Особенности биогеохимического круговорота в агроландшафтах.

 

Коэффициент водной миграции.

   В. Б. Полыновым было предложено  сопоставление содержания элемента  в составе вод к кларку данного  элемента. Количественно данное  отношение выражается через коэффициент  водной миграции.

К_х=m_х*100 / а*n_х

где К_х — коэффициент водной миграции элемента х; т_х — содержание элементах в речной воде в г/л, а — сумма минеральных веществ, содержащихся в воде данной реки, в г/л; п_х — среднее содержание элемента х в горных породах бассейна рассматриваемой реки в %.

Для оценки интенсивности водной миграции используют следующие градации:

Интенсивность миграции	Величина Кх
Очень подвижные мигранты Легко подвижные Подвижные мигранты Инертные и слабоподвижные	n*10-n*1000 n-n*10(n<2) 0, n- n(n<5) 0,0n- и менее

 

Элемент хром имеет среднее значение миграции.[1,c93]

 

 

 

 

2. Особенности круговорота в агроландшафтах.
1. Значение элемента для сельскохозяйственных культур

 

Растительная пища является основным источником поступления ТМ в организм человека и животных. По разным данным (Панин, 2000; Ильин, Сысо, 2001), с ней поступает от 40 до 80 % ТМ, и только 20-40 % - с воздухом и  водой. Поэтому от уровня накопления металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени  зависит здоровье населения.

Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление ТМ растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами  ТМ, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью  почв. Однако, способность почв связывать  и инактивировать ТМ имеет свои пределы, и когда они уже не справляются  с поступающим потоком металлов,  важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.

Механизмы устойчивости растений к избытку ТМ могут проявляться  по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации ТМ, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступление  путем максимального использования  своих барьерных функций. Для  большинства растений первым барьерным  уровнем являются корни, где задерживается  наибольшее количество ТМ, следующий  – стебли и листья, и, наконец, последний – органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции (чаще всего семена и плоды, а также корне- и клубнеплоды и др.).

Хром относится к числу  элементов, жизненно необходимых животным организмам. Основные его функции - взаимодействие с инсулином в процессах углеводного обмена, участие в структуре и функции нуклеиновых кислот и, вероятно, щитовидной железы (Авцын и др., 1991). Растительные организмы положительно реагируют на внесение хрома при низком содержании в почве доступной формы, однако вопрос о незаменимости элемента для растительных организмов продолжает изучаться.

Токсичное действие металла  зависит от валентности: шестивалентный катион гораздо токсичнее трехвалентного. Симптомы токсичности хрома внешне проявляются в снижении темпов роста  и развития растений, увядании надземной  части, повреждении корневой системы и хлорозе молодых листьев. Избыток металла в растениях приводит к резкому снижению концентраций многих физиологически важных элементов, в первую очередь К, Р,Fe, Mn, Cu.

Хром в концентрации 200-500 мг/кг приводит к ухудшение роста и развития растений, увядание надземной части, повреждение корневой системы, хлороз молодых листьев, резкое снижение содержания в растениях большинства незаменимых макро- и микроэлементов (К, Р, Fe, Mn, Cu, B и др.).

 

2.2 Содержание хрома для почв

Наибольшие концентрации среди  магматических горных пород характерны для ультраосновных и основных (1600-3400 и 170-200 мг/кг соответственно), меньшие  – для средних пород (15-50 мг/кг) и наименьшие – для кислых (4-25 мг/кг). Среди осадочных пород  максимальное содержание элемента обнаружено в глинистых осадках и сланцах (60-120 мг/кг), минимальное – в песчаниках и известняках (5-40 мг/кг). Содержание металла в почвообразующих породах разных регионов весьма разнообразно. В европейской части бывшего СССР его содержание в таких наиболее распространенных почвообразующих породах, как лессы, лессовидные карбонатные и покровные суглинки, составляет в среднем 75-95 мг/кг. Почвообразующие породы Западной Сибири содержат в среднем 58 мг/кг Cr, причем его количество тесно связано с гранулометрическим составом пород: песчаные и супесчаные породы - 16 мг/кг, а среднесуглинистые и глинистые – около 60 мг/кг.

В почвах большая часть хрома  присутствует в виде Cr³⁺. В кислой среде ион Cr³⁺ инертен, при рН 5,5 почти полностью выпадает в осадок. ИонCr⁶⁺ крайне не стабилен и легко мобилизуется как в кислых, так и щелочных почвах. Адсорбция хрома глинами зависит от рН среды: при увеличении рН адсорбция Cr⁶⁺ уменьшается, а Cr³⁺ увеличивается. Органическое вещество почвы стимулирует восстановление Cr⁶⁺ до Cr³⁺.

Природное содержание хрома в почвах зависит главным образом от его  концентрации в почвообразующих  породах, а распределение по почвенному профилю – от особенностей почвообразования, в частности от гранулометрического  состава генетических горизонтов. Среднее  содержание хрома в почвах – 70 мг/кг. Наибольшее содержание элемента отмечается в почвах, сформированных на богатых  этим металлом основных и вулканических  породах. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Эндемические заболевания связанные с избытком и недостатком хрома.

 

   Уровень содержания ТМ в почве, при котором происходит снижение продуктивности растений в 5-6 раз называется токсичным. Тяжелый металлы нарушают ход биогеохимических процессов и влияют на синтез ферментов и витаминов. При высоких концентрациях хрома происходит снижение хлорофилла, а так же снижается поступление железа у таких культур как клевер, ячмень. Поэтому следует проводить постоянный мониторинг за состоянием почвенного покрова и растительности с целью избежания загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции.

   Для растений опасна так  называемая доступная форма элемента, которая может быть усвоена  непосредственно через корневую  систему, именно эта форма поступает  из почвы в растения и оказывает  на них токсичное действие.

   В живых организмах ТМ  играют двоякую роль. В малых  количествах они входят в состав  биологически активных веществ,  регулирующие нормальный ход  жизнедеятельности организмов. Нарушение  этих концентраций приводит к  отрицательным и катастрофическим  последствиям для живых организмов.[3,с139]

Роль в жизни  растений

    Содержание хрома в растениях составляет в среднем 0,005% (по массе). Хром обнаружен во многих овощах, ягодах, фруктах, в некоторых лекарственных растениях (сушеница топяная, гинкго билоба, мелисса и др.). Сверхнакопителем хрома является лобелия вздутая.

Роль в жизни  животных и человека

    В организме животных среднее содержание хрома составляет 0,0001% (по массе). При дефиците хрома у животных нарушается способность включения 4 аминокислот (глицина, серина, метионина и  
-аминомасляной кислоты) в сердечную мышцу.

   В организме человека содержится до 6 мг хрома. Хотя суточная норма его поступления в организм невелика – 50–200 мкг, примерно половина населения испытывает дефицит хрома, особенно лица старшего и преклонного возраста. Одной из причин этого дефицита является излишнее рафинирование пищевых продуктов. Наиболее богатым источником хрома являются пивные дрожжи: одной столовой ложки их достаточно, чтобы удовлетворить суточную потребность в хроме.

   Хром – постоянная составная часть клеток всех органов и тканей. В организм соединения хрома поступают с пищей, водой и воздухом. Из всего поступившего хрома всасывается лишь 1–2%, а остальные 98–99% выводятся из организма. В тканях содержание хрома в десятки раз больше, чем в крови. Больше всего хрома в печени, почках, кишечнике, костях, хрящах и легких, в небольшом количестве он обнаружен в головном мозге.

   Хром регулирует уровень сахара в крови, поддерживая его оптимальную концентрацию, оказывает положительное влияние на активность инсулина. Кроме того, он препятствует развитию атеросклероза и сердечно-сосудистых нарушений, при его введении снижается уровень холестерина и триглицеридов в крови. Хром участвует в регуляции работы сердечной мышцы и функционирования кровеносных сосудов, способствует выведению из человеческого организма токсинов и солей тяжелых металлов.

    При недостатке хрома нарушается углеводный обмен, что приводит к сахарному диабету, возникновению заболевания глаз, замедлению роста.

Трех- и шестивалентные соединения хрома (хроматы и бихроматы) очень  ядовиты; они вызывают рак легких и разные аллергические заболевания.       

   Токсической дозой для человека является 200 мг хрома, а летальной – более 3000 мг.[5]

 

4.  Удобрения и мелиоранты, содержащие хром.

    Уровень содержания тяжелых металлов в калийных удобрениях приблизительно совпадает с уровнем в азотных удобрениях. незначительно превышает по содержанию свинца (приблизительно в 20 раз). Калий хлористый различной марки и зернистости содержит от 1 до 5 мг/кг кадмия, до 40 мг цинка. По содержанию других металлов он в большинстве случаев имеет более благоприятную характеристику, чем азотные удобрения Сульфат калия и калийная селитра не содержат завышенных количеств тяжелых металлов. 
    Среди минеральных удобрений более высоким содержанием тяжелых металлов характеризуются фосфорные удобрения. Почти все фосфорные удобрения отличаются высоким содержанием стронция (нерадиоактивного). 
Суперфосфат простой и аммонизированный не содержат в опасном количестве медь, цинк, кадмий, свинец, хром и никель. Количество меди и цинка в двойном суперфосфате Самаркандского завода в 3-4 раза выше, чем на других заводах. Фосфоритная мука содержит до 137 мг/кг меди и до 210 мг/кг цинка. Кроме того, в фосфоритной муке содержится до 180 мг/кг хрома и до 62 мг/кг никеля. Содержание свинца относительно не высокое и колеблется от 11 до 21 мг/кг. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Мероприятия, направленные на оптимизацию хрома в агроландшафтах

   Мероприятия,  с помощью которых реализуется  стратегия снижения отрицательных  последствий распространения загрязняющих  веществ в окружающей среде  включают широкий спектр человеческой  деятельности.

    При  выращивании сельскохозяйственных  культур на почвах, подверженных  воздействию выбросов, необходимо  проводить постоянный контроль  за содержанием ТМ в продукции.  На легких почвах следует применять  доломитовую муку, регулирующую  рН и способствующую осаждению  ТМ.

    Достаточно  действенным мероприятием, снижающим  негативное воздействие ТМ, является  внесением в почву различных  веществ, способствующих переходу  ТМ в соединения, недоступные  или труднодоступные для растений. Широко распространено известкование кислых почв. К агротехническим приемам, обеспечивающим существенное снижение уровня ТМ относятся: известкование, применение минеральных и органических удобрений, биологические методы.

   В связи  с этим, чтобы уменьшить токсичность  ТМ для растений необходимо  применение тех агрономических  мероприятий, которые повышаю  содержание гумуса в почве  (внесение органических удобрений,  сидератов). Токсичность соединений  хрома снижается при внесении  в почву торфа.

    Среди  биологических приемов следует  выделить выращивание толерантных  сортов и культур, используемых  в пищу или в качестве корма.

    Основным  мероприятием, кардинально решающим  проблему предупреждающим загрязнение почв ТМ, является совершенствование технологии производства с тем, чтобы отходы его не выбрасывались в окружающую среду.[1,c157]

 

 

Вывод

    В результате проделанной работы можно сделать следующий вывод:

Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром  — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в составфермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

   В чистом виде хром довольно токсичен, металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты. Соединения хрома(VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим.

    Поскольку тяжёлые металлы обладают токсичностью, то вопросы накопления этих металлов в организмах важны для экотоксикологии. Таким образом, биогеохимия связана с экотоксикологией и вопросами химического загрязнения среды элементами, проявляющими токсичность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Полякова Н.В. Ландшафты: понятие, морфологическая структура, биогеохимия: Учебное пособие / Нижегородская сельскохозяйственная академия – Н.Новгород, 2007 – 192 с.
2. http://knowledge.allbest.ru/biology
3. http://www.chem100.ru/elem.php?n=24
4. http://biogeochemistry.narod.ru/ubugunov/monografi/1/1.htm
5. http://bio.1september.ru/2008/08/6.htm
6. http://www.inflora.ru