CC BY
107
УДК: 572.2/577.118
Плодиста Н.1., астрант, (1оуе1у_3713@ mail.ru) © Осередчук Р.С., к.с-г.н., доцент, ([email protected]) Лье1еський нацюнальний утверситет ветеринарног медицины тав бютехнологт ¡мет С.З.Гжицького
ОСНОВН1 ШЛЯХИ ЗАБРУДНЕННЯ АГРОЕКОСИСТЕМ КАДМ1СМ ТА ЙОГО ВПЛИВ НА ОРГАН1ЗМ ТВАРИН
Стаття мктить огляд лтератури з проблем забруднення навколишнього середовища сполуками кадмт. Розглянуто, та проанал1зовано питання надходження кадмт в оточуюче середовище та його м1грацт, що створюе наростаючий антропогенний вплив на довктля та порушуе природы мехатзми самов1дновлення екосистеми.
Ключовi слова: м1грац1я, екосистеми, важкг метали, кадмт, грунт, рослина, тварина
Одна з найбшьш актуальних проблем сучасно! науки полягае у системному дослщженш природних процеав, прогнозуванш та комплекснш ощнщ змш у навколишньому середовищi тд дiею антропогенного навантаження. Iндустрiалiзацiя без адекватного реагування природного середовища викликала серйозне забруднення пов^ря, води i грунту. Забруднення може бути визначене як небажана змша фiзичних, хiмiчних чи бiологiчних характеристик пов^ря, води, грунтiв, яка може згубно впливати на здоровя, виживання i дiяльнiсть людини та iнших живих об'екив [9, 11, 16].
Кадмш - елемент II групи перюдично! системи елементiв. Атомний номер 48. Вперше виявлений у карбонатi цинку в 1817 рощ. Атомна маса 112,40. Природш iзотопи 106Сё (1,215%), 108Сё (0,875%), 110Сё (12,39%), шСё (12,75%), шСё (24,07%), радiоактивний 113Сё (12,26%),114Сё (28,86%), 116Сё (7,58%).
Елемент широко розповсюджений у земнiй кор^ i вважають, що його вмют в земнiй корi, грунтi i природних водах коливаеться вiд п *10-5 до п *10-6%, в рослинах - п *10-6% маси сухо! речовини. Кадмiй мютиться у багатьох мiнералах, i завжди у мiнералах цинку. Дуже рщко зустрiчаеться самостiйний мiнерал - гриноют (Сё8), ще рiдше виявляють карбонат кадмш - отавит (Сё [С03]), монотемпошт СёО i кадмоселiт Сё8е [2]. У невулканiчному rрунтi середнш вмiст металу коливаеться вiд 0,01 до 1 мг/кг, у вулкашчному - досягае до 4,5 мг/кг. Проте, фонова концентращя елементу не перевищуе 0,5 мг/кг, бiльш високий вмшт е показником антропогенного впливу. М!гращя кадмiю в оточуючому середовищi залежить вiд виду його сполуки i рН середовища.
На територiях (у грунтах Укра!ни), де вщсутш джерела забруднення, вмiст кадмiю знаходиться в межах 0,01-2,5 мг/кг ^ в основному, не перевищуе 1 мг/кг [3]. В лужних грунтах Сё менш рухомий, шж в кислих (особливо при рН 5).
Велик кшькосп елементу, внаслiдок вив^рювання та ерозп переносяться
© Плодиста Н.1., Осередчук Р.С., 2010
249
ржами у Св^овий океан (15000 т), що е основним джерелом надходження металу у глобальний кругообт У водi Св^ового океану середня концентрацiя розчинних форм Сё становить 0,11 мкг/л, у рiчкових водах - 0,2 мкг/л, у водi пршних водоймах не пщшмаеться вище 1 мкг/л, а у забруднених районах коливаеться в межах 1,0-10 мкг/м3 [5]. У промислово-розвинених крашах питна вода мютить в середньому 1 мкг/л Сё. Для води водойм гранично допустима концентращя встановлена ВОЗ - 10 мкг/л, а для води рибогосподарств - 5 мкг/л
[3, 8].
У незабрудненому атмосферному повiтрi згщно даних ВОЗ над океаном середня концентращя кадмш складае 0,0005 мкг/м3, у промислових районах та мютах - до 0,3- 0,6 мкг/м3, у сшьських мiсцевостях до 0,05 мкг/м3. Як безпечш рiвнi для мшт без сiльськогосподарського використання територш i промислових центрiв рекомендуються 0,01 - 0,02 мкг/м3, для сшьських райошв - 0,01- 0,005 мкг/м3 [2]. Вулкашчна дiяльнiсть - це основне природне джерело надходження кадмш в атмосферу (10-15%).
Антропогеш джерела надходження елементу в оточуюче середовище можна подiлити на двi групи: локальш викиди, якi пов'язанi з промисловими комплексами, що виробляють чи використовують Сё, i дифузного розсшвання по землi джерелами рiзноl степеш потужностi, починаючи вiд теплових енергетичних установок та моторiв i заюнчуючи мiнеральними добривами та сигаретним димом. Дiяльнiсть людини не лише створюе новий напрямок м^раци металiв, але й суттево змiнюе И форму. Сьогодш метал широко використовуеться, як гальвашчне покриття для надання блиску та корозшно1 стiйкостi деталям, як барвники при виробництвi пластмас, керамши, облицювальних матерiалiв, як стабiлiзатор при виробництвi полiхлорвiнiлових пластмас, як тгмент - при фарбуваннi транспортних засобiв, обробцi високоякiсних промислових виробiв. Кадмш отримують, як побiчний продукт при рафiнуваннi мiдi, свинцю та цинку, тому людство добуваючи цi метали протягом кiлькох столiть, забруднювало довкшля кадмiем [1].
Внаслiдок спалювання 1 кг вугшля в атмосферу надходить 1 -2 мг Сё, 1 кг нафти - вщ 0,07 до 0,5 мг елементу. Щорiчно у всьому свiтi з димовими газами електростанцш та промислових котелень викидаеться в пов^ря до 1000 т Сё, при спалюванш мюьких вiдходiв та деревини - 0,3 тис.т/рж [2].
Найбiльшi концентраци i особливо сильна фiксацiя кадмiю характерш для верхнього гумусного горизонту [21]. Значна кшькють Сё у забрудненому ним грунтi виявляеться на глибиш до 2,5 см, а на глибиш 10-15 см вмiст кадмш в норм1 Вмiст кадмiю в грунт оцiнюють наступним чином: до 1,5 мг/кг - слабий рiвень забруднення; 1,5 мг/кг - помiрний; концентращя 3 мг/кг грунту згубна для рослин [25]. Пвд впливом важких металiв у грунтi спостер^аеться порушенням дiяльностi грунтово! мiкрофлори, сповшьненням гумiфiкащl рослинних решток, погiршенням структури грунту тощо [17]. До 70% Сё, що попав у грунт зв'язуеться з грунтовими хiмiчними комплексами, яю доступнi для засвоювання рослинами. У зонах техногенного забруднення формуються новi "антропогенш грунти" зi змiненими властивостями, що ускладнюе або
250
робить неможливим ïx використання для сшьськогосподарського виробництва. Це в свою чергу вимагае постшного ведення еколопчного мошторингу земель за агроxiмiчними показниками, забрудненням пестицидами, важкими металами [12, 14, 21, 28].
Вмют кадмiю в рослинному ro^mi коливаеться в межах 0,03-0,3 мкг/г суxоï речовини. В умовах забруднення атмосферного повiтря виявлено пiдвищення концентраци елементу у рослинах на 0,02-0,4 мг/кг, що становить 20-60 % вщ загального вмшту. Коефiцiент переходу з грунту в рослини становить 0,04 мг/кг [3, 4].
Рослини нагромаджують кадмш з рiзною штенсившстю: тютюн мюить 202,2; жито - 20,5; яблуко - 33,3 мкг % кадмш. На надходження елементу у рослини впливае ряд факторiв, серед яких розчиншсть сполук елементу, вмют органiчниx речовин та шших металiв у грунтi, рН грунту [24]. Рiвень металу у культурах вирощених на одному i тому самому грунт iз концентрацiею елементу 10 мкг/кг вiдрiзнявся бiльше шж у 100 разiв. При рiвниx умовах кадмiй нагромаджуеться в мшмальнш кiлькостi у злаках та бобових, в максимальнiй - у салат, кабачках, шпинатi. Пiдвищеною здатнiстю до нагромадження кадмш володiе пшениця, що росте на забруднених землях. Концентращя металу зростае у овочах, коренеплодах, зелена маса акумулюе кадмш пщ час повшьного розвитку - весною та восени [10, 18, 20, 25]. У продуктах харчування вмют Cd складае (мг/кг) : м'ясо - 0,02; xлiб - 0,01; овочi - 0,02; фрукти, ягоди - 0,005, жито - 0,011; овес - 0,014; рис - 0,017 мг/кг [3]. Ппешчш нормативи вмюту кадмш в продуктах харчування в Украм е наступними (в мг/кг сироï речовини): м'ясо - 0,05; внутршш органи вели^' рогатоï худоби та птищ - 0,3; нирки - 1,0; зерно - 0,05; овочi - 0,03; молоко -0,03; сир - 0,2; сметана - 0,03.
Кадмш надходить в кшькост 30 - 60, рщше 100 - 200 мкг/добу, з них 80 % з ïжею та 30 % ресшраторно [25]. Для оргашзму людини значне джерело надходження елементу е продукти харчування тваринного походження [19].
Причиною утворення локальних техногенних провiнцiй забруднених важкими металами можуть бути активно дiючi промисловi пiдприемство, що зумовлюе необxiднiсть проведення постiйного монiторингу у ланках харчового ланцюга [22].
В оргашзм тварин кадмш потрапляе в основному трьома шляхами - через корми (алiментарний), пов^ря (шгаляцшний) та поверхню тша (транскутанний). Алiментарними та iнгаляцiйними шляхами надходження елементу в оргашзм великоï рогатоï худоби (ВРХ) вважають основними. Токсичшсть сполук кадмiю залежить вщ ïx типу, розчинностi, а також вщ наявностi iншиx бiологiчно активних речовин. Крiм цього, вiдповiдь на дш токсиканта залежить вiд виду, в^, статi тварини та загального стану оргашзму у цей момент [7, 13, 15].
Коефщент бютрансформаци Cd з кормiв та води в оргашзм молодняка ВРХ в умовах промислових технологш високий i становить 14,1 % [23]. 1нтенсивно засвоюеться Cd у тонкому вщдЫ кишечника. Всмоктування металу
251
з бюлопчного матерiалу при малих дозах (бшя 1 мг/кг) проходить швидко i перевищуе 50%.
Кадмш впливае на трансмембранну передачу гормональних сигналiв у клiтинах [26], пригшчуе гормональну функцiю органiзму [23].
Натввиведення кадмiю з органiзму вiдбуваеться повшьно, в основному, екскрецiею з калом. Для оргашзму людини в цшому та нирок зокрема термiн становить 16-30, для легень - 9,4 роки [27].
В м'язах, юстках, волоса метал нагромаджуеться у незначних кшькостях, у молоцi i яйцях не перевищуе 0,5 мг/кг органами-мшенями при штоксикаци кадмiем е нирки, юстковий мозок, печiнка, трубчатi юстки, сiм'яники, селезiнка. Причому концентрацiя металу у печiнцi тварин нижча, шж у нирках. Вважають, що розподш мiж органами i тканинами залежить вiд шляху введення елементу. При пероральному надходженнi в нирках мютиться приблизно у 2 рази бшьше кадмiю, нiж у печiнцi, а при внутрiвенному введеннi спостерiгалось зворотне стввщношення.
Дiя кадмiю на оргашзм людей i тварин проявляеться хрошчними та гострими токсикозами, що супроводжуються порушенням обмiну речовин, фiзiологiчних функцш, зниженням резистентностi, продуктивностi та вщтворно! здатностi [6].
Отже наведенi даш лiтератури свiдчать про бiологiчну м^рацш солей важких металiв, що е основною причиною забруднення довкшля, а представлений матерш розкривае важливi аспекти бюлопчно! м^аци солей кадмiю в системi забезпечення бiогеоценозу.
Л1тература
1. Акинова А.А., Мейрбаев А.К. Содержание кадмия в организме животных и человека в районах размещения предприятий цветной металлургии// Гигиенические вопросы производства цветных металлов в Казахстане. - Алма-Ата.- 1987.- С. 43-47.
2. Алексеенко В.А., Алещукин Л.В., Безпалько Л.Е. Цинк и кадмий в окружающей среде // Рос. акад. наук, Науч. совет по пробл. биосферы.- М.: Наука, 1992.- 197 с.
3. Алiмасова А.С., Сафронов А.1., Сюмка А.А. Накопичення кадмш i морфо-анатомiчнi ознаки рослин як шдикатор забруднення середовища // Питання бюшдикацп та екологп.- 1998.- Вип. 3.- С. 34-40.
4. Бортник Л.Н. Вплив антропогенного навантаження на вмют важких металiв у системi грунт - рослина // Вкник аграрно! науки.- № 10.- 1999.- С. 34-37.
5. Буцяк В.1. Дослщження комбшативного впливу важких металiв на процеси трансформаци юшв кадмш // Науковий вюник Львiвськоl державно! академп ветеринарно! медицини iменi С.З. Гжицького.- Львiв, - 2002.-Т. 3. (№ 2).- С. 3-5.
6. Гуфрш Д.Ф., Канюка О.1., Гунчак В.М., та ш. Шляши надходження, форми мiграцil та екологiчна роль кадмш i кобальту у водних екосистемах. Сшьський господар.2005.-№1-2. -С.27-28.
252
7. Засекш Д. А. Розвиток патолопчного процесу у тварин за умов отруення ïx оргашзму солями важких мет^в // Науковий вюник НАУ.- 2001.- Вип. 42. -С. 90-95.
8. Запольський А.К. Водопостачання водовщведення та яюсть води.Пiдручник. - К.: Вища шк., 2005. -671с.
9. Зеркалов Д.В. Еколопчна безпека: управлiння, монiторинг, контроль. Поабник.-К.:КНТ, Декор, Основа, 2007. - 412с.
10. Иванова Т.Н., Павловская А.А., Кузьмин В.М. Содержание токсических элементов в некоторых видах растительного сырья // Рациональное питание.- 1994.- №5.- С. 12-17.
11. 1гнат Р.М. За п'ять хвилин до катастрофи. - 1999. - Експрес. - 6-14 лютого 1999 р.
12. Козьянова Н.О., Макаренко Н.А., Кавецький В.М. Ферментативна актившсть грунту, екотехнолопчний критерш небезпечност важких металiв. // Вкник ДААУ.- 2000.- № 2.- С. 286-292.
13. Кравщв Р.Й., Васерук Н.Я. Вплив кадмш i бюлопчно активних речовин а продуктившсть тварин, та забшш показники туш // Сшьський господар. - 2002. -№5-6. -22-24.
14. Лесьюв Г.З., Стадшчук О.М., Бшьо Н.В. Агропромисловий комплекс та його еколопчш проблеми. // Науковий вюник Львiвського нацiонального унiверситету ветеринарноï медицини та бютехнологш iменi С.З.Гжицького, 2010. - Том 12№1(43). -С.351-353.
15. Параняк Р.П., Васильцева Л.П., Макух Х.1. Шляхи надходження важких металiв в довкшля та ïx вплив на живi органiзми.//Бiологiя тварин .-2007.Т9.,№1-2.- С.83-89.
16. Параняк Р.П., Черевко М.В., Павлiв Л.П. та ш. Екологiя тварин // Навчально-методичний поабник. Львiв 2009. -152с.
17. Положення про державний мошторинг навколишнього природного середовища. Затверджено постановою Кабiнету Мiнiстрiв Украïни вiд 23 вересня 1993 p. № 785 // Еколопя i закон: Еколопчне законодавство Украши: у 2 кн. / Вщповщ. ред. д-р юрид. наук, проф., засл. юрист Украши, акад. УЕАН В.1. Андрейцев.- К.: Юрiнкомiнтер, 1997.- кн.1.- С. 151-159.
18. Пономарьов П.Х., Сирохман 1.В. Безпека харчових продуктв та продовольчоï сировини. Навч. Поабник. - К.: Лiбра, 1999. - 272 с.
19. Розпутнш О.1. Трансформацiя важких металiв у бютехнолопчних системах з виробництва яловичини i свинини // Авт. дис. д. с.-г. наук. - Бша Церква. - 1999. - 34 с.
20. Самохвалова В.Л., Мiрошниченко М.М., Фатеев А.1. Пороговi рiвнi токсичностi важких металiв для сшьськогосподарських культур // Вiсник аграрноï науки.- 2001.- № 11.- С. 61-65.
21. Тарасюк О.О., Безкопильний 1.Н., Шишка Г.В. та ш. Гшешчна оцiнка впливу деяких металiв на загальносаштарний стан грунту // Охорона здоров'я та довкшля.- Львiв.- 1996.- С. 60.
22. Тиво П.Ф., Быцко М.Т. Тяжёлые металлы и экология.- Минск.:
253
Юникол, 1996.- 192 с.
23. Хенниг А. Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы в кормении сельскохозяйственных животных. - М.: Колос, 1976. - 500 с.
24. Эколого-геохимические исследования в районах техногенного воздействия. Сб. науч. статей / Под ред. Буренкова Э.К., Челищева Н.Ф. - М.: ИМГРЭ, 1990. - 162 с.
25. Distribution of heavy metals and their ultrahistochemical determination in the organs of calves. //Acta-Veterinaria-Bmo.- 1998.- 67.- № 1.- P. 51-58.
26. Nam D.H., Lee D.P. Monitoring foor Pd and Cd pollution using feral pigeons in rural, urban, and industrial environments of Korea // Sci. Total Environ-2006.-15.-357 (1-3). -P.288-295.
27. Phillips C.J., Chiy P.C., Omed H.M. The effects of cadmium in feed, and its amelioration with zinc, on element balances in sheep // J. Anim. Sci.-2004-82(8). -P.2489-2502.
28. Waalkes M.P. Cadmium carcinogenesis in review // J. Inorg. Biochem.-2000.-79. - P. 241-244.
Summary Plodista N.I., Oseredchuk R.S.
Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after
S.Z.Gzhytskiy
Major ways of pollution of agroecosystems with cadmium and its influence on the animal bodies. The article gives information concerning the problems of the environmental pollution with the cadmium compounds. There were studied and analyzed questions of getting cadmium into the environment and its migration, which adds greatly to the large antropogenic influence on the environment and disturbs natural mechanisms of the ecosystem renewal.
Key words: migration, ecosystems, heavy metals, cadmium, soil, plant, animal.
Стаття надшшла до редакцИ 1.09.2010
254
