К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы. Тяжелые металлы (ТМ) — это группа элементов с плотностью больше, чем плотность железа. В зависимости от количества элемент может иметь название тяжелый металл или микроэлемент.
Важность тяжелых металлов признают многие исследователи. Эти мысли поддерживают многие известные ученые. Так, Я.В. Пейве называет элементы, находящиеся в следовых количествах, микроэлементами и придает им существенную роль в биохимических процессах живого вещества почвы. Это, прежде всего, активация деятельности ферментов, участие в окислительно-восстановительных процессах, участие в синтезе белка. Недостаток микроэлементов снижает урожайность растений, избыток вызывает негативные последствия. К микроэлементам Я.В. Пейве относит Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Fe, Mg. Эти элементы участвуют в ферментативных реакциях. Автор отмечает, что в ряде случаев невозможно провести резкую грань между макро и микроэлементами. Биологическая доступность микроэлементов, как правило, относительно небольшая и существенно изменяется в различных почвенно-климатических регионах [1].
Для ТМ почва является бездонным резервуаром. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими экосистемами. Именно почва является важным источником поступления ТМ в организм человека. Почвенные ТМ в процессе выращивания растений поглощаются из почвы корневой системой. Затем накапливаются в сельскохозяйственных культурах. Кроме того, при вымывании поверхностными водами концентрируются в пониженных элементах рельефа. Тяжелые металлы быстро накапливаются в почве и медленно выводятся.
Многочисленными исследованиями показано, что на концентрацию ТМ оказывают влияние свойства почв. В почвах тяжелого гранулометрического состава, концентрируются более существенные количества тяжелых металлов, легкие почвы в меньшей степени накапливают их. Кроме того, существенное значение имеют агрофизические и физико-химические свойства почвы. В условиях кислой среды нерастворимая часть фракции ТМ переходит в растворимые формы, тем самым концентрация ТМ в кислых почвах может нарастать [2 — 4].
Результаты химического анализа по содержанию тяжелых металлов в почве луговых экосистем р. Сож Чечерского района позволяют построить следующий ряд в порядке уменьшения слева направо: Mn, Fe, Zn, Pb, Cu, Ni, Co, Cr, Cd (таблица 1). Различия между крайними элементами, то есть марганцем и кадмием, составили около 1800 раз. Амплитуда варьирования по содержанию тяжелых металлов в почве составила между максимумом и минимумом для железа 8 раз, марганца, цинка, свинца, меди, никеля 3 — 4 раза, а для остальных элементов, кобальта, хрома, кадмия варьирование не выявлено. В ходе исследований выявлены различия по концентрации изучаемых элементов в почве под отдельными ассоциациями. Установлена наибольшая концентрация марганца, цинка, свинца, никеля в почве ассоциации Poetum angustifolia. Максимальная аккумуляция железа была в почве под ассоциацией Agrostio vinealis — Calamagrostietum epigeios.
Имеет место наличие определенных соотношений между элементами в почве. Так, соотношение между марганцем и железом в 4 объектах из 5 составляло 0,8 — 1,2. Соотношение между цинком и свинцом варьировало в пределах 1,6 — 3,6, свинцом и медью — 1,4 — 2,7, медью и цинком — 1 — 6,8. Превышений значений ПДК не выявлено.
Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в почвах луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района,абс. -сух. сост., мг/кг
| Ассоциация | Mn | Fe | Zn | Pb | Cu | Ni | Co | Cr | Cd |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Deschampsietum cespitosae | 73,22 | 57,11 | 0,9 | 0,56 | 0,61 | 0,3 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Poetum angustifolia | 174,65 | 18,71 | 2,26 | 0,83 | 0,58 | 0,65 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Agrostio vinealis — Calamagrostietum epigeios | 130,11 | 153,8 | 2,18 | 0,7 | 0,32 | 0,34 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Caricetum gracilis | 113,6 | 107,19 | 1,34 | 0,69 | 0,25 | 0,37 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Poo — Festucetum pratensis | 42,18 | 45,12 | 0,69 | 0,19 | 0,14 | 0,24 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Максимум | 174,65 | 153,8 | 2,26 | 0,83 | 0,61 | 0,65 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Минимум | 42,18 | 18,71 | 0,69 | 0,19 | 0,14 | 0,24 | 0,28 | 0,2 | 0,06 |
| Среднее | 106,75 | 76,39 | 1,47 | 0,59 | 0,38 | 0,38 | 0,28 | 0,20 | 0,06 |
| ПДК, мг/кг | 1500 | – | 37 | 25 | 30 | 4 | 20 | 6 | 0,4 |
В результате проведения аналитических работ было определено содержание тяжелых металлов в травостое растительных ассоциаций луговых экосистем р. Сож Чечерского района (таблица 2). Убывающий ряд по содержанию тяжелых металлов можно представить следующим образом — Мп, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Cd, Cr. Различия между крайними элементами, то есть марганцем и хромом, составили более 4 тысячи раз. Амплитуда варьирования по содержанию тяжелых металлов в растениях составили между максимумом и минимумом следующие значения. Максимальное варьирование имела медь — 26 раз. Для железа показатель варьирования превысил 4. Для остальных тяжелых металлов эти значения были в пределе 1 — 2 раз. В ходе исследований выявлены различия по концентрации изучаемых элементов в травостое отдельных ассоциаций. Максимальное содержание тяжелых металлов было в травостое Poo — Festucetum pratensis.
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района, абс.-сух. сост., мг/кг
| Ассоциация | Mn | Fe | Cu | Zn | Co | Ni | Pb | Cd | Cr |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Deschampsietum cespitosae | 54,16 | 19,39 | 6,98 | 15,18 | 0,05 | 0,39 | 0,02 | 0,01 | 0,013 |
| Poetum angustifolia | 46,92 | 16,24 | 5,13 | 9,26 | 0,05 | 0,38 | 0,02 | 0,01 | 0,013 |
| Agrostio vinealis — Calamagrostietum epigeios | 43,12 | 16,48 | 60,09 | 10,98 | 0,05 | 0,52 | 0,02 | 0,01 | 0,013 |
| Caricetum gracilis | 56,74 | 66,75 | 2,29 | 8,16 | 0,05 | 0,86 | 0,02 | 0,01 | 0,013 |
| Poo — Festucetum pratensis | 64,14 | 62,82 | 5,64 | 10,98 | 0,05 | 0,38 | 0,02 | 0,01 | 0,013 |
| Максимум | 64,14 | 66,75 | 60,09 | 15,18 | 0,05 | 0,86 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
| Минимум | 43,12 | 16,24 | 2,29 | 8,16 | 0,05 | 0,38 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
| Среднее | 53,02 | 36,34 | 16,03 | 10,91 | 0,05 | 0,51 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
Проведенными исследованиями не выявлено взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почвах и накоплением в растениях (таблица 3). Это, безусловно связано с биологической доступностью разных форм тяжелых металлов для растений.
Таблица 3. Убывающие ряды по содержанию тяжелых металлов для травостоя и почвы поймы р. Сож Чечерского района
| Почва | Mn | Fe | Zn | Pb | Cu | Ni | Co | Cr | Cd |
| Травостой | Mn | Fe | Cu | Zn | Co | Ni | Pb | Cd | Cr |
Определение содержания тяжелых металлов в почве и растениях позволило определить значения коэффициентов накопления или КН (таблица 4).
Таблица 4. Коэффициенты накопления тяжелых металлов надземной фитомассой луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района,в (мг/кг)/(мг/кг)
| Ассоциация | Cu | Zn | Ni | Mn | Fe | Co | Cd | Cr | Pb |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Deschampsietu m cespitosae | 11,44 | 17,55 | 1,3 | 0,74 | 0,34 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,036 |
| Poetum angustifolia | 8,84 | 4,09 | 0,58 | 0,27 | 0,087 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,024 |
| Agrostio vinealis — Calamagrostiet um epigeios | 19 | 5,03 | 1,52 | 0,33 | 0,107 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,029 |
| Caricetum gracilis | 9,16 | 6,09 | 2,32 | 0,5 | 0,623 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,029 |
| Poo — Festucetum pratensis | 40,28 | 15,9 | 1,58 | 1,52 | 1,39 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,105 |
| Максимум | 40,28 | 17,55 | 2,32 | 1,52 | 1,39 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,105 |
| Минимум | 8,84 | 4,09 | 0,58 | 0,27 | 0,087 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,024 |
| Среднее | 17,74 | 9,73 | 1,46 | 0,67 | 0,509 | 0,179 | 0,167 | 0,065 | 0,045 |
Размерность — кг : / кг. В порядке убывания КН элементы можно расположить в следующем порядке — Cu, Zn, Ni, Мп, Fe, Co, Cd, Cr, Pb. Различия между крайними элементами ряда, то есть медью и свинцом составили около 400 раз. Амплитуда варьирования по величине КН составляла для железа 16 раз, меди, цинка, никеля 4 — 5,7 раза, для остальных тяжелых металлов варьирования не выявлено.
Список литературы
- Пейве Я.В. Биохимия почв / Я.В. Пейве. Москва, 1961. 422 с.
- Иванов В.В. Геохимия рассеянных элементов. Ga, Ge, Gd, In, Tl в гидротермальных месторождениях / В.В. Иванов. М., 1966.
- Позняк С.С. Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах и растительности Центральной зоны Республики Беларусь / С.С. Позняк // Известия Тульского государственного университета Естественные науки, 2011. Вып. 1. С. 254-264.
- Позняк С.С. Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова / С.С. Позняк // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2011. № 1 (13). С. 124 -137.
- Чертко Н.К. Геохимия: Учебное пособие для студентов геологических специальностей вузов / Н.К. Чертко. Минск: ТЕТРА СИСТЕМС, 2007. 254 с.
Авторы: Н.М. Дайнеко, С.Ф. Тимофеев
Источник: Достижения науки и образования. – 2018. – № 14 (36)
