Фитотоксичность компонентов автомобильных выбросов

   К первичным загрязнителям атмосферы относятся оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, ароматические углеводороды, следы металлов, постоянные газы (диоксид углерода, фторхлорметаны и др.), пестициды, абразивные твердые частицы.  Ежегодно в атмосферу поступает около 5-107 т оксидов азота, из них 53% из антропогенных источников. В конечном итоге оксиды азота превращаются в атмосфере в нитраты. В атмосферу от работы двигателя автомобиля поступает 2-7 % от общего числа поступающего оксида серы.  Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога.

   К вторичным загрязнителям,  образующимися в результате взаимодействия  первичных веществ и компонентами  атмосферы. Самым распространенным  видом вторичного загрязнителя, встречающегося в крупных городах,  и в нашем городе Перми, является  смог. Образуется путем взаимодействия  оксидов азота и углеводородов  из выхлопных газов автомобилей, взаимодействуя друг с другом, под влиянием солнечного света, образуется фотохимический смог. Особенно ярко мы его наблюдаем, когда в нашем городе стоит знойная жара, практически нет ветра, очень сухо и ясно. Главным продуктом такой фотохимической реакции является продукт озон, поражающий функции деревьев и растений.

   Еще одним из  видов вторичного загрязнения  атмосферы, при активном участии  автомобильного транспорта, являются  кислотные дожди, или кислотные  осадки. При больших выбросах  диоксида  серы и оксида азота  происходит их взаимодействие, из  них образуются  загрязнители, такие, как диоксид азота, пары азотной кислоты и капельки, содержащие растворы серной кислоты, сульфатных и нитратных солей. Эти химические вещества попадают на земную поверхность в виде кислотных дождей или снега, а также в виде газов, тумана, росы или твердых частиц. Эти газы могут непосредственно поглощаться листьями. Так же они вызывают следующие проблемы в растительном мире: ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произрастающих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питательных веществ, повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и дойных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде, замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, морковь, капуста-брокколи и хлопок.

   Некоторые газообразные загрязнители, такие, как диоксид серы, оксиды азота, озон и нитраты, наносят прямой ущерб листьям культурных растений и деревьев, когда попадают в их поры. Длительное воздействие на листья и хвою загрязнителей воздуха может также разрушить восковую оболочку, которая помогает предотвратить избыточные потери воды и снизить ущерб от болезней, бактерий, засух и морозов. Постоянное воздействие -загрязнителей воздуха препятствует фотосинтезу и росту растений, поглощению питательных веществ и приводит к тому, что листья и хвоя желтеют и опадают. Хвойные деревья, особенно на больших высотах, очень чувствительны к воздействию загрязнителей воздуха вследствие большой продолжительности жизни и круглогодичному воздействию загрязненного воздуха на их иглы.

 Помимо непосредственного  повреждения листьев и хвои  кислотные осадки могут вымывать из почв жизненно важные питательные вещества, такие, как кальций, магний и натрий, и убивать важные почвенные микроорганизмы. Они также служат причиной попадания в почвенные воды ионов алюминия, поражающих тонкие корневые волоски, препятствуя тем самым всасыванию воды и питательных веществ из почвы и делая деревья более чувствительными к засухе, морозу, насекомым, грибам, мхам и болезням . Этот косвенный ущерб, ослабляющий деревья, считается намного более опасным по сравнению с прямым ущербом от загрязнения воздуха. Длительное воздействие высоких концентраций разнообразных загрязняющих веществ, способно уничтожить все деревья и растительность на некоторой территории.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Влияние вредоносных выхлопов и газов  на растения

 

   Человек сильно  влияет на окружающую среду.  С развитием его активной трудовой  деятельности влияние усиливалось  и усиливается с каждым днем. Эпоха научно-технической революции  дала нам многое, но и забирает  большее из природы. 

   По А.П. Шенникову [6,300с.] человек оказывает воздействие на растительность двумя видами – прямое влияние – сбор растений, вытаптывание, скашивание, и косвенное влияние – изменение состояния среды обитания для растения. В нашей работе нас больше всего интересуют косвенные влияния.

    Косвенные влияния  состоят из изменения среды  обитания при вырубке лесов,  осушении болот, удобрении лугов,  при организации водохранилищ  и так далее. [6,304 с]. но в настоящее время главным фактором, оказывающим вредоносное влияние на рост и развитие растения, является загрязнение окружающей среды. При загрязнении атмосферы остатками работы ДВС, вредные вещества губительно действуют на растения. Они накапливаются на клеточных оболочках, нарушают структуру и функциональную активность клеточных стенок, в результате чего защитная оболочка становится тоньше, и токсиканты могут свободно приникать в клетку, отравляя ее и нарушая все процессы жизнедеятельности растения. Пройдясь по улице нашего города, мы легко можем обнаружить результаты воздействия вредных веществ на растениях: некроз края листа, побурение листьев, особенно хвои, скручивание листьев. Уже известный нам сернистый ангидрид (SO₂), вырабатываемый при активной работе ДВС, попав в атмосферу, прежде всего у растения вызывает поражения хлорофилла, нарушение в развитии пыльцевых зерен, нарушает функции проводящей системы растения, что зачастую приводит к его гибели, или в лучшем случае, к ослаблению и увяданию.

   Так же вырабатываемые  ДВС продукты металлов, особенно свинца, приводят так же к печальным последствиям. При выхлопах, свинец оседает на поверхности листьев, значительная часть проходит и задерживается в тканях растения. Особенно сильно при этом страдают чувствительные хвойные растения. Как описывалось выше, при работе  ДВС образуются так же пылевые элементы, которые оседают на растениях. Ведь именно зеленые насаждения играют роль фильтров, задерживающих пыль. При попадании пыли в устьица растения, происходит их закупорка, что является главной причиной снижения фотосинтеза и водообмена растения.

Для более яркого представления  о том как город пагубно влияет на рост и развитие древесных растений, воспользуемся таблицей [6, 312 с.]

Таблица 2. Влияние городской  среды обитания на продолжительность  жизни древесных растений

Вид растения	Лес	Парк	Улица
Липа мелколиственная	300-400	125-150	50-80
Ясень обыкновенный	250-300	60-80	40-50
Вяз	350-400	100-120	40-50

 

   Как мы видим  по приведенной таблице, городская  среда обитания резко снижает  жизнеспособность древесных растений. Это конечно, в первую очередь,  обусловлено загрязнением воздуха  выхлопными газами автомобилей,  ведь множество крупных магистральных дорог располагается в нашей стране через леса, отравление растений происходит выхлопами  газов при работе крупных промышленных предприятий, накоплением вредных веществ тяжелых металлов в почве.

  

3. Растения – индикаторы  загрязненности окружающей среды

 

   Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в загрязненных районах.

 Выделяют четыре основные  экологические группы лишайников: эпифитные — растущие на коре  деревьев и кустарников; зпиксильные — растущие на обнаженной древесине; эпигейные — на почве; эпилитные — на камнях. Из них наиболее чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких уровнях загрязнения атмосферы этими веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.

 Оценку чистоты воздуха  можно проводить с помощью  высших растений. Например, голосеменные  — отличные индикаторы чистоты  атмосферы. Возможно также изучение  мутаций в волосках тычиночных  нитей традесканции. Например при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, окраска ее тычиночных нитей меняется от синей к розовой. По следствия нарушений в индивидуальном развитии растений могут быть выявлены также по частоте встречаемости морфологических отклонений, величине показателей отклонения от совершенной билатеральной и радиальной симметрии, методом анализа сложноорганизованных комплексных структур. Уровни любых отклонений от нормы оказываются минимальными лишь при оптимальных условиях и возрастают при любых стрессирующих воз действиях.

   Очень страдают от повышенного содержания газов хвойные породы – ель обыкновенная, пихта и сосна. Из лиственных деревьев – липа мелколистная, ясень обыкновенный, клен остролистный, береза.  При содержании сернистого газа 260 мг/м ³ воздуха, хвойные растения гибнут за несколько часов, при 5,2-26,9 мг/м ³  происходит острое повреждение хвойных и лиственных пород, даже при содержании 1,82-5,2 мг/м ³ заметно снижается их прирост. Хвойные породы повреждаются сильнее, чем лиственные, а из лиственных наиболее чувствительны к газам и пыли дуб черешчатый и береза бородавчатая. [5,38 с. ] Так же в качестве показателей загрязненности воздухом компонентом SO₂ , кроме хвойных пород можно использовать некоторые лиственные породы, например мятлик, очень чувствителен к содержанию данного элемента.

Лучше всего к условиям жизни в городе приспособлены  сорные растения, или растения, которые  могут произрастать в разных часто  сменяющихся или экстремальных  условиях среды. К сорным растениям  относятся чистотел, белена черная лопух большой, крапива двудомная. Если рассматривать в них то что их объединяет – это содержание различных ядовитых веществ.  Так же повышенную устойчивость к газам и дыму имеют деревья с кожистыми листами, меньшей мякоти листа, меньшим объемом воздушных полостей., ослабленным фотосинтезом и дыханием. Так же относительно устойчивы – тополь канадский, ива, клен серебристый, груша, сирень, розы.

   Индикатором на  содержание озона в атмосфере  города является растение табака, на содержание высокого содержания  металлов – кресс-салат и полевица.

4. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды

 

Влияние городской среды  сказывается на самых разных сторонах жизнедеятельности растений. Зеленые насаждения служат надежной защитой от атмосферных загрязнений. В воздухе городского района, отделенного от заводов зеленой полосой, на 14% меньше сернистого газа, чем в воздухе до этой полосы, окиси углерода – на 37%, фенола – на 36% [5,163 с.].      Фотосинтетический аппарат, имеющий огромную поверхность контакта со средой, в первую очередь и в наибольшей степени подвергается неблагоприятным воздействиям городских условий. Воспользуемся исследованиями, проведенными в Кемеровском государственном университете кафедры ботаники. [13] Проводилось исследование экологического профиля города (лес - загородный парк - парк жилого района - парк промышленного района - уличные посадки - территория промышленного предприятия), определили, как происходит изменение состояния фотосинтетического аппарата растения по мере напряжения воздействия городской сферы. Результаты исследования таковы: произошли изменения в строении фотосинтетического аппарата происходят на всех уровнях его организации (крона, лист, ткани, клетка, хлоропласт). В городских условиях изменяется структура, форма и размеры кроны. Увеличивается её прозрачность из-за меньшего количества листьев и уменьшения листовых пластинок (у всех пород в городе площадь листа уменьшается в 1,5 -2 раза). Листовая пластинка утолщается в результате утолщения мезофилла с сохранением числа слоев клеток. Возрастает число устьиц, увеличивается площадь жилок на единицу площади листа, уменьшаются размеры хлоропластов, т.е. с нарастанием городских влияний отмечается общая для всех видов тенденция к редукции ассимилирующих структур и снижению фотосинтетической мощности листа.

     Нас с детства учили, что зелёные насаждения – это санитары города. Они способны сыграть значительную роль в оздоровлении городской среды и результате метабилизации и инактивации многих химических соединений.

Для примера и более  яркого показателя роли растений в городской среде представим ниже приведенные таблицы.

Таблица 2. Газопоглотительная способность растений (в г. на 5-кг сырой зеленой массы)

Растения	S02	NO2	NH3
Тополь бальзамический	30	23	13
Береза бородавчата	25	25	5
Липа мелколистная	28	20	3
Клён ясенелистный	13	8	2
Газонные травы	105	65	60
Кустарники	75	60	50

 

 Как  мы видим  в приведенной таблице наибольший  объем поглощения соединения S0₂ осуществляют газонные травы и кустарники. Наибольший объем оксида азота поглощают так же газоны и кустарники города,  самый большой объем аммиака поглощают так же газоны и кустарники. Таким образом,  мы видим наглядно, что целесообразно возводить газоны на лужайках, чем сажать на них деревья, ведь газоны в больших объемах поглощают вредные вещества из выхлопных газов автомобилей.

 

Таблица 3. Газопоглотительная способность тополя сибирского (по Ю. Кулагину) [13]

Вид загрязнения	За 1 сутки	За вегетационный период
SO2	20 мг	130-180 г
Ch	23 мг	150-250 г
NO2	12 мг	80-120 г
NH3	8 мг	50-80 г
Фенол	0,3 мг	2-3 г
Пыль	7-8 г	50 кг