Оценка качества почв, загрязненных тяжелыми металлами по Республике Татарстан

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

«Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Институт Экологии и Географии

Кафедра ландшафтной экологии

Оценка качества почв, загрязненных тяжелыми металлами по Республике Татарстан.

Курсовая работа

студентка 4 курса, гр. Мулланурова А.Р.

Научный руководитель Галицкая П.Ю.

Допускается к защите «_» __________  2014 г.

Казань.

2014 г.

Содержание.

Ведение.

Глава 1. Обзор литературы.

1. Современное состояние почв и остатки загрязняющего вещества в почвах.

Почвенный покров – важнейшее природное образование. Его роль в жизни общества определяются тем, что почва представляет главный источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% ресурсов населения планеты. Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом.

Республика Татарстан занимает площадь 6783,7 тыс. га. Сельскохозяйственные угодья составляют 4561,2 тыс. га, в том числе: пашни - 3677,6 тыс. га, сенокосы - 82,1 тыс. га, пастбища - 762,5 тыс. га. Земли граждан составляют 132,4 тыс. га, сельскохозяйственных предприятий, организаций - 4049,1 тыс. га всех сельхозугодий. Земли государственного запаса, лесного и водного фонда занимают 1592,1 тыс. га общей земельной площади.

Почвы республики отличаются большим разнообразием. Почти треть территории Татарстана (32%) занята черноземными почвами - в районах Предволжья, на западе и востоке Закамья. Серые и темно-серые лесные и слабоподзолистые почвы, занимающие почти 38% площади РТ, широко распространены в Предкамье, северных районах Предволжья, на северо-востоке и в центре Закамья. В северных районах Татарстана, а также по левобережью Волги и правобережью Камы преобладают дерново-подзолистые почвы. На их долю приходится около 17% территории республики. В долинах рек встречаются аллювиальные (наносные) почвы.

Большая часть территории Татарстана входит в лесную зону и лишь его южные районы располагаются в лесостепной зоне. Однако распаханность территории РТ много выше, чем в соседних республиках и областях. Поэтому площадь лесов в Татарстане невелика - 16,4% территории республики. В Предкамье это леса еловые, пихтово-еловые и смешанные. На берегах Волги, Камы, Вятки и некоторых других малых рек произрастают сосновые леса. В Предволжье и Закамье основными являются широколиственные и березово-осиновые леса. В целом в составе лесов преобладают лиственные породы (почти 85%), в том числе дуб (27%), липа (14%), береза (11%) и осина (24%). Из хвойных пород доминирует сосна (почти 12% площади лесов). Помимо лесов на нераспаханных склонах возвышенностей в южных и юго-восточных районах сохранились участки степей, материковых (суходольных) лугов, а на мелководьях водохранилищ и в северных лесах встречаются болота

Земельные ресурсы, которыми располагает республика, при их рациональном использовании и улучшении, способны обеспечить производство разнообразной сельскохозяйственной продукции в объемах, удовлетворяющих внутренние и экспортные потребности.

Состояние земельных ресурсов вызывает большую тревогу. На территории Татарстана повсеместно отмечается снижение естественного плодородия и деградация земель из-за эрозии, засоления и техногенного воздействия. Сохраняется дефицит в почвах фосфора, калия, кальция и других элементов. За последнее десятилетие наблюдается устойчивая тенденция увеличения площадей сельскохозяйственных угодий, подверженных водной эрозии. Идет рост оврагов, происходит снижение содержания гумуса в почве - одного из важнейших элементов плодородия. При этом уровень распаханности сельскохозяйственных угодий в республике остается достаточно высоким. Так, распаханность сельскохозяйственных угодий составляет 77% (в 1960 году было 82,6%), а по некоторым районам достигает 85-86% (Арский, Балтасинский, Сабинский, Сармановский районы). Снижение уровня распаханности сельскохозяйственных угодий за последние годы обуславливается переводом около 260 тыс. гектаров пашни в сенокосы, пастбища, лесные площади.

Нерациональное использование пестицидов в сельском хозяйстве приводит к накоплению их остаточных количеств в почве, а в последствии в воде и в пищевых продуктах.

Опасные размеры приобрели процессы заболачивания, зарастания кустарникам и мелколесьем, опустынивание земель. Важнейшее социально-экологическое значение приобрела проблема защиты почв от эрозии.

Значительные площади земель загрязняются веществами промышленного происхождения. Наиболее высокий уровень загрязнения  техногенными веществами характерен для местностей вблизи центров черной и цветной металлургии, здесь так же отмечается широкий спектр металлов, накапливаемых в почве.

Предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности загрязняют почвы преимущественно нефтепродуктами. Вокруг районов нефтедобычи в радиусе 1 – 2 км содержание нефтепродуктов почве заметно превышает фоновый уровень, при этом толщина загрязненного слоя нарушенных земель достигает 1 – 2 м.

Наибольшее природное загрязнение почвы нефтепродуктами отмечено на на юго-востоке Республики Татарстан. Это обусловлено тем, что именно здесь залегают самые крупные месторождения нефти.

Существенное загрязнение почв вызывают золоотвалы предприятий энергетической промышленности. Земли загрязняются также Бытовыми и сельскохозяйственными отходами ,что в совокупности с промышленными загрязнениями приводит к снижению урожайности и ухудшению качества сельскохояйственной продукции. В последние годы благодаря ужесточению земельного законодательства сократился отвод продуктивных угодий для несельскохозяйственных нужд.

2. Тяжелые металлы и влияние на живые организмы.

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, та к как являются постоянными спутниками в жизни человека.

Токсичность тяжелых металлов– это мера несовместимости вредного вещества с жизнью. Степень токсического эффекта зависит от биологических особенностей пола, возраста и индивидуальной чувствительности  организма; строения и физико-химических свойств яда; количества попавшего в  организм  вещества; факторов внешней среды (температура, атмосферное давление)

 Понятие об экологической патологии. 
Возросшая нагрузка на организм, обусловленная широким производством вредных для человека химических продуктов, попадающих в окружающую среду, изменила иммунобиологическую реактивность жителей городов, включая детское население. Это приводит к расстройствам основных регуляторных систем организма, способствуя массовому росту заболеваемости, генетическим нарушениям и другим изменениям, объединенных понятием - экологическая патология.  
 
В  условиях экологического неблагополучия раньше других систем реагируют иммунная, эндокринная и центральная нервная системы, вызывая широкий спектр функциональных расстройств. Затем появляются нарушения обмена веществ и запускаются механизмы формирования экозависимого патологического процесса.  
 
Среди ксенобиотиков важное место занимают тяжелые металлы и их соли, которые в больших количествах выбрасываются в окружающую среду. К ним относятся известные токсичные микроэлементы (свинец, кадмий, хром, ртуть, алюминий и др.) и эссенциальные микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец и др.), также имеющие свой токсический диапазон.  
 
Основным путем поступления тяжелых металлов в организм является желудочно-кишечный тракт, который наиболее уязвим к действию техногенных экотоксикантов.  
 
Спектр экологических воздействий на молекулярном, тканевом, клеточном и системном уровнях во многом зависит от концентрации и длительности экспозиции токсического вещества, комбинации его с другими факторами, предшествующего состояния здоровья человека и его иммунологической реактивности. Большое значение имеет генетически обусловленная чувствительность к влиянию тех или иных ксенобиотиков. Несмотря на разнообразие вредных веществ, существуют единые механизмы их воздействия на организм, как у взрослого человека, так и у ребенка. 
 
 Отравления соединениями тяжелых металлов известны с древних времен. Упоминание об отравлениях «живым серебром» (сулема) встречается в IV веке. В середине века сулема и мышьяк были наиболее распространенными неорганическими ядами, которые использовались с криминальной целью в политической борьбе и в быту. Отравления соединениями тяжелых металлов часто встречались в нашей стране: в 1924-1925 гг. Было зарегистрировано 963 смертельных исхода от отравлений сулемой. Отравления соединениями меди преобладают в районах садоводства и виноделия, где для борьбы с вредителями используется медный купорос. В последние годы наиболее распространены отравления ртутью. Нередки случаи массовых отравлений, например, гранозаном после употребления семян подсолнечника, обработанного этим средством. 
 
 
 
Всасывание, транспорт и распределение металлов. 
 
Для токсического действия необходим контакт яда с биологическим субстратом – объектом этого действия. Контакт может осуществляться при циркуляции яда во всех жидких средах организма (крови, ликворе, межтканевой жидкости и т.п.), а также при непосредственном соприкосновении с оболочками клеток, цитоплазмой и её составными элементами. 
 
В силу этого  в токсическом действии  металлов, как и других ядов, большое значение имеют их транспорт, распределение, концентрация в месте действия, метаболизм, скорость и пути выделения. Вопросы метаболизма ядов, имеющие большое значение для понимания действия органических веществ, мало изучены в отношении металлов. Однако некоторые данные о превращении металлов в живом организме все же имеются. Известны происходящие в организме восстановительные процессы, при которых металлы и неметаллы из состояния высшей валентности переходят в состояние низшей валентности. Это установлено для железа, марганца, молибдена, ванадия, хрома, мышьяка. 
 
Концентрация металлов в месте действия, как и вообще любых ядов или фармакологических средств, является результатом динамических процессов всасывания из места поступления, проникания в жидкие среды, транспорта, распределения в органах и тканях, химических превращений в последних и процессов выведения из организма. 
 
Резорбция и распределение, а также выделение металлов, как и вообще экзогенных ядов, в конечном итоге схематически представляют как ряд процессов распределения между внешней средой и биосредами. В свою очередь в биосредах - организмах - происходит перераспределение между фазами: кровью и тканевыми и межклеточными жидкостями, между последними и клетками, между внутриклеточными структурами. 
 
Для осуществления непосредственного контакта любого яда с тканями, клетками, рецепторами и т.д. ему приходится проникать через множество пограничных поверхностей – биологических мембран. Роль последних играет кожа, слизистая желудочно-кишечного тракта, эндотелии сосудов, альвеолярный эпителий, вообще гистогематические барьеры, оболочка клеток, внутриклеточных структур и т.д. По современным представлениям биологические мембраны имеют белково-липидную структуру. Клеточные мембраны представляют самостоятельный структурный элемент, активно участвующий в процессах обмена веществ. Мембраны рассматриваются как биологические, динамические структуры, содержащие ряд важных энзимных систем. Повреждения, вызываемые ядами, нарушающими функции энзимов, приводят к изменению проницаемости транспорта через эти оболочки. 
 
Поверхность клеточных оболочек несет отрицательный заряд, что показано на примере эритроцитов, сперматозоидов, многих бактерий; но в тоже время на отдельных участках заряд может меняться. Ионы, достигнув поверхности клетки, либо фиксируются на ней, либо отталкиваются в силу одноименности заряда. Например, полагают, что анионы проходят эритроциты через положительно заряженные поры; положительно заряженные ионы не могут проникнуть через них, с чем связана плохая проницаемость эритроцитов (и других клеток) для катионов. Одни анионы (хлор, бром) проникают в эритроциты почти мгновенно, но ряд других более сложных (например, JO3, селеновая кислота) накапливаются в эритроцитах очень медленно. 
 
Схематически транспорт веществ через пограничные поверхности  можно разделить на:  
 
а) поступление веществ в клетки путем диффузии через водные и липидные барьеры;  
 
б) вода и растворенные в ней вещества как бы фильтруются в клетки (вступают в силу гидродинамические и осмотические законы);  
 
в) перенос липоидонерастворимых веществ объясняется образованием их соединений с компонентами мембраны. Например, полагают, что двухвалентные металлы проникают через пограничные мембраны в виде фосфатных комплексов. 
 
Клеточные оболочки могут играть и защитную роль в отношении вредного действия ядов, в частности металлов. Последние в первую очередь фиксируются на поверхности и лишь медленно проникают вглубь клетки. Это продемонстрировали Passow и сотр. (1961), а также Rothstein и Clarkson (1959) на примере солей ртути и меди. При действии последних первоначально нарушается сорбция глюкозы у мышей, позже – дыхание. 
 
Соли металлов как хорошо растворимые и диссоциирующие соединения, попадая в организм, распадаются на ионы. Скорость и полнота резорбции зависят от соотношения между ионизированной и неионизированной частью молекулы.        
 
Металлы высшей валентности и так называемые тяжелые металлы, склонные к образованию очень трудно растворимых гидроокислов, фосфатов, альбуминатов или весьма стойких комплексов, плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта или при любых других путях введения.  
 
Таким образом, упомянутые свойства металлов и их соединений, способность к диссоциации, образование свободных ионов, гидроокисей, образование прочных альбуминатов, гидратов, фосфатов определяют количество и состояние металла в организме, в первую очередь в крови.       Свободные ионы металлов быстро удаляются из крови; по данным Д.И.Семенова и И.П.Трегубенко (1958), - в течение 5 минут. Они также быстро выделяются из организма или накапливаются в скелете. Последнее, так же как и быстрое выделение с мочой, обычно указывает на то, что металл в организме циркулирует в ионизированном или молекулярно-дисперсном состоянии. 
 
Благодаря способности к комплексообразованию металлы в тканях откладываются в виде комплексных соединений с белками, аминокислотами. Однако распределение их по большей части неравномерно, а в ряде случаев избирательно. Например, высокое содержание в почках ртути, таллия, урана, кадмия или бария; рубидия, лития в мышцах; преимущественное накопление в эритроцитах калия, рубидия, свинца, шестивалентного хрома, мышьяка, селена и некоторых других. 
 
Прочность связей, степень сродства катионов металлов к функциональным химическим группировкам в организме, также может определять не только общую токсичность, но избирательность или специфичность действия. Это можно проследить на примере такой распространенной во всех тканях и вместе с тем такой биологически важной функциональной группе – сульфгидрильной. Так, специфическое повреждение почек такими металлами как, как ртуть или кадмий, объясняют высоким сродством их к SH-группам ткани почек. 
 
Приведенные примеры указывают, что возможны закономерности специального влияния металлов, однако для их выявления нужно изучать механизмы влияния отдельных металлов на отдельные ферментные системы, отдельные звенья обменных процессов, деятельность желез внутренней секреции и т.д. 
Токсичность тяжелых металлов для животных.        
 
Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, мышьяк, ртуть, кадмий, хром, алюминий и др.) в микроколичествах необходимы организму и в основном они находятся в активных центрах коферментов. 
 
Количество биологически активных химических элементов в организмах животных и тканях в основном зависит от их места обитания и особенностей потребления кормов. В большинстве случаях сельскохозяйственные животные страдают от дефицита и несбалансированности микроэлементов.  
 
При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления указанных металлов в рационы и соответственно в продукцию животноводства, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Например, в пригородных хозяйствах при содержании в рационе тяжелых металлов - свинца, никеля, хрома в 2-7 раз выше ПДК содержание их в молоке оказалось в 1,25-2 раза выше допустимых норм. В Вологодской области из-за нехватки селена при избытке железа, марганца, кадмия отмечено поступление молока на молокозаводы с низкой титруемой кислотностью. Наличие тяжелых металлов влияет на качество сыра, при этом нарушается технология производства. В частности, ухудшается его вкус, запах становится нечистым, сыр легко крошится, творог становится мажущим. У овец, разводимых в промышленной зоне Ирака, отмечается депонирование в организме ртути, кадмия и свинца. У пятилетних овец содержание ртути и кадмия в мускулатуре выше МДУ (максимально допустимого уровня). На ингаляционное поступление этих тяжелых металлов указывали повышенные содержания кадмия и свинца в легких. У овец, разводимых в сельскохозяйственных районах Ирака, содержание тяжелых металлов в тканях и органах оказались в 2-7 раз меньше, чем у животных, разводимых в промышленной зоне.  
 
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в рамках Международной программы химической безопасности опубликованы «Гигиенические критерии состояния окружающей среды» для Hg, Be, Pb, Sn, Mn, Ti и других  металлов. В таблице приведены предельно допустимые концентрации в продуктах питания для некоторых тяжелых металлов: 
 

2.  
    
   Токсичность тяжелых металлов в организме человека. 
    
   В таблице показана зависимость здоровья человека от уровня загрязнения тяжелыми металлами:  
    
   

3.  
    
    
   По опасности для здоровья человека тяжелые металлы делятся на следующие классы: 
    
   1 класс (самый опасный): Cd, Hg, Se, Pb, Zn  
    
   2 класс: Co, Ni, Cu, Mo, Sb, Cr (цветная металлургия – город Никель Кольский п-ов) 
    
   3 класс: Ba, V, W, Mn, Sr 
   Тяжелые  металлы  и их соединения могут поступать в  организм   человека  через легкие, слизистые оболочки, кожу и желудочно-кишечный тракт. Механизмы и скорость проникновения их через разные биологические барьеры и среды зависят от физико-химических свойств указанных веществ, химического состава и условий внутренней среды  организма. В результате взаимопревращений между поступившими в  организм   металлами  или их соединениями и химическими веществами различных тканей и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в  организме. При этом в разных органах, вследствие особенностей обмена, состава и условий среды, пути превращения исходных соединений  металлов  могут быть различными. Отдельные  металлы  могут избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них. В результате накопление  металла  в том или ином органе может быть или первичным, или вторичным. 
    
   На примере отдельных  металлов  рассмотрим пути их поступления в  организм через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) с продуктами питания (животного и растительного происхождения), а также токсическое действие. 
    
   Два d-элемента - кобальт и никель, широко используют в современных промышленных технологиях. При высоком содержании их в окружающей среде эти элементы могут поступать в повышенных количествах в  организм   человека, вызывая отравления с тяжелыми последствиями.  
    
   Кобальт является биоэлементом, который принимает активное участие в ряде биохимических процессов. Однако избыточное его поступление вызывает токсический эффект с разными повреждениями в системах окислительных превращений. Данный эффект обусловлен способностью кобальта вступать в связь с атомами кислорода, азота, серы, в конкурентные отношения с железом и цинком, входящими в состав активных центров многих ферментов. Соединения Cо(III) обладают сильной окислительной комплексообразовательной способностью.  
    
   В отношении скорости сорбции чистого кобальта, его оксидов и солей в ЖКТ сведения разноречивы. В одних исследованиях отмечено слабое всасывание (11…30%) даже хорошо растворимых солей кобальта, в других указано на высокую сорбцию солей кобальта в тонком кишечнике (до 97%) в связи с хорошей их растворимостью в нейтральной и щелочной средах. На уровень сорбции влияет также величина дозы, поступившей перорально: при малых дозах сорбция больше, чем при больших. 
    
   Ni(II) преобладает в биологических средах, образуя разные комплексы с химическими компонентами последних. Металлический никель и его оксиды из ЖКТ всасываются медленнее, чем его растворимые соли. Поступивший с водой никель абсорбируется легче, чем входящий в виде комплексов в состав пищи. В целом количество всосавшегося из ЖКТ никеля составляет 3…10%. В его транспорте участвуют те же белки, которые связывают железо и кобальт. 
    
    Цинк, также относящийся к d-элементам и имеющий состояние окисления +2, является сильным восстановителем. Соли цинка хорошо растворимы в воде. При их поступлении наблюдается задержка на некоторое время с последующим постепенным попаданием в кровь и распределением в  организме. Цинк может вызывать «цинковую» (литейную) лихорадку.Абсорбция цинка из ЖКТ достигает 50% от введенной дозы. На уровень абсорбции оказывает влияние количество цинка в пище и ее химический состав. Пониженный уровень цинка в пище способствует увеличению абсорбции этого  металла  до 80% от введенной дозы. Увеличению абсорбции цинка из ЖКТ способствуют белковая диета, пептиды и некоторые аминокислоты, которые, вероятно, образуют хелатные комплексы с  металлом, а также этилендиаминтетраацетатом. Высокое содержание фосфора и меди в пище снижает абсорбцию цинка. Наиболее активно цинк всасывается в двенадцатиперстной кишке и верхней части тонкого кишечника.  
    
   Ртуть (d-элемент) – единственный  металл, который находится в обычных условиях в виде жидкости и интенсивно выделяет пары. Может находиться в состояниях окисления +1 и +2 (в последнем встречается чаще) и в виде не только неорганических соединений, но и органических производных двухвалентной ртути, в частности таких, как метил-, этил- и пропилртуть, которые оказываются токсичнее и опаснее, чем неорганические соединения, благодаря своей более высокой проницаемости через биологические барьеры и тропности к тканевым субстратам и структурам. Из неорганических соединений ртути наиболее опасны металлическая ртуть, выделяющая пары, и хорошо растворимые соли Hg(II), образующие ионы ртути, действием которых и определяется  токсичность. Соединения двухвалентной ртути токсичнее, чем одновалентной. Выраженная  токсичность  ртути и ее соединений, отсутствие данных о сколько-нибудь заметных положительных физиологических и биохимических эффектах указанного микроэлемента заставляли исследователей относить его не только к биологически ненужным, но и опасным даже в ничтожных количествах из-за его широкой распространенности в природе. В последние десятилетия, однако, появляется все больше свидетельств и мнений о жизненно важной роли ртути. Надо отметить, что ртуть – один из самых токсичных  металлов, она постоянно присутствует в природной среде (почве, воде, растениях), может в избытке поступать в  организм   человека  через ЖКТ вместе с пищей и водой. Неорганические соединения ртути слабо всасываются в ЖКТ, в то время как органические, например метилртуть, абсорбируются почти полностью. 
    
   Таллий (р-элемент), хотя и редкий элемент, но в связи с широким применением в электронной, химической промышленности и сельском хозяйстве в качестве функциональных и зооцидных препаратов может в значительной степени загрязнять окружающую среду. Попадая в ЖКТ, растворимые соли таллия очень быстро проникают в кровь и разносятся в органы и ткани, нерастворимые – практически не всасываются при пероральном пути поступления. 
    
    Олово (р-элемент) может в заметных количествах поступать через ЖКТ при употреблении пищи, особенно соков, в случае хранения в посуде, содержащей олово в составе сплавов, из которых она изготовлена. Нерастворимые соединения олова почти не всасываются в ЖКТ, но и растворимые соединения абсорбируются очень слабо и преимущественно в виде соединений с белками. При этом соли двухвалентного олова всасываются легче и в больших количествах по сравнению с четырехвалентным оловом. 
    
   Свинец, относящийся, как и олово, к p-элементам и являющийся в современную эпоху одним из наиболее распространенных металлозагрязнителей окружающей среды и, прежде всего, воздуха, к сожалению, в значительных количествах может поступать в  организм   человека ингаляционным путем.  Свинец в виде нерастворимых соединений (сульфидов, сульфатов, хроматов) плохо всасывается из ЖКТ. Растворимые соли (нитраты, ацетаты) всасываются в несколько больших количествах (до 10%). При дефиците кальция и железа в пищевом рационе абсорбция свинца увеличивается.  
    
   Сурьма – p-элемент, существующий в состояниях окисления –3, +3, +5. Образует в основном устойчивые катионные соединения. Способен образовывать комплексы. Трехвалентные соединения сурьмы оказываются более токсичными, чем пятивалентные. Сурьму относят к тяжелым  металлам  с очень низкой сорбцией из ЖКТ. 
    
   Приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что тяжелые  металлы  в основном слабо всасываются в ЖКТ. Для большинства из них даже в случае хорошей растворимости их соединений величина всасывания составляет от 2…3 до 10…15%. 
   Поступая в организм человека, тяжелые  металлы  с током крови разносятся в разные органы и ткани. Характер их распределения и степень накопления зависят от сродства к различным структурам и биохимическим компонентам тканей и органов, прочности образуемых комплексов и скорости их элиминации. 
    
    Ванадий, как один из наиболее легких среди тяжелых  металлов, весьма активный в химическом отношении (сильный окислитель имеет сродство к фосфатам, жирам и т.д.) относительно быстро обменивается в  организме. При любом пути поступления ванадий вскоре появляется в крови, где соединяется с трансферрином, транспортируется в разные органы и ткани, и в первые же часы его обнаруживают в моче. Скорость распространения и величина накопления  металла зависит от пути поступления, растворимости и реакционоспособности его соединений. В первые же сутки ванадий вследствие быстрой абсорбции тканями почти полностью исчезает из крови, но через несколько суток вновь в очень малых количествах может появляться в крови, очевидно, из-за перераспределения между органами. Преимущественные места его накопления – костная ткань, почки, печень. Костная ткань, а также зубы и эмаль аккумулируют ванадий вследствие большого сродства последнего к фосфатам.  
    
   Из общего количества ванадия в  организме  31% его сосредоточен в жировой ткани, что обусловлено, по-видимому, сродством ванадия к биогенным жирам, особенно к аминовой и линолевой кислотам, и 17% - в скелете. По содержанию ванадия органы и ткани располагаются в убывающем порядке: костная ткань, почки, печень, кровь, селезенка, костный мозг, надпочечники, легкие, кожа, мышцы. 

Никель в крови находится в виде комплексов с низко молекулярными соединения, в частности с аминокислотами, в основном с гистидином, альбумином, а также со специфическим белком, названным никелеплазмином, относящимся к макроглобулиновой фракции. Из крови никель проникает в ткани при участии металлотионеинов. наиболее распространенным  металлом  в  организме  является Ni(II).  
 
В  организме   человека  никель входит в состав некоторых ферментов. Его обнаруживают постоянно в рибонуклеиновой кислоте (РНК), что может быть связано с онкогенностью никеля. Около 50% никеля откладывается во внутренних органах и крови, 30% - в мышцах и жировой ткани, 15% - в костях и соединительной ткани.  
 
Медь в крови находится в связанном с белками состоянии. Основной формой меди в тканях является двухвалентная медь, которая создает наиболее прочные хелатные комплексы с белками. Медь может вступать в соединения с разными аминокислотами благодаря сродству к SH–группам, образует также комплексы с гиутатионом, снижая его концентрацию в клетках.  
 
При избыточном поступлении меди в  организм  в связи с ее высокой биохимической активностью происходят серьезные нарушения в обмене веществ, проявляющиеся в токсических эффектах. Существуют конкуренция и негативное влияние цинка, марганца, никеля на обмен меди.  
 
Неорганическая ртуть в крови приблизительно одинаково распределяется между эритроцитами и плазмой в крови, но органические соединения превалируют в эритроцитах. В частности, концентрация метилртути в эритроцитах в 10 раз превышает ее в плазме. Распределение ртути в органах и тканях зависит от пути поступления и формы соединения ртути, но в целом больше ртути накапливается в почках. 
 
Таллий частично связывается альбумином и другими белками крови, но преимущественно находится в виде свободных ионов. Из крови он распределяется в различные органы и ткани. После перорального поступления таллий обнаруживают преимущественно в ЖКТ и печени, костном и головном мозге, легких, надпочечниках, селезенке, почках, мышцах и волосах. Длительность сохранения в тканях невелика, период полувыведения составляет 3…4 суток. С течением времени происходит перераспределение таллия в  организме.  
 
Из приведенных выше данных о распределении, накоплении и превращении ряда тяжелых металлов  видно, что указанные процессы имеют много особенностей. Несмотря на различия в естественной биологической значимости разных  металлов, все они при избыточном поступлении в  организм  вызывают токсические эффекты, сопряженные с нарушением нормального хода биохимических процессов и физиологических функций.  
 
Следует особо отметить то, что избирательное накопление и длительность задержки  металлов  в ткани или органе в значительной степени определяют поражение того или иного органа. Например, эндемические заболевания щитовидной железы в отдельных биогеохимических провинциях связывают с избыточным поступлением некоторых  металлов  и высоким содержанием их в самой железе. К таким  металлам  относят кобальт, марганец, хром, цинк. Еще хорошо известно поражение центральной нервной системы при отравлениях ртутью, марганцем, свинцом и таллием. 
Отдаленные последствия влияния тяжелых металлов на  организм 
Вредные вещества могут оказывать на  организм  специфическое действие, которое проявляется не в период воздействия и не сразу по его окончании, а в периоды жизни, отделенные от химической экспозиции многими годами и даже десятилетиями. Проявление этих эффектов возможно и в последующих поколениях.  
 
Под термином «отдаленный эффект» следует понимать развитие патологических процессов и состояний у индивидуумов, имевших контакт с химическими загрязнениями среды обитания в отдаленные сроки их жизни, а также в течение жизни их потомства. К нему относятся гонадотропное, эмбриотоксическое, канцерогенное, мутагенное действие. 
Гонадотропное действие металлов. 
 
По укоренившемуся мнению ответственность за бесплодие брака ранее возлагалась почти исключительно на женщину. Однако сейчас уже известно, что в значительном числе случаев «виновником» бесплодия брака может быть мужчина. Причиной этого является высокая чувствительность мужских половых желез к различным повреждающим факторам. Выявлена связь нарушения репродуктивной функции  человека  с действием факторов окружающей среды, производственными факторами, и в частности с химическими, воздействующими на  человека  в процессе его трудовой деятельности.  
 
Так, доказаны нарушение функции гонад при воздействии хлорорганических соединений марганца, свинца. Имеются также данные о нарушении менструальной функции и функции яичников у женщин при работе с соединениями марганца.  
 
Гонадотропное действие проявляется в нарушении сперматогенеза у мужчин и овогенеза у женщин.  
 
Изучение сравнительной чувствительности репродуктивной функции самок и самцов в ряде случаев выявило одинаковую и даже большую чувствительность семенников при одних и тех же интенсивностях воздействия. Одинаковая чувствительность женских и мужских половых желез имеет место при воздействии соединений марганца.  
 
Эмбриотропное действие металлов. 
 
Влияние химических соединений во время беременности может вызвать в развитии плода различные нарушения, которые условно можно отнести к следующим типам эффектов: тератогенным (гистоморфологичские дефекты развития, биохимические, функциональные и другие нарушения функции органов и систем, проявляющиеся в постнатальном развитии); эмбриотоксическим (внутриутробная гибель, снижение массы и размеров эмбрионов при нормальной дифференцировке тканей).  
 
При действии ряда химических соединений металлов, когда концентрации яда превышали ПДК, было установлено их тератогенное действие. Кроме того, выявлено увеличение частоты появления токсикозов беременности и нарушений родовой деятельности. Обнаружены также качественные изменения в плаценте.  
 
При изучении эмбриототропного действия химических веществ в эксперименте большое значение имеет продолжительность воздействия ядов, срока беременности, на которые приходится это действие, уровни воздействия.  
 
Чувствительность эмбриона особенно велика на ранних стадиях развития. Химические вещества в дозах, не вызывающий токсический эффект у матери, могут повредить плод. Установлены два критических периода развития эмбриона с очень высокой чувствительностью к внешним воздействиям – период, предшествующий имплантации, и период плацентации. Первый период приходится на первые три недели развития, второй – на четвертую - седьмую неделю, когда происходит формирование плаценты.  
 
Изменения проницаемости плаценты зависит от общего состояния  организма  и от срока беременности, а также от химического строения и свойств, проникающих в  организм  матери химических соединений. Беременность как нагрузка может изменять устойчивость  организма  к воздействию различных факторов в сторону снижения его резистентности. 
 Мутагенное действие металлов. 
 
 Под мутагенным действием химических веществ следует понимать изменение наследственных свойств  организма, проявляющихся у потомства.  
 
Мутационный процесс под влиянием химических веществ можно разделить на две большие группы: мутагенез в зародышевых клетках и мутагенез в соматических клетках. Мутации под влиянием химических веществ могут возникать на всех трех уровнях организации наследственных структур: генном, хромосомном и геномном.  
 
Следствием мутаций в зародышевых клетках в зависимости от их характера будет гибель зигот, эмбрионов, плодов, индивидов на разных стадиях развития или воспроизведение мутации из поколения в поколение. Мутации в соматических клетках приводят неизбежно к нарушению генетического гомеостаза. 

1.3 Организация службы Росгидромет

В рамках единой государственной системы наблюдений Комплексная лаборатория мониторинга окружающей среды (КЛМС) проводит систематические наблюдения за состоянием и загрязнением окружающей природной среды с использованием современных методов и приборов эко-аналитического контроля, а также предоставляет информацию всем заинтересованным пользователям. Сегодня КЛМС - это аккредитованная лаборатория,  укомплектованная современными эффективными приборами и аналитическим оборудованием, и имеющая в своем составе квалифицированных специалистов. В составе лаборатории - группа по мониторингу загрязнения атмосферного воздуха; группа по мониторингу загрязнения поверхностных вод суши; группа радиационного контроля окружающей среды и контроля загрязнения атмосферных осадков.

В КЛМС проводится статистический анализ данных по загрязнению атмосферного воздуха, оценка и прогноз состояния качества воздушного бассейна в населенных пунктах; оценка состояния поверхностных вод, почв, атмосферных осадков с учетом установленных норм, выявление тенденций изменения уровней загрязненности объектов окружающей среды.

Одним из направлений мониторинга окружающей среды в деятельности ФГБУ «УГМС Республики Татарстан» является наблюдение за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами (до 24 элементов), а также ртутью, мышьяком и нефтепродуктами. Это всё токсиканты промышленного происхождения (ТПП).

В рамках Программы мониторинга с 2007 года проводятся ежегодные наблюдения за уровнем загрязнения почвы ТПП на территории г. Казани – в трёх пунктах многолетних наблюдений (ПМН) (в районе ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3), а также по всей территории города, в том числе в жилых районах и районах новостроек, расположенных в зонах влияния крупных автодорог.

В г.г. Набережные Челны и Нижнекамск постоянно действуют по одному ПМН, где отслеживается уровень влияния промышленных зон на жилые районы этих городов.

Для определения уровня загрязнения почвы используются различные критерии. На сегодняшний день главным и определяющим считается установленный санитарными нормами уровень предельно допустимые концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимые концентрации (ОДК). Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 «содержание потенциально опасных для человека… веществ не должны превышать ПДК».

Но не для всех определяемых элементов установлены значения ПДК или ОДК. Для определения уровня загрязнения почвы широко используется суммарный индекс загрязнения почвы тяжелыми металлами Zф. Для его расчёта необходимо использовать значение фоновой концентрации каждого элемента. Использование справочных величин (кларков) даёт лишь приблизительный результат. Для точного определения уровня загрязнения почвы необходимо использовать установленные для каждого конкретного региона фоновые содержания загрязняющих элементов. Основными источниками поступления загрязняющих элементов в почвенный покров являются материнские почвообразующие породы, существует распределение и приуроченность микроэлементов к определенным группам минералов. Определенное влияние на элементный состав оказывает реликтовое загрязнение почвы, привнесенное антропогенным воздействием на окружающую среду много лет назад и оставившее свой след в виде характерного только для данного района преобладания в фоновых пробах того или иного элемента. Причём местное фоновое значение может быть существенно как больше, так и меньше кларка.

В рамках Программы мониторинга ФГБУ «УГМС Республики Татарстан» ежегодно определяет и корректирует значения фонового содержания ТПП в почвах для г.г. Казань, Нижнекамск и Набережные Челны. Фоновые пробы отбираются с учётом влияния розы ветров в заповедных лесопарковых зонах на расстоянии 25-30 км от города.

В настоящее время проведена модернизация приборной базы для проведения мониторинга. В работе для определения содержания ТПП в почвах используются методы атомно-абсорбционной спектрометрии, атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, ИК-спектроскопии.

С 2012 года начата работа по определению содержания тяжелых металлов и нефтепродуктов в донных отложениях.

Глава 2. Методы и материалы.

Почва является наиболее емким и инерционным звеном в наземных экосистемах. Загрязненная почва представляет опасность как источник постоянного поступления в организм человека опасных веществ с продуктами питания, а также она является источником вторичного загрязнения приземного слоя воздуха и грунтовых вод.

Уровень техногенного загрязнения почв характеризуется достаточно большой стабильностью. Загрязнение почвы может быть вызвано  не только атмосферными выбросами ныне действующих предприятий в черте данного города или вблизи него, но также с отдаленным переносом выбросов и остаточным загрязнением от предприятий, давно прекративших свое существование, что в условиях старых промышленных районов имеет важное значение.

В черте  крупных промышленных городов в результате антропогенного воздействия формируются полностью нарушенные, с перемешанным профилем, погребенные под различными грунтами, запечатанные под асфальтом почвы.

Для г.Казани (площадь 425.5 км2 , население 1112,7 тыс. чел.) основными источниками загрязнения атмосферного воздуха и почвы ТПП являются ОАО «Оргсинтез», предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3), строительства  и автотранспорт.

Характерной особенностью структуры почвенного покрова г.Казани является фрагментарность размещения почв, которая объясняется тем, что участки почвы чередуются с фундаментами зданий, коммуникациями и асфальтобетонными покрытиями, т.е. это связано с особенностями организации территории города.

Естественные почвы сохранились преимущественно в пригороде и на окраине города. Площадь незапечатанных участков изменяется от 1-5% в центре до 70-80 % на окраинах.

Уровень загрязнения почв в городе оказывает существенное влияние на разнообразие растительного покрова, а также сказывается на состоянии здоровья жителей нашего города.

В качестве одного из пунктов многолетних наблюдений (ПМН) были выбраны территории, прилегающие к ТЭЦ-1.

При отборе проб был применен радиальный метод. Вокруг каждого ПМН по преобладающим направлениям ветра (по данным наблюдений метеостанции Казань это- западное, южное и юго-восточное) на расстоянии 0.5 и 5 км расположены участки многолетних наблюдений (УМН).  Всего 6 участков, 3 из них располагаются в непосредственной близости (500 м) от ТЭЦ-1, в районе расположения Архангельского кладбища и строящегося гребного канала на оз. Кабан, остальные- (5 км от ТЭЦ-1) расположены на ул. Братьев Касимовых, ул. Шуртыгина, ул. Б. Красная.

При отборе проб был применен радиальный метод. Вокруг каждого ПМН по преобладающим направлениям ветра (по данным наблюдений метеостанции Казань это- западное, южное и юго-восточное) на расстоянии 0.5 и 5 км расположены участки многолетних наблюдений (УМН).

Фоновые пробы отбирались в 20 километрах от источников против ветра с наименьшей повторяемостью: в районе пос. Раифа и Ореховка. Все фоновые пробы были отобраны в лесопарковой зоне.

В отобранных  пробах почв определялись: рН, механический состав, содержание тяжелых металлов (ТМ) (меди, цинка, никеля, кадмия, свинца, марганца, хрома, кобальта) и нефтепродуктов.

По мех составу все отобранные в г. Казани образцы почвы относились к серым суглинистым почвам, значения рН варьировались от 6.3 до 7.5.

Одним из важнейших нормативов, позволяющих оценить степень загрязнения почвы химическими веществами, является предельно допустимая концентрация вещества в почве (ПДК) (или ориентировочно допустимая концентрация - ОДК). Кроме того, оценка уровня загрязнения производится также путем сравнения с естественными фоновыми уровнями содержания данного вещества в почвах данного района.

Отбор, пробоподготовка и определение содержания токсикантов промышленного происхождения  проводились в соответствии с РД 52.18.191-89, РД 52.18. 575-96, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 26483-85, ГОСТ17.4.3.01-83, ГОСт28168-89, М 03-04-2002**, М МВИ- 80-2001** (**- результаты предоставлены Аккредитованным испытательным лабораторным центром ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РТ в Нижнекамском районе и г. Нижнекамске»).

Отбор всех проб производился с поверхностного слоя методом «конверта» на глубину 0.0- 0.30м.

Для каждой отобранной объединенной пробы почвы был определен механический состав и величина рНKCl. В каждой пробе установлено содержание молекулярной влаги, а результаты пересчитаны на абсолютно сухую пробу.

Количественное определение тяжелых металлов производилось на атомно- абсорбционном спектрометре AANALIST 200  с пламенным автомизатором.

Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах проводилось методом инфракрасной спектрометрии с предварительной экстракцией на приборе  КН-2.

Глава.3.Результаты и обсуждения.