ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ атмосферного воздуха

Министерство образования и науки РФ

Марийский Государственный Университет

Кафедра экологии

Курсовая работа на тему:

«Загрязняющие вещества атмосферного воздуха и их влияние на морфофизиологические показатели растений»

Выполнил: студент гр. БЭ-61

Горланова С.

Научный руководитель: к.б.н.,

доцент Скочилова Е.А.

Йошкар-Ола

2007

Содержание

Введени

Обзор литературы

Состав атмосферного воздуха

Загрязняющие вещества атмосферного воздуха.

Химическое загрязнение

Биологическое загрязнение

Механическое загрязнение

Физическое загрязнение

Характеристика приоритетных загрязнителей воздуха

Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений

Физиологическая роль серы

Заключение

Список литературы

Введение

 

Атмосферный воздух такого состава, к которому мы привыкли, сформировался еще 200 миллионов лет назад. На протяжении многих веков он оставался неизменным. Именно при таких соотношениях воздуха возможна жизнь на Земле, как человека, так и аэробного микроорганизма.

Несмотря на то, что на состав атмосферного воздуха влияют естественные причины, происходящие на планете (извержения вулканов, лесные пожары, выветривание, эрозия почвы и др.). Они не приносят большого ущерба. Такое воздействие, которое оказывает человек, особенно в последние десятилетия, несравнимо ни с чем.

Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению.

Динамическое загрязнение атмосферы происходит, главным образом, в ее нижних слоях Загрязняющие вещества, попав в атмосферу, под воздействием излучения, присутствия свободных радикалов, озона, молекул воды претерпевают изменения, различные химические превращения вплоть до образования весьма опасных соединений. Степень загрязнения атмосферного воздуха зависит от числа источников загрязнения атмосферы и массы выбрасывающих загрязняющих веществ (Современное состояние, 2006).

И если раньше растения справлялись с определенной массой загрязняющих веществ (в процессе фотосинтеза, накапливания углерода и других вредных элементов), то сейчас разница между загрязнением и очисткой несопоставимо выше.

Растения не обладают сформировавшейся в ходе эволюции, системой адаптации к вредным газам. Газы и взвеси достаточно легко проникают в ткани, органы растений через устьица, приобретая возможность влиять на обмен веществ клеток, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных мембран и клеточных стенок. Пыль, оседая на поверхности растения, закупоривает устьица, что ведет к ухудшению газообмена, нарушению водного режима, а также затрудняет поглощение света (Полевой, 1989).

Для уменьшения вредного воздействия загрязняющих веществ в городах выводят зеленые насаждения. Они выполняют важнейшие средообразующие и средозащитные функции, связанные с выделением кислорода и фитонцидов, ионизацией воздуха, осаждением пыли, формированием своеобразного микроклимата и т.д.

1. Обзор литературы

 

1.1 Состав атмосферного воздуха

 

Атмосфера – мощная газовая оболочка Земли, характеризирующаяся резко выраженной неоднородностью строения и состава (табл. 1). Масса атмосферы составляет 5*10¹⁵т.

По особенностям строения атмосферу делят на 4 сферы: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу. Мощность тропосферы 8-10км в полярных областях и 16-18км у экватора. Это самая плотная часть атмосферы и она непосредственно граничит с поверхностью океана и суши. Температура здесь понижается с высотой (до 6°С на каждый километр). Стратосфера распределена на две зоны: нижнюю, достигающую высоты 25 км, и верхнюю, которая простирается до высоты 50 км. В стратосфере, на высоте 25км расположен озоновый слой. Выше стратосферы располагается мезосфера, достигающая 80км от уровня моря и характеризующаяся мощностью 25км. В мезосфере происходит понижение температуры с высотой. Далее идет термосфера (ионосфера). Верхней оболочкой атмосферы является экзосфера, область диспозиции атмосферных газов (преодоление атомами и ионами поля Земли), в результате которой Земля теряет то или иное количество атмосферных газов.

Атмосфера нашей планеты состоит в основном из азота и кислорода. Кроме того, в состав атмосферы входят углекислый газ, озон, аргон, водород, гелий и некоторые другие газы, а также водяной пар, содержание которого в среднем составляет 2,4 г/см³.

Газовая среда, содержащая необходимые компоненты воздуха, является одним из важнейших экологических факторов. Кислород необходим всем живым организмам для дыхания, а другой компонент воздуха - углекислый газ – обеспечивает воздушное питание зеленых растений – фотосинтез (Акимова, Хаскин, 2001).

Временное изменение содержания кислорода на 2-3% не оказывает заметного физиологического действия, но в почве и глубоких нарах животных его содержание может опускаться значительно ниже.

 

Таблица 1 - Состав земной атмосферы

Составляющая	Объемное соотношение, %	Массовое содержание, %
Азот Аргон Гелий Оксид азота (I) Кислород Криптон Метан Неон Углекислый газ	78,1 0,93 5,24*10-4 5,0*10-5 20,95 1,14*10-4 1,4*10-4 1,8*10-3 0,032	75,53 1,28 7,24*10-5 7,6*10-5 23,14 3,3*10-4 7,75*10-5 1,25*10-3 0,046

 

Атмосферный воздух в последние десятилетия интенсивно загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания. Таким образом, под загрязнением атмосферы понимается привнесение в атмосферу веществ в виде газа, пара или пыли в степени, оказывающей вредное воздействие на организмы, неживую природу или технические устройства. Это одно из наиболее опасных последствий НТР и использования человеком ископаемого топлива.

Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести и дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению (Воскресенская с соавт., 2004).

Загрязнения любого масштаба по многочисленным цепям природных связей переходит из одной среды в другую. На этом пути первым оказываются автотрофные организмы – растения. Газы, пыль, содержащие различные компоненты, легко проникают в ткани растения через устьица и могут непосредственно влиять на обмен веществ в клетках, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных стенок и мембран.

Пыль, оседая на поверхности листьев, затрудняет поглощение света, нарушает водный обмен. Под действием загрязняющих веществ происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, изменению формы роста и т.д. (Воскресенская с соавт., 2005).

1.2. Загрязняющие вещества атмосферного воздуха.

 

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха населенных мест используют ПДК – предельно допустимых концентраций и ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни воздействия. Всего в России разработано более 600 ПДК и 1300 ОБУВ (табл. 2).

Загрязнение среды и организмов – реально осуществляющийся процесс изменения их химических констант, в результате которого количественное значение и качественные характеристики последних выходят за пределы периодических и апериодических отклонений, происходит нарушение естественного массоэнергообмена.   

Загрязнение можно разделить на 4 категории: химические, биологические, физические и механические.

Источниками антропогенного загрязнения атмосферного воздуха являются все виды хозяйственной или иной деятельности человечества (Хвастунов, 1999).

Таблица 2

ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ атмосферного воздуха

ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ атмосферного воздуха	Класс опасности	ПДК, мг/м3		ОБУВ, мг/м3
		max разовая	Среднесуточная
Бенз(а)пирен Диоксины Кадмия оксид Озон Ртуть и ее соединения Свинец и его соединения Азота диоксид Бензол Железа трихлорид Кобальт Марганец и ее соединения Меди оксид Формальдегид Хлор Ацетальдегид Взвеш. Вещества Магния диоксид Олова диоксид Цинка диоксид Аммиак Скипидар Углерода оксид Циклогексан Магния дихлорид Этанол Целлюлоза Фосфор Метан Сурьма Пыль абразивная Нитропарафин	1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ	0,16   0,001 0,085 0,3     0,01     0,1 0,01 0,5 0,4     0,2 2,0 5,0 1,4	0,1 0,5 0,0003 0,03 0,0003 0,0003 0,04 0,1 0,04 0,0004 0,001 0,002 0,03 0,03   0,15 0,05 0,02 0,05 0,04 1,0 3,0	0,1 1,5 0,03 0,0005 50,0 0,01 0,04 0,25

 

К числу крупнейших источников загрязнения атмосферного воздуха всегда относился автотранспорт. За последние годы наблюдается увеличение интенсивности автомобильного движения практически на всех автодорогах. Кроме того, увеличилось количество личного автотранспорта, как легкового, так и грузового (Данилов-Данильян, 1996; Государственный доклад, 1998).

Выбросы автотранспорта содержат около 200-400 химических соединений, обладающих токсическим действием.

Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми автотранспортом, считаются оксиды углерода, азота, серы, углеводорода, сажа и аэрозоль соединений свинца (хлорбромиды и оксид свинца). Кроме того, в выбросах автотранспорта содержаться также немалые количества альдегидов (акромина и формальдегида), являющихся весьма токсичными веществами, а также канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, основным представителем которых является 3,4 – бенз(а)пирен.

Наибольшее количество загрязняющих веществ автотранспорт выбрасывает при кратковременных остановках на перекрестках.

Эксплуатация автотранспортных средств сопровождается выбросами пыли от дорожного покрытия. Особенно велико оно на автомобильных дорогах с гравийным и щебеночным покрытием и на грунтовых дорогах. В 1997 году выбросы пыли на дорогах составили 2,5 млн.т, при этом в окружающую среду поступали свинец, кадмий и другие тяжелые металлы, а также хлориды (Государственный доклад, 1998).

Тепловые электростанции (ТЭС), потребляя около 40% добываемого в мире топлива, выбрасывают в атмосферу около 25% общего количества вредных веществ.

Компоненты дымовых выбросов в зависимости от влияния на них технологии сжигания топлива можно разделить на две группы (Дончева с соавт., 1992):

- загрязняющие вещества, количество которых в продуктах сгорания может быть с достаточной точностью рассчитано по составу топлива (диоксид серы, количество и состав золы, соединений ванадия);

- количество других вредных примесей зависит от состава топлива и технологий его сжигания.

Сюда относятся оксиды азота, углерода, сероводород, летучая зола.

1.2.1 Химическое загрязнение

Химические загрязнители растений – химические элементы, соединения и комплексы, изменяющие качественный и (или) количественный химический состав растительного организма. Основными загрязнителями, характеризующимися фитопогенным эффектом, являются химические элементы и их соединения, оказывающиеся причиной дисхемии. Их происхождение может быть:

1. Космогенного происхождения – никель, оксид марганца, индолы (в составе метеоритов), изотопы свинца, молибдена и т.д. Ежесуточное выпадение метеоритного вещества – 14-170 г. (Лебединец, 1981).

2. Техногенного происхождения компоненты флюидов, передвижение которых – звено тектоно-метаморфичского процесса (Fife, 1978), связанного с поступлением магматического материала из верхней мантии в количестве до 12 км³ в год. В состав флюидов входят олово, бериллий, молибден, тантал, уран, торий, вольфрам, цирконий, литий, рубидий, цезий, фтор, цезий и ртуть, а также молекулярный азот, кобальт и метан. С начала возникновения земной коры в геохимический цикл вовлекаются сера и углекислый газ. Важную роль играет так называемое ртутное дыхание Земли (Кропоткин, 1980).

3. Биогенного происхождения – соединения, выделяемые бактериями, грибами и беспозвоночными (Билай, 1961, Билай и Пидопличко, 1980); аллелопатически активные соединения высших растений (Гродзинский, 1965; Иванов, 1973;); выделения кожных желез позвоночных; соединения, образующиеся при разложении отмерших организмов; соединения, не утилизируемые и выделяемые организмом; соединения, возникающие в процессе пиролиза организмов при пожарах (например, полициклические ароматические углеводы, образующиеся при пиролизе древесины (Дикун с соавт., 1979); изотопы свинца, цинка, меди, ртути и марганца. (Ковалевский, 1981); H₂S, CS₂ и SO₂ (Николаевский с соавт., 1976; Кунина с соавт., 1979).

Установлено (Немерюк, 1970), что растения, в первую очередь высшие, способны выделять значительное количество элементов и способствовать тем самым возникновению аэробиохимических ореолов рассеяния. Количество идентифицированных соединений, выделенных из организмов, превысило 20 тыс. Высказано убеждение (Ковалев, Полевая, 1981), что исторические изменения химических соединений (химическая эволюция) вызывают эволюцию организмов, которая, в свою очередь, приводит к появлению соединений с новыми свойствами, воздействующих на организмы и вновь приводящих к их изменению.

4. Антропогенного происхождения – соединения, содержащиеся в выбросах и отходах производства, в выбросах двигателей и тепловых станций, образующиеся при передаче энергии, используемые во всех отраслях хозяйства, в здравоохранении и в быту, оказывающиеся в продуктах жизнедеятельности человека и в бытовых отходах. Именно эти соединения и входят в состав так называемого мирового потока ксенобиотиков (Ковалев, Маленков, 1980).

Миграционная активность – одна их характеристик загрязнителей, определяющих своеобразие их территориального распространения. Поллюционная картография – позволяет создать представление не только о географическом, но и о сезонном количественном и качественном распространении ксенобиотиков. Например: на территории Северного полушария производиться выброс в атмосферу до *0% загрязнителей и более от их общего количества, образующегося в связи с деятельностью человека на Земле: количество свинца и ртути в урбанизованных районах Европы в 5 раз больше, чем на Кавказе; в 3-5 раз больше по сравнению с азиатской территорией европейская территория загрязнена и бенз(а)пиреном (Ровинский с соавт., 1981).

1.2.2 Биологическое загрязнение

К ним относят чужеродные организмы (вирусы, бактерии, грибы, гельминты), не обладающие фитопатогенной активностью и оказывающие повреждающее воздействие на растения лишь как поверхностные загрязнители, и экзогенные информационные макромолекулы, способные нарушить онтогенетические процессы у растений и вызвать у них изменения генетической конституции.

Действенные источники микробиологического загрязнения природной среды - лечебные учреждения, животноводческие, звероводческие и птицеводческие предприятия, предприятия микробиологической промышленности (например, предназначенные для изготовления фирменных препаратов (Немыря, Влодавец, 1979).

1.2.3 Механическое загрязнение

Частицы почвы, золы, сажи и цемента, песок, пыль являются обычными естественными загрязнителями растений. Вызываемое ими загрязнение – нередко следствие пыльных бурь, вихрей, эрозии и дефляции почв, разрушения горных пород, селей, лесных пожаров и т.д. Дым с частицами золы от крупных лесных пожаров поднимается на высоту до 7000 м. и разносится потоками воздуха на сотни километров (Арцыбашев, 1973). В увеличении в атмосфере количества механических частиц, загрязняющих поверхность органов растений и, в связи с этим, нарушающих процессы функционирования, значительную роль играют выбросы теплоэлектростанций, цементных, асбестовых и металлургических заводов и т.д. Лишь замена твердого топлива на природный газ позволит уменьшить значение котельных в механическом загрязнении атмосферного воздуха (Сегединов, 1976).

1.2.4 Физическое загрязнение

К нему относятся необычная температура, неионизирующие и ионизирующие излучения, звук и ультразвук, вибрация, сила тяжести, давление и т.д. Растения каждого вида, как правило, исторически адаптированы к определенному режиму температурных изменений , в связи, с чем отклонения последних приводят патогенным последствиям. Наиболее значительный фитопатогенный эффект наблюдается при чрезмерном похолодании, потеплении или же при термических ожогах, например связанных с пожарами. В большинстве случаев нарушения температурного режима связаны с деятельностью производственных предприятий (Израэль с соавт., 21981).

Значительную роль приобретают электрический ток и электро-магнитные поля, оказывающие разностороннее воздействие на ростовые процессы и их ритмику (Тестемицану с соавт., 1980).

В целом физические загрязнители весьма разнообразны, причем активность и последствия их влияния на растительные организмы и их сообщества увеличиваются в результате человеческой деятельности.

1.2.5 Характеристика приоритетных загрязнителей воздуха

Программой мониторинговых наблюдений за составлением атмосферы на стационарных постах предусматривается измерение концентраций пыли, оксидов серы, азота, углерода, азота, диоксидов углерода, азота, озона, сажи, углеводородов, ртути, свинца, кадмия., а также специфических веществ (Перечни ПДК и ОБУВ, 1993; Доклад о свинцовом…, 1997).

Зола – твердая фракция выбросов, является одним из основных загрязняющих веществ выбросов угольных ТЭС. Она имеет частицы диаметром от 2 до 100 мкм (50% частиц – менее 30 мкм).

Фазово-минералогический анализ золы различных видов топлива показывает, что ее основная фаза - стекло, а кристаллическая представлена различными количествами кварца, гематита, магнезита, силиката кальция. Химический состав летучей золы определяет ее нейтральную или щелочную реакцию. Установлено, что в зависимости от высоты труб в среднем 30-60% выбрасываемой золы выпадает в зоне 12-15 км. Остальная ее часть рассеивается на больших расстояниях, плотность резко падает.

Пыль – обобщенное название аэрозолей твердых веществ (древесная, абразивная, цементная и др.). Вредное воздействие пыли на организм человека зависит от ее дисперсности формы частиц и их электрического заряда.

Оксид углерода (Со), угарный газ, - бесцветный газ без вкуса и запаха. Время жизни в атмосфере 2-4 месяца. Окисляется в атмосфере и почвенной микрофлорой до Со₂. недавно появились доказательства, что Со выделяется растениями в самый ранний период их роста, а затем – поглощается ими. Таким образом, наконец удалось объяснить сезонные колебания Со в атмосфере. Считается, что более 80% глобальных выбросов Со связано с автотранспортом. На высшие растения в возможных концентрациях не действует. Для человека является ядом, который лишает ткани тела необходимого им кислорода.

Оксиды серы. В атмосфере присутствуют сернистый ангидрид SO₂ (оксид серы (IV)), серный ангидрид SO₃ (оксид серы (VI)). SO₂ – негорючий тяжелый (плотность 2,93 кг/м³) бесцветный газ с характерным резким запахом, который ощущается при концентрациях от 0,78 до 2,6 мг/м³. в результате фотохимических и каталитических процессов сернистый ангидрид превращается в серный ангидрид SO₃, который во влажном воздухе превращается в серную кислоту и ее соли. Время жизни SO₂ в атмосферном воздухе около 10 часов.

Пороговая концентрация SO₂, принимаемая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м³.

Оксиды азота. Наиболее распространенными загрязнителями воздуха являются оксид азота NO(II) и диоксид азота NO₂ (IV).

Оксид азота NO – бесцветный тяжелый газ, кислородом воздуха окисляется до диоксида азота. Диоксид азота NO₂ – газ коричнево - бурого цвета (плотность 1,49 кг/м³), который, реагируя с влагой воздуха, превращается в азотную и азотистую кислоты. Время жизни NO₂ в атмосфере около 3 суток. NO₂ обуславливает фотохимическое загрязнение атмосферы, поскольку реагирует с другими веществами: с диоксидом серы SO₂, кислородом, углеводородами.

Диоксид азота в пять раз токсичнее оксида азота.

В атмосфере оксид и диоксид азота находятся в динамическом равновесии, превращаясь друг в друга в результате фотохимических реакций, в которых участвуют в качестве катализатора.

Их соотношение в воздухе зависит от интенсивности солнечного излучения, концентрации окислителей и др. факторов.

Пороговая концентрация NO₂, принимая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м³.

Озон ( O₃) – бесцветный газ, образуется в результате работы электрических машин с искрящимися контактами, разрядов атмосферного электричества и вторичного загрязнения атмосферы под действием солнечной радиации с участием диоксида азота.

Озон токсичен для растений. Пороговое воздействие начинается при концентрации озона 0,06 мг/м³.

Бенз(а)пирен – относится к классу полициклических ароматических углеводородов. Кристаллы с температурой плавления +173єС, плохо растворимые в воде.

Сажа – практически чистый углерод, образующийся при неполном сгорании топлива, усиливает действие диоксида серы.

Сероводород ( H₂ S) – бесцветный тяжелый (плотность 1,54 кг/м³) ядовитый газ с резким запахом тухлых яиц. Активный восстановитель. Образуется в производстве сульфатной целлюлозы, а также при бактериальном гниении высокобелковых продуктов растительного и животного происхождения. Встречается в канализационных колодцах!

Свинец – поступает в атмосферу в основном в виде хлорбромидов и оксида свинца (II) с выхлопными газами автомобилей, присутствует в выбросах свинцовых заводов и др.

Ртуть – обладает повышенной возможностью распределения и биопереноса в окружающей среде.

1.3 Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений

 

Хотя сохранение растительного покрова Земли без серьезных нарушений – безусловная необходимость, его состояние в настоящее время ухудшается (Проблемы фитогигиены…, 1981).

Основные причины этого – разнообразия и разнонаправленность патологических явлений, возникающих у растений и их сообществ.

Возникновение тех или иных патологических явлений не у одного или немногих растений одного вида, а у большего числа или же у всех растений – представителей одной популяции придает возникающим патологическим явлениям популяционное значение. Возникновение патологических явлений у многих или у большинства растений одного вида во всех или в большинстве популяций последнего придает им видовые значения, так как они способны изменить характеристики признаков, входящих в кодекс признаков вида.

Наиболее опасны для растительного мира патологические явления, нарушающие:

1. Строение и функционирование пигментов, пластид, отдельных звеньев фотосинтеза и фотосинтетического аппарата в целом.

2. Строение и функционирование аппарата газообмена и механизма его регуляции, торможение клеточного дыхания (Рудкова, 1981), уменьшение количества устьичных аппаратов (Сидорович, Гетко, 1979) и ослабление газообмена у растений на больших территориях (Назаров с соавт., 1977).

3. Строение и функционирование аппарата водного обмена и механизма его регуляции [увеличение количества прочно удерживаемой воды под влиянием магния (Шкляев, 1981), ослабление водного гомеостаза при заморозках и под влиянием загрязнителей в условиях засухи (Тарабарин, 1980), патологические изменения тургора и осмотических параметров и т.д.].

4. Строение и функционирование механизмов минерального обмена [изменение нормального количественного соотношения между элементами, сдвиги в обмене одних элементов под влиянием других, в частности (Рудкова, 1981) кальция, марганца и фосфора при избытке алюминия и т.д.].

5. Транспорт [ненормальная транслокация пластических соединений и продуктов метаболизма, изменение в связи с этим химического состава осевых органов, в частности, корней (Anderson, 1975) и т.д.].

6. Нормальную деятельность мерисистем [нарушение роста в высоту и роста в ширину (Fritts, 1975), по величине линейного прироста и т.д., и возникающие у растений, произрастающих на кислых почвах (Иванов, 1970), подвергнувшихся воздействию ионизирующего излучения, низких и высоких температур].

7. Нормальное осуществление клеточного цикла [изменение протяженности фаз клеточного цикла во времени и патология митоза под влиянием проникающего излучения (Алексахин, Нарышкин, 1974), при гиперауксинии и гипоауксинии, при избытке и недостатке макро и микроэлементов, в частности алюминия (Рудкова, 1981)].

8. Гистогенез и дифференциацию клеток и тканей [ксерофильные преобразования злаковых, возникающие под влиянием шлама алюминиевого завода (Половова, Шилова; 1969), в частности нитевидность листочков у Robina pseudacacia L. (Кондратюк с соавт., 1980), деформация побегов и листьев у Ulmus laevis Pall., Acer negundo L. и Betula pendula Roth. (Кулагин, 1974) и уменьшение длины шишек у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха].

10. Межклеточные, межтканевые и межорганные взаимосвязи и взаимодействия [патологические изменения апикальной доминантности, ростовых корреляций, нормального соотношения массы надземных и подземных органов, в частности, у Robinia pseudacacia L., произрастающей на отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик (Рева с соавт., 1974)].

11. Ритмику процессов онтогенеза [ускорение фенофаз при загрязнении атмосферного воздуха (Рязанцева, Спахова, 1980) предотвращение образования плодов у Achillea millefolium L. при воздействии дымогазовых выбросов химического завода (Тарчевский, Шик, 1969), ингибирование цветения у Xanthium strumarium L. под влиянием CO₂ (Purohit, Tregunna, 1974)].

12. Возрастное преобразование в жизненном цикле и его нормальное существование [неотения у травянистых растений, произрастающих на территориях, коксохимических и металлургических заводов (Кондратюк с соавт., 1980)];

13. Физические (электрические, электромагнитные, оптические и температурные) константы и характеристики растений;

14. Гаметогенез, оплодотворение и формирование диссеминул [недоразвитие микроспор у злаков (Зуева, 1969) при воздействии каменноугольной золы; недоразвитие семян у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий];

15. Нормальное функционирование и жизнеспособность на ювелирных стадиях развития [уменьшение всхожести семян Pinus sylvestris L. в 2-3 раза при загрязнении атмосферного воздуха (Мамаев, Шкарлет, 1971)];

16. Нормальные сроки функционирования и жизнедеятельности клеток, тканей и органов [преждевременное и вызываемое осенними потеплениями отмирание верхушечных почек у 25% хвойных, произрастающих на осушенных болотах (Ефимова, 1977); отмирание хвоинок при контакте с оксидом магния – выбросом магнезитовых заводов (Носырев, 1966), уменьшение срока жизни хвоинок Picea abies L.под влиянием никеля c 11-12 лет до 2 лет].

17. Демографические характеристики популяций – их возрастной состав, соотношения образующих их растений по полу, активность семенного размножения и вегетативного возобновления, жизнеспособность семян и проростков [уменьшение до 40-60% числа экземпляров Pinus sylvestris L., у которых образуются шишки: недоразвитие в этих шишках семян и изменение их нормального соотношения по полу (Мамаев, Шкарлет, 1971) при воздействии загрязненного воздуха; возникновение на загрязненных территориях, причем нередко на расстоянии до 6 км от источника загрязнения, зоны гибели растений (Владимиров, 1980)].

18. Фитоценогенез и флорогенез на отдельных территориях [уменьшение числа видов сосудистых видов растений и водорослей при загрязнении нефтью (Шилова, 1978); возникновение фитоценозов с иным видовым составом растений, в частности, низкорослых березовых лесов при воздействии выбросов медеплавильных заводов].

Даже при незначительной концентрации загрязнителей длительное влияние на растения загрязненного воздуха приводит к уменьшению интенсивности их фотосинтеза и к замедлению их роста, а также к упрощению и распаду ценозов. Характерно, например, изреживание древостоев и уменьшение видового состава флоры в степных районах возникающие под влиянием дымогазовых выбросов металлургических и коксохимических предприятий.

Химические загрязнители оказывают влияние на патогенную активность потребителей растений, их численность, видовое разнообразие и количественное соотношение друг с другом. Установлено, что в березняках, загрязненных ⁹⁰Sr, личинки пилильщиков поражают 93,5% листьев, в то время как в неразряженных березняках количество пораженных листьев не превышает 2,5%. На территориях, подвергнувшихся промышленному задымлению, среди насекомых – фитофагов преобладают фитофаги с колюще – сосущим ротовым аппаратом (Боченко, 1971).

Для нейтрализации загрязнителей или уменьшении их концентрации вблизи промышленных зон и в черте города выживают зеленые насаждения. Они обогащают воздух кислородом, фитонцидами, способствуют рассеиванию вредных веществ и поглощают их (Хвастунов, 1999). Лесные культуры площадью 1га способны осадить их воздуха 25-34 т взвешенных веществ в год, усвоить огромное количество углекислого газа и других вредных веществ, очистить около 18 млн. м³ воздуха за год. Фитонциды выделяемые деревьями, очищают воздух городов от бактериального загрязнения. Оказывая большое влияние на чистоту воздуха, растительность сама при этом повреждается и гибнет.

Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса в 5-8 раз (липа в лесу живет 300-400 лет, а в городе – 50 лет) (Артамонов, 1986; Вронский, 1996).

При озеленении территории следует выбирать древесные, кустарниковые и газонные растения в зависимости от почвенно-климатических условий, качественного и количественного состава выбросов, закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в данной местности, эффективности данной породы для очистки воздуха от конкретного загрязнителя или их комбинации (пыле - газопоглощение), а также ее пыле – и газоустойчивости в реальной ситуации.

Высокой устойчивостью к диоксиду серы обладают клен ясенелистный, роза морщинистая, чубушник венечный. Но они обладают низкой поглотительной способностью. Высокой поглотительной способностью и устойчивостью отличаются тополь бальзамический, дерен белый (Кулагин, 1974).

На промышленных площадках, сильно и постоянно загрязненных сероводородом, успешно растут яблоня дикая, вишня степная, алиссум морской. Сероводород менее токсичен для растений улавливается ими в меньшей степени, чем диоксид серы или сероуглерод.

Поглощение диоксида азота обусловлено двумя процессами: в нейтрализации образующихся кислот и восстановлением азота с включением его в состав аминокислот. Диоксид азота поглощается растениями в 3 раза более интенсивно, чем оксид азота (Вронский, 1996).

Диоксид азота поглощают клен серебристый, рябина обыкновенная, тополь бальзамический, липа мелколистная, береза повислая.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе аммиака и диоксида азота липа мелколистная и тополь бальзамический предпочтут аммиак.

Оксид углерода усваивается кленом американским, бирючиной обыкновенной, ольхой белой, елью обыкновенной. Каждый 1м² листовой поверхности высших растений усваивается за 1 сутки от 12 до 120 кг оксида углерода. На свету оксид углерода усваивается значительно лучше, чем в темноте.

Пылеосаждающая способность древесного растения зависит от площади поверхности листьев (хвои), массы и плотности кроны, скорости концентрации пыли в воздушном потоке, расположения посадок, а также от частоты дождей, смывающих пыль с листьев.

Накопление хлоридов в листьях в пределах 0,7-1,5% вызывает наиболее сильные повреждения у каннского каштана обыкновенного, сирени обыкновенной, ясеня зеленого и слабые – у вяза сладкого, ивы белой, тополя канадского (Сергейчик, 1985).

По характеру действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки плотной структуры, которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают содержание газообразных примесей на 25-35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называют посадки, продуваемые и разреженные, выполняющие роль механического и биологического фильтра при прохождении загрязненного воздуха сквозь массив.

Эти посадки являются основными для санитарно-защитных зон (Воскресенская с соавт., 2004).

1.4 Физиологическая роль серы

 

К числу наиболее опасных и распространенных загрязнителей атмосферы относятся газообразные соединения серы. Ежегодно выбрасывается около 100 млн. т. Сернистых токсикантов, что в 2 раза превышает объем их выделения в процессе вулканической деятельности (Мурзакаев, 1977). Сера воспринимается растениями в виде сульфатов, накапливаясь в вакуолях, и частично связывается органическими основаниями, переходя в восстановленную форму. Сера, связанная в молекулах метионина, цистина и цистеина, составляет до 1,5% сухого вещества белка (Сабинин, 1955; Лир с соавт., 1974). Сера – обязательный элемент растительных клеток, принимающий деятельное участие в метаболизме. Каждому виду растений при отсутствии заметного загрязнения воздуха свойствен уровень накопления серы, колеблющийся в пределах 0,2-0,9% (Илькун, 1971). В условиях загрязнения воздуха соединениями серы ее содержание в ассимиляционных органах возрастает.

Под влиянием фотосинтетического яда – ДДТ и SO₂ – происходит деформация, агглютинация и разрушение пластид. В зависимости от длительности воздействия изменяется проницаемость мембран, растворимость CO₂ в протоплазме (Ботпанаева, 1981). При воздействии SO₂ происходит потеря несвязной воды, нарушение деятельности синтетазы жирных кислот; уменьшается число размеры женских соцветий у Betula pubescens Еhrh.и Alnus incana (L.) Moench. (Антипов, 1970) и длина хвоинок у Pinus sylvestris L. (Негрудкая с соавт., 1981). Уменьшается количество соединений фитонцидного комплекса, выделяемых хвойными, пораженными SO₂, SH₂ и CO (Хлебович, 1969). Сухие верши