10.3. Міграція інгредієнтів забруднення в екосистемах і організмах

Основна ідея. Міграція інгредієнтів забруднення — прояв загальної міграції хімічних елементів біосфери в міграційному ланцюжку «атмосфера — ґрунти — рослини — тварини — людина». Для кожного із забруднювачів властивий свій міграційний ланцюжок, а для кожного із цих ланцюжків — свої особливості динаміки, спрямованості, сезонності та інших параметрів міграції. Вивчивши особливості міграції в ланцюжку, можна управляти її інтенсивністю в кожному окремому випадку за допомогою технічних прийомів.

Смислові зв’язки. Інгредієнти забруднення — міграційний ланцюжок — дослідження особливостей міграції — управління інтенсивністю міграції.

Ключові терміни. Інгредієнти забруднення, міграція, біогенна міграція, міграційний ланцюжок, важкі метали, радіонукліди.

Мета — охарактеризувати міграцію інгредієнтів забруднення у біосистемах і організмах, особливості міграції в атмосфері, ґрунтах і ланцюжках міграції, шляхах технічного впливу на інтенсивність міграції.

Міграція елементів — переміщення хімічних елементів у біосфері, яке призводить до їх розсіяння або концентрації в окремих ділянках біосфери. Відбувається у вигляді розчинів, розплавів, газів та у грубодисперсній формі. Середовища, в яких відбувається міграція, — ґрунти (ґрунтові поди), поверхневі води, атмосфера, рослини, живі організми. Міграція інгредієнтів забруднення — частковий випадок загальної міграції хімічних елементів біосфери, а оскільки в міграційному ланцюжку «атмосфера — ґрунти — рослини — тварини — людина» присутні рослини та інші живі організми, міграція інгредієнтів забруднення тісно пов’язана і з біогенною міграцією. Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав B. I. Вернадський (закон біогенної міграції атомів). Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона, пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори (та забруднювачі, які потрапляють цим самим міграційним ланцюжком), гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл,

організми повертають природі все, що взяли у неї протягом життя.

Найпоширенішими речовинами, що забруднюють атмосферу, є діоксид Карбону СО₂, оксид Карбону СО, діоксид Сульфуру SO₂, оксиди Нітрогену NO_x, вуглеводні C_nH_m. Пил може містити адсорбовані важкі метали, радіоактивні елементи та інші види забруднювачів. Крім згаданих речовин і пилу, до атмосфери потрапляють і інші токсичні речовини, і їх кількість зростає. Високі концентрації шкідливих домішок та їх міграція в атмосфері призводять до утворення ще токсичніших речовин (смог, кислотні дощі) або до таких явищ, як парниковий ефект і руйнування озонового шару.

Основні механізми міграції радіонуклідів у ґрунтах — дифузія та дрейф іонів у фізичних полях, зокрема у гідродинамічному полі рухомої рідини та полі сили земного тяжіння. Для ґрунтів характерна міграція таких забруднювачів, як мінеральні добрива, пестициди, важкі метали, радіонукліди тощо. Для кожного із цих забруднювачів властивий свій міграційний ланцюжок, а для кожного із цих ланцюжків — свої особливості динаміки, направленості, сезонності та інших параметрів міграції. Особливості цих міграційних процесів служать предметом досліджень науковців, на основі даних досліджень розробляються рекомендації щодо мінімізації впливу забруднювачів на екосистеми.

На основі досліджень біогенної міграції сполук гідраргуму у системі «ґрунти — вода — корми — організм курейнесучок» розроблені рекомендації щодо мінімізації вмісту гідраргуму в організмі курей-несучок.

У результаті досліджень вмісту та особливостей перерозподілу Купруму, Кобальту, Кадмію та Плюмбуму в системі «вода — прибережний мул — ґрунти — водорості» та їх міграції складовими ставкової екосистеми встановлено сезонний характер цієї міграції та її чисельні характеристики (послідовність зростання вмісту важких металів у складових водного середовища).

Ґрунти — основний приймальник радіоактивних опадів. Радіоактивні частки (такі, що містять радіоактивні речовини), потрапивши на поверхню ґрунту, із часом (під впливом води, кисню повітря, діяльності ґрунтової мікрофлори) руйнуються; речовини, що містяться в них, у тому числі й радіоактивні, занурюються вглиб, у зону розміщення кореневої системи рослин. Разом із ґрунтовим розчином вони через корені надходять у рослини, де й накопичуються. Головне те, що рослини — основний переносник радіоактивних речовин із ґрунту у продукцію рослинництва, організми сільськогосподарських тварин і людини. Певна частина радіоактивних

речовин надходить до організму людини з водою (як коротким шляхом, безпосередньо з питною водою, так і довгим — із рослинними та тваринними продуктами). Із часом фізико-хімічний стан радіонуклідів у складі радіоактивних речовин, до яких вони входять, змінюється. Так, ¹³⁷Cs, як і взагалі елемент Цезій, має здатність зв’язуватися у ґрунті, включаючись до кристалічної решітки мінералів — «старіти», переходячи у важкорозчинний стан, і ставати менш доступним для рослин. Експериментальні дані свідчать про те, що накопичення ¹³⁷Cs рослинами з часом зменшується, тоді як ⁹⁰Sr — збільшується.

На переході «ґрунт—рослина» можна досить істотно впливати на накопичення радіоактивних речовин сільськогосподарськими рослинами. Радіонукліди надходять у рослини тоді, коли вони з частками опадів переходять у ґрунтовий розчин. Цей процес, як і взагалі рухомість речовин, прискорюється в кислому середовищі. Отже, радіонуклідне забруднення продукції рослинництва, а відповідно кормовиробництва та тваринництва, залежить не тільки від ступеня забруднення ґрунту, а й від його здатності до зв’язування та утримання радіонуклідів. Ця здатність визначається фізико-хімічними та агрохімічними властивостями ґрунтів. На Поліссі вона найслабша в надзвичайно бідних на ґрунтово-поглинальний комплекс екосистемах (на торфово-болотних і підзолистих ґрунтах) і значно вища — на сірих лісових ґрунтах. Ще вища вона в чорноземі Лісостепу. Ґрунти Полісся належать до кислих і слабокислих (рН = 3,5—6,0). Кисла реакція — малопридатне середовище для росту та розвитку більшості рослин. І працівникам сільського господарства давно відомий спосіб нейтралізації таких ґрунтів. Це — вапнування, тобто внесення в ґрунт вапна або вапнякових матеріалів, які мають лужну реакцію і нейтралізують середовище. У даній ситуації досягаються дві мети. По-перше, рослини перебувають у сприятливих для росту умовах, результатом чого є збільшення врожаю та, зазвичай, його якості. А по-друге, у декілька разів зменшується надходження до рослин радіоактивних речовин. Головна складова вапна — Кальцій. Це — хімічний аналог Стронцію, радіоактивний ізотоп якого (⁹⁰Sr) — один з основних тривало діючих радіоактивних забруднювачів навколишнього середовища. Чим більше у ґрунті буде Кальцію, тим менше до рослини надійде Стронцію, у тому числі ⁹⁰Sr. Здатність зменшувати надходження в рослини радіоактивних речовин мають і деякі добрива. Зокрема, К калійних добрив — хімічний аналог і антагоніст другого радіоактивного забруднювача — ¹³⁷Cs. Збільшення доз

калійних добрив сприяє зменшенню надходження до рослин ¹³⁷Сs. Важлива роль у справі зменшення надходження до рослин ⁹⁰Sr належить фосфорним добривам. Фосфор здатний утворювати зі Стронцієм слаборозчинні сполуки, які не переходять у ґрунтовий розчин, а отже, і до рослин. Тому внесення у підвищених кількостях фосфорних добрив — також досить ефективний захід зменшення нагромадження рослинами цього небезпечного радіонукліда. Суттєво зменшити накопичення рослинами радіоактивних речовин можна за допомогою органічних добрив (гною, компостів, торфу), особливо на бідних ґрунтах поліської зони. Ці добрива містять найрізноманітніші елементи живлення рослин, зокрема ті, що зменшують надходження радіоактивних речовин, здатних зв’язувати у ґрунті радіоактивні елементи і зменшувати їх міграцію в рослини.