Лекарственные растения и травы

Меню сайта

Влияние атмосферных загрязнителей на растения (стр. 1 из 3). Влияние аэрозолей на растения


Причины аэрозольного загрязнения и последствия

Аэрозоли - некие твёрдые мелкие частички, находящиеся в атмосфере. Со стороны это выглядит как дымка или туман.

Аэрозоли образуются в атмосфере по множеству причин, как естественных, так и не очень. Например, частицы попадают в воздух при извержении вулканов, пожарах, пыльных бурях. Но немалое их количество оказывается в атмосфере и в результате деятельности человека.

Образование аэрозолей (антропогенные причины)

Наибольший ущерб наносят работа ТЭС, а также сажевых, цементных и металлургических заводов. Немалый вклад вносят обогатительные фабрики и насыпи ненужных материалов (отходы при добыче полезных материалов). Но влияние оказывают и многие другие вещи: разжигание костров, взрывы, выхлопные газы и т.д.Автор фото - sovraskin, ссылка на оригинал (фото было изменено).

Таким образом огромное количество частиц попадает в земную атмосферу: пыль; соединения кремния, углерода и кальция; соли кислот; оксиды железа, меди, мышьяка, хрома, свинца, магния и многие другие. Самое неприятное заключается в том, что эти частицы не просто так там витают, а начинают взаимодействовать друг с другом. Примерно так и образуется смог, обитающий во множестве больших городов.

Последствия аэрозольного загрязнения

Аэрозоли наносят серьёзный вред здоровью людей, являясь причиной множества заболеваний. Большинство из них связано с органами дыхания, но также вред наносится и кровеносной системе. Многие люди не могут перенести таких заболеваний и умирают, но остальных это мало заботит и они продолжают всё также кататься на машинах, сжигая нефтепродукты и загрязняя воздух.

Влияние аэрозоли оказывают не только на людей, но также и на природу. Особенно большой ущерб наносится растениям. Замечали когда-нибудь разницу между здоровыми растениями лесов и чахлыми кустиками и деревьями городов? Заметить различия не так уж и просто, ведь для этого нужно присмотреться к листьям растения. Аэрозоли оседают именно на них, нарушая таким образом отлаженную работу растения. Самым страшным является то, что нарушается процесс фотосинтеза (растения могут перерабатывать углекислый газ в органические вещества). Ну и в итоге углекислого газа в атмосфере становится всё больше, и дышать, соответственно, сложнее.

Процесс этот медленный и мы вряд ли сможем в полной мере ощутить последствия такого воздействия на природу. Расплачиваться будут наши потомки.

naturae.ru

Аэрозольные загрязнения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Загрязне́ние — привнесение в какую-либо среду новых не характерных для неё веществ или превышение естественного среднемноголетнего уровня концентрации этих агентов в среде. Загрязнения подразделяются на природные (вызванные естественными причинами) и антропогенные (связанные с деятельностью человека). Непосредственными объектами загрязнения служат атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения (жертвами загрязнения) оказываются растения, животные, микроорганизмы, человек.

Аэрозоли — это аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых неопределяемо долгое время могут находиться во взвешенном состоянии твердые частицы (пыль), капельки жидкости, образующиеся либо при конденсации паров, либо при взаимодействии газовых сред, либо попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава. Воздух или газ являются дисперсной средой, а твердые и жидкие частицы — дисперсной фазой. Значительная часть аэрозолей формируется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.

Аэрозоли - мельчайшие частицы твердого или жидкого вещества, находящиеся в воздухе или газе во взвешенном состоянии.

Химический состав аэрозолей  определяется происхождением воздушных масс ( тропические или полярные), а массовая концентрация - тем, откуда приходят воздушные массы в район измерений - с континента или с моря.

В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана. По своему происхождению аэрозоли подразделяются на естественные и искусственные. Первые возникают в природных условиях без участия человека. Они поступают в тропосферу (реже -в стратосферу) при извержении вулканов, сгорании метеоритов, при возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также при лесных и степных пожарах. Во время извержения вулканов, черных бурь или пожаров образуются громадные пылевые облака, которые нередко распространяются на тысячи километров. Штормовые ветры сбрасывают с гребней волн капельки морской воды, насыщенной солями хлоридов и сульфатов, которые осаждаются как на водной поверхности, так и на суше. В Англии, к примеру, ежегодно на 1 м2 суши прибрежной зоны осаждается 25—35 г солей.

Основные источники загрязнения[

ru.wikipedia.org

Влияние загрязнения атмосферы на растения

Наземные органы растений обеспечивают организмы воздушным питанием, приводят эффективное улавливание и аккумулирование энергии солнечной радиации, обмен энергией и веществами со средой. Токсические газы и пары проникают в листья и другие органы растения по тем же путям, которые используются для обычного газообмена. Накопление в тканях токсических веществ или оседание на поверхности листьев, побегов и плодов выше определённого уровня нарушает функциональную деятельность и структуру, прежде всего, ассимиляционного аппарата.

Ранними симптомами происходящих в растениях нарушений, под влиянием содержащихся в воздухе вредных веществ являются изменения активности фотосинтеза, дыхания и транспирации, обнаруживаемые с помощью, чувствительных физиологических методов, а нарушение структуры и клеток – под световым или электронным микроскопом. Начальные изменения физиологической активности и структуры органов растений обычно неглубокие и исчезают при устранении вызвавшей причины – действующего газа или пыли [1].

Визуально различимые симптомы поражения листьев атмосферными токсикантами проявляется у разных видов по-разному, и зависят от концентрации, продолжительности действия и токсичности действующих веществ. В большинстве случаев они имеют вид верхушечного краевого хлороза или некроза листьев, сворачивания или гофрированности листовой пластинки, реже рассеянных по листовой пластинке некротических точек или пятен, общего потемнения, потери тургора и преждевременного опадения листьев.

Неоднозначная поражаемость растений токсическими газами и аэрозолями в сходных условиях отображает разную их газоустойчивость, пылеустойчивость и дымоустойчивость.

Реакция растения на загазованность зависит и от их состояния и фазы развития. Осенью, по мере завершения вегетации, они устойчивее, чем летом; зимой – выносливее, чем осенью.

В результате хронических и острых поражений снижается плотность облиственности крон деревьев вплоть до полной потери листьев всей или частью кроны со стороны источника газов. На таких деревьях резко сокращается прирост, формируются укороченные побеги или флагообразная крона [3].

Под действием значительных концентраций вредных газов, особенно двуокиси серы и фтора, клетки мезофилла сплющиваются, их стенки спадают, pH клеточного сока снижается, нарушается углеводно – азотный режим, сама клетка деформируется, хлоропласты и хлорофилл разрушаются – всё это в мезофилле происходит довольно быстро.

Сосудистая ткань повреждается несколько меньше, а одревесневшие, лигнифицированные клетки почти не меняются. Поэтому ксилема повреждается обычно мало, но флоэма – нежная «живая» ткань – повреждается довольно сильно. Кроме того, газы подавляют движение протоплазмы и растяжение клеток [4].

 

 

Глава 2. Методика исследований

Сбор материала проводился с11 марта о15 марта 2013г. в Тюменской области, Нижнетавдинском районе, в окрестностях биостанции «Озеро Кучак».

Для сбора материала был выбран маршрутный метод. Были совершены две экскурсии в окрестностях биостанции.

Были срезаны побеги на высоте 1,5-2 метров у деревьев и кустарников для определения видового состава. Затем, используя определители древесных и кустарниковых пород в безлистном состоянии (Е.А. Дунаев 1999, Ю.В. Рычин 1971, Е.Т. Валягина-Малютина 2001), определяли видовой состав собранной коллекции.

Далее был проведен анализ полученных данных. Используя литературные данные (И.М. Культиасов 1982 (табл.1)), распределили собранные виды по газочувствительности и газоустойчивости.

Результаты приведены в главе 3.

Глава 3. Результаты и их обсуждение

Всего было собрано 43 вида. Используя данные Культиасова определенные виды были распределены на различные группы, в зависимости от их газочувствительности и зазоустойчивости. Данные приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Чувствительность древесных пород окрестностей биостанции "озеро Кучак" к острому воздействию загрязняющих атмосферу веществ

Вещество Очень чувствительны Чувствительны Устойчивы
SO2   S Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) Липа сердцевидная (Tilia cordata) Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia) Тополь бальзамический (Populus balsamifera) Тополь дрожащий (Populus tremula) Клен ясенелистный (Acer negundo)
HF Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) Липа сердцевидная (Tilia cordata) Малина обыкновенная (Rubus ideus)
HCl Береза бородавчатая (Betula pendula) Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) Тополь дрожащий (Populus tremula)
Nh4 Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) Клен ясенелистный (Acer negundo)

 

Наиболее чувствительными породами к загрязнению атмосферы серой и ее соединениями являются Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) и Береза бородавчатая (Betula pendula). Чувствительными к соединениям серы являются Липа сердцевидная(Tilia cordata), Рябина обыкновенная(Sorbus aucuparia), Тополь бальзамический(Populus balsamifera), Тополь дрожащий

(Populus tremula). Сосна обыкновенная и Береза бородавчатая так же очень чувствительны к загрязнению гафнием и соляной кислотой. Наиболее устойчивыми древесными породами к загазованности являются Тополь дрожащий и Клен ясенелистный.

В качестве биоиндикаторов чаще всего используются такие древесные растения, как Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) и Береза бородавчатая (Betula pendula).

Наиболее часто используемой методикой является методика Е.Г. Куликовой, основанная на визуальном распределении древесных растений по категориям жизненного состояния (табл. 3, табл.4).

 

 

Таблица 3.

Визуальное распределение древесных пород по категориям жизненного состояния

Фактор Вариация фак­тора состояния Баллы
Состояние ствола     Здоровый и крепкий 5
Имеются повреждения коры
Наличие гнилей и дупел
Величина при­роста     Более 15 см
5 – 15 см
Менее 5 см
Структура кро­ны   Нормальная, здоровая
Один крупный или несколько мелких сучьев усохли
Два и более крупных сучьев усохли
Вредители и болезни   Отсутствуют
Имеется один вид
Имеется 2 и более видов
Степень разви­тия кроны   Полная, равномерно развитая (сбалансиро­ванная)
Полная, но нарушенная
Нарушенная и недоразвитая

 

 

Таблица 4.

Категории жизненного состояния деревьев по Куликовой

Суммарное количество баллов Класс состояния
25-22 отличное
21-18 хорошее
17-14 удовлетворительное
13-10 плохое
9-5 очень плохое

 

 

Популярна методика Е.Г. Мозолевской, так же основанная на визуальном определении жизненного состояния деревьев. Далее определяется средний балл состояния деревьев одного вида по формуле:

где - коэффициент состояния отдельных видов деревьев,

- баллы состояния отдельных деревьев,

- общее число деревьев каждого балла состояния,

N – общее число учтенных деревьев каждого вида,

- сумма.

Коэффициент состояния древостоя в целом (К) определяется как среднее арифметическое средних баллов состояния различных видов деревьев на пробной площадке:

число видов деревьев

Береза бородавчатая (Betula pendula) является важным объектом биоиндикационных исследований. Наиболее чувствительным ее органом является зеленый лист, так как он очень подвержен действию токсических газов. Угнетение роста листьев находится в прямой зависимости от степени загазованности местообитания: чем выше загрязнение воздуха, тем меньше морфометрические параметры листа. Для того чтобы более наглядно продемонстрировать эту закономерность, необходимо не просто сравнить листья визуально, а определить и сравнить их площади и размеры. Уровень флуктуирующей ассиметрии чувствителен к действию химического загрязнения и возрастает при увеличении антропогенного прессинга. Повышение степени воздействия приводит к возрастанию изменчивости показателей и снижению стабильности [9].

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) является часто используемым биоиндикатором. У сосны наблюдаются хорошо заметные изменения морфологических признаков хвои. Для определения состояния дерева используют хвою последних двух лет жизни дерева. Определяют такие признаки как [8]:

· наличие хлорозов и некрозов;

· сближенность расположения хвои на побеге;

· длина хвои;

· толщина хвои;

Так же используется определение состояния сосны обыкновенной по генеративным побегам. Определяется длина шишки и ее диаметр.

 

 

Заключение:

· В ходе работы была собрана коллекция, включающая в себя 43 вида растений;

· В качестве биоиндикаторов чаще всего из них используется лишь два вида: Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) и Береза бородавчатая (Betula pendula), так как они наиболее чувствительны к загрязнению атмосферного воздуха

 

 

Список литературы

1. Майснер А.Д. «Жизнь растений в неблагоприятных условиях». Минск, «Вышэйная школа». 1981.

2. Культиасов И.М. «Экология растений». Москва, издательство Московского Университета. 1982.

3. Илькун Г.М. «Загрязнители атмосферы и растения». Киев, 1978.

4. Кулагин Ю.З. «Древесные растения и промышленная среда». Москва, Наука, 1974

5. Дунаев Е.А. «Деревянистые растения Подмосковья в осенне-зимний период: методы экологических исследований». Москва, МосгорСЮН. 1999.

6. Рычин Ю.В. «Древесно-кустарниковая флора». Москва, «Просвещение». 1971.

7. Валягина-Малютина Е.Т. «Деревья и кустарники зимой. Определитель древесных и кустарниковых пород по побегам и почкам в безлистном состоянии». Москва, издательство КМК. 2001.

8. http://neobionika.ru/ekolognapravlenie/147.html

9. http://xreferat.ru/112/588-2-ocenka-kachestva-sredy-goroda-orska-po-funkcional-noiy-asimmetrii-listovoiy-plastinki-berezy-povisloiy-betula-pendula.html

 

studopedya.ru

Влияние атмосферных загрязнителей на растения

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИЙ НА ТЕМУ:

« ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ».

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2001 год.

Содержание.

  1. Введение. Существующая ситуация.

  2. Биохимические и клеточные эффекты.

- Диоксид серы

- Фториды

- Озон

  1. Воздействие на растение в целом.

- Чувствительность растений

  1. Кислотный «ДОЖДЬ».

  2. Реакции экосистемы.

6. Стандарты качества воздуха.

7. Заключение.

8. Список литературы.

1.Введение. Существующая ситуация.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть поступает из антропогенных источников.

В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном образуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисления, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ.

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним из наиболее наглядных примеров являются местности, расположенные около металлургических заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрации оксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособны к выживанию.

Любая популяция растений включает в себя различные индивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды.

К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.

  1. Биохимические и клеточные эффекты.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергается воздействию.

Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества: диоксид серы, фториды, озон.

  1. Диоксид серы.

Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через устьица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество вступает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс поступления ионов.

Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами – метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что может привести к весьма серьезным последствиям.

Однако сера необходима для нормального роста растений, и присутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.

Возможна также дезактивация ферментов. Диоксид серы ингибирует различные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными свойствами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры, препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО 2 в процессе фотосинтеза.

Хотя точный механизм действия SO2на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствие избыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.

  1. Фториды.

Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинство растений способно накапливать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200 млн.-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей.

Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.-1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и при засыхании.

Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев.

Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, которая осуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла. Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах . Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды.

3. Озон.

Озон, третий из наиболее вредных загрязняющих веществ. Сначала он воздействует на растения на молекулярном уровне. И в этом случае первичным объектом воздействия оказываются устьица листьев и мембраны. Озон способствует закрыванию устьиц, однако степень воздействия сильно зависит от величины фоновой концентрации озона до наступления интенсивного воздействия. Устьица растений, выращивавшихся в профильтрованном воздухе, при действии значительных концентраций озона закрываются с более высокой скоростью.

Первичные гистологические изменения, которые можно наблюдать визуально, происходят в хлоропластах, которые через короткое время подвергаются грануляции, разрыву и приобретают светло-зеленую окраску. Прежде всего, воздействию подвергается строма; ее гранулирование может быть связано с изменением состава ионов в хлоропластах или с нарушением проницаемости мембран, связанным с действием озона. Мембраны хлоропластов разрушаются, хлорофилл диспергируется в цитоплазме, повреждается оболочка ядра клетки, и происходит плазмолиз клетки (рисунок 1).

рис. 1. Поражение растений озоном на ранней стадии:

1 – устьице, основной канал для поступления озона; 2 – разрушение протопласта; 3 – разрыв хлоропластов; 4 – нормальный хлоропласт; 5 – палисадный слой ткани листа, в котором происходят все изменения.

Озон обладает очень высокой реакционной способностью и теоретически можно ожидать, что он полностью израсходуется в результате реакции с первыми же молекулами, с которыми он вступает в контакт в оболочке клетки и клеточной мембране.

Разрыв клеточной оболочки и мембраны приводит к резкому изменению нормальных процессов обмена, вызывая увеличение потерь воды и нарушая баланс ионов. Установлено, что озон способен модифицировать аминокислоты, изменять механизм процессов белкового обмена, воздействовать на состав ненасыщенных жирных кислот. Кроме того, прослеживается очевидная связь между концентрацией загрязнений, обладающих окислительными свойствами, и уменьшением содержания хлорофилла и некоторых растворимых белков. Озон оказывает также сильное ингибирующее действие на процесс фиксации СО 2.

3. Воздействие на растение в целом.

После того, как повреждению подверглось достаточно большое число растительных клеток, симптомы становятся видны невооруженным глазом. Во многих случаях симптомы, вызываемые разными загрязнениями, могут быть похожими. Так, при воздействии высоких или низких температур, недостатке влаги и при химической обработке могут возникать такие же симптомы, как и при действии загрязнителей. К этим симптомам относятся, хлороз или некроз листьев.

Выявление истинной причины повреждений во многих случаях является нелегкой задачей. При постановке диагноза необходимо проводить оценку синдрома в целом. Нужно, в частности, учитывать такие факторы, как присутствие различных организмов или вирусов, распределение поврежденных растений и то, в каком органе произошло повреждение, чувствительность растений к предлагаемому загрязняющему соединению, характеристики почв и местности, а также историю развития данной культуры или общее состояние экосистемы.

Можно отметить, что роль диагностики в процессе исследования влияния загрязняющих веществ на растительность столь же велико как для любой другой науки. Показатели исследований и опыт людей в данной области облегчают процесс предупреждения заболеваний, и их устранения.

Чувствительность растений.

Относительная чувствительность различных видов растений к действию данного загрязняющего вещества является одним из наиболее полезных критериев при диагностике.

Чувствительность представляет собой относительную величину, однако при одних и тех же условиях для определенных видов вредные воздействия проявляются при наиболее низких концентрациях загрязнений. Для каждого из загрязняющих веществ существуют свои наиболее чувствительные виды растений.

Таблица 1.

Виды растений, обладающих наибольшей чувствительностью

к основным атмосферным загрязнителям.

Диоксид серы

Люцерна Сосна

Ячмень Соя

Хлопок Пшеница

Пихта

Фториды

Абрикос (китайский сорт) Виноград оригонский

Гладиолусы некоторых сортов Персики (плоды)

Виноград некоторых европейских сортов Сосна

Зверобой

Озон

Люцерна Тополь

Ячмень Шпинат

Фасоль Табак

Ясень Пшеница

Овсы Сосна белая

4. Кислотный «дождь».

В последние годы обнаружено еще одно явление, связанное с загрязнением атмосферы и оказывающее влияние на биологические объекты. Это – кислотный «дождь», или точнее, кислые осадки. Осадки, как правило, всегда имеют, кислую реакцию. Это связано с присутствием в атмосфере диоксида углерода, а также оксидов азота и серы. Дождь, снег или пыль могут приобрести, более кислую реакцию из-за избыточного количества оксидов антропогенного происхождения. Осадки могут иметь и щелочную реакцию, в частности в тех районах, где присутствуют основные компоненты, например, ионы кальция. В настоящее время нет точных данных о том, каков относительный вклад антропогенных источников в образовании кислых осадков. А при рассмотрении данной темы для нас важно, какое действие оказывают кислые осадки на биологические объекты?

При изучении экосистем суши и сельскохозяйственных систем было установлено, что кислотные дожди могут вызывать повреждения растений. В обширном исследовании, посвященном действию искусственных кислых осадков (рН до 3,0) на различные культуры, для некоторых видов установлены отрицательные последствия, однако рост овощей и фруктов ускорялся; в случае зерновых какого – либо влияния не обнаружено.

5. Реакции экосистемы.

Выживаемость любой популяции, в конечном счете, зависит от ее генетического разнообразия. Существование различий между отдельными представителями популяции дает возможность приспособиться к изменениям, происходящим в окружающей среде, и тем самым обеспечить выживание вида. С течением времени наиболее приспосабливающиеся экземпляры и виды становятся доминирующими, и могут рассматриваться в качестве стабильных компонентов экосистемы.

Генетическое разнообразие популяции служит причиной того, что изменения окружающей среды приводят к возникновению преимуществ одних экземпляров перед другими. В условиях стресса, вызванного очень сильным загрязнением воздуха, могут погибнуть все растения, однако такие явления наблюдаются исключительно редко.

В тех случаях, когда семенная популяция выработала определенную устойчивость к действию загрязнителей, из семян вырастает новое поколение растений. Однако развитие органов, ответственных за половое размножение, может быть нарушено из-за присутствия в атмосфере высоких концентраций SO2. Вследствие этого большими преимуществами обладают растения, размножающиеся неполовым путем, например за счет подземных столонов, корневых или ползучих побегов. Таким образом, клоны, то есть вегетативное потомство устойчивых экземпляров, могут селиться и размножаться в районах с высоким уровнем загрязнения. Загрязняющие вещества, образующиеся в результате фотохимических процессов, также оказывают воздействие на лесные экосистемы. Наблюдается гибель наиболее чувствительных экземпляров, хлороз и преждевременное опадание листвы.

  1. Стандарты качества воздуха.

Стандарты качества воздуха, нормативы выбросов в атмосферу, различные законодательные акты и меры – все они направлены на то, чтобы обеспечить установку на промышленных предприятиях оборудования, позволяющего предотвратить загрязнение окружающей среды. В результате многолетней работы удалось уменьшить опасность загрязнения атмосферы во многих промышленных районах мира. Удалось ограничить количество фотохимических загрязнений.

Одним из многих существенных критериев является пороговая концентрация загрязняющих веществ, при которой происходят первичные повреждения растения. Наиболее важное значение имеет концентрация, при которой данное загрязнение начинает оказывать отрицательное воздействие на организм растения. Важными являются также продолжительность и частота воздействия, однако развитие и степень тяжести зависит и от других факторов. Для того чтобы причинить вред растению, необходимо согласованное действие ряда факторов. Чем более предрасполагающими являются параметры окружающей среды, тем вероятность повреждения растения выше.

Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред растительному миру в течение многих десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придется считаться и в будущем. Среди загрязняющих веществ следует упомянуть оксиды серы и азоты, озон, фториды, их различные комбинации; известно и много других загрязнителей. Дальнейший рост населения и промышленного производства приводит к увеличению опасности загрязнения. Для того чтобы сохранить в нормальном состоянии экосистемы и сельскохозяйственные объекты – а от этого зависит само существование жизни, необходимо осуществлять строгий постоянный контроль, обеспечивающий чистоту атмосферы.

  1. Заключение.

В данном реферате мы рассмотрели основные причины, с которыми связано отрицательное воздействие загрязнений на растительность. Раскрыли действие основных загрязняющих веществ. Рассмотрели основной механизм действия загрязнений, прежде всего на молекулярном уровне

Вредные последствия, связанные с загрязнением атмосферы, привели к необходимости контроля за загрязнениями и к разработке стандартов, регламентирующих качество воздуха.

В целом значение исследований в области экологических проблем играют значительную роль в жизни человечества и развитии растительности. На данный момент проводятся работы по озеленению, улучшению почв, разрабатывается множество экологических программ. Экологи все чаще привлекают общественность к решению насущных проблем. Ведется активная работа по формированию экологического сознания.

Растительность, окружающая нас, это не только объект изучения науки, но и часть жизни человека. Человек, с точки зрения философии, дитя природы. Только взаимодействуя с природой, набираясь опыта и обогащая природу, человек достигает гармонии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1. Быховская М. С., Перегут Е. А., Гернет Е. В. «Быстрые методы определения вредных веществ в атмосфере» - издательство «Химия» 1970 г.

  2. Гольдберг М. С. «Гигиена атмосферного воздуха» - «Гигиена и санитария» №11, 1967 г.

  3. Калверт С., Инглунд Г. М. «Защита атмосферы от промышленных загрязнений», Москва «Металлургия», 1988 г.

  4. Карпухин Г. И. «Бактериологическое исследование и обеззараживание воздуха», «Медгиз», 1962 г.

  5. Ничипорович А. А. «О фотосинтезе растений», стенограмма публичной лекции, издательство «Правда», 1948г.

  6. Одум Ю. Основы экологии. - М.: Мир, 1975.

  7. Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. - М.: Просвещение, 1986.

doc4web.ru

1.6. Химические основы воздействия загрязняющих веществ на окружающую

среду

Загрязнение атмосферы промышленными источниками сопровождается прямым или косвенным воздействием на биосферу, жизнь и здоровье человека, природные ресурсы, растительность, здания, строительные материалы и т.д.

Влияние ЗВ на атмосферу было рассмотрено в предыдущих разделах.

1.6.1. Влияние загрязняющих веществ на растительность

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температура, характерная для данного района, количество осадков, характеристика почвы, состояние атмосферы - все эти факторы, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений, являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир(вплоть до гибели). Поскольку растения развивались в присутствии соединений, характерных для атмосферного воздуха по составу и концентрациям, то в таких условиях редко наблюдаются отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация ЗВ оказывается выше допустимого порогового уровня (вблизи городов, промышленных центров). ЗВ по разному действуют на растения. Поэтому в присутствии определенных количеств ЗВ наименее устойчивые виды ослабевают и гибнут, в то время как более устойчивые живут и размножаются.

Воздействие на экологическую систему (пустыня, луг, лес и т.д.) на первых порах не отражается на ней в целом - любые нарушения сначала проявляются на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. Все ЗВ оказывают влияние на процессы, протекающие в клетке, в частности, нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление ЗВ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производства энергии. Из ЗВ, отрицательно действующих на растительность, следует отметить диоксид серы, фториды, озон, оксиды азота и их смеси.

Диоксид серы - первоначально поступает в растение через устьица - отверстия, имеющиеся на листьях и в нормальных условиях использующиеся для газообмена. Диоксид серы прежде всего воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми; при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются.

Попав в межклеточные пространства листа, диоксид серы вступает в контакт м мембраной, окружающей клетку. В состав мембраны входят жиры и белки, она служит для регулирования поступления веществ внутрь клетки и вывода их из нее. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс поступления ионов.

Далее диоксид серы поступает в клетку. Первые визуально наблюдаемые изменения, связанные с действием диоксида серы, происходят внутри хлоропластов, ответственных за протекание фотосинтеза. Внутри листа диоксид серы превращается либо в бисульфиты, сульфиты и сульфаты, либо остается в виде водного раствора. Все эти соединения серы ингибируют процесс фотосинтеза.

Диоксид серы воздействует на жизненно важные ферменты (хлорофиллаза), что приводит к разрушению соответствующих ферментных систем. Под действием диоксида серы хлорофилл может превращаться в фитиновые продукты.

Деревья, сбрасывающие листву, поглощают больше диоксида серы, чем вечнозеленые, но гораздо более устойчивы к его действию. Обычно концентрации диоксида серы до 1 мкг/л не дают видимого ущерба для листьев, но могут привести к снижению содержания хлорофилла и преждевременному опадению листьев. Хронические повреждения вечнозеленых хвойных деревьев наступают при концентрации диоксида серы около 0.3 мкг/л, что проявляется в преждевременной потере более старых иголок, снижении их количества и, наконец, отмирание дерева. При концентрации диоксида серы больше 1 мкг/л наблюдается резкое повреждение иголок, сопровождающееся полным разложением хлорофилла, что приводит к их обесцвечиванию в течение нескольких часов.

Фториды. Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке аналогичны рассмотренным выше, хотя их механизмы различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, токсическое действие оказывает их избыток. Для большинства растений порог токсичности составляет 50 -100 млн-1 фторидов; при более высоких концентрациях происходит изменение в процессах обмена и в структуре клетки.

В число наиболее чувствительных к фторидам деревьев относятся ясень, ель и желтая сосна; менее чувствительны липа, бук и граб; еще менее чувствительны акация, дуб, тис и можжевельник.

Симптомы поражения сосны и пихты фторидами аналогичны симптомам, вызываемыми диоксидом серы. Симптомом поражения широколистных растений является появление тусклых серозеленых водянистых участков на верхнем кончике и на краю листа. Пораженная ткань быстро отмирает и при продолжении воздействия в течение 1 -2 дней окраска листа меняется от светлой до темно -коричневой.

Озон - третий из наиболее вредных ЗВ, также сначала воздействует на растения на молекулярном уровне, а первичным объектом воздействия также оказываются устьица листьев и мембраны; озон способствует закрыванию устьиц.

В зависимости от вида растений и окружающих условий симптомы, вызываемые озоном, могут быть весьма разнообразны. В результате поражения листья приобретают соломенную, а иногда и бронзовую окраску.

Оксиды азота - редко присутствуют в атмосфере в концентрациях, которые способствуют вредному воздействию на растения. Отрицательная роль оксидов азота в основном связана с тем, что они являются предшественниками озона в атмосфере, а также способны оказывать воздействие на растения в комбинации с озоном или с диоксидом серы. Первичным симптомом является образование тускло - зеленых водянистых участков, окраска которых постепенно становится соломенной или бронзовой.

Пероксиацетилнитраты (ПАН). Считается, что токсичность ПАН связана с его способностью реагировать с тиольными (-SH) группами, имеющими большое значение для протекания фотосинтеза. Наиболее чувствительными видами растений являются: фасоль, латук -салат, петуния.

Из комбинаций ЗВ можно отметить следующие: оксиды серы и озон, оксиды серы и диоксид азота. В табл. 1.15 приведены виды растений, которые обладают наибольшей чувствительной к диоксиду серы, фторидам, озону.

Таблица 1.15

Виды растений, чувствительные к атмосферным загрязнениям

Диоксид серы

Фториды

Озон

люцерна

абрикос

люцерна

ячмень

гладиолусы

ячмень

хлопок

виноград

фасоль

пихта

персики

ясень

сосна

сосна

тополь

соя

зверобой

табак

пшеница

-

пшеница

-

-

сосна белая

Кислотный “дождь”. Считается, что кислотные осадки на 2/3 обусловлены диоксидом серы и на 1/3 -оксидами азота. В связи с этим представляется важной информация о перемещении этих и других ЗВ в атмосфере от источников загрязнения (табл.1.16).

При нормальных условиях чистая дождевая вода, содержащая растворенный атмосферный диоксид углерода, образующий угольную кислоту, имеет рН=5.5 -5.6. При наличии кислотных “дождей” величина рН снижается.

В регионах, где почвы и воды содержат значительные количества щелочных веществ, кислотные “дожди” не наносят большого вреда, так как они нейтрализуются в почве, озерах и реках. В регионах, содержащих малые количества известняков и характеризующихся наличием гранитов и других скалистых пород, которые не в состоянии нейтрализовать кислотные “дожди”, величина рН в озерах, реках, лесных и сельскохозяйственных почв понижается.

Кислотные “дожди” могут вызывать существенные поражения растений. К наиболее чувствительным относятся травы, бобы и подсолнечник. Наиболее устойчивыми являются хвойные деревья, затем следуют лиственные породы, широколиственные растения.

Кислотные “дожди” также отрицательно действуют на почву, разлагая органические соединения гумуса и вымывая из почвы важные питательные вещества. Кроме того кислотные “дожди” прямо или косвенно являются причиной такого ущерба, как загрязнение воды тяжелыми металлами, экстрагируемыми из почвы, резкое усиление коррозии металлических конструкций, механизмов и оборудования, а также разрушение зданий и исторических памятников.

Таблица 1.16

Трансформация ЗВ в атмосфере

Вещество

Масштабы трансформации

Расстояние, км

Время

монооксид азота

10

1 ч

диоксид азота

100

2 сут.

ПАН

1000

4 сут.

азотная кислота

1000

4 сут.

диоксид серы

100

2 сут.

серная кислота

1000

5 сут.

метан

в глобальном масштабе

10 лет

1.6.2. Воздействие загрязняющих веществ на животный мир

Воздействие ЗВ промышленных выбросов на животных может быть как прямым, так и косвенным.

Обычно прямое воздействие ЗВ, воспринимаемых организмом путем непосредственного контакта или при вдыхании, не приводит к серьезным повреждениям, поскольку количества поглощенных ЗВ, независимо от фазового состояния, сравнительно не велики. Значительно серьезнее вторичное, косвенное воздействие, при котором животные получают ЗВ с кормом. ЗВ, накопившиеся в растительной пище, поступают в пищеварительный тракт животных в значительно больших количествах, чем при прямом воздействии. В районах с высоким уровнем загрязнения количество пыли, поступающее в пищеварительную и дыхательную системы, достигает 30-40 кг/месяц. Пылевые и газовые выбросы, накопившиеся в кормах, вызывают серьезные опасения, если эти вещества растворимы в воде или желудочном соке. При этом ЗВ распределяются по всему организму, нарушая его функционирование. Опасность отрицательного воздействия накопившихся ЗВ возрастает с увеличением их растворимости в воде и желудочном соке.

Потребление кормов, содержащих мышьяк и его соединения, приводит к потере веса, выпадению шерсти и другим отрицательным последствиям. При потреблении кормов, содержащих фтор и его соединения происходит хроническое отравление - флюороз; симптомами его являются: потеря веса и аппетита, снижение надоев, замедленный рост и дефекты формирования зубов.

1.6.3. Воздействие загрязняющих веществ на материалы

Повреждение конструкционных материалов вследствие воздействия ЗВ атмосферного воздуха приносит громадный материальный ущерб промышленности.

В табл.1.17 приведены различные типы повреждений, вызываемых загрязненным воздухом.

Таблица.1.17

Повреждение материалов при воздействии загрязненного воздуха

Материал

Тип повреждения

ЗВ

Другие факторы

Металлы

коррозия

SOx, NOx, HCl и др.

влага, соли, кислород

Каменная кладка

эрозия

SOx, HCl, NOx, аэрозоли

влага, изменение температуры, СО2, соли, вибрация

Краски

эрозия

SOx, h3S, O3, аэрозоли

влага, соли, свет, микроорганизмы

Текстильные товары

уменьшение прочности на разрыв

SOx, NOx, аэрозоли

влага, свет, изнашивание

Красители текстиля

выцветание

NOx, O3

свет

Бумага

появление хрупкости

SOx

влага

Кожа

снижение прочности

SOx

изнашивание

Керамические изделия

изменение внешнего вида

кислые газы

влага

Ниже рассматривается влияние отдельных ЗВ на материалы.

1.6.3.1. Воздействие диоксида серы

Одним из наиболее дорогостоящих последствий загрязнения атмосферы диоксидом серы является ускорение коррозии металлов. Это определяется не только затратами на ремонт или замену разрушенных деталей и механизмов, но и затратами на антикоррозионную обработку. Значительная часть затрат связана обычно с коррозией железа и его сплавов; однако в присутствии диоксида серы наблюдается коррозия и других важных металлов, используемых в условиях атмосферного воздействия : цинка, меди и алюминия.

В наибольшей степени коррозия железа наблюдается в индустриальных районах, в наименьшей - в сельских районах.

Основными продуктами коррозии железа являются  -FeOOH,  -FeOOH, Fe3 O4 и другие оксиды аморфной структуры. Образование этих соединений протекает по механизму электрохимической коррозии в тонкой пленке воды на поверхности металла. В упрощенной форме процесс можно представить так:

на аноде Fe  Fe2+ + 2e-

на катоде 1/2 О2 + Н2О + 2е-  2ОН-

Дальнейшие превращения зависят от рН пленки воды:

в сильно щелочной среде 4 Fe (OH)2 + O2  4()FeOOH + 2h3O

в слабо щелочной среде 6 Fe (OH)2 + O2  2Fe3O4 + 6 h3O

В нейтральной или слабо кислой средах образование гидроксида(11) железа не возможно; вместо него образуются различные гидроксикомплексы железа и комплексы с другими анионами, имеющимися в растворе. Эти ионы отражают характер среды, в которой находится металл, например, сульфат -ионы в атмосфере промышленных районов.

Таким образом первой ступенью коррозии можно считать адсорбцию диоксида серы на поверхности металла; количество адсорбированного диоксида серы увеличивается при наличии ржавчины, поверхностных частиц, повышенной влажности. Вторая ступень коррозии сводится к реакции: Fe(11) + SO2 + O2  FeSO4 .

Эмпирическая зависимость, выражающая степень коррозии металлов, имеет вид:

A = 325exp [0.00275CSO2 -(163.2/RH)],

где А -глубина коррозии, мкм;  -время, год; RH -средняя относительная влажность, %; Сso2 - концентрация диоксида серы, мкгм-3.

Из приведенного уравнения видно, что степень коррозии более сильно зависит от влажности, чем от содержания диоксида серы, особенно при концентрациях, характерных для городских районов.

Цинкшироко применяется в качестве антикоррозионного покрытия железа и стали. Коррозии основного металла препятствует пленка нерастворимых основных карбонатов цинка. Основным фактором, определяющим скорость коррозии цинка, является концентрация диоксида серы и влаги в атмосфере. Скорость коррозии (в мкм/год) можно вычислить по формуле:

 = 0.0503 Сso2 /RH

Ускорение коррозии цинка в присутствии диоксида серы обусловлено образованием растворимого сульфата цинка на внешней поверхности защитной пленки, образующегося при взаимодействии растворенного диоксида серы в поверхностном слое воды с цинком или оксидом цинка.

Медь и медные сплавы в атмосферных условиях образуют в большинстве случаев тонкую устойчивую поверхностную пленку, которая препятствует дальнейшему протеканию коррозии. В начальный период атмосферной коррозии образуются оксиды и сульфиды меди, имеющие коричневую окраску, которые способны к уплотнению с образованием черной пленки; через несколько лет образуется зеленоватый налет (патина), представляющий собой основной сульфат меди - соединение, устойчивое к дальнейшему атмосферному воздействию. Скорость образования патины увеличивается с возрастанием концентрации диоксида серы в атмосфере и относительной влажности; вновь образующаяся патина содержит - CuSO4 6Cu(OH)2, при старении она превращается в CuSO4 3 Cu(OH)2.

Алюминий. Считается, что Al устойчив к коррозии, обусловленной диоксидом серы, так как на его поверхности образуется инертная оксидная пленка. Однако при одновременном присутствии в атмосфере диоксида серы и высоких концентраций твердых макрочастиц может происходить повреждение поверхности, обусловленное образованием продукта коррозии -Al2 (SO4)3 18 h3O. При низкой относительной влажности алюминий поглощает незначительное количество диоксида серы, в основном, за счет физической адсорбции. При повышении влажности поглощение усиливается, хотя и не достигает таких величин, как для железа и цинка.

Краски. При относительно больших концентрациях диоксида серы (1 -2 млн-1) время высыхания масляных красок увеличивается за счет повышения продолжительности процесса, а образующаяся при высыхании пленка становится более хрупкой; для некоторых красок наблюдается потеря цветности.

Для масляной краски скорость эрозии (,мкм/год), в зависимости от концентрации диоксида серы (Cso2, мкгм-3) и относительной влажности (Н, %), может быть рассчитана по формуле:

 = 14.3 + 0.015Cso2 + 0.388Н.

Воздействие на текстильные товары. Под действием диоксида серы прочность натуральных и некоторых синтетических волокон может уменьшаться за счет разрыва высокомолекулярных цепей в макромолекулах. Полиамидные волокна (нейлон и др.) также могут потерять прочность, особенно если они имеют малый диаметр и находятся под нагрузкой. Полиэфирные, акриловые и полипропиленовые волокна устойчивы к действию диоксида серы; некоторые из них, однако, могут быть повреждены при воздействии частиц, содержащих сульфаты.

Воздействие на строительные материалы, произведения искусства. Неокрашенные каменная и бетонная кладки, известковый раствор и кирпич поглощают диоксид серы с образованием сульфатов. Особенно пагубно образование сульфатов для материалов, содержащих известняк, так как это приводит к образованию в материале механических напряжений, вследствие которых материал растрескивается, при этом создаются условия для проникновения воды, что способствует дальнейшему разрушению материала (особенно в процессе замерзания).

Установлено, что бактерии, потребляющие серу, могут, как непосредственно, так и косвенным путем вызывать повреждения каменных сооружений.

Стеклянные и керамические поверхности практически не подвергаются разрушению под воздействием диоксида серы (за исключением фторсодержащих изделий). Следует отметить, что оксиды серы отрицательно воздействуют и на многие другие материалы (бумаги, электрические контакты и др.), но в значительно меньшей степени.

studfiles.net

Реферат - Влияние атмосферных загрязнителей на растения

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИЙ НА ТЕМУ:

« ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ».

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2001 год.

Содержание.

1. Введение. Существующая ситуация.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

— Диоксид серы

— Фториды

— Озон

3. Воздействие на растение в целом.

— Чувствительность растений

4. Кислотный «ДОЖДЬ».

5. Реакции экосистемы.

6. Стандарты качества воздуха.

7. Заключение.

8. Список литературы.

1.Введение. Существующая ситуация.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть поступает из антропогенных источников.

В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном образуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисления, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ.

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним из наиболее наглядных примеров являются местности, расположенные около металлургических заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрации оксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособны к выживанию.

Любая популяция растений включает в себя различные индивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды.

К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергается воздействию.

Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества: диоксид серы, фториды, озон.

1. Диоксид серы.

Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через устьица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество вступает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс поступления ионов.

Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами – метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что может привести к весьма серьезным последствиям.

Однако сера необходима для нормального роста растений, и присутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.

Возможна также дезактивация ферментов. Диоксид серы ингибирует различные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными свойствами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры, препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО2 в процессе фотосинтеза.

Хотя точный механизм действия SO2 на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствие избыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.

2. Фториды.

Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинство растений способно накапливать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200 млн.-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей.

Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.-1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и при засыхании.

Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев.

Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, которая осуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла. Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах. Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды.

3. Озон.

Озон, третий из наиболее вредных загрязняющих веществ. Сначала он воздействует на растения на молекулярном уровне. И в этом случае первичным объектом воздействия оказываются устьица листьев и мембраны. Озон способствует закрыванию устьиц, однако степень воздействия сильно зависит от величины фоновой концентрации озона до наступления интенсивного воздействия. Устьица растений, выращивавшихся в профильтрованном воздухе, при действии значительных концентраций озона закрываются с более высокой скоростью.

Первичные гистологические изменения, которые можно наблюдать визуально, происходят в хлоропластах, которые через короткое время подвергаются грануляции, разрыву и приобретают светло-зеленую окраску. Прежде всего, воздействию подвергается строма; ее гранулирование может быть связано с изменением состава ионов в хлоропластах или с нарушением проницаемости мембран, связанным с действием озона. Мембраны хлоропластов разрушаются, хлорофилл диспергируется в цитоплазме, повреждается оболочка ядра клетки, и происходит плазмолиз клетки (рисунок 1).

рис. 1. Поражение растений озоном на ранней стадии:

1 – устьице, основной канал для поступления озона; 2 – разрушение протопласта; 3 – разрыв хлоропластов; 4 – нормальный хлоропласт; 5 – палисадный слой ткани листа, в котором происходят все изменения.

Озон обладает очень высокой реакционной способностью и теоретически можно ожидать, что он полностью израсходуется в результате реакции с первыми же молекулами, с которыми он вступает в контакт в оболочке клетки и клеточной мембране.

Разрыв клеточной оболочки и мембраны приводит к резкому изменению нормальных процессов обмена, вызывая увеличение потерь воды и нарушая баланс ионов. Установлено, что озон способен модифицировать аминокислоты, изменять механизм процессов белкового обмена, воздействовать на состав ненасыщенных жирных кислот. Кроме того, прослеживается очевидная связь между концентрацией загрязнений, обладающих окислительными свойствами, и уменьшением содержания хлорофилла и некоторых растворимых белков. Озон оказывает также сильное ингибирующее действие на процесс фиксации СО 2.

3. Воздействие на растение в целом.

После того, как повреждению подверглось достаточно большое число растительных клеток, симптомы становятся видны невооруженным глазом. Во многих случаях симптомы, вызываемые разными загрязнениями, могут быть похожими. Так, при воздействии высоких или низких температур, недостатке влаги и при химической обработке могут возникать такие же симптомы, как и при действии загрязнителей. К этим симптомам относятся, хлороз или некроз листьев.

Выявление истинной причины повреждений во многих случаях является нелегкой задачей. При постановке диагноза необходимо проводить оценку синдрома в целом. Нужно, в частности, учитывать такие факторы, как присутствие различных организмов или вирусов, распределение поврежденных растений и то, в каком органе произошло повреждение, чувствительность растений к предлагаемому загрязняющему соединению, характеристики почв и местности, а также историю развития данной культуры или общее состояние экосистемы.

Можно отметить, что роль диагностики в процессе исследования влияния загрязняющих веществ на растительность столь же велико как для любой другой науки. Показатели исследований и опыт людей в данной области облегчают процесс предупреждения заболеваний, и их устранения.

Чувствительность растений.

Относительная чувствительность различных видов растений к действию данного загрязняющего вещества является одним из наиболее полезных критериев при диагностике.

Чувствительность представляет собой относительную величину, однако при одних и тех же условиях для определенных видов вредные воздействия проявляются при наиболее низких концентрациях загрязнений. Для каждого из загрязняющих веществ существуют свои наиболее чувствительные виды растений.

Таблица 1.

Виды растений, обладающих наибольшей чувствительностью

к основным атмосферным загрязнителям.

Диоксид серы

Люцерна Сосна

Ячмень Соя

Хлопок Пшеница

Пихта

Фториды

Абрикос (китайский сорт) Виноград оригонский

Гладиолусы некоторых сортов Персики (плоды)

Виноград некоторых европейских сортов Сосна

Зверобой

Озон

Люцерна Тополь

Ячмень Шпинат

Фасоль Табак

Ясень Пшеница

Овсы Сосна белая

4. Кислотный «дождь».

В последние годы обнаружено еще одно явление, связанное с загрязнением атмосферы и оказывающее влияние на биологические объекты. Это – кислотный «дождь», или точнее, кислые осадки. Осадки, как правило, всегда имеют, кислую реакцию. Это связано с присутствием в атмосфере диоксида углерода, а также оксидов азота и серы. Дождь, снег или пыль могут приобрести, более кислую реакцию из-за избыточного количества оксидов антропогенного происхождения. Осадки могут иметь и щелочную реакцию, в частности в тех районах, где присутствуют основные компоненты, например, ионы кальция. В настоящее время нет точных данных о том, каков относительный вклад антропогенных источников в образовании кислых осадков. А при рассмотрении данной темы для нас важно, какое действие оказывают кислые осадки на биологические объекты?

При изучении экосистем суши и сельскохозяйственных систем было установлено, что кислотные дожди могут вызывать повреждения растений. В обширном исследовании, посвященном действию искусственных кислых осадков (рН до 3,0) на различные культуры, для некоторых видов установлены отрицательные последствия, однако рост овощей и фруктов ускорялся; в случае зерновых какого – либо влияния не обнаружено.

5. Реакции экосистемы.

Выживаемость любой популяции, в конечном счете, зависит от ее генетического разнообразия. Существование различий между отдельными представителями популяции дает возможность приспособиться к изменениям, происходящим в окружающей среде, и тем самым обеспечить выживание вида. С течением времени наиболее приспосабливающиеся экземпляры и виды становятся доминирующими, и могут рассматриваться в качестве стабильных компонентов экосистемы.

Генетическое разнообразие популяции служит причиной того, что изменения окружающей среды приводят к возникновению преимуществ одних экземпляров перед другими. В условиях стресса, вызванного очень сильным загрязнением воздуха, могут погибнуть все растения, однако такие явления наблюдаются исключительно редко.

В тех случаях, когда семенная популяция выработала определенную устойчивость к действию загрязнителей, из семян вырастает новое поколение растений. Однако развитие органов, ответственных за половое размножение, может быть нарушено из-за присутствия в атмосфере высоких концентраций SO2. Вследствие этого большими преимуществами обладают растения, размножающиеся неполовым путем, например за счет подземных столонов, корневых или ползучих побегов. Таким образом, клоны, то есть вегетативное потомство устойчивых экземпляров, могут селиться и размножаться в районах с высоким уровнем загрязнения. Загрязняющие вещества, образующиеся в результате фотохимических процессов, также оказывают воздействие на лесные экосистемы. Наблюдается гибель наиболее чувствительных экземпляров, хлороз и преждевременное опадание листвы.

6. Стандарты качества воздуха.

Стандарты качества воздуха, нормативы выбросов в атмосферу, различные законодательные акты и меры – все они направлены на то, чтобы обеспечить установку на промышленных предприятиях оборудования, позволяющего предотвратить загрязнение окружающей среды. В результате многолетней работы удалось уменьшить опасность загрязнения атмосферы во многих промышленных районах мира. Удалось ограничить количество фотохимических загрязнений.

Одним из многих существенных критериев является пороговая концентрация загрязняющих веществ, при которой происходят первичные повреждения растения. Наиболее важное значение имеет концентрация, при которой данное загрязнение начинает оказывать отрицательное воздействие на организм растения. Важными являются также продолжительность и частота воздействия, однако развитие и степень тяжести зависит и от других факторов. Для того чтобы причинить вред растению, необходимо согласованное действие ряда факторов. Чем более предрасполагающими являются параметры окружающей среды, тем вероятность повреждения растения выше.

Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред растительному миру в течение многих десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придется считаться и в будущем. Среди загрязняющих веществ следует упомянуть оксиды серы и азоты, озон, фториды, их различные комбинации; известно и много других загрязнителей. Дальнейший рост населения и промышленного производства приводит к увеличению опасности загрязнения. Для того чтобы сохранить в нормальном состоянии экосистемы и сельскохозяйственные объекты – а от этого зависит само существование жизни, необходимо осуществлять строгий постоянный контроль, обеспечивающий чистоту атмосферы.

7. Заключение.

В данном реферате мы рассмотрели основные причины, с которыми связано отрицательное воздействие загрязнений на растительность. Раскрыли действие основных загрязняющих веществ. Рассмотрели основной механизм действия загрязнений, прежде всего на молекулярном уровне

Вредные последствия, связанные с загрязнением атмосферы, привели к необходимости контроля за загрязнениями и к разработке стандартов, регламентирующих качество воздуха.

В целом значение исследований в области экологических проблем играют значительную роль в жизни человечества и развитии растительности. На данный момент проводятся работы по озеленению, улучшению почв, разрабатывается множество экологических программ. Экологи все чаще привлекают общественность к решению насущных проблем. Ведется активная работа по формированию экологического сознания.

Растительность, окружающая нас, это не только объект изучения науки, но и часть жизни человека. Человек, с точки зрения философии, дитя природы. Только взаимодействуя с природой, набираясь опыта и обогащая природу, человек достигает гармонии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Быховская М. С., Перегут Е. А., Гернет Е. В. «Быстрые методы определения вредных веществ в атмосфере» — издательство «Химия» 1970 г.

2. Гольдберг М. С. «Гигиена атмосферного воздуха» — «Гигиена и санитария» №11, 1967 г.

3. Калверт С., Инглунд Г. М. «Защита атмосферы от промышленных загрязнений», Москва «Металлургия», 1988 г.

4. Карпухин Г. И. «Бактериологическое исследование и обеззараживание воздуха», «Медгиз», 1962 г.

5. Ничипорович А. А. «О фотосинтезе растений», стенограмма публичной лекции, издательство «Правда», 1948г.

6. Одум Ю. Основы экологии. — М.: Мир, 1975.

7. Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. — М.: Просвещение, 1986.

www.ronl.ru

Влияние атмосферных загрязнителей на растения

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИЙ НА ТЕМУ:

« ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ».

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

2001 год.

Содержание.

1. Введение. Существующая ситуация.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

- Диоксид серы

- Фториды

- Озон

3. Воздействие на растение в целом.

- Чувствительность растений

4. Кислотный «ДОЖДЬ».

5. Реакции экосистемы.

6. Стандарты качества воздуха.

7. Заключение.

8. Список литературы.

1.Введение. Существующая ситуация.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть поступает из антропогенных источников.

В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном образуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисления, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ.

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним из наиболее наглядных примеров являются местности, расположенные около металлургических заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрации оксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособны к выживанию.

Любая популяция растений включает в себя различные индивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды.

К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергается воздействию.

Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества: диоксид серы, фториды, озон.

1. Диоксид серы.

Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение через устьица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество вступает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостности этой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ и процесс поступления ионов.

Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами – метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что может привести к весьма серьезным последствиям.

Однако сера необходима для нормального роста растений, и присутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.

Возможна также дезактивация ферментов. Диоксид серы ингибирует различные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными свойствами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры, препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО 2 в процессе фотосинтеза.

Хотя точный механизм действия SO2 на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствие избыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.

2. Фториды.

Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинство растений способно накапливать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200 млн.-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей.

Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.-1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и при засыхании.

Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев.

Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, которая осуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла. Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах . Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды.

mirznanii.com