2.1 Стан вивченості питання

Людство на сучасному етапі розвитку вирішує багато проблем. Однією з найбільш важливих з охорони навколишнього середовища, є охорона певних еталонів природних ландшафтів, а також рідкісних, зникаючих видів рослин i тварин, збереження найцікавіших геологічних об’єктів та інших пам’яток природи.

Основним завданням об’єктів, що охороняються, с збереження та відтворення природно-ресурсного потенціалу територій. В результаті відсутності (як правило) на цих територіях ерозійних явищ, низького вмісту у водах об’єктів, що охороняються, хімічних речовин та завислих часток, зарегульованостi стоку, деградації компонентів ландшафтів ефективність природно-заповiдних об’єктів значна.

Чугуївський район в цьому відношенні не є винятком. Природно-заповiдний фонд району складають природні комплекси i об’єкти, що мають природоохоронну, наукову, естетичну, рекреаційну цінність та виділені з метою збереження природного різноманіття ландшафтів, генофонду рослинного та тваринного світу, підтримки загального екологічного балансу фонового моніторингу оточуючого середовища. В районі заповідано 9 територій місцевого значення: 8 заказників (3 – ландшафтних, 1 – ботанічний, 4 - ентомологічних) та 1 заповідне урочище. Загальна площа територій природно заповідного фонду складає 4131,7 га, що становить 3,56 % від усієї площі району. Тому тема дослідження екологічного стану компонентів довкілля природно заповідного фонду є актуально[15].

Останнім часом увагу вчених все більше привертають проблеми забруднення територій важкими металами. Стрімкий «металічний процес» у біосфері, що виник в результаті інтенсивного розвитку промислового виробництва, збільшення щільності автотранспорту, призвів до забруднення важкими металами ґрунтового покриву, атмосферного повітря, водних середовищ [14]. За своїми властивостями ВМ у цих середовищах здатні акумулюватися або мігрувати до об’єктів біоти, в залежності від кліматичних умов, рН середовища, фізико-хімічних властивостей середовища [5].

Дослідження з вивчення вмісту та поведінки ВМ у ґрунтах були розгорнені у 50-60 рр. та у 70-х роках були доступні широкому загалу [14], на той час ці елементи мали назву «розсіяних елементів» (за В.І. Вернадським) або «мікроелементів» (за О.П. Виноградовим). А вже наприкінці 70-80 рр. проблема мікроелементів стала переростати у проблему хімічного забруднення, що останнім часом привертає все більшої уваги. Саме з цього часу з’явився термін «важкі метали» для елементів - пріоритетних забруднювачів, спільними рисами яких є те, що вони проявляють властивості металів і мають щільність більше 5 г/см³, а відносну атомну масу 50 [14].

Уявлення про обов’язкову токсичність ВМ є не вірним, бо до цієї групи входять мідь, цинк, молібден, марганець, залізо, тобто елементи, які мають позитивне біологічне значення. Мікроелементи та ВМ – це поняття, що відносяться до одних і тих же елементів, але використовуються в різних значеннях, що характеризують перш за все їх концентрацію в ґрунті або рослинній продукції [14]. Однак існує група металів, за якими закріпилось лише одне негативне поняття –«важкі» у розумінні «токсичні». Ця група включає ртуть, кадмій, свинець [17]. За загальним уявленням їх вважають найбільш небезпечними забруднювачами навколишнього середовища.

Одним із основних джерел забруднення усіх компонентів довкілля, в тому числі рослинності, важкими металами є автотранспорт.

Зазвичай, процес згорання палива не добігає кінця і продукти неповного згорання, а також картерні гази і пари палива потрапляють у атмосферу [14 ]. ККД двигунів внутрішнього згорання складає в середньому близько 23 % . Автомобіль також забруднює повітря продуктами зношування шин, тормозних колодок і т. п. В Україні – автотранспорт дає понад 30 – 40% усього забруднення атмосфери [19].

Умови та сам процес міграції важких металів у природному середовищі та транслокація їх у деревні культури надзвичайно складний бо залежить від багатьох факторів: типу та віку дерев, умов росту деревини, хімічного характеру металу, наявності бар’єрів і т.д. [21].

Дослідженням особливостей міграції важких металів до рослин займалися L.J. Miles, G.R. Parker, Ю.В. Алексєєв [1], В.А. Ковда , Дглас П. Орморд , А. Кабата – Пендиас, Х. Пендиас , В. Б. Ільїн [14], Т.Ю. Биндич [5], О.О. Галаган, А.І. Фатєєв [29], В.А. Єрмолаєва [13], та ін.

Відомо, що надходження важких металів у тканини рослин можливе в результаті аеральних емісій металовмісних аерозолів та надходження ВМ в тканини рослин із ґрунтового розчину через коріння [14].

Зовнішнє забруднення рослин важкими металами, тобто надходження їх з повітря, може відбуватися шляхом проникнення аерозолів, що містять важкі метали до внутрішніх органів рослин [22]. Поверхня рослин забруднюється металовмісними аерозолями, і деякі елементи можуть абсорбуватися на них.

Досліди Кабата-Пендіас А., 1989 свідчать, що швидкість поглинання мікроелементів у тканинах рослин значною мірою залежить від природи хімічного елемента. Так, фолікулярне поглинання характерне для заліза, марганцю, цинку та міді, тоді як свинець змивається дощовою водою.

Також існує поняття вибірковості поглинання хімічних елементів рослинами з повітря [14]. Свинець залишається в основному як поверхневі відклади чи поверхневе аерозольне покриття на поверхні рослин, в той час як цинк та кадмій частково проникають до листка. Що стосується абсорбції та мобільності Mn, Fe, Cu, Mo, то вони займають проміжне положення і мобільність їх знижується у наведеному порядку.

Великого значення при зовнішньому забрудненні рослин набувають також кліматичні умови регіону та погодні умови вегетаційного періоду, оскільки від них залежать напрямки перенесення забруднюючих речовин, можливість змиву аерозолів з поверхні листка чи їх розчинення, стан устячок і т.д. [6]. Аналіз виборки дерев (листя, кора і осердя стовбура) показав, що напрямок переважаючого вітру впливає на розподіл викидів свинцю; на сторонах дерев, повернутих до шосе, рівень свинцю вище [14]. Швидкість вітру, а отже, концентрація частинок швидко зменшуються від краю пологу рослинності. Концентрації мікроелементів (у тому числі важких металів) звичайно є вищими на захищеній стороні дерев у порівнянні з незахищеною внаслідок більшого осадження аерозолів з повітря, що рухається повільно [Little P., Martin M. 1972].

Поглинання хімічних елементів листям, зазвичай, обмежене. Це доведено експериментально [14] при експонуванні листя в умовах мокрого осадження – поглинання хімічних елементів корінням з ґрунту було вищим, ніж поглинання листям. Значною мірою це залежить від особливостей будови листка рослини, товщини кутикули та кількості устячок, тобто видових особливостей рослини.

Внутрішнім шляхом (із ґрунту через кореневу систему) метали потрапляють до рослин разом з поживними речовинами. Ґрунт – це специфічний елемент біосфери, він не тільки акумулює важкі метали, але й виступає як природний буфер. Він здатний трансформувати сполуки металів, зв’язувати їх в менш доступні форми, тим самим знижуючи їх надходження до рослин [5].

Ступінь трансформації важких металів та доступність їх рослинам залежить від рН ґрунтового розчину, типу ґрунту, біологічних особливостей рослини [7]. Так, дослідження Ільїна В.Б. [13] показують, що кадмій, свинець, цинк, нікель, мідь рухливі лише у кислому середовищі, при залужуванні їх рухливість різко зменшується. Тобто знову постає фактор вибіркового поглинання хімічних елементів рослинами з ґрунту, як і у випадку надходження їх з атмосферного повітря.

Дослідження Бокач Т., 1980 [11] показують, що кількість елементів зменшується від коренів до плодів (різниця до 500 – 600 разів). Це підтверджуються дослідами Ільїна В.Б. (1991). За його даними найбільша кількість важких металів акумулюється в коренях рослини, найменша – в плодах та органах запасання асимілятів [14]. Це свідчить про наявність у рослин захисних механізмів, які перешкоджають надходженню надлишкових кількостей важких металів: морфологічних структур, вакуолярних депо, затримання пояском Каспарі, хімічних реакцій неспецифічної природи [19].

Транслокація металів в рослині значною мірою залежить від її віку.

Беус А.А, Грабовська П.І., Тихонова П.В. (1989) довели, що найбільш енергійно поглинання мінеральних речовин відбувається в молодих частинах рослини. Переміщення металів всередині рослини обумовлюється хімічними особливостями елементу – так, кадмій, цинк, свинець малорухливі, а мідь – надзвичайно рухлива [22].

Отже, питання шляхів надходження та особливостей накопичення важких металів у деревах і досі не має чітко визначених положень та закономірностей. На підставі аналізу літературних джерел можна зробити висновок, що кожен із вчених займається лише окремими питаннями, чітких же висновків щодо шляхів надходження металів та їх транслокації в рослині зробити неможна.