродуктивные органы растений.

Поступление ТМ в растительные организмы происходит не только через корни. Существует еще один путь - поглощение металлов через листовую поверхность. При этом растворенная пыль, содержащаяся в атмосфере вследствие интенсивного развития промышленности и автотранспорта, способна проникать как прямо в устьица, так и диффундировать через покровные ткани листовой пластинки. При этом скорость проникновения элементов в организм зависит от толщины кутикулы.

Поступление ТМ в растения обусловлено влиянием множества факторов, важнейшими из которых являются: свойства почв и динамика почвенных процессов, химические свойства металлов, состояние и трансформация их соединений, физиологические особенности растений (Н.А. Черных, 1999).

1.1.4 Токсикологическое действие меди на растения, животных, человека

Действие ТМ на живые организмы зачастую скрыто, но они передаются по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом, поэтому проявления токсичности могут возникать неожиданно на отдельных уровнях трофических цепей. Токсичность ТМ для живых организмов определяется как свойствами и уровнем концентраций самих элементов, так и их миграционной способностью в различных компонентах экосистемы, а также степенью накопления в органах и тканях.

По мнению Б.А. Ягодина (1995), для комплексной оценки воздействия для каждого химического элемента необходимо различать четыре уровня концентрации:

дефицит элемента, когда организм страдает от его недостатка;

оптимальное содержание, способствующее хорошему состоянию организма;

терпимые концентрации, когда депрессия организма лишь начинает проявляться;

губительные для данного организма.

Медь относится к группе жизненно необходимых для живых организмов элементов. В организме человека она образует комплексы с аминами и соединениями серы, способствует синтезу гемоглобина крови, ускоряет формирование эритроцитов, восстановление костной ткани, усиливает действие инсулина, препятствует распаду гликогена в печени, способствует синтезу витаминов В₁, С, Р, РР и Е (О.А. Соколов, В.А. Черников, 1990). Но при высоких уровнях содержания этот элемент обладает широким спектром токсического действия. Ионы меди способны блокировать SH-группы белков, в особенности ферментов. Острая интоксикация ионами Cu²⁺ сопровождается выраженным гемолизом эритроцитов. Интоксикации соединениями меди могут сопутствовать аутоиммунные реакции и нарушение метаболизма моноаминов (В.И. Артамонов, 1996).

Избыток меди оказывает вредное воздействие на организм теплокровных. Попадание значительных количеств меди или ее соединений с пищей может вызвать тяжелое отравление, которое будет сопровождаться схваткообразными болями в животе, тошнотой, приступами кашля, раздражением слизистых. По утверждению А.Л. Бандмана (1988), медь относится к группе высокотоксичных металлов, способных вызывать острое отравление человека и животных, и обладающих широким спектром токсического действия с многообразными клиническими проявлениями.

1.2 Адсорбционная способность почв по отношению к меди

Исследования по определению адсорбционной способности почвы проводились на кафедре агроэкологии-агрохимии-почвоведения.

Одним из важных аспектов данной проблемы являлось определение емкости поглощения и установления того предела, при котором ТМ нейтрализуются за счет собственной емкости поглощения почвы, без применения химических мелиорантов.

В итоге проведенных экспериментов были получены следующие результаты.

Чернозем выщелоченный обладает достаточно высокой поглотительной способностью по отношению к меди. Предельная поглотительная способность его по отношению к меди, которая нейтрализуется за счет собственной емкости поглощения баз применения химических мелиорантов, составила 19 г/кг. Такую высокую поглотительную способность чернозема выщелоченного можно объяснить значительным содержанием органического вещества (гумуса). По данным А.П. Козаченко (1999) оно в большинстве случаев превышает 6% в относительном исчислении и 150 т/га при определение запаса в пахотном слое 0-20см.

Большое значение имеет кислотность (щелочность) почв. В среде с pH выше 6 единиц большинство ТМ находиться в форме труднорастворимых гидроокисей. В этом случае концентрация в почвенном растворе и токсичность ТМ резко снижается (Т.В. Тетюева, 1999).

1.3 Приемы реабилитации почв, загрязненных медью

Выработка критериев для оценки степени деградации и токсичности почвенного покрова, а также разработка приемов восстановления плодородия загрязненных ТМ почв, являются в настоящее время весьма актуальными задачами. В целом все приемы снижения токсичности почв, содержащих большие количества ТМ, можно подразделить на предупредительные и приемы по ликвидации уже существующего загрязнения. Основное мероприятие по защите почв и растений от загрязнения ТМ - это предотвращение загрязнения, которое базируется на совершенствовании технологий производства, создании замкнутых технологических систем, а также на контроле за внесением в почву отходов промышленности в качестве удобрений и мелиорантов. Широкое применение сточных промышленных вод для орошения сельскохозяйственных угодий ставит задачу очистки этих вод от ТМ.

Меры по ликвидации уже существующего загрязнения подразумевают использование материалов и веществ, связывающих ТМ в недоступной для растений форме и способствующих повышению плодородия почв (извести, органических удобрений, цеолитов, синтетических смол и др.), применение агротехнических приемов, приводящих к удалению металлов из верхних корнеобитаемых слоев почвы, а также возделывание на загрязненных почвах сельскохозяйственных культур, способных накапливать металлы в количествах, не превышающих их предельно-допустимые уровни.

Подвижность ТМ и доступность их для растений в значительной степени контролируются такими свойствами почв как кислотно-щелочные условия, окислительно-восстановительные режимы, содержание гумуса, гранулометрический состав и связанная с ними емкость поглощения.

При планировании мероприятий по восстановлению почв конкретной территории необходимо учитывать ее положение в окружающем ландшафте, а также неоднородность, как почвенного покрова, так и загрязнения. При этом следует иметь ввиду также тот факт, что максимальное количество ТМ аккумулируется в верхних наиболее плодородных горизонтах почв.

Итак, реабилитация почв, загрязненных ТМ, предусматривает следующие мероприятия (В.Т. Граковский и др., 1994):

1. Выбор способа использования загрязненных земель, который предусматривает перепрофилирование отраслей сельскохозяйственного производства, смену угодий, подбор севооборотов, а также отдельных сельскохозяйственных культур с целью максимального снижения поступления ТМ в товарную продукцию. При этом эффект санации достигается за счет того, что одни культуры выносят металлы из почвы сильнее, другие - слабее, одни используются в пищу непосредственно, другие - после переработки, третьи - вообще не пищевые. Так, на почвах, загрязненных ТМ выше ПДК, нельзя выращивать салат, шпинат, укроп, лук, петрушку, а также кормовые культуры. Эти земли можно использовать для производства зерна, семян, под технические и плодовые культуры.

2. Приемы фитосанации загрязненных почв, которые основываются на способности отдельных растений поглощать из почвы значительное количество ТМ. После выращивания биомасса таких культур подвергается утилизации и захоронению.

3. Перемещение и удаление загрязнителей из верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в нижележащие. Для этого применяют глубокую (на 30 см и более) или плантажную вспашку в сочетании с внесением органических удобрений, что позволяет удалить загрязненный верхний слой почвы за пределы корнеобитаемого горизонта. На участках, где загрязнение почвы достигает высокой и чрезвычайно высокой опасности добиться эффекта санации возможно только путем удаления верхнего загрязненного слоя скрепером, грейдером, бульдозером и др. Однако могут возникнуть проблемы, связанные со снижением плодородия почв и с захоронением загрязненного почвогрунта.

В случае равномерного распределения ТМ по всей глубине плодородного слоя почвы применяют очень дорогостоящий прием, заключающийся в переводе содержаний ТМ в подвижную форму (изменение кислотности, добавление солей, комплексообразователей) и их промывке в более глубокие горизонты, где они становятся недоступными для корневой системы растений. Однако в результате такой санации почв возможно загрязнение других природных объектов, в частности подземных и поверхностных вод.

4. Дезактивация ТМ, загрязняющих почву, путем их перевода в недоступное для растений состояние. Этот прием способствует снижению поступления ТМ, как в растения, так и в природные воды. Он называется агрохимической мелиорацией, самым распространенным способом которой, по определению А.П. Козаченко, О.Р. Камеристовой и др. (2000), является известкование. Это создание нейтральной или слабощелочной среды, способствующей образованию труднорастворимых и малотоксичных солей (например, CuCO₃). На выщелоченных и оподзоленных черноземах дозы известковых удобрений, как правило, рассчитываются по величине гидролитической кислотности.

При химической мелиорации загрязненных ТМ почв можно применять любые известковые удобрения с учетом активно действующего вещества в них, а также при обязательном контроле за содержанием токсичных примесей.

Внесение органических удобрений.

Применение органических удобрений (торфонавозных компостов, навоза, сидератов, соломы), увеличивающих запасы органического вещества в почве, ее буферную способность и емкость поглощения, является эффективным средством снижения подвижности большинства ТМ. Наибольший эффект дает использование торфокомпостов. При загрязнении почв ТМ органические удобрения применяют в максимально возможных дозах с учетом потребности сельскохозяйственных культур в азоте, чтобы не происходило избыточного накопления нитратов в растительной продукции.

Применение фосфорных удобрений.

Взаимодействие в почве ТМ с фосфат-ионами в большинстве случаев приводит к снижению их подвижности вследствие образования труднорастворимых соединений. Эффективность применения фосфорных удобрений зависит от содержания металлов в почве и реакции среды. Так, фосфоритную муку целесообразно применять на почвах с pH<5,8 в дозах от 300 до1000 кг/га P₂O₅, а суперфосфата - 120-150 кг/га с учетом обеспеченности почвы фосфором, планируемых урожаев и выноса (М.М. Овчаренко, 1997).

Из агротехнических мероприятий еще эффективно применение природных сорбентов (вермикулита, монтморилонита, глауконита и др.) и всех других веществ, после обработки которыми ТМ почвы переходят в труднорастворимое состояние (например, угольной и серной кислотами). Установлено, что природные цеолиты - гидроалюмосиликаты (вермикулит и монтморилонит) благодаря высокой адсорбционной способности переводят ТМ в малоподвижное состояние (В.А. Большаков и др., 1993).

В последние годы появились исследования, посвященные изучению закрепления металлов в почве и снижения их фитотоксичности с помощью микроорганизмов, способных сорбировать данные ТМ. Однако, имеющиеся данные еще достаточно противоречивы и на данном этапе не могут служить базой для широкого применения микроорганизмов в целях мелиорации загрязненных тяжелыми металлами почв.

1.4 Биологические и морфологические особенности диагностических культур

Яровая пшеница (Tritikum aestivum)

Семейство мятликовых - Poaceae.

Род - Tritikum.

Корневая система мочковатая, слабо развита. В глубину уходит до 1 метра. Основная масса корней находится в пахотном слое почвы.

Стебель - грубая соломина, полая, высотой более 1 м. На стебле имеется от 4 до 7 междоузлий.

Листья ланцетно-линейной формы, широкие.

Колос состоит из колосового стержня, на котором имеются уступы. На уступах сидят колоски. Колосок состоит из двух колосковых чешуй и от двух до пяти цветков.

Цветок состоит из двух цветковых чешуй, пестика с двухлопастным рыльцем и из трех тычинок. Кроме того, в нижней части цветка имеется белая пленочка, которая называется лодикуле.

Во время роста и развития пшеница проходит следующие фазы:

всходы;

кущение;

фаза выхода в трубку;

фаза колошения;

цветение;

созревание (молочная спелость, восковая спелость, полная спелость);

Прорастание семян яровой пшеницы возможно уже при температуре 1-2⁰С, жизнеспособные всходы появляются при 5-7⁰С, наиболее благоприятная температура для прорастания 12-15⁰С. Всходы переносят непродолжительные заморозки до - 10⁰С. Благоприятная температура для роста и развития от 18 до 25⁰С. Температура выше 30⁰С и сухие ветра неблагоприятно сказываются на растениях и ведут к снижению урожайности и качества зерна. Сумма активных температур за период всходы-созревание составляет 1500-1750⁰С.

Яровая пшеница - влаголюбивая культура. Для прорастания семян требуется 55-65% воды от массы семени мягкой пшеницы и 70-80% от массы семени твердой пшеницы. Наиболее благоприятна для растений влажность почвы в пределах 70-75% наименьшей влагоемкости. Транспирационный коэффициент 400-500.

К почве яровая пшеница весьма требовательна, предпочитает плодородные почвы, насыщенные питательными веществами. Хорошие урожаи ее можно получать на почвах слабокислых и нейтральных (pH 6,0-7,5). При кислой pH пшеница выпадает из травостоя. Лучше всего растет на уплотненных почвах (1,1-1,2 г/см³), но пахотный слой должен быть глубоким.

Характеристики

Список файлов ВКР