ПОСТУПЛЕНИЕ И НАКОПЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

В принципе любое химическое вещество поглощается и усваивается живыми организмами. Равновесное состояние, или состояние насыщения в процессе усвоения, достигается в том случае, если его поступление и выделение из организма происходят с одинаковой скоростью, установившуюся при этом в организме концентрацию называют концентрацией насыщения. Если она выше наблюдающейся в окружающей среде или продуктах питания, говорят об обогащении или аккумуляции (накоплении) в живом организме.

Обогащение организмов элементами или веществами по отношению к их содержанию в окружающей среде является одной из основных функций любого живого организма. Ее характер зависит от вида организма и является одним из важных свойств, определяющих разнообразие живых организмов в биосфере. В качестве примера такой биоаккумуляции веществ в табл. 4.1 представлены данные о концентрации ряда элементов в тканях рачка Calanus finmarchicus в сравнении с их содержанием в окружающей среде — воде.

Под коэффициентом обогащения, или аккумуляции, понимают отношение концентрации вещества в организме к концентрации того

Таблица 4.1

Сравнение содержания химических элементов в морской воде и теле рачка Calanus finmarchicus

Элемент

Концентрайия, мае. %

Коэффициент

обогащения

Морская вода

Calanus

finmarchicus

Кислород

85,966

79,99

0,93

Водород

10,726

10,21

0,95

Хлор

1,935

1,05

0,54

Натрий

1,075

0,54

0,50

Магний

0,130

0,03

0,23

Сера

0,090

0,14

1,60

Кальций

0,042

0,04

1,00

Углерод

0,003

6,10

2000

Азот

0,001

1,52

1500

Фосфор

Менее 0,0001

0,13

20 000

Железо

Менее 0,0001

0,007

1500

же вещества в окружающей среде или в пище. Коэффициент обогащения (аккумуляции) ниже единицы свидетельствует об абиотическом накоплении данного вещества в окружающей среде.

Коэффициент аккумуляции более единицы указывает, как видно из табл. 4.1, на обогащение живого организма. Наибольшее обогащение Calanus finmarchicus наблюдается по фосфору.

Не используемые организмами природные вещества либо не активны и не потребляются организмом, либо в ходе эволюции в организме сложились механизмы его выделения, либо вещества хорошо усваиваются организмом, но образуют в нем индифферентный балласт. В высших организмах не существует специфических механизмов количественного удаления органических ксенобиотических соединений, поэтому возможно отложение, например, липофильных веществ в жире.

Понятия, используемые при обсуждении процессов усвоения и накопления химических веществ в водных организмах:

  • биоконцентрирование — обогащение химическим соединением организма в результате прямого восприятия из окружающей среды, без учета загрязнения питания;
  • биоумножение — обогащение организма химическим соединением непосредственно в результате питания. В природной водной среде этот процесс идет одновременно с биоконцентрированием;
  • биоаккумуляция — обогащение организма химическим веществом путем его потребления из окружающей среды и питания;
  • экологическое обогащение — прирост концентрации какого-либо вещества в экосистеме или цепи питания при переходе от низкого к более высокому трофическому уровню.

Биоконцентрирование, биоумножение и биоаккумуляция оценивают соответствующими коэффициентами обогащения.

Коэффициенты биоконцентрирования различных химических соединений в водных организмах различаются по крайней мере на пять порядков (т.е. в 100 000 раз) в зависимости от физико-химических свойств соответствующего соединения. Важнейшим свойством живого организма, связанным с биоконцентрированием, является содержание в нем липидов (жиров). Чем больше в организме липидов, тем больше коэффициент биоконцентрирования.

Хотя биоконцентрирование определяется и другими факторами, такими как специфические биохимические реакции и селективная проницаемость мембран, процессы накопления липофильных химикатов из воды в основном представляют собой процесс распределения между водной фазой и липидной фракцией организмов.

В отличие от водных организмов в наземных организмах биоаккумуляция происходит в основном за счет питания.

Для наземных высших растений установлено, что обогащение происходит за счет химических веществ, содержащихся в почве. Этот процесс имеет большое значение в накоплении химических веществ в растительных продуктах питания, их усвоении растительноядными животными и возможным экологическим усилением обогащения. Существует несколько способов усвоения и перераспределения химических веществ из почвы в высшие растения:

  • • корневой системой и перенос в наземную часть растения сокодвижением;
  • • листьями летучих химических веществ, выделившихся из почвы;
  • • листьями химических веществ из пыли.

Средняя концентрация в растении представляет собой результат комбинации различных способов поступления в него посторонних веществ.

Каждый из упомянутых способов по-разному связан с физикохимическими свойствами вещества. Усвоение корнями положительно коррелирует с веществами, растворенными в жидкой фазе почвы, и отрицательно — с адсорбционными коэффициентами почвы и коэффициентом распределения н-октиловый спирт — вода (легче всасываются полярные соединения), т.е. проявляется влияние типа почвы на характер усвоения. Однако перенос растворенного вещества из корневой системы легче осуществляется для неполярных веществ и химических соединений средней полярности.

Усвоение листьями из воздуха веществ, выделившихся из почвы, определяется липофильными свойствами тканей, т.е. лучше усваиваются неполярные соединения. Корреляция общего аккумулирования, которое представляет собой сумму всех стадий процесса, зависит от физико-химических свойств вещества, вклада каждой стадии в процесс усвоения и вида растения.

Географический и биотический перенос. После того как произошло распределение поступивших в окружающую среду химических веществ между воздухом, водой и почвой, необходимо проследить их дальнейшую миграцию на более или менее далекие расстояния в результате действия различных физических факторов. Такой перенос называют географическим. Наряду с ним имеется также биотический перенос живыми организмами, в которых произошло биологическое накопление вредных веществ.

Биотический перенос химических веществ организмами после их потребления и аккумулирования происходит в результате активного перемещения животных, а также при передаче по цепи питания. К этому процессу относится и вторичное перемещение водными червями веществ, оказавшихся в донных осадках, и деятельность человека, например перевозки сельскохозяйственных продуктов (локальные и региональные процессы). В большинстве случаев географический перенос преобладает над биотическим и осуществляется главным образом через атмосферу и воду.

Атмосферная миграция — важнейший путь перемещения химических веществ в окружающей среде. Процессы перемешивания и переноса в тропосфере происходят быстро. Обмен между тропосферой и стратосферой длится в течение нескольких лет. Атмосферный перенос локального масштаба происходит в течение минут, регионального — от часов до нескольких суток, а для глобального переноса необходимо время от нескольких суток до нескольких недель. Количественная оценка и прогноз переноса в воздухе на расстояния местного масштаба возможны, если имеется информация о вертикальной структуре атмосферы и господствующих ветрах. При этом должен также учитываться перенос пыли. Для регионального переноса этого уже недостаточно, так как за тот период времени, который необходим для переноса химических веществ на расстояние порядка нескольких сот километров, погодные условия могут измениться. Глобальный перенос еще труднее оценить количественно, здесь можно привлечь лишь данные о средних скоростях перемешивания в больших регионах. Время полного перемешивания в пределах полушария составляет от половины до трех месяцев, а перемешивание между полушариями длится примерно один год.

Нормальная океаническая циркуляция имеет определенное значение для глобального переноса, однако только на периоды порядка нескольких лет. Водная миграция реками не имеет существенного значения для регионального распределения, в то время как поверхностные и подпочвенные воды необходимо учитывать при оценке локального распределения вредных химических веществ в окружающей среде.

Миграция химических соединений в почве по сравнению с переносом в воздухе и воде происходит очень медленно. Она осуществляется главным образом в водных средах.

Контрольные вопросы

  • 1. Перечислите несколько путей усвоения и перераспределения химических веществ из почвы в высшие растения. Как эти пути связаны с физико-химическими свойствами веществ?
  • 2. Что понимают под коэффициентом обогащения, или аккумуляции, вещества в организме?
  • 3. Приведите различия экологического обогащения для водных и наземных организмов.
  • 4. Раскройте сходство и различие понятий: биоконцентрирование, биоумножение, биоаккумуляция.
  • 5. Что называют географическим и биотическим переносом веществ в окружающей среде?
  • 6. Как осуществляется географический перенос веществ в окружающей среде?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >