09/01/2002

Кадмий – реальная угроза для растений

В последние десятилетия, в связи с интенсивным развитием промышленности, в окружающей среде значительно возросло содержание тяжелых металлов, оказывающее вредное влияние на организм животных, растений и человека. Среди тяжелых металлов основными загрязнителями считаются Hg, Pb, Cd, As, главным образом потому, что техногенное накопление их в окружающей среде идет высокими темпами.

К тяжелым металлам условно относят химические элементы с атомной массой выше 50. Понятие "тяжелые металлы" не без основания прочно закрепилось за такими элементами, как кадмий, ртуть, мышьяк, свинец. Они входят в группу особо опасных веществ. Их количество в окружающей среде должно быть в пределах "злотой середины": многие тяжелые металлы являются микроэлементами, и их недостаток нарушает нормальное функционирование организма. На сегодняшний день из приблизительно 2 000 известных ферментов около 50 содержат в своем составе металл. Хотя симптомы недостатка каких-либо элементов специфичны, симптомы избытка их сходны.

Кадмий очень токсичен, вследствие загрязнения почв он проникает в растительный организм. В определенных условиях ионы кадмия, обладая большой подвижностью в почвах, легко переходят в растения, накапливаются в них и затем поступают в организм животных и человека. Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Поэтому кадмий может замещать цинк во многих биохимических процессах, нарушая работу большого количества ферментов. Основным источником кадмиевого загрязнения почв является внесение удобрений, в особенности суперфосфата, куда кадмий входит в качестве микродобавок.

Два свойства кадмия определяют его важность для окружающей среды:
1. Сравнительно высокое давление паров, обеспечивающее легкость его испарения, например, при плавлении или при сгорании углей;
2. Высокая растворимость в воде, особенно при небольших кислотных значениях рH (особенно при рН5).

Широкое распространение кадмия в топливе, удобрениях, рудных отвалах наряду с использованием этого элемента в промышленном производстве и определяет постепенно увеличивающуюся концентрацию данного элемента в окружающей среде. Поступая в пресные водоемы и в моря, растворенный кадмий осаждается и накапливается в донных осадках. Водные растения и животные извлекают и концентрируют его в тканях своего тела. Явление биоаккумуляции Сd происходит в экосистемах как при наличии металла в естественных для окружающей среды количествах, так и при антропогенном ее загрязнении.

Антропогенные источники поступления кадмия в окружающую среду можно разделить на две группы: локальные выбросы, которые связаны с промышленными комплексами, производящими или использующими кадмий, и диффузно рассеянные по Земле источники разной мощности, начиная от тепловых энергетических установок и моторов и заканчивая минеральными удобрениями и табачным дымом. При сбросе в водоемы промышленных сточных вод, очищенных обычными способами, содержание Сd увеличивается в несколько десятков раз.

Основные источники Cd Вклад в общий выброс в %
Цинко-кадмиевые заводы 60
Медно-никелевые заводы 23
Сжигание топлива 10
Сжигание отходов 3
Прочие 4

Вблизи металлургических предприятий из-за оседания Сd из атмосферы содержание его на поверхности почвы в 20-50 раз выше, чем на контрольных участках; в воздухе крупных промышленных городов концентрация кадмия достигает 15 ПДК. В почву кадмий поступает также с минеральными удобрениями (суперфосфат содержит 720,2 мкг Сd в 100 г, фосфат калия 471 мкг, селитры до 66 мкг). Загрязнение почвы Cd сохраняется длительное время и после того, как этот металл перестает поступать вновь. До 70% попадающего в почву кадмия связывается с почвенными химическими комплексами, доступными для усвоения растениями. В процессах образования кадмиево-органических соединений участвует и почвенная микрофлора. В зависимости от химического состава, физических свойств почвы и формы поступающего кадмия его превращения в почве завершаются в течение нескольких суток. В итоге кадмий накапливается в ионной форме в кислых водах или в виде нерастворимых гидроксида и карбоната. Он может находиться в почве и в виде комплексных соединений. В зонах повышенного содержания кадмия в почве устанавливается 20-30 кратное увеличение его концентрации в наземных частях растений по сравнению с растениями незагрязненных территорий.

Специфическое биологическое значение кадмия как микроэлемента не установлено. В организм человека кадмий проникает двумя путями: на производстве и с пищей. Пищевые цепочки поступления кадмия формируются в районах повышенного загрязнения кадмием почвы и водоемов.

Подобно другим тяжелым металлам, кадмий легко реагирует с белковыми макромолекулами и другими биологически важными молекулами. Химическое подобие Cd и Zn поддерживает мнение, что во многих случаях он может замещать цинк, например, в активных центрах цинкосодержащих ферментов. Кадмий снижает активность пищеварительных ферментов (трипсина и в меньшей степени –пепсина), изменяет их активность, активирует ферменты. Кадмий влияет на углеводный обмен, вызывая гипергликемию, угнетая синтез гликогена в печени.

Подвижность кадмия будет определяться растворимостью его карбонатов и фосфатов, а также рН почвы. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при рН=4,5-5,5. Он не входит в число необходимых для растений элементов, но эффективно поглощается. Кадмий в основном локализуется в корнях и в меньших количествах - в стеблях, черешках и главных жилках листьев. При этом, когда количество кадмия в среде резко повышается, концентрация элемента в корнях в несколько раз превышает его концентрацию в надземной массе. Установлено, что хлорофилл обладает способностью концентрировать кадмий в растительных тканях. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержание кадмия в растениях, - это хлороз листьев, красно-бурая окраска их краев и прожилок, а также задержка роста и повреждения корневой системы. Фитотоксичность кадмия проявляется и в тормозящем действии на фотосинтез, нарушении транспирации и фиксации углекислого газа, а также в изменении проницаемости клеточных мембран. Кадмий - эффективный и специфичный ингибитор биологического восстановления. Поскольку в органические вещества включается только аммонийный азот, нитрат - анионы, поглощенные растением, должны восстанавливаться в клетках.

Поступивший в почву кадмий в основном присутствует в ней в подвижной форме, что имеет негативное экологическое значение. Подвижная форма обуславливает сравнительно высокую миграционную способность элемента в ландшафте и приводит к повышенной загрязненности потока веществ из почвы в растения. Загрязненные растения могут содержать даже до 400мг/кг Cd и более. В противоположность другим минеральным элементам (за исключением Zn) Cd может накапливаться в относительно больших количествах в генеративных органах. В среднем его содержание в зерне увеличивается с 0,2 до 4 мг/кг.

Высокая фитотоксичность Cd объясняется его близостью по химическим свойствам к Zn. Поэтому Cd может выступать в роли Zn во многих биохимических процессах, нарушая работу таких жизненноважных ферментов, как карбоангидраза, различные дегидрогеназы, фосфатазы, а также протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена и других. Как химический аналог цинка кадмий может заменять его в энзиматической системе, необходимой для фосфолирирования глюкозы и сопровождающий процесс образования и расщепления углеводов.

Замещение цинка кадмием в растительном организме приводит к цинковой недостаточности, что в свою очередь вызывает угнетение и даже гибель растений. Повышенная устойчивость у растений вырабатывается только к тем металлам, которыми обогащены почвы района обитания популяции. Устойчивость повышается только к этим тяжелым металлам, и ни к каким другим, обогащение которыми отсутствовало.


Другие новости этого раздела:

26/03/2024

В подземный рудник АО «СЗФК» поступила новая техника

В КФУ предлагают новое решение для очистки сточных вод

11/03/2024

Водородный полигон собираются запустить на Сахалине летом

23/01/2024

ЕС одобрил планы компании Fortescue по строительству флагманского завода по производству экологически чистого аммиака в Норвегии

09/01/2024

Tecnimont начала инженерные работы по проекту производства удобрений в Египте

28/12/2023

"Новатэк" получил патент на крупнотоннажные технологии производства низкоуглеродного аммиака

18/12/2023

Фосфорный центр ЕвроХима будет заниматься решением прикладных производственных задач

22/11/2023

С 27 октября 2023 года генеральным директором АО «НИИК» назначен Олег Дроботущенко

"Гродно Азот" подписал контракт с ГИАПом

«Тольяттиазот» в рамках модернизации производства карбамида установит новый пластинчатый теплообменник с воздушным охлаждением

15/11/2023

Allied выбрала технологию динамического "зеленого" аммиака компании Topsoe для строительства завода в Гове

08/11/2023

«Дорогобуж» завершил проект по внедрению в технологическую схему производства аммиака парового котла производительностью 50 тонн в час

02/11/2023

"Газпром нефть" планирует сбыт водорода в Китае через партнеров

31/10/2023

Ученые обнаружили новый метод разделения редкоземельных элементов с помощью бактериального белка

30/10/2023

МИСИС разработал удобрение на основе жидкого стекла с добавлением высушенного геля из мочевины и азотистых соединений