Химические свойства воздуха (газовый состав)

Постоянный газовый состав атмосферы подвержен незначительным колебаниям, т.к. наряду с постоянным поглощением отдельных газов в биофере идут процессы их восстановления. К постоянным компонентам относятся:

N₂ – 78%,

O₂ – 21%,

Ar – 0,9%,

CO₂ – 0,03%.

В состав воздуха входит и небольшое количество Ne, Kr, Xe, а также естественные газообразные выделения: NH₃, SO₂, NO, NO₂ и др.

В.И.Вернадский подчеркивал, что газообразные вещества атмосферы представляют собой результат жизни, они являются результатом обмена веществ организмов. Это, прежде всего, относится к основным газам атмосферы: О₂, СО₂, N₂.

Значение О₂ в процессе дыхания растений и СО₂ в процессе фотосинтеза общеизвестно и подробно рассматривается в курсе физиологии растений.

Газообразный молекулярный азот высшими растениями не усваивается и попадает в их организм только после фиксации его прокариотическими организмами (азотфиксирующими бактериями) в виде нитритов и нитратов.

В процессе эволюции растеня адаптировались к постоянному газовому составу, поэтому значительное увеличение концентрации некоторых газов, таких как СО, SO₂, окислы азота, фтористые соединения, аэрозоли, пироксиацетилнитрат (ПАН) и др. приводит к негативным изменениям в жизни растений.

Наибольшее отрицательное воздействие на растения оказывают окислы серы. Под влиянием воды сернистый газ окисляет до серного ангидрида, который обладает высокой гигроскопичностью. С водяным паром он образует аэрозоль серной кислоты, удерживающийся в воздухе в виде тумана. Под влиянием этого тумана на листьях появляются некротические пятна. Проникновение сернистого ангидрида внутрь тканей и клеток разрушает органические вещества, прежде всего хлорофилл, что приводит к нарушению фотосинтеза и в конечном итоге гибели клетки. В окислении органических веществ содержимого клетки участвуют и другие кислые газы: хлор, окислы азота.

На втором месте среди загрязнителей стоят окислы азота. Повреждения окислами азота похожи на нарушения, вызванные SO₂.

Различные некрозы листьев вызывают хлор, фтор и их соединения в виде жидкого или тверного аэрозоля. У поврежденных растений опадают листья и плоды. Большой вред наносят растениям фотооксиданты. Фотохимический смог (ФХС) возникает в загрязненном воздухе в результате реакций, протекающих под действием солнечной энергии. Попадающая в атмосферу в результате производственной деятельности, окись азота разбавляется до низких концентраций и окисляется в двуокись. Двуокись азота, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца, распадается на окись азота и атомарный кислород. При одновременном присутствии углеводородов, выделяемых транспортом, в атмосфере начинается цепь сложных реакций, в результате которых образуется двуокись азота, озон, перекиси (оксиданты), пероксиацетилнитраты (ПАН), альдегиды и свободные радикалы. Эти вновь образовавшиеся вещества по токсичности превышают исходные загрязнители. ФХС вызывает серебристость нижней стороны листьев, появление некрозов, быстрое завядание, разрушение мезофилла. Все это ведет к снижению продуктивности и урожайности.

Газоустойчивость растений – это способность растений сохранять жизнедеятельность в присутствии в атмосфере вредных газов. У растений в процессе эволюции не могла сформироваться устойчивость к вредным примесям в атмосфере, т.к. современная растительность формировалась в течение тысячелетий в условиях, при которых этих примесей было мало. Поэтому способность противостоять повреждающему действию газообразных примесей основывается на механизмах устойчивости их к другим неблагоприятным факторам.

Газоустойчивость определяется способностью растения регулировать поступление токсичных газов, осуществлять их детоксацию и поддерживать ионный гомеостаз и кислотность цитоплазмы. Регуляция поглощения газов определяется скоростью закрывания устьиц под влиянием вредных газов. Устойчивость к токсическим газам связана с количеством катионов К⁺, Na⁺, Са⁺⁺ в клетке, способных нейтрализовать ангидриды кислот. Обычно растения, устойчивые к засухе, засолению и другим стрессорам имеют и более высокую газоустойчивость, возможно благодаря способности регулировать водный режим и солевой состав.

По газоустойчивости растений принято различать:

• устойчивые (вяз гладкий – Ulmus laevis, жимолость татарская – Lonicera tatarica, лох серебристый – Elaeagnum argentea, тополь бальзамический – Populus balsamifera),

• среднеустойчивые (дуб черешчатый – Quercus robur, клен платанолистный – Acer platanoides),

• неустойчивые (ясень обыкновенный – Fraxinus exelsior, сосна обыкновенный – Pinus sylvestris).

Различают 3 вида газочувствительности (по Н.П Кра-синскому, 1950)

- биологическая газочувствительность – это способность растений быстро восстанавливать поврежденные дымовыми газами части и органы,

- морфо-анатомическая газоустойчивость связана с морфологическим и анатомическим строением растений, так, жестколистные ксероморфные растения более устойчивы к загрязнению благодаря наличию воскового налета толстостенной эпидермы.

- физиологическая газоустойчивость зависит от физиолого-биохимических особенностей цитоплазмы клеток.

Газоустойчивость растений определяется систематическим положением и влиянием внешних условий. На газоустойчивость благоприятно действует дождевание, т.к. из листьев вымывается 30% токсичных веществ. Замачивание семян в слабых растворах кислот повышает газоустойчивость. Газоустойчивость повышается и при оптимальном минеральном питании. Несмотря на то, что загрязнения атмосферного воздуха вредно влияет на растения, но именно они являются основными фильтрами воздуха.