Кругообіг мікроелементів

Мікроелементи – це група хімічних елементів, котрі містяться в організмі людини і тварин в межах 10^-3 - 10^-12 % від їхньої загальної маси тіла. Мікроелементи дуже нерівномірно розповсюджені в біосфері і всі вони включаються до кругообігу біогеоценозів, впливають на ріст, розвиток, розмноження, морфологічну і фізіологічну мінливість живих організмів (додаток 1).

Накопичення хімічних елементів живими організмами визначається біологічною природою, геохімічними властивостями середовища, харчовими ланцюгами. Саме через ці ланцюги і відбувається зв’язок організмів і середовища – грунтоутворювальних порід, грунту, мікроорганізмів, води, повітря, рослин, тварин, людини (рис. 9).

Рис. 9. Біогеохімічні ланцюги хімічних елементів

Мікроелементи надходять до живих організмів з геохімічного середовища природних вод, грунту, атмосферного повітря завдяки первинній організованості біогенних циклів (В.В. Ковальський, 1982). Склад грунту неоднорідний за вмістом хімічних елементів. Є регіони (області) з підвищеною або зниженою концентрацією мікроелементів і це по-різному впливає на місцеву флору та фауну. Такі місцевості отримали назву “біогеохімічні провінції”. Унаслідок змін геохімічних факторів, надлишку або недостатності мікроелементів у живих організмах виникають біологічні реакції – пристосування, утворення нових видів чи підвидів, ендемічні захворювання, вади розвитку і загибель.

Кількість мікроелементів у грунті коливається в широких межах і залежить від грунтоутворювальних гірських порід, виду грунту, ступеня його мінералізації, геологічної структури, мінеральних добрив, що вносяться до грунту, скиду стічних і побутових вод, складу атмосферних опадів та атмосферного забруднення, розташування і викидів промислових підприємств. Концентрація мікроелементів у воді визначається складом материнської породи, наявності промислових підприємств, їхніх викидів в атмосферне повітря і скидів стічних вод у водойми тощо. Вміст мікроелементів в атмосфері залежить також від багатьох причин, у тому числі метерологічних, технологічних, урбанізованих територій з різною промисловістю, а також коливається в часі. Геохімічні і біохімічні процеси впливають на характер розподілу мікроелементів у грунті і рослинах. Наприклад, найбільш легко поглинається бор, менше мідь, цинк, нікель навіть незважаючи на перевищення їхньої концентрації у грунті. За наявності у грунті значної кількості важких металів може гинути насіння більшості рослин. Але і в цьому випадку в результаті генетичної мінливості дикорослих рослин можуть бути й такі, що виживають. Існують так звані рослини-індикатори (геоботанічні індикатори), що лише вони ростуть на високомінералізованому грунті і накопичують великі концентрації певного елементу – кобальту, срібла, заліза, урану, міді. Відомий різновид базиліку під назвою “мідна” квітка. За деякими кормовими культурами визначають реактивацію – забруднення орних грунтів для сільськогосподарського використання. Не всі мікроелементи однаково поглинаються рослинами і тому накопиченння елементів різними видами рослин різниться. Рослини поглинають мікроелементи через коріння, безпосередньо при обприскуванні через листя. Вміст у різних частинах рослин навіть одного й того ж мікроелементу може відрізнятися. Нестача або надлишок мікроелементів можуть спричинити хвороби рослин (хлороз), здрібнення листя, впливати на урожайність, якість врожаю, на смакові якості овочів і фруктів тощо.

До прикладу наводимо кругообіг мікроелементу фтору. Фтор знаходиться в біосфері всюди: у гірській породі (300 – 800 мг/кг), грунті (30 – 320 мг/кг), атмосферному повітрі (2,6·10^-6 - 4·10^-4 мг/м³), прісній і морській воді (0,01 – 1,4 мг/дм³), а в окремих випадках сягає до 95 мг/дм³ та 2800 мг/дм³ (у Кенії, озеро Накуру), рослинах (0,05 – 3 мг/кг) і організмах тварин і людей (у м’яких тканинах 0,05 – 3 мг/кг, твердих тканинах – до 800 мг/кг і більше). В організмі людини 99 % фтору міститься у кістках та емалі зубів. Концентрація фтору в грунті залежить від породи і механічного складу грунту. Фтор у підземних водах пов’язаний з морськими осадами і поширенням в геологічних відкладах фтористих мінералів (флюориту). У природній воді практично весь фтор знаходиться в іонній формі. За умов кислої реакції кількість іонів фтору зменшується. На території України вміст фтору у грунті й воді в найменших кількостях знаходиться в Західному регіоні і збільшується в напрямку Південно-Східних областей. Проте в кожному регіоні України концентрація фтору в окремих місцях може коливатися в широких межах. В Україні гігієнічний норматив фтору у питній воді рекомендовано на рівні 1,5 мг/дм³, у країнах жаркого клімату - 0,5 – 0,7 мг/дм³. У природних умовах фтор знаходиться у вигляді мінералів кріоліту, апатиту. Найбільше фтору містить чай (100 мкг/г), морська риба (5 – 10 мкг/г). Багато фтору є в квасолі, шпинаті, яблуках, салаті, цибулі, капусті. Надходження фтору з грунту в рослини залежить від їхнього складу. Вапно, фосфор, алюміній, колоїдні фракції грунту знижують всмоктування фтору рослинами. Надлишок фтору знижує доступність в рослини фосфору і гальмує їхній ріст, негативно впливає на активність ферментів рослин – еколази і фосфатаз – і порушує дихальні процеси, сповільнює асисміляцію СО₂ унаслідок деструктивної дії на хлорофіли. Забарвлене листя деформується і відмирає, надалі патологічний процес поширюється на весь рослинний організм. Це відбувається переважно в районі промислових викидів, що містять фториди.