Шпаргалка: Влияние атмосферных загрязнителей на растения. Наибольшей устойчивостью к атмосферным загрязнениям обладают следующие виды растений

Влияние атмосферных загрязнителей на растения

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИЙ НА ТЕМУ:« ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ».

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ2001 год.Содержание.

1. Введение. Существующая ситуация.2. Биохимические и клеточные эффекты.— Диоксид серы— Фториды— Озон3. Воздействие на растение в целом.— Чувствительность растений4. 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, характерпочв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия,взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растенийявляющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется ирастительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количествеосадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий оченьзначительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к такимизменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть.Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить кгибели растений.В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное числокомпонентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основныхкомпонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего вменьших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химическиесоединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятсянекоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а такжесеросодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельностибактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% отобщего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся частьобразуется в результате деятельности человека, то есть поступает изантропогенных источников.В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основномобразуются при электрических разрядах молний и в результате биологическогоокисления, главным образом бактериями. Из искусственных источниковпоступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее,эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центровпроисходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источникамиоксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздухадо NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное времяпроисходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций.Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и другихзагрязняющих веществ.Таким образом, предшественники многих основных загрязняющихвеществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растенияразвивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этихусловиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Этивоздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязненийоказывается выше допустимого порогового уровня.Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним изнаиболее наглядных примеров являются местности, расположенные околометаллургических заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрацииоксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособнык выживанию.Любая популяция растений включает в себя различныеиндивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более илименее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждоговида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому вприсутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды иэкземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивыепродолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. Вэтом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости,и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растенийприходится реагировать на дополнительные параметры, связанные своздействием окружающей среды.К сожалению, не все популяции растений обладают генетическойструктурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующимконцентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличенияколичества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройкигенетического аппарата популяции, что не дает возможности растениямприспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающейатмосферы такие виды исчезают.

2. Биохимические и клеточные эффекты.Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг илилес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любыенарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровнеотдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессывоздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть;при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергаетсявоздействию.Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однаковсе загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, вчастности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаютсясистемы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химическиереакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производствоэнергии.Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества: диоксид серы,фториды, озон.

1. Диоксид серы.Загрязняющее вещество первоначально поступает в растение черезустьица – отверстия, имеющееся на листьях и в нормальных условияхиспользующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует наклетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открыванияи факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основнымипараметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Дажепри очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующеедействие, в результате которого при достаточно высокой относительнойвлажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высокихконцентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случаевысокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее веществовступает в контакт с мембраной окружающей клетку. При нарушении целостностиэтой полупроницаемой мембраны нарушается баланс питательных веществ ипроцесс поступления ионов.Пройдя в клетку, диоксид серы взаимодействует с органеллами –метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что можетпривести к весьма серьезным последствиям.Однако сера необходима для нормального роста растений, иприсутствие SO2 может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растенияпотребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO2 основнымпродуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, поменьшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточнымисоединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.Возможна также дезактивация ферментов. Диоксид серы ингибируетразличные биохимические реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотнымисвойствами, дезактивируют некоторые ферменты, блокируя активные центры,препятствуя протеканию основной химической реакции; это явление известнокак конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентнымингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО 2 в процессефотосинтеза.Хотя точный механизм действия SO2 на молекулярном уровненеизвестен, можно предположить, что основную роль играют присутствиеизбыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса свосстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты.

2. Фториды.Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке вобщих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы,естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях,однако их избыток может оказывать токсическое действие. Большинстворастений способно накапливать в листьях концентрации фторидов до 100 – 200млн.-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды,например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в оченьвысоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сотмиллионных долей.Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.-1фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения впроцессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз исплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можнонаблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофияпитающих клеток флоэмы и передающей ткани; аналогичные симптомынаблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и призасыхании.Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов.В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержанииорганических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и другихполисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов.Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения отнормального развития листьев.Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, котораяосуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияниеможет оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем неменее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, вчастности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один измеханизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла.Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующеедействие в экспериментах . Фториды способны также влиять на фотосинтезчерез энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты инуклеотиды.

3. Озон.Озон, третий из наиболее вредных загрязняющих веществ. Сначала онвоздействует на растения на молекулярном уровне. И в этом случае первичнымобъектом воздействия оказываются устьица листьев и мембраны. Озонспособствует закрыванию устьиц, однако степень воздействия сильно зависитот величины фоновой концентрации озона до наступления интенсивноговоздействия. Устьица растений, выращивавшихся в профильтрованном воздухе,при действии значительных концентраций озона закрываются с более высокойскоростью.Первичные гистологические изменения, которые можно наблюдатьвизуально, происходят в хлоропластах, которые через короткое времяподвергаются грануляции, разрыву и приобретают светло-зеленую окраску.Прежде всего, воздействию подвергается строма; ее гранулирование может бытьсвязано с изменением состава ионов в хлоропластах или с нарушениемпроницаемости мембран, связанным с действием озона. Мембраны хлоропластовразрушаются, хлорофилл диспергируется в цитоплазме, повреждается оболочкаядра клетки, и происходит плазмолиз клетки (рисунок 1).

рис. 1. Поражение растений озоном на ранней стадии:1 – устьице, основной канал для поступления озона; 2 – разрушениепротопласта; 3 – разрыв хлоропластов; 4 – нормальный хлоропласт; 5 –палисадный слой ткани листа, в котором происходят все изменения.

Озон обладает очень высокой реакционной способностью итеоретически можно ожидать, что он полностью израсходуется в результатереакции с первыми же молекулами, с которыми он вступает в контакт воболочке клетки и клеточной мембране.Разрыв клеточной оболочки и мембраны приводит к резкому изменениюнормальных процессов обмена, вызывая увеличение потерь воды и нарушаябаланс ионов. Установлено, что озон способен модифицировать аминокислоты,изменять механизм процессов белкового обмена, воздействовать на составненасыщенных жирных кислот. Кроме того, прослеживается очевидная связьмежду концентрацией загрязнений, обладающих окислительными свойствами, иуменьшением содержания хлорофилла и некоторых растворимых белков. Озоноказывает также сильное ингибирующее действие на процесс фиксации СО 2.

3. Воздействие на растение в целом.

После того, как повреждению подверглось достаточно большое числорастительных клеток, симптомы становятся видны невооруженным глазом. Вомногих случаях симптомы, вызываемые разными загрязнениями, могут бытьпохожими. Так, при воздействии высоких или низких температур, недостаткевлаги и при химической обработке могут возникать такие же симптомы, как ипри действии загрязнителей. К этим симптомам относятся, хлороз или некрозлистьев.Выявление истинной причины повреждений во многих случаях являетсянелегкой задачей. При постановке диагноза необходимо проводить оценкусиндрома в целом. Нужно, в частности, учитывать такие факторы, какприсутствие различных организмов или вирусов, распределение поврежденныхрастений и то, в каком органе произошло повреждение, чувствительностьрастений к предлагаемому загрязняющему соединению, характеристики почв иместности, а также историю развития данной культуры или общее состояниеэкосистемы.Можно отметить, что роль диагностики в процессе исследованиявлияния загрязняющих веществ на растительность столь же велико как длялюбой другой науки. Показатели исследований и опыт людей в данной областиоблегчают процесс предупреждения заболеваний, и их устранения.

Чувствительность растений.Относительная чувствительность различных видов растений к действиюданного загрязняющего вещества является одним из наиболее полезныхкритериев при диагностике.Чувствительность представляет собой относительную величину, однакопри одних и тех же условиях для определенных видов вредные воздействияпроявляются при наиболее низких концентрациях загрязнений. Для каждого иззагрязняющих веществ существуют свои наиболее чувствительные виды растений.

Таблица 1.Виды растений, обладающих наибольшей чувствительностьюк основным атмосферным загрязнителям.

Диоксид серыЛюцернаСоснаЯчменьСояХлопокПшеницаПихтаФторидыАбрикос (китайский сорт)Виноград оригонскийГладиолусы некоторых сортов Персики(плоды)Виноград некоторых европейских сортов Сосна

ЗверобойОзонЛюцернаТополь

ЯчменьШпинатФасольТабакЯсеньПшеницаОвсыСосна белая

4. Кислотный «дождь».В последние годы обнаружено еще одно явление, связанное сзагрязнением атмосферы и оказывающее влияние на биологические объекты. Это– кислотный «дождь», или точнее, кислые осадки. Осадки, как правило, всегдаимеют, кислую реакцию. Это связано с присутствием в атмосфере диоксидауглерода, а также оксидов азота и серы. Дождь, снег или пыль могутприобрести, более кислую реакцию из-за избыточного количества оксидовантропогенного происхождения. Осадки могут иметь и щелочную реакцию, вчастности в тех районах, где присутствуют основные компоненты, например,ионы кальция. В настоящее время нет точных данных о том, каковотносительный вклад антропогенных источников в образовании кислых осадков.А при рассмотрении данной темы для нас важно, какое действие оказываюткислые осадки на биологические объекты?При изучении экосистем суши и сельскохозяйственных систем былоустановлено, что кислотные дожди могут вызывать повреждения растений. Вобширном исследовании, посвященном действию искусственных кислых осадков(рН до 3,0) на различные культуры, для некоторых видов установленыотрицательные последствия, однако рост овощей и фруктов ускорялся; вслучае зерновых какого – либо влияния не обнаружено.

5. Реакции экосистемы.Выживаемость любой популяции, в конечном счете, зависит от еегенетического разнообразия. Существование различий между отдельнымипредставителями популяции дает возможность приспособиться к изменениям,происходящим в окружающей среде, и тем самым обеспечить выживание вида. Стечением времени наиболее приспосабливающиеся экземпляры и виды становятсядоминирующими, и могут рассматриваться в качестве стабильных компонентовэкосистемы.Генетическое разнообразие популяции служит причиной того, чтоизменения окружающей среды приводят к возникновению преимуществ однихэкземпляров перед другими. В условиях стресса, вызванного очень сильнымзагрязнением воздуха, могут погибнуть все растения, однако такие явлениянаблюдаются исключительно редко.В тех случаях, когда семенная популяция выработала определеннуюустойчивость к действию загрязнителей, из семян вырастает новое поколениерастений. Однако развитие органов, ответственных за половое размножение,может быть нарушено из-за присутствия в атмосфере высоких концентрацийSO2. Вследствие этого большими преимуществами обладают растения,размножающиеся неполовым путем, например за счет подземных столонов,корневых или ползучих побегов. Таким образом, клоны, то есть вегетативноепотомство устойчивых экземпляров, могут селиться и размножаться в районах свысоким уровнем загрязнения. Загрязняющие вещества, образующиеся врезультате фотохимических процессов, также оказывают воздействие на лесныеэкосистемы. Наблюдается гибель наиболее чувствительных экземпляров, хлорози преждевременное опадание листвы.

6. Стандарты качества воздуха.Стандарты качества воздуха, нормативы выбросов в атмосферу,различные законодательные акты и меры – все они направлены на то, чтобыобеспечить установку на промышленных предприятиях оборудования,позволяющего предотвратить загрязнение окружающей среды. В результатемноголетней работы удалось уменьшить опасность загрязнения атмосферы вомногих промышленных районах мира. Удалось ограничить количествофотохимических загрязнений.Одним из многих существенных критериев является пороговаяконцентрация загрязняющих веществ, при которой происходят первичныеповреждения растения. Наиболее важное значение имеет концентрация, прикоторой данное загрязнение начинает оказывать отрицательное воздействие наорганизм растения. Важными являются также продолжительность и частотавоздействия, однако развитие и степень тяжести зависит и от другихфакторов. Для того чтобы причинить вред растению, необходимо согласованноедействие ряда факторов. Чем более предрасполагающими являются параметрыокружающей среды, тем вероятность повреждения растения выше.Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вредрастительному миру в течение многих десятилетий. По-видимому, с их вреднымвоздействием придется считаться и в будущем. Среди загрязняющих веществследует упомянуть оксиды серы и азоты, озон, фториды, их различныекомбинации; известно и много других загрязнителей. Дальнейший ростнаселения и промышленного производства приводит к увеличению опасностизагрязнения. Для того чтобы сохранить в нормальном состоянии экосистемы исельскохозяйственные объекты – а от этого зависит само существование жизни,необходимо осуществлять строгий постоянный контроль, обеспечивающий чистотуатмосферы.

7. Заключение.В данном реферате мы рассмотрели основные причины, с которымисвязано отрицательное воздействие загрязнений на растительность. Раскрылидействие основных загрязняющих веществ. Рассмотрели основной механизмдействия загрязнений, прежде всего на молекулярном уровнеВредные последствия, связанные с загрязнением атмосферы, привели кнеобходимости контроля за загрязнениями и к разработке стандартов,регламентирующих качество воздуха.В целом значение исследований в области экологических проблемиграют значительную роль в жизни человечества и развитии растительности. Наданный момент проводятся работы по озеленению, улучшению почв,разрабатывается множество экологических программ. Экологи все чащепривлекают общественность к решению насущных проблем. Ведется активнаяработа по формированию экологического сознания.Растительность, окружающая нас, это не только объект изучениянауки, но и часть жизни человека. Человек, с точки зрения философии, дитяприроды. Только взаимодействуя с природой, набираясь опыта и обогащаяприроду, человек достигает гармонии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Быховская М. С., Перегут Е. А., Гернет Е. В. «Быстрые методыопределения 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 промышленныхзагрязнений», Москва «Металлургия», 1988 г.4. Карпухин Г. И. «Бактериологическое исследование и обеззараживаниевоздуха», «Медгиз», 1962 г.5. Ничипорович А. А. «О фотосинтезе растений», стенограмма публичнойлекции, 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.

referatcollection.ru

устойчивость к загрязнению

К свойствам и показателям ландшафтов, от которых зависит их устойчивость к загрязнению, т.е. скорейшему выносу загрязнителей за пределы ландшафта, согласно М.А. Глазовской, относятся: положение в сопряженном миграционном ряду ландшафтов — от элювиального, геохимически автономного, до подчиненного, аккумулятивного, в котором вещества накапливаются, водный и тепловой режим грунтов; величина поверхностного и грунтового стока, соотношение осадков и испарения; степень расчлененности и дрепированкости территории; мощность и биохимическая активность органогенного горизонта почв; интенсивность биологического круговорота (годичный прирост фитомассы, скорость разложения растительных остатков).[ ...]

Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные (т. е. растущие на мусорных свалках, пустырях) фитоценозы, образованные сорными видами разнотравья и злаков (мать-и-мачеха, хвощ, латук, бодяк, пырей). Из древесных пород в насаждениях наиболее устойчивы к загрязнению береза, ива, осина, из хвойных — сосна. Из естественных фитоценозов наиболее устойчивы к загрязнению сосново-березовые, злаковые (вейниковые) и разнотравные ассоциации.[ ...]

В работах по изучению устойчивости к загрязнению токсичными тяжелыми металлами (свинцом, цинком, медью и т. д.) с предельной ясностью показано (Antonovics, Bradshaw, 1970), что у растений пространственный масштаб локальной специализации может быть чрезвычайно мелким. На краях участков, оказавшихся в результате разработки рудных месторождений загрязненными, интенсивность отбора против «восприимчивых» генотипов резко изменяется, и популяции, занимающие загрязненные участки, могут очень сильно различаться по степени устойчивости к тяжелым металлам, будучи при этом разделенными расстоянием менее чем в 100 м (у душистого колоска — менее чем 1,5 м). И все это — несмотря на то, что ветёр и насекомые беспрепятственно переносят пыльцу через эти границы.[ ...]

Рекультивацию земель, загрязненных тяжелыми металлами, осуществляют [Голованов и др., 2001] культивированием устойчивых к загрязнению культурных и дикорастущих растений, растений, способных накапливать тяжелые металлы в вегетативных органах (фиторекультивация), регулированием подвижности тяжелых металлов в почве, регулированием соотношений химических элементов в почве, созданием рекультивационного слоя, заменой и разбавлением загрязненного слоя почвы. Рекультивация земель, загрязненных пестицидами, заключается в активизации процессов разложения их остаточных форм. Для этого используют биодеструкторы, ориентированные на разложение определенных соединений, проводят ультрафиолетовое облучение растений и почв, вносят органические и минеральные удобрения, проводят агротехнические и агромелиоративные мероприятия. В качестве специальных мероприятий используют химические мелиоранты, сокращающие время полураспада пестицидов или образующие нетоксичные соединения, вносят природные и искусственные сорбенты, проводят известкование, вводят в севообороты культуры, способные усваивать отдельные соединения.[ ...]

Чем больше в воздухе С02, тем устойчивее к загрязнению растения. И это немаловажно, если вспомнить, какие нагрузки приходятся сегодня на городские парки и скверы.[ ...]

Почвы существенно различаются по устойчивости к химическому загрязнению. Аккумуляция поступающих в них химических веществ зависит от таких свойств почвы, как содержание гумуса, механический состав, карбонатность, реакция среды, емкость поглощения. Очень большое влияние оказывает водный режим. Устойчивость к загрязнению существенно зависит от строения почвенного профиля, от наличия почвенно-геохимических барьеров, способных задерживать загрязняющие вещества.[ ...]

Малочувствительным к загрязнению был байкальский бокоплав Стеипо1йев /шаШю, отличающийся высокой эврибионтностыо.[ ...]

Если лесной массив сформирован из пород, не устойчивых к загрязнению территории промышленными выбросами, необходимо предусмотреть лесохозяйственные мероприятия по постепенной замене этих пород на устойчивые.[ ...]

Из других древесных пород ель более чувствительна к нефтяному загрязнению, чем кедр; наибольшую устойчивость к нему проявляет береза (высотой более 0,5 м), причем независимо от концентрации загрязнения [Захаров, Шишкин, 1988 ]. Подрост березы устойчив к слабому нефтезагряз-нению, но при возрастании степени загрязнения его устойчивость резко снижается [Казанцева, 1994]. В целом лиственные породы более устойчивы к загрязнению, чем хвойные. На основании перечисленных работ древесные породы лесов Тюменской области можно расположить в следующем порядке по степени устойчивости (от более к менее устойчивым): береза—кедр—сосна—лиственница—ель.[ ...]

Соотношение их значений и определяет обобщенную характеристику устойчивости водного объекта. Она обычно выражается в баллах. Одним из наиболее информативных и весомых показателей устойчивости вод является величина поверхностного стока. Чем выше скорость течения, чем больший объем стока воды в водном объекте, тем выше его уровень устойчивости к загрязнению. Следует отметить, что эти характеристики могут быть выражены через объем возможного единовременного водоотбора (чем выше его уровень, тем устойчивее объект по отношению к нагрузке). Водные объекты с возможным водоотбором свыше 5 м3/с принято считать максимально устойчивыми, с уровнем 1—5 м3/с — среднеустойчивыми, при уровне менее 1 м3/с — слабоустойчивыми и при нулевом уровне (что характерно для замкнутых водоемов) — неустойчивыми.[ ...]

Анализ имеющихся литературных данных по влиянию различных видов загрязнений на кормовую базу рыб в реках, озерах и водохранилищах и сопоставление их с экспериментальными данными, полученными в модельных экосистемах прудов различного назначения, позволяют выявить общие закономерности реакции зоопланктонных и зообентосных сообществ загрязненных водоемов. Первичные изменения, это, по-видимому, ухудшение физиологического состояния различных видов кормовых беспозвоночных, ведущее к снижению продуктивности отдельных групп зообентоса или зоопланктона. Продолжающееся воздействие токсикантов влияет на структуру и видовое разнообразие каждого из двух основных водных сообществ, происходит обеднение видового состава зоопланктона и зообентоса за счет выпадения наименее устойчивых к загрязнениям групп беспозвоночных животных. Общая биомасса зоопланктона или зообентоса при этом снижается, однако биомасса циклопов и коловраток в зоопланктоне и хирономид и моллюсков в зообентосе может оставаться без существенных изменений или даже несколько возрасти.[ ...]

Структура популяции водных сообществ при различных степенях загрязнения. Столбец I

Применение активных штаммов микроорганизмов-деструкторов, выделение и использование устойчивых к загрязненным водам микроводорослей, введение в очищающую систему высших водных растений привело к созданию новой комплексной биологической технологии очистки и восстановления водоемов, загрязненных нефтепродуктами.[ ...]

При подборе ассортимента для насаждений оздоравливающего типа следует иметь в виду, что наиболее устойчивы к загрязнению атмосферного воздуха, а также к тяжелым эдафическим условиям кустарники. Древесные породы менее стойки в этом отношении, причем лиственные более устойчивы, чем хвойные.[ ...]

Для озеленения санитарно-защитных зон используются растения, эффективные в санитарном отношении и устойчивые к загрязнению атмосферы и почв промышленными выбросами.[ ...]

Эти фильтры применяются для очистки некоторых видов химических сточных вод и характеризуются высокой устойчивостью к загрязнению, например, смолистыми веществами. Крупность частиц кокса для загрузки фильтра должна быть 5—15 мм. Смоло-емкость коксового фильтра зависит от крупности частиц его загрузки и начальной концентрации смолистых веществ в сточной воде. Так, при диаметре частиц кокса 5 мм 1 кг его загрузки задерживает 0,2—0,3 кг смолистых веществ.[ ...]

Микроскопическими анализами было установлено, что количество организмов снизилось и несколько изменился их состав; появились формы, бол%е устойчивые к загрязнениям: Cyclidium glaucoma, Glaucoma colpidium, Callidina sp. Изучение физиологических групп микробов также показало резкое увеличение анаэробов на глубине 0,25—1 м, уменьшение количества нитрификаторов II фазы, что указывало на недостаток кислорода в толще фильтра и на неблагоприятные условия для развития микрофауны (см. рис. 5). Увеличивать концентрацию кротонового альдегида в очищаемом стоке было нецелесообразно.[ ...]

Всего на карте нашли отражение четыре рода геохимических ландшафтов и 15 видов элементарных геохимических ландшафтов, различающихся по характеру и направлениям миграции и аккумуляции веществ, составу избыточных и дефицитных химических элементов, преобладающим геохимическим барьерам, устойчивости к загрязнению. Легенда-экспликация карты содержит информацию об элементах, находящихся в данном виде элементарного геохимического ландшафта в недостатке или избытке (геохимическая формула по А.И. Перельману), о типоморфных геохимических процессах, определяющих ландшафтно-геохимическую дифференциацию территории, о характере миграции и аккумуляции веществ, об устойчивости данного элементарного геохимического ландшафта к химическому загрязнению (табл. 34). Все выделенные ландшафтно-геохимические территориальные системы (ЛГТС) относятся к тундровому типу, кислому глеевому классу водной миграции. Среди ландшафтно-геохимических барьеров преобладают глеевый и торфяной. Для всех ЛГТС этого типа дефицитными элементами являются И, Р, Са. Местные литологические условия определяют повышенное содержание в почвах Сг, Бг, пониженное — Со, Мо, Си.[ ...]

Следовательно, все антропогенные воздействия могут быть сравнимы с факторами естественного отбора. В конечном счете суммарное воздействие на человека антропогенно измененных факторов окружающей среды происходит аналогично естественному отбору и проявляется в форме бесплодия, предродовой и послеродовой смертности. В старых промышленных районах население благодаря генетической адаптации оказывается более устойчивым к загрязнениям.[ ...]

Охрана среды обитания и системы здравоохранения - факторы, по существу, противостоящие естественному отбору в человеческих популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизвольных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. Поскольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздействиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад светлокудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скандинавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устойчивости к загрязнениям.[ ...]

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ (на примере южных морей России) — оно проявляется в ежегодном поступлении на акватории водоемов огромного количества загрязняющих веществ (нефть и нефтепродукты, синтетические поверх-но - тно-активные вещества - СПАВ, хлорированные углеводороды, сульфаты, хлориды, тяжелые металлы, радионуклиды и др.). Все это вызывает в конечном итоге деградацию морских экосистем: эвтрофирование, снижение видового разнообразия гидробионтов, замена целых классов донной фауны на устойчивые к загрязнению, мутагенность донных осадков и пр. Результаты экологического монитора морей России позволили ранжировать последние по степени деградации экосистем (з порядке убывания масштабов изменений): Азовское — Черное — Каспийское — Балтийское — Японское - Баренцево - Охотское — Белое — Лаптевых — Карское — Восточно-Сибирское — Берингово - Чукотское моря (Израэль и др., 1993). Очевидно, что наиболее ярко негативные последствия антропогенного воздействия на морские экосистемы проявляются в южных морях России. Поэтому вкратце и рассмотрим экологические проблемы Азовского, Черного и Каспийского морей.[ ...]

Даже минеральные элементы, необходимые для растений и животных, в высоких концентрациях могут стать вредными поллютантами. В настоящее время в результате человеческой деятельности ежегодно высвобождается и попадает в биологические сообщества столько азота, сколько его потребляется в результате естественных биологических процессов. Сточные воды, удобрения для полей и газонов, детергенты и промышленные выбросы поставляют в водные системы такое большое количество соединений азота и фосфора, что вызывают процесс, называемый эвтрофикацией. Небольшие количества этих веществ стимулируют рост растений и животных, а их высокие концентрации часто приводят к обильному “цветению” водорослей. Эти скопления водорослей могут быть настолько плотными, что вытесняют другие виды планктона и препятствуют доступу света к прикрепленным ко дну видам растений. По мере того как ковер из водорослей становится толще, его нижние части опускаются на дно и отмирают. Бактерии и грибы, разлагающие отмершие водоросли, в ответ на их дополнительный приток активно размножаются и, соответственно, поглощают весь кислород в воде. Из-за недостатка кислорода большинство животных начинает гибнуть, иногда это видно по массе мертвой рыбы, плавающей на поверхности. В результате формируются бедные простые сообщества, образованные только видами, устойчивыми к загрязнению воды и к низкому содержанию кислорода. Процессу эвтрофикации подвергаются и крупные морские системы, особенно их прибрежные территории и относительно замкнутые акватории, такие как Мексиканский залив, Северное и Балтийское моря в Европе, и моря, окружающие Японию [МакМ, 1998].[ ...]

ru-ecology.info

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 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.

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.

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.

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.

refer.in.ua

Влияние загрязненности на растения | Ландшафтная архитектура и зеленое строительство

Первые данные о влиянии городской атмосферы на растительность были получены в прошлом веке, когда в 1886 г. Ниландер обратил внимание на то, что в Люксембургском саду в Париже исчезают лишайники. Мохово-лишайниковая растительность способна чутко реагировать даже на самые небольшие загрязнения атмосферы (они гибнут, например, при концентрации сернистого газа 0,1 мг/м3), В дальнейшем и в других городах именно лишайники первыми реагировали на загрязнение воздуха.

В наше время нарастающие темпы уничтожения флоры вызывают тревогу. Страны Европы тратят огромные средства и усилия на сохранение, восстановление лесов, которые там либо исчезли, либо превратились в отдельные разобщенные лесопарки с изменившейся экологией.

В состоянии лесных экосистем на территории европейской части России в настоящее время стало очевидным ухудшение возобновления хвойных пород деревьев (замещение их лиственными) и усыхание дубрав. Региональные фоновые концентрации двуокиси серы в западной части Европейской территории достигают 20—30 мкг/м3 (в зимнее время), т. е. значений, при которых уже начинаются изменения биохимических процессов.

В Белоруссии с 1956 по 1978 г. участки дуба в лесах уменьшились с 4,8 до 3,9 %, несмотря на создание в этот же период 50 тыс. га дубовых посадок.


Этапы гибели пораженной растительности	Прирост (средний) древесины за десятилетие. Дерево росло в пригороде крупного города

Большую озабоченность ученых вызывает реакция растительного мира на различные формы загрязнения воздуха двуокисью серы, которая поражает отдельные растения и даже целые сообщества. Чувствительность отдельных видов растительности к поражающему действию сернистого газа значительно выше, чем чувствительность человека.

Очень чувствительны в городских условиях к негативным воздействиям промышленности и транспорта хвойные породы. Если в нормальных естественных условиях хвоя сосны опадает через 3—4 года, то при больших концентрациях загрязненного воздуха она может погибнуть буквально в несколько часов. У лиственных пород выбросы загрязнителей вызывают огрубление листьев и ускоренное завершение вегетационного периода; ожоги, отмирание, иногда опадание листвы даже в июле; нарушение процесса фотосинтеза и дыхания; сокращение периода вырабатывания кислорода деревьями; торможение роста. Часто вслед за этим происходит вторичное распускание почек, что влечет за собой дальнейшее ослабление растений. На листьях деревьев, высаженных вдоль улиц, появляются некротические пятна. Они возникают у края листа и быстро распространяются к середине. Листья становятся коричневыми и отмирают. С каждым годом количество опавших листьев увеличивается в зависимости от расстояния между деревьями и магистралью и интенсивности движения транспорта.

Атмосферными загрязнениями в первую очередь поражаются ели, сосна, затем дуб, липа. Нестойкие к газам деревья и кустарники: клен остролистный, каштан конский обыкновенный, барбарис обыкновенный, береза пушистая, акация желтая, ломонос фиолетовый, ясень обыкновенный, ясень манчжурский, облепиха, ель обыкновенная, сосна обыкновенная, вязовик (кожанка), рябина обыкновенная, сирень обыкновенная.

Даже небольшие концентрации газов в воздухе могут угнетать растения, а иногда приводят к их гибели.

Многие годы основное внимание при изучении воздействия серных загрязнителей на растения и растительный мир было сосредоточено на проявлении внешних признаков (хлороз, некроз листьев, а при экстремальных условиях — гибель растений). Однако детальные исследования на современном уровне развития науки показали, что проблема значительно сложнее. Например, рост растения может быть сильно подавлен без сопутствующего проявления внешних признаков. Поэтому оценка воздействия серных загрязнителей должна учитывать как прямое, так и косвенное их влияние. Хроническое повреждение растений является результатом длительного воздействия небольших концентраций.

На растительность вредное действие оказывает большая часть промышленных выбросов в атмосферу. Главнейшие промышленные газы располагаются в следующем порядке по степени убывания их токсичности: фтор, хлор, сернистый ангидрид, окислы азота, аммиак. Однако масштабы поражения определяются не только токсичностью веществ, но и объемом их выбросов. Для большинства промышленных регионов справедлива такая последовательность токсикантов (с учетом объема выбросов и, следовательно, степени поражения в глобальном масштабе): сернистый газ, окислы азота, пыль, фтор, хлор, аммиак. Для районов, специализирующихся на производстве алюминия, первое место может занимать фтор. В районах крупных городов при большой насыщенности автотранспортом существенную роль играют продукты фотохимических реакций.

Достаточно хорошо изучены повреждения растительности сернистым газом, окислами азота, озоном, фтором. В зависимости от концентрации газов и длительности их действия большинство исследователей различают три вида повреждения растений: острое, хроническое и скрытое, или физиологическое.

Для каждого вида растений существует определенный предел насыщения листа токсикантами. В зоне высокого содержания загрязнителей растения накапливают их в максимальном (пороговом) количестве уже в середине вегетации. Дальнейшее их поступление ослабевает в зависимости от индивидуальных особенностей растения.

Острое поражение растительности возникает при действии на нее высоких концентраций в течение кратковременного периода — минут или часов. При этом повреждаются ассимиляционные ткани, приводящие к необратимому нарушению газообмена и в конечном счете к гибели (табл. 2.14, 2.15).

Концентрация двуокиси серы, вызывающая острое поражение растительности
Вид растительности	Концентрация, мг/ м куб.	Время воздействия, ч	Симптом поражения
Большинство видов древесной растительности, Россия	2	1 — 2	Некроз, гибель ассимиляционных органов
Хвойные и лиственные породы (кроме дуба и тополя), Германия	2	10	Полная гибель ассимиляционных органов
Хвойные породы (сосна, лиственница), США	1,4	7	Гибель ассимиляционных органов
Смешанные леса, Чехия, Словакия	1 — 1,5		Некроз листьев и хвои
Гречиха, США	1,3		Некроз листьев
Лишайники, Великобритания	0,1		Гибель растений
Концентрация двуокиси серы, вызывающая хроническое поражение растительности
Хвойные породы, Россия	0,08 — 0,23	длительное	Гибель сосен в течение 5 — 7 лет
Хвойные породы, Россия	0,23 — 0,32	длительное	Гибель сосен в течение 2 — 3 лет
Лиственные породы, Россия	0,1	постоянное	Деформация листовых пластин
Лиственные породы, Россия	0,5	постоянное	Обесцвечивание листьев
Древесно-кустарниковые насаждения, Германия	0,26 — 0,52	длительное	Повреждение листвы
Ель европейская, Италия	0,3	длительное	Повреждение хвои

Для большинства видов древесной растительности острое поражение вызывается дозовой нагрузкой, определяемой действием двуокиси серы концентрации 1—2 мг/м3 в течение нескольких часов.

Для древесно-кустарниковой растительности первоначальные слабые симптомы хронического поражения появляются при длительном или постоянном воздействии концентрацией 0,1 мг/м3 и сильные повреждения при концентрациях 0,3—0,5 мг/м3 (данные получены в различных странах при неоднородных климато-географических условиях).

По полученным результатам вся растительность может быть разделена по степени газоустойчивости на три группы: очень чувствительные (0,02—0,2 мг/м3), среднечувствительные (0,5—2 мг/м3) и малочувствительные (> 2—8 мг/м3). Более высокой устойчивостью, как правило, обладают интродуценты. По сравнению с аборигенами они вообще отличаются большей адаптацией к новым экологическим факторам, в том числе и к загрязненному воздуху.

Можно выделить три механизма влияния двуокиси серы на растительность. В первом случае двуокись серы, проникая внутрь листа, нарушает процесс фотосинтеза. При втором механизме двуокись серы, проникая в клетки и растворяясь там, изменяет pH клеточной среды. Подкисление клеточной среды сильно отражается на состоянии клеток, обусловливая их повреждение и отмирание. Наконец, в соответствии с третьим механизмом в листьях или хвое происходит постепенное накопление серы, приводящее к сульфатному отравлению, наступают хлороз и отмирание.

Скрытые, или физиологические, повреждения возникают при длительном воздействии незначительных концентраций двуокиси серы. Как правило, концентрации в этом случае лежат в пределах 0,03—0,1 мг/м3. При этом виде повреждения отсутствуют визуально наблюдаемые симптомы, но происходит снижение жизнедеятельности растений: нарушаются рост и функции организма, например, снижается интенсивность газообмена.

Наибольшей чувствительностью обладают те виды растений, ассимиляционные органы которых функционируют длительное время (сосна, ель). Это не свойство хвойных пород вообще — возобновляющая каждый год хвою лиственница обладает высокой устойчивостью к воздействию двуокиси серы. Установлено, что минимальные концентрации двуокиси серы, вызывающие скрытое повреждение некоторых пород сосны, составляют около 0,02 мг/м3.

Неблагоприятное воздействие на растения оказывает пыль. Рассеянная в атмосфере, она способствует повышению температуры воздуха и перегреву растений. Весной растения раньше начинают рост, а осенью запаздывает вызревание побегов. В обоих случаях их могут погубить заморозки. Отрицательно сказывается на развитии растений выпадающая на растения сажа, которая плотно закупоривает устьица листьев и плохо смывается дождями.

Особую группу загрязнителей воздуха составляют летучие отходы цементной промышленности, которые вызывают суховершинность и отмирание ветвей, прежде всего дубов.

Загрязняющий воздух этилен влияет на вегетационный период растений. Более ста лет назад на некоторых улицах Берлина в середине лета с деревьев опала листва. Причина — утечка из газопровода светильного газа, в котором содержался этилен.

Следует иметь в виду, что интенсивность воздействия газов на растения на свету выше, чем в темноте.

К веществам, обладающим мутагенными свойствами, относятся перхлораты, растворенные в сточных водах. Попадая в поле жизнедеятельности растений, они не влекут к их непосредственной гибели, но потомство от таких растений может иметь врожденные, даже губительные нарушения.

Повреждает растения хлористый натрий, применяемый в городах для посыпки зимой проезжих частей и тротуаров улиц и площадей.

Чрезвычайно высокий уровень антропогенного воздействия на природу в городе приводит к тому, что растения либо погибают, либо процесс «умирания» лишь отодвигается на некоторое время. Особенно критическое положение у деревьев, растущих в городе на улицах, бульварах и вдоль границ парков, где проходят магистрали с интенсивным транспортным потоком, располагаются вместительные автостоянки.

Как правило, парк центральной части города изолирован от других зеленых массивов и, располагаясь в урбанизированной среде, закрыт окружающей застройкой от ветров, что при неблагоприятных условиях вызывает застой воздуха. Антропогенные воздействия на парк возрастают за счет высокой посещаемости. Около половины территории парка имеет искусственные или естественные улучшенные покрытия (дорожки, аллеи, площадки для игр и отдыха и т. д.). С каждым годом все больше уплотняется поверхностный слой, заменяется растительная почва, свободно пропускавшая воду и воздух, асфальтом или бетоном, что создает удобства посетителям, но ухудшает общую экологическую ситуацию. Возникает парадоксальная ситуация — растения используются для защиты и оздоровления городской среды и одновременно именно они становятся первыми жертвами чрезмерного загрязнения воздуха и почвы.

Судить о состоянии растительности можно по состоянию травяного покрова, плотности, цвету, приросту растений или по наличию в них свойственной этому климатическому району фауны (простейших насекомых, птиц).

Антропогенные воздействия прежде всего оказали пагубное влияние на чрезвычайно хрупкую, легко разрушимую природу севера. Вредные отходы (в основном сернистый газ и Окислы азота), выбрасываемые в верхние слои атмосферы на огромной территории Европы воздушными потоками и господствующими ветрами, переносятся на север, где на территории Швеции и Финляндии они, встретившись с горами и поясом холодов, выпадают вместе с дождем или снегом, превращаясь в кислоту— серную или азотную. Наличие большого снега, еще недавно предвещавшего хороший урожай, теперь при быстром таянии может повлечь отравление всего живого. Даже за полярным кругом, в шведском национальном парке Сарек, который еще несколько лет назад считался уголком нетронутой, первозданной природы, в последние годы опавшая листва деревьев к весне не разлагается, укрывая мертвым ковром землю. Одинаковые по количеству и качеству загрязнения произвели в этих наиболее суровых условиях значительно большие разрушения, чем в условиях средней полосы. Влияние деятельности цивилизованного человека стало ощущаться даже там, где никогда не ступала его нога.

Факты свидетельствуют, что растения могут повреждаться и гибнуть от присутствия загрязнителей в атмосфере и гидросфере. Поэтому при выборе видов деревьев, кустарников и трав для озеленения городских территорий следует учитывать экологические требования, использовать растения, способные выдержать максимальные нагрузки, предусматривать проведение специальных работ по уходу за растениями. Надо четко определять порог устойчивости (экологической емкости) отдельных участков зеленых насаждений к различным видам антропогенных нагрузок.

«Городское зеленое строительство». Горохов В.А. 1991

landscape.totalarch.com

Шпаргалка - 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.

2. Биохимические и клеточные эффекты.

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

1. Диоксид серы.

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.

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.

рис. 1. Поражение растений озоном на ранней стадии:

3. Воздействие на растение в целом.

Чувствительность 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».

5. Реакции экосистемы.

6. Стандарты качества воздуха.

7. Заключение.

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

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Естественная устойчивость

Некоторые растения слабо повреждаются в результате действия вредных примесей атмосферы. Такие растения представляют большой интерес по крайней мере в двух отношениях. Во-первых, эти растения могут быть широко использованы для озеленения территорий, более или менее постоянно подвергающихся воздействию ядовитых веществ. Во-вторых, эти растения весьма ценны для выяснения механизмов резистентности. Знание же механизмов резистентности открывает пути для селекции форм и сортов полезных растений, не повреждаемых вредными веществами.

Под устойчивостью растений к вредным примесям среды обитания следует понимать их способность противостоять действию ядовитых веществ, сохраняя декоративные качества и нормальную продуктивность. К таким растениям относится ряд видов, отмеченных ниже. Следует, однако, иметь в виду, что сведения относительно устойчивости того или иного растения часто противоречивы. В одних условиях растение может быть устойчивым, в других — более или менее повреждаемым. Сильное влияние на устойчивость растений к загрязнителям атмосферы и гидросферы оказывают климатические параметры.

Некоторые исследователи полагают, что растения в процессе эволюции не выработали каких-либо специфических защитных приспособлений к интенсивному загрязнению окружающей среды. Различную чувствительность

растений к газообразным токсикантам они объясняют неоднозначными преадаптационными возможностями отдельных видов, выработанными ранее к другим неблагоприятным факторам среды. Это утверждение справедливо в том отношении, что в современную эпоху происходит загрязнение природной среды чрезвычайно широким спектром химических веществ, со многими из которых растения раньше не сталкивались. Справедливо и то, что некоторые свойства растений определяют их устойчивость не к одному, а к нескольким неблагоприятным факторам среды, что нашло отражение в представлениях о существовании комплексной устойчивости. Вместе с тем следует отметить, что основные загрязнители окружающей среды существовали и в эпоху, предшествующую появлению человека. Рассмотрим несколько примеров.

Сернистый газ поступает в природную среду отнюдь не только в результате человеческой деятельности, но и в ходе вулканических процессов. По подсчетам ученых, вулканы привносят в атмосферу Земли 2–4 млн т двуокиси серы. Это сравнительно немного по отношению к масштабам поступления этого токсиканта в результате человеческой деятельности. Следует, однако, исходить из того, что масштабы вулканической деятельности в прошлые геологические эпохи были иными, в результате чего растения сталкивались, по-видимому, с высокими концентрациями этого соединения.

Сероводород оказывается в природной среде главным образом в силу жизнедеятельности микроорганизмов (сульфатредуцирующих, осуществляющих разложение серосодержащих белков).

Озон появился в атмосфере Земли после того, как первичные автотрофные организмы образовали заметное количество кислорода. Он возник в результате воздействия на кислород жесткого ультрафиолетового излучения.

Окислы азота образуются в ходе восстановления нитратов, процесса, который осуществляет множество растений и микроорганизмов.

Аммиак в огромных количествах синтезируется в почве в результате аммонификации белков и мочевины.

До недавнего времени окись углерода считалась чисто техногенным продуктом. Допускалось, что некоторое количество угарного газа поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности и лесных пожаров. Однако в начале 70-х годов было установлено, что существует природный источник окиси углерода, мощность которого довольно значительна. Этот источник пока неясен. Есть данные, указывающие на то, что СО образуется при фотосинтезе в самых различных условиях: в хвойных лесах, при подледном развитии фитопланктона, при культивировании хлореллы и т. д. Другие исследователи полагают, что СО образуется в почве анаэробными микроорганизмами. Некоторое количество СО накапливается в морской воде в результате разложения на свету остатков водорослей и планктона и распада порфириновых пигментов растений: вспышка синтеза угарного газа отмечена во время интенсивного опадения листьев.

Существуют природные источники углеводородов. Метан синтезируется метанобразующими бактериями из углекислого газа и водорода или ацетата. Этилен образуется аэробными грибами, анаэробными микроорганизмами, созревающими плодами, а в незначительных количествах всеми зелеными растениями.

Источником нитрозаминов, оказывающих мутагенное, канцерогенное и тератогенное действие на живые организмы, являются микроорганизмы, которые образуют их как при неполном восстановлении нитратов, так и при нитрификации, останавливающейся на первой фазе вследствие избытка в среде аммония.

Мощный нейротоксин метилртуть является результатом деятельности анаэробных бактерий. Диметиларсин, образующийся в анаэробных условиях под действием грибов, по токсичности не уступает цианидам. Впрочем, синильная кислота сама может синтезироваться микроорганизмами.

С тяжелыми металлами растения широко сталкиваются в местах выхода на поверхность полиметаллических руд.

Изложенного выше достаточно, для того чтобы убедиться в возможности воздействия основных загрязнителей природной среды на растения в сравнительно низких фоновых концентрациях еще задолго до появления человека. В связи с этим у растений могли возникнуть приспособления, повышающие их устойчивость к фитотоксикантам.

Хвойные деревья сильнее повреждаются фитотоксикантами, чем лиственные, которые в результате сбрасывания листвы предохраняют себя от накапливающихся вредных веществ. По этой причине листопадные растения более устойчивы но сравнению с вечнозелеными. Вечнозеленые растения наиболее чувствительны к окислам азота (жимолость вечнозеленая), аммиаку (плющ, традесканция гвианская) и сернистому газу (бересклет японский, традесканция гвианская).

Хотя хвойные породы и являются менее устойчивыми по отношению к фитотоксикантам, однако среди этой группы имеются существенные различия. По чувствительности к сернистому газу хвойные можно расположить в следующем порядке по мере повышения газоустойчивости: лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель обыкновенная. Однако и среди лиственниц наблюдается неодинаковое отношение к двуокиси серы. Наиболее устойчива к ней лиственница японская. Исследователи связывают это с тем, что указанное растение произрастает вблизи вулканов, выбрасывающих вредные газы, в том числе и двуокись серы. В опытах, проведенных в ГДР, гибридные сеянцы, полученные от скрещивания лиственницы европейской с лиственницей японской, оказались более устойчивыми к сернистому газу, чем сеянцы от внутривидового скрещивания лиственницы европейской. Из вышеизложенного прежде всего следует, что загрязнители природной среды неантропогенного происхождения могли способствовать выработке в ходе эволюции свойств, предопределивших устойчивость растений к аналогичным загрязнителям антропогенного происхождения. Устойчивость некоторых растений к отдельным фитотоксикантам, возникшая в ходе эволюции, носит наследственный характер.

Как мы уже отмечали, у большинства растений под влиянием сернистого газа происходит снижение интенсивности фотосинтеза. Однако у некоторых растений (дерен белый, клен ясенелистный, сирень обыкновенная, снежноягодник, тополь канадский) интенсивность фотосинтеза приходит к норме после обработки сернистым газом. Такие растения, по мнению П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина, Н. В. Гетко (1973), способны переносить более высокие дозы токсикантов в атмосфере, чем другие виды.

Как известно, растения обладают способностью осуществлять процесс фотосинтеза различными путями. В зависимости от этого они разделены на две группы: С3= и С4= растения. Оказалось, что представители этих групп по-разному реагируют на присутствие в среде сернистого газа. С4= растения поглощают в полтора раза меньше двуокиси серы, чем С3= растения. Это связано с тем, что С4= растения в присутствии фитотоксиканта закрывают устьичные щели, а С3-растения их расширяют. Поскольку

устьица у С4-растений под влиянием двуокиси серы закрываются, они слабее фотосинтезируют, но зато более устойчивы к сернистому газу. Кроме того, с увеличением концентрации фитотоксиканта до 0,04 мг/м3 ингибирование фотосинтеза у кукурузы и сорго (представители группы С4= растений) составляло только 20–30 %, тогда как у овса (представитель группы C3-растепий) фотосинтез подавлялся на 90 %. У подсолнечника, относящегося к группе С3-растений, практически полное подавление фотосинтеза наблюдалось уже при концентрации 0,4 мкл/л.

Устойчивость к двуокиси серы, по данным П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина и Н. В. Гетко (1973), определяется не количеством устьиц, а их способностью регулировать уровень газообмена путем изменения открытости устьичных щелей (тополь дельтовидный, тополь бальзамический, ясень обыкновенный и др.), а также способностью самой протоплазмы противостоять токсическому действию загрязнителей атмосферы.

Чрезвычайно интересные данные получены при изучении метаболитических превращений сернистого газа, поглощенного растениями. Оказалось, что молодые листья огурца устойчивы к фумигации двуокисью серы концентрации 22,5 мкл/л (1 мг/м3), а старые — чувствительны к ней. На первый взгляд это может показаться довольно странным, поскольку молодые листья поглощают сернистый газ в два раза интенсивнее, чем старые. Оказалось, однако, что они более энергично восстанавливают этот фитотоксикант до сероводорода, причем скорость выделения ими сероводорода была в 10–13 раз выше, чем старыми листьями. При расчете на вес или площадь молодые и старые листья разнились еще более существенно: в 20—100 раз. Особенно интенсивно процесс выделения сероводорода протекал на свету. Ученые полагают, что молодые листья огурца устойчивы к сернистому газу именно благодаря высокой скорости его восстановления до сероводорода, который выделяется ими в окружающую среду.

Другой путь превращения сернистого газа в растениях, как мы уже отмечали, заключается в окислении его до сульфатов. Если скорость этого процесса соответствует скорости поступления газа в растения, последние менее страдают от присутствия фитотоксиканта. Таким образом, устойчивость растений к сернистому газу определяется скоростью его метаболитических превращений в другие продукты.

Самыми чувствительными к хлористому водороду растениями оказались люцерна и редис, у которых некроз листьев появлялся после воздействия этого вещества в концентрации 0,1 части на миллион в течение всего лишь двух часов. Наиболее устойчивыми растениями являются петуния, фасоль кустовая, герань и азалия.

Некоторые растения (ива, белая акация, сосна черная) оказались устойчивыми по отношению к фтору, поэтому их предполагается использовать для озеленения территорий предприятий, выделяющих в атмосферу большое количество этого фитотоксиканта (алюминиевых заводов, предприятий по производству эмалированной посуды и др.). Установлено, что листья пеларгонии зональной, обработанные раствором фтористого аммония, накапливают кальций в местах локализации фтора. Увеличение концентрации кальция в некротических участках происходит в результате миграции его из других частей растений. Исследователи предполагают, что ионы кальция играют защитную роль. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что предварительное выдерживание листьев в растворе, содержащем ионы кальция, приводит к тому, что некрозы под влиянием фтористого аммония не образуются.

Различаются растения и по устойчивости к аммиаку. Одни виды (вьюнок, петуния розовая) устойчивы к этому фитотоксиканту, другие (циния красная, календула лекарственная) — неустойчивы.

Устойчивыми к сероводороду являются персик, яблоня, вишня, гвоздика, колеус, портулак, подсолнечник, василек, настурция; неустойчивы — табак, редька, редис, мак, соя, клевер, фасоль, шалфей, космея, гладиолус, астра, огурец.

Чувствительность растений к озону также неодинакова. В опытах с различными сортами фасоли показано, что устойчивые к этому фитотоксиканту растения быстрее закрывают свои устьица в ответ на воздействие озоном.

Советский ученый Н. П. Красинский в 1937–1950 гг. первым высказался за необходимость широкого использования теоретических представлений для правильной оценки дымоустойчивости различных видов растений. Он предложил различать несколько видов устойчивости растений к загрязнителям атмосферы: биологическую, анатомо-морфологическую и физиолого-биохимическую. Впоследствии различными авторами был предложен ряд других классификаций устойчивости, рассмотрение которых выходит за рамки настоящей работы, тем более что ни одна из них пока не пользуется всеобщим признанием. Более обстоятельное рассмотрение этого вопроса можно найти в работах Ю. З. Кулагина (1974), Г. М. Илькуна (1978) и В. С. Николаевского (1979).

Биологическая устойчивость связана со способностью поврежденных растений к регенерации. Чем быстрее растение восстанавливает свои ткани и органы после отравления вредными примесями атмосферы, тем оно устойчивее. Лиственные породы по сравнению с хвойными более устойчивы отчасти по той причине, что обладают более ярко выраженной способностью к регенерации. Однако эта закономерность соблюдается, по-видимому, не всегда. У кустарника Diplacus aurantiacus, сбрасывающего листья, наблюдается более низкая устойчивость к сернистому газу по сравнению с вечнозеленым кустарником Heteromeles arbutifolia. Биологическая устойчивость выражается также в том, что в разных фазах роста и развития растений последние по-разному относятся к повреждающим факторам.

Анатомо-морфологическая устойчивость связана с особенностями строения растений, тогда как физиологобиохимическая определяется индивидуальными особенностями их метаболизма, скоростью протекания биохимических реакций, способностью утилизировать ядовитые вещества, связывать их белками цитоплазмы и т. д.

Анатомо-морфологические особенности (мощность кутикулы, воскового налета, режим работы устьичного аппарата, площадь поверхности растения и др.) могут играть важную роль в поступлении внутрь растения вредных веществ. Наиболее устойчивыми ко всем видам загрязнений оказались листья, обладающие прочным восковым налетом, который перекрывает устьичные клетки.

Листья растений, лишенные воскового налета, хорошо смачиваются водой, подвергаются в течение вегетационного периода очень сильному загрязнению, которое с трудом смывается дождем. Напротив, листья, покрытые восковым налетом и вследствие этого обладающие водоотталкивающими свойствами, загрязняются слабо. Загрязнение легко смывается с таких листьев осадками.

В связи с этим важное значение в устойчивости растений к загрязнителям имеют условия внешней среды, которые оказывают значительное влияние на формирование воскового налета. Так, например, у брюквы при 35 %-ной относительной влажности воздуха образуется более мощный восковой налет, чем при 80 %-ной влажности. Эти же растения обладают более мелкими устьицами.

Важное значение в устойчивости растений к фитотоксикантам принадлежит особенностям строения и режиму работы устьиц. Можно привести немало примеров, подтверждающих справедливость этой точки зрения.

Листья, у которых число устьиц незначительно, более устойчивы к сернистому газу. Поглощение и распределение некрозов полностью соответствует распределению устьиц на листе.

Установлено, что диффузная проводимость газов через устьица устойчивых к сернистому газу клонов тополя в течение дня понижена по сравнению с высокочувствительными или умеренно чувствительными клонами.

Выяснено также, что устойчивые к озону сорта фасоли имеют на 25 % меньшую площадь устьиц на единицу поверхности листа, чем чувствительные. Кроме того, устойчивые сорта обладают способностью частично закрывать устьица в присутствии озона, чего не наблюдается у восприимчивых растений. Способность фасоли частично закрывать свои устьица в присутствии фитотоксиканта представляется исследователям более важной в механизме устойчивости к озону, чем пониженное число устьиц на единице площади листа.

Это положение хорошо подкрепляется результатами экспериментов с елью. Клоны ели, устойчивые к веществам, загрязняющим воздух, характеризовались более чувствительным механизмом закрывания устьиц и регуляции транспирации хвои, чем неустойчивые. В результате этого в хвое устойчивых клонов накапливалось меньше сернистого газа и фтора.

Факторы, способствующие закрыванию устьиц (темнота, низкое содержание влаги в почве, опрыскивание растений фенилацетатом), в то же время повышают устойчивость растений к озону и сернистому газу. Особенности анатомо-морфологического строения и физиолого-биохимических процессов суккулентов, согласно Ю. З. Кулагину (1974), обеспечивают высокую устойчивость этих растений к вредным примесям атмосферы. В связи с анализом роли устьичного аппарата в устойчивости растений к фитотоксикантам следует иметь в виду и иной путь поступления токсических веществ в растение — через корни.

Роль корней в устойчивости растений к фитотоксикантам выявилась в опытах с горохом и кукурузой, различающимися чувствительностью к сернистому газу. Листья гороха, чувствительного к этому фитотоксиканту, как и следовало ожидать, обладают более низкой сопротивляемостью диффузии. Однако исследователи пришли к заключению, что не только этим объясняется более высокий уровень содержания серы в растениях гороха. Было выдвинуто предположение, что поступление серы в листья растений определяется дополнительным «внутренним поглотителем». Это предположение подтвердилось в опытах с водной культурой, показавших, что корни гороха интенсивно поглощают серу.

К физиологическим механизмам устойчивости можно отнести состояние покоя у растений, которое выработалось в ходе эволюции как приспособление к перенесению неблагоприятного периода года, характеризующегося низкими температурами или продолжительными засухами. По мнению Ю. З. Кулагина (1974), состояние покоя у растений является важной преадаптацией их к антропогенным загрязнителям окружающей среды. Резкое снижение интенсивности газообмена при одновременном усилении развития покровных тканей обеспечивает зимующим побегам деревьев и кустарников высокую газоустойчивость.

В. С. Николаевский (1979) показал, что между интенсивностью физиологических процессов в листьях (фотосинтез, дыхание) и газоустойчивостью имеется статистически достоверная обратная корреляция. Газоустойчивые древесные породы обладают пониженной интенсивностью фотосинтеза и дыхания.

У разных сортов петунии выявлена связь между устойчивостью к озону и содержанием в листьях аскорбиновой кислоты. Существует корреляция между уровнем содержания аскорбиновой кислоты и резистентностью растений лиственницы к двуокиси серы: со снижением количества аскорбиновой кислоты ночью увеличивается чувствительность лиственницы к газу. По мере интенсификации фумигации днем содержание аскорбиновой кислоты падает. У сосны при затенении днем токсичное действие сернистого газа выражено сильнее, чем ночью. Между тем днем заметно снижается содержание аскорбиновой кислоты. Корреляция между содержанием аскорбиновой кислоты и чувствительностью к газам обнаружена и у ели.

Все изложенное свидетельствует о том, что аскорбиновая кислота выполняет в растениях защитную функцию по отношению к токсикантам.

Устойчивость к аммиаку связывается с уровнем содержания органических кислот, особенно щавелевой, способных обезвреживать это соединение. В растениях, обработанных аммиаком и окислами азота, происходит увеличение содержания азотсодержащих веществ, причем у устойчивых видов оно обусловлено значительным повышением как белкового, так и небелкового азота. Однако у менее устойчивых к этим газам растений содержание общего азота повышается только из-за накопления небелковой фракции, в то время как количество белкового азота остается на прежнем уровне.

Важной предпосылкой к устойчивости растений к сернистому газу является высокая буферность цитоплазмы. Факторы, влияющие на буферность цитоплазмы, оказывают влияние на чувствительность растений к сернистому газу, повышая ее.

Известно, что углеводы выполняют важную роль в адаптации растений к низким температурам, засухе, засолению, аммиачному отравлению. Неудивительно, что эти вещества играют особую роль в формировании приспособленности растений к новому экологическому фактору — загрязнению атмосферы промышленными фитотоксикантами. Показано, что факторы, благоприятствующие накоплению углеводов в тканях растений, например гуминовые кислоты, в то же время повышают общую устойчивость к токсическим веществам — продуктам коксохимического производства. Защитное влияние сахаров продемонстрировано в опытах с растениями неустойчивого к озону сорта фасоли, который был обработан препаратом (N-[2-(2-оксо-1-имидазолидинил)этил]-N1-фенилмочевина). Под действием этого препарата растения фасоли стали устойчивыми к озону. Одновременно обработка привела к повышению уровня восстанавливающих и невосстанавливающих сахаров в листьях растений соответственно на 41 и 35 % и увеличению концентрации фруктозы, глюкозы, сахарозы, эритрита на 35–62 %.

В связи с тем что днем устьица у большинства растений обычно открыты, растения интенсивно поглощают фитотоксиканты и сильнее повреждаются ими. Однако овес оказался более устойчивым к сернистому газу в дневное время. Отмеченное повышение устойчивости растений Р. Гудериан (1979) связывает с возрастанием уровня сахаров в листьях. В пользу такой точки зрения свидетельствуют результаты опытов, в которых растения фасоли помещали в растворы глюкозы и подвергали действию двуокиси серы. Другими исследователями показано, что существует четкая корреляция между содержанием сахаров в листьях культурных растений и устойчивостью их к озону.

Если растения томатов выдержать в течение 36 ч в темноте для понижения содержания сахаров в тканях, а затем в течение 4 ч обработать воздухом, содержащим в 1 м3 2,4 мг хлористого водорода, то довольно быстро на листьях обнаруживаются некротические повреждения, занимающие около 25 % площади листьев. В то же время у листьев, не подвергавшихся воздействию темноты, повреждения отсутствовали.

Из результатов этих экспериментов Р. Гудериан (1979) делает практический вывод: воздействие загрязнителей в утренние часы представляет особую опасность для растений.

В настоящее время весьма важное значение в различных проявлениях патологии клеток растений и животных придается проницаемости цитоплазмы. Не является исключением, по-видимому, и зависимость вредного действия ядовитых веществ на растения от проницаемости их тканей. Действительно, цитоплазма клеток хвои двухлетних сеянцев сосны, поврежденных вредными газами, обладает значительно большей проницаемостью, чем у здоровых. Устойчивые к сероводороду растения отличаются повышенной прочностью и высокой регуляторной способностью клеточных мембран. Под влиянием сероводорода у устойчивых видов по сравнению с неустойчивыми наблюдается сравнительно меньшее нарушение проницаемости клеточных мембран.

Говоря о физиолого-биохимической устойчивости, следует отметить мнение исследователей, согласно которому устойчивость растений к фитотоксикантам определяется не столько содержанием отдельных компонентов клетки, сколько способностью растений сохранять их в выгодных пропорциях, т. е. возможностями растений компенсировать путем регулирования метаболизма нарушения, вызванные действием загрязнителей окружающей среды.

Следует заметить, что устойчивость растений к фитотоксикантам зависит от физико-географических условий. Показано, например, что клен ясенелистный устойчив к сернистому газу на Урале и в Подмосковье и недостаточно устойчив на Украине.

Условия произрастания растений также сказываются на устойчивости растений к фитотоксикантам. Бук и вяз

значительно более устойчивы к атмосферным загрязнителям при выращивании на известковых почвах, нежели на бедных песчаных почвах.

Устойчивость к радиации также имеет физиолого-биохимическую природу. Семена, содержащие повышенное количество жиров, более радиоустойчивы по сравнению с семенами, имеющими меньшее их количество. Чем интенсивнее рост у растений, тем они сильнее повреждаются радиацией.

Повышение устойчивости растений к фитотоксикантам

Исследования в области устойчивости растений к токсическому действию загрязнителей имеют, безусловно, важное значение как для теории, так и для практики. Следует, однако, иметь в виду, что эта устойчивость носит относительный характер. При изменении условий окружающей среды устойчивые растения могут сравнительно легко поражаться ими. Кроме того, когда мы говорим об устойчивости, то имеем в виду сравнительно невысокие концентрации фитотоксикантов. Вместе с тем в ряде случаев, например при авариях на химических заводах, при сбросе неочищенных сточных вод, фитотоксические вещества могут попадать в окружающую среду в таком количестве, при котором растения погибают. При меньших концентрациях они сильно повреждаются ядовитыми веществами, при этом происходит снижение их продуктивности, ослабление способности к очищению атмосферы и гидросферы.

В связи с этим перед исследователями встала проблема поиска средств активной защиты растений от токсического влияния вредных примесей. Особо следует заботиться о молодых посадках и посевах, находящихся поблизости от предприятий, загрязняющих окружающую среду. Дело в том, что молодые растения более интенсивно накапливают ядовитые вещества по сравнению со взрослыми, а поэтому сильнее повреждаются от их действия. Способы повышения устойчивости растений к вредным загрязнениям могут быть различными.

Селекционные методы

Из приведенных выше материалов явствует, что растения разных видов, а нередко и клонов одного и того же вида, очень резко отличаются по устойчивости к фитотоксикантам. В опытах с популяцией райграса было показано, что сернистый газ действует на нее как селектирующий фактор. В результате этого по мере действия фитотоксиканта популяция становится все более устойчивой к нему. По этой причине посадки райграса в городах стали более устойчивыми к сернистому газу, несмотря на то что уровень содержания газа в воздухе за период наблюдений не понизился. Используя высокоустойчивые формы, следует создавать новые формы и сорта еще более устойчивых растений. Успешные работы по отбору и размножению высокоустойчивых к сернистому газу и фтору особей хвойных растений ведутся в ГДР и ФРГ. При нахождении таких особей их затем размножают вегетативным путем с целью сохранения признака высокой устойчивости у новых растений.

В США созданы устойчивые к фотохимическому смогу сорта сои, шпината, картофеля и томатов. Исследования по выведению устойчивых к фитотоксикантам растений разворачиваются ныне в разных странах.

Агротехнические приемы

Почва, в которой выращиваются растения, имеет исключительно важное значение в устойчивости растительных организмов к фитотоксикантам. На плодородных почвах растения меньше страдают от загрязненности воздуха и оказываются более долговечными. При внесении удобрений в почву нейтрализуются накапливающиеся в ней вредные вещества, улучшаются условия существования микроорганизмов, способствующих детоксикации и нейтрализации вредных примесей.

Использование удобрений повышает декоративность и стойкость деревьев к солям, применяемым для борьбы с гололедом. Казалось бы, при этом должно происходить повышение концентрации почвенного раствора и вследствие этого угнетение роста растений. На самом же деле минеральные удобрения способствуют ликвидации неуравновешенности почвенного раствора, от которой в сильной степени страдают придорожные растения. Следует иметь в виду, что внесение больших доз азотных удобрений может привести к повышению чувствительности растений к фитотоксикантам. В связи с этим рекомендуется вносить их дробно.

С помощью фосфорных удобрений удалось снизить содержание кадмия в растениях шпината и кукурузы на

58 %. Этот элемент имеет важное значение в повышении устойчивости растений к фторидам. Калий также увеличивает устойчивость растений к фитотоксикантам. Оптимальное снабжение этим элементом ослабляет степень их повреждения, особенно в случае воздействия сернистым газом. При действии загрязнителей часто происходят сдвиги кислотности почвенного раствора, которое сильно выражено на песчаных почвах с низкой буферностью. При внесении удобрений следует учитывать это обстоятельство. Нельзя применять физиологически кислые соли (например, сернокислый аммоний) там, где загрязняющие почву вещества вызывают ее подкисление. Сдвиг кислотности почвенного раствора может крайне неблагоприятно сказаться на растениях.

Правильно произведенная подкормка растений положительно сказывается на росте растений, а усиливающийся обмен веществ способствует детоксикации вредных примесей. Ослабленные растения плохо растут и не могут с достаточной эффективностью выполнять возложенную на них функцию — очистку окружающей среды от вредных примесей. Неудивительно, что путем внесения удобрений удалось улучшить состояние лесных насаждений, подверженных задымлению.

Если растения произрастают на территории, атмосфера над которой загрязнена двуокисью серы, то при подкормке растений следует воздержаться от применения серосодержащих удобрений, поскольку в этом случае в растительных тканях может создаваться избыток серы. Нежелательно использовать в этом случае и суперфосфат, поскольку он содержит большое количество серной кислоты.

Вблизи азотнотуковых заводов, выбрасывающих в атмосферу окислы азота, растения должны обеспечиваться фосфором, калием и микроэлементами. Что же касается азота, то на богатых почвах его вообще можно не вносить. В этом случае растения будут активнее поглощать окислы азота из воздуха, очищая его от этих фитотоксикантов.

Важное значение для нейтрализации кислых газов, поступающих с осадками в почву, имеет известкование. Этот прием играет положительную роль в деле уменьшения поступления из почвы вредных тяжелых металлов. Так, например, поглощение свинца корнями райграса многоукосного уменьшалось при известковании почв, что приводило к повышению урожайности. Снижение скорости поглощения свинца растениями находилось в прямой зависимости от увеличения pH почвенного раствора. Установлено также, что совместное внесение в почву минерального удобрения и навоза снижает поступление в растения радиоактивного стронция.

Внесение гуминовых удобрений совместно с нитрофоской повышает устойчивость растений к выбросам коксохимического завода. Они увеличивали содержание углеводов в тканях растений. Газоустойчивость повышается также в результате предпосевной обработки семян слабыми растворами микроэлементов (марганца, кобальта).

Для повышения устойчивости растений к токсическим веществам следует правильно снабжать растения водой. Обычно чем лучше водоснабжение растений, тем шире открыты устьица, интенсивнее транспирация и более активное поступление токсикантов. Вместе с тем осадки смывают с листьев вредные вещества, вымывают из их тканей хлор, сернистый газ и т. д. Удаление пыли способствует усилению процессов жизнедеятельности листьев.

Следует иметь в виду, что дождевание эффективно после газации. До газации осадки могут оказать вредное воздействие, так как в них может содержаться очень большое количество растворенных вредных примесей, которые, проникая в листья, будут вызывать их повреждение.

Плодородная почва отличается от неплодородной высоким содержанием микроорганизмов. В этой связи следует отметить, что повышения устойчивости растений к фитотоксикантам можно достигнуть путем использования некоторых микроорганизмов. Так, например, в 1971 г. в опытах Ж. Т. Козюкиной было показано, что обработка препаратами Pseudobacterium lacticum 392 и Pseudomonas lequetaciens 399 корневой системы бирючины обыкновенной перед посадкой в грунт в условиях промышленного, предприятия способствует снижению повреждаемости листьев, увеличению их количества на побегах, активному росту побегов.

Положительное влияние микроорганизмов почвы на растения в условиях действия фитотоксикантов связано как с их участием в детоксикации вредных веществ, так и с другими эффектами. Известно, что микроорганизмы почвы в процессе жизнедеятельности выделяют большое количество углекислого газа. Между тем во многих исследованиях показано положительное влияние подкормки растений углекислотой на устойчивость растений к фитотоксикантам. Так, например, растения люцерны, выращиваемые в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа, меньше повреждаются сернистым газом, окисью азота и смесью этих фитотоксикантов.

Опыты П. П. Чуваева с соавторами (1973) показывают, что подкормка растений углекислотой, в особенности в сочетании с последующим освежающим дождеванием, повышает их газоустойчивость, усиливает темпы роста. Особенно перспективно дождевание слабыми растворами (0,3 %) бикарбоната калия с добавлением микроэлементов и других элементов минерального питания.

Важное значение в повышении устойчивости растений к фитотоксикантам имеет характер размещения растений в посадках. Отдельно стоящие деревья и кустарники более подвергаются их действию по сравнению с теми, которые находятся внутри древостоя. По этой причине посадки деревьев в зоне атмосферных загрязнений должны располагаться достаточно плотно.

Под влиянием загрязнителей происходит замедление роста побегов, более быстрое их старение. В этих условиях путем обрезки растений можно стимулировать процессы омоложения вегетативных и генеративных органов. Положительное значение в защите неустойчивых к фитотоксикантам растений имеет посадка перед ними устойчивых деревьев и кустарников.

Физиологически активные вещества

К физиологически активным веществам относятся фитогормоны (ауксины, цитокинины, гиббереллины), ингибиторы роста, витамины, ферменты и др. Мы уже говорили, что один из видов устойчивости — биологическая — связан со способностью растений регенерировать поврежденные ткани и органы. В связи с этим для повышения устойчивости следует шире использовать физиологически активные вещества, способные ускорять протекание регенерационных процессов. Особенно это необходимо при пересадке крупных деревьев в городе, когда происходит повреждение корневых систем растений. Обработка комля ауксинами может способствовать быстрому отрастанию корней. Использование ауксинов в некоторых случаях позволяет снять действие фитотоксикантов, тормозящих рост растений.

Другой фитогормон — гиббереллин — в концентрации 0,01 и 0,001 % способствовал увеличению надземной массы трав, произрастающих в условиях воздействия токсических веществ. Однако декоративность их снизилась за счет появления светло-зеленой окраски и изменения формы листьев. Последние становились более узкими. Изменение окраски и формы листьев является характерным признаком действия гиббереллина и не зависит от присутствия токсикантов. Для снятия нежелательных явлений можно рекомендовать использование гиббереллина вместе с рибофлавином.

Обычно когда говорят о холестерине, то имеют в виду животные организмы. Однако за последние годы было установлено, что растительные ткани также содержат это стероидное соединение. Наряду со снижением количества свободного стерола озон вызывает также уменьшение количества в растениях холестерина. Интересно отметить, что обработка растений фасоли холестерином хорошо защищала их от повреждающего действия озона. Наоборот, предварительная обработка растений ингибитором стероидных соединений увеличивала восприимчивость фасоли к озону. Исследователи пришли к заключению, что холестерин может быть одним из факторов, обусловливающих устойчивость растений фасоли к озону.

Ослабление скорости протекания обмена веществ, подавление ростовых процессов должны повышать резистентность растений к загрязнителям атмосферы. Действительно, ингибитор роста — абсцизовая кислота значительно уменьшает повреждающее действие озона.

В опытах с 65 сортами петунии было установлено, что обработка растений веществами, замедляющими удлинение междоузлий и способствующими развитию темнозеленой окраски листьев, уменьшает количество видимых повреждений растений от озона. Таким действием обладает, например, 2,2-диметилгидразид янтарной кислоты. Он задерживает рост и изменяет чувствительность листьев к озону. Добавление аскорбиновой кислоты и воска к раствору для опрыскивания усиливало защитные свойства 2,2-диметилгидразида янтарной кислоты. Препараты, не тормозящие рост, не защищали растения петунии от действия озона.

Многочисленны исследования, результаты которых свидетельствуют о положительном влиянии аскорбиновой кислоты на устойчивость растений к фитотоксикантам. Опрыскивание растений раствором этого витамина в районе Лос-Анджелеса позволило ослабить повреждающее действие оксидантов на фасоль, сельдерей, латук, петунию и цитрусовые. В других опытах обработка растений салата, шпината, мятлика, петунии, томатов, роз, орхидей и гвоздик аскорбиновой кислотой способствовала повышению сопротивляемости их озону.

Слабые (0,001 %) растворы аскорбиновой кислоты, тиомочевины, янтарной кислоты рекомендованы для опрыскивания деревьев, газонов и цветников. Весьма ценно, что некоторые витамины обладают не только антитоксическим действием, но и проявляют антимутагенный эффект. На луке-батуне и конских бобах такой результат достигнут с помощью ?-токоферола, аскорбиновой кислоты и ?-каротина. Аскорбиновая кислота и ?-токоферол эффективно снижали частоту мутаций, индуцированных ионизирующими излучениями. Таким образом, эти витамины обладают универсальной антимутагенной активностью, которая проявляется на разных объектах как при спонтанном, так и индуцированном мутагенезе. Приведенные примеры свидетельствуют о возможности использования физиологически активных веществ для предохранения растений от вредного действия фитотоксикантов.

Нейтрализаторы фитотоксикантов

Еще один путь повышения устойчивости растений против фитотоксикантов — нанесение на листья растений веществ, частично нейтрализующих и удаляющих поступающие в растения фитотоксиканты. Рассмотрим несколько характерных примеров.

Для того чтобы предохранить растения от свинца, предлагается опрыскивать их защитными препаратами. В качестве таких препаратов исследователи использовали хелаты: этилендиаминоуксусный кальций и полифосфат натрия. После обработки растворами этих веществ попадающий на поверхность растений свинец образовывал с ними комплексные соединения и при помощи осадков смывался в почву. Попадая с осадками в почву, комплексные соединения превращаются в нетоксичные для растений соли: сульфат свинца и фосфат свинца.

Исследователи пробовали вводить комплексные вещества непосредственно в почву. Там они связывали в комплексные соединения 94–99 % подвижного свинца.

Ученые исследовали возможность очищения почвы от кадмия. С этой целью почвы, загрязненные кадмием, насыщались раствором соляной кислоты (концентрация 0,05 и 0,1 н), а затем в них вносился углекислый кальций или фосфорнокислый магний. При этом содержание кадмия в почве резко сократилось, а растения, выращиваемые на этой почве, содержали его в пять с лишним раз меньше.

Для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, западногерманская фирма «Байер» предлагает обработать ее ионообменными смолами. Внесенные в виде порошка или гранул смолы адсорбируют ионы тяжелых металлов. В настоящее время исследовано влияние ионообменных смол при выращивании декоративных растений.

Исследования в области очистки почв от вредных примесей, несомненно, заслуживают большого внимания. Вполне возможно, что в недалеком будущем человечество будет поставлено перед необходимостью проведения таких мероприятий на больших площадях.

В качестве препарата, защищающего растения от вредного действия озона, может быть использован антиозонатор 4,4-диоктилдифениламин, который обладает способностью инактивировать озон. Выращивание табака и петунии, чувствительных к озону, под пленкой, обработанной этим веществом, привело к тому, что растения были выше и имели большую массу по сравнению с растениями, находившимися под пленкой без антиозонатора.

Дифениламин, раствором или порошком которого обрабатывали трехмесячные яблони, 14-дневные растения фасоли, 39-дневные растения петунии и 60-дневные растения табака, также вызывал снижение повреждающего действия озона. Наиболее эффективным препаратом, снижающим токсическое действие озона на листья табака, оказался пиперонилбутоксид, применяемый в виде раствора концентрации 0,1 %.

Особый интерес представляет использование для защиты растений антитранспирантов, которые уменьшают поступление фитотоксикантов внутрь растений. Так, аптитранспирант фоликот (эмульсия углеводородного парафинового воска), внесенный в почву в дозе 160 мг/кг, защищал растения на 99 % от повреждающего действия озона. Аналогичным образом действовало опрыскивание растений фасоли сорта Пинто III раствором фоликота в концентрации 10 мл на 1 л воды.

В ряде случаев против озона оказались эффективными системный фунгицид беномил, карбатиин, этилендимочевина, этилтрифонат, триаримол и другие вещества.

Наконец, имеются сведения относительно повышения устойчивости древесно-кустарниковой растительности, в том числе хвойных, с помощью обработки растений моющими средствами типа ОП-7, ОП-10, которые использовались в виде 0,2 %-ного раствора. Исследователи рекомендуют эти препараты для удаления грязи и адсорбированных токсических веществ.

* * *

Все изложенное свидетельствует о том, что растения в ряде случаев успешно противостоят вредному влиянию загрязнителей атмосферы. Такие растения обладают целым рядом характерных биологических и анатомо-морфологических признаков. Обмен веществ также имеет характерные черты. Низкая интенсивность реакций метаболизма замедляет обмен веществ растений с окружающей средой и тем самым делает растения менее зависимыми от внешних воздействий. В ряде растений токсические вещества претерпевают глубокие изменения. Некоторые из них вовлекаются в обмен веществ. Это относится, например, к сернистому газу. Чем быстрее в растениях осуществляется процесс восстановления серы и включения ее в серосодержащие белки, тем лучше растение противостоит действию этого фитотоксиканта.

Несомненно, перед учеными стоит важная задача более детально исследовать механизмы устойчивости растений к загрязнителям окружающей среды, конкретизировать эти механизмы относительно каждого фитотоксиканта. Однако и достигнутое в этой области к настоящему времени нужно шире использовать при озеленении территорий промышленных предприятий, при создании новых форм, обладающих повышенной устойчивостью к загрязнителям окружающей среды.

Приведенные материалы свидетельствуют также о том, что во всем мире напряженно идет поиск средств, способных защитить зеленых друзей человека от токсического воздействия загрязнителей. Эта работа имеет важное значение в практическом плане. Необходимо активно помогать растениям успешно бороться против нашей общей опасности — загрязнения окружающей среды.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

bio.wikireading.ru

Устойчивость сельскохозяйственных растений к вредных газам

Проблема газоустойчивости растений стала особенно актуальной с середины XX века в связи с бурным развитием промышленности, энергетики и транспорта, необходимостью отбора газоустойчивых форм для озеленения городов, создания насаждений около промышленных предприятий.

В промышленно развитых странах наиболее сильными загрязнителями воздуха являются транспорт, отопительные системы, промышленные процессы, сжигание мусора. В воздух выделяется более 200 различных компонентов — продуктов деятельности человека. Это газообразные соединения: сернистый газ (SO2), оксиды азота (NO, NO2), аммиак (Nh4), угарный газ (СО), соединения фтора, углеводороды, пары кислот (серной, азотной, соляной), фенолы и другие. Атмосфера загрязняется частицами сажи, золы, пыли, которые содержат токсические оксиды свинца, селена, цинка и т.д. Все эти компоненты оказывают резко отрицательное влияние на жизненные функции растительного организма.

Газы и пары легко проникают в ткани растений через устьица и действуют на обмен веществ в клетках, вступая в химические взаимодействия. Они растворяются в воде клеточных оболочек и образуют кислоты и щелочи. Последние вступают в реакции с веществами цитоплазмы, изменяют pH, разрушают хлорофилл, изменяют активность ферментов. Токсичные вещества увеличивают проницаемость мембран, нарушают работу транспортных белков. Интенсивность фотосинтеза снижается, разрушаются фотосинтетические пигменты. Особенно неблагоприятно влияют на пигментную систему хлоропластов сернистый газ и хлор.

По убыванию токсичности для растений газы располагаются в следующем порядке: F2 > Cl2 > SO2 > NO > CO > CO2, а также: SO2 > Nh4 > HCN > h3S.

Под газоустойчивостью понимают способность растений сохранять жизнедеятельность при загрязнении внешней среды вредными газами. Газочувствительность — это скорость и степень появления у растений патологической реакции на токсическое действие газов. Газочувствительность растений используют для диагностики загрязнения окружающей среды вредными газами.

В разработку теории газоустойчивости большой вклад внес Н А. Красинский (теория фотоокисления). Согласно этой теории токсичные газы нарушают фотосинтетическую деятельность растений. Снижение фотосинтетической активности влечет нарушение роста и развития растений. На свету происходит фотоокисление белков, аминокислот и других веществ, которое приводит к гибели клеток.

По В.С. Николаевскому, газоустойчивость растений определяется скоростью поглощения газа, уровнем летальной дозы, скоростью удаления вредных ингредиентов, устойчивостью мембран клетки к вредным соединениям.

Угнетение фотосинтеза происходит задолго до появления видимых повреждений тканей. Общими внешними признаками повреждения токсичными газами являются некрозы и хлороз листьев, дальнейшее их отмирание и преждевременное опадение. Поскольку эти признаки схожи при действии на растения разных газов, точно определить причину нарушений только по внешнему виду часто не представляется возможным. Действие токсиканта на растения зависит от дозы, которая равна произведению его концентрации в атмосфере на продолжительность воздействия. Доза газа в окружающей среде определяется специальными стандартами по контролю загрязнения воздуха.

Диоксид серы (SO2) выбрасывается в атмосферу коксохимическими заводами, горнорудными и целлюлозно-бумажными предприятиями. Этот газ вызывает у растений образование некрозов в результате повреждения клеток листьев и почек. У деревьев нарушается обмен веществ, разрушается хлорофилл, ослабляется фотосинтез, повреждаются клетки коры, луба, камбия. При действии высоких концентраций четкие признаки повреждений появляются уже через несколько дней. Хвоя приобретает рыже-бурую окраску. На листьях появляются пятна красно-бурого цвета, которые при высоких концентрациях газа могут охватывать более половины площади листовой пластинки.

В дальнейшем происходит преждевременное опадение листьев и хвои, а высокие концентрации газа вызывают искривление и отмирание молодых побегов. Небольшое количество двуокиси серы, окисляясь в атмосфере, превращается в сернистый ангидрид (SO3) и затем в серную кислоту, которая разрушает ткани листьев с образованием светлых и коричневых пятен. Растения снижают продуктивность и сопротивляемость к болезням и вредителям.

Различные растения характеризуются разной устойчивостью к диоксиду серы. Среди древесных пород лиственные деревья более устойчивы, по сравнению с хвойными. Предельно допустимая концентрация этого газа составляет для лиственницы 0,25 мг/м3, для сосны 0,40, для ели 0,70 мг/м3. Николаевским В.С. (1979) выделены три группы древесных пород по отношению к SO2: устойчивые, среднеустойчивые и неустойчивые. К наиболее устойчивым относятся вяз, жимолость, лох, клен.

Среди луговых трав высокой устойчивостью к диоксиду серы отличается овсяница луговая, а низкой устойчивостью — тимофеевка и клевер.

Отрицательно влияют на растения фтор, хлор и их соединения. Фтор и соединения фтора выбрасываются в атмосферу заводами по производству алюминия, стали, кирпича, фосфорных удобрений. Повреждение растений фтором наблюдается при концентрации, равной 0,01 мг/м3. По периферии листа образуются узкие некротические полосы светло-желтого цвета. У хвойных пород кончики хвои белеют, потом темнеют, затем признаки повреждения распространяются к основанию игл. Под действие фтора угнетается фотосинтез, нарушается рост, отмирают завязи и загнивают плоды. Хвойные породы, особенно сосна, очень восприимчивы к соединениям фтора.

Хлор и хлористый водород применяют в производстве пластмасс и инсектицидов. Пары этих веществ быстро оседают на землю, поэтому повреждаются в основном растения вблизи источника эмиссии. Уже при концентрации паров в воздухе менее 1 мг/м3 наблюдаются повреждения листьев. Они темнеют, приобретают серебристый оттенок, затем появляются обесцвеченные участки разных размеров, которые по мере отмирания тканей крошатся и образуют отверстия. При длительном действии низких концентраций хлора наблюдается покраснение краев листьев.

Отмечается, что одно и то же растение может быть устойчивым к одному и неустойчивым к другому газу. Например, кукуруза проявляет высокую устойчивость к диоксиду серы, но сильно повреждается фтористым водородом (HF). Фасоль, томат, шпинат относительно устойчивы к HF, но чувствительны к оксидам азота; тыква, капуста, лук устойчивы к оксидам азота, аммиаку но очень чувствительны к HF и SO2.

Автотранспорт в городских условиях является источником вредных для растений выхлопных газов. В промышленно развитых странах на долю транспорта приходится более 50 % всех загрязнений. В составе их — оксид углерода, нитрозные газы, углеводороды, сажа, соединения свинца. Выхлопные газы вызывают некрозы листьев, преждевременное опадение листьев, усыхание деревьев.

К твердым загрязнителям воздуха относятся цементная пыль, оксиды тяжелых металлов, сажа. Оседая на поверхности листьев, они закрывают устьица. Это ухудшает газообмен листьев, поглощение света, нарушает водный режим. Значительное запыление приводит к перегреву листьев. В этой связи вблизи цементных заводов отмечается очень значительное снижение скорости роста древесных пород, ухудшение декоративных свойств растений.

Загрязнения атмосферы также негативно влияют на почву, воздействуя на микрофлору, почвенный поглощающий комплекс и корни растений. Отмечается уменьшение общей массы корней и площади поглощающей поверхности.

Различна устойчивость тканей растений к вредным газам: сильнее страдают от них живые клетки флоэмы, чем клетки ксилемы.

Газоустойчивость у различных растений неодинакова. В основе различий разных видов лежат их физиологобиохимические и биологические особенности. Кулагин Ю.З. (1973) выделил у древесных растений следующий ряд форм газо- и дымоустойчивости.

Анатомическая — обусловлена особенностями строения органов и тканей, которые препятствуют поступлению газов в клетки (ксероморфизм, пробка на побегах и стволах деревьев, плотное сложение тканей, наличие плотной кутикулы на листьях).
Физиолого-биохимическая — определяется индивидуальными особенностями метаболизма устойчивых растений, способностью утилизировать ядовитые вещества, связывать их
белками цитоплазмы, стабильностью ферментных систем, устойчивостью к окислительным повреждениям, способностью регулировать газообмен.
Габитуальная — определяется особенностями строения растений, уменьшающими возможности контакта листьев и цветков с токсичными газами.
Феноритмическая — определяется по признаку несовпадения во времени критических периодов вегетации и действия газов.
Анабиотическая — определяется устойчивостью растений в период пребывания в состоянии покоя зимой или в летнюю засуху.
Регенерационная — обусловлена способностью растений формировать новые листья и побеги.
Популяционная — основана на возрастном полиморфизме популяции. Устойчивость растений повышается с их возрастом.
Феноценотическая — определяется вертикальной и горизонтальной неоднородностью фитоценоза, препятствующей проникновению газов.

Устойчивость растений к вредным газам определяется в значительной мере способностью устьиц закрываться в ответ на увеличение концентрации газов в воздухе. Важен также уровень содержания в клетках катионов (К+, Са2+, Na+), способных нейтрализовать кислоты, поддерживая постоянство pH цитоплазмы.

Крайней чувствительностью к вредным газам отличаются лишайники, они могут служить индикаторами чистоты воздуха. Если от дерева отделить лишайники вместе с кусочками коры и поместить в загазованную среду, то по степени их повреждения можно судить об уровне загрязнения данной среды. Вокруг крупных предприятий, загрязняющих воздух кислыми газами (например, металлургических) лишайники встречаются редко. Сильное угнетение роста и развития лишайников наблюдается при концентрации SO2, равной одной сотой доле той концентрации газа, которая повреждает высшие растения. Несколько более устойчивы мхи. Большая чувствительность лишайников и мхов связана с тем, что у них отсутствует кутикула и устьица, а газообмен происходит всей поверхностью тела. Воду атмосферных осадков с растворенными в ней газами они также впитывают всей поверхностью тела.

Сосудистые растения менее чувствительны к газам, по сравнению с лишайниками и мхами, так как поглощают воду из почвы, в которой токсические кислые газы нейтрализуются. Среди сосудистых растений наиболее чувствительны к вредным газам вечнозеленые деревья, кустарники, кустарнички; более устойчивы лиственные древесные растения, которые ежегодно сбрасывают листья, и травы. В соответствии с этим, при длительном воздействии на фитоценоз кислыми газами в нем наблюдаются закономерные изменения: утрачиваются вначале хвойные, затем листопадные породы. Начинает преобладать сорная растительность.

Из числа декоративных растений очень чувствительны к вредным газам гладиолусы, тюльпаны, нарциссы, а устойчивы левкои, цинния, астры, алиссум, целлозия, гайллардия. Некоторые сорта тюльпанов и гладиолусов могут служить индикаторами загрязнения среды фторидом и хлоридом водорода.

В последнее время широкое распространение получают методы биоиндикации атмосферных загрязнений с помощью растений. В порядке возрастания толерантности к загрязнениям они располагаются в следующий ряд: лишайники, хвойные деревья, травянистые растения, листопадные деревья.

Растения, пригодные для биоиндикации чистоты воздуха на присутствие ряда вредных газов представлены в таблице.

Растения — индикаторы загрязнения атмосферного воздуха (из Е.В. Сарбаевой, О.Л. Воскресенской, 2008)

Загрязнители воздуха	Индикаторы загрязнения
Загрязнители воздуха	Древесные породы	Культурные растения
Диоксид серы	Ель европейская Пихта сибирская Сосна обыкновенная Ясень американский	Пшеница, ячмень, гречиха, люцерна, горох, клевер, хлопчатник, фиалка
Фтористый водород	Ель европейская Пихта сибирская Сосна обыкновенная	Абрикос, петрушка, гладиолус, тюльпан, нарцисс, рододендрон
Аммиак	Липа сердцелистная	Сельдерей, табак
Хлористый водород	Ель европейская Пихта кавказская Лиственница европейская Ольха клейкая Лещина обыкновенная	Фасоль обыкновенная, шпинат, редис, смородина, клубника
Озон	Сосна веймутова	Картофель, томаты, цитрусовые

Некоторые растения способны к накоплению в значительных концентрациях химических соединений тяжелых металлов и других токсических веществ. Например, выраженной способностью к накоплению свинца обладают клен остролистный, тополь пирамидальный, липа крупнолистная, береза пушистая, а из трав — одуванчик лекарственный. Установлена способность к аккумуляции фенолов у бузины красной, сирени обыкновенной.

На токсичность газов большое влияние оказывают факторы внешней среды: влажность воздуха, температура, солнечная радиация, то есть факторы, которые влияют на состояние устьиц и газообмен растений. При высокой влажности сернистый газ образует вначале сернистую, а затем и серную кислоту. В результате повреждающее действие газа увеличивается. В безветренную погоду отрицательное действие вредных газов также усиливается.

При озеленении территорий промышленных предприятий и их санитарно-защитных зон, обочин дорог рекомендуется выбирать наиболее устойчивые растения. Необходимо учитывать их устойчивость к тем газам, которыми загрязнен воздух конкретных территорий. Веретенников А.В. приводит следующие обобщенные данные разных авторов по вопросу чувствительности древесных пород к отдельным токсичным газам.

Чувствительность деревьев и кустарников к действию вредных газов (Из А.В. Веретенникова, 2006)

Группа	SO2 (острое воздействие)	HF (острое воздействие)	HCl	Nh4
Очень чувствительны	Ель обыкновенная	Лиственница европейская	Ель обыкновенная	Сосна веймутова
	Сосна обыкновенная	Ель обыкновенная	Граб обыкновенный	Ольха
	Лиственница европейская	Орех грецкий	Ольха	Граб обыкновенный
	Береза пушистая	Сосна обыкновенная	Береза бородавчатая	Орех грецкий
	Береза бородавчатая	Барбарис обыкновенный		Каштан японский
	Клен остролистный	Виноград
Чувствительны	Сосна веймутова	Самшит	Лиственница европейская	Самшит
	Ель голубая	Ель голубая	Можжевельник	Туя западная
	Граб обыкновенный	Сосна черная	Сосна обыкновенная	Бук лесной
	Липа мелколистная	Сосна веймутова	Клен остролистный	Ясень обыкновенный
	Ясень обыкновенный	Каштан конский	Дуб черешчатый	Сосна обыкновенная
	Тополя	Ольха серая	Бук лесной	Сирень
	Клен американский	Липа мелколистная		Ель обыкновенная
	Бук лесной	Малина		Шиповник
	Рябина обыкновенная			Клен псевдоплатановый
Устойчивы	Туи	Кипарисовик	Туя складчатая	Кипарисовик
	Самшит	Клен	Кипарисовик	Ель черная
	Дуб черешчатый	Шиповник	Ель голубая	Робиния
	Бузина черная	Бересклет европейский	Сосна черная	Форзиция
	Клен американский	Дуб черешчатый	Осина
	Робиния	Бузина красная	Робиния
	Акация желтая	Форзиция
	Вяз гладкий

Устойчивость растений к вредным газам повышается при улучшении минерального питания и известковании кислых почв. Эффективно замачивание семян в слабых растворах соляной и серной кислот для повышения устойчивости молодых растений к кислым газам. Положительное влияние оказывает дождевание для вымывания токсических веществ из листьев и смывания с их поверхности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО

Шпаргалка: Влияние атмосферных загрязнителей на растения. Наибольшей устойчивостью к атмосферным загрязнениям обладают следующие виды растений

Влияние атмосферных загрязнителей на растения

устойчивость к загрязнению

Влияние атмосферных загрязнителей на растения

Влияние загрязненности на растения | Ландшафтная архитектура и зеленое строительство

Шпаргалка - Влияние атмосферных загрязнителей на растения

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Устойчивость сельскохозяйственных растений к вредных газам

Смотрите также