Контрольні запитання

1. З яких частин складається атмосфера та які компоненти входять у склад природного повітря? Охарактеризуйте причини природного забруднення повітря.

2. Що таке повітря виробничої зони та як класифікують забруднювачі повітря?

3. Поясніть механізм дії на повітря галогенорганічних сполук та оксидів нітрогену.

4. Які макроелементи містять поверхневі та підземні води суші, води морів та океанів? Які фактори впливають на склад вод?

5. У яких формах перебувають мікроелементи у водах суші?

6. Яка відмінність між водоспоживанням та водокористуванням?

7. Як здійснюється водозабір питних вод, які вимоги ставлять до них?

8. У чому шкідливість для довкілля великих штучних водосховищ?

9. Яка особливість забруднення стічних вод комунального господарства?

10. Як впливають на стан вод відходи металургійних галузей виробництва?

11. Які забруднювачі вод є особливо небезпечні для довкілля?

12. Якими показниками користуються для оцінювання впливу промислових стоків на природні води?

13. Пояснити, які основні аспекти антропогенного впливу на водойми.

14. Що таке ґрунт та які основні його характеристики? Як відбувався процес утворення ґрунту?

15. Опишіть основні фізико-хімічні та біологічні фактори ґрунтоутворення.

16. Опишіть мінералогічний склад ґрунтів.

17. Які органічні речовини входять у склад ґрунтів?

18. Які механізми зв’язування речовин у ґрунті? Яка відмінність між поняттями ємність поглинання та сума ввібраних основ?

19. Що таке хімічний склад ґрунтів, яка відмінність хімічного складу ґрунтів та літосфери?

20. Які хімічні елементи у ґрунті відносяться до макроелементів, а які до мікроелементів?

21. У яких формах перебувають у ґрунті макро- та мікроелементи?

22. Як речовини у ґрунті поділяються за здатністю до переходу в розчинний стан?

23. Які основні аспекти шкідливого антропогенного впливу на ґрунти та літосферу?

24. Охарактеризуйте дію на ґрунти мінеральних добрив.

25. Як промислове виробництво різних галузей впливає на стан ґрунтів?

26. Які хімічні речовини у рослинах відносяться до мікроелементів, а які до мікроелементів?

27. Як впливає період вегетації рослин на їхній хімічний склад?

4. Вплив хімічних речовин на живі організми

Живі організми містять ті самі головні елементи, які є у ґрунтах і водах, і практично ті самі мікроелементи. Роль деяких добре відома, а відносно інших, зокрема токсичних, які виявлені в живих організмах, на даний момент ще не встановлена.

4.1. Роль макро- і мікроелементів для живих організмів

Найважливішими елементами живлення рослин є нітроген, фосфор, калій, які є головними елементами у ґрунтах та водах. Без них неможливий нормальний ріст та розвиток рослин. Так для нормального розвитку більшості культур у фазі найінтенсивнішого росту вміст елементів у ґрунтовому розчині не може бути меншим за певні величини (табл.4.1). Під час розвитку листя найбільше засвоюється нітроген, багато фосфор і калій. Однак при старінні рослин елементи живлення засвоюються менше і можуть навіть виводитися в ґрунт. Основним резервом головних елементів у ґрунті є гумус, вміст якого залежно від типу ґрунту становить 6,6–35,8 т/га (відповідно у підзолистих та у чорноземах). Поповнення неорганічних речовин іде за рахунок мінералізації органічних.

Таблиця 4.1 Оптимальний вміст найважливіших елементів живлення рослин у ґрунтовому розчині, мг/л

Елемент	Вміст	Елемент	Вміст
N	20-30	Mn	5-7
K	20-30	Zn	5-7
P	10-15	B	1-2

N. Нітроген є основною складовою білка. У рослині його вміст є у межах 1-6%, а в протоплазмі клітин навіть до 16-18%. Він входить також до складу хлорофілу і коли замало нітрогену, то листя стає світло-зеленим і мале. Вітаміни групи В утворюються за участю нітрогену. Рослина переважно засвоює коренями іони NO₃^-, які під впливом ферментів перетворюються у амоній: NO₃^-NO₂^-NH₃, хоча відомі рослини, які засвоюють NН₄⁺, а бобові культури – N₂. Аміак за участю ферментів перетворюється у амінокислоти аспарагін та глютамін, а з них у білкові речовини. Активаторами цих ферментів є ряд важких металів: Mo, Fe, Cu, Mg, Mn. В гумусі є 5% N, який з органічних речовин перетворюється у нітрат завдяки мінералізації.

Р є основою життєво важливих органічних речовин. До 90% фосфору в складі нуклеїнових кислот, нуклеопротеїдів. При гідролізі АТФ (у складі РНК) вивільняється енергія, фосфор є носієм енергії, сприяє вуглеводневому обміну. Якщо у ґрунті замало фосфору, то накопичується надмір нітрату, сповільнюється синтез білків. Вміст фосфору зростає у рослині на фоні підживлення амонієм. Найбільше фосфору споживається на початкових стадіях розвитку рослин, а при недостачі ріст сповільнюється, листки скручуються, дістають фіолетовий відтінок. У ґрунті фосфор міститься як у складі органічних речовин (гумусу), так і неорганічних. У ґрунті з високим вмістом глинистих речовин фосфат зв’язується і стає недоступним рослинам:

Al₂O₃ + H⁺ + PO₄^3- AlPO₄ +H₂O.

Внесення СаСО₃ у кислий ґрунт збільшує рухливість фосфату.

К сприяє у рослині синтезу моносахаридів і перетворенню їх у полісахариди, пектинові речовини. За участю калію переміщуються продукти фотосинтезу з листя у плоди і корені. У рослин підвищується стійкість до грибкових захворювань. Найбільше калію в тканинах молодих рослин, 80% його міститься у клітинному соку – він сприяє обводненню рослин, еластичності. Якщо у рослині замало калію, то листки набувають неправильної форми (особливо при надлишку NH₄⁺), з’являються бурі плями. Однак надлишок калію заважає фіксації у ґрунті NH₄⁺, гальмує доступ до рослини NO₃^-, підлужнює ґрунт.

K, Na, Cl. Калій і натрій дуже важливі для життя тварин та людини, вміст їх у організмі завжди взаємозв’язаний. Якщо порівняти вміст цих трьох елементів в океанічних водах та у крові тварин, то спостерігається кореляція: Cl –55,0 і 49,3; Na –30,6 і 30,0; K–1,2 і 1,8 % відповідно. Найважливіша роль іонів Na⁺ i K⁺ у транспортуванні через напівпроникну мембрану клітин води та розчинених речовин. Іони К⁺ переважно знаходяться у клітині, а більш гідратовані Na⁺ поза клітиною (вважається, що Na⁺ в організмі затримує вологу). Так в еритроцитах крові калію більше у 15 разів, ніж натрію, зате у плазмі крові в 20 разів менше. Якщо концентрація солей всередині клітини та поза нею відрізняється, то відбувається перехід молекул води через мембрану клітини до зрівнювання концентрації – це так званий „калієво-натрієвий насос”. Подібним є механізм передачі нервових імпульсів в організмі. Існує гіпотеза, що короткотривала пам’ять має іонну природу, важлива роль в якій відводиться іонам Na⁺ i K⁺.

Важлива роль Cl^- полягає в утворенні HCl шлункового соку, а NaCl у забезпеченні достатньої концентрації плазми крові. Однак надлишок NaCl у раціоні людини веде до виникнення гіпертонії, атеросклерозу і, як наслідок, може викликати інсульт. Плазма крові та інші біологічні рідини живих організмів містять біля 9 мг/мл NaCl, тому масова частка його у фізіологічному розчині, який використовується в медицині, становить 0,9%.

Са у рослинах є у вигляді неорганічних сполук CaC₂O₄, CaSO₄, CaCO₃, CaHPO₄, поступає в рослину шляхом дифузії. Кальцій впливає на обмін вуглеводів і білків, на нормальні умови розвитку кореневої системи. Найбільше він потрібний на ранніх стадіях розвитку рослин. Калій підвищує дисперсність колоїдів протоплазми і сприяє наводненню, а кальцій понижує. Тому важливе оптимальне співвідношення вмісту К і Са. Кальцій урівноважує вміст і інших катіонів. У клітинах старих рослин вміст Са зростає, утворюється CaC₂O₄. При недостачі кальцію гальмується процес відновлення NO₃^- NH₃. Різні рослини потребують різної кількості кальцію: злакові –пониженого, бобові – підвищеного.

Вміст кальцію в організмі тварин та людини близький до вмісту в земній корі. В організмі він може бути у формі неорганічних сполук. Кальцій присутній в усіх тканинах і рідинах тварин і рослин. Іони Са²⁺ впливають на всі процеси в клітинах, активують дію багатьох ферментів; вони сприяють згортанню крові, регулюють проникність клітинних мембран, стимулюють передачу нервового імпульсу, дуже важливі у механізмі скорочення м’язів. Без кальцію не міг би бути сформований скелет. Встановлено, що під впливом етилового спирту в печінці збільшується вміст Ca і зменшується вміст Na і К. З недостачею кальцію в організмі пов’язують серцево-судинні захворювання.

Mg. Магній в рослині входить у склад зеленого пігменту хлорофілу (в порфіриновому кільці, подібному на кільце гему крові). Він приймає участь у вуглеводневому обміні, активації окисно-відновних процесів, у роботі ферментів. Mg як і Са зумовлює фізико-хімічний стан протоплазми. Оптимальне співвідношення їх у ґрунті для розвитку рослин повинно бути Mg:Ca=1:5. Найбільше Mg разом із РО₄^3- накопичується в насінні і зародку рослини. Вміст Mg у ґрунті 0,1-1,5%. На кислих піщаних ґрунтах його дуже мало. Недостача магнію призводить до появи на листі білих плям та опадання.

Магній входить у склад ферментів тварин, які активують перенесення фосфату від АТФ на різні субстрати. Дуже важлива його роль для стану серцево-судинної системи. Недостача магнію викликає дратівливість, втомлюваність, сприяє виникненню інфаркту міокарда.

У питній воді повинно бути 10-80 мг/л магнію.

S. Сульфур як і фосфор входить у склад білків; сульфур є в складі вітамінів В, часникових і гірчичних маслах. Лише невелика кількість сульфуру є в формі неорганічних сполук. Рослина засвоює сульфур у вигляді SO₄^2-, який потім відновлюється, листя вбирають SO₂ з повітря. Найбільше потребують сполук сульфуру бобові, картопля, хрестоцвіті. Після відмирання рослин та живих організмів сульфур звільняється в результаті мінералізації: в аеробних умовах до SO₄^2-, а в анаеробних – до S^2-. Переважно недостачі сульфуру в ґрунті для рослин нема.

Вміст мікроелементів у рослині: від 0,01-0,001% до 10^-5%. Для нормального росту необхідними є такі елементи: Mn, B, Mo, Zn, Cu, Fe, Co, J, F, Se, Li.

Fe. У рослинах є невеликий вміст феруму, всього декілька сотих відсотка. Ферум входить у склад окиснювальних ферментів, бере участь у всіх окисно-відновних процесах, зокрема у диханні живих організмів. У рослинах Fe є лише у формі комплексних сполук. Недостача Fe у рослині веде до недостачі хлорофілу. В організмі людини і вищих тварин Fe²⁺ входить у склад порфіринового кільця гему – складової гемоглобіну, і транспортує кисень у тканини. Невелика кількість феруму накопичується у феритині і білку гемосидерині та є запасом для кровотворення у випадках сильної кровотечі. Крім того Fe²⁺ сполучений з молекулами ДНК, причому зі старінням організму вміст феруму зростає.

Mn входить у склад окисно-відновних ферментів, приймає участь у фотосинтезі та диханні, як активатор окисно-відновних процесів регулює співвідношення іонів феруму при перетворенні Fe²⁺ Fe³⁺. Він впливає на синтез амінокислот і білків, вітамінів, посилює процеси гідролізу. Як відновник (Mn²⁺) та окисник (MnO₂), впливає на засвоєння сполук нітрогену. Рослини суші поглинають манган у 35 разів інтенсивніше, ніж ферум. Недостача мангану призводить до незбалансованості у засвоєнні інших елементів живлення, на листках з’являються плями і навіть рослина відмирає, особливо груша та вишня. Дуже важлива роль мангану в синтезі вітаміну С.

Відомі два ферменти, які містять манган. Манган є активатором низки процесів: синтезу холестерину і жирних кислот, кровотворення, засвоєння феруму. Надлишок мангану в біохімічних процесах може імітувати магній, а це призводить до мутацій, виродливості. Дефіцит мангану викликає в організмі тварин порушення утворення інсуліну.

В потрібний рослині упродовж всього часу вегетації. Бор утворює сполуки з вуглеводами та багатоатомними спиртами, тому бере участь у вуглеводневому, білковому та нуклеїновому обміні; він збільшує вміст вітамінів у рослині. Дуже важлива роль бору при заплідненні рослин. При недостачі бору опадають зав’язки плодів, з’являється суха гниль, особливо у засуху. Надлишок бору гальмує окислення біологічно важливих речовин.

Zn входить у склад ферментних систем як рослини, так і тварин. У рослині він впливає на засвоєння СО₂, бере участь в обміні вуглеводів, білків, збільшує вміст вітаміну С та каротину. Цинк підвищує теплостійкість та солестійкість рослин, за достатньої його кількості посилюється розвиток кореневої системи рослин. Недостача цинку призводить до зменшення вмісту хлорофілу і збільшення вмісту вільних амінокислот, листки дістають форму розеток, з’являються дрібні плями, плоди дуже дрібні.

В організмі людини і тварин цинк є незамінним мікроелементом. Так 2 атоми Zn зв’язують 6 молекул інсуліну. Цинк входить у склад ферментів, які містяться у підшлунковій залозі, залозах ендокринної системи, він регулює гідроліз та синтез білків (необхідний при утворенні пептидних зв’язків), гідроліз фосфорпохідних сполук. Важлива участь цинку в поділі клітин. Тому його завжди багато в ракових пухлинах. Якщо цинку в організмі замало, то сповільнюється ріст всього організму, виникає низькорослість та карликуватість. Щоб не допустити отруєння цинком, не можна готувати їжу, особливо кислу, в оцинкованому посуді.

Мо – складова ферменту нітроредуктази, який каталізує процес відновлення NO₃^-NH₃ в клітинах коренів і листі рослин, в бобових стимулює фіксацію бульбочковими бактеріями N₂ з атмосфери. Молібден бере участь в утворенні аскорбінової кислоти, каротину, синтезу вуглеводів, засвоєнню фосфору. Недостача молібдену призводить до послаблення фотосинтезу, зменшення хлорофілу, накопичення NO₃^-.

В організмі тварин та людини молібден виявлений у ферменті, який регулює обмін пуринів, – складових нуклеїнових кислот. Якщо в організмі є надмір молібдену, то інтенсифікується пуриновий обмін. Утворюється надмір сечової кислоти, з якою не справляються нирки, відкладаються солі в різних тканинах, деформуються суглоби і виникає подагра. Молібден є також у складі ферменту, який контролює процес окислення спиртів на стадії окислення альдегідів, так щоб альдегіди не накопичувались в організмі. В малих дозах молібден стимулює утворення гемоглобіну, однак у великих гальмує цей процес. В організмі людини найбільше молібдену в печінці та у шкірі.

Cu входить у склад ферментів, впливає на синтез білків. Він активізує процес синтезу вітамінів групи В, збільшує здатність рослинних тканин затримувати вологу. У листі купрум знаходиться в хлоропластах і впливає на процес фотосинтезу. При недостачі купруму рослина стає кущуватою, підсихають кінчики листя. Купрум впливає на стійкість хлорофілу, відіграючи роль у фотосинтезі.

В організмах тварин купрум є життєво необхідний елемент. Безхребетні містять купрум у гемоціаніні гемолімфи, яка має голубий колір, так звана „голуба кров”. Гемоціанін оборотно відновлюється дією СО до безбарвного продукту. Як і ферум, купрум може входити у порфіринове кільце, утворюючи яскраво-червоний турацин, виявлений у африканської птиці турако. Відомо біля 30 білків і ферментів, які містять купрум; зокрема у тирозиназі, яка каталізує окислення тирозину у чорний пігмент меланін. Недостача в організмі купруму, і відповідно меланіну, веде до альбінізму, а надмір викликає онкологічне захворювання меланому. Цікаво, що потемніння розрізаної картоплі, яблук, бананів теж спричинене меланіном. Важлива роль купруму в процесі кровотворення (входить у склад альбуміну і церулоплазміну). Найбільше купруму в печінці та мозку.

Со сприяє фіксації з повітря N₂ бобовими рослинами. Недостача кобальту імітує недостачу нітрогену. Кобальт входить у склад вітаміну В₁₂ або ціанокобаламіну (Со³⁺ є в кільці корину, незначно відмінного від кільця порфірину), необхідного для синтезу вітамінів В₂ і В₆. Для людини вітамін В₁₂ необхідний при розладах кровотворення, захворюваннях печінки, нервової системи, астмі. Він є активатором ряду ферментів.

Ni у рослинах виводить їх із стану спокою, сприяє проростанню насіння. У людському організмі найбільше сполук нікелю в легенях та в складі РНК. Можливо він стимулює синтез амінокислот, є активатором ряду ферментних систем. При анемії вміст нікелю понижується.

V впливає на ріст і розвиток рослин, особливо бобових культур. По дії ванадій близький до молібдену.

J і ряд інших мікроелементів підтримують нормальний обмін речовин у рослині. Життєво необхідним є йод для тварин і людини. Його недостача викликає захворювання щитоподібної залози.

F у тварин входить у склад емалі зубів, недостача його викликає карієс, але надлишок теж шкідливий, бо викликає флюороз.

Cr. Вважається, що хрому в живих організмах дуже мало, і що сполуки цього елемента токсичні. Однак виявлено, що при недостачі хрому в організмі сповільнюється ріст тварин, скорочується тривалість життя і порушується обмін речовин, спостерігаються захворювання очей, може з’явитись діабет. Як мікроелемент хром вивчений ще недостатньо, але його біогенна роль не викликає сумнівів. Хром входить до складу деяких ферментів окисно-відновних реакцій у клітинах, до складу пепсину, за участю якого розщеплюються білки у травному тракті, бере участь у регуляції засвоєння глюкози тканинами тварин. Встановлено, що у тканинах людей, померлих від атеросклерозу, зовсім відсутній хром.

Водночас сполуки хрому належать до найтоксичніших важких металів, маючи здатність до біоакумуляції, його підвищений вміст викликає рак легенів і алергічні захворювання.

У живих організмах виявлено невелику кількість речовин таких елементів, як Ag, Au, Sr, Sn, Pb, As, Hg, Al, Be, Cs, Rb і навіть до 90 мкг U в організмі людини. Біологічна роль їх ще не встановлена, не виключено, що вона буде виявлена і для токсичних елементів (табл.4.2).

Таблиця 4.2 Розташування у періодичній таблиці необхідних для рослин елементів.

	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1	H							He
2	Li	Be	B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe Co Ni
	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru Rh Pd
	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	J	Xe
6	Cs	Ba	La	Hf	Ta	W	Re	Os Ir Pt
	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Ku

	Життєво необхідні для рослин елементи
	Елементи, біологічна роль яких може бути відкрита