ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ЗАПАДНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Металлами, относящимися по рекомендации ведущих токсикологов ЮНЕП (программа ООН по окружающей среде) и ЕРА (агентство по защите окружающей среды, США) к числу наиболее опасных загрязнителей относятся Be, Al, Cr, Ni, As, Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, Co, Ag, Ba, Ti [1].

В настоящее время в районах, где расположены промышленные предприятия, а также в местах интенсивного использования осадков сточных вод в сельскохозяйственном производстве в почвах накапливаются избыточные количества тяжелых металлов [2].

Проблема загрязнения растений тяжелыми металлами, вследствие интенсивного развития промышленности и автотранспорта обостряется еще и в связи с тем, что почва является не единственным источником поступления их в растения. Тяжелые металлы могут поступать в растения непосредственно из атмосферы [3].

В связи с увеличивающимся загрязнением биосферы особый интерес и важное практическое значение имеет, с одной стороны, познание механизмов и закономерностей поведения и распределения тяжелых металлов в окружающей среде, с другой стороны, тот факт, что свыше 90 % всех болезней человека прямо или косвенно связано с состоянием окружающей среды, которая является либо причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию.

Тяжелые металлы нарушают нормальный ход биохимических процессов, влияют на синтез и функции многих активных соединений: ферментов, витаминов, пигментов. При высоких концентрациях тяжелых металлов (кадмий, свинец, медь, цинк) происходит снижение количества хлорофилла в листьях растений, вследствие ингибирования синтеза магний-порфирина. Под действием тяжелых металлов снижается содержание фосфора, кальция, магния в растениях, при этом тяжелые металлы тормозят синтез фосфорорганических соединений клетки. Тяжелые металлы поступают в почву в форме различных соединений (карбонатов, сульфатов) с ограниченной растворимостью. Поэтому только часть из них может быть усвоена растениями.

Для растений представляет опасность, так называемая доступная форма, которая может быть усвоена непосредственно через корневую систему. Доступными считаются те формы соединений тяжелых металлов, которые переходят в вытяжку азотной кислоты. Именно эти формы тяжелых металлов поступают из почвы в растения и оказывают на них токсическое действие [4].

Цинк. Наиболее распространенные формы в окружающей среде –Zn2+. Степень токсичности – низкая. Токсические эффекты – рвота при приеме больших доз. Источники поступления в окружающую среду – сплавы, металлические покрытия, металлургия, рудные воды. Содержание цинка в подстилках и органогенных горизонтах изучаемых почв равнинных территорий варьирует в диапазоне значений от 9 до 36 мг/кг, в горных – от 31 до 54 мг/кг. Степень обогащения цинком на суглинистых породах более высокая, чем на песчаных отложениях.

Свинец. Наиболее распространенные формы в окружающей среде – Pb2+.

Степень токсичности – очень высокая. Токсические эффекты – анемия, почечная недостаточность, заболевания мозга, может заменять кальций в костях. Источники поступления в окружающую среду – свинцовые трубы, краски, металлургия.

Кадмий представляет собой один из самых опасных токсикантов (токсичнее свинца). Кадмий опасен в любой форме. Доза в 30-40 мг смертельна. Наиболее распространенные формы в окружающей среде – Cd2+. Степень токсичности – очень высокая. В природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах, поэтому его отравляющее действие выявлено лишь недавно. Он содержится в мазуте и дизельном топливе, сплавах (в качестве присадки), гальванических покрытиях, кадмиевых пигментах (используемых в производстве лаков, эмалей, керамики), пластмассах (как стабилизатор), электрических батарейках, серебряно-кадмиевых аккумуляторах, сигаретном дыме. Токсические эффекты – появление белка в моче, почечнокаменная болезнь, гипертония, уменьшение гемоглобина в крови, накапливающийся яд, разрушение нервной системы [5].

В связи с вышесказанным, определение тяжелых металлов в водных, почвенных и растительных образцах представляется актуальным.

Целью данной работы явилась определение тяжелых металлов в водных и почвенных образцах и поглощение их растениями.

Анализ образцов на содержание цинка, свинца и кадмия выполнен в аккредитованной лаборатории биогеохимии и экологии Западно-Казахстанского государственного университета им. М. Утемисова. Отбор образцов был произведен в зимний и весенний периоды 2012 г. Были взяты водные, почвенные и растительные образцы рек Урал, Чаган и образцы с территории учебного корпуса. В качестве водных образцов с территории учебного корпуса была взята водопроводная вода. Содержание тяжелых металлов было определено на приборе - анализатор жидкости вольтамперометрический «Экотест-ВА». Подготовка водных и почвенных образцов проводилась методом минерализации «до влажных солей», растительные образцы – методом «мокрого озоления».

Метод инверсионной вольтамперометрии основан на проведении измерений в растворе предварительно подготовленной пробы воды. Предварительную подготовку проводят с целью устранения мешающего влияния матрицы пробы и органических веществ.

Метод основан на свойстве определяемых элементов электрохимически или путем адсорбции накапливаться на индикаторном электроде из анализируемого раствора (фоновый электролит и подготовленная проба), а затем электрохимически окисляться при определенном потенциале, характерном для каждого элемента. Процесс накопления элементов на индикаторном электроде проводят при заданных значениях потенциала и времени электролиза. Электроокисление определяемых элементов с поверхности электрода проводят в режиме меняющегося потенциала (линейном или другом) при заданных параметрах.

Вольтамперограмма регистрирует аналитические сигналы (максимальные анодные или катодные токи) определяемых элементов. Потенциал максимума сигнала тока идентифицирует конкретный элемент. Максимум сигнала тока прямо пропорционально зависит от концентрации определяемого элемента. Массовые концентрации элементов в пробе анализируемой воды определяли по методу добавок АС определяемых элементов [6].

Нами было определено содержание вышесказанных металлов в водных, почвенных и растительных образцах р.Урал. Результаты анализа представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что из почвы растениями поглощается 10 % цинка, 20 % свинца и лишь 1,3 % кадмия, что говорит о низкой кумулятивной способности кадмия. Низкий индекс аккумуляции свидетельствует о слабом биологическом поглощении этого элемента из почвы. Возможно, это объяснимо тем, что в процессах метаболизма в растениях образуются разнообразные органические соединения с хелатирующими свойствами. При проникновении химических элементов в корни происходит их связывание и как следствие снижение подвижности. Содержание тяжелых металлов в водных образцах значительно меньше, чем в почвенных и растительных образцах.

Таблица 1 - Содержание определяемых показателей в водных, почвенных

и растительных образцах р.Урал

Нами было определено содержание тяжелых металлов в водных, почвенных и растительных образцах р. Чаган. Результаты анализа представлены в таблице 2. Из таблицы видно, что содержание цинка, кадмия и свинца в растениях составляет 21, 7 и 22 %, соответственно от их содержания в почве.

Таблица 2 - Содержание определяемых показателей в водных, почвенных

и растительных образцах р. Чаган

Также нами было определено содержание тяжелых металлов в водных, почвенных и растительных образцах на территории учебного корпуса. Результаты анализа представлены в таблице 3. Из таблицы видно, что содержание цинка, кадмия и свинца в растениях составляет 14, 4 и 22 %, соответственно от их содержания в почве.

Таблица 3 - Содержание определяемых показателей в водных, почвенных

и растительных образцах на территории учебного корпуса

Содержание тяжелых металлов во всех водных образцах не превышает предельно-допустимых концентраций. Наблюдается лишь превышение содержания кадмия в почвах близ р. Урал и составляет 1,4 ПДК, в остальных почвенных образцах не превышает предельно-допустимых концентраций. Во всех исследуемых растительных образцах содержание вышеназванных тяжелых металлов находится в пределах ПДК.

Таким образом, определяемые показатели токсичных металлов – цинка, кадмия и свинца во всех исследуемых образцах (за исключением содержания кадмия в почве) позволяют судить об удовлетворительном состоянии водоемов, их назначении в рыбохозяйственных целях, пригодности, как среды обитания для многих гидробионтов. Водопроводная вода соответствует требованиям, предъявляемым к питьевым водам. Образцы с повышенным содержанием тяжелых металлов являются объектом исследования при региональном мониторинге.

Литература:

1. I. Mc. Kinney, R. Rogers Metal Boavailability // Envor. Sci.Technol., Vol. 26, 7(1992) 1288.

2. Алесеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Ленинград, Агропромиздат.-1987.-142 с.

3. Соколов О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие.-Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН.-1999.-164 с.

4. Wallace A. Excess trace metal effects on calcium absorption in plants // Commun. Soil Sci. and Plant Anal.1979.- №1-2. P.473-477.

5. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта.- М.- 1999.-768 с.

6. ГОСТ Р 52180-2003 Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии.

Научный руководитель: Нина Константиновна Череватова,

к.х.н., профессор кафедры химии Западно-Казахстанского государственного университета имени М. Утемисова