Количество сульфидов и водорастворимых фрак-
$ ТМ сравнительно невелико.
Первым этапом трансформации оксидов ТМ в почвах является
в3аимодействие их с почвенным раствором и его компонентами.
даже в такой простой системе, как вода, находящаяся в равнове-
сии с СО2 атмосферного воздуха, оксиды ТМ подвергаются изме-
нениям и существенно различаются по своей устойчивости.
Процесс трансформации тяжелых металлов, поступивших в
почву в процессе техногенеза, включает следующие стадии:
1) преобразование оксидов ТМ в гидроксиды (карбонаты, гид-
рокарбонаты);
2) растворение гидроксидов (карбонатов, гидроксокарбона-
тов) ТМ и адсорбция соответствующих катионов ТМ твердыми
фазами почв;
3) образование фосфатов ТМ и их соединений с органически-
ми веществами почвы.
Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих
в атмосферу в виде тонких аэрозолей, переносится на значитель-
ное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с
гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где на-
капливается в водах и донных отложениях и может стать источни-
ком вторичного загрязнения. Основная масса выбросов осаждает-
ся в непосредственной близости от источника загрязнения. Теоре-
тически техногенные аномалии представляют систему концентри-
ческих колец, в которых концентрация ТМ убывает от центра к
периферии. В реальной природной обстановке форма и размеры
3ОД загрязнения существенно отличаются от теоретических; обыч-
но наблюдается неплохая корреляция формы и размеров зон за-
гРязнения с конфигурацией розы ветров (рис. 3.4). Вокруг круп-
ных предприятий цветной металлургии образуются сильные тех-
ногенные аномалии металлов, например вокруг Норильского гор-
Но-металлургического комбината. Для таких предприятий харак-
ТеРно наличие зоны максимальных концентраций тяжелых метал-
°в на расстоянии до 5 км от источника и зоны повышенных со-
*РЖаний на расстоянии до 20—50 км.
В зонах максимального загрязнения нередко формируется
*Техногенная пустыня» — территория сильно эродированная, ли-
еНная верхнего гумусового горизонта, растительности. Вокруг
:..•\'..¦ 201
Рис. 3.4. Распределение меди в почвах вокруг предприятия цветной
металлургии:
а — роза ветрцв; б— зона загрязнения (/, 2, 5); пунктир — теоретические зоны; сплошная ли-
ния — реальные зоны
промышленных предприятий меньшей мощности зона макси-
мального загрязнения простирается на расстояние до 1—2 км, и
площадь загрязненных земель значительно меньше.
Локальные техногенные геохимические аномалии образуются
также вокруг предприятий, которые перерабатывают сырье, со-
держащее тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества в
виде примесей. Так, геохимические аномалии меди, цинка, свин-
ца образуются вокруг суперфосфатных заводов. Вокруг крупных
тепловых электростанций образуются зоны загрязнения металла-
ми 10—20 км в диаметре. Любые городские территории являются
значительным источником загрязнения ТМ.
Вблизи автострад обнаружено сильное загрязнение ТМ, осо-
бенно свинцом, а также цинком, кадмием. Ширина придорожных
аномалий свинца в почве достигает 100 м и более.
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, нака-
пливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых го-
ризонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потребле-
нии растениями, эрозии. Первый период полуудаления (то есть
удаления половины от начальной концентрации) тяжелых метаЛ\'
лов значительно варирует для различных элементов, он составЛЯе
весьма продолжительные периоды времени: для Zn — от 70 Д
510 лет, для Cd — от 13 до 100 лет; для Си — отЗЮдо 1500лет **
РЬ — от 740 до 5900 лет.
202 . . .,¦:¦¦. :\'...¦¦.-
Главным источником элементов для растений являются поч-
. По степени накопления элементов растениями мерой является
5 эффициент биологического поглощения Ах — отношение содержа-
*0 элемента в золе растений к содержанию этого элемента в поч-
е или породе; Ах может принимать значения от 100 до 10~\' (вели-
^на безразмерная).
различные растения аккумулируют разное число микроэле-
ментов. Так, медь накапливают растения семейства гвоздичных,
^обальт — перцы. Высокий коэффициент биологического погло-
щения цинка характерен для березы карликовой и лишайников,
нцкеля и меди — для вероники и лишайников.
Химические элементы неравномерно распределены по орга-
нам растений. Значительная часть элементов накапливается в на-
земных частях растений (листьях, стеблях): Mn, Mo, Sr, La, Cu, Ti,
Ni, в меньшей степени Fe, Al, Co. В корнях растений аккумулиру-
ются такие элементы, как Ag, Pb, Sn, W, Cr, V, U. Равномерно рас-
пределены в органах растений цинк (в растительности таежной
зоны), олово и цинк (в альпийских и субальпийских лугах), хром (в
растительности альпийских регионов).
На усвоение и поглощение химических элементов растениями
влияют природные и антропогенные факторы. К природным фак-
торам относятся: уровень инсоляции, колебания температуры, ко-
личество выпадающих осадков. Например, в засушливые годы не-
которые растения аккумулируют железо, во влажные — марганец.
Медь, цинк, молибден накапливаются в растениях во влажные
годы. На поступление тяжелых металлов в растения оказывают
влияние химический состав почв, кислотно-основные и окисли-
тельно-восстановительные условия, физические свойства, уро-
вень микробиологической активности. Степень влияния общего
химического состава почвы обусловливается совместным влияни-
ем элементов. Так, под влиянием алюминия понижается поступ-
ление в растения хлора, кальция, железа, азот тормозит усвоение
Растениями марганца, калийные удобрения снижают поступление
8 растения железа и кобальта.
В результате воздействия антропогенных факторов происходят
сУЩественные изменения в растениях. При химическом загрязне-
нии биосферы нарушаются естественно сложившиеся фитоцено-
3?>I, нормальные процессы органогенеза, появляются специфиче-
ские изменения у растений различных систематических групп,
^УДшается качество сельскохозяйственной продукции. В золе
Астений возрастает содержание тяжелых металлов: свинца, ртути,
^ Существенную опасность представляет отсутствие ка-
¦ ¦¦¦¦. . ¦\'¦¦¦¦: ¦¦. ¦,-- , ¦¦• ¦ 203
ких-либо визуальных признаков поражения растений при on
ных для человека и животных содержаниях токсинов. с\"
Тяжелые металлы являются протоплазматическими яда^
токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной ма
сы. Токсичность тяжелых металлов проявляется по-разнои°\"
Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингиби\'
руют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые тяжедьГ
металлы образуют комплексы с обычными метаболитами, Hapv
шая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, каккад\"
мий, медь, железо (II), взаимодействуют с клеточными мембрана-
ми, изменяя их проницаемость и другие свойства (например, раз.
рыв клеточных мембран). Некоторые тяжелые металлы конкурс
руют с необходимыми растениям элементами, нарушая их
функциональные роли. Например, кадмий замещает цинк, что при-
водит к цинковой недостаточности, вызывает угнетение и гибель
растений. По чувствительности к кадмию растения располагаются в
следующий восходящий ряд: томаты < овес < салат < луговые тра-
вы < морковь < редька < фасоль < горох < шпинат. Токсичность
ртути зависит от вида ее химических соединений. Наиболее токсич-
ны органические соединения метил-, диметил- и этилртуть. Высо-
кие содержания свинца могут подавлять рост растений, вызывать
хлороз, обусловленный нарушением поступления железа.
Анализ золы различных частей растений показывает, что наи-
большее количество тяжелых металлов содержится в корнях, затем
в стеблях и листьях, наконец, в семенах, клубнях, корнеплодах, то
есть растение обладает определенной защитной системой по отно-
шению к токсикантам.
Тяжелые металлы подавляют биохимическую активность поч-
венных микроорганизмов, вызывают изменения их общей числен-
ности. Загрязнение тяжелыми металлами проявляется в измене-
нии видового состава комплекса почвенных микроорганизмов.
Доминирование микроорганизмов при различных концентра-
циях тяжелых металлов (кадмий, медь, никель, ртуть и свинец) п°\"
зволяет разделить диапазон микробного сообщества на несколько
участков — адаптивных зон:
1) зона гомеостаза, в которой изменяется интенсивность м№
робиологических процессов (возрастание суммарной биомассы), ^
2) зона стресса, в которой происходят существенные измен
ния сообщества;
3) зонарезистентности — резко сокращается состав сообШе
ва, а доминантами становятся резистентные виды микроорган
мов;
204
4) зона репрессии — прекращается развитие микроорганизмов
поверхности почвы (или не выявляется прямыми наблюде-
Величина зоны определяется как диапазон концентраций хи-
веществ, в пределах которых сохраняются выделенные
уровни толерантности.