Оксид углерода (Со), угарный газ, - бесцветный газ без вкуса и запаха. Время жизни в атмосфере 2-4 месяца. Окисляется в атмосфере и почвенной микрофлорой до Со2. недавно появились доказательства, что Со выделяется растениями в самый ранний период их роста, а затем – поглощается ими. Таким образом, наконец удалось объяснить сезонные колебания Со в атмосфере. Считается, что более 80% глобальных выбросов Со связано с автотранспортом. На высшие растения в возможных концентрациях не действует. Для человека является ядом, который лишает ткани тела необходимого им кислорода.
Оксиды серы. В атмосфере присутствуют сернистый ангидрид SO2 (оксид серы (IV)), серный ангидрид SO3 (оксид серы (VI)). SO2 – негорючий тяжелый (плотность 2,93 кг/м3) бесцветный газ с характерным резким запахом, который ощущается при концентрациях от 0,78 до 2,6 мг/м3. в результате фотохимических и каталитических процессов сернистый ангидрид превращается в серный ангидрид SO3, который во влажном воздухе превращается в серную кислоту и ее соли. Время жизни SO2 в атмосферном воздухе около 10 часов.
Пороговая концентрация SO2, принимаемая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м3.
Оксиды азота. Наиболее распространенными загрязнителями воздуха являются оксид азота NO(II) и диоксид азота NO2 (IV).
Оксид азота NO – бесцветный тяжелый газ, кислородом воздуха окисляется до диоксида азота. Диоксид азота NO2 – газ коричнево - бурого цвета (плотность 1,49 кг/м3), который, реагируя с влагой воздуха, превращается в азотную и азотистую кислоты. Время жизни NO2 в атмосфере около 3 суток. NO2 обуславливает фотохимическое загрязнение атмосферы, поскольку реагирует с другими веществами: с диоксидом серы SO2, кислородом, углеводородами.
Диоксид азота в пять раз токсичнее оксида азота.
В атмосфере оксид и диоксид азота находятся в динамическом равновесии, превращаясь друг в друга в результате фотохимических реакций, в которых участвуют в качестве катализатора.
Их соотношение в воздухе зависит от интенсивности солнечного излучения, концентрации окислителей и др. факторов.
Пороговая концентрация NO2, принимая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м3.
Озон (O3) – бесцветный газ, образуется в результате работы электрических машин с искрящимися контактами, разрядов атмосферного электричества и вторичного загрязнения атмосферы под действием солнечной радиации с участием диоксида азота.
Озон токсичен для растений. Пороговое воздействие начинается при концентрации озона 0,06 мг/м3.
Бенз(а)пирен – относится к классу полициклических ароматических углеводородов. Кристаллы с температурой плавления +173єС, плохо растворимые в воде.
Сажа – практически чистый углерод, образующийся при неполном сгорании топлива, усиливает действие диоксида серы.
Сероводород (H2S) – бесцветный тяжелый (плотность 1,54 кг/м3) ядовитый газ с резким запахом тухлых яиц. Активный восстановитель. Образуется в производстве сульфатной целлюлозы, а также при бактериальном гниении высокобелковых продуктов растительного и животного происхождения. Встречается в канализационных колодцах!
Свинец – поступает в атмосферу в основном в виде хлорбромидов и оксида свинца (II) с выхлопными газами автомобилей, присутствует в выбросах свинцовых заводов и др.
Ртуть – обладает повышенной возможностью распределения и биопереноса в окружающей среде.
1.3 Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений
Хотя сохранение растительного покрова Земли без серьезных нарушений – безусловная необходимость, его состояние в настоящее время ухудшается (Проблемы фитогигиены…, 1981).
Основные причины этого – разнообразия и разнонаправленность патологических явлений, возникающих у растений и их сообществ.
Возникновение тех или иных патологических явлений не у одного или немногих растений одного вида, а у большего числа или же у всех растений – представителей одной популяции придает возникающим патологическим явлениям популяционное значение. Возникновение патологических явлений у многих или у большинства растений одного вида во всех или в большинстве популяций последнего придает им видовые значения, так как они способны изменить характеристики признаков, входящих в кодекс признаков вида.
Наиболее опасны для растительного мира патологические явления, нарушающие:
1. Строение и функционирование пигментов, пластид, отдельных звеньев фотосинтеза и фотосинтетического аппарата в целом.
2. Строение и функционирование аппарата газообмена и механизма его регуляции, торможение клеточного дыхания (Рудкова, 1981), уменьшение количества устьичных аппаратов (Сидорович, Гетко, 1979) и ослабление газообмена у растений на больших территориях (Назаров с соавт., 1977).
3. Строение и функционирование аппарата водного обмена и механизма его регуляции [увеличение количества прочно удерживаемой воды под влиянием магния (Шкляев, 1981), ослабление водного гомеостаза при заморозках и под влиянием загрязнителей в условиях засухи (Тарабарин, 1980), патологические изменения тургора и осмотических параметров и т.д.].
4. Строение и функционирование механизмов минерального обмена [изменение нормального количественного соотношения между элементами, сдвиги в обмене одних элементов под влиянием других, в частности (Рудкова, 1981) кальция, марганца и фосфора при избытке алюминия и т.д.].
5. Транспорт [ненормальная транслокация пластических соединений и продуктов метаболизма, изменение в связи с этим химического состава осевых органов, в частности, корней (Anderson, 1975) и т.д.].
6. Нормальную деятельность мерисистем [нарушение роста в высоту и роста в ширину (Fritts, 1975), по величине линейного прироста и т.д., и возникающие у растений, произрастающих на кислых почвах (Иванов, 1970), подвергнувшихся воздействию ионизирующего излучения, низких и высоких температур].
7. Нормальное осуществление клеточного цикла [изменение протяженности фаз клеточного цикла во времени и патология митоза под влиянием проникающего излучения (Алексахин, Нарышкин, 1974), при гиперауксинии и гипоауксинии, при избытке и недостатке макро и микроэлементов, в частности алюминия (Рудкова, 1981)].
8. Гистогенез и дифференциацию клеток и тканей [ксерофильные преобразования злаковых, возникающие под влиянием шлама алюминиевого завода (Половова, Шилова; 1969), в частности нитевидность листочков у Robina pseudacacia L. (Кондратюк с соавт., 1980), деформация побегов и листьев у Ulmus laevis Pall., Acer negundo L. и Betula pendula Roth. (Кулагин, 1974) и уменьшение длины шишек у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха].
10. Межклеточные, межтканевые и межорганные взаимосвязи и взаимодействия [патологические изменения апикальной доминантности, ростовых корреляций, нормального соотношения массы надземных и подземных органов, в частности, у Robinia pseudacacia L., произрастающей на отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик (Рева с соавт., 1974)].
11. Ритмику процессов онтогенеза [ускорение фенофаз при загрязнении атмосферного воздуха (Рязанцева, Спахова, 1980) предотвращение образования плодов у Achillea millefolium L. при воздействии дымогазовых выбросов химического завода (Тарчевский, Шик, 1969), ингибирование цветения у Xanthium strumarium L. под влиянием CO2 (Purohit, Tregunna, 1974)].
12. Возрастное преобразование в жизненном цикле и его нормальное существование [неотения у травянистых растений, произрастающих на территориях, коксохимических и металлургических заводов (Кондратюк с соавт., 1980)];
13. Физические (электрические, электромагнитные, оптические и температурные) константы и характеристики растений;
14. Гаметогенез, оплодотворение и формирование диссеминул [недоразвитие микроспор у злаков (Зуева, 1969) при воздействии каменноугольной золы; недоразвитие семян у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий];
15. Нормальное функционирование и жизнеспособность на ювелирных стадиях развития [уменьшение всхожести семян Pinus sylvestris L. в 2-3 раза при загрязнении атмосферного воздуха (Мамаев, Шкарлет, 1971)];
16. Нормальные сроки функционирования и жизнедеятельности клеток, тканей и органов [преждевременное и вызываемое осенними потеплениями отмирание верхушечных почек у 25% хвойных, произрастающих на осушенных болотах (Ефимова, 1977); отмирание хвоинок при контакте с оксидом магния – выбросом магнезитовых заводов (Носырев, 1966), уменьшение срока жизни хвоинок Picea abies L.под влиянием никеля c 11-12 лет до 2 лет].
17. Демографические характеристики популяций – их возрастной состав, соотношения образующих их растений по полу, активность семенного размножения и вегетативного возобновления, жизнеспособность семян и проростков [уменьшение до 40-60% числа экземпляров Pinus sylvestris L., у которых образуются шишки: недоразвитие в этих шишках семян и изменение их нормального соотношения по полу (Мамаев, Шкарлет, 1971) при воздействии загрязненного воздуха; возникновение на загрязненных территориях, причем нередко на расстоянии до 6 км от источника загрязнения, зоны гибели растений (Владимиров, 1980)].
18. Фитоценогенез и флорогенез на отдельных территориях [уменьшение числа видов сосудистых видов растений и водорослей при загрязнении нефтью (Шилова, 1978); возникновение фитоценозов с иным видовым составом растений, в частности, низкорослых березовых лесов при воздействии выбросов медеплавильных заводов].
Даже при незначительной концентрации загрязнителей длительное влияние на растения загрязненного воздуха приводит к уменьшению интенсивности их фотосинтеза и к замедлению их роста, а также к упрощению и распаду ценозов. Характерно, например, изреживание древостоев и уменьшение видового состава флоры в степных районах возникающие под влиянием дымогазовых выбросов металлургических и коксохимических предприятий.