Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Большое количество кадмия попадает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений риса и пшеницы, однако часть его достигает других органов.
Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Однако это, безусловно, не одна и не главная причина токсического действия кадмия на растения.
Кобальт относится к числу элементов, необходимых для нормального роста растений. Он входит в состав витамина B12, образуемого растениями, необходим для фиксации атмосферного азота симбиотическими микроорганизмами, повышает засухоустойчивость растений.
Вместе с тем это один из наиболее токсичных металлов. Он сильно ингибирует прорастание семян табака, губительно влияет на растения. Так, например, присутствие в 1 кг почвы всего 14,6 мг кобальта приводит к сильному поражению и задержке роста растений овса. У фасоли, выращиваемой в питательном растворе в присутствии кобальта (10– 6—10– 5М), отмечена хлоротичность листьев, а при концентрации его 10– 4 М — снижение веса надземной массы.
За счет естественных источников в окружающую среду поступает 18,5 тыс. т меди, тогда как в результате человеческой деятельности — 56,0 тыс. т. Главным источником загрязнения природной среды медью являются предприятия цветной металлургии и по переработке цветных металлов — 21,1 тыс. т. Поэтому в окрестностях медеплавильных заводов обнаруживается повышенное содержание этого металла.
Вместе с кобальтом и марганцем медь относится к числу микроэлементов, необходимых для растений. Для жизнедеятельности растений требуются очень небольшие количества меди. В случае избытка этого элемента на растениях возникают симптомы поражения, рост их резко замедляется. Так, например, у овса избыток меди вызывает побеление кончиков листьев, задержку роста первичных и образование вторичных корней, подавление формирования корневых волосков, замедление роста надземной части. В результате патологических изменений, возникших в растениях при избытке меди, урожай культурных растений резко сокращается. Так, например, внесение меди в количестве 300 кг на 1 га приводит к снижению урожая клубней картофеля в три раза.
Количество никеля, поступающего в атмосферу из природных источников, составляет 26,0 тыс. т, тогда как из источников антропогенного происхождения — 47,4 тыс. т. Он широко применяется в электротехнике и производстве сплавов, используемых для чеканки монет.
Под влиянием никеля подавляется прорастание семян табака, рост стеблей и корней, происходит отмирание точек роста. Одна из причин торможения роста растений — ослабление интенсивности фотосинтеза. Листья подсолнечника, содержащие в 1 кг своей массы 79 мг никеля, фотосинтезируют в два раза слабее, чем контрольные растения. Другая причина обусловлена, по-видимому, изменениями в регуляторной системе растений. Отмечено, что под влиянием никеля в верхних листьях томатов происходит повышение количества флавон-3-глюкозида. Исследователи считают, что уродства, возникающие под действием никеля на растения, обусловлены именно накоплением фенольных соединений.
В атмосферу Земли поступает значительное количество цинка. Естественные источники дают 43,5 тыс. т, а источники антропогенного происхождения — 314,4 тыс. т. Из атмосферы этот элемент может поступать в водоемы, а затем в живые организмы.
Цинк относится к числу микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности растений. Тем не менее высокие концентрации его отрицательно сказываются на растениях. Одной из причин токсичности этого металла является то, что цинк относится к числу элементов, интенсивно накапливающихся в растениях. Сосна веймутова, клен красный и ель обыкновенная энергично поглощают цинк, причем между скоростью этого процесса и содержанием цинка в питательной среде существует прямая зависимость. В результате избыточного накопления цинка у растений возникают симптомы отравления: подавление роста корней, образование некрозов, карликовость, увядание, ускорение опадения листвы. Высокие концентрации этого элемента снижали урожай клубней картофеля почти в два раза.
Загрязнение окружающей среды мышьяком происходит в результате выбросов предприятий, работающих на ископаемом топливе, в процессе переработки сульфидных руд цветных металлов и серного колчедана, в состав которых он входит в виде примеси, а также при использовании некоторых средств защиты растений. По имеющимся данным, в 1977 г. в природную среду поступило 37 тыс. т мышьяка.
Мышьяк накапливается в почве, откуда поглощается растениями. Интенсивность поглощения этого элемента наземными растениями обычно невелика. Однако растения, выращенные на шахтных отвалах, накапливают его сравнительно много. Морские водоросли интенсивно поглощают мышьяк, при этом концентрация его в клетках выше 10– 6 М является ингибирующей для метаболитических процессов.
Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, ванадий, хром, титан, серебро и др.
Приведенные примеры показывают, что в настоящее время природная среда чрезвычайно интенсивно загрязняется тяжелыми металлами, представляющими опасность для живых организмов. В связи с этим надлежит принять всесторонние меры, направленные на предотвращение поступления их в окружающую среду. Это диктуется не только опасностью, которую они представляют для всего живого, но и ограниченностью природных ресурсов. Ведь многие тяжелые металлы представляют исключительную ценность, которая постоянно растет в связи с уменьшением запасов минерального сырья. Их рассеивание в природной среде — разбазаривание огромных богатств.
К числу органических веществ, загрязняющих окружающую среду, относятся предельные, ненасыщенные, гидроароматические и ароматические углеводороды и их производные — спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, эфиры. Ассортимент органических веществ, загрязняющих воздух, воду и почву, постоянно растет, и ученые не успевают изучать их влияние на живые организмы.
На некоторых химических предприятиях воздух загрязнен формальдегидом, муравьиной кислотой и другими веществами. У овсяницы луговой и тимофеевки луговой формальдегид вызывает заметное увеличение проницаемости мембран. У газонных трав под влиянием этого вещества отмечено частичное снижение интенсивности фотосинтеза.
В условиях теплицы, отапливаемой нефтепродуктами с целью обогрева и обогащения воздуха углекислым газом, вредное влияние на растения оказывает не только сернистый газ, но и олефины (этилен, пропилен, бутилен), которые накапливаются в результате неправильного функционирования топок, а также при работе в теплицах двигателей внутреннего сгорания. Этилен особенно ядовит для гвоздик, орхидей, тюльпанов, нарциссов и хризантем. Он приводит к преждевременному сбрасыванию листьев, что весьма нежелательно. Более ста лет назад на улицах Берлина можно было наблюдать листопад растений в середине лета. Выяснилось, что причиной этого являлся светильный газ, попадавший в атмосферу в результате неисправности городского газопровода. В светильном газе содержится этилен, который и был «виновником», более раннего «прихода осени» на улицы Берлина,
Этилен вызывает задержку роста проростков гороха, их изгибы, а также возникновение утолщений в зоне роста. Изгибы и эпинастию листьев вызывают также ацетилен и пропилен, однако эти газы эффективны в более высоких концентрациях, чем этилен. Этилен индуцирует пролиферацию растительных тканей, особенно камбия стебля и корня, что является причиной ростовых аномалий. Так, например, у гибискуса он вызывает возникновение наростов, похожих на корни, состоящие из недифференцированной ткани. Следует иметь в виду, что этилен вырабатывается самими растениями и по этой причине в незначительном количестве содержится во всех растительных тканях. В них он играет роль ингибитора ростовых процессов. Кроме того, этилен является природным регулятором созревания плодов. Он вырабатывается в зрелых плодах в таком количестве, что у незрелых плодов, находящихся с ними в одной камере, происходит ускоренное дозревание.