Экотоксикология

Железо (Fe) является вторым наиболее распространенным металлом после алюминия и пятым по распространенности химическим элементом в земной коре.
Железо занимает важное место в практической деятельности людей. Без него не было бы цивилизации. Его используют больше других металлов в виде сплавов или в чистом виде. В развитии человечества был так называемый железный век. В настоящее время потребность в металле не снизилась, а даже возросла. Основным источником получения железа являются природные руды: гематит, магнетит, лимонит и сидерит.
Почти все пищевые продукты содержат железо в самых разных количествах. Железо является необходимым микроэлементом. Служба здравоохранения Великобритании рекомендует потребление железа с пищей мужчинам 10 мг/сут, а женщинам 12 мг/сут.
Несмотря на то что поглощение железа тщательно регулируется содержанием металла в организме, иногда оно может поглощаться в избыточном количестве. В результате этого металл накапливается в организме. При повышенном содержании железа в воздухе развивается болезнь сидероз, происходят значительные патологические изменения в легочной ткани, обнаруживаемые рентгенологически. У детей после случайного приема 0,5 г железа или 2,5 г сульфата железа наблюдалось состояние шока. Концентрация железа 7—35г/сут является летальной для человека, 200 мг/сут — токсичной.
Поэтому гигиеническими нормами предусматривается контроль содержания железа в пищевой продукции. Загрязнение пищевых продуктов железом может происходить через сырье, при контакте с металлическим оборудованием и тарой, что обусловливает соответствующие меры профилактики.

Свинец (Pb) широко распространен в земной коре (1,6 • 10~3 %). В почвах обычно содержится от 2 до 200 мг свинца на 1 кг. Со времен Древнего Рима его применяют при прокладке водопроводов. В настоящее время свинец используют при этилировании бензина, в производстве электрических кабелей, свинцовых аккумуляторов, в химическом машиностроении, атомной промышленности (для защиты от г-излучения), производстве пластмасс, хрусталя, эмалей, замазок, лаков, спичек и т. д. Объем современного производства свинца составляет более 2,5 млн ф в год. Мировое производство свинца в 2000 г. достигло 6 млн т. В результате производственной деятельности в природные воды ежегодно попадает 500—600 тыс. ф свинца, а через атмосферу на поверхность земли оседает около 400 тыс. ф этого металла. В воздух основная часть свинца (260 тыс. т) выбрасывается с выхлопными газами автотранспорта, меньшая (30 тыс. т) — при сжигании каменного угля. Содержание Pb в воздухе в значительной мере зависит от использования бензина с добавлением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора. В настоящее время в России только 25 % бензина производится без добавления тетраэтилсвинца. Ежегодный прирост содержания РЬ в воздухе — 5%, а каждые 14 лет его количество в воздухе удваивается. Загрязнение окружающей среды происходит также при выплавке свинца и при сбросе вод из рудников. Накопление РЬ на полях происходит за счет орошения сточными водами, внесения удобрений, в основном фосфорных, в меньшей степени азотных, органических, за счет известкования. Использование пестицидов, содержащих свинец, может непосредственно привести к увеличению его содержания во фруктах и овощах, а при достаточно длительном применении таких пестицидов свинец поступает в продукты и из загрязненной почвы.
В радиусе нескольких километров от перерабатывающих свинец предприятий концентрация этого металла составляет (мг/кг): в томатах — 0,6—-1,2 мг/кг, в огурцах —0,7—1,1, в перце —1,5— 4,5, в баклажанах — 0,5—0,75, в картофеле — 0,7—1,5, в различных сортах винограда — 1,8—3,8. Содержание свинца в пшенице и горохе составляет 20—22 мг/кг, а в зеленой и сухой растительной массе, потребляемой как фураж, — соответственно около 60 и 36 мг/кг. Откармливание сельскохозяйственных животных таким фуражом представляет серьезную опасность из-за загрязнения свинцом молока и мяса этих животных. Среднее содержание свинца в большинстве растений — 2—3 мг/кг. Меньше всего его в бобовых, больше всего в кабачках.
Жестяные банки, в которых производят от 10 до 15 % пищевых продуктов, — основной источник поступления в них свинца. Свинец попадает в продукт из свинцового припоя в швах банки. Установлено, что около 20 % свинца в ежедневном рационе людей (кроме детей до 1 года) поступает из консервированной продукции, в том числе 13—14 % из припоя, а остальные 6—7 % — из самого продукта. В последнее время с внедрением новых методов пайки и закатки банок содержание свинца в консервированной продукции уменьшается.

У хвойных различают легкие, средние, сильные и очень сильные хронические повреждения хвои при воздушных загрязнениях. Некрозы чаще появляются весной, после образования хвои. Ель и сосна нормально развиваются при среднегодовом содержании S02 в воздухе около 7—9 мкг/м3. В чистом воздухе хвоя, особенно на молодых елях, держится 14—16 лет. Возраст хвои ели 6—10 лет свидетельствует об ухудшении качества воздуха в последние 3—5 лет до уровня предельно допустимых концентраций S02 (50 мкг/м3). При возрасте еловой хвои 2—3 года качество воздуха в 10—15 раз хуже санитарных норм и среднее содержание S02 в нем составляет 500—750 мкг/м3. Подобные деревья обречены на гибель. У сосны хвоя сохраняется до 5—6 лет. При средних концентрациях S02 в воздухе около 50 мкг/м3 продолжительность ее жизни сокращается до 2—3 лет (рис. 6.2).
Лиственница более устойчива к загрязнениям в связи с ежегодным сбрасыванием хвои. Она нормально растет при концентрации S02, составляющей 10—50 мкг/м3.
Среди древесных пород, культурных и декоративных семенных растений сосна обыкновенная, ель, пихта наиболее чувствительны к повышенному содержанию в воздухе диоксида серы и хлора; гречиха, люцерна, горох — диоксида серы; яблоня, слива, вишня, лук, петрушка, тюльпан, гладиолус, ландыш — фтористого водорода; липа, береза, сельдерей, махорка — аммиака; смородина красная, фасоль, томат, петуния — хлора (табл. 6.3). У смородины красной, шпината и табака озон воздуха вызывает посеребрение верхней стороны листьев. Диоксид серы способствует развитию межжилковых некрозов и хлорозов (люцерна, гречиха, горох, клевер), фтористый водород — некрозов верхушек и краев листьев (гладиолус, тюльпан, петрушка), пероксиацетилнитрат — полосчатых некрозов на нижней стороне листьев (крапива, мятлик), диоксид азота — межжилковых некрозов (шпинат, махорка, сельдерей), хлор — побледнению листьев, деформации хлоропластов (шпинат, фасоль, салат).
На популяционном уровне влияние газообразных загрязняющих веществ проявляется в изменении продуктивности, численности и возрастного состава популяций, обеднении их экотипов, переходе в ряде случаев к вегетативному размножению, ухудшении возобновления, а на биоценотическом — в снижении продуктивности, видового разнообразия, устойчивости фитоценозов.
Загрязнение природной среды кислыми выборосами (оксиды серы, азота) приводит к сильному подкислению осадков, рН которых падает до 3—4, а щелочными (аммиак, цементная пыль) — к подщелачиванию и возрастанию рН до 8—10. При загрязнении цементной пылью в течение 30-летнего периода реакция почвенных растворов верхнего горизонта меняется от слабокислой до щелочной.
Наиболее чувствительна к загрязнению продуктивность. Она может многократно возрасти в результате ослабления конкурирующих видов. В нарушенных растительных сообществах доля популяций с большой численностью обычно выше, чем в ненарушенных, а популяции с малой численностью находятся под большой угрозой вытеснения и исчезновения. В результате антропогенных нарушений одни популяции могут омолаживаться, а другие — стареть в результате изменения естественного возобновления и продолжительности жизни.

В настоящее время под загрязнением понимают процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, оказывающих отрицательное воздействие на биоту, в том числе человека. Загрязненность — это уровень концентраций загрязняющих веществ или уровень физических либо каких-либо других воздействий на окружающую среду. К основным видам загрязнений относятся: физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение, шум, вибрации и т.д.), химическое (органические соединения, тяжелые металлы, нефтепродукты и т.д.), биологическое (отходы микробиологической промышленности, бактериальное загрязнение и др.) (Хоружая, 2000).
Основными путями загрязнений экосистем являются воздушные выбросы загрязняющих веществ и их сброс в водоемы со сточными водами. С потоками воздуха и воды эти вещества распространяются на значительные территории. Из воздуха они оседают на поверхности почвы, растений, затем проходят по пастбищным (почва — растение — фитофаг — хищник и т. д.) и детритным (отмершее растительное вещество — сапрофаг — хищник) трофическим цепям, где происходит их перераспределение, накопление и превращение. Загрязняющие вещества оказывают также непосредственное влияние на живые организмы в процессе дыхания, действия радиоактивного излучения и др.
В России наибольшее количество загрязняющих веществ в атмосферу выбрасывают автотранспорт (33,4 %), энергетическая промышленность (15,3%), цветная (11,2%) и черная (8,3 %) металлургия, предприятия транспорта (6,3 %). Максимальные объемы загрязняющих сточных вод сбрасывают в водоемы жилищно-коммунальные хозяйства (13,0%), целлюлозно-бумажная (7,4 %), химическая и нефтехимическая (6,2 %), энергетическая (4,5%) промышленность (Шеховцев, Жильцов и др., 1997).
Среди выбросов веществ в атмосферу промышленностью преобладают жидкие и газообразные вещества (82,4 %), в частности оксиды серы (34,0 %), углерода (23,2 %), азота (9,5 %), аммиак, серная кислота, углеводороды, бензин, сажа. В России от стационарных источников в атмосферу ежегодно выбрасывается около 6 млн ф диоксида серы и 2 млн ф диоксида азота. В сбрасываемых промышленностью сточных водах больше всего водорастворимых солей, включая соли тяжелых металлов, хлориды, сульфаты. Выбросы предприятий транспорта по составу сходны с промышленными. В выхлопных газах автотранспорта выявлено около 200 веществ, среди которых преобладают оксид углерода, в выбросах жилищно-коммунального хозяйства — водорастворимые соли, сажа, сельского хозяйства — минеральные соли, сульфаты, хлориды.