1) Сопряжѐнный – сохраняется известное соотношение между поставкой вещества и загрязнением почв, растений и донных осадков, лежащее в основе применения концепции депонирующих сред при эколого-геохимических оценках техногенных ландшафтов;
2) диссонансный – сопряжѐнное соотношение нарушается в ту или иную сторону (техногенный геохимический диссонанс): а) аккумулятивный диссонанс – возникает, когда природные и природно-техногенные факторы миграции усиливают относительно небольшое по контрастности и объѐму выбросов техногенное загрязнение, б) ослабляющий диссонанс – возникает, когда, например, воздействие мощных техногенных выбросов минимизируется кислым выщелачиванием из почв лѐгкого гранулометрического состава, имеющих к тому же очень низкий природный фон.

1) Способность почв противостоять изменению значений pH при воздействии кислот или щелочей.
2) Буферность почв по отношению к загрязняющим почву элементам – способность поддерживать концентрацию элементов в почвенном растворе на постоянном уровне. Считается, что при извлечении металлов из почвенного раствора растениями или нисходящим водным потоком потери их восполняются из запаса элементов в составе твѐрдых фаз. При избыточном поступлении элемента в почву в растворѐнном состоянии он может из почвенного раствора переходить в состав твѐрдых фаз, повышая запас подвижных соединений элемента.

На основе показателя pH водной суспензии почвы условно выделяют 5 буферных систем или зон, в пределах которых происходит потребление протонов: 1) карбонатная (6,2обменных оснований; 4) алюминиевая (3,0

Вещество, действующее, прежде всего, на живые организмы. Это обычно типоморфные для каждого вида производства высокотоксичные поллютанты с низкими кларками (Hg, Cd, Pb, Sb, Se и др.), образующие более контрастные относительно фона ореолы и представляющие опасность для флоры, фауны и человека (М.А. Глазовская). Все тяжѐлые металлы, особенно по отношению к высшим животным и человеку, токсичны и могут выступать в качестве биохимически активных техногенных веществ. Они попадают в организм с пищей, водой, при вдыхании загрязнѐнного воздуха и в зависимости от химической формы их соединений иногда довольно быстро выводятся из организма. Но определѐнная их часть задерживается в органах и тканях, вступая в соединение с биогенными элементами и радикалами. Так как эти соединения не участвуют в нормальном обмене веществ и для большинства из них характерны длительные периоды полувыведения (от месяцев до десятков лет), происходит постепенное накопление ТМ, ведущее к различным поражениям и тяжѐлым хроническим заболеваниям. Тяжѐлые металлы – это в основном политропные яды, которые с относительно небольшой избирательностью накапливаются в разных органах и тканях и дают широкий спектр трудно диагностируемых патологий. Их варианты обусловлены сочетаниями с действием других патогенных агентов. Поэтому газовые выбросы, сточные воды, твѐрдые продукты сложного полиметалльного состава – наиболее опасные виды промышленных отходов. Накоплению этих соединений в почвах, по М.А. Глазовской, способствуют процессы: 1) изоморфные замещения в решѐтках глинистых минералов; 2) сорбция ионов металлоглинистыми минералами, особенно аллофаноидами; 3) соосаждение с оксидами и гидроксидами, особенно железа; 4) образование малоподвижных комплексных органометаллических соединений.

Активность почв, оцениваемая по ферментативным показателям. Информативной является активность дегидрогеназы (класс оксидоредуктаз), так как уровень этого показателя зависит от интенсивности процессов нитрификации, азотфиксации, дыхания, поглощения почвой кислорода. Определяют также активность уреазы и фосфотазы (класс гидролаз) и интенсивность дыхания почвы по выделению CO2. Тяжѐлые металлы ингибируют важные микробиологические процессы в почве, в первую очередь трансформацию соединений углерода, его высвобождение из различных органических соединений в виде углекислоты. Тяжѐлые металлы могут оказывать ингибирующее действие и на процесс естественного вовлечения азота в биологический круговорот – азотфиксацию. Это происходит при обоих типах азотфиксации, как симбиотической (показано угнетение жизнедеятельности азотфиксирующих клубеньковых бактерий), так и несимбиотической. Воздействие тяжѐлых металлов на несимбиотическую азотфиксацию зависит от типа почв и сильнее проявляется на бедных почвах. В целом влияние тяжѐлых металлов на микробные сообщества и микробиологические процессы в почве определяется типом тяжѐлого металла, его дозой, формой соединения, свойствами загрязняемых почв.

Кларк концентрации элемента в живом веществе. Наибольшей биофильностью обладает C (7800), менее биофильны N (160) и H (70). Близки по биофильности анионогенные элементы O (1,5), Cl (1,1), S (1,0), P (0,75), B (0,83), Br (0,71) и т. д. Наименее биофильны Fe (0,002) и Al (0,0006). То есть живое вещество в основном состоит из элементов, образующих газообразные и растворимые соединения, его состав лучше коррелирует с составом гидросферы и атмосферы, чем литосферы. Преобладание в ландшафтах определѐнных систематических групп организмов, огромное разнообразие климата и геологического строения определяют своеобразие химического состава живого вещества конкретных ландшафтов, его отличие от кларков. Так, живое вещество солончаков обогащено Na, Cl и S; в организмах степей много Ca, но мало Al, Fe; организмы влажных тропиков, напротив, бедны Ca и богаты Al. Поэтому средний элементарный состав живого вещества ландшафта является важным систематическим признаком.

Отношение содержания элемента в сухом веществе организма к кларку биосферы. Данный показатель включает в себя данные по распространѐнности элемента не только в литосфере, но и части атмосферы, гидросфере и почвах (Н.Ф. Глазовский). Концентрация микроэлементов в растениях зависит от большого числа независимых факторов: от содержания элементов в почвообразующих породах, их минералогического состава, типа почв, рельефа и расположения уровня грунтовых вод, морфологических особенностей растений, особенностей их вегетации и др. Поэтому распределение концентраций в образцах растительности определяется статистическими законами. По мнению биохимиков (Х. Боуэн, 1966) и геологов (А.Л. Ковалевский, 1975), наиболее часто распределение приближается к логарифмически нормальному закону распределения. На геохимических аномалиях усиливается контраст содержания рассеянных металлов в разных растениях и их частях, что отражается на возрастании вариабельности концентраций. Это явление предложено использовать при биогеохимических поисках руд.

Глобальная система, в которой в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твѐрдой, жидкой и газовой фазах, а с другой – разнообразные формы жизни и их метаболиты. В основе всех жизненных процессов лежит обмен веществ. По этой причине взаимодействие организмов с окружающей средой происходит в форме циклических процессов массообмена. Циклы разных рангов в совокупности обусловливают глобальную систему обмена химических элементов, которая обладает высокой способностью к саморегуляции. Важная особенность миграционных циклов в биосфере – их незамкнутость, возможность свободного перехода мигрирующих масс из одного цикла в другой или частичного вывода и аккумулирования в каком- либо природном резервуаре. Сочетание множества незамкнутых циклов определяет развитие и устойчивость биосферы: нарушение в ту или иную сторону баланса масс одного цикла компенсируется за счѐт других, сопряжѐнных с ним.

Биологическое равновесие. Соотношение масс растворимых соединений и твѐрдых взвесей в речном стоке в значительной мере зависит от характера растительности суши. Факты свидетельствуют, что на протяжении геологической истории это соотношение неоднократно изменялось (теория биорексистазии). Эпохи биостазии характеризуются широким распространением устойчивых лесных фитоценозов, препятствующих механической эрозии почв, но способствующих вовлечению химических элементов в водную миграцию в растворимых формах

Серия биогеохимических превращений в водах и почвах ландшафтов, богатых органическими соединениями и содержащих свободный кислород, приводящих к образованию летучих металлорганических соединений (типа метилртуть, тетраметил свинец и др.). Способностью к метилированию (алкилированию) обладают практически все микро- организмы – бактерии и грибы, и, следовательно, процесс может протекать в любых почвах при попадании в них тяжѐлых металлов или их производных. Наиболее активен он в аэробных условиях, при нейтральной реакции среды и повышенной температуре. Активно функционирующая микробная система позволяет почвам «самоочищаться» от попадающих в них разнообразных токсичных химических веществ путѐм преобразования в летучие соединения. Процессы биометилизации недостаточно изучены, однако имеют большое значение для аэральной миграции тяжѐлых металлов.

Способы очистки грунта с использованием микроорганизмов, способных преобразовать токсичные соединения в нетоксичные или поглощать токсичные радионуклиды, что, однако, потребует в дальнейшем сбора микроорганизмов. Биологические методы обезвреживания почв основаны на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. В процессе биообезвреживания происходит вторичное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорганизмов – сероводородом и аммиаком. Биологическая очистка чаще всего используется для нейтрализации органических токсикантов и тяжелых металлов, а также азотных и фосфорных соединений в почвах и грунтах. Биологические методы можно условно подразделить на микробиодеградацию загрязнителей, биопоглощение и перераспределение токсикантов. Микробиодеградация – это деструкция органических веществ определенными культурами микрофлоры, внесенными в грунт. Процесс биоразложения протекает с заметной скоростью при оптимальной температуре и влажности. Микробиодеградация может быть использована во всех случаях, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и видовое разнообразие. Хотя процесс идет крайне медленно, его эффективность высока. Биопоглощение (фиторемедиация) – это способность некоторых растений и простейших организмов ускорять биодеградацию органических веществ или аккумулировать загрязнения в клетках.

Анализ ответной реакции организмов (биоиндикаторов) на техногенез, т.е. анализ морфологических, физиологических, продукционных и популяционно-динамических изменений. Выделяют следующие критерии выбора биоиндикаторов (по Степанову и др.): широкий ареал, эврибиотность и эвритопность, оседлость (отсутствие миграций), чувствительность к токсикантам, толерантность, лабильность, антисинантропность, высокая численность, отсутствие колебаний численности, малое число видов, легкость (надежность) определения, разработанность систематики, изученность морфологии и экологии, изученность закономерностей накопления токсикантов, изученность межвидовых различий в накоплении токсикантов в пределах родов и семейств, достаточная масса пробы (относительная крупность размеров вида), представительство от разных звеньев трофодинамических цепей, включая продуцентов, простота добычи и учета, ненанесение ущерба популяциям в результате периодического отбора. Считается, что таким критериям отвечают, например, следующие виды: 1) обыкновенная бурозубка (Sorex arancus); 2) европейский крот (Talpa europaea);
3) алтайский крот (Talpa altaica); 4) бурый медведь (Ursus arctos); 5) лось (Alces alces); 6) рыжая полевка (Clethrionomus glareolus); 7) красная полевка (Clethrionomus ritilus). В настоящее время представление о биоиндикаторах вышло за рамки понимания их только лишь как видов, способных концентрировать токсиканты. Индикаторами могут быть любые биологические объекты на всех уровнях организации (от субклеточного до экосистемного). В этом плане задачи биоиндикации во многом совпадают с задачами экотоксикологии.