WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА


   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 31 |

По другим данным содержание марганца в различных видах макрофитов составляет в среднем 485 мг на 1 кг воздушно-сухой массы с колебаниями от 66 до 2900 мг. Повышенной способностью накопливать марганец обладает водяной орех, рдест красноватый. Полностью погруженные растения содержат в 2-3 раза больше марганца, чем земноводные и надводные. Ряска малая особенно много накапливает бор, а харовые водоросли – медь (Кокин, 1982).

Способность высших водных растений накапливать вещества в концентрациях, превышающих фоновые значения, позволила использовать их в системе мониторинга и контроля за состоянием окружающей среды (Гигевич, Власов, 2000). Высокая поглотительная способность водных растений делает их идеальными тестовыми объектами для определения антропогенных химических нагрузок на водоем.

Для индикации антропогенной нагрузки специалисты предлагают использовать плавающие на поверхности воды и погруженные гидрофиты:

ряску, водокрас, кубышку, рдесты, элодею, роголистник и др.

Обобщенно можно утверждать, что растения накапливают в тканях тем больше химических элементов, чем больше их содержится в воде в доступном для растений виде. Кроме того, высшим водным растениям свойственна избирательность в накоплении не только макро-, но и микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. Ниже приводятся результаты исследований, взятые из работы Г.С.Гигевича, Б.П.Власова, Г.В.Вынаева (2001). В этой работе представлены литературные сведения и собственные исследования авторов по содержанию металлов в тканях водных растений некоторых водоемов Беларуси.

Так, содержание никеля в водных растениях колеблется от следовых количеств до 41 мг/кг сухого веса (максимальное значение отмечено у частухи подорожниковой), что в 135 раз превышает среднее фоновое содержание никеля в гидрофитах.

Среднее фоновое содержание меди в гидрофитах относительно чистых водоемов составляет 3,5 мг/кг сухого веса. В загрязненных водоемах содержание меди в водных растениях намного превышает фоновые величины, причем максимальные концентрации зафиксированы у воздушно-водных растений (136 мг/кг – у сусака зонтичного).

Высокое содержание свинца наблюдается у разных видов гидрофитов загрязненных водоемов. При средней фоновой величине содержания свинца в гидрофитах 2,4 мг/кг (в относительно чистых водоемах) максимальные значения отмечаются у воздушно-водных растений, в частности тростнике – 833 мг/кг сухого веса. Вблизи промышленных городов содержание свинца в растениях составляет 6-мг/кг сухого веса, что в 3-20 раз превышает фоновые величины.

Содержание цинка в гидрофитах в среднем составляет 1,4 мг/кг сухого веса, а максимальное – наблюдается у элодеи канадской и штукении гребенчатой (178 и 108 мг/кг сухого веса), что в 125 раз выше среднего значения содержания этого элемента по водоемам Беларуси.

Самое высокое содержание титана отмечено у харовых водорослей (до 130 мг/кг сухого веса), элодеи канадской и урути мутовчатой (около 100 мг/кг сухого веса) при среднем фоновом содержании титана в гидрофитах 8 мг/кг сухого веса.

Содержание хрома у водных растений в среднем составляет 0,3 мг/кг сухого веса, однако у гидрофитов (элодея, рдесты, роголистник, уруть), произрастающих вблизи промышленных городов, зафиксированы высокие концентрации хрома, в 125 раз превышающие средние фоновые значения.

Максимальное содержание ванадия (около 19 мг/кг) наблюдается у погруженных растений (харовые водоросли, элодея, штукения гребенчатая, роголистник, уруть), тогда как среднее фоновое значение составляет 3,мг/кг сухого веса. Высокие концентрации ванадия отмечаются у растений, как в загрязненных, так и в относительно чистых водоемах.

Концентрация марганца колеблется в водных растениях в широких пределах: от следовых до 3180 мг/кг сухого веса (харовые водоросли).

Марганец – второй после ванадия элемент, имеющий в водных растениях Беларуси величины, превышающие не только естественные фоновые, но и критические (более 500 мг/кг сухого веса растения). Больше всего марганца накапливают погруженные гидрофиты, причем как в загрязненных, так и в относительно чистых водоемах.

Исследования показали (Гигевич, Власов, Вынаев, 2001), что наибольшая аккумулирующая способность техногенных элементов отмечена у погруженных растений. На первом месте по интенсивности накопления стоят харовые водоросли, затем идут элодея, роголистник, рдесты, уруть. Погруженные растения накапливают тяжелые металлы в раз интенсивнее, чем прибрежно-водные (Gullizzoni,1975). Некоторые растения избирательно аккумулируют эти соединения. Так, ряска накапливает достаточно много бора, харовые водоросли – медь, тростник – ртуть (Eriksson, Mortimer,1975). Интенсивность поглощения токсичных соединений зависит от времени года и развития растений; наибольшее содержание элементов наблюдается в период их интенсивного роста, а наименьшее – осенью.

В относительно чистых водоемах содержание тяжелых металлов (хром, никель, титан, цинк, медь, свинец) в гидрофитах находится на уровне фоновых величин или незначительно их превышает. Вблизи крупных промышленных городов эти показатели намного превышают естественные фоновые значения. Что же касается накопления водными растениями марганца и ванадия, фоновые показатели заметно выше уровня их естественного содержания, приводимые в литературных источниках. В некоторых случаях концентрация марганца и ванадия намного превышает уровень токсичности для большинства макрофитов (Гигевич, Власов, Вынаев, 2001).

В то же время прибрежно-водные растения обладают достаточно высокой устойчивостью к солям тяжелых металлов. Так, тростник обыкновенный может существовать без видимого для себя вреда при концентрациях от 100 до 300 мг/л меди сернокислой, ртути азотнокислой, кобальта хлористого, железа сернокислого, хрома азотнокислого, цинка сернокислого. Свинцовые соединения являются токсичными для животных и человека при концентрации 0,3-0,5 мг/л. В экспериментах с тростником азотнокислый свинец вносили в концентрации от 6 до 600 мг/л при одноразовой дозе. За семь приемов в аквариум было внесено 2000 мг/л азотнокислого свинца и, несмотря на увеличивающиеся дозы, рост тростника не прекращался (Кроткевич, 1982).

В лабораторных экспериментах при фильтрации через заросли растений сточных вод животноводческого комплекса крупного рогатого скота количество различных минеральных солей уменьшалось на 37-57%, хлоридов - на 56%, сульфатов – на 34%. В этих опытах лучшие результаты показали тростник, рогоз, ирис ложноаировый, камыш и другие макрофиты (Кроткевич, 1982).

Прибрежно-водные растения способны концентрировать радиоактивные вещества и, таким образом, участвуют в дезактивации вод. Многие виды растений обладают высоким избирательным накоплением радиоактивных элементов. Накапливающая способность гидробионтов характеризуется таким показателем, как коэффициент накопления – соотношение концентрации изотопа в организме и воде. Коэффициент накопления у мхов (сфагнум, фонтиналис) составляет 1600 в течение суток, у ряски в течение трех суток экспозиции составил 2500-4000 при концентрации Sr 10-7 – 10-10 Кu. Для сравнения коэффициент накопления радиоактивного стронция у зеленых водорослей составляет 6000.

Погруженные водные растения, которые в процессе фотосинтеза откладывают на поверхности листьев углекислый кальций, способны накапливать вмести с ним и 90Sr. В “корочке” карбоната кальция содержится в 7-10 раз больше стронция, чем непосредственно в листьях.

Разные экологические группы прибрежно-водных растений накапливают радиоактивные изотопы неодинаково: наибольшее количество аккумулируют погруженные растения, далее идут виды с плавающими листьями, а меньше всего – воздушно-водные. Некоторые виды водных растений обладают более высокой аккумулирующей способностью. Так, у элодеи коэффициент накопления Co в течение суток составляет 1500 (по другим данным – до 4000), а Sr - 1400. Высокой способностью накапливать радиоизотопы отличаются харовые водоросли, которые извлекают из воды до 60% суммарной радиоактивности. Они могут служить индикаторами на радиоактивное загрязнение водоемов (Кокин, 1982). Технология очистки водной среды с применением растений намного экономичнее других способов. Причем освобождение от радионуклидов может сочетаться с очисткой воды от других загрязняющих веществ.

Так что, прибрежно-водная растительность может аккумулировать из природных и сточных вод многие химические элементы и, тем самым, способствует снижению их концентрации в среде. Поэтому признается рациональным их культивирование в водоеме или в системе очистки загрязненных вод с последующим удалением (выкашиванием) (Францев, 1961).

Удаление и дальнейшая переработка растений позволит утилизировать многие токсичные и радиоактивные соединения.

Минерализация и окислительная функция. Деструкция и минерализация сложных органических соединений до простых и безвредных происходит двумя путями: в результате физико-химических процессов и с участием растений.

В первом случае окисление происходит в присутствии растворенного в воде кислорода. Поэтому, чем выше его содержание, тем быстрее и лучше протекает процесс минерализации и самоочищения водоема. Однако при сильном загрязнении водоема запасы растворенного кислорода быстро расходуются, а пополнение его за счет газообмена с атмосферой протекает медленно, отчего самоочищение замедляется.

Во втором случае минерализация протекает с участием растений:

либо в процессе метаболизма, либо в водной среде, но опять-таки с участием кислорода, выделяемого растениями. Этот процесс в жизни водоема имеет ведущее значение, ибо интенсивность биохимических реакций в живом организме выше интенсивности чисто химических реакций, свободно протекающих в водоемах.

Минерализующая способность водоема прямо пропорциональна интенсивности развития в нем прибрежно-водной растительности. Это происходит не столько за счет выделенного растениями кислорода, но и за счет метаболитов, стимулирующих деятельность перифитона, развивающегося на их поверхности.

Детоксикация органических загрязнений. В городских и промышленных стоках, даже прошедших полную биохимическую очистку, в водоемы поступает значительное количество опасных загрязнений (фенолы, пестициды, ядохимикаты и др.). Возникает вопрос, какова роль высших водных растений в детоксикации этих веществ в процессе самоочищения Установлено, что тростник, рогоз, камыш, ирис и другие макрофиты способны поглощать из воды не только инертные соединения, но и физиологически активные вещества типа фенолов, пестицидов, нефтей, нефтепродуктов и др., если, конечно, они не превышают летальные для растений концентраций.

Некоторые токсичные соединения не только поглощаются растениями, но и включаются в метаболизм, что имеет большое значение для их детоксикации. Так, некоторая часть потребленного растениями фенола выделяется в атмосферу через устьица. К примеру, деструкция фенолов в присутствии харовых водорослей протекает более интенсивно, чем в зарослях высших растений, что объясняется наличием у них фермента фенолоксидазы (Тимофеева и др., 1977).

Фенолы и их производные удаляются из загрязненных вод с помощью водных растений, прежде всего погруженных. Исследования показали, что в течение суток одно растение камыша озерного весом около 100 г способно извлечь из воды до 4 г фенола. Фенолы поглощаются и включаются в метаболизм других растений (в частности, зостерой, водяным гиацинтом и др.). Присутствие водных растений в 2-3 раза ускоряет окисление фенольных соединений (Кокин, 1982).

Вместе с водными растениями в разрушении высокотоксичных органических соединений (в частности, фенолов, нефти, пестицидов и др.) принимают участие микроорганизмы (бактерии, водоросли, грибы), обитающие на их поверхности. При этом происходит интенсивное потребление кислорода аэробными микроорганизмами. Так что деструкция токсичных соединений происходит как за счет самих макрофитов и ферментов бактерий, так и за счет фотосинтетической аэрации, обеспечивающей жизнедеятельность всех аэробных организмов.

В водоемы в значительных количествах поступают различные ядохимикаты, в частности хлорорганические соединения. Эти вещества также накапливаются водными растениями. Изучение влияния некоторых пестицидов на жизнедеятельность разных видов тростника, рогоза, рдеста, ряски, урути, роголистника и др. показало, что растения способны поглощать и накапливать эти ядовитые соединения (Мережко и др., 1977; Якубовский и др., 1975; Кокин, 1982). В экспериментальных условиях уруть в течение 3-7 дней удаляла из водоема до 50% дифенамида, а водный гиацинт – до 80%; эти растения разлагают этот гербицид на менее устойчивые соединения, которые в дальнейшем разрушается микроорганизмами.

Ценность водных растений заключается в том, что они могут не только концентрировать ядохимикаты, но и способны разлагать высокотоксичные соединения на менее токсичные, и, в конечном счете, обезвреживать их.

Деструкция нефтяных загрязнений. В России по разным оценкам в результате аварий и утечек ежегодно теряется от 10 до 20 млн. тонн нефти. По другим сведениям эта цифра достигает 25 млн. тонн. Официальные данные значительно скромнее – около 5 млн. тонн (Аренс, Гридин, 1997).

Существенная часть нефти и нефтепродуктов в конечном счете оказывается в водоемах.

Заросшие прибрежно-водной растительностью водоемы достаточно легко справляются с поступающими в них нефтяными загрязнениями. Причем, чем выше степень зарастания, тем интенсивнее протекают процессы самоочищения водоемов. В зарослях макрофитов нефть подвергается с помощью микроорганизмов биологическому окислению и вовлекается в обменные процессы, причем не только бактерий, но и других гидробионтов, в том числе и растений. Наиболее устойчивыми к нефтяному загрязнению являются тростник, рогоз, камыш, сусак, осоки, роголистник, уруть, элодея и другая прибрежно-водная растительность. В присутствии нефти (конечно, в небольших концентрациях) рост тростника, рогоза и камыша протекает более интенсивно (в среднем на 10-15 см), чем в опытах без нефти (Кроткевич, 1982;

Морозов, 2001).

Различные виды нефти (сырая, товарная, эмульгированная, а также нефтепродукты) при концентрации 1 г/л в присутствии растений исчезают через 5-10 дней, а без растений – на 28-32-й день опыта. Так что высшие водные растения ускоряют бактериальное разложение нефти и нефтепродуктов в 3-5 раз.

Разрушение нефти и нефтепродуктов осуществляется в основном за счет жизнедеятельности нефтеокисляющих и сапрофитных бактерий. Процесс разрушения нефти происходит сразу же после ее поступления в водоем;

количество микроорганизмов резко увеличивается, достигая своего максимума на 3-4 день. Микробиологические процессы приводят к разрушению нефтяной пленки и нефти в толще воды, уменьшению концентрации в воде кислорода и, наоборот, – к увеличению содержания углекислоты. По мере уменьшения количества нефти численность бактерий постепенно снижается.

Роль прибрежно-водных растений в самоочищении воды от нефти достаточно велика: прежде всего, фотосинтетическая аэрация поддерживает в среде достаточное количество кислорода, выделения экзометаболитов стимулируют развитие нефтеокисляющих бактерий, развитая поверхность растений увеличивает зону контакта между нефтью и бактериями. Так, содержание кислорода в зоне зарослей в 2-3 раза выше, чем открытой части водоема; наибольшее насыщение воды кислородом отмечается в дневные часы во время интенсивных фотосинтетических процессов.

Предполагается, что эпифитная микрофлора, обитающая на поверхности растений, способна усваивать углеводороды нефти или продукты ее разрушения.

Прижизненные выделения высших водных растений (аминокислоты, углеводы, органические кислоты, летучие амины, витамины, органический углерод и др.) являются стимулятором и питательной средой для нефтеокисляющих и гетеротрофных микроорганизмов (Ратушняк, 1993).

Доказательством служат опыты с сухими прутьями ивы, кустарников, высохших стеблей рогоза и др., которые представляли собой поверхность соприкосновения нефтяного загрязнения с окисляющей микрофлорой. В этих опытах возрастание численности бактерий происходило очень медленно, а пленка нефти сохранялась неизменной даже на 14-17 сутки опыта (Морозов, 2001, 2003).

Интенсивность разложения нефти во многом зависит от условий среды – рН, температуры, наличия биогенных и минеральных солей, биостимуляторов и др.

Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 31 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.