Содержание
ВВЕДЕНИЕ...4
ГЛАВА 1. БЕНЗ(А)ПИРЕН И СОПУТСТВУБЩИЕ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
1.1. Основные физико-химические свойства. Биологическая активность... 10
1.2. Источники загрязнения... 17
1.3. Методико-метрологическое обеспечение контроля содержания загрязняющих веществ...19
1.4. Загрязнение почв...21
1.5. Загрязнение сельскохозяйственных растений...28
1.6. Количественные показатели оценки химического загрязнения почвенно-растительного покрова...31
1.7. Состояние и особенности загрязнения агроэкосистем
Южного Прибайкалья...37
1.8. Задачи и направления исследований...39
ГЛАВА 2. ТЕРРИТОРИЯ, ОБЪЕКТЫ И
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Общая природно-антропогенная характеристика
агроэкосистем Южного Прибайкалья...41
2.2. Объекты и методы исследования
2.2.1. Почвы...43
2.2.2. Растения...49
2.2.3. Методики определения...49
2.3. Статистическая обработка результатов анализа...51
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА
И СОПУТСТВУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ АГРОЭКОСИСТЕМ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
3.1. ' Основные свойства почв...54
3.2. Геохимические (фоновые) содержания загрязняющих веществ...63
3
3.3. Сравнительная оценка пространственного распределения
загрязняющих веществ...69
3 А. Особенности распределения бенз(а)пирена по профилю почв...80
3.5. Распределение бенз(а)пирена по компонентам почв...86
ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ
4.1. Загрязнение растений и условия, его определяющие...92
4.2. Зависимости между содержанием веществ в
системе почва-растение...107
4.2.1. Бенз(а)пирен...107
4.2.2. Фтор...112
4.2.3. Цинк...115
4.3. Коэффициенты биологического поглощения веществ и
факторы, их определяющие...119
4.4. Природа вещества...132
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА АГРОЭКОСИСТЕМ
ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ...138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...146
Введение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Среди приоритетных загрязняющих природную среду веществ большую опасность представляет группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), индикатором которых принят бенз(а)пирен (Б(а)П). В силу высокой биологической активности канцерогенного, мутагенного, тератогенного действия он относится к суперэкогенотоксикантам 1-го класса опасности и подлежит обязательному контролю в различных объектах окружающей среды (ООС).
Мощными источниками образования и выделения ПАУ являются производство алюминия, процессы сжигания, твердого топлива «малой» теплоэнергетики (котельные, домовые печи), которые характерны для Сибири. Накапливающееся в данном регионе антропогенно-техногенное воздействие приводит к существенным изменениям почвенного покрова - незаменимого компонента биосферы в процессах обмена веществом и энергией. Являясь первичным звеном в пищевой цепи, сложная и динамичная система почва-растение тесно связана со многими теоретическими и практическими проблемами почвоведения, агрохимии, экологии. Она определяет не только геохимический круговорот веществ, но и включение загрязняющих веществ (ЗВ) разной биологической активности в биогеохимические циклы. Очевидна важность знания процессов перераспределения веществ между растением и почвой и их количественных характеристик. Известные в литературе исследования по ПАУ противоречивы, недостаточны и не систематизированы. Они не дают представления о закономерностях бионакопления канцерогенов растениями, о количественных показателях этих процессов. Единичные результаты определения коэффициентов биологического поглощения (Kg) ПАУ, отличающихся широкими диапазонами варьирования, не позволяют установить факторы, влияющие на эти показатели.
В связи с этим актуальной проблемой представляется изучение степени химического загрязнения, закономерностей поведения ПАУ и сопутствующих веществ в различных объектах особенно агроэкосистем. Для оценивания их функционирования не решенной проблемой сохраняется отсутствие всесто-
5
ронних количественных характеристик, например, показателей интенсивности поглощения веществ растениями, например показателей интенсивности поглощения веществ растениями.
Систематический контроль содержания Б(а)П и его аналогов в агроэко-системах России не проводится (Агроэкологческая..., 2002; Государственный..., 1999). На территории Южного Прибайкалья при наличии многочисленных источников загрязнения промышленности (цветная металлургия, теплоэнергетика, производство строительных материалов, нефтехимия), отопительных систем, автотранспортных средств возникает угроза ухудшения агроэкологическо-го состояния почв и фитоценозов. Последнее усугубляется тем фактом, что большие сельскохозяйственные (с.-х.) площади находятся в зонах интенсивного локального и регионального химического загрязнения.
Целью работы явилось изучение содержания и закономерностей распределения Б(а)П и сопутствующих приоритетных загрязняющих веществ в почвах и растениях агроэкосистем разной степени антропогенно-техногенной нагрузки на примере Южного Прибайкалья.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи.
1. Оценить основные свойства почв.
2. Определить закономерности распределения Б(а)П и сопутствующих веществ в почвах агроэкосистем.
3. Изучить содержание и закономерности распределения веществ разной природы (Б(а)П, фтор, тяжелые металлы) в системе почва-растение, количественно оценить процессы в, ней происходящие и выявить факторы, на них влияющие.
4. Установить степень суммарного химического загрязнения почв и растений агроэкосистем Южного Прибайкалья.
Объекты и методы исследования. Объектами исследований были почвы сельскохозяйственных угодий разного назначения (пашня, залежь, пастбища), а также почвы лесные и урбаноземы. Одновременно с почвами изучены с.-х.
6
растения - овощные культуры (картофель, свекла, морковь), зерновые (пшеница, ячмень, овес), а также дернина, однолетние травы и их ветошь.
Отбор проб почв, растений и их анализ проводились автором в 2001-2003 гг. по известным методикам (Аринушкина, 1970). Определение Б(а)П в почве и растениях проводили методом низкотемпературной люминесценции по разработанным методикам (МВИ..., 2002; МВИ..., 2002 а). Определение фтора выполнено ионселективным методом (Руководство..., 1993; Методические..., 1995). Валовое содержание тяжелых металлов (ТМ) определяли методом рент- генофлуоресцентного анализа (РФА). ' Научная новизна работы.
Оценены изменения основных свойств почв агроэкосистем Южного При-I байкалья по сравнению с таковыми 1940... 1980 годов
I Впервые определены региональные геохимические (фоновые) и гигиениче-
j ские содержания Б(а)П, фтора, ТМ - Fe, Ti, Mn, V, Zn, Pb, As, Ni в почвах и с-
I x. растениях. Выявлены особенности пространственно-профильного распреде-
ленияБ(а)П в почвах. Найдены суммарные показатели химического загрязне-
ния почв; на основе которых сделана оценка состояния агроэкосистем.
? Установлены зависимости между накоплением в с.-х. растениях Б(а)П,
! фтора, Zn от их содержания в почве, которые аппроксимируются математиче-
^ скими функциями и дают более информативные и точные количественные ха-
' рактеристики соответственно о механизме и интенсивности поглощения ве-
ществ растениями.
Определены значения коэффициентов (Kg) Б(а)П, фтора и Zn с.-х. культу-t рами в зависимости от пробоподготовки, вида и органа растений, природы
вещества и его концентрации в почве.
Практическая значимость работы состоит в определении гигиенического
f состояния почв и растений на территории Южного Прибайкалья и использова-
нии этих результатов в Администрации Шелеховского муниципального обра-зования для разработки природоохранных мероприятий (письмо от 23.11.2001 s г.), в комитете по охране окружающей среды Иркутской области при составле-
нии «Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2002 году» (С. 270-271), в Федеральном государственном учреждении «Центр агрохимической службы «Иркутский» (договор от 20 мая 2003 г.). Полученные результаты могут быть использованы другими природоохранными и санитарно-эпидемиологическими службами для выбора условий контроля загрязненных почв и выращиваемых на ней с.-х. культур. В работе даны рекомендации по оптимальному выращиванию растений и обработки почв, характеризующихся повышенным загрязнением вблизи выбросов ПАУ от источников специфических предприятий.
" Работа выполнена при финансовой, поддержке ФЦП Интеграция
№ С0096+С0012 (2000-2001 гг.) «Распределение и биоиндикация приоритет-
| ных полициклических ароматических углеводородов и тяжелых металлов в
5 почвенном покрове агроэкосистем Прибайкалья», а также поддержана гранта-
I ми Министерства образования РФ №Е001-120-94 (2001-2002гг.) «Развитие
< теоретических основ РФА с целью создания метрологического обеспечения
* для контроля загрязнения окружающей среды», междисциплинарного интегра-I ционного проекта № 102 СО РАН (2003-2004гг.) «Комплексное определение „ стрессовой нагрузки на растительные и грибные организмы в лесной экосисте-
* ме под воздействием атмосферных техногенных поллютантов», хоздоговорным щ контрактом НИИ биологии при Иркутском государственном университете с I Федеральным государственным учреждением «Центр агрохимической службы
«Иркутский» «Анализ гуматов на содержание бенз(а)пирена» (2003 г.). На защиту выносятся.
1. Уровни изменения кислотности и органического вещества в почвах агроэкосистем, а также накопления в них Б(а)П, фтора , ТМ (Fe, Ti, Mn, V, Zn, Pb, As, Ni) определяются спецификой источников загрязнения и использования
' почв.
2. Одним из важнейших механизмов перераспределения химических кан-J церогенов в системе почва-растение является предельный («барьерный») тип
4
t поглощения вещества растением из загрязненных почв.
8
3. Интенсивность поглощения растением вещества (Ср) при разных его концентрациях в почве (Сп) оценивается функциональными зависимостями Cp-f(Cn) и стандартизированными значениями коэффициентов биологического поглощения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Региональных, Всероссийских и Международных конференциях: Международном симпозиуме «Функции почв в биосферно-геосферных системах» (г. Москва, 2001); Межрегиональной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (г. Иркутск, 2001); VII Всероссийской школе-семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (г. Иркутск, 2001); VIII Международной конференции по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001» (г. Москва, 2002); VI Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Город. Почва. Экология.» (г. Санкт-Петербург, 2003); VIII-IX Всероссийской научно-практической конференции «Современные угрозы человечеству и обеспечение безопасности жизнедеятельности» (г. Иркутск, 2003; 2004); V Всероссийской конференции* «Экоаналитика-2003» (г. Санкт-Петербург, 2003); Научно-практической конференции «Качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск, 2004); IX Международной школе-семинаре «Люминесценция и лазерная физика» (г. Иркутск, 2004).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 160 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, содержит 11 рисунков и 29 таблиц. Список литературы включает 158 наименований.
Автор выражает благодарность за анализ образцов почв и растений на содержание ТМ к.х.н. О.М. Карпуковой, к.х.н. Е.Н. Коржовой и сотрудникам лаборатории рентгенофлуоресцентного анализа, а также профессору, д.т.н. А.Н. Смагуновой за консультации в практических и теоретических вопросах, д.б.н. Л.В. Помазкиной и ее сотрудникам за часть предоставленных образцов почв, к.ф.-м.н. Э.Э. Пензиной за помощь в проведении аналитической работы.
9
Особую признательность выражаю организаторам и научным руководителям к.х.н. Л.И. Белых и профессору, д.б.н. В.А. Серышеву за оказанное внимание и помощь в ходе экспериментальных работ, советы и критические замечания при подготовке и написании диссертационной работы.
10
ГЛАВА 1. БЕНЗ(А)ПИРЕН И СОПУТСТВУЮЩИЕ ЕМУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
(ОБЗОР)
1.1. Основные физико-химические свойства Биологическая активность
Группа ПАУ (полиарены) представляет собой органические соединения с конденсированными бензольными кольцами, в большинстве бесцветные или слабо окрашенные кристаллы, у которых температура плавления и кипения растет с увеличением молекулярной массы (Геннадиев, 1996; Ровинский, 1988). Это - гидрофобные вещества с высоюши коэффициентами распределения в системе октанол:вода и низкой растворимостью в воде. Например, по разным данным растворимость Б(а)П колеблется от 0,5 до 12
Являясь оптически активными, ПАУ способны люминесцировать и поглощать кванты света. Реакционная способность их очень разнообразна - окисление, димеризация, комплексообразование, которые сильно зависят от таких факторов, как концентрация, температура, наличие окислителей, металлов и других. Многие ПАУ превращаются под действием сильных концентрированных кислот, окислителей, токов высокой частоты, ультразвука, ультрафиолетового и рентгеновского излучения. При окислении полиаренов образуются ди-гидродиолы, эпоксиды, фенолы, хиноны с более выраженной биологической и химической активностью, чем исходные соединения (Дикун, 1990; Кирсо, 1988).
Насчитываются сотни соединений ПАУ. Агентство по охране окружающей среды США (U.S. EPA) и Европейское бюро стандартов (EEC) из 129 наиболее опасных загрязняющих веществ выделили для контроля 16 ПАУ. Их структура, физико-химические параметры, канцерогенная активность приведены в табл. 1.1 (Кирсо, 1988; Nair, 1982; Nisbct, 1992). По некоторым Европейским стандартам питьевой воды из 16 контролируются только 6 соединений: флуоран-тен, бенз(Ь)флуорантен, бенз(к)флуорантен, бенз(а)пирен, 6eH3(ghi)nepimeH, индено(1,2,3-сс[)пирен. В нашей стране было предложено (Ровинский, 1988)
Таблица 1.1 Структура и основные физико-химические свойства, канцерогенная активность 16 стандартных полициклических ароматических углеводородов
Номер
Полициклические ароматические углеводороды (сокращение)
Структура
Молекулярная масса
Температура, °С
плавл.
кип.
Растворимость в воде, мкг/л
log
кРс
Канцерогенная активность
качественная
количественная
2 3 4 5 6
7 8 9 10
и
12 13
2-х ядерные Нафталин (Н) 3-х ядерные Аценафтен (Ац-ен) Аценафтилен (Ац-лен) Флуорен (Ф) Фенантрен (Фен) Антрацен (А) 4-х ядерные Флуорантен (Фл) Пирен (П)
Бенз(а)антрацен (Б(а)А) Хризен (Хр) 5-ти ядерные
Бенз(в)флуорантен (Б(в)фл) Бенз(к)флуорантен (Б(к)фл) Бенз(а)пирен (Б(а)П)
128
154 152 166 178 178
202 202 228 228
252 252 252
80
96
92
116
101
216
111 149 158
225
167 217 179
218
279 265 293 340 340
360 400
480 496
31700
3930 16100 1980 1290 73
260 96 14 6
1,2
0,55
0,5-12
3,37
4,33 4,07 4,18 4,46 4,45
5,33 5,32 5,61 5,61
6,57 6,84 6,04
0,001 0,001 0,001 0,001 0,01
0,001 0,001
0,01
ол
0,1
1
Окончание таблицы 1.1
Номер Полициклические ароматические углеводороды (сокращение) Структура Молекулярная масса Температура, °С Растворимость в воде, мкг/л log Канцерогенная активность
плавл. кип. качественная количественная
14 15 16 Дибенз(а, Ь)антрацен (ДБ(а, h)A) 6-ти ядерные « я 278 276 276 262 273 163 465 511 0,5 0,26 62 5,97 7,23 7,66 +++ 1 0,01 0,1
Eem(g, h, 1)перилен (БПер) Индено(1,2,3^)пирен (ИП)
Примечание. Канцерогенность: (-) - нет; (±) - сомнительная, (+) - слабая, (++) - средняя, (+++) — высокая, (++++) - очень высокая; log КРС — логарифм коэффициента распределения ПАУ в системе октанол:вода.
13
выделить в качестве индикатора группы ПАУ - Б(а)П, как самый сильный, довольно устойчивый и всегда определяемый в объектах среды канцероген. Его доля в общем спектре наблюдаемых ПАУ составляет 1-20 % от суммарного количества. Вклад же в канцерогенную активность значительно выше - 40-100 %. В настоящее время вопрос о контроле только одного Б(а)П (стандарт России) или всех 16 ПАУ (нормы США, ЕС) остается дискуссионным.
Проявление разнообразных биологических свойств - от онкогенных (канцерогенных) до тератогенных, биостимуляторных, геномоптимизирующих, иммунодепрессивных, мутагенных, токсикогенных — позволило определить ПАУ как химические трансформеры (Слепян, 1979). К настоящему времени накоплен огромный материал по влиянию различных ПАУ, особенно Б(а)П, на растения, бактерии, грибы, животных и человека. Оно выражается в образовании разных патологий, злокачественных новообразований как местного так и отдельного действия (Дикун, 1990; Ильницкий, 1985).
В ряде исследований (Галушкин, 1993; Ильницкий, 1985) установлено, что Б(а)П оказывает неспецифическое действие на биоценоз, в частности на биологическую активность почвы. Так, при концентрации Б(а)П 40 мкг/кг почвы проявляется достоверное влияние на сапрофитные микроорганизмы, количество которых резко снижается, а также на грибы, количество которых, наоборот, резко увеличивается. При высоких концентрациях Б(а)П отмечается и слабое угнетающее действие на споровые бактерии, тормозятся процессы самоочищения почвы от группы кишечной палочки. В загрязненной Б(а)П почве отмечается тенденция к увеличению численности микроскопических грибов. Реакция микроорганизмов усиливается пропорционально увеличению концентрации канцерогена в почве. Процесс нитрификации зависит от концентрации Б(а)П. При его содержании в почве до 1000 мкг/кг отмечается стимулирующее влияние на нитрифицирующие бактерии, особенно выраженное при 100 мкг/кг. При концентрациях Б(а)П в почве более 1000 мкг/кг появлялось некоторое угнетение процесса.
14
У растений, как показано в работах (Дуршимидзе, 1979; Крестовская, 1979; Новожилов, 1979; Наумова, 1979; Frank, 1974; Xiao-Dong, 1995 и др.) Б(а)П и другие ПЛУ вызывают ряд патологических реакций: гипертрофию клеток с нарушением их организации, конфигурации и деформации, строение микросом, торможение и подавление митоза, различные проявления некроза и некробиоза, а также изменение нормального содержания хлорофилла, интенсивности фотосинтеза и другие. Патологические процессы большей частью локализованы. При увеличении интенсивности воздействия и при его осуществлении на протяжении критических периодов онтогенеза, они пространственно объединяются и генерализуются, что приводит к возникновению у растений болезней. Например, одновременно возникают пороки развития и строения наземных и подземных органов, проявляется пестролистность и др. (Ильницкий, 1985).
К неспецифическим действиям Б(а)П относят стимулирующий эффект на растительные организмы. При малых концентрациях он обладает свойствами гормона роста (Ильницкий, 1985). Так, при концентрации Б(а)П 10-20 мкг/л в питательном растворе наблюдалось ускорение роста и развития почвенных и гидрокультур табака, ржи, кольраби.
В зависимости от источников загрязнения совместно с ПЛУ в компоненты биосферы поступают и другие загрязняющие вещества (ЗВ). Остановимся на наиболее распространенных - фторидах и ряде тяжелых металлов (ТМ).
Фтор — распространенный элемент в земной коре, изучению которого в последнее время уделяется большое внимание (Помазкина, 2002; 2004; Ермолов, 2003; Иванов, 2003; Гришко, 1996; Евдокимова, 2003 и др.). В почвах фтор может находиться в различных формах: валовые^ водо- и легкорастворимые. Вследствие своей биологической активности фтор проявляет токсические свойства (ГОСТ 17.4.1.02-83). Для него характерен резкий переход от физиологически необходимых концентраций до вредных. При контроле уровня загрязнения почв недостаточно знание валового содержания фтора. Биогеохимическую активность токсиканта предпочтительно оценивать по водорастворимой
15
форме, как наиболее миграционноспособной и доступной для растений (Волошин, 2003).
Различные концентрации фторидов по разному оказывают влияние на почвенный и растительный мир. Так, низкие концентрации фторидов в почвах увеличивают подвижность гумусовых кислот, активируют биогеохимические превращения, что проявляется в усилении эмиссии СОг в атмосферу, повышении минерализации азота (Помазкина, 2001; 2002; 2004). В то же время высокие концентрации фтора вызывают угнетение биогеохимических реакций и нарушение азотного режима - наблюдается снижение интенсивности процессов азотфиксации и нитрификации с увеличением доли аммиачного азота и газообразных потерь элемента (Помазкина, 2004; Шелепова, 2003). Высокие концентрации ионов фтора ведут к ингибированию ряда ферментных реакций, а также к связыванию биогенных элементов (фосфора, кальция, магния и др.), что приводит к нарушению их баланса и в живых организмах (Белозерцева, 2003).
Увеличение содержания растворимых форм фторидов в почвах, особенно характерное для техногенного загрязнения, оказывает токсичное действие на почвенную микрофлору, что было доказано в ряде исследований и на модельных опытах с фоновыми почвами (Гришко, 1996). Изменяется<• ее структура: при неизменной* биомассе и численности бактерий, наблюдается увеличение количества анаэробных и споровых бактерий, снижение численности грибов и актиномицетов, во флористическом составе водорослей преобладают одноклеточные зеленые, увеличивается доля денитрифицирующих микроорганизмов при стабильном количестве нитрификаторов (Евдокимова, 2003; Гришко, 1996 а;). Кроме того, вследствие угнетения микроорганизмов заторможен процесс разложения подстилки (Давыдова, Волкова, 1988). Уменьшается скорость деструкции мочевины, целлюлозы (Гришко, 1996).
Среди наиболее значимых влияний фтора, поступающего из атмосферы, на метаболизм различных растений следует назвать следующие: расстройство респираторной деятельности; снижение ассимиляции (питательных веществ); уменьшение содержания хлорофилла; повреждение клеточных мембран, инги-
16
бирование процессов фотосинтеза, роста корней и др. (К.-Пендиас, 1989; Sutti, 1975;Impens, 1980).
Из рассматриваемых ЗВ в наибольшей степени изучены ТМ. Это — группа химических элементов, имеющих плотность 4,5 г/см3 (Барышников, 1997) или более 5 г/см3 (Алексеев, 1987). Закономерностям содержания и распределения их в агроэкосистемах посвящено много исследований (Лукин, 1999; Волошин, 2002; Ильин, 2002; Белоголова, 2004; Кашин, 1998; Барышников, 1997 и др.). Основные свойства ТМ — переменная валентность, низкая растворимость их гидрооксидов, высокая способность образовывать комплексные соединения и катионная активность (Рэуце, 1986).
Биологические воздействия ТМ зависят от природы и концентрации сопутствующих элементов. Например, действие металлов может быть ослаблено при условии достаточного поступления в организм Са, Fe, Se, Mg (Алексеев, 1987). Доказано, что ТМ'конкурируют между собой. Например, Си является антагонистом Hg и Pb, Zn конкурирует с Hg, Pb, Mn, Co. Отмечен синергизм Си и Мп, Со и Fe, Pb и Мп.
Металлы по разному оказывают влияние на свойства почв, рост и развитие растений. В качестве наиболее общих проявлений стресса, обусловленного избытком ТМ, выделяют повреждение мембран, изменение активности ферментов, ингибирование роста корней. Отмеченные нарушения ведут к целому ряду вторичных эффектов, таких, как гормональный дисбаланс, дефицит необходимых элементов, ингибирование фотосинтеза, нарушение передвижения фото-ассмилянтов, изменение водного режима и другие. Они, в свою очередь, усугубляют рост растений и снижают их продуктивность (Агроэкологическая характеристика, 2002). Металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения их относительной атомной массы (Кабата-Пендиас, 1989).
Таким образом, изучаемые ЗВ, различающиеся по своим физико-химическим свойствам и биологическим воздействиям, способствуют проявлению ряда отрицательных явлений в почвах и растениях. Все вещества прояв-
17
ляют токсический эффект на почвенную микрофлору — изменяется ее состав и структура, но по-разному. Например, при действии фтора и ТМ наблюдается снижение численности грибов, при действии Б(а)П, наоборот, - увеличение. Среди общих воздействий на растения можно отметить, например, ингибиро-вание процессов фотосинтеза и повреждение клеточных структур. Но в отличие от фтора и ТМ, Б(а)П вызывает более глубокие повреждения последних, приводя к изменению строения микросом, процессов деления клеток.
1.2. Источники загрязнения
Во многих обзорах и монографиях (Безуглая, 1991; Ильницкий, 1985; Янышева, 1979; Slooff, 1989) изучены источники загрязнения почвенно-растительного покрова ПАУ, фтором и ТМ. В монографии Ю.Е. Саета с соавторами (1990) детально рассмотрены основные пути поступления (преобразования) ЗВ в агроэкосистемы. Среди них выделяются:
/. Природные (абиогенные), которые возникли и возникают в природе в ходе естественных процессов без и при участии живых организмов. Они формируют фоновое содержание ЗВ в биосфере. К ним относят - вулканическую деятельность (Ильницкий, 1985), эрозионные процессы, космохимический путь (Слепян, 1979), выветривание горных пород и минералов, процессы деструкции нефте-, угле-, и сланцеобразования, пожары, а также возможность биогенного синтеза (Ильницкий, 1985), например микроорганизмами. Таким образом, ежегодно в биосферу могут поступать тысячи тонн ЗВ природного происхождения.
2. Агрогенные и агротехногенные, которые связаны с воздействием на агроэкосистемы стандартных технологических циклов сельскохозяйственного (с-х.) производства. Среди них выделяются:
агротехническая обработка почвы - сопровождается уплотнением почвы, ее взаимодействием с орудиями механической обработки и с выхлопами транспортных средств. Например, в работе (Яковлев, 1982) показано, что дви-