1.1 Важкі метали як складова частина системи «ґрунт – рослини»

Практично всі важкі метали потрапляють в організм людини разом з повітрям, водою, рослинною і тваринною їжею. Тут вони мають тенденцію накопичуватися, викликаючи загальне отруєння організму, порушення діяльності нервової системи і кровотворної функції.

Поліелементне забруднення навколишнього природного середовища, зокрема ґрунтів та овочевої продукції, різними хімічними елементами, в тому числі важкими металами, є результатом господарської діяльності людини. Інтенсифікація сільського господарства, прогресивний розвиток промисловості, як наслідки посилення техногенного навантаження на ґрунт, призвели до інтенсивної транслокації хімічних елементів з ґрунту до рослин.

Транспортне забруднення ґрунту призводить до зниження його родючості. В умовах помірного клімату поблизу джерел забруднення врожай зернових зменшується на 20 – 30%, буряків – на 35%, бобів – на 40%, картоплі – на 47% [2]. Таким чином, на помірно забруднених ґрунтах зниження врожайності може досягати 5 – 10%, на середньо- та сильно- 30 – 35% і більше. У критичних ситуаціях мають місце факти більш негативної, і навіть летальної дії важких металів на рослини, коли захисний механізм останніх деформується або повністю руйнується. Тому екологічний контроль необхідно проводити в першу чергу на землях приміських зон і тих, що розташовані навколо великих промислових центрів у радіусі до 20 – 25 км, а також біля автошляхів на відстані 450 – 500 м [6].

Зростання вмісту важких металів у ґрунті веде до зростання їх концентрації в рослинах. Про це свідчать численні факти, виявлені при вивченні рослинності природних геохімічних аномалій [6]. Те ж саме просліджується й при антропогенному забрудненні ґрунтів. Актуальність питань якості рослинної їжі цілком можна пояснити. Узагальнення даних [5] показало, що накопичення важких металів в організмі людини здійснюється за рахунок їжі й менше – за рахунок води і повітря. Серед харчових продуктів найбільш забруднені продукти рослинного походження.

При сильному забрудненні середовища існування потік важких металів стає настільки великим, що спостерігається підвищений вміст їх не лише у вегетативних органах, але й в органах запасання асимілянтів. Рослини виглядають пригніченими (зовнішні ознаки – поява хлорозів і некрозів), знижується їх продуктивність. Це вказує на порушення нормальної діяльності метаболічних центрів і перебігу метаболічних процесів.

При дуже сильному забрудненні середовища існування рослини припиняють розвиток, гинуть [5].

Як уже відзначалося, рослини забруднюються також із поверхні внаслідок осідання із повітря на листя і стебла металовмісних частинок. Інколи поверхневе забруднення може бути значним [6].

Зовнішнє забруднення менш небезпечне для рослин, ніж те, яке здійснюється через корені [6]. Отруєння рослин важкими металами може відбуватися не лише за рахунок їх надходження в організм через корені із забруднених ґрунтів. Випадання металів з атмосфери на поверхню листя також може супроводжуватися негативною реакцією організму – пригніченням фотосинтезу, посиленням дихання, гальмуванням відтоку метаболітів тощо. Необхідно також відмітити, що не завжди негативний вплив техногенного пилу, який осів на рослинах, зумовлений вмістом у ньому важких металів. Він може бути пов’язаний зі скороченням притоку сонячної енергії до фотосинтезуючих клітин, закупоренням дихальних отворів, хімічними процесами, викликаними кислотними та лужними компонентами пилу [5].

Накопичення важких металів техногенного походження в приповерхневому шарі ґрунту пояснюється тим, що основна їх частина поступає у формі важкорозчинних або нерозчинних сполук.

При попаданні в атмосферу починається сепарація твердого вмісту викидів: більш крупні і важкі частинки осідають поблизу від джерела забруднення, тоді, як більш легкі і дрібніші переносяться далі. Розподіл частинок за розміром і питомою масою нерідко означає також і їх сепарацію за хімічним складом, наприклад, за насиченістю важкими металами і за розчинністю [4]. Металовмісні частинки, що потрапили на земну поверхню, перерозподіляються між елементами рельєфу, особливо весною під час танення снігу, збагаченого за зимовий період техногенним пилом. Таким чином, забруднення може охоплювати площі в сотні квадратних кілометрів і більше. Найбільшого забруднення зазнають ґрунти в радіусі 2 – 5 км від металургійних підприємств, у радіусі 1 – 2 км від рудників, у смузі 0 – 50 (100) м від автомагістралей [6].

Важкі метали, що потрапили в ґрунт, передусім їх мобільна форма, зазнають різних трансформацій. Один з основних процесів, які впливають на їх долю в ґрунті, – закріплення гумусовою речовиною. Закріплення здійснюється внаслідок утворення важкими металами солей з органічними кислотами, адсорбції іонів на поверхні органічних колоїдних систем або закомплексування їх гумусовими кислотами. Міграційні можливості важких металів при цьому в основному знижуються.

Деяка частина іонів важких металів адсорбується на поверхні мінеральних частинок. Можливе навіть їх проникнення в міжплощинний простір глинистих мінералів або ізоморфне заміщення іонів інших елементів у кристалічній решітці.

Постійна присутність в ґрунті сполук важких металів, здатних до міграції з током ґрунтової вологи, може стати із часом причиною забруднення водойм і ґрунтів у знижених елементах рельєфу, тобто виникнення вторинних техногенних акумуляцій.