5439

71

Воздействие токсических соединений на растения в концентрации превышающей предельно допустимые нормы обуславливает их острое и хроническое поражение [60, 76].

Вредные воздействия диоксида серы (SO2) на растения оказывают «кислотные дожди». Источниками «кислотных дождей» являются: двуокись серы (диоксид серы), окислы азота и летучие органические соединения. Термин «кислотные дожди» появилось в 1872 году. Его ввел в практику английский инженер Роберт Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Детальным научными исследованиями кислотных дождей стали заниматься только в конце 60-х годов ХХ века. О вредном воздействии кислотных дождей свидетельствуют следующие примеры. В Канаде из-за частых кислотных дождей стали мертвыми более 4000 озер, а 12000 озер находятся на грани гибели. В Швеции в 18000 озерах нарушено биологическое равновесие. Кислотные дожди наносят большой урон лесам. В ФРГ и некоторых районах Швейцарии погибла 1/3 всех елей. В горно-лесных районах Баварии, Шварцвальда пострадало 50% лесных угодий. В последние 20 лет скорость роста многих вечнозеленых растений замедлилась на 2030% по сравнению с 1970 – 1990 гг. (Зайков, Маслов, Рубайло,

1991).

В Хабаровске основными поставщиками диоксида серы в атмосферу являются тепловые электростанции, использующие серосодержащий уголь, предприятия машиностроения, металлообработки, нефтепереработки и автотранспорт. На предприятиях не везде установлены системы доочистки дымов. Кроме этого, в город Хабаровск в последние годы начали поступать в массовом количестве бывшие в употреблении автомобили иностранного производства с ненормированными выбросами вредных веществ в выхлопных газах.

Повреждение растений двуокисью серы отмечается у хвойных и лиственных пород в основном вдоль автомагистралей и на территориях, примыкающих к ТЭЦ и предприятиям. Предельно допустимые концентрации двуокиси серы в воздухе, приводящие к незначительному повреждению растений (в период вегетации),

72

составляют 0,05 мг/м3. Это значение может быть принято для таких чувствительных растений, как ель, сосна, пшеница, рожь, ячмень.

Озон является источником супероксидного радикала (О2), который в свою очередь образует такие радикалы, как ОН - О2 и Н2О2. Эти радикалы при повышении влажности являются сильными окислителями для клеточных тканей. Озон стимулирует активность ферментов фенольного метаболизма (фенил-аланин- аммония, полифенол-оксида и пероксида). Активность этих ферментов может стимулировать окисление фенолов до хинонов и вызывать аккумуляцию продуктов их полимеризации, что может служить причиной появления некротических образований на поврежденных листьях. Под действием химического стресса в растениях повышается содержание этилена, уменьшается фотосинтез, нарушается дыхание и снижается биосинтез белков, жиров и углеводов. Долговременное воздействие низких концентраций О3 наносит растениям больше повреждений, чем действие высокой концентрации в течение короткого времени.

Широколиственные деревья белее устойчивы к озону, чем хвойные. Для различных видов растений критическая концентрация озона в воздухе, при которой наблюдается их повреждение, изменяется в широких пределах. Так, для чувствительных видов растений критическая доза воздействия озона составляет 0,05 –0,1 млн-1 за 2-4 ч. Критическое содержание озона в воздухе, при котором регулируется поражение кукурузы и овса, изменяется в диапазоне 0.1 – 0,12 млн-1 (за 2 часа). Чувствительные к воздействию озона растения повреждаются при концентрации озона в атмосфере 0,3 млн.1, а устойчивые – не более 0,4 млн1.

Соединение кислорода с азотом может быть представлено

окислами азота: N2O, NO, N2O3, NO2, (N2O4), N2O5.

Окись азота NO – бесцветный ядовитый газ (незначительно растворимый в воде). При обычной температуре NO соединения с кислородом с образованием NO2. NO2 – двуокись азота – бурый газ с удушливым запахом, тяжелее воздуха, потребляемого при

73

горении. Повреждение растений окислами азота проявляется в снижении фотосинтеза и дыхания, уменьшении функции биосинтеза. От интенсивности и продолжительности воздействия О2 на растение зависит и степень их поражения. В настоящее время в литературе имеется крайне ограниченная информация о критических значениях содержания окислов азота в воздухе, при которых наблюдаются поражение растений. ПДК NO2 для растений составляет: среднегодовая ПДК 0,05 млн-1 (0,1 мг/м3) –и среднесуточная - 0,13 млн-1 (0,244 мг/м3). Это предел, выше которого начинаются видимые повреждения у растений. Двуокись азота является ключевым компонентом и расходуется в атмосфере на фотохимические процессы, в результате которых образуется озон и перокси-ацетил-нитраты. Однако в непосредственной близости от индустриальных объектов определенного типа концентрации NO2 может оказаться достаточной для индуцирования фототоксических объектов. Кроме этого, экспериментально доказано, что двуокись азота усиливает фототоксичность других газообразных загрязняющих атмосферу соединений. В настоящее время значимость воздействия NO2 растительность рассматривается в плане ответных реакций на воздействие смеси NO2, SO2 и О3. При совместном воздействии NO2, SO2 и О3 на растения наблюдается эффект синегризма, в результате которого усиливается (или уменьшается) степень поражения растений по сравнению с эффектом воздействия от отдельного вещества.

Перокси-ацетил-нитрат (ПАН) является высокотоксичным компонентом фотоокислительного смога. Как и другие газообразные загрязняющие соединения ПАН в основном проникает в растения через устьица. Процесс ингибирования фотосинтеза, дыхания, уменьшения, а порой и прекращения биосинтеза зависит от концентрации ПАН и продолжительности его воздействия. Как правило, поражение растений перокси- ацетил-нитратом наблюдается при более низких (по сравнению с озоном) дозах воздействия. Критические концентрации ПАН в воздухе, при которых регистрируются поражения чувствительных видов, составляют 10-20 млрд-1 (49 – 99 мг/м3) за период 4 часа.

74

При сравнении реакции растений на воздействие смеси ПАН и озона были зарегистрированы случаи более сильного поражения. Первый симптом, который развивается в течение 24 – 72 часов после экспонирования с газообразным загрязнение ПАН – появление глянцевидных образований на нижней стороне листьев. У таких культур, как шпинат, столовая свекла, салат посевной и свекла листовая, глянцевитые поверхности имеют серебристый оттенок, как при поражении заморозками. У цикорного салата и репы при поражении чаще всего происходит обесцвечивание нижней поверхности листьев. Эти повреждения могут переходить в некротические участки с глянцевидными краями. Такое развитие ожогов происходит вдоль жилок и не ограниченного какой-либо анатомической областью листа. Салат посевной и шпинат чувствительны к действию загрязняющих воздух веществ, а свекла, сельдерей корневой, овес, люцерна обладают средней чувствительностью. Повреждаются фотохимическим «смогом» - ПАН, прежде всего молодые листья, а затем листья более зрелого возраста.

Фтор (F) – бледно-желтый газ (от греческого слова «фториос» - разрушительный). Фтор разрушает многие вещества. Фтористый водород (НF) – бесцветный газ с резким запахом. Ниже температуры 19,5 – подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде с образованием фтористоводородной кислоты. Очень ядовит ! Даже малые концентрации фтористого водорода (НF) могут вызвать повреждение растений. Интенсивность повреждения зависит от чувствительности видов и продолжительности влияния загрязнения. Так как фтор, в отличие от серы, не метаболизируется растением, его кумуляция в тканях представляет опасность для людей и животных, употребляющих эти растения. При оценке риска для растений и животных следует рассматривать концентрацию фторидов в почве, воздухе и содержание их в растениях на разных стадиях развития. Установлено, что в период роста концентрация HF в атмосфере не должна превышать 0,3 мкг/м3, при максимальной разовой концентрации в воздухе – 0,9 мгк/м3. Растения по чувствительности к фтористому водороду разделяются на три

75

класса: очень чувствительные, чувствительные и менее чувствительные с учетом продолжительности воздействия на растения (таблица 1.4.1.). Средняя концентрация фторидов, при которой не ожидается появление видимых симптомов, колеблется от 0,2 мкг/м3 для хвойных до 0,4 мгк/м3 – для лиственных пород.

Таблица 1.4.1

Предельно допустимые концентрации фтористого водорода

(в мкг/м3) в воздухе (Prinz, B. Brandt C. J., 1980).

Зерновые и фуражные сельскохозяйственные растения являются менее чувствительнные растения являются менее чувствительными к HF, однако, они могут за период вегетации накапливать фтор, что представляет несомненную опасность при употреблении их в пищу.

Хлор (CL) – желто-зеленый газ с резким раздражающим запахом. Ядовит. Химически активен. Хлористый водород HCL

– бесцветный газ с резким запахом, на воздухе дымит. Очень

76

хорошо растворим в воде с образованием соляной кислоты. В больших концентрациях хлористый водород ядовит. Действие газообразного хлористого водорода на растительность было замечено в Европе, в середине прошлого столетия. Более поздние исследователи фитотоксичности HCL обратили особое внимание на реакцию растений на высокие концентрации HCL. Хлор выбрасывается в атмосферу много реже, чем HCL, но время от времени имеют место случайные выбросы и утечки, связанные различными промышленными операциями или с транспортировкой. Такие утечки приводят к локальному резкому увеличению концентрации, в результате чего появляются некротические и хлоротические поражения и происходит выцветание поверхности листьев. Высокие концентрации хлора в течение нескольких часов воздействия могут стимулировать быстрое образование зон сбрасывания листьев у многих древесных пород. Большая часть опавших листьев не имеет некротических или хлоротических симптомов повреждения.

Симптомы повреждения, появляющиеся под действием хлора и хлористого водорода разнообразны – от краевых до межжилковых некротических поражений или некротических пятен различного типа. Под действием низких концентраций хлора на нижней поверхности листьев появляются обесцвеченные участки, имеющие глянцевато-серый или бронзовый оттенок. Уничтожение промышленных отходов часто включает сжигание хлоросодержащих материалов, жидкостей. Это приводит к устойчивому поражению окружающей растительности хлористым водородом. Действие высоких концентраций хлористого водорода (15 млн-1 и более) или хлора (7-10 млн-1 и более) в течение нескольких минут может привести к появлению симптомов сильного повреждения. Содержание хлоридов в листьях при этом увеличивается незначительно.

Симптомы повреждения растений от хлора и хлористого водорода могут иметь сходство с симптомами, возникающими под действием двуокиси серы, озона и других атмосферных окислителей и фтористого водорода. Такие же симптомы проявляются при засолении почв и во время засухи.

77

Сернистый водород (H2S) – бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц, тяжелее воздуха, мало растворим в воде (сероводородная вода), водный раствор на свету мутнеет вследствие выделения серы. В связи с воздухом взрывоопасен, ядовит. Содержится в вулканических газах, нефтяном газе, в минеральных источниках образуется при разложении белковых веществ. На воздухе горит синим пламенем. Образуется на нефтеперегонных заводах. Значительные его количества накапливаются на нефтебазах, бензоколонках. Повреждения растений отмечается при длительном воздействии 30, 100, 300, 3000 млрд-1 H2S на люцерну, виноград, свеклу, сосну. Под действием H2S в концентрациях выше 100 млрд-1 замедляется рост растений, на листьях большей части видов развиваются некротические повреждения или краевые ожоги, а также ожоги кончиков игл.

Этилен (СН2 – СН 2 ) – бесцветный газ со слабым приятным запахом, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Источником получения этилена являются газы, которые образуются при переработке нефти. Он относится к загрязняющим веществам, которые в большом количестве образуются при работе двигателей внутреннего сгорания автотехники. Этилен действует как гормон роста – он вызывает разрушение определенных частей растений, снижает доминирование апикального роста, стимулирует рост латеральных почек и вызывает сбрасывание почек, листьев и других частей растений. Симптомы хронического повреждения, возникающие под действием этилена: деформация листьев, хлорозы листовой поверхности, опад цветочных почек, цветков, плодов и листьев. Посевы сельскохозяйственных культур должны от проезжей части отгораживаться лесополосами шириной не менее 30 метров.

Внешние признаки повреждения растений основными химическими соединениями атмосферного воздуха (озон, пероксиацетилнитрат, двуокись серы, фтористый водород, аммиак, бор, хлор, хлористый водород, этилен, ртуть, сульфат натрия) представлены в табл. 1.4.2. Такие признаки повреждения растений относят к биологическим индикаторам состояния среды.

78

Таблица 1.4.2 Внешние признаки повреждения растений

в результате загрязнения воздуха

79