1.4.2. Свойства растений.

В тканях корней Cu почти целиком присутствует в комплексных формах, однако представляется более вероятным, что в клетки корневой системы она проникает в диссоциированных формах. Грэхем сопоставил результаты различных исследований, в которых определялись скорости абсорбции Cu корневыми системами высших растений, и установил, что эти скорости сравнимы с наименьшими, полученными для жизненно важных элементов, и изменялись от пикомолей до микромолей в час на грамм сухой массы корней при физиологически нормальных концентрациях меди (0,01—20 мкмоль/л). Несмотря на большую сложность механизмов абсорбции, между концентрациями меди, измеренными в питательных или почвенных растворах, и концентрациями в растениях можно наблюдать взаимосвязь, особенно в области токсичных содержаний

Перемещение Cu между различными частями растения играет главную роль в ее утилизации. Была обнаружена способность корневых тканей удерживать Cu от переноса в побеги как в условиях ее дефицита, так и избытка. Эти процессы еще не совсем понятны, однако в работах сделан вывод о том, что выделение Cu из клеток корней в соки ксилемы и флоэмы, где Cu находится в подвижных формах, — ключевой процесс питания растения медью. Концентрации Cu в соках ксилемы и флоэмы изменяются от следов до 140 мкмоль/л и, по-видимому, коррелируют с концентрациями аминокислот. Подвижность Cu в растительных тканях сильно зависит от уровня ее поступления, достигая максимума при оптимальном уровне [490]. Однако Cu имеет меньшую подвижность в растениях по сравнению с другими элементами. Большая ее доля, вероятно, остается в тканях корней и листьев, пока они не отомрут, и только малые количества могут переместиться в молодые органы. Вследствие этого именно с молодых органов растения обычно развиваются симптомы дефицита меди. Распределение Cu в растениях очень изменчиво. В корнях Cu связана в основном с клеточными стенками и крайне малоподвижна. В ростках наибольшие концентрации меди обнаруживаются всегда в фазе интенсивного роста при оптимальном уровне ее поступления. Шеффер и др. показали, что распределение Cu в листьях ячменя сравнительно однородно для каждой стадии роста растений. Заметная доля Cu, присутствующей в зеленых тканях, связана, вероятно, в пластоцианине и в некоторых белковых фракциях. Есть также тенденция к накоплению Cu в репродуктивных органах растений, однако ее проявления очень различны для разных видов. Наибольшие концентрации Cu обнаружены в зародышах зерен злаков и в семенных оболочках. Установлено , что концентрация меди в зародышах была 2—18 мг/кг, а в семенных оболочках 8—23 мг/кг, тогда как в зерне в целом наибольшее значение составляло 4 мг/кг (все — на сухую массу). Эти данные не вполне согласуются с результатами Лю и др. , согласно которым распределение Cu в зернах ячменя более однородно.

Растения весьма существенный фактор накопления микробов в почве . Как показывают исследования последних лет , растения выделяют в почву через корневую систему различные вещества – органические и неорганические . Установлено , что растения за весь период своего роста выделяют корнями органических веществ до 5 % от сухого веса всей своей массы . Также корни выделяют минеральные соединения кальция, калия, фосфора и др.элементов .

Корневые выделения , отмершие клетки корней и корневые волоски – хороший источник питания для многих микробов . Следовательно , сама корневая система живых растений создает благоприятные условия для развития и накопления микроорганизмов .

Кроме этого , корни растений создают вокруг себя в почве более благоприятные условия существования и деятельности микробов . Корни усредняют реакцию почвы : если почва кислая, то в зоне корней она менее кисла или становится нейтральной ,и наоборот – щелочные почвы у корней менее щелочные . Влажность в зоне корней растений сохраняется , примерно , на 2-3 % выше , чем в почве вне зоны корней .

В зоне корней улучшается также физические свойства почвы . Она более оструктуренная , зернистая , а ,следовательно , и более доступная для воздуха , что имеет существенное значение для микробов .

Наблюдениями Красильникова Н.А. установлено , что вокруг корней в почве имеются ростовые вещества , благоприятно действующие на жизнедеятельность бактерий . Например , в прикорневой почве разрушение клетчатки и другие процессы протекают быстрее , чем в почве ,взятой вне зоне корней . Все это указывает на то ,что в зоне корней создаются особые условия существования , резко отличающиеся от условий обычной почвы . Эта зона называется ризосферной .

В ризосфере , как показывают современные исследования , число микробов в десятки и сотни ,а иногда и тысячи раз больше ,чем вне зоны корней .Микробы покрывают корневую систему почти сплошным слоем . Этот слой

называется биологически деятельным слоем слоем почвы , ибо в нем протекают особенно интенсивно микробиологические процессы . Микроорганизмы образуют и выделяют в почву различные ростовые вещества ( гетероауксин , витамины и т.д. ). Эти стимуляторы роста усиливают ферментативные и др. физиологические процессы в растениях способствуют более энергичному обмену веществ в них , в результате чего улучшается корневое питание растений .

Однако , значение микроорганизмов в питании растений этим не ограничивается . Они перерабатывают вещества , угнетающие или тормозящие развитие растений .

У разных растений и в разных почвах этот слой различной толщины . Обычно он не превышает 2-3 мм , а чаще 1- 1,5 мм от поверхности корней . Чем ближе к поверхности корней , тем больше микробов в почве . Наибольшее их количество находится на самой поверхности корней .

Количество микроорганизмов в ризосфере меняется с возрастом растений . Наибольшее их количество приходится на первый период роста растений , т.е. на период максимального выделения корнями органических веществ . Начиная , примерно , с фазы цветения по мере созревания и старения растений количество микроорганизмов заметно падает .

1.4. Факторы, оказывающие влияние на поступление химического элемента из почвы в растения.

1.4.1. Почвенные факторы.

Содержание меди в почвах 2 x 0,001 % ( Д.И. Виноградов 1956 ) . Аккумуляция меди в верхних горизонтах почвы – обычная черта распределения этого металла в почвенном профиле,которая отражает ее биоаккумуляцию ,а также современное антропогенное влияние . Показано,что разные типы почв мира содержат следущее количество меди (мг\кг) ; песчаные почвы и подзолы Австралии от 22 до 52 ,Польши – 1-26, суглинистые и глинистые почвы ФРГ 16-70 , каштановые и бурые почвы Австралии – 83-140 ,черноземы Болгарии – 26 – 38.

Кислотно-щелочные условия влияют на растворимость и подвижность органических и неорганических соединений тяжелых металлов.

В кислом интервале рН образуется низкомолекулярные органические соединения , снижается катионная поглотительная способность почвы , и возрастает мобильность тяжелых металлов . По мере нейтрализации почвенной кислотности увеличивается емкость катионного обмена ; железо , алюминий и марганец превращаются в нерастворимые гидроксиды , которые ,как коллоиды, адсорбируют тяжелые металлы . При известковании почв тяжелые металлы образуют малоподвижные соединения гидроксидов , карбонатов и гидрокарбонатов , при этом снижается доступность растениям подвижных форм меди .

В суглинистых почвах тяжелым металлы остаются в верхних горизонтах , если рН больше 6 . С увеличением кислотности почвы миграционная способность почти всех тяжелых металлов возрастает.

В почвах с высоким содержанием карбонатов ( НСО3 , СО3 ) отсутствует опасность загрязнения грунтовых вод медью .

Способность почв содержать тяжелые металлы в растворенном виде зависит от характера и количества органического вещества . При высоком содержании органического вещества в почве выше содержание подвижных форм меди .

Комплексы тяжелых металлов с гуминовыми кислотами более устойчивы (это органический запас ТМ в почве ), чем комплексы с фульвокислотами , поэтому последние более подвижны и доступны для корней растений и почвенной биоты . Внесение в почву гуминовых кислот приводит к значительной иммобилизации Cu .

Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов в почвах с различными физико-химическими свойствами ( валовое содержание, мг\кг )

ОДК с учетом фона –33 - для песчаных и супесчаных почв

-66 – для кислых (суглинистые и глинистые ),рН ( КСl ) = 5,5

-132 – близкие к нейтральным ,нейтральные (суглинистые и глинистые ),рН (KCl >5,5)

Агрегатное состояние вещества в почвах – твердое в виде солей, органоминеральных соединений , в сорбированном виде ,в составе минералов .

Класс опасности – 2.

Особенности действия на организм – повышает клеточную проницаемость , ингибирует глутатионредуктазу , нарушает метаболизм , взаимодействия с –SH,- NH2 и COOH –группами .

Катионообменная способность обусловлена содержанием и минералогическим составом илистой фракции, а также содержанием органического вещества. Чем выше емкость катионного обмена, тем больше удерживающая способность почв по отношению к тяжелым металлам, что снижает их доступность растениям и живым организмам.

Избыток влаги в почве способствует появлению тяжелых металлов в низкой степени окисления и в более растворимых формах. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям.

Содержание гумуса в почвах напрямую связано с их способностью адсорбировать тяжелые металлы, поскольку последние хорошо поглощаются органическим веществом почвы. Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения растениями.