Значение бериллия для почвы, растений, животных

11.01.2017

Бериллий широко распространен в почвах в количествах, сходных с содержанием в коренных породах. Хотя больших отклонений его концентраций в почвах, не подвергшихся загрязнению, не отмечалось — они колеблются от 1 до 15 мг/кг (с.), среднее фоновое содержание Be часто выше, чем в исходной породе. Это дало возможность Н.А. Григорьеву сделать вывод о кумулятивном накоплении Be не только в эндогенных, но и в экзогенных, и почвенных процессах. Первый кларк Be в почвах, подсчитанный А.П. Виноградовым, оказался завышенным; по более поздним данным различных исследователей он может быть принят 1,7±0,5 г/т (Россия 2,3±0,7, США 1,6, Канада 0,35, Великобритания 2,7 г/т). По А.А. Беусу, средние содержания для почв нашей страны таковы (мг/кг): подзолистые 1,5; озерные лесные 3,0; черноземы 3,2; каштановые 4; сероземы 1,0. Для США, по X. Шаклетт, относительно высокие средние содержания Be (мг/кг) установлены в светлых почвах пустынь (2,1), лесных, глинисто-суглинистых, песчаных и литосолей на песчаниках (по 1,9), а также почвах на глинистых и эффузивных породах (1,7); самые низкие содержания его типичны для легких органических почв (1,2). А. Кабата-Пендиас считает, что им должен быть обогащен органический горизонт почв. По Ф. Хедриху с соавторами, концентрация Be в почвенных растворах составляет 0,4—1,0 мкг/л, что выше, например, чем ПДК водоемов (0,2 мкг/л), и обусловлено легкой растворимостью BeCl2 и BeSO4.
Детальное исследование поведения Be в почвах Урала провел Н.А. Григорьев в связи с разработкой геохимических методов поисков месторождений по вторичным ореолам. Установлено, что первым фактором является первичное содержание Be, вторым — степень дренирования почв. Для почв вне участков, обогащенных Be. в автономных ландшафтах (подбуры, бурые, буро-подзолистые серые) преобладают профили распределения элювиального типа, в которых содержание Be увеличивается сверху вниз для хорошо дренированных почв следующим образом (мг/кг): горизонт А0 0,45±0,1; A1 2±0,3; A1A2 2,3±0,8; A2 1,7±0,3; В 5,7±0,8; BC 1,9±0,3; С 3,1±0,7; CD 3±0,7. С другой стороны, содержание растворимого Be в этом же направлении снижается (мг/кг): бурая гумусовая почва на суглинке — A1 80, В 64, С 58; бурая на щебне — A1 37, A1B 37, В 33, CD 8; горная лесная оподзоленная на суглинке — A1 32, A2 46, В 50, С 34 и т. д. Своеобразное распределение Be характерно для почв на карбонатных породах, где в горизонте CD происходит резкое увеличение его концентрации.
Среди слабо дренированных автоморфных почв содержание Be близко для всех горизонтов. Для гидроморфных почв характерно обилие реакционноспособных форм Be и близкое в разных горизонтах их количество, за исключением гумусового слоя, где оно наибольшее (до 80%). Однако К. Лукашев и другие исследователи определили, что растворимый Be образует комплексы в основном с наиболее подвижной частью гуминовых и фульфокислот, следовательно, эта часть Be не может накапливаться в почве. Это же показано Н.А. Григорьевым, установившим, что в торфянистой глеевой почве растворимый бериллий коррелируется с минеральной составляющей (Be2+→Ca2+→Mg2+), что связано с его вхождением в монтмориллонитовые минералы. Часто распределение Be2+ коррелируется с P2O5, хотя этот комплекс легко растворим.
Таким образом, в хорошо дренированных почвах содержание прочно связанного Be снижается снизу вверх, что объясняется увеличением в этом направлении растительных остатков. Реакционные формы Be в таких почвах образуются слабо, в умеренно дренируемых они заметно накапливаются в горизонте В, в слабо дренированных — по всему профилю, однако в почвах на карбонатных породах они могут существенно накапливаться в горизонте В хорошо дренированных почв.
В почвах вблизи редкометальных месторождений концентрация Be увеличивается (табл. 54), как и вариации содержаний. Для Польши А. Падцик установил, что в техногенно загрязненных почвах вблизи металлургических предприятий и угольных электростанций концентрация Be достигает 15—50 мг/кг при фоновой 1 мг/кг.
Значение бериллия для почвы, растений, животных

Находящийся в почвах растворимый Be, несмотря на имеющиеся представления о его слабом биохимическом захвате, по-видимому, легко поглощается растениями, в которых в природных условиях концентрация меняется в широких пределах — от 0,001 до 0,4 мг/кг (с.) или от 2 до 100 мг/кг (з.). Особенно высокие его содержания (до 250 мг/кг — з.) установлены для растения-концентратора Be — Vaccinium myrtillus. Среди других накопителей этого элемента отмечаются некоторые представители семейств бобовых и крестоцветных, особенно их корневые ткани. Повышенные количества Be выявлены Г. Крампицом в листьях салата (0,033 мг/кг—с.) и плодах томатов (0,24 мг/кг—с.) По X. Бове, Be накапливается в лишайниках и мхах (0,04—0,9 мг/кг—с.). В промышленной зоне, по A. Падцик, в траве обнаружено 0,19 мг/кг (с.) Be. Искусственное внесение Be в почву (~ 100 мг/кг) привело, по данным X. Бон с соавторами (1979 г.), к возрастанию его содержания в растениях до 20 мг/кг (с.). Содержание Be в пищевых продуктах Австралии составляет (мг/кг—с.): в мясе и рыбе до 5,7, картофеле 0,78, бобах 0,65, томатах 1,05, яйцах 0,78, молоке 0,83, дрожжах 1,62.
Механизм поглощения Be растениями до конца не ясен, однако, возможно, сопоставим с таковым Mg2+ и Ca2+, а при антагонистических взаимоотношениях между ними Be2+ замещает Mg2+. Установлено также стимулирующее действие разбавленного раствора Be(NO3)2 на рост некоторых видов растений, в частности, микроорганизмов (Aspergillus niger), но биохимические механизмы еще не выяснены.
По данным А. Кабата-Пендиас, В. Гриффитс и других исследователей, Be токсичен для растений. Содержания его 2—16 мг/кг (10в-3—10в-4 моль Be2+) в растворе ядовиты для растений, а токсичными в созревших листьях некоторых растений считаются содержания 10—50 мг/кг (с.). Он тормозит прорастание семян и потребление Ca, Mg и P корнями разрушает протеины и энзимы. Специфические симптомы поражения растений неизвестны, частные — бурые, недоразвитые корни и чахлая листва. He выяснена также опасность повышенных количеств Be в растительности для человека.
По П.В. Иванову и А.К. Ковалевскому с соавторами, для Сибири установлены высокие концентрации Be — до 100 и даже 5000 г/т в золе некоторых растений — березы бородавчатой, сосны обыкновенной, пшеницы, патринии сибирской, папоротника-орляка, астрагала, таволги, стеллеры карликовой, вики однопарной, черники, багульника, полыни, ковыля. Среди растений — концентраторов Be называются (его содержание, г/т) патриния (20), стеллера (10), остролодочник (10). Установлена также способность растений отторгать Be, который накапливается в интенсивно обновляемых корнях и отмирающих тканях. А.В. Пономаренко с соавторами выявлено также наличие Be в золе почвенных насекомых — имаго 3,5—5 мг/кг и т. д.
Кларк Be в биосе 4*10в-6 %. Оценки средних содержаний Be, по B. Шоу и X. Бове, в организмах таковы (мг/кг): растения морские 0,00001, наземные 0,001; животные морские ?, наземные 2*10в-5 — 3*10в-6. Для океанского планктона оценки, по В.С. Савенко, следующие (мг/кг — с.]: фито- 0,6, зоо- 0,2, тотальный 0,5, среднее 0,4, взвесь 1. Среднее содержание бериллия в золе наземных растений 2 г/т.
Высокая токсичность Be для животных и человека объясняется тем, что он является сильным ингибитором некоторых ферментов, активируемых Mo, в том числе щелочной фосфатазы, угнетает AT фазу, фосфоглюкомутазу, R- и D-нуклеогидазы, образование фосфора и аммиака при распаде нуклеинов кислот. Добавление 0,1—0,5% BeCO3 к пищевому рациону животных вызывает бериллиевый рахит.
Обобщение данных по влиянию Be на возникновение болезней у человека позволяет отнести его к высокопатологичным элементам (14 типов патологий) и поставить вместе с Cd и Pb в ряду снижающей патологичности после Tl: Hg(21)≥Ba(20)≥Co(19)≥Tl(17)≥Be(14)~Cd (14)~Pb (14)...
Важно подчеркнуть, что повышенные концентрации Be в окружающей среде могут вызвать раковые заболевания у человека. По данным НИИ канцерогенеза онкологического центра РАМН, принятые в настоящее время ПДК для этого элемента не обеспечивают полной безопасности. В то же время дефицит Be может приводить к гипоберриллиозу, который, однако, для человека не известен.
Поступление Be с пищей и жидкостями, по предварительным данным, равно ~ 12 мкг/сут. Он плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта (в зависимости от степени растворимости соединений всасываемость колеблется от 0,002 до 0,00001) и быстро удаляется из крови (через 2 ч остается 2,5% поступившего Be). Перенос в крови происходит в виде сыворотки (фосфат, цитрат). Распределение Be в организме и его выделение зависит от формы нахождения. Например, BeF задерживается в костной ткани (Tб от 890 до 1770 сут. для разных животных), a BeCl относительно быстро выводится из печени (Tб 15 ч).
Баланс Be для условного человека следующий (мкг/сут): поступление с пищей и жидкостями 12, с воздухом ≤0,01, выделение с мочой 1, с фекалиями 10, другими путями 1. Содержание его в организме 36 мкг, в том числе в мягких тканях 27 мкг. Tб для всего организма определен Ю.И. Москалевым в ~1040 сут. В табл. 55, 56 представлены (по и др.) содержания Be в органах и биосредах людей, не имеющих контактов с производством и потреблением данного элемента. Эти значения рекомендованы в качестве предела естественного содержания Be для человека. Количество 7Be, поступающего ежегодно в организмы животных и человека, составляет 50 Bk.
Значение бериллия для почвы, растений, животных
Значение бериллия для почвы, растений, животных