Последствия загрязнения и влияние на организмы
Загрязнение почв ТМ имеет сразу две отрицательные стороны. Во- первых, поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, ТМ вызывают у них серьезные заболевания, ведут к росту заболеваемости населения и сокращению продолжительности жизни, а также к снижению количества и качества урожаев сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции. Во-вторых, накапливаясь в почве в больших количествах, ТМ способны изменять многие ее свойства. Прежде всего, изменения затрагивают биологические свойства почвы: снижается общая численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т. д. Сильное загрязнение ТМ приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура, pH среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия. [7] Известно, что основная опасность отравления тяжелыми металлами угрожает, прежде всего, сельскохозяйственным животным, так как они питаются вегетативными наземными частями растений, которые могут загрязняться как аэральным, так и почвенным путем. Солома, сено и ботва растений непосредственно связаны с питанием минеральными элементами из почвенного раствора и практически не защищены биологическим барьером, роль которого выполняет флоэма, защищающая генеративные органы от прямого поступления поллютантов с транспирационным потоком, несущим из корней минеральное питание в стебли и листья. Генеративные органы растений, отвечающие за выживание вида, защищены от пагубного влияния среды более надежно, но и они подвержены относительно слабому загрязнению. [5]
Воздействие на человека
Острые отравления людей тяжелыми металлами в результате поедания растительной пищи практически исключены. Однако существует потенциальная опасность хронического загрязнения пищевой продукции металлами, обладающими отрицательным кумулятивным действием на организм. К таким элементам относится кадмий, концентрация которого в большинстве продуктов колеблется между 1 и 50 мкг/кг. В ряде стран ежедневное поступление кадмия с пищей составляет10-25 мкг. Аккумулируясь в почках, кадмий может достигнуть критической концентрации, приводящей к их заболеванию. Основной и наиболее распространенный источник поступления кадмия в организм человека – курение. В действующих документах кадмий определён как вещество, блокирующее в организме сульфгидрильные группы ферментов и нарушающее в нем обмен железа и кальция, синтез ДНК. Ртуть - металл, представляющий серьезную опасность для здоровья человека. Более 10% двухвалентной ртути абсорбируется из пищевари-тельного тракта и выводится через почки. Неорганическая ртуть, прошедшая кровь-мозговой барьер, поражает мозг. Кроме того, неорганические соединения ртути могут вызывать поражение почек. В документации по ОДК для почв свинец охарактеризован как элемент, оказывающий разностороннее негативное действие на организм: он блокирует сульфгидрильные группы белков, ингибирует некоторые ферменты, вызывает отравления, поражает нервную систему. Место аккумуляции свинца - скелет, в котором содержится около 90% всего поступившего в организм элемента. Освобождение костной ткани от свинца - процесс длительный, с периодом полувыведения 5-50 лет. [3]
Воздействие на растения
Токсичное действие металлов на растения можно проследить по наиболее наглядному признаку - росту. Реакцию растений на концентрацию элемента в питательной среде или в почве можно представить в виде графика:
Масса
растения
Концентрация
Рис. 1. Влияние концентрации элемента в питательной среде на рост растений: 0-1 - рост отсутствует; 1-2 - острый недостаток элемента; 2-3 - средний недостаток элемента; 3-4 - оптимальное содержание; 4-5 - слабая токсичность; 5-6 - сильная токсичность; 6 - гибель растения.
Токсичность тяжелых металлов может проявляться по-разному. Многие металлы, например медь и ртуть, при токсичных концентрациях ингибируют активность ферментов. С органическими молекулами эти металлы образуют также комплексные соединения, способные проникать через клеточные мембраны. Ртуть, свинец, медь, бериллий, кадмий и серебро ингибируют главным образом щелочную фосфатазу, каталазу, оксидазу и рибонуклеазу. Металлы, подобные алюминию, барию и железу, могут усиливать деградацию важнейших метаболитов, таких, как АТФ. Отдельные тяжелые металлы взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость и другие свойства. Например, Au, Cd, Сu и Fe2+ иногда вызывают разрыв клеточных мембран. Некоторые тяжелые металлы конкурируют с необходимыми растению металлами и нарушают их важнейшие функции в организме. Так, Li конкурирует с Na; Cs замещает К; Ва и Sr замещают Са; Cd замещает Zn. [3]
Воздействие на микроорганизмы
Тяжелые металлы оказывают выраженное токсическое действие на микробный состав почв. В частности, наибольшее токсическое влияние на микроорганизмы оказывают кадмий, затем следуют цинк и свинец. Наибольшими защитными свойствами в этом отношении обладает чернозем, меньшими - торфяники, самыми слабыми - дерново-подзолистые почвы. Так, в контрольном эксперименте было показано, что при внесении в почву кадмия в концентрации 100 мг/кг суммарное содержание микроорганизмов снизилось в неокультуренной дерново-подзолистой почве в 5,5 раза, в такой же окультуренной — в 1,5 раза. В почвах разных типов уровень токсичности тяжелых металлов может отличаться в десятки и более раз. К примеру, установлено, что кадмий на целинных почвах оказывает угнетающее действие при его содержании начиная с 5 мг/кг, а на окультуренных - с 50 мг/кг. [3]