Фитотоксичность компонентов автомобильных выбросов

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«Пермская государственная  сельскохозяйственная академия

имени академика Д.Н. Прянишникова»

 

Факультет почвоведения, агрохимии,

экологии и товароведения

 

Кафедра экологии

 

Курсовая работа

по экотоксикологии на тему

«Фитотоксичность компонентов  автомобильных выбросов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2012

 

\

Оглавление

 

1. Состав газов различных видов двигателей
1. Характеристика отработанных газов ДВС………………………..
2. Характеристика отработанных газов дизельного двигателя……
3. Первичные и вторичные загрязнители воздуха. Их влияние на рост и развитие растений…………………………………………….
2. Влияние вредоносных выхлопов и газов  на растения
3. Растения – индикаторы  загрязненности окружающей среды
4. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды
5. Заключение
6. Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

     Начало второй половины ХХ века ознаменовалось интенсивным процессом автомобилизации общества. Но в развитии автомобильного транспорта выражены противоречия. С одной стороны, достигнув высокого уровня автомобилизации, человечество освободило себя от множества проблем, и привело к удовлетворению массы социальных потребностей человека, но с другой стороны, увеличение вредоносного масштаба воздействия на окружающую среду приводит к нарушению равновесия в природе, и всех процессов происходящих самостоятельно.  Достигшие гигантского масштаба уровня автомобилизации, лишь немногие государства задумались над верностью своих действий.

   Автомобильный транспорт – вид транспорта, осуществляющий перевозку грузов и пассажиров по безрельсовым путям. Что дает нам появление автомобильного транспорта? Да, люди стали намного быстрее добираться до нужного им пункта, произошло обобщение стран в единое целое, появилась, можно сказать, общая цепочка автомобильных дорог, позволяющая соединить многие страны, располагающиеся на едином континенте. Если же между странами океан – люди придумали товарные морские пути, баржи которых, перевозя зачастую нефть, оставляют после себя нефтяное пятно, от которого гибнет все, что под ним. Но ведь если посмотреть внимательней и глубже загрязнение окружающей среды автомобильными газами приносит ущерб для здоровья человека, все больше становится заболеваний и повышается смертность.

   В нашей стране  на долю загрязнителей атмосферного  воздуха приходится около 95%  объема вредных выбросов от  транспортного комплекса и примерно 42% суммарный выброс всех отраслей  отечественной экономики. при выбросе автомобильных газов, в первую очередь страдают растения, которые насажены вдоль дорог. Введем понятие фитотоксичность – способность химических веществ подавлять рост и развитие растений.

   Отработанные газы  двигателя внутреннего сгорания (ДВС) по характеру воздействия  делятся на [11]:

1. Нетоксичные – N₂, O₂, H₂,  H₂ O, CO_2,
2. Токсичные – CO_, Noх, Cх Hу
3. Альдегиды – RCHO (малотоксичные пахнущие углеводороды)
4. Сажу (С)
5. Канцерогенные ароматические углеводороды
6. Токсичные соединения свинца

Актуальность данной темы обусловлена возрастающим числом автомобильного транспорта и решением проблемы воздействия  выбросов на растения.

Целью данной работы является изучить газы, выбрасываемые при  работе автомобилей, и определить их влияние на рост и развитие зеленых  насаждений.

При решении данной цели были определены следующие задачи:

1. Изучение состава выхлопных газов дизельного двигателя и ДВС.
2. Указать воздействие данных выхлопных веществ на растения.
3. Описание первичных и вторичных загрязнителей.
4. Установить растения индикаторы, определяющие разные виды загрязнителей.
5. Роль растений в очистке воздуха от загрязнения.

В качестве теоретической  базы были использованы работы Аксенов И.Я., Артамонов В.И, Безуглая Э.Ю. , Голубев И.Я и других авторов.

  Данные труды позволили более полно и качественно отразить сущность проблемы фитотоксичности компонентов автомобильных выбросов

Глава 1. Состав газов различных видов двигателей

1. Характеристика отработанных газов ДВС

 

   Работа двигателей внутреннего сгорания устроена на применении жидких и газообразных видах топлива. Газообразны виды – это преимущественно природный и нефтяной газы, жидкие виды топлива – это продукты нефтехимии. Горючими элементами в составе топлива являются углерод, водород и сера. Самым опасным из этих компонентов является сера, так как при ее соединении с влагой, образуется серная кислота, разрушающая детали двигателя и наносящая огромный вред растениями. При идеальном сгорании топлива без примесей серы происходило бы следующее: С+О=СО_2;     2 Н ₂₊О₂=2 Н ₂О, при этом мы видим, что продуктами сгорания являются углекислый газ и вода, без токсичных компонентов, которые присутствуют при выделении выхлопных газов в настоящее время: сажа, угарный газ, различные группы альдегидов, соединения свинца и другие продукты распада топлива. Эти вещества образуются при работе ДВС так как, во-первых, это обусловлено особенностями работы двигателя, во-вторых в топливе уже содержится немалое количество различных видов примесей, в-третьих, наличие в камере сгорания пристеночных зон и «защемленных» объемов способствует образованию С_nН_n, и в-четвертых, образование оксидов азота возникает из-за высоких температур работы двигателя.

   Отработанные газы ДВС содержат около 200 компонентов. Период их существования в окружающей среде приблизительно 4-5 лет. Для дальнейшего анализа их воздействия на растения объединим их в группы.

   Первая группа – в нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водяной пар, углекислый газ и другие компоненты, не приносящие вред окружающей среде. Наиболее важным компонентом является углекислый газ, увеличение его процентного содержания в выхлопах многие сводят с проблемой возникновения явления «парниковый эффект», однако этот вопрос остается спорным.

   Отдельно ко второй группе отнесем угарный газ, или оксид углерода. Он является продуктом неполного сгорания нефтяных видов топлива. Не имеет цвета, и самое опасное запаха. Оксид углерода вызывает отравляющее действие у человека. В растительных клетках вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Это сводят к тому, что процесс поглощения растениями минеральных солей под влиянием угарного газа подавляется. В высоких концентрациях угарного газа так же подавляется активность дыхательного процесса и дыхания в целом. Кроме этого, оксид углерода вызывает быстрое исчезновение в растениях фосфорных эфиров сахаров, нарушает сопряженность окисления и фосфорилирования, приводит к замедлению роста, развития листьев, усиливает образование корней[2].

   К третьей группе можно отнести составляющие азота – оксид азота и диоксид азота. Первый, окисляясь кислородом воздуха, превращается в диоксид азота – газ бурого цвета с характерным запахом. Для растений оксиды азота менее ядовиты, чем угарный газ. Характерный признак, при сильном воздействии оксидами азота – происходит скручивание листьев вовнутрь и отмирание листовых пластинок. У овощных культур происходит задержка роста, снижение урожайности и потери товарного вида.

   Четвертую группу можно выделить соединения углеводородов – этан, метан, бензол, ацетилен и другие токсичные вещества. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе. Соединения углевода под действием ультрафиолета Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются фотооксиданты, являющиеся основой «смога».  Смог нарушает проходимость солнечных лучей, растениями ультрафиолет улавливается в малых количествах, что приводит к снижению эффективности процесса фотосинтеза.

   Пятую группу составляют альдегиды. Зачастую это формальдегид – газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворим в воде. Так же выделяют акролеин, уксусный альдегид.

   Шестую группу можно назвать группой твердых веществ – сажа и другие мелкодисперсные частицы, они состоят в основном из золы, сульфатов, нитратов, остатков свинца и астбеста. Сажа – частицы твердого углерода, образующиеся при неполном сгорании углеводородного топлива. Влияние попадания сажи на поверхность листа угнетающее. Происходи закупорка устьичного аппарата. В результате чего растение страдает из-за снижения фотосинтеза, снижения дыхательных процессов и транспирации, что конечно находит отражение на внешнем состоянии растения. Увядают листья, растение «чахнет», и если ему не оказать помощь – оно погибает. Так же сажа является канцерогеном, при накоплении ее в листьях растений, может происходить дальнейшее бесконтрольное деление клеток, что приведет к образованию опухоли.

   Следующая седьмая группа, образует соединения серы – неорганические газы, такие как сернистый газ, сероводород и сероуглерод. Оксид серы является очень токсичным для растений, интенсивность поглощения данного вещества мы можем определить по состоянию листовой пластинки. При большом поглощении появляются пожелтение листьев, возникновение ожогов, сморщивание листовой пластинки, и конечным результатом становится ее отмирание и опадение.  Концентрация сернистого газа 1.10^-4% уже приводит к преждевременному опадению хвои сосны[2]. Если же она увеличивается, то хвоя может погибнуть за несколько часов. Молодые листья сильнее поглощают сернистый газ и более страдают от него, чем старые. Пожелтение листьев при воздействии сернистого газа вызвано в первую очередь тем, что при растворении в воде образуется сернистая кислота, которая при проникновении в хлоропласт, взаимодействует с пигментом хлорофиллом, вызывая его превращение в феофитин. Уменьшение содержания хлорофилла под влиянием сернистого газа сопровождается падением уровня ксантофиллов. Уменьшение хлорофилла и увеличение ксантофиллов приводят к ослаблению процесса фотосинтеза в растительном организме.

   Восьмая группа – это компоненты свинца и его соединения. При выбросе этого вещества с выхлопными газами, он оседает на участках придорожья. При накоплении свинца в почвах при больших количествах у растений подавляют рост растения, происходит отмирания главного корня, деформируются боковые корни. Эти показатели могут говорить о том, что происходит обще угнетение растительного организма в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристика отработанных газов дизельного двигателя

Загрязнения окружающей среды  при работе двигателей внутреннего  сгорания, связанны с загрязнением воздуха и обусловлены выбросами  в окружающую среду окислов азота, углерода, серы, альдегидов и углеводородов, а также взвешенных частиц – аэрозолей. Все шире находят применение в автомобилестроении дизельные двигатели. Их преимущества: более высокий КПД (до 35%), возможность работать на более дешевом топливе, однако из-за содержащихся в отработанных газах сажи, сложных циклических и ароматических углеводородов, относящихся к канцерогенными веществами, дизельные двигатели более токсичны.

   Для сравнения  приведем таблицу, которая показывает  разницу между составами автомобильных  выхлопных газов ДВС и дизельного топлива [12].

Таблица 1. Сравнение выхлопных газов разных видов двигателей

	Бензиновые двигатели (ДВС)	Дизели
N2, об.%	74—77	76—78
O2, об.%	0,3—8,0	2,0—18,0
H 2O (пары), об.%	3,0—5,5	0,5—4,0
CO2, об.%	0,0—16,0	1,0—10,0
CO*, об.%	0,1—5,0	0,01—0,5
Оксиды азота*, об.%	0,0—0,8	0,0002—0,5
Углеводороды*, об.%	0,2—3,0	0,09—0,5
Альдегиды*, об.%	0,0—0,2	0,001—0,009
Сажа**, г/м3	0,0—0,04	0,01—1,10
Бензпирен-3,4**, г/м3	10—20·10-6	10×10-6

*- токсичные компоненты

** - канцерогены

   При работе ДВС больше всего в выхлопных газах обнаружено содержание паров воды, углекислого газа, угарного газа, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, бензпирен. Больше всего происходит выброс в окружающую среду токсичных компонентов. По сравнению с ДВС дизельный двигатель при активной работе, в больших количествах выбрасывает азот, оксид кислорода, и сажу. Самыми опасными из выбросов дизельного топлива являются выбросы сажи, так она обладает канцерогенными свойствами.

   Для растений большую  опасность приносит большое содержание  в воздухе токсичных элементов,  вырабатываемыми при активной продолжительной работе ДВС, при такой же продолжительности работы дизельного двигателя выбросы токсичных элементов уменьшаются, зато увеличивается содержание в выбросах сажи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Первичные и вторичные загрязнители воздуха. Их влияние на рост и развитие растений.

 

   В зависимости от источника и механизма образования различают первичные и вторичные загрязнители воздуха. Первичные загрязнители воздуха представляют собой химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из стационарных или подвижных источников. Вторичные загрязнители воздуха образуются в результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения.