Особливості кругообігу важких металів у лісових біогеоценозах (частина 1)

6.3.2.11. Особливості кругообігу важких металів у лісових біогеоценозах

Важкі метали – це кольорові метали з щільністю більшою, ніж у заліза (7874 кг/м куб), – Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sl, Sn, Bi, Hg. Індустріалізація, яка вивела ці елементи із природного геологічного кругообігу, включила їх у вигляді промислових викидів у біохімічні кругообіги лісових біогеоценозів, які перетворилися у важливий механізм поглинання домішок повітря.
Компоненти лісових та інших наземних біогеоценозів, які поглинають домішки із атмосфери і акумулюють, транспортують і переносять їх, називають "поглиначами". Основними поглиначами домішок, які надходять у лісові біогеоценози, є передусім ґрунт і рослини.
Тверді частинки потрапляють із атмосфери в лісові ґрунти шляхом безпосереднього осідання у вигляді так званих сухих випадів або ж метеорологічних опадів, а також опосередковано з листяним або ж гілковим відпадом, що створює сприятливі умови для акумуляції в них важких металів. Деколи, потрапляючи в повітря і залишаючись у зваженому стані, вони переміщуються вітровими потоками на тисячу і більше кілометрів від місця викиду. Існують достатні обгрунтування, які дають змогу вважати, що лісові ґрунти можуть служити кінцевим або тимчасовим сховищем важких металів, які входять до складу цих частинок. Відомо, що ґрунти, особливо їх глинисті й органічні колоїдні компоненти, служать чудовим сорбентом важких металів.

Рис . 6.39. Потенційний розподіл і шляхи переносу свинцю в екосистемі біля узбіччя автомагістралі.

Аналізуючи шляхи і дію викидів свинцю, вчені роблять узагальнений висновок про те, що коли важкий метал типу свинцю потрапляє в ґрунт, він може (рис. 6.39): 1 – абсорбуватися обмінною поверхнею ґрунтових частинок; 2 – осідати в незміненому вигляді; 3 – вимиватися в нижні шари ґрунтового профілю; 4 – виноситися в атмосферу; 5 – трансформуватися ґрунтовою фауною або мікроорганізмами в процесі їхнього метаболізму; 6 – поглинатися корінням рослин. Вважають, що лісові ґрунти, особливо органіка лісової підстилки, крім свинцю, поглинають з різною мірою інтенсивності цинк, кадмій, мідь, нікель, марганець, причому всі ці елементи пов'язані із надходженням твердих опадів із атмосфери. Однак, попереджують вчені, не варто поспішати із висновками про відносну інтенсивність і значимість поглинання цих різних металів, доки не буде досягнуто глибшого розуміння їх динаміки в широкому діапазоні типів ґрунтів. І все ж процес поглинання промислових викидів може відігравати важливу роль, особливо у лісових екосистемах, які розташовані поблизу джерела забруднення.
В лісових біогеоценозах, поряд із ґрунтом, накопичувачем атмосферних забруднень є рослинність. Стосовно таких забруднювачів, як стійкі частинки важких металів, функції їх сховищ у рослинах і ґрунті тісно пов'язані, оскільки частина важких металів потрапляє в ґрунт через рослинність, яка постачає відпад у лісову підстилку.
Поверхня рослин виконує головну фільтраційну функцію, забезпечуючи взаємодію із атмосферою і відіграючи важливу роль у перенесенні полютантів із атмосфери в біогеоценози. Перехоплення і утримання атмосферних частинок рослинами відбувається найрізноманітнішими способами і в основному залежить від: а) розміру, форми, вологості і температури поверхні частинок; б) розміру, форми, вологості і температури поверхні вловлюючого органу рослини; в) мікро- і макрокліматичних умов, в яких знаходяться рослини.
Надмірне нагромадження важких металів, зокрема, свинцю, кадмію, цинку і міді, в органогенному горизонті лісової підстилки навело вчених на думку, що багато металів сповільнюють швидкість процесу розкладу. На їхню думку, розклад лісового відпаду і повторна мобілізація поживних речовин сповільнюється внаслідок зв'язування важких металів колоїдами органічних речовин. Іони металів можуть також виявити прямий токсичний вплив на мікроорганізми-редуценти або ж ферменти, які вони виробляють.
Першими, на кого токсично впливають важкі метали, є мікроорганізми і ґрунтова фауна. Американські екологи Джексон і Уотсон, які вивчали вплив свинцю, кадмію, цинку і міді, що надходили до ґрунту листяного лісу у Національному лісі Кларка (штат Міссурі, США) від заводу, який виплавляв свинець, встановили значне виснаження ґрунту і запасів поживних речовин в опаді. Крім того, спостерігалося пригнічення угруповань редуцентів і переміщення поживних речовин (табл. 6.15).

Таблиця 6.15 Концентрація рідкісних металів у біомасі і кальцію в листях дуба в Національному лісі Кларка на різній віддалі від металургійного заводу

Важкі метали негативно впливають на ґрунтову мікро- і мезофауну, яка відіграє важливу роль у зміні фізичних властивостей підстилки в процесі її послідовного руйнування. Наприклад, у тому ж Національному лісі Кларка біомаса членистоногих виявилася значно меншою на ділянках, підданих надмірному забрудненню рідкісними металами, які викидаються свинцевоплавильними заводами. В радіусі 0,8 км від заводу було помічено значне зменшення чисельності хижаків, опадоїдних і грибоїдних видів (табл. 6.16).

Таблиця 6.16 . Середня біомаса членистоногих хижаків, опадоїдних і грибоїдних в опаді Національного лісу Кларка на різній віддалі від свинцевоплавильного заводу