Особливості кругообігу важких металів у лісових біогеоценозах (частина 2)

Сьогодні вже ніхто не має сумніву, що забруднення середовища важкими металами гальмує процеси розкладу органічної речовини і сповільнює кругообіг поживних елементів. Пороги токсичності для численних бактерій, грибів, комах та інших компонентів ґрунтової біоти перебувають у межах 100-10000 ppm катіона металу на суху масу ґрунту.
Високі концентрації важких металів зумовлюють порушення процесів метаболізму у лісових біогеоценозах і, зокрема, головного з них – фотосинтезу. А фотосинтез – це врешті-решт 95% продукованої сухої маси рослини. Швидкість чистого фотосинтезу (сумарна фіксація вуглекислого газу мінус витрати під час дихання у темноті і при світлі) в непошкоджених листях дорослих дерев свідчить про те, що в цілому за добу засвоюється 200 мг вуглекислого газу на 1 г сухої маси рослини. Наприклад, засвоювання вуглекислого газу на 1 г живої маси берези становило 67 мг на добу, бука – 53, смереки – 14 мг. На рис. 6.40 зображено схему відбору і реєстрацію даних у процесі вивчення впливу полютантів на фотосинтез дерев.
Досліджуючи хід фотосинтезу соняшника, виявили, що чистий фотосинтез повністю пригнічувався в ньому через 45 хв після введення 18 мМ (мілімоль) кадмію. Через 2 год після введення дози 9 і 4,5 мМ кадмію фотосинтез відповідно знижувався на 40 і 70% максимуму. Продовжуючи ці досліди на окремих листях соняшника, виявили, що важкі метали, напевно, впливають на функцію продихів і зменшують фотосинтез на 50% максимуму, коли концентрація металів у тканині листка досягає таких величин: талію – 63 мкг/г, кадмію – 96, свинцю – 193 і нікелю – 79 мкг/г.

Рис. 6.40. Схема відбору і реєстрації даних при використанні методу малих камер для визначення впливу газоподібних атмосферних полютантів на фотосинтез дерев.

Рис. 6.41. Вплив внесених в грунт свинцю і кадмію на фотосинтез сіянців платана західного.

Вплив на швидкість фотосинтезу 2-3-річних сіянців платана західного хлориду свинцю і хлориду кадмію зображено на рис. 6.41. Виявлена залежність між свинцевими і кадмієвими добавками у ґрунт і фотосинтезом. Як бачимо, комбіновані дози обох елементів не виявили ефекту синергізму – вторинного забруднення з його ще сильнішою токсичною дією.
Які ж механізми пригнічення фотосинтезу? Найважливіші з них – це атмосферні полютанти, які можуть змінювати розміри отвору або ступінь відкриття продихів, втручатися у функціонування мембран, хлоропластів, впливати на концентрацію хлорофілу, змінювати величину рН, окислювально-відновні реакції, потік електронів і фосфорилю-вання або ж атакувати найважливіші білки чи ферменти, які беруть участь у фотосинтезі.
Як зазначено вище, свинець, кадмій і нікель (сюди належить ще й олово) не відрізняються ніякими метаболічними функціями, але всі вони потенційно шкідливі для дерев. Особливо небезпечними є Cd, Co, Cr, Cu, Pb, Hg, Та, Wa і Zn. Механізм їхньої токсичної дії, на думку У.Х.Сміта, полягяє: 1) в порушенні функції ферментів; 2) в антиметаболітичній дії; 3) в утворенні стійких осадів, або хелатів, із головним метаболітом; 4) у виконанні ролі каталізатора розкладу головного метаболіту; 5) в зміні проникливості клітинних мембран; 6) в заміщенні важливих структурних або електрохімічних важких елементів у клітині. Кожна з цих аномалій здатна серйозно порушити цілий ряд найістотніших фізіологічних функцій. Зворотна реакція деревних рослин на вплив важких металів надзвичайно різноманітна і залежить головним чином від генетичних факторів, віку, стану рослини і оточуючих умов. Ідентифікувати пошкодження, зумовлені різними подразниками, складно, але головні, стресові, еколог має знати. Підсумкова обробка даних загальних симптомів пошкодження і порогові дози для головних забруднювачів наведені в табл. 6.17.

Таблиця 6.17 Часті пошкодження листя лісових порід, зумовлені основними і другорядними атмосферними забруднювачами