12.1. Гідробіонти як біоконцентратори мікроелементів

Хімічні елементи, вміст яких в організмі рослин і тварин знаходиться у дуже низьких концентраціях (тисячні долі відсотка), належать до мікроелементів. Незважаючи на мікрокількості їх в організмі гідробіонтів, вони відіграють дуже важливу метаболічну роль. До мікроелементів зараховують більше 30 найважливіших елементів, серед них метали — алюміній, залізо, мідь, марганець, цинк, молібден, кобальт, нікель, стронцій тощо — і неметали — йод, селен, бром, фтор, миш'як, бор. В організм бактерій, водяних рослин і тварин вони надходять безпосередньо з води і донних відкладень. Переважно це водорозчинні форми, які легко засвоюються. Мікроелементи входять до складу ферментів, зокрема, Мn — аргінази, Zn — карбоангідрази, Сu — поліфенолоксидази, Co - вітаміну В₁₂, J - тироксину. Всі вони істотно впливають на метаболічні процеси в організмі рослин і тварин. У водних екосистемах такі елементи, як мідь, цинк, марганець, залізо, нікель, свинець при концентраціях, що перевищують граничне допустимі, стають біологічно небезпечними компонентами і їх розглядають як токсиканти. Гідробіонти різних трофічних рівнів можуть акумулювати в своєму організмі деякі мікроелементи, особливо метали.

У залежності від здатності гідробіонтів накопичувати хімічні елементи в організмі, вони поділяються на макро-, мікроконцентратори і деконцентратори. Критерієм для такого поділу може бути коефіцієнт біологічного накопичення K_a під яким розуміють відношення концентрації металу в тілі гідробіонтів до їх вмісту у мулі (у масі сухої речовини). Умовно до макроконцентраторів відносять гідробіонтів з K_a > 2, до мікроконцентраторів — з K_a від 1 до 2 і до деконцентраторів — з K_a < 1. Такий поділ умовний, але він може дати уявлення про ставлення певного гідробіонта д0 окремих хімічних елементів водного середовища. Принаймні такі дані можуть свідчити про метаболічні взаємини між організмом гідробіонтів і окремими хімічними елементами розчиненими у воді.

12.2. Залізо

Залізо — один з активних металів, які в природі майже не зустрічаються у вільному стані. Серед мінералів, до складу яких входить залізо, найголовніші пірит (FeS₂), магнітний залізняк (FeO, Fe₂O₃), бурий залізняк (2Fe₂O₃-3H₂О), шпатовий залізняк (FeCО₃). Залізо утворює комплексні сполуки з органічними кислотами, азотвмісними речовинами, білками тощо. Важливу роль у біосфері відіграють полімеризовані сполуки заліза з ланцюговою структурою та комплексні сполуки фосфатів заліза.

У Світовому океані залізо утворює неорганічні й органічні сполуки, а його вміст у евфотичному шарі води (0—25 м) залежить від біоседиментації та депонування його сполук у донних відкладеннях. У поверхневих водах суші залізо може утворювати комплексні сполуки з розчиненими органічними речовинами, взаємодіяти з завислими та диспергованими частинками в донних відкладеннях, а з легкорозчинними сполуками порових вод, переважно органічного характеру, залізо може утворювати кінетичне стійкі сполуки, які погано дисоціюють.

У клітинах і тканинах гідробіонтів залізо входить до складу органічних речовин, багатьох ферментів. Незважаючи на відносно незначний вміст заліза в тканинах і біологічних рідинах живих організмів, його біологічна роль надзвичайно велика.

Форми розчиненого заліза у водних екосистемах

В океанічній воді, при загальній її солоності 34,5—35,0 %о концентрація заліза може коливатись у межах 0,005— 0,14 мкг/дм³. На глибині 50 м міститься в середньому до 20 мг/м³ заліза (Fe²⁺, Fe³⁺) у вигляді неорганічних та органічних сполук. Як в морських, так і в прісних водах залізо має різний ступінь окиснення: Fe²⁺ і Fe³. При цьому Fe²⁺ найчастіше зустрічається у водах з низьким вмістом кисню, у водах, збагачених на розчинений кисень, переважають окиснені форми заліза (Fe³⁺).

Загальна концентрація та форми сполук заліза у водних екосистемах залежать від геологічних особливостей водозбірної площі, характеру водообміну, кількості опадів та надходження його сполук із стічними водами та атмосферними опадами. Останнє має особливе значення для водних об'єктів, розташованих поблизу металургійних комбінатів (Дніпродзержинськ, Запоріжжя, Кривий Ріг тощо).

Характерною особливістю кругообігу заліза є його надходження з водозбірної площі у вигляді розчинених солей Fe²⁺, оксидів та в комплексах з гуматами. Вміст заліза коливається в широких межах як у воді, так і в донних відкладеннях (табл. 6).

Таблиця 6.