1.5. Влияние компонентов ог двс на придорожные участки

Оценка последствий воздействия автотранспорта на придорожные участки включает в себя исследование механизмов распространения загрязнителей в окружающей среде, описанных выше, а также миграции в экосистемах (по пищевым цепям), реакции живых организмов и сообществ на эти воздействия.

Компоненты отработавших газов влияют на растения, почву, микроорганизмы, животных и человека. Как отмечает В.Г.Каплин (2006), у семенных растений под влиянием газообразных токсических веществ происходят биохимические, физиологические и морфо­логические микроскопические изменения на молекулярном, суб­клеточном, клеточном уровнях и макроскопические изменения на организменном уровне. При сильных воздействиях токсикантов у растений возникают нару­шения физиологических процессов и состояния напряжений — стрессы. Стрессовые реакции организмов выражаются прежде всего в происходящих в клетках биохимических изменениях, на­правленных на преодоление действия ксенобиотиков. При этом происходят изменения в обмене органических веществ клетки (аминокислот, белков, ферментов, углеводов, липидов, нуклеино­вых кислот, гормонов, витаминов). С ростом загрязнения газодымовыми выбросами происходят значительные изменения состава углеводов, жирных кислот, в ча­стности увеличивается концентрация моносахаридов, линолевой и линоленовой кислот. Чтобы повлиять на физиолого-биохимические реакции в клет­ке, стрессор в активной форме должен проникнуть через ее пламалемму. Первым пунктом воздействия содержащихся в воздухе загрязняющих неорганических и органических соединений на ра­стения являются устьица и кутикула листьев.

В своих исследованиях С.Ф. Негруцкий (1981) выявил, что проникновение атмосферных загрязнителей в листья растения определяется градиентом их концентрации между атмосферой и листом и ограничивается устьичным сопротивлением, толщиной и целостностью кутикулы, проницаемостью протоплазмы для ионов загрязнителя и скоростью их связывания в клетке, а также коэффициентом молярной диффузии и удельной растворимостью загрязнителя.

В.Г. Каплин (2006) отмечает, что под влиянием стрессоров у высших растений происходит уменьшение содержания хлорофилла, грануляция цитоплазмы, разрушение хлоропластов, образование в них кристаллических включе­ний, набухание тилакоидов, подавление фотосинтеза, угнетение фотолиза воды и транспорта электронов от фотосистемы II к фотосистеме I, флуоресценция хлоропластов (спонтанное излуче­ние света).

При газообразном загрязнении происходит уменьшение размеров клеток эпидермиса листьев, толщины годичных колец и их выпадение; увеличение клеток смоляных ходов у сосны, числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения; отслаивание протоплазмы от клеточной стенки (плазмолиз). В областях, не загрязненных выхлопными газами, клетки хвои дают выпуклый, а в условиях загрязненного воздуха — вогнутый плазмолиз.

Макроскопические реакции семенных растений на различные стрессоры, включая газообразные неорганические соединения, проявляются прежде всего изменении окраски листьев, к кото­рым относятся хлорозы, пожелтение, побурение, побронзовение, посеребрение листьев, впечатление пропитанности листьев водой.

Покрасне­ние листьев у смородины отмечено под влиянием SО₂. У табака посеребрение поверхности листьев происходит под действием озона. Побурение, побронзовение, посеребрение листьев, созда­ние впечатления пропитанности листьев водой представляют со­бой первые стадии тяжелых некротических повреждений у ли­ственных и хвойных деревьев.

На популяционном уровне влияние ОГ ДВС проявляется в изменении численности и возрастного состава популяций растений, ухудшении возобновления, а на биоценотическом – в снижении продуктивности, видового разнообразия, устойчивости фитоценозов.

По вопросу о влиянии выбросов автотранспорта на растения различных групп существует единое мнение - непосредственная близость автодороги отрицательно влияет на компоненты агрофитоценоза. В.А.Большаков (1994) рассмотрел влияние отдельных газовых компонентов на растения. Он считает, что диоксид серы является фотосинтезным ядом для растений. Молекулярные механизмы нарушения фотосинтеза под его влиянием характеризуются уменьшением парциального давления углекислого газа в клетках из-за снижения его растворимости в подкисленной воде, конкуренцией диоксида серы и диоксида углерода при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления устьиц диффузии диоксида углерода при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления нецикличе­ского фотосинтезного фосфолрилирования. Диоксид серы нарушает также про­цессы дыхания и транспорта органических веществ.

При быстром проникновении в лист больших количеств токсиканта возникает некроз листьев. Такого рода повреждения появляются в том случае, если поступление в растения диоксида серы превышает их обеззараживающую способность. При небольших концентрациях диоксида серы в воздухе растения растут и развиваются нормально, но после повышения порогового значения, разного для различных растений, замедляется рост, повреждаются листья, что приводит к снижению урожая. В условиях загрязнения воздуха диоксидом серы у растений тормозятся процессы созревания пыльцы, повреждаются рыльца пестиков в цветках плодовых культур. Главную опасность представляет хрони­ческое воздействие низких концентраций диоксида серы, распространяющихся на больших территориях. Токсичной для растений является концентрация 20 мкг/ м³.

М. Трешоу (1988) установил, что культуры произрастающие в условиях по­вышенной влажности более чувствительны к загрязнению диоксидом серы, чем культуры, произрастающие в засушливых областях.

В.А.Большаков (1994) считает, что диоксид азота в 1,5 -5 раз менее токсичен, чем диоксид серы. Главной ареной его действия яв­ляется азотный метаболизм. Даже в концентрации 0,01 мг/ м диоксид азота вы­зывает уменьшение содержания белкового азота, тогда как количество небел­кового увеличивается. Характерный признак действия на растения этого фитотоксиканта - периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок. Диоксид азота в концентрациях 0,08 мг/куб. м и больше задерживает рост и развитие овощных культур, снижает их урожайность и товарный вид.

Оксид углерода сравнительно малотоксичен для растений, поскольку они обладают способностью окислять его до углекислого газа и связывать его в фотосинтетическом цикле. Отрицательное влияние окиси углерода на растения проявляется при сравнительно высоких концентрациях - более 1 % .

Доказано, что окись углерода вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Возможно, поэтому процесс поглощения растениями минеральных солей под влиянием угарного газа подавляется. Среди фермен­тов клетки воздействию окиси углерода наиболее подвержена цитохромоксидаза. В высоких концентрациях СО вызывает быстрое исчезновение в растениях фосфорных эфиров сахаров, нарушает сопряженность окисления и фосфориллирования, индуцирует замедление роста, эпинастию листьев, усиливает корнеобразование.

Среди растений самыми чувствительными к общему загрязне­нию воздуха являются лишайники. К следующей группе чувстви­тельных растений относятся мхи и голосеменные, в частности хвойные (ель, сосна), затем идут цветковые растения. Древесные цветковые менее устойчивы к загрязнению по сравнению с много­летними и особенно однолетними травами. Это в значительной степени связано с размерами и продолжительностью жизни зеле­ных частей растений. При небольших размерах лишайники живут десятки лет, хвоя сосны — до 5 - 6, ели — 15 - 16 лет. Листопадные древесные растения ежегодно с наступлением неблагоприятного периода года сбрасывают листья, а вместе с ними и значительное количество накопленных за сезон вегетации загрязняющих веществ. У многолетних трав ежегодно происходит возобновление и отмирание большей части надземных органов. Это повышает их устойчивость к токсикантам.

Среди зерновых злаковых культур к загрязнению атмосферы наиболее устойчивы рожь, затем ячмень, озимая пшеница и яро­вая пшеница. Крестоцветные культуры более устойчивы, чем бо­бовые. Дикорастущие растения обладают более высокой выживае­мостью в условиях загрязненного воздуха, чем культурные (Каплин В.Г., 2006).

Загрязнение ОГ ДВС вегетативной массы сельскохозяйственных культур на полях отмечается в 100 м от полотна дороги. И только на рас­стоянии 150 м от автострады концентрация соединений тяжелых металлов в ве­гетативной массе приближается к контролю. Попадая в почву, металлы способны аккумулироваться растениями и с растительной пищей попадать в организм животных и человека. При этом те количества металлов, которые не приносят вреда растениям, могут пагубно отразиться на здоровье человека.

Н.А.Черных (1995) отмечает, что степень накопления ТМ сельскохозяйственными культурами зависит от свойств самих элементов, так и от свойств почвы и физиологических особенностей растений. На неокультуренных и слабоокультуренных почвах растения накапливают гораздо большее количество ТМ, чем на хорошо окультуренных. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, наблюдалось значитель­ное снижение урожайности: зерновых культур на 20-30%, сахарной свеклы на 35%, бобовых на 45%, картофеля на 47%.

В своих исследованиях Н.А.Черных (1995) установил, что высокие концентрации кадмия, свинца и меди приводят к дисбалансу компонентов питания в растениях и отрицательно влияют на синтез и функции многих биологически активных соединений – ферментов, витаминов, гормонов. Высокие концентрации ТМ вызывали снижение содержания в растениях провитамина А – каротина и витамина С. Содержание каротина в большей степени подвержено негативному действию ТМ: значимое падение его содержания отмечали при дозе кадмия 10 мг/кг, свинца – 125 мг/кг, меди – 60 мг/кг.

Л. М. Кузнецова, Е. Б. Зубарева (1997) своими исследованиями установили, что депрессия урожая происходит, когда содержания кадмия в почве становится более 5 мг/кг. При более низкой кон­центрации (в пределах 2 мг/кг) отмечается только тенденция снижения урожая. Накопление же этого элемента в зерне и соломе выше санитарных норм проис­ходит, если уровень его в почве равен 0,2 мг/кг. Загрязнение почвы свинцом до 250-700 мг/кг отрицательно влияет на урожай пшеницы, что приводит к увели­чению его содержания в зерне и соломе, которое, однако, не превышает допус­тимой нормы. Самое высокое содержание свинца в зерне и соломе, превышаю­щие ПДК и МДУ, когда его концентрация в почве выше 1000 мг/кг.

В растениях может аккумулироваться значительное количество свинца, зависящее от продолжительности воздействия воздуха, содержащего соединения свинца, что создает дополнительную опасность для животных и людей. Исследованиями О. Т. Ведины (1989), доказано, что в близи автотрассы в зерне ячменя аккумулируются соединения цинка. Исследуя способность бобовых культур аккумулировать цинк в зоне автомобильных дорог, ими было установлено, что средняя концентрация металла в непосредственной близости от автотрассы составляет 32,09 мг/кг воздушно-сухой массы. При удалении от трассы концентрация уменьшалась. Наибольшее накопление цинка на расстоя­нии 10 м от дороги наблюдалось в люцерне. А листья табака и сахарной свеклы этот металл почти не накапливали.

И. В. Тимофеева (1989) считает, что компоненты ОГ влияют на рост расте­ний: на фазе кущения растения ячменя и овса, посевы которых располагались в непосредственной близости (7 и 15 м) от автодороги, были на 14,9 - 53,0 % ко­роче контрольных растений (100 м); на скорость прохождения этапов онтогене­за у зерновых культур: фаза полных всходов у растений, произраставших в не­посредственной близости от автодороги, наступала на 2-3 дня позже, чем у кон­трольных, но III - V этапы у опытных вариантов были на 2-5 дней короче, что сказалось на таком показателе, как озерненность колоса, который у опытных вариантов был ниже на 9,5 - 26,5 %. Рост растений в непосредственной близо­сти от автодорог приводил к стойкому снижению продуктивности ячменя и ов­са и ухудшению качества зерна.

Р. И. Первунина (1983), изучая оценку доступности окиси кадмия для ячме­ня на дерново-подзолистой почве, установила, что окись кадмия, сравнительно малорастворимое химическое соединение, внесенная в кислую дерново-подзолистую почву оказалась легкодоступной для ячменя; внесение больших доз NPK на кислых дерново-подзолистых почвах без изменения рН не умень­шает поглощения кадмия растением, а, наоборот, способствует этому процессу.

Р. И. Первуниной (1983) установлено, что наибольшее количество кадмия обнаруживается в листьях, меньше - в стебле и незначительное - в зерновках.

А. В. Староверовой (1998) установлено, что свинец может снижать подвиж­ность в почвах других ионов. Так высокие концентрации свинца в почвах могут существенно подавлять рост растений и вызывать хлороз, обусловленный на­рушением поступления железа. Поступая в растения, тяжелые металлы распре­деляются в органах и тканях весьма неравномерно. Так в корнеплодах моркови и свеклы содержание свинца и других тяжелых металлов убывает от кончика до головки. Наибольше содержание свинца в корнеплодах наблюдается в цен­тральном цилиндре. Наибольшее количество свинца в репродуктивных органах зерновых культур. Гречихи и подсолнечника сосредоточено в зародыше зер­новки, плода и семени. Для зеленых культур характерное более высокое содер­жание свинца в черешках, чем в листовых пластинках. Растения салата отлича­ются наиболее высоким содержанием свинца в корнях, тогда как растения пет­рушки и хрена - наименьшим. В картофеле наибольшее содержание свинца на­блюдается в периферийной части мякоти, а в капусте - в кочерыге. Распро­странение этого металла в капусте белокочанной имеет сортовую специфику. Так, ранний сорт капусты Июньская накапливает в кочерыге и средних листьях свинца больше, чем сорт № 1.

Таким образом, отработавшие газы внутреннего сгорания влияют на культуры, являющиеся основным компонентом агроэкосистем. Воздействие отработавших газов в конечном счете приводит к снижению продуктивности эко­систем, ухудшению товарного вида и качества сельскохозяйственной продук­ции. Некоторые компоненты ОГ способны накапливаться в растениях, что соз­дает дополнительную опасность для здоровья человека и животных.