Влияние загрязненности на растения

Министерство  образования и науки Р.Ф.

Федеральное агентство по образованию.

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования.

Алтайский государственный университет им. И.И. Ползунова. 
 
 

                       Реферат: по Безопасности жизнедеятельности. 

                 Тема: Влияние загрязненности на растения. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил: Забурятин Олег

     Георгевич.

                                                                            Гр. 9СД-78   

                                                                                 Проверил: Айгобулова Ю.Г. 

                Введение. Существующая ситуация.

  Развитие  растений тесно связано с условиями  окружающей среды. Температуры, характерные  для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры  и даже состояние атмосферы –  все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта  и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения  способна вызвать  даже разница в  количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень  значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к  таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо  одного параметра могут приводить  к гибели растений.                                                                                                                                                  

  Растительность - не только продукт органической материи  на земле, но также с ее значительным участием формируются почва, климат и погода, круговорот материи и  энергии, создаются экологические  условия, необходимые для существования  всех других живых организмов, включая  человека. Поэтому охрану природы  на современном этапе следует  рассматривать не столько как  сохранение отдельных организмов и  сообществ, а преимущественно как  сохранение естественных процессов  поддержания и регуляции круговорота  веществ и энергии в биосфере, обеспечивающих продолжение жизни  на земле. Так как растительность (продуценты) стоит у истоков всех биогеохимических, экологических и  энергетических процессов в биосфере, то она является одним из наиболее важных компонентов, определяющих благополучие биосферы и жизни на земле.

  Вредное влияние загрязненного воздуха  на растения происходит, как путем  прямого действия газов на ассимиляционный  аппарат, так и путем косвенного воздействия через почву. Причем прямое действие кислых газов приводит к отмиранию отдельных органов  растений, ухудшению роста и урожайности, а также качества сельскохозяйственной продукции. Накопление же вредных веществ  в почве способствует уменьшению почвенного плодородия, своеобразному  засолению почв, гибели полезной микрофлоры, нарушению роста, отравлению корневых систем и нарушению минерального питания. Аккумуляция газа в экосистеме идет с участием трех компонент: растительности, почвы и влаги. В зависимости  от погодно-климатических условий, солнечной радиации и влажности  почв может изменяться поглотительная способность и удельный вес этих компонентов.

  Загрязнение атмосферы приводит к значительному  повреждению растительности. Во многих городах и вблизи них исчезают сосна и другие породы деревьев. Например, в Центральной Европе повреждено почти 1 млн. га хвойных лесов, или 10% общей площади леса. Общая площадь пораженных лесов, значительная часть которой связана с воздействием загрязнения атмосферы, в Европе (без СНГ) и Северной Америке составляет более 6 млн. га, в том числе в Германии - 39 млн. га, Польше - 0.38 млн. га, Чехии и Словак ии  0.3 млн. га, в Канаде 1 - 1.5 млн. га, США – 0,5 млн. га.

    Физические исследования позволили  высказать гипотезу о причинах  роста концентрации углекислого  газа в атмосфере Земли. С  одной стороны, это вызвано  ростом потребления, сжигания  и переработки топлива и углеродосодержащих  материалов, а с другой - уменьшением  годичной продуктивности автотрофных  организмов в наземных и водных  экосистемах. Последнее вызвано: 1) заменой более продуктивных  естественных лесных фитоценозов на искусственные и менее продуктивные (сельхоз. угодья занимают уже более 10% суши); 2) подавлением фотосинтеза у растений под влиянием повышения фона загрязнения воздуха, воды и почвы. Известно, что агроценозы, даже самые высокоурожайные, уступают естественным лесным фитоценозам по суммарной за год (на единицу площади) биологической продуктивности, а, следовательно, фотосинтезирующей деятельности, которая обеспечивает утилизацию CO₂ и регенерации кислорода.

    Известны чувствительные растения - индикаторы, не выносящие даже  очень слабого загрязнения воздуха.  Под влиянием очень слабых  концентраций сернистого газа  мхи и лишайники первыми исчезают  из состава фитоценозов. К действию  фтора очень чувствительны гладиолусы.

  Кислые  газы, нарушая рост и развитие растений (неоднократная смена листьев, вторичный  рост побегов, а иногда и вторичное  цветение), могут снижать устойчивость их к другим неблагоприятным факторам; засухе, заморозкам, засолению почв.

  Повреждения (ожоги) делят по характеру их проявления и изменению физиолого-биохимических  процессов у растений на: острые (катастрофические), хронические и невидимые.

  Различают пять степеней повреждения растений сернистым газом в зависимости  от концентрации его и продолжительности  поглощения листьями: отсутствие повреждений, скрытые, хронические, острые и катастрофические.

  Активации повреждаемости растений газами способствует повышенная температура, влажность  воздуха и солнечная радиация, т.е. факторы повышающих газообмен  и поглощение токсичных газов. При  пониженной освещенности и ночью  повреждаемость растений уменьшается. Прекращение газообмена зимой у  хвойных пород также предохраняет их от повреждений.

  Исследования  показали, что зеленые растения более  чувствительны к различным газам, чем животные и человек. Допустимая максимально- разовая концентрация SO₂ для растений оказалось равной 0.02 мг/м³ (для животных и человека 0.05 мг/м³). Большая чувствительность растений связана с большей скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма.

  В табл.1, составленной с учетом данных Фогля,Вейнстейна и Маккюна. Существующие типы и масштабы последствий атмосферных загрязнителей на различных уровнях организации экосистемы предложены в качестве основы для дальнейших исследований. При таком сопоставлении устанавливается взаимосвязь между влиянием на клеточном уровне и реакциями всего растения или даже растительного сообщества в целом. Процесс воздействия начинается с поступления загрязнителя в клетку, далее на растительный организм и, в конечном счёте на растительные сообщества в целом. 
 

  ТАБЛИЦА 1

  Классификация действия атмосферных загрязнителей  на растения

      Каждое из загрязнений воздействует  своим особым образом, однако  все загрязнения оказывают влияние  на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный  баланс. В первую очередь воздействию  подвергаются системы, регулирующие  поступление загрязняющих веществ,  а также химические реакции,  ответственные за процессы фотосинтеза,  дыхания и производство энергии.

      Рассмотрим  наиболее вредные  загрязняющие вещества: диоксид  серы, фториды, озон.

  Диоксид серы.

  Загрязняющее  вещество первоначально поступает  в растение через устьица –  отверстия, имеющееся на листьях  и в нормальных условиях использующихся для газообмена. Диоксид серы, прежде всего, воздействует на клетки, которые регулируют открывание этих отверстий. Степень их открывания и факторы, влияющие на нее, в начальный период являются основными параметрами, определяющими интенсивность воздействия загрязнителей. Даже при очень малых концентрациях диоксид серы способен оказывать стимулирующее действие, в результате которого при достаточно высокой относительной влажности устьица остаются постоянно открытыми. В тоже время при высоких концентрациях диоксида углерода устьица закрываются. Кроме того, в случае высокой влажности устьица открываются, в случае низкой – закрываются.

  Попав в межклеточные пространства листа, загрязняющее вещество вступает в контакт  с мембраной окружающей клетку. При  нарушении целостности этой полупроницаемой  мембраны нарушается баланс питательных  веществ и процесс поступления  ионов.

  Пройдя  в клетку, диоксид серы взаимодействует  с органеллами – метохондриями и хлоропластами, в том числе и с их мембранами, что может привести к весьма серьезным последствиям.

  Однако  сера необходима для нормального  роста растений, и присутствие  SO₂ может оказывать влияние и на усвояемость серы. Растения потребляют серу в восстановленном состоянии. В присутствии SO₂ основным продуктом становится сульфат; присутствует также цистеин, глютатион, и, по меньшей мере, одно не идентифицированное вещество. Основными промежуточными соединениями при восстановлении сульфатов являются сульфиты.

  Возможна  также дезактивация ферментов. Диоксид  серы ингибирует различные биохимические  реакции. Сульфиты, обладающие слабокислотными  свойствами, дезактивируют некоторые  ферменты, блокируя активные центры, препятствуя  протеканию основной химической реакции; это явление известно как конкурентное ингибирование. Диоксид серы является конкурентным ингибитором дифосфаткарбоксилазы, препятствующим фиксации СО ₂ в процессе фотосинтеза.

  Хотя  точный механизм действия SO₂ на молекулярном уровне неизвестен, можно предположить, что основную роль играют  присутствие избыточного количества окисленных форм серы, нарушение баланса с восстановленными формами и воздействие на жизненно важные ферменты. 

  Фториды.

  Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи  с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может  оказывать  токсическое действие. Большинство растений способно накапливать  в листьях концентрации фторидов  до 100 – 200 млн.^-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей.

  Для большинства растений порог токсичности  равен 50 – 100 млн.^-1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы  и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и при засыхании.

  Фториды воздействуют на целый ряд ферментов  и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев.

  Воздействие на ферменты приводит к ингибированию  реакции, которая осуществляется с  участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного  процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в  целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия  на фотосинтез состоит в ингибировании  хлорофилла. Добавки больших количеств  магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах . Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды.