Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Особое беспокойство ученых вызывает влияние окислов азота, выбрасываемых двигателями сверхзвуковых самолетов при полетах на высоте 20–25 км, на структуру озонового экрана, сдерживающего проникновение вредных для живых организмов ультрафиолетовых лучей. Этот защитный слой находится на высоте 22–30 км.
Опасения ученых базируются на том, что окись азота вызывает разрушение озона:
NO + O3– > NO2 + O2.
Разрушают озон и фторорганические соединения, в частности фреоны. В настоящее время их мировое производство превысило миллион тонн в год, и почти все это количество в конечном счете уходит в атмосферу, поднимается в верхние ее слои и лишь тут разлагается под влиянием ультрафиолетовых лучей. Активные осколки фреоновых молекул разрушают слой атмосферного озона.
Все это может привести к возрастанию интенсивности ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли. Однако скорость и масштабы разрушения озонового слоя до сих пор остаются предметом дискуссии. По некоторым данным, за время наблюдений толщина озонового слоя уменьшилась на 5—10 %.
Для растений окислы азота менее ядовиты, чем сернистый газ. Так, например, двуокись азота в 1,5–5 раз менее токсична, чем двуокись серы. Характерный признак действия на растения этого фитотоксиканта — периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок. При хроническом действии этого газа у растений развиваются признаки ксерофитизма.
Окись азота в концентрации 0,08 мг/м3 и больше задерживает рост и развитие овощных культур, снижает их урожайность и товарный вид.
Главной ареной действия этих фитотоксикантов является азотный метаболизм. Двуокись азота даже в очень слабых концентрациях (0,01 мг/м3) вызывает нарушения азотного обмена у растений. При этом наблюдается уменьшение содержания белкового азота, тогда как количество небелкового увеличивается. При обработке двуокисью азота ежи сборной, тимофеевки луговой и мятлика лугового происходит значительное возрастание нитрат-редуктазной активности.
Наряду с нарушениями азотного обмена у растений под влиянием окислов азота имеют место сдвиги и в других звеньях метаболизма. В частности, под влиянием NO и NO2 подавляется процесс фотосинтеза у томатов. В концентрации 10; 25 и 50 частей на 108 частей воздуха они оказывают почти одинаковое влияние на этот процесс.
В смесях газы оказывали аддитивное отрицательное действие на процесс фотосинтеза.
Изменения в интенсивности фотосинтеза под влиянием окислов азота могут быть результатом структурных изменений хлоропластов. Так, в клетках листьев табака, подвергшихся воздействию двуокиси азота, наблюдается локальная потеря хлоропластами ламеллярной структуры.
Двуокись серы и окислы азота, выбрасываемые высоко в атмосферу промышленными центрами Западной Европы, переносятся господствующими на континенте южными и юго-западными ветрами в Скандинавию. Встречаясь здесь с гористым рельефом и потоками холодного воздуха, насыщенного влагой, эти газы растворяются в осадках и превращаются в кислоты сернистую и азотную. Кроме того, около 5 % двуокиси серы окисляется в атмосфере до серного ангидрида, который под действием влажного воздуха преобразуется в серную кислоту. Наконец, серный ангидрид попадает в атмосферу в результате неисправностей на заводах по производству серной кислоты. На каждый 1 м2 земной поверхности здесь приходится 0,8–1,2 г кислот, причем этот показатель постоянно растет. Согласно опубликованным данным, кислотность дождей, выпавших в Швеции в 1983 г., в десять раз выше, чем в 1969 г.
Кислотные дожди вызывают порчу памятников архитектуры, зданий и сооружений. Этот процесс имеет значение не только для Скандинавских стран. Кислотные дожди разрушают ценнейшие памятники Древней Греции и Рима. Правительство Индии распорядилось вынести подальше от Тадж-Махала все заводы, выбрасывающие сернистый газ, крайне опасный для этого шедевра индийской архитектуры времен Великих Моголов.
Взаимодействуя с почвой, осадки вызывают ее подкисление. Это приводит к гибели почвенных микроорганизмов, например азотфиксирующих бактерий. Из-за понижения активности почвенных микроорганизмов в хвойных лесах скапливается неразложившаяся хвоя. Почва становится уплотненной, она с трудом пропускает влагу. В результате прямого и косвенного воздействия кислоты снижают продуктивность растений. Для ликвидации кислотности почвенного раствора приходится вносить в почву известь, что требует немалых средств. Но дело не только в этом. Кислый почвенный раствор способствует переводу труднорастворимых солей металлов в форму, доступную для растений. В силу этого растения, стоящие в самом начале цепей питания, накапливают токсичные для всего живого концентрации металлов, например кадмия.
Попадая в водоемы, кислоты приводят к их загрязнению. По данным специалистов, из 85 тыс. озер, насчитывающихся в Швеции, 18 тыс. в той или иной степени подверглись воздействию кислотных дождей. Норвежские ученые, посетившие в 1979 г. Великобританию, обнаружили недопустимо высокую концентрацию кислот в пробах воды, взятой в 72 озерах и 40 источниках с проточной водой в районах Галловей и Каррик, в 15 водоемах к северу от Глазго, в озерах и реках нагорных областей Уэльса и, наконец, в 11 водоемах знаменитого озерного края на севере Англии.
Подкисление водоемов приводит к отмиранию населяющих их организмов. При pH 4,5 гибнут рыбы, лягушки и многие насекомые, обитающие на дне водоемов. Весьма существенно, что при подкислении воды резко возрастает токсичность металлов: алюминия, ртути, свинца, кадмия, бериллия, никеля и др. Чем выше кислотность воды в водоеме, тем больше водные организмы, например рыбы, накапливают ртути. Для предотвращения подкисления водоемов в них, как и в случае подкисления почвы, вносится известь. Таким путем удается поддерживать жизнь в некоторых водоемах Швеции.
Кислотные дожди, приносимые ветром со стороны США, наносят непоправимый ущерб флоре и фауне Канады. Вашингтон, стремясь уменьшить зависимость своей страны от импорта нефти, стимулировал перевод электростанций и заводов на уголь. В результате этих мер выброс только двуокиси серы увеличился на 800 тыс. т в год.
Наряду с азотной и сернистой кислотами в атмосфере, как уже отмечалось, может быть серная кислота, которая попадает туда при работе некоторых предприятий. Она также оказывает сильное влияние на растения. Показано, что опрыскивание раствором серной кислоты (концентрация 1 и 10 %) растений, выращенных в теплице, приводит к возникновению сильно выраженных некротических пятен на листьях. В других экспериментах установлено, что при pH 3 серная кислота полностью подавляет прорастание пыльцы лесных пород. При этом пыльца лиственных пород оказалась более чувствительной к подкислению, чем пыльца хвойных деревьев.
Озон широко применяется для дезинфекции и дезодорации дурнопахнущих газов и жидкостей, очистки промышленных стоков, отбеливания тканей. Он используется во многих технологических процессах, в частности в органическом синтезе различных жирных кислот, эпоксидных смол. Его употребляют для обеззараживания питьевой воды.
Озонированный воздух отличается особой чистотой и свежестью, но только в том случае, когда соблюдается определенная его концентрация. В высоких дозах он токсичен для живых организмов. Для человека вредной считается концентрация озона 0,2–0,3 мг/м3.