Кадмий опасен для почвы

Кадмий – реальная угроза для растений

К тяжелым металлам условно относят химические элементы с атомной массой выше 50. Понятие «тяжелые металлы» не без основания прочно закрепилось за такими элементами, как кадмий, ртуть, мышьяк, свинец. Они входят в группу особо опасных веществ. Их количество в окружающей среде должно быть в пределах «злотой середины»: многие тяжелые металлы являются микроэлементами, и их недостаток нарушает нормальное функционирование организма. На сегодняшний день из приблизительно 2 000 известных ферментов около 50 содержат в своем составе металл. Хотя симптомы недостатка каких-либо элементов специфичны, симптомы избытка их сходны.

Кадмий очень токсичен, вследствие загрязнения почв он проникает в растительный организм. В определенных условиях ионы кадмия, обладая большой подвижностью в почвах, легко переходят в растения, накапливаются в них и затем поступают в организм животных и человека. Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Поэтому кадмий может замещать цинк во многих биохимических процессах, нарушая работу большого количества ферментов. Основным источником кадмиевого загрязнения почв является внесение удобрений, в особенности суперфосфата, куда кадмий входит в качестве микродобавок.

Два свойства кадмия определяют его важность для окружающей среды:
1. Сравнительно высокое давление паров, обеспечивающее легкость его испарения, например, при плавлении или при сгорании углей;
2. Высокая растворимость в воде, особенно при небольших кислотных значениях рH (особенно при рН5).

Широкое распространение кадмия в топливе, удобрениях, рудных отвалах наряду с использованием этого элемента в промышленном производстве и определяет постепенно увеличивающуюся концентрацию данного элемента в окружающей среде. Поступая в пресные водоемы и в моря, растворенный кадмий осаждается и накапливается в донных осадках. Водные растения и животные извлекают и концентрируют его в тканях своего тела. Явление биоаккумуляции Сd происходит в экосистемах как при наличии металла в естественных для окружающей среды количествах, так и при антропогенном ее загрязнении.

Антропогенные источники поступления кадмия в окружающую среду можно разделить на две группы: локальные выбросы, которые связаны с промышленными комплексами, производящими или использующими кадмий, и диффузно рассеянные по Земле источники разной мощности, начиная от тепловых энергетических установок и моторов и заканчивая минеральными удобрениями и табачным дымом. При сбросе в водоемы промышленных сточных вод, очищенных обычными способами, содержание Сd увеличивается в несколько десятков раз.

Вблизи металлургических предприятий из-за оседания Сd из атмосферы содержание его на поверхности почвы в 20-50 раз выше, чем на контрольных участках; в воздухе крупных промышленных городов концентрация кадмия достигает 15 ПДК. В почву кадмий поступает также с минеральными удобрениями (суперфосфат содержит 720,2 мкг Сd в 100 г, фосфат калия 471 мкг, селитры до 66 мкг). Загрязнение почвы Cd сохраняется длительное время и после того, как этот металл перестает поступать вновь. До 70% попадающего в почву кадмия связывается с почвенными химическими комплексами, доступными для усвоения растениями. В процессах образования кадмиево-органических соединений участвует и почвенная микрофлора. В зависимости от химического состава, физических свойств почвы и формы поступающего кадмия его превращения в почве завершаются в течение нескольких суток. В итоге кадмий накапливается в ионной форме в кислых водах или в виде нерастворимых гидроксида и карбоната. Он может находиться в почве и в виде комплексных соединений. В зонах повышенного содержания кадмия в почве устанавливается 20-30 кратное увеличение его концентрации в наземных частях растений по сравнению с растениями незагрязненных территорий.

Специфическое биологическое значение кадмия как микроэлемента не установлено. В организм человека кадмий проникает двумя путями: на производстве и с пищей. Пищевые цепочки поступления кадмия формируются в районах повышенного загрязнения кадмием почвы и водоемов.

Подобно другим тяжелым металлам, кадмий легко реагирует с белковыми макромолекулами и другими биологически важными молекулами. Химическое подобие Cd и Zn поддерживает мнение, что во многих случаях он может замещать цинк, например, в активных центрах цинкосодержащих ферментов. Кадмий снижает активность пищеварительных ферментов (трипсина и в меньшей степени –пепсина), изменяет их активность, активирует ферменты. Кадмий влияет на углеводный обмен, вызывая гипергликемию, угнетая синтез гликогена в печени.

Подвижность кадмия будет определяться растворимостью его карбонатов и фосфатов, а также рН почвы. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при рН=4,5-5,5. Он не входит в число необходимых для растений элементов, но эффективно поглощается. Кадмий в основном локализуется в корнях и в меньших количествах — в стеблях, черешках и главных жилках листьев. При этом, когда количество кадмия в среде резко повышается, концентрация элемента в корнях в несколько раз превышает его концентрацию в надземной массе. Установлено, что хлорофилл обладает способностью концентрировать кадмий в растительных тканях. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержание кадмия в растениях, — это хлороз листьев, красно-бурая окраска их краев и прожилок, а также задержка роста и повреждения корневой системы. Фитотоксичность кадмия проявляется и в тормозящем действии на фотосинтез, нарушении транспирации и фиксации углекислого газа, а также в изменении проницаемости клеточных мембран. Кадмий — эффективный и специфичный ингибитор биологического восстановления. Поскольку в органические вещества включается только аммонийный азот, нитрат — анионы, поглощенные растением, должны восстанавливаться в клетках.

Поступивший в почву кадмий в основном присутствует в ней в подвижной форме, что имеет негативное экологическое значение. Подвижная форма обуславливает сравнительно высокую миграционную способность элемента в ландшафте и приводит к повышенной загрязненности потока веществ из почвы в растения. Загрязненные растения могут содержать даже до 400мг/кг Cd и более. В противоположность другим минеральным элементам (за исключением Zn) Cd может накапливаться в относительно больших количествах в генеративных органах. В среднем его содержание в зерне увеличивается с 0,2 до 4 мг/кг.

Высокая фитотоксичность Cd объясняется его близостью по химическим свойствам к Zn. Поэтому Cd может выступать в роли Zn во многих биохимических процессах, нарушая работу таких жизненноважных ферментов, как карбоангидраза, различные дегидрогеназы, фосфатазы, а также протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена и других. Как химический аналог цинка кадмий может заменять его в энзиматической системе, необходимой для фосфолирирования глюкозы и сопровождающий процесс образования и расщепления углеводов.

Замещение цинка кадмием в растительном организме приводит к цинковой недостаточности, что в свою очередь вызывает угнетение и даже гибель растений. Повышенная устойчивость у растений вырабатывается только к тем металлам, которыми обогащены почвы района обитания популяции. Устойчивость повышается только к этим тяжелым металлам, и ни к каким другим, обогащение которыми отсутствовало.

Источник

Деятельность в сфере земельных отношений

Особенности загрязнения почвы кадмием

Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды одно из главных мест занимают тяжелые металлы, которые отличаются высокой токсичностью и способностью по пищевым цепям поступать в организм человека и животных, тем самым представляя серьезную угрозу их здоровью.
Одним из наиболее токсичных металлов для всех живых организмов считается кадмий. В Ростовской области кадмий может попадать в почву при сжигании и переработке материалов, его содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется для прочности, и кадмиевых красителей, широкого применения высоких доз фосфорных удобрений и гербицидов, а также осадков сточных вод, содержащих в своем составе кадмий. Сжигание мазута и дизельного топлива является дополнительным источником кадмиевого загрязнения. Загрязнение кадмием представляет угрозу вследствие его высокой миграционной способности в почве, что существенно ограничивает использование загрязненных им земель для выращивания продовольственных культур, поскольку он не только поглощается корнями растений, но и способен перемещаться в надземные органы, в том числе в плоды и семена. Опасность кадмия усугубляется ещё и тем, что он накапливается в растении и сохраняет токсические свойства в течение длительного времени.
Согласно СанПин 1.2.3685-21 кадмий относится к веществу 1 класса опасности. ОДК данного вещества в почве — 0,5 мг/кг – для песчаных и супесчаных почв, 1,0 мг/кг – для кислых почв и 2,0 мг/кг – для близких к нейтральным и нейтральных почв. Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. По результатам проведенных исследований, показано, что больше всего кадмия накапливается в предкавказских черноземах, менее в приазовских и южных, еще менее в каштановых почвах, и совсем малая доля закрепляется черноземами обыкновенными. Количество подвижных форм кадмия от валовой концентрации в слое почвы 0-5 см достигает в среднем 72,5% и тесно связано с содержанием органического вещества. С глубиной содержание подвижных форм кадмия снижается в 3,5-4 раза, что доказывает низкую вертикальную миграцию данного металла. Среди других тяжелых металлов (цинк, свинец, медь) кадмий характеризуется наибольшей мобильностью.
Значительная доля кадмия, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами, усваиваемыми растениями. В процессах образования кадмийорганических соединений участвует и почвенная микрофлора. В отличие от других токсичных элементов, кадмий легко поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при кислотности рН = 4,5-5,5. Для растительного организма кадмий очень токсичен. Он легко всасывается из почвы через корневую систему, а также поступает из атмосферы, накапливаясь в большей степени в корнях и в меньшей — в стеблях, черешках и главных жилках листьев.
По данным ряда исследователей в присутствии ацетата кадмия в высоких концентрациях рост и развитие однолетних злаков уже на начальных этапах онтогенеза прекращается. Закладки и формирования новых органов не происходит. При воздействии высоких концентраций нарушается процесс избирательного поглощения ионов, поток токсичных ионов кадмия беспрепятственно поступает в растения, и механизмы детоксикации уже не могут справиться с ним. В результате останавливается деление клеток, наблюдается нарушение основных физиологических процессов, вследствие чего, очевидно, происходит перераспределение пластических и энергетических ресурсов в растении. Рост и развитие злаков прекращается и в дальнейшем наступает их гибель.
Изменение условий среды также способствует переходу элементов в легкодоступное для растений состояние, что может привести к чрезмерному накоплению кадмия в сельскохозяйственных культурах и, в конечном итоге, представлять опасность для животных и человека. Кадмий довольно легко проникает через корни и проводящие органы в листья, где идет его накопление. В запасающих органах содержание элемента может увеличиваться в несколько раз. Пределы накопления кадмия в сельскохозяйственных культурах значительно колеблются и обусловлены общей экологической обстановкой, геохимическими особенностями почвы и видовой принадлежностью растения. Вертикальное распределение кадмия в почвах характеризуется аккумуляцией в основном в гумусовом горизонте или в степном войлоке. В остальном, поведение элементов подчиняется характерной для них закономерности слабого уменьшения концентраций с глубиной.
Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, ингибировании восстановления NО2 до NО, затруднении поступления и метаболизма в растениях ряда элементов питания. Внешние симптомы — задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев. Кроме того, в метаболизме растений он является антагонистом ряда элементов питания. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях в ряду тяжелых металлов он занимает первое место (кадмий > медь > цинк > свинец).
Изучение всей характерной для территории Ростовской области сельскохозяйственной растительности показало, что наименьшие средние содержания кадмия выявлены в зернах ржи, наибольшие — в подсолнечнике. Средние содержания кадмия уменьшаются в следующем порядке: подсолнечник > кукуруза > ячмень > пшеница > рожь. Многолетнее применение минеральных удобрений и мелиорантов способно вносить изменения в круговорот кадмия. Это объясняется высокой подвижностью элемента, которая способна возрастать в результате интенсивного ведения сельскохозяйственного производства.
Выявлены различия в устойчивости растений к кадмию в зависимости от их видовой принадлежности. Так, свекла может накапливать до 22 раз больше кадмия, чем фасоль. Возможность накопления кадмия в почве сельскохозяйственными культурами до фитотоксичного уровня невелика, однако при существующем уровне загрязнения почв имеется реальная опасность накопления кадмия в продовольственных культурах до уровней, представляющих опасность для здоровья человека. При поступлении кадмия в высоких концентрациях он может по пищевым цепям проходить от внешних источников в почву, затем в растения, к животным и человеку, оказывая свое негативное воздействие на все звенья.

Материал подготовлен специалистами отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».

Источник

Кадмий: влияние на организм человека. Отравление тяжелыми металлами

Что такое кадмий? Это тяжелый металл, который получается в результате выплавки других металлов, таких как цинк, медь или свинец. Его широко используют для изготовления никель-кадмиевых аккумуляторов. Кроме того, сигаретный дым также содержит такой элемент. В результате непрерывного воздействия кадмия возникают очень тяжелые заболевания легких и почек. Рассмотрим особенности этого металла более подробно.

Сфера применения кадмия

Большая часть промышленного использования этого металла приходится на защитные покрытия, которые предохраняют металлы от коррозии. Такое покрытие имеет большое преимущество перед цинковыми, никелевыми или оловянными, потому что при деформации оно не отслаивается.

Какое еще может быть применение кадмия? Он используется для производства сплавов, которые замечательно поддаются механической обработке. Сплавы кадмия с незначительными добавками меди, никеля и серебра применяют для изготовления подшипников автомобильных, авиационных и судовых двигателей.

Где еще используется кадмий?

Сварщики, металлурги и работники, связанные с текстильной, электронной промышленностью и производством аккумуляторов, чаще других подвергаются риску отравлением кадмием. Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются в мобильных телефонах и прочих электронных устройствах. Используется этот металл также в производстве пластика, красок, металлических покрытий. Многие почвы, которые регулярно удобряют, также могут содержать такой токсичный металл в большом количестве.

Тяжелый металл кадмий: свойства

Кадмий, а также его соединения характеризуются как канцерогенные вещества, но не было доказано, что небольшое количество элемента в окружающей среде вызывает раковые заболевания. Вдыхание частиц металла на промышленном производстве действительно способствует развитию рака легких, но при употреблении зараженной пищи они не представляют опасности развития рака.

Каким образом кадмий попадает в организм человека?

Уже давно всем известно, что сигаретный дым содержит кадмий. Этот тяжелый металл поступает в организм курильщика в количестве, в два раза большем, чем в организм человека, который не подвержен такой вредной привычке. Однако пассивное курение способно нанести вред.

Листовые овощи, злаки и картофель, выращенные на почве, содержащей большое количество кадмия, могут нести в себе угрозу. Повышенным содержанием этого металла также славится печень и почки морских обитателей и животных.

Многие промышленные предприятия, особенно металлургические, выделяют в атмосферу большое количество кадмия. Люди, проживающие около таких предприятий, автоматически заносятся в группу риска.

Некоторые сельскохозяйственные районы активно применяют фосфатные удобрения, которые содержат незначительное количество кадмия. Продукты, выращенные на этой земле, представляют для человека потенциальную угрозу.

Воздействие кадмия на организм человека

Таким образом, мы разобрали, что представляет собой кадмий. Влияние на организм человека этого тяжелого металла может вызвать негативные последствия. В любом живом организме он находится в незначительном количестве, и его биологическая роль до сих пор до конца не выяснена. Обычно кадмий ассоциируется с негативной функцией.

Его токсичное воздействие основано на блокировке серосодержащих аминокислот, что приводит к нарушению белкового обмена и поражению ядра клетки. Этот тяжелый металл способствует выводу кальция из костей и поражает нервную систему. Может накапливаться в почках и печени, а выводится из организма он очень медленно. Этот процесс может занимать десятилетия. Обычно кадмий выводится с мочой и калом.

Вдыхание кадмия

Этот элемент попадает в организм работников промышленности при вдыхании. Чтобы не допустить этого, используют эффективные защитные средства. Пренебрежение этим правилом приводит к печальным последствиям. Если вдохнуть кадмий, влияние на организм человека такого металла проявляется следующим образом: повышается температура тела, появляется озноб и боли в мышцах.

Через некоторое время происходит повреждение легких, возникает боль в груди, одышка, кашель. В тяжелых случаях такое состояние вызывает смерть больного. Вдыхание воздуха, содержащего кадмий, способствует развитию заболеваний почек и остеопороза. Вероятность рака легких повышается в несколько раз.

Поступление кадмия вместе с пищей

Чем опасен кадмий в воде и пище? При регулярном употреблении зараженных продуктов и воды в организме начинает накапливаться этот металл, что приводит к негативным последствиям: нарушается работа почек, происходит ослабление костной ткани, поражается печень, сердце, а в тяжелых случаях наступает смерть.

Употребление продуктов, загрязненных кадмием, может спровоцировать раздражение желудка, тошноту, боль в животе, диарею и рвоту. Кроме этого, появляются симптомы, напоминающие грипп, развивается отек гортани и возникает покалывание в руках.

Причины отравления кадмием

Отравление тяжелыми металлами чаще всего происходит у детей, диабетиков, беременных и кормящих женщин, людей, злоупотребляющих курением. В Японии интоксикация организма кадмием происходит в результате употребления загрязненного риса. В этом случае развивается апатия, поражаются почки, кости размягчаются и деформируются.

Промышленно развитые районы, в которых располагаются нефтеперерабатывающие и металлургические предприятия, славятся тем, что там почва загрязнена кадмием. Если в таких местах выращивают растительную продукцию, то велика вероятность того, что произойдет отравление тяжелыми металлами.

Элемент в больших количествах может накапливаться в табаке. Если сырье высушивается, то содержание металла резко увеличивается. Поступление в организм кадмия происходит как при активном, так и при пассивном курении. Возникновение рака легких напрямую зависит от содержания в дыме металла.

Лечение при отравлении

• поражение центральной нервной системы;
• острые боли в костях;
• белок в моче;
• камни в почках;
• дисфункция половых органов.

Если произошло острое отравление, пострадавшему следует находиться в тепле, ему необходимо обеспечить приток свежего воздуха и покой. После промывания желудка ему нужно дать теплое молоко, в которое добавляют немного пищевой соды. Не существует каких-либо антидотов кадмия. Чтобы нейтрализовать металл, используют «Унитиол», стероиды и мочегонные препараты. Комплексное лечение предусматривает применение антагонистов кадмия (цинк, железо, селен, витамины). Врач может назначить общеукрепляющую диету, содержащую большое количество клетчатки и пектиновых веществ.

Возможные последствия

Такой металл, как кадмий, влияние на организм человека оказывает очень серьезное, а если произошло отравление этим элементом, то последствия могут быть опасными. Он вытесняет кальций из костей, способствуя развитию остеопороза. У взрослых и детей начинает искривляться позвоночник и происходит деформация костей. В детском возрасте подобное отравление приводит к энцефалопатии и нейропатии.

Вывод

Таким образом, мы разобрали, что представляет собой такой тяжелый металл, как кадмий. Влияние на организм человека этого элемента довольно серьезное. Постепенно накапливаясь в организме, он приводит к разрушению многих органов. Можно даже отравиться кадмием, если употреблять в большом количестве зараженные продукты. Последствия отравления также достаточно опасные.

Источник