Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Одновременно с ослаблением фотосинтеза в хвое сосны усиливается активность дыхательного процесса как на свету, так и в темноте. У сои под влиянием фтористого водорода также интенсифицируется дыхание, однако энергия дыхательного процесса не запасается в форме энергии макроэргических связей АТФ, а поэтому не может быть использована на процессы жизнедеятельности.
Факторы внешней среды оказывают большое влияние на поражаемость растений фтором. При недостатке влаги в почве, при низкой освещенности и невысокой температуре повреждение сои от фтористого водорода было меньше, чем при ярком освещении, обильном снабжении влагой и при благоприятных температурных условиях. Нетрудно связать действие этих факторов с состоянием устьиц. Факторы, благоприятствующие их закрыванию, повышают устойчивость растений к фтору, ибо растения в этом случае поглощают меньше фитотоксикантов.
Хлор и хлористый водород попадают в атмосферу при работе титано-магниевых заводов, гальванотехнических цехов, химических предприятий, производящих гербициды, инсектициды, соляную кислоту, органические красители, цемент, суперфосфат, уксусную кислоту, хлорную известь, соду.
Большое количество хлоридов (магния, кальция, натрия) попадает в почву при использовании солей для борьбы с гололедом. Обычно на 1 м2 дорожного покрытия расходуется 50–70 г солей. За зиму в ФРГ на каждый 1 м2 городских улиц попадает от 0,6 до 2,7 кг соли. Неудивительно, что на полуметровой глубине возле тротуара на каждые 100 г почвы химические анализы показали присутствие 600 мг солей. Кроме того, интенсивное засоление почвы хлоридом натрия происходит в местах производства калийных удобрений.
Хлор может поступать в растения и оказывать на них сильное повреждающее действие в различных формах: газообразный хлор, газообразный хлористый водород, соли соляной кислоты и т. д. Десятиминутное воздействие хлора в концентрации 0,75 мг/м3 значительно понижало интенсивность процесса фотосинтеза у пшеницы, овсяницы луговой, тимофеевки луговой. Снижение интенсивности фотосинтеза под влиянием хлора может быть обусловлено повреждением структуры хлоропластов (отслоение и разрывы их оболочек, укрупнение зернистости матрикса, нарушение гранулярно-сетчатой структуры).
Овсяница луговая реагирует на газацию хлором увеличением проницаемости мембран, причем с возрастанием концентрации действие хлора было более сильным. У менее устойчивой к хлору тимофеевки луговой изменение проницаемости наблюдалось при более низких концентрациях хлора.
Экспозиция растений фасоли в атмосфере газообразного хлористого водорода (20 мин при концентрации 6,0—54,2 мг/м3) приводит к накоплению в листьях хлоридов, причем наблюдалась прямая корреляция между их уровнем и дозой газовой обработки. После воздействия хлористым водородом в концентрации 0,12 мг/м3 воздуха в течение 140 ч урожай редиса снизился на 20 % по сравнению с контролем. Заметное торможение роста и уменьшение урожая под действием газообразного хлористого водорода отмечено у клевера лугового, томатов, озимой ржи, огурцов, моркови, фасоли, люпина, картофеля, конских бобов, шпината и рапса. Под влиянием хлористого водорода наблюдались изменения ультраструктуры хлоропластов, которые были аналогичны изменениям при обычных дегенеративных процессах (Гудериан, 1979). Автор пришел к заключению, что разные концентрации этого фитотоксиканта ускоряют процессы старения клеток.
Засоление придорожных участков хлоридом натрия, обусловленное использованием его для борьбы с гололедом, вызывает сильное поражение деревьев и кустарников, особенно в апикальных частях побегов, и зачастую ведет к полной гибели растений. Засоление почв привадит к тому, что у дорог широкое распространение получают халофитные виды растений.
Токсическое действие ионов натрия и хлора на клен остролистный проявляется в возникновении на листьях некрозов, отмирании и опадении ассимиляционных органов. Хвоя сосны и ели приобретает красновато-коричневый оттенок и также отмирает. В поврежденной хвое отмечено десятикратное увеличение содержания хлора. На расстоянии 24,4 м от дороги в хвое тсуги количество хлора возрастало более чем в 5 раз, а на расстояния 61 м — в 4 раза. В течение года количество ионов натрия и хлора в ветвях хвойных претерпевает закономерные изменения. В январе и в феврале происходит постепенное повышение их концентрации. В марте и в начале апреля наблюдается резкое увеличение их содержания, что совпадает с прекращением снегопадов и повышением температуры. В апреле и в мае отмечается снижение количества натрия и хлора в ветвях хвойных, обусловленное вымыванием солей из почвы весенними осадками.
Содержание хлора в листьях деревьев от 0,7 до 1,5 % в условиях Киева вызывает сильное повреждение каштана конского, липы сердцелистной, ясеня зеленого, сирени обыкновенной. Более слабые повреждения зафиксированы у ивы плакучей, тополя канадского, акации белой, вяза гладкого. Для предотвращения повреждения деревьев солями предлагается сажать вдоль дорог устойчивые к хлориду натрия деревья и кустарники, смешивать хлорид натрия с различными добавками, особым образом располагать насаждения.
Какие же физиолого-биохимические изменения лежат в основе губительного влияния хлора на растения? Ученые установили, что в листьях каштана и липы высокие концентрации хлора вызывают разрушение пигментов пластид в три и более раза по сравнению с деревьями, произрастающими вдали от дорог. В условиях хлоридного засоления у растений гороха происходит снижение количества свободных рибосом хлоропластов, что может сказаться на синтезе белка. Работами советского физиолога растений Б. Н. Строганова (1962) показано, что под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, накапливаются аммиак и другие ядовитые для растений продукты. Кроме того, в растениях под влиянием избытка хлорида натрия могут возникать нарушения в энергетическом обмене в силу разобщения процессов окисления и фосфорилирования. Высокие концентрации солей вызывают повреждения поверхностных структур цитоплазмы, в результате чего клетки утрачивают способность к избирательному накоплению веществ. Немаловажным является и то обстоятельство, что при избытке солей в почве происходит концентрирование почвенного раствора, затрудняющее поступление воды в корни растений. Все эти изменения приводят к резкому падению урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее сильно страдают от засоления гречиха и картофель.
Аммиак попадает в атмосферу при производстве аммиачных удобрений, мочевины, азотной кислоты, при сжигании нечистот, содержащих это соединение, а также в результате функционирования сахарных, кожевенных и Других заводов, животноводческих комплексов. Количество аммиака в атмосфере выше предельно допустимых норм фиксируется на расстоянии 3 км от комплекса с 10 тыс. коров и на расстоянии до 5 км от комплекса со 100 тыс. свиней. Комплекс, содержащий 10 тыс. голов крупного рогатого скота, выделяет за сутки около 60 кг аммиака.
В природе аммиак образуется в почве в результате жизнедеятельности бактерий-аммонификаторов, осуществляющих разложение белков и мочевины. Этот аммиак практически не загрязняет окружающую среду, поскольку быстро утилизируется другими микроорганизмами, осуществляющими нитрификацию, в ходе которой аммиак окисляется до азотистой и азотной кислот.
Глубина нарушений азотного обмена под влиянием аммиака у древесных растений зависит от концентрации газа. Низкие концентрации аммиака не вызывают видимых повреждений листьев, поскольку растения обладают достаточно аффективными механизмами его детоксикации (прямое аминирование кетокислот, переаминирование). Высокие же концентрации аммиака вызывают необратимые изменения в обмене веществ растений, сопровождающиеся накоплением в тканях аммиачного азота, подщелачиванием клеточного содержимого, а вследствие этого сильным повреждением листовых пластинок растений. Под влиянием аммиака в листьях изменяется интенсивность процессов фотосинтеза и дыхания, содержание органических кислот, активность некоторых ферментов, водный режим и т. д.
Снос удобрений в водоемы приводит к ряду неблагоприятных последствий. Во-первых, повышение содержания в воде азота и фосфора оказывает непосредственное воздействие на водные организмы. Во-вторых, оно приводит к антропогенной евтрофии водоемов. Интенсивное развитие водорослей сопровождается последующим их отмиранием, в результате чего запасы кислорода расходуются на окисление различных органических соединений. Вода при евтрофии перенасыщается органическим веществом.
Нитраты содержатся в сточных водах химических, лакокрасочных, фенольных производств, в бытовых сточных водах. Наряду с нитратами в сточных водах химических, химико-фармацевтических, лакокрасочных, текстильных производств и заводов по выпуску резинотехнических изделий присутствуют нитриты.
В ряде стран установлена прямая связь между интенсивностью использования нитратсодержащих удобрений, количеством нитратов в воде и заболеваемостью раком желудка.