Экологическое значение почвенныхтоксикантов

Токсиканты и токсикофиты. Ядовитые для организмов вещества называют токсикантами. Угнетающие растения вещества очень разнообразны, а совместное действие их усиливает отрицательный эффект. Но среди растений встречаются и токсикофиты — устойчивые к высоким концентрациям токсичных веществ.

От вредных веществ, накопившихся в тканях, растения освобождаются только с отмиранием и опадением своих частей, поэтому смена листьев у деревьев, отмирание наземных побегов трав — необходимый выделительный процесс.
Некоторые микроэлементы присутствуют в ряде почв в аномально больших концентрациях. Это может быть вызвано естественными причинами (нахождение близ рудных месторождений) или техногенным загрязнением. Необходимые в микродозах Cd, Pb, Hg, As, Zn, Mo, Co, Ni, Си, Сг становятся токсикантами при высоких концентрациях.
Элементы с атомной массой более 50 называют тяжелыми металлами (В. В. Ковальский, 1974). В естественном состоянии почвы с большой концентрацией их — редкое явление. Загрязнение почв тяжелыми металлами обычно связано с деятельностью промышленных предприятий (особенно металлургических), руд ников, тепловых электростанций, автотранспорта, коммунального хозяйства и т.п. В загрязненных почвах тяжелые металлы присутствуют в обменной форме, в виде карбонатов, соединений с Fe, Мп, связаны с органическими веществами почвы.
Для многих растений высокие концентрации тяжелых металлов токсичны, но некоторые виды накапливают их в значительных количествах. Например, листья букашника горного (Jasione montana) могут концентрировать мышьяк до 6 200 мг на 1 кг сухой массы (при норме 0,2 мг/кг), а минуарция весенняя (Minuartia verna) способна накапливать в листьях свинец до 11 400 мг/кг (на почвах с нормальным содержанием РЬ — 12 мг/кг) (В.Лархер, 1978). Характерна флора почв, богатых кобальтом и медью (медные флоры на соответствующих месторождениях). К купрофитам (способным накапливать ионы меди) относятся смолевка обыкновенная (Silene vulgaris), качим (Gypsophila patrini), виды рода шпажник (Gladiolus), некоторые злаки и мхи.
Токсичные соединения ртути широко используются как пестициды, при производстве бумажной массы, для получения поливинилхлорида. Со сточными водами они попадают в почву, грунтовые воды, водоемы и циркулируют в наземных и водных пищевых цепях. Растения, вынужденные поглощать соединения ртути, способны освобождаться от нее: восстановленная ртуть поступает в атмосферу в очень ядовитом элементарном виде.
Промышленные сточные воды и моющие средства обусловливают повышенное содержание мышьяка в грунтовых водах и водоемах. Попав в водоросли, он накапливается затем в телах животных, занимающих более высокое положение в пищевых цепях. Водоросли тропических водоемов, поглощая растворенные арсе- наты, восстанавливают их в арсениты и затем через ряд химических реакций связывают с фосфолипидами. В связанном виде As сохраняется в жировых каплях цитоплазмы и (или) клеточных мембранах. Таким образом, тропические водоросли в значительной степени предотвращают опасность отравления мышьяком. Во внетропических водоемах водоросли не способны обезвреживать арсенаты, которые аккумулируются в клеточных белках, убивая растения (В.Эйхлер, 1993). В верхних горизонтах незагрязненных почв содержание мышьяка колеблется от 0,35 до 8,5 мг/кг воздушно-сухой почвы (растения выносят концентрацию As от 15 до 60 мг/кг) (В. Б. Ильин, 1991).
Выхлопные газы автомобилей и отходы ряда производств приводят к свинцовому загрязнению среды. Например, в поверхностных горизонтах незагрязненных почв Западной Сибири соединений свинца содержится от 2,8 до 20,2 мг на 1 кг воздушносухой почвы (в дозе до 50 мг/кг он не вызывает отрицательного биологического эффекта) (В. Б. Ильин, 1991). Но близ автострад количество РЬ возрастает на порядок. Почвенные микроорганизмы способны переводить его нерастворимые в воде соединения в доступную для растений форму. Свинец накапливается в стеблях, листьях, корнях (в меньшей степени в плодах и семенах). Поэтому нельзя употреблять в пищу растения, собранные на 50-метровой полосе близ шоссе, а земли близ промышленных предприятий должны быть выведены из сельскохозяйственного использования.
Очень чувствительны к свинцовому загрязнению низшие растения: например, некоторые виды лишайников не выживают в крупных городах и близ трасс с интенсивным движением автотранспорта.

Они часто служат индикаторами загрязнения среды. Из высших растений довольно чувствительны к свинцовому загрязнению мохообразные, а у ряда видов найдены отложения свинца в ядрах, пластидах, вакуолях, митохондриях и плазмодесмах. У цветковых растений система детоксикации более совершенна. Например, у рдеста (Potamogeton) свинец в основном изолируется в клеточной стенке. Деревья депонируют его в коре вне живых клеток. Но при сильном загрязнении тяжелые металлы обнаруживаются и в живых тканях, где концентрируются в вакуолях. Так, в листьях с 1 га лиственного леса близ Вены обнаружено 376 г РЬ. Ежегодный опад способствует накоплению его на поверхности почвы (В.Эйхлер, 1993).
Источник загрязнения почв кадмием — промышленные газообразные выбросы (он используется в качестве катализатора при производстве поливинилхлорида; 1т угля, сжигаемого в котельных, содержит около 2 г Cd). Этот элемент легко поглощается корнями растений, поэтому загрязнение почвы сульфатом кадмия приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. В исключительно больших количествах накапливают кадмий грибы.
Сильно токсичны и широко используемые в хозяйстве пестициды (от лат. pestis — зараза и cid убивать). Это разные химические соединения, используемые для уничтожения или сокращения численности бактерий (бактерициды), грибов (фунгициды), нематод (нематоциды), насекомых (инсектициды), клещей (акарициды), позвоночных (зооциды), сорных растений (гербициды). Все пестициды являются биоцидами.
Самоочищение почвы и защита растений от избытка вредных веществ в ней. Загрязненная тяжелыми металлами и (или) пестицидами почва в определенной степени способна к самоочищению (детоксикации) — выведению токсикантов из круговорота веществ. При небольшом загрязнении они могут перейти в малоактивную форму, что способствует сохранению почвенной биоты, фитоценоза и не мешает сельскохозяйственным культурам. К такому самоочищению способны в первую очередь глинистые почвы, имеющие большую адсорбционную поверхность, высокие значения pH, достаточное количество органического вещества, способного к комплексообразованию. Верхний слой почвы толщиной в несколько сантиметров, состоящий из глинистых и органических коллоидов, создает на 1 га миллионы квадратных метров активной адсорбирующей поверхности. Адсорбция происходит в силу физических причин (силы Ван-дер-Ваальса), межмолекулярного взаимодействия, а также химического связывания. Связь пестицидов с почвенными коллоидами со временем становится все более прочной, и химические вещества теряют биологическую активность. Однако защитные возможности почв ограничены. Особенно малы они у малогумусных кислых почв легкого гранулометрического состава.
Некоторые растения приобрели наследственную устойчивость к неблагоприятному минеральному составу местных почв. Они вынужденно поглощают избыточное количество токсичных элементов, но обезвреживают их путем осаждения или изоляции в вакуолях, клеточных стенках, кутикуле. Важную роль в защите растений от вредных веществ играют корни. Они препятствуют поглощению избыточных ионов и токсичных соединений, в результате чего в надземных органах обеспечивается приемлемая их концентрация. Эффективным барьером, контролирующим поступление веществ в проводящую систему, являются пропускные клетки эндодермы корней. Например, в опыте с поглощением корнями кукурузы {Zea mays) раствора с ионами лантана эндодерма предотвратила поступление этого элемента в глубь корня: он был обнаружен только в стенках клеток коры (П.Рейвн и др., 1990).
Но при высоких концентрациях токсикантов в почве корни не могут полностью предотвратить их попадание в ксилему. В этом случае растения используют другой способ защиты — инактивацию попавших ядов. Они концентрируются вдали от метаболических центров в клеточных стенках и межклетниках, в малоподвижных соединениях. Защитные механизмы обеспечивают минимальное поступление тяжелых металлов и пестицидов в плоды и запасающие органы (клубни, корнеплоды). Но в зоне большого загрязнения деревья и кустарники отмирают, травяной покров изреживается, мохово-лишайниковый ярус исчезает и возникают маловидовые сообщества из растений, приспособленных к новым экологическим условиям (В. Б. Ильин, 1991).

Еще по теме Экологическое значение почвенныхтоксикантов:

1. Экологическое значение эндогенного ритма
2. 7.2. ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ПЕРИОДОВ ОНТОГЕНЕЗА, ИМЕЮЩИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭВОЛЮЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
3. Глава III Растение и среда. Значение экологических факторов в жизни бромелиевых
4. Экологическая оценка применения антигельминтиков и пути снижения экологического риска
5. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
6. Значение неотении
7. Экологические кризисы
8. 6-2* Экологическая прочность
9. СРЕДА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
10. Экологические ниши