6.4. Основные биогеохимические свойства тяжелых металлов

Свойство	Со	Ni |	Си |	Zn	Cd	Hg	1 РЬ
Биохимическая активность		В	В	в	в	в	в
Токсичность	У	у	у	у	в	в	в
Канцерогенность	В	В	-	-	-	-	-
Обогащение глобальных аэрозолен	Н	н	в	в	в	и	в
Минеральная форма распространения	в	н	н	н	в	в	в
Органическая форма распространения	н	Н	у	у	в	в	в
Подвижность	н	н	у	у	в	в	в
Тенденция к биоконцентрированию	в	в	у	у	в	в	в
Эффективность накопления	У	у	В	В	в	в	в
Комплексообразуюшая способность	Н	н	в	в	у	у	н
Склонность к гидролизу	Н	у	в	в	у	у	у
Растворимость	н	н	в	в	в	в	в
Время жизни	в	В	в	в	н	н	н

Условные обозначения: о — высокая, у — умеренная, н — низкая.

К жизненно важным для растений микроэлементам относятся В, Со, Си, Fe, Mn, Mo, Si, Zn; к металлам, необходимым в пита­нии животных и человека, — Со, Си, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Si, V, Zn. Микроэлементы участвуют в таких важнейших биохимических процессах, как дыхание (Fe, Cu, Zn, Mn, Co), фотосинтез (Мп, Си), синтез белков (Mn, Co, Cu, Ni, Cr), кроветворение (Fe, Co, Си, Mn, Ni, Zn), белковый, углеводный и жировой обмен веществ (Мо, V, Со, Mn, Zn, W), синтез гумуса (Си), фиксация и ассими­ляция некоторых важных питательных веществ (например, азота, серы). Cu, Fe, Mn, Zn активируют ферменты или входят в состав коферментов, участвующих в переносе электронов. Cu, Co, Fe, Мо катализируют изменения валентности в веществах субстрата. В допустимых концентрациях микроэлементы выполняют многие жизненно важные функции в клетках живых организмов. Кобальт принимает участие в симбиотической фиксации азота, стимулиро­вании окислительно-восстановительных реакций при синтезе хлорофилла. Медь участвует в процессах окисления, фотосинтеза, метаболизма протеинов и углеводов. Железо играет важную роль в процессах фотосинтеза, фиксации азота, окислительно-восстано­вительных реакциях. С участием марганца осуществляется фото­продукция кислорода в хлоропластах. Цинк — важный компонент метаболизма углеводов и белков в клетке.

С недостатком меди связаны суховершинность плодовых дере­вьев, нарушение координации движений у овец и крупного рога­того скота; избыток меди и цинка приводит к малокровию у жи­вотных. При недостатке цинка развиваются розеточная болезнь плодовых деревьев, пятнистость листьев у цитрусовых, побеление верхушки у кукурузы, прекращение роста, утолщение кожи у жи­вотных. Избыточное содержание стронция в почвах приводит к образованию у растений уродливых форм. При молибденовой не­достаточности установлено появление пятнистости и свертывания листьев у томата. Недостаток марганца приводит к заболеванию хлорозом бобовых, овса, сахарной свеклы. Азотфиксацию у бобо- -вых стимулируют молибден, кобальт и ванадий.

Предельные фитотоксичные для растений концентрации мик­роэлементов в поверхностном слое почвы по разным литератур­ным источникам составляют для Т1 — 1, Ag — 2, Hg — 0,3—5, Cd — 3-8 Мо-4-10, Se-5-10, Be-10, As-15-50, Co-25-50, Sb, Sn-50, V-50-100, Cr-75-100, Ni-100, Cu-60-125, Zn - 70-400, Pb - 100-400, F - 200-1000, Mn - 1500-3000 мг/кг сухой массы. У сельскохозяйственных растений As в избыточном количестве вызывает появление красно-бурых некротических то­чек на старых листьях, пожелтение или покоричневение корней, В — хлороз краев и концов листьев, Со — межжилковый хлороз молодых листьев, побеление краев и кончиков листьев, Сг — хло­роз молодых листьев, Си — темно-зеленую окраску листьев, появ­ление толстых, похожих на колючую проволоку корней, Fe — тем­но-зеленую окраску листьев, Zn — хлороз и некроз концов листь­ев, межжилковый некроз молодых листьев, повреждение корней, похожих на колючую проволоку. Наиболее чувствительны к Мо, Ni, Zn злаки, Fe — рис, табак, Си — злаки и бобовые. В условиях лесостепного и степного Поволжья Fe, Mn, Rb, Sr, Ti, As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg могут накапливаться в растениях в количествах, превышающих ПДК для растительных кормов и продуктов пита­ния для человека, а также в фитотоксичных концентрациях (Мат­веев, Павловский, Прохорова, 1997).

Почти во всех водо-, щелоче-, кислоторастворимых соединени­ях токсичны 12 из тяжелых металлов (Be, Cr, As, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, Hg, Те, Pb), а также алюминий. Они проявляют сильно выра­женные токсические свойства при самых низких концентрациях. К наиболее токсичным из таких металлов относят Hg, Cd, Pb, As. Они не являются ни жизненно необходимыми, ни благотворно влияющими на рост и развитие растений, но даже в малых дозах приводят к нарушению нормальных метаболических функций организма.

Тяжелые металлы представляют наибольшую угрозу на первых стадиях развития сельскохозяйственных растений (проростков, всходов). Под их действием ухудшается рост корней, побегов, происходит некроз листьев. Как в открытом, так и в защищенном

грунте не рекомендуется выращивать сельскохозяйственные куль­туры на расстоянии менее 5—7 км от источников выбросов тяже­лых металлов. В зоне выбросов предприятий цветной металлургии почва становится токсичной для выращивания растений уже через 4 года.

Объединенная комиссия ФАО (Продовольственная и сельско­хозяйственная организация ООН)/ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) по пищевому кодексу (Codex Alimentarius) включила ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, стронций, цинк, железо в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания. В России и СНГ подлежат контролю еще пять тяжелых элементов (сурьма, ни­кель, хром, фтор, йод) и алюминий, а при наличии показаний могут контролироваться и некоторые другие металлы. Медико-биологи­ческими требованиями СанПиН 2.3.2.560—96 определены крите­рии безопасности для следующих металлов: свинец, мышьяк, кад­мий, ртуть, медь, цинк, олово, хром, железо.

К приоритетным загрязнителям почвы в Ростовской области относятся Pb, Zn, Hg, Си, в Самарской — Pb, Cu, Ni, Оренбургс­кой — Pb, Zn, Си, Нижегородской — Pb, Zn, Cd, Сг, Тверской — Pb, Zn, Cu, Cd, Сг, Воронежской области — Pb, Zn, Cu, Cd.

Комбинированное воздействие тяжелых металлов на живые организмы может как усиливать, так и ослаблять их токсический эффект. В частности, взаимное влияние катионов Zn2+, Cu2*, Ni2+ и Cd2f на планктонных и бентосных ракообразных имеет характер синергизма, а на олигохет — антагонизма (Яковлев и др., 2001).