Меню

Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов



Коэффициент биологического поглощения

Живые организмы избирательно поглощают и накапливают химические элементы в своих телах. Именно благодаря этой способности содержание элементов в минеральной составляющей организмов (в золе) отличается от их содержания в природных средах.

Для оценки способности живых организмов поглощать и накапливать химические элементы Б.Б. Полыновым (1948) был предложен биогеохимический показатель – интенсивность поглощения химического элемента (Ах), который в дальнейшем А.И. Перельман (1975) предложил называть коэффициентом биологического поглощения (Кб, КБП). Данный коэффициент является важным при рассмотрении вопросов, связанных с биогенной миграцией химических элементов[7].

Коэффициент биологического поглощения рассчитывают по формуле:

Кб = Р (5)
П

где Р – содержание химического элемента в золе растения; П – содержание химического элемента в горной породе или почве, на которой произрастает данное растение.

Таким образом, Кб характеризует интенсивность поглощения организмом того или иного химического элемента и показывает, во сколько раз содержание элемента в золе определенного организма больше или меньше, чем в конкретной горной породе или почве.

Следует разграничивать понятия «коэффициент биологического поглощения» и «коэффициент биофильности», так как последний показатель рассчитывают на основе содержания элемента в живом веществе (в сырой массе организмов), а не в зольном остатке.

Расчет коэффициентов биологического поглощения в последующем дает возможность построения рядов интенсивности поглощения, в которых химические элементы располагают в порядке убывания значений их коэффициентов биологического поглощения. Например, ряд интенсивности поглощения химических элементов растениями ландыша майского, произрастающими в лесостепном Поволжье Самарской области, имеет следующий вид:

Cu (0,53 [8]) > Co (0,42) > Sr (0,39) > Zn (0,34) > V (0,19) > Mn (0,17) > Ni (0,15) > Rb (0,13) > > Cr (0,02), Pb (0,02) > Fe (0,009) > Ti (0,001)

Представленный ряд наглядно демонстрирует, что растения ландыша интенсивнее всего поглощают Cu, Co, Sr и Zn, в то время, как их потребность в Cr, Pb и, особенно, Fe и Ti минимальна.

В зависимости от величины коэффициента биологического поглощения все химические элементы можно разделить на две основные группы (табл. 8). Если Кб > 1 (то есть содержание элемента в золе больше, чем в компонентах литосферы), считают, что в течение жизни организм накапливает химический элемент и поэтому его относят к группе биологического накопления. Если Кб

Ряды биологического поглощения химических элементов (по А.И. Перельману, 1975)

Химические элементы Коэффициент биологического поглощения
100n 10n n 0,n 0,0n-0,00n
Биологического накопления энергичного P, S, Cl, Br, I
сильного Ca, Na, K, Mg, Sr, Zn, B, Se
Биологического захвата среднего Mn, F, Ba, Ni, Ge, Cu, Ga, Co, Pb, Sn, As, Mo, Hg, Ag, Ra, Au, B
слабого и очень слабого Si, Al, Fe, Ti, Zr, Rb, V, Cr, Li, Y, Nb, Th, Sc, Be, Ta, U, W, Sb, Cd

Коэффициент биологического поглощения не является константой, и даже у одного и того же биологического вида на протяжении жизни его величина может изменяться в 100-1000 раз. Подобные колебания обуславливают множество одновременно действующих факторов, все многообразие которых, тем не менее, можно свести к двум группам.

К первой группе относят факторы, связанные с самим живым организмом. Это: особенности морфологии его органов и тканей (главным образом, непосредственно контактирующих с окружающей природной средой); степень взаимодействия органов с компонентами окружающей природной среды (у растений – глубина проникновения корневой системы в почву); аттрагирующая[9] способность органов в отношении химических элементов, обусловленная значением этих органов для поддержания жизнедеятельности организма; количественный и качественный состав эндо- и экзометаболитов органов, участвующих в процессах фиксации химических элементов; общее физиологическое состояние и интенсивность протекающих в организме процессов; физиологическая потребность организма в конкретном химическом элементе на определенном этапе жизни; непостоянство сезонного ритма прироста биомассы; продолжительность жизни организма (и длительность вегетации у растений); экологические особенности организма (потребность в тепле и влаге) и др.

Интересно отметить, что на величину Кб, помимо перечисленных факторов, влияет и происхождение организма. В частности, согласно классификации А.Д. Айвазяна (1974), все растения можно подразделить на гумидокатные (ель, береза, осина, мхи и др.), центры происхождения которых находятся в гумидных[10] областях, и ариданитные (полынь, ковыль, кермек, подсолнечник, кукуруза и др.), исторически возникшие в аридных[11] регионах. Формирование гумидокатных растений в гумидных условиях привело к тому, что они приспособились накапливать катионогенные элементы (Zn, Mn, Cu, Ag, Pb, Co, Sr, Ni, Cd), обладающие наибольшей подвижностью в этих климатических условиях. Особенностью ариданитных растений стало накопление анионогенных химических элементов (Mo, B, Cr, V, Ti, частично Zr), а также некоторых катионогенных элементов (Cu, Ag, Pb, Co, Sr, Ni, Cd), подвижность, а, следовательно, и доступность которых для растений в этих условиях обусловлена образованием растворимых комплексов с карбонатами и бикарбонатами.

Читайте также:  Как приварить оцинковку к простому железу

Вторую группу составляют факторы окружающей организм природной среды. В частности, для наземных растений чрезвычайно важными оказываются характеристики почвенной среды (гранулометрический состав, окислительно-восстановительный потенциал, содержание в почве гумусовых веществ, карбонатов, оксидов, гидроксидов, фосфатов, концентрация ионов водорода, влагообеспеченность, обогащенность почвы метаболитами почвенных микроорганизмов и др.). Несомненное влияние на процессы поглощения и накопления химических элементов организмами оказывают и физико-химические свойства самих элементов и их соединений, климатические условия местообитания, а также техногенная деятельность человека, ведущая к трансформации характеристик окружающей среды.

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Коэффициент биологического

Коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой отношение содержания элемента в золе растения (минеральная часть этого растения) к содержанию в почве в месте произрастания, у растений-концентраторов чрезвычайно велики. Так, у крапивы двудольной он доходит для Мо до 250, у сушеницы топяной для С(1 — до 50; у укропа для — до 60.[ . ]

Коэффициенты биологического накопления металлов у большей части изученных растений составляли следующий восходящий ряд: Ni < Cu < Fe < Zn < Mn (табл. 2). У некоторых гидрофитов максимальные коэффициенты накопления были характерны для железа.[ . ]

КОЭФФИЦИЕНТ БИОЛОГИЧЕСКОГО НАКОПЛЕНИЯ [от лат. со — с, вместе и е/АЫет — производящий] — отношение содержания к.-л. элемента (напр., радионуклида или тяжелого металла) в организме к содержанию его в окружающей среде (в земной коре, почвообразующей породе, почве или искусственной питательной среде).[ . ]

Коэффициенты биологического накопления рассчитаны по отношению к местным почвообразующим породам (суглинистые отложения морского генезиса).[ . ]

О направленности биологического круговорота можно получить представление, если определить коэффициенты биологического поглощения распространенных химических элементов наземной растительностью. Указанный коэффициент численно равен отношению концентрации химического элемента в золе растительности суши к его средней концентрации в литосфере. Это графически показано в верхней части рис. 38. Растительность оказывает активное воздействие на перераспределение многих химических элементов, в первую очередь углерода, азота, фосфора, серы и галогенов.[ . ]

Для оценки загрязнения растительного покрова в придорожной полосе можно использовать коэффициент биологического накопления (КБН), равный отношению концентрации тяжелых металлов в золе растений к их концентрации в почве. При известных КБН и концентрации тяжелых металлов в почве можно определить их концентрацию в золе растений.[ . ]

Фосфор, единственным источником которого служит литосфера, относится к веществам с высоким коэффициентом биологического поглощения. Он присутствует в клеточном материале в составе многих соединений: фосфатных групп, входящих в структуру нуклеиновых кислот, фосфолипидов, макроэргичес-ких соединений (АТФ), участвующих в энергетических и анаболических процессах. Фосфор ассимилируется из среды в ходе фотосинтеза, хемосинтеза, разложения органических остатков. Способность запасать этот элемент в клетке обусловливает определенную независимость водорослей от его содержания в среде (Sommer, 1985; Harris, 1986). С геохимическими процессами в бассейне связано поступление фосфора в поверхностные воды, которые наряду с промышленными и бытовыми стоками являются источником его поступления в водоемы (Коплан-Дикс, Алексеев, 1988; Harris, 1986). Круговорот фосфора в природе носит однонаправленный характер: он не возвращается в исходную фазу (как азот — в газообразное состояние). У исследователей нет единого мнения в отношении форм существования фосфора в водоеме. Разными методами выделяют до восьми взаимосвязанных между собой фракций, формирующих его общий фонд. В наиболее общем виде они могут трактоваться как растворенный и взвешенный фосфор, формирующие его общий фонд (Элементы круговорота. 1987). Основная масса общего фосфора в водоеме существует в виде взвешенной фракции. Растворенный неорганический фосфор, содержащийся в меньших количествах, характеризуется высокой (от нескольких минут) скоростью оборачиваемости (Harris, 1986).[ . ]

Главным источником элементов в растениях являются почвы. По степени накопления элементов растениями, мерилом которой является коэффициент биологического поглощения Ах или отношение содержания элемента в золе растений к содержанию этого элемента в почве или породе, А.И. Перельман выделил пять рядов (табл. 46).[ . ]

Читайте также:  Чем проверить прочность металла

Различные растения аккумулируют разное число микроэлементов. Так, медь накапливают растения семейства гвоздичных, кобальт — некоторые овощные культуры (перцы). Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников.[ . ]

Полученные результаты анализов группировались в выборки по различным признакам (по типу почв, генезису и составу почвообразующих пород, видам растений и их экобиоморфам, по географическому признаку). Для всех выборок были вычислены основные, статистические параметры (среднеарифметическое содержание X, коэффициент вариации V, среднеквадратичное отклонение S и т.д.). Для генетических горизонтов почв вычислялись элювиально-аккумулятивные коэффициенты Кэл, представляющие собой отношение содержания данного химического элемента в том или ином почвенном горизонте к среднему содержанию его в почвообразующей породе [Глазовская, 1964а; Авессаломова, 1987]. Также были вычислены показатели дифференциации почвенно-грунтовой толщи по методике Е.Г. Нечаевой [1971, 1974, 1985]. Для оценки поступления элементов в растения были рассчитаны коэффициенты биологического накопления (КБН), равные отношению содержания микроэлемента в золе растения к содержанию в почве или породе, на которой растение произрастало [Перельман, 1966].[ . ]

Судя по списку видов-доминантов (табл. 2), наиболее часто встречаемыми видами являются элодея канадская, роголистник темнозеленый и рдест курчавый. По литературным данным, эти виды наиболее устойчивы кТМ и способны накапливать их в значительных количествах (Кадукин и др., 1982). Изучая накопительную способность гидрофитов в модельных экспериментах, мы также отмечали высокие значения коэффициента биологического накопления меди, кадмия и никеля у рдеста, элодеи и ряски трехраздельной (Малева и др., 2004).[ . ]

Источник

Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

Проведенные исследования по накоплению ионов тяжелых металлов в различных породах древесных растений г. Ульяновска привели к следующим результатам.

Для оценки эффективности поглощения микроэлементов, нами использован коэффициент биологического поглощения (КБП), представляющий собой частное от деления содержания микроэлемента в золе растительного материала на его содержание в корнеобитаемом слое почвы.
В летний период у березы повислой и липы мелколистной установлено наибольшее значение КБП цинка. Максимальные значения КБП хрома в летний период отмечаются в листьях тополя черного. В осенний, зимний и весенний периоды — в ветвях березы повислой и липы мелколистной. Наибольшие значения КБП никеля установлены в пробах растительного материала березы повислой. Высокие значения КБП меди (КБП = 1-20) в районе развязки автодорог в Ленинском районе г. Ульяновска (перекресток улиц Робеспьера и К. Маркса) во всех исследуемых породах древесных растений за период исследований. Наибольшие значения КБП свинца установлены в пробах ветвей тополя черного. В его листьях определен высокий коэффициент биологического поглощения железа в летний период.

Таким образом, можно отметить, что высокие значения КБП характерны лишь для биогенных металлов (Cu, Zn, Ni). В исследуемых породах наблюдается тенденция накопления ионов Cu, Zn, Ni к концу вегетационного периода и их удаление вместе с опавшими листьями, что можно рассматривать как адаптивную реакцию в условиях техногенного загрязнения.

Источник

Коэффициент биологического поглощения

Живые организмы избирательно поглощают и накапливают химические элементы в своих телах. Именно благодаря этой способности содержание элементов в минеральной составляющей организмов (в золе) отличается от их содержания в природных средах.

Для оценки способности живых организмов поглощать и накапливать химические элементы Б.Б. Полыновым (1948) был предложен биогеохимический показатель – интенсивность поглощения химического элемента (Ах), который в дальнейшем А.И. Перельман (1975) предложил называть коэффициентом биологического поглощения (Кб, КБП). Данный коэффициент является важным при рассмотрении вопросов, связанных с биогенной миграцией химических элементов 7 .

Коэффициент биологического поглощения рассчитывают по формуле:

где Р – содержание химического элемента в золе растения; П – содержание химического элемента в горной породе или почве, на которой произрастает данное растение.

Таким образом, Кб характеризует интенсивность поглощения организмом того или иного химического элемента и показывает, во сколько раз содержание элемента в золе определенного организма больше или меньше, чем в конкретной горной породе или почве.

Читайте также:  Порядок осуществления лицензирования деятельности по приемке лома металлов

Следует разграничивать понятия «коэффициент биологического поглощения» и «коэффициент биофильности», так как последний показатель рассчитывают на основе содержания элемента в живом веществе (в сырой массе организмов), а не в зольном остатке.

Расчет коэффициентов биологического поглощения в последующем дает возможность построения рядов интенсивности поглощения, в которых химические элементы располагают в порядке убывания значений их коэффициентов биологического поглощения. Например, ряд интенсивности поглощения химических элементов растениями ландыша майского, произрастающими в лесостепном Поволжье Самарской области, имеет следующий вид:

Cu (0,53 8 ) > Co (0,42) > Sr (0,39) > Zn (0,34) > V (0,19) > Mn (0,17) > Ni (0,15) > Rb (0,13) > > Cr (0,02), Pb (0,02) > Fe (0,009) > Ti (0,001)

Представленный ряд наглядно демонстрирует, что растения ландыша интенсивнее всего поглощают Cu, Co, Sr и Zn, в то время, как их потребность в Cr, Pb и, особенно, Fe и Ti минимальна.

В зависимости от величины коэффициента биологического поглощения все химические элементы можно разделить на две основные группы (табл. 8). Если Кб > 1 (то есть содержание элемента в золе больше, чем в компонентах литосферы), считают, что в течение жизни организм накапливает химический элемент и поэтому его относят к группе биологического накопления. Если Кб

Коэффициент биологического поглощения

Ca, Na, K, Mg, Sr, Zn, B, Se

Mn, F, Ba, Ni, Ge, Cu, Ga, Co, Pb, Sn, As, Mo, Hg, Ag, Ra, Au, B

слабого и очень слабого

Si, Al, Fe, Ti, Zr, Rb, V, Cr, Li, Y, Nb, Th, Sc, Be, Ta, U, W, Sb, Cd

Коэффициент биологического поглощения не является константой, и даже у одного и того же биологического вида на протяжении жизни его величина может изменяться в 100-1000 раз. Подобные колебания обуславливают множество одновременно действующих факторов, все многообразие которых, тем не менее, можно свести к двум группам.

К первой группе относят факторы, связанные с самим живым организмом. Это: особенности морфологии его органов и тканей (главным образом, непосредственно контактирующих с окружающей природной средой); степень взаимодействия органов с компонентами окружающей природной среды (у растений – глубина проникновения корневой системы в почву); аттрагирующая 9 способность органов в отношении химических элементов, обусловленная значением этих органов для поддержания жизнедеятельности организма; количественный и качественный состав эндо- и экзометаболитов органов, участвующих в процессах фиксации химических элементов; общее физиологическое состояние и интенсивность протекающих в организме процессов; физиологическая потребность организма в конкретном химическом элементе на определенном этапе жизни; непостоянство сезонного ритма прироста биомассы; продолжительность жизни организма (и длительность вегетации у растений); экологические особенности организма (потребность в тепле и влаге) и др.

Интересно отметить, что на величину Кб, помимо перечисленных факторов, влияет и происхождение организма. В частности, согласно классификации А.Д. Айвазяна (1974), все растения можно подразделить на гумидокатные (ель, береза, осина, мхи и др.), центры происхождения которых находятся в гумидных 10 областях, и ариданитные (полынь, ковыль, кермек, подсолнечник, кукуруза и др.), исторически возникшие в аридных 11 регионах. Формирование гумидокатных растений в гумидных условиях привело к тому, что они приспособились накапливать катионогенные элементы (Zn, Mn, Cu, Ag, Pb, Co, Sr, Ni, Cd), обладающие наибольшей подвижностью в этих климатических условиях. Особенностью ариданитных растений стало накопление анионогенных химических элементов (Mo, B, Cr, V, Ti, частично Zr), а также некоторых катионогенных элементов (Cu, Ag, Pb, Co, Sr, Ni, Cd), подвижность, а, следовательно, и доступность которых для растений в этих условиях обусловлена образованием растворимых комплексов с карбонатами и бикарбонатами.

Вторую группу составляют факторы окружающей организм природной среды. В частности, для наземных растений чрезвычайно важными оказываются характеристики почвенной среды (гранулометрический состав, окислительно-восстановительный потенциал, содержание в почве гумусовых веществ, карбонатов, оксидов, гидроксидов, фосфатов, концентрация ионов водорода, влагообеспеченность, обогащенность почвы метаболитами почвенных микроорганизмов и др.). Несомненное влияние на процессы поглощения и накопления химических элементов организмами оказывают и физико-химические свойства самих элементов и их соединений, климатические условия местообитания, а также техногенная деятельность человека, ведущая к трансформации характеристик окружающей среды.

Источник