Воздействие соединений тяжелых металлов на наземные биоценозы

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный  технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

 

                                                                                           Кафедра Экология

 

 

 

Курсовая работа

по  дисциплине «Техногенные системы и экологический риск»

на тему:

«Воздействие соединений тяжелых металлов на наземные биоценозы»

 

 

Выполнила:

Студенка группы ЭКЛ-41

Кочеева С.

 

 

Проверила:

Профессор кафедры «Экология», д.х.н. Губина Т. И.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                  (подпись)

Члены комиссии:

Зав. кафедрой д.б.н., проф. Тихомирова Е.И.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                   (подпись)

Доцент, к.х.н. Косарев А. В.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                   (подпись)

 

Саратов – 2013

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Основная часть………………………………………………………………….....4

1. Воздействие соединений тяжелых металлов на почву……………….….4
2. Воздействие соединений тяжелых металлов на растения……………….6
3. Аккумуляция соединений тяжелых металлов грибами………………….9

Заключение……………………………………………………………………….11

Список использованных источников…………………………………………..12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Введение

 

  Увеличение численности населения и высокие темпы экономического развития стран приводят к существенному нарушению равновесия между деятельностью человека и окружающей средой. В связи с этим все больше обостряются проблемы химического загрязнения наземных биоценозов, что приводит к острым экологическим ситуациям. Огромные площади земли загрязняются соединениями тяжелых металлов.  Почвенный покров является важнейшим компонентом наземного биоценоза. Главные функции и свойства почвы проявляются в ее плодородии и способности производить органическую биомассу. Почвенный покров выполняет функцию биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено будет разрушено, то и функционирование наземных биоценозов нарушится. Поэтому необходимо изучать состояние почвы и ее изменение под влиянием антропогенной деятельности. Главная опасность загрязнения почвенного покрова соединениями тяжелых металлов заключается в том, что они, попадая в почву, накапливаются в растениях и аккумулируются в грибах. Все это обуславливает актуальность проблемы моей курсовой работы. Цель исследования работы заключается в изучении влияния соединений тяжелых металлов на наземные биоценозы, в том числе почву, растения и грибы.

 

 

 

 

 

 

3

Основная часть

 

1 Воздействие соединений тяжелых металлов на почву

   В связи с высокими темпами развития промышленности, появилась необходимость в глубоком изучении химических соединений, накопление которых в наземных биоценозах в высоких концентрациях непосредственно связано с деятельностью человека. Интенсивное сельскохозяйственное и промышленное использование природных ресурсов вызвало существенное изменение циклов тяжелых металлов. Изменились направления и темпы миграции данных элементов, переместились их зоны выноса и накопления. Для соединений металлов не существует механизмов самоочищения - они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуют с различными категориями живых организмов и оставляют негативные последствия. [2]

 

   Почва, являясь главным компонентом наземных биоценозов, аккумулирует соединения тяжелых металлов и контролирует их перенос. В почву тяжелые металлы могут попасть из атмосферы в виде аэрозолей, входящих в состав выбросов промышленных предприятий, а также с дождем, снегом и оросительной водой. Максимальное содержание соединений тяжелых металлов в почвенных покровах наблюдается примерно в радиусе 1-5 км от источников загрязнения.  Поступление и закрепление металлов в почве не может быть равномерным. Прежде всего, это связанно с плотностью населения.  Распределение соединений тяжелых металлов в почве связано с особенностями источников загрязнения, метеорологическими особенностями региона и ландшафтной обстановке в целом.  Пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное

4

влияние на окружающую среду  будет незначительным. Но если тяжелые  металлы переходят в почвенный  раствор, то возникает опасность  загрязнения почвенного покрова  и вероятность проникновения  их в растения, а затем и ворганизм человека. Обычно водорастворимые формы тяжелых металлов представлены хлоридами, нитратами и сульфатами. Загрязнение почвы зависит от форм химических соединений в почвенном покрове;  присутствия элементов, образующих комплексные соединения с тяжелыми металлами, что противодействуют их негативному влиянию;  процессов адсорбции и почвенно-климатических условий. Таким образом, отрицательное влияние соединений тяжелых металлов на почву зависит от растворимости. Обменная адсорбция поверхности глин и гумуса способствует удержанию тяжелых металлов в почвенном покрове. Перемещение соединений тяжелых металлов в почве происходит  с жидкостью и суспензией при помощи корней растений или почвенных микроорганизмов. Подвижность тяжелых металлов в почвенном покрове усиливается с увеличением его кислотности. Вымывание глин и органического вещества приводит к миграции всех связанных с ними металлов. [4]

 

   Содержание в почве свинца находится в интервале от 0,1 до 20 мг/кг. Он негативно влияет на биологическую деятельность в почве, уменьшает численность микроорганизмов и выделения углекислого газа, а так же ингибирует активность ферментов. Свинцовая пыль оседает на поверхности почвенного покрова, адсорбируется органическими веществами, передвигается по профилю с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Из почвы свинец поступает в растения и накапливается в них. [1]

   В биосфере кобальт преимущественно рассеивается, однако существуют

5

участки почвы, где растения концентрируют кобальт, образуя  кобальтовые месторождения. Самые  бедные по содержанию  кобальта - это  песчаные почвы лесных районов. Концентрация кобальта в почвенном покрове  определяется количеством этого  элемента в составе растений данной местности. [3]

 

   Предприятия цветной и черной металлургии являются основными источниками загрязнения почвы никелем и свинцом.

   В результате поступления соединений тяжелых металлов в почву происходят следующие ее изменения:

1. деградация почвенного покрова;
2. уменьшение запасов гумуса и ухудшение его качественного состава;
3. разрушение почвенного поглощающего комплекса;
4. увеличение почвенной кислотности;
5. снижение биологической активности;
6. ухудшение почвенного плодородия;
7. нарушение оптимального соотношения макро- и микроэлементов. [7]

 

 

2 Воздействие соединений тяжелых металлов на растения

   Растительная пища является главным источником поступления соединений тяжелых металлов  в организм человека и животных (от 40 до 80 %). Следовательно, здоровье человека в значительной степени зависит от уровня

6

накопления металлов в  растениях, используемых в пищу. Химический состав растений главным образом  отражает элементный состав почв. Поэтому  большие концентрации соединений тяжелых  металлов в  растениях обусловлены, прежде всего, их высоким содержанием  в почвенных покровах. Растения в  процессе своей жизнедеятельности  контактируют только с доступными формами  тяжелых металлов.  Однако,  у них есть свои физиолого-биохимические механизмы, препятствующие поступлению соединений тяжелых металлов.  Устойчивость растений к избытку тяжелых металлов проявляется по-разному. Одни растения могут накапливать высокие концентрации соединений тяжелых металлов, но проявлять устойчивость к ним. Другие же стремятся снизить их поступление за счет использования своих барьерных функций. К таким функциям относятся, в первую очередь, корни, затем, листья и стебли, и, наконец, семена и плоды. [9]

Кобальт в растениях

Кобальт применяют в сельском хозяйстве как микроудобрение. Известковые  почвы снижают поступление кобальта в растения, а содержание фосфора  в почвенном покрове,  наоборот, его усиливает. Использование солей  кобальта в качестве удобрений способствует ускорению созревания ячменя, повышению  урожая семян красного клевера и  увеличению содержания жира с семени льна. При небольших концентрациях  кобальта в почве повышается урожайность  сахарной свеклы и винограда   [6]

 

Марганец в  растениях

В почве марганец находится  в среднем в количестве 0,085%. Марганец является катализатором процессов  дыхания у растений и  принимает  участие

7

в процессе фотосинтеза. Благодаря  высокому окислительно-восстановительному потенциалу марганца, он играет такую же важную роль для растительных клеток, как железо — для животных. Под влияние марганца у гибридных сеянцев миндаля на 6 лет ускоряется срок первого плодоношения. Из-за недостатка в почвенном покрове марганца у растений могут появиться на листьях пятна, которые в дальнейшем переходят в очаги отмирания. Так же может произойти задержка роста растения или его гибель. 

 

 

 Медь в растениях 

В почве медь находится  в количестве 0,002%. Она способствует синтезу в растениях железосодержащих ферментов, в частности пероксидазы. При недостатке меди у плодовых деревьев наблюдается суховершинность и экзантема. Такие признаки проявляются в основном у цитрусовых, яблонь, груш и слив.  У травянистых растений недостаток меди приводит к подсыханию кончиков листьев и задержке в формировании репродуктивных органов. Применение медных удобрений приводит к повышению урожайности и качества сельскохозяйственных продуктов. Возрастает количество белка в зерне и содержание витамина С и каротина в плодах и овощах. [10]

 

Цинк в растениях

В почве цинк находится  в количестве 0,005%. Он необходим растениям  для образования дыхательных  ферментов. Недостаток цинка приводит к снижению ростового гормона  в растениях – ауксина. Недостаточность  цинка распространена у плодовых и хвойных растениях. Это проявляется в мелколистности и деформировании плодов; зеленая окраска сохраняется

8

только у основания  листа, а остальная часть становится белой; у хвойных растений хвоя на концах побегов приобретает бронзовую  окраску. Использование цинковых удобрений  повышает урожайность сахарной свеклы, овса, клевера, льна, пшеницы, кукурузы. [5]

 

 

3 Аккумуляция соединений тяжелых металлов грибами

   Одним из важнейших компонентов наземных биоценозов являются грибы. Они имеют широкий спектр биосферных функций, среди которых самым существенным является разложение органических веществ. Одни грибы способны в значительных количествах аккумулировать микроэлементы из почвенного покрова, другие же являются биоиндикаторами, так как они очень чувствительны к изменениям условий окружающей природной среды. Грибы могут интенсивно аккумулировать соединения тяжелых металлов, а к некоторым из них имеют специфическое сродство. Они могут накапливать кадмий, цинк, ртуть. Причем в некоторых грибах ртути может быть в 550 раз больше, чем в почве, на которой они произрастают. Соединения тяжелых металлов негативно влияют на биохимический аппарат грибов. А их употребление в пищу приводит к тяжелым отравлениям организма человека.

 

   На территории России концентрация тяжелых металлов в большинстве видов грибов близка к нормальной. Более высокое содержание соединений тяжелых металлов в грибах связано с наличием подвижных форм элементов в почвенном покрове. Концентрация макро- и микроэлементов в шляпках гриба больше, чем в ножках, так как там наиболее интенсивно проходят обменные процессы. В молодых грибах содержание тяжелых металлов

9

 

обычно больше, чем в  старых. Например, лисички способны накапливать в себе свинец, а он отрицательно влияет на печень и костные ткани организма человека. Грузди и дождевики поглощают из почвенного покрова медь. Употребление таких грибов в пищу может привести к сильным головным болям.  Сыроежки могут накапливать в себе цинк, что может спровоцировать тяжелые отравления. Белые грибы и шампиньоны могут аккумулировать ртуть, а она в свою очередь отрицательно влияет на почки и нервную систему. Подберезовик накапливает кадмий, который ослабляет нервную систему человека. [8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

Заключение

   Тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных для окружающей природной среды загрязняющих химических веществ. Это связано с глобальным развитием современной промышленности и физиолого-биохимическими особенностями соединений  тяжелых металлов.  Самое важное действие тяжелых металлов заключается в том, что они передаются по трофическим цепям,  а так же обладают выраженным кумулятивным эффектом и проявляют токсичность.  Потребительское отношение к окружающей среде приводит к возрастанию поступления тяжелых металлов в наземные биоценозы и накоплению токсикантов в них. А в ряде некоторых биоценозов концентрация соединений тяжелых металлов достигает опасных уровней.  Однако, определенное содержание  тяжелых металлов в растениях приводит к повышению их урожайности и плодоношения.  Но при употреблении человеком растительной пищи с высокой концентрацией токсикантов, могут возникнуть необратимые проблемы со здоровьем.