Изучение эколого биологической изменчивости

1.4. Мониторинг и токсичность тяжелых металлов в растениях и почвах. 
 
Ввиду загрязнения почв тяжелые металлы накапливаются в растениях. В 
растениях редко встречается избыток цинка и меди. Более накопляемыми 
элементами выделяются свинец и кадмий (Шабанова, 2001)., Поступившие 
из атмосферных выбросов на поверхность почвы тяжелые металлы 
трансформируются в соединения под воздействием биотических и 
абиотических факторов. Механизм их закрепления связан с образованием 
органоминеральных комплексов, имеющих различную растворимость и 
доступность для растений. В процессе жизнедеятельности почвенных 
микроорганизмов, являющихся основными деструкторами опада растений, 
происходит мобилизация и иммобилизация тяжелых металлов в верхних 
почвенных горизонтах. Для растений токсичность металлов зависит от 
многих причин: химической природы металлов-загрязнителей, кислотности 
почвы, емкости катионного обмена, окислительно-восстановительного 
потенциала почвы, состава органического вещества и др. Известно, что 
токсичность тяжелых металлов в почве зависит не столько от их 
концентрации, сколько от подвижности. Существенное влияние на 
подвижность металлов оказывает pH почвы. В кислом интервале pH 
подвижность многих тяжелых металлов повышена и уменьшается по мере 
нейтрализации кислотности среды. Для понижения кислотности почвенного 
раствора применяют известкование, однако этот прием не универсален 
(Алексеев, 1987). Природные цеолиты, повышающие катионную емкость 
почвы, также используются для снижения токсичности тяжелых металлов . 
Поступление тяжелых металлов в растения происходит не только из почвы, 
но и из атмосферы. Тяжелые металлы в природе являются рассеянными 

---

42 
химическими элементами. По современной классификации Дж. Вуда (1974) к 
очень токсичным отнесены такие тяжелые металлы как: бериллий, кобальт, 
никель, медь, цинк, олово, мышьяк, селен, титан, рубидий, серебро, кадмий, 
ртуть, сурьма, платина. Наиболее опасными загрязнителями являются ртуть, 
свинец, кадмий, цинк, мышьяк, так как их накопление в среде идет наиболее 
высокими темпами (Ильин, 1991). Тяжелые металлы накапливаются в 
растительных и животных тканях, оказывая на них токсические воздействия. 
В совсем небольших количествах такие тяжелые металлы как - медь, цинк, 
марганец, 
железо, 
кобальт, 
молибден 
и 
др. 
необходимы 
для 
жизнедеятельности человека, поэтому нехватка какого-либо из этих 
элементов приводит к нарушению нормальных функций организма. При 
увеличении содержания тяжелых металлов выше нормы происходит 
токсический эффект, представляющий угрозу для жизни. Всего выявлено 
около 20 металлов, не являющихся необходимыми для функционирования 
организма. Наиболее
опасные из них – ртуть, свинец, кадмий и мышьяк .
Токсичность ТМ у растений зависит от концентрации подвижных форм в 
почве. Растения обладают избирательной толерантностью по отношению к 
тяжелым металлам (Лукин и др., 1999 а, б).
Цинк 
является компонентом ряда ферментных систем и оказывает 
большое влияние на жизнедеятельность растений, животных и человека, 
(Борисков, 2000; Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., 1989; Минеев, 1984, 1988; 
Минеев и др., 1982, 1984). Находясь в одной группе в периодической системе 
элементов Д.И. Менделеева с кадмием и ртутью, цинк обнаруживает 
определенные закономерности с этими элементами, но в отличие от них он 
малотоксичен. Исходя из литературных источников, ПДК цинка в почвах по 
Клоке составляет 300 мг/кг (Борисков, 2000; Khan D.). По данным Зангелиди 
(2009), ПДК цинка в выщелоченных черноземах на галичнике и лугово-
черноземных почвах подстилаемых галечником составляет 23,0 мг/кг, а ПДК 
для растительности составляет 10 мг/кг сухого вещества (Зангелиди, 2009). 
Некоторые авторы отмечают, что ПДК цинка в почве составляет 100 мг/кг 

---

43 
(Подколзин, 1997, 2009; Джанаев, 2004). Механический состав почв также 
оказывает влияние на накопление цинка: в легких почвах его содержание как 
правило, меньше, чем в тяжелых (Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., 1989; 
Борисков, 2000; Сингизова, 2009). Многие авторы сходятся во мнении, что 
концентрация цинка в растениях в среднем составляет 15 

150 мг/кг сухой 
массы (Тихомиров и др., 1975; Чернявская и др., 1975). Участие цинка в 
повышении 
активности 
ферментов 
способствует 
поддержанию 
благоприятной концентрации стимуляторов роста 

ауксинов 

в растениях 
(Возбуцкая, 1968). Выявлена обратная связь между доступностью цинка 
растениям и рН почвы. С увеличением кислотности почв снижается 
поступление элемента в растения, вероятно, это связано со способностью 
цинка образовывать труднорастворимые соединения с твердыми фазами 
почвы (Борисков, 2000; Тихомиров и др., 1975; Чернявская и др., 1975). 
Высокое содержание цинка в растении приводит к нарушению 
физиологических и биохимических процессов, вследствие чего нарушается 
питание растений микроэлементами и основными элементами (Кабата-
Пендиас А., Пендиас Х., 1989; Парибок, 1970; Борисков, 2000). Недостаток 
цинка также негативно сказывается на растениях, что отражается в задержке 
роста и накоплении нитратов (Школьник, 1974; Possingham, 1956; Егорова, 
2010). 
Кадмий
является рассеянным элементом. Средняя концентрация кадмия 
в земной коре в минеральной форме составляет 0,18 мг/кг (Борисков, 2000; 
Alloway, 1990). В связи со своей высокой подвижностью и миграционными 
способностями и, как следствие, доступностью для растений, кадмий 
является наиболее токсичным загрязнителем окружающей среды среди всех 
ТМ (Ильин, 1991). ПДК кадмия в почве составляет 

3 мг/кг (Подколзин, 
1997, 2009; Джанаев 2004). ПДК кадмия в выщелоченных черноземах на 
галичнике и лугово-черноземных почвах подстилаемых галечником 
составляет 0,1 

0,5 мг/кг, а ПДК для растительности составляет 0,03 мг/кг 
сухого вещества (Зангелиди, 2009). Содержание кадмия в почвах и растениях 

---

44 
напрямую зависит от свойств почвы. Чем легче ее механический состав, тем 
интенсивнее происходит поглощение кадмия (Ильин, 1991; Кабата-Пендиас 
А., Пендиас Х., 1989; Калашникова, 1991; Борисков, 2000). Кислотность почв 
также влияет на накопление кадмия (Минеев и др., 1981). Бокова отмечает, 
что в кислых почвах содержание кадмия увеличивается. 
Медь
осаждается в виде сульфидов, карбонатов и гидроксидов, 
концентрируясь преимущественно в верхнем слое почвы и является 
малоподвижным элементом, взаимодействующим с органическими и 
минеральными соединениями в почве (Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., 1989; 
Сингизова, 2009). Выявлено, что ПДК меди в выщелоченных черноземах на 
галечнике и лугово-черноземных почвах подстилаемых галечником 
составляет 3,0 мг/кг, а ПДК для растительности составляет 10 мг/кг сухого 
вещества (Зангелиди, 2009). ПДК меди в почве составляет 

55 мг/кг 
(Подколзин, 1997, 2009; Джанаев, 2004). Существенное влияние на 
содержание меди оказывает механический состав почвы. Песчаные и 
супесчаные почвы содержат меньше меди, чем глинистые или 
тяжелосуглинистые (Сингизова, 2009; Гирфанов, Ряховская, 1975). 
Нормальное содержание меди в почве варьирует от 15 

60 мг/кг, 
превышение оказывает негативное влияние на растения (Сингизова, 2009; 
Вредные химические вещества, 1988). Медь участвует в метаболических 
процессах, в окислительно-восстановительных процессах, таких как дыхание, 
фотосинтез и усвоение молекулярного азота. Медь повышает устойчивость к 
различным грибным заболеваниям (Возбуцкая, 1968; Школьник, 1974), 
повышает засухо- и морозоустойчивость растений (Войтюк, 2011). 
Свинец
поступает в почву из атмосферы и считается металлом с низкой 
биологической доступностью, образуя прочные связи с органическими 
веществами, устойчивость которых возрастает с повышением кислотности 
почв. В нейтральной и слабощелочной среде растворимость соединений 
свинца в почве почти в 100 раз меньше, чем кадмия. На накопление свинца в 
растениях оказывают влияние различные факторы окружающей среды 


---

45 
наличие геохимических аномалий, загрязнений, сезонных колебаний. Кроме 
того концентрация этого элемента напрямую зависит от способности 
различных растений накапливать свинец. Фоновое содержание свинца в 
травянистых растениях составляет 2,1 мг/кг. Осенью и зимой содержание 
свинца увеличивается (Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., 1989). Главными 
источниками поступления свинца в растения являются почва и воздух. 
Основным органом накопления данного элемента являются корни (Кабата-
Пендиас А., Пендиас Х., 1989). В почвах содержание свинца составляет 10 
(Сает и др., 1990) 

35 мг/кг (Bowen, 1979). Фоновое содержание свинца в 
почвах равно 20 

25 мг/кг. Свинец активно взаимодействует с органическим 
веществом почв и накапливается в верхних гумусовых горизонтах почв. Он 
обладает меньшей подвижностью, что вероятно, связано с кислотностью 
почв: в кислых почвах накапливается меньше, чем в нейтральных и 
слабощелочных (Глазовская, 1979, 1994; Сингизова, 2009).