Влияние химических веществ на агроэкосистемы

3.1 Ухудшение качества сельскохозяйственной продукции.

Интенсивное сельское хозяйство требует использования большого количества минеральных удобрений и гербицидов. Минеральные удобрения кроме необходимых для растений веществ содержат большое количество побочных веществ: тяжелых металлов, различных органических и неорганических концерогенов, которые накапливаются в культурных растениях. Особенно богаты “ядовитой приправой” фосфорные удобрения, содержание кадмия в двойном суперфосфате доходит до 3,5 мг/кг. Этот аспект обсуждается в работах (Агаев и др, 1989; Жукова, 1989). Проблема накопления нитратов в овощных культурах рассмативается в работе чешских ученых Пругар и Пругарова (1990), в которой приводятся данные о способности к накоплению нитратов у разных культур при разных дозах применения азотных удобрений.

В условиях непрекращающегося аэротехногенного загрязнения выявлено повышение затрат вещества и энергии на адаптивные перестройки в отдельных компонентах и в целом в агроэкосистеме, что сопровождается изменениями в структуре и функциях. Формирование обменных процессов изменяется таким образом, что поддержание экологического равновесия происходит за счет более интенсивного расходования как внутренних, так и внешних ресурсов.

Рассматривается влияние характера и уровня (ПДК) загрязнения разных типов почв на режим функционирования и состояние агроэкосистемы, которая исследуется как иерархически организованная система почва-микроорганизмы – растения - атмосфера. Отклик на загрязнение формируется благодаря взаимосвязанным реакциям в агроэкосистеме, способствующим изменениям в биогеохимических циклах. Режим функционирования агроэкосистем оценивали путем выявления зависимостей, интегрированных потоками в азотных циклах, количественные параметры которых определяли в полевых опытах с применением изотопа 15N.

Для оценки уровней воздействия аэротехногенного загрязнения в агроэкосистемах с посевом яровой пшеницы на разных типах почв использовали ранее разработанную шкалу экологического нормирования ( Помазкина и др., 1999). Выявлено, что на аллювиальной почве уровень воздействия на агроэкосистемы "критический". В агроэкосистемах на серых лесных почвах оно соответствует уровню "предельно допустимый", причем как на почвах загрязняемых тяжелыми металлами (допустимый уровень суммарного загрязнения ), так и на почвах загрязняемых водорастворимыми фторидами (3 и 6 ПДК). На дерново-луговой почве уровень воздействия на агроэкосистемы оценивается как "допустимый", что обусловлено их устойчивостью.

Таким образом, несмотря на отличия почв по характеру и уровню загрязнения, экологическая нагрузка на агроэкосистемы зависит от свойств почв и их буферной способности по отношению к загрязнению. Формирование устойчивости в агроэкосистеме прежде всего связано с типом почвы.

3.2. Воздействия на отдельные особи и популяции

Любое воздействие начинается с токсического порога, ниже которого не обнаруживается влияние вещества (NOEC - концентрация, ниже, которой не наблюдается воздействие). Ему отвечает понятие экспериментально определяемого порога концентрации (LOEC - минимальная концентрация, при которой наблюдается влияние вещества). Применяется также третий параметр: MATC - максимально допустимая концентрация вредного вещества (в России принят термин ПДК - “предельно допустимая концентрация”). ПДК находят расчетом, и ее значение должно находиться между NOEC и LOEC. Определение этой величины облегчает оценку риска воздействия соответствующих веществ на чувствительные к ним организмы ([1] стр. 188).

Химические вещества в зависимости от свойств и строения воздействуют на организмы по-разному.

Молекулярно-биологические воздействия.

Многие химические вещества взаимодействуют с ферментами организма, изменяя их структуру. Так как ферменты катализируют тысячи химических реакций, становится понятным, почему любое изменение их структуры глубоко влияет на их специфичность и регуляторные свойства.

Пример: цианиды блокируют фермент дыхания - цитохром-с-оксидазу; катионы Са2+ тормозят активность рибофлавинкитазы, которая является переносчиком фосфата на рибофлавин в клетках животных.

Нарушения обмена веществ и регуляторных процессов в клетке.

Метаболизм клеток может быть нарушен под действием химических веществ. Реагируя с гормонами и другими регуляторными системами, химические вещества вызывают неконтролируемые превращения, изменяют генетический код.

Пример: нарушение реакций окислительного расщепления углеводов, вызываемое токсичными металлами, особенно соединениями меди и мышьяка; пентахлорфенол (ПХФ), триэтилсвинец, триэтилцинк и 2,4-динитрофенол разрывают цепь химических процессов дыхания на стадии реакции окислительного фосфорилирования; лидан, соединения кобальта и селена нарушают процесс расщепления жирных кислот; Хлорорганические пестициды и полихлорированные бифенилы (ПХБФ) вызывают нарушения работы щитовидной железы.

3.Мутагенное и канцерогенное воздействие.

Такие вещества как ДДТ, ПХБФ и полиароматические углеводороды (ПАУ) потенциально обладают мутагенным и канцерогенным воздействием. Их опасное воздействие на человека и животных проявляется в результате длительного контакта с этими веществами, содержащимися в воздухе и пищевых продуктах. По данным, полученным на основе экспериментов с живот