Забруднення атмосфери, водоймищ і ґрунтів при промисловому і сільськогосподарському виробництві

Забруднення природного середовища при промисловому і сільськогосподарському виробництві відбувається в разі ігнорування вимог екологічного імперативу, міжнародних екологічних угод і державного законодавства. Законодавство встановлює для кожної забруднювальної речовини розмір гранично допустимого скиду (ГДС) і гранично допустимої концентрації (ГДК).

Несприятлива для рослин дія забруднюючих речовин має місце у разі перевищення при скиданні відходів допустимих показників. Орієнтація на безвідходне, екологічно чисте виробництво значно підвищує собівартість продукції і поки що реалізується не всіма підприємствами і господарствами. Тому добування певних природних ресурсів як сировини, і утворення відходів, є основними механізмами забруднення атмосфери, ґрунту і водоймищ. Такі забруднювальні речовини в багатьох випадках чинять негативний вплив на фізіологічні процеси рослин.

Екологічна дія забруднювальних агентів може виявлятися по-різному. Вона може зачіпати або окремі організми, або популяції, біоценози, екосистеми і навіть біосферу в цілому. На організменому рівні може відбуватися порушення окремих фізіологічні функцій, зміна морфогенезу, зниження темпів росту і розвитку, зниження стійкості до дій інших несприятливих чинників зовнішнього середовища.

Забруднення газоподібними речовинами

Газоподібні речовини, які надходять в атмосферу в результаті тих чи інших виробничих процесів і чинять шкідливий вплив на рослини, називають екологічними токсикантами.

Сучасні рослини розвивалися в умовах, коли вміст шкідливих газів, що утворюються під час пожеж, природних хімічних процесів або вулканічної діяльності, у повітрі був невеликим. Шкідливий вплив промислових газів на рослини став виявлятися із середини XIX ст., як результат різкого росту процесів промислового виробництва. У промислово розвинених країнах забруднення повітря, за сучасними даними, більш ніж на 50% обумовлено транспортом, близько 20% припадає на опалювальні системи, стільки ж – на промислову діяльність (електроенергетику, виробництво нафти, паперу, хімічних речовин), близько 10% – на переробку й знищення відходів та ін. Україна входить до числа держав з небезпечно забрудненою атмосферою: тільки останніми роками в Україні в атмосферу викинуто більше ніж 100 млн тонн шкідливих речовин. Індекс забруднення атмосфери зі значенням “дуже високий” відзначається в п'яти містах України – Одесі, Горлівці, Армянську, Слов'янську і Дніпродзержинську.

Згідно 3 гіпотезою Ю.З. Кулагіна (1974), промислові гази і пил є новим, раніше не властивим рослинам екологічним чинником, що виник порівняно недавно, а їхні особини ше не виробили специфічних захисних пристосувань, які забезпечують нормальну життєдіяльність в умовах промислового середовища.

Ступінь шкідливості газоподібних речовин не є однаковим. Розрізняють такі ряди токсичності газоподібних забрудників і рослин:

F2 > С12 > SO2 > NO > С > СO2.

Загалом рослини поділяються на дві групи – газочутливі і газостійкі рослини. Добрими індикаторами загазованості, тобто високо газочутливим рослинами, є мохи і лишайники.

Фтор. Джерелом газоподібного фтору здебільшого виступають заводи з виплавки алюмінію і виробництва фосфатних добрив. Сталеливарні, цегляні і скляні заводи, а також спалювання вугілля також є додатковими джерелами забруднення навколишнього середовища фтором. Він справляє вплив на рослини не лише в газоподібній форм і, а в основному накопичуючись у ґрунтах. Додатковим джерелом забруднення ґрунтів фтором є фосфорні добрива. У разі одночасного забруднення середовища повітряним і ґрунтовим фтором активніше він поглинається рослинами з повітря, а не з ґрунту.

Токсична дія фтору на рослини пояснюється його пригнічуючою дією на багато ферментативних систем, що призводить до загального розладу обміну речовин. Заданими Ю.П. Танделова (2012), найбільш значний вплив фтору на метаболізм рослин виявляється у таких реакціях: а) зменшення вмісту хлорофілу; б) пригнічення синтезу крохмалю; в) ушкодження клітинних мембран; г) зниження темпів поглинання кисню і викликане цим порушення синтезу АТФ; д) руйнування ДНК і РНК. У результаті реакція рослин на забруднення фтором в першу чергу проявляється в послабленні темпів росту, зниженні врожайності. Проте найбільш небезпечним наслідком фторидного забруднення є накопичення його в кормових рослинах.

Рослини мають різну стійкість до високих концентрацій фтору. До стійких відносять спаржу, квасолю, капусту, моркву, вербу, а до чутливих – ячмінь, кукурудзу, гладіолус, абрикосу, сосну, модрину.

Хлор. Його іони потрібні рослинам. Хлор бере участь в енергетичному обміні, активуючи окиснювальне фосфорилювання. Він необхідний для утворення ізольованими хлоропластами кисню в процесі фотосинтезу, для стимулювання допоміжних перетворень, притаманних фотосинтезу, передусім тих з них, які пов'язані з акумуляцією енергії. Хлор у ґрунті позитивно впливає на поглинання коренями кисню, сполук калію, кальцію, магнію.

На відміну від цього газоподібний хлор С12 у разі його надмірної концентрації в повітрі діє на рослини негативно. У цій формі хлор знижує вміст хлорофілу, зменшує активність фотосинтезу, затримує ріст і розвиток рослин.

Оксид вуглецю (СО) – найбільш небезпечний і надзвичайно поширений газоподібний забрудник повітря. Природний рівень СО у повітрі становить 0,01-0,9 міліграм/м3. Утворення СО відбувається за неповного згоряння різного палива. Природним джерелом СО є лісові пожежі і фотохімічне перетворення органічних сполук в атмосфері. Близько 25% СО має антропогенне походження. Значна кількість (у США майже 40% усіх забруднень атмосфери) оксиду вуглецю надходить в атмосферу міст і промислових регіонів із відпрацьованими газами автотранспорту. Для рослин оксид вуглецю є антагоністом двоокису вуглецю, необхідного для фотосинтезу, і тому пригнічує їх ріст і продуктивність.

Оксид сірки SO2. Оксиди сірки надходять в атмосферу здебільшого при спалюванні різного виду викопного палива. За даними деяких джерел, припустима концентрація SO2 становить 0,00001 %. У великих кількостях він викликає ушкодження листків. Механізм цього явища пов'язаний з тим, що SO2 утворює солі K2SO4 і MgSO4, які накопичуються у вакуолях клітин листків. При переповненні вакуолі цими солями її функціонування порушується. У вічнозелених рослин, наприклад, у сосни, негативна дія оксиду сірки посилюється ще й тим, що, зв'язуючи магній у формі сульфату магнію, він призводить до порушення синтезу хлорофілу.

Заданими польових дослідів (Балацька, Тарабан, 1989). при підвищенні концентрації оксидів сірки у повітрі всього до 0,1 мілігра- ма/м3 урожай цукрового буряка знижується на 1,7%, конюшини – на 1,8%, пшениці – на 1,5%.

Однак основна шкода для рослин від оксиду сірки полягає в тому, що він викликає так звані кислотні дощі. Вони характеризуються підвищеним вмістом кислот (в основному сірчаної, яка утворюється при взаємодії оксиду сірки з атмосферною вологою) і зазвичай мають pH близько 4,5.

Максимальна зареєстрована кислотність опадів в Західній Європі становила pH = 2,3, у Китаї – pH = 2,25, у Підмосков'ї в 1990 р. був зареєстрований дощ з pH = 2,15.

Кислотні дощі завдають значної шкоди рослинам. Крім прямої негативної дії сірчаної кислоти на листки, вона разом із дощовою вологою призводить до вимивання мікроелементів з тканин рослин, що робить їх чутливішими до інших чинників довкілля, наприклад до холодної зимової погоди, збільшуючи вірогідність їхньої загибелі або ушкодження. У результаті станом на 2001 рік втрати врожаю від кислотних дощів в Німеччині оцінювалися в 4,7 млрд дол., у Польщі – 2,7, Швеції – 1,5.

Особливо страждають від кислотних дощів ліси (рис. 12.1). У високогірних регіонах вони часто зазнають сильнішої дії таких опадів, ніж ліси на рівнинах. Це обумовлено тим, що дерева в горах часто

Рис. 12.1. Ділянка лісу, пошкоджена кислотним дощем

ростуть оповиті кислотними туманами і хмарами, які мають вищу концентрацію кислот, ніж дощові краплі.

У цілому, Г.М. Ількун (1978) визначає газостійкість як здатність зберігати властиві рослинам процеси життєдіяльності і генеративного розмноження в умовах забрудненого газами і парами атмосферного повітря. Рівень газостійкості кожного виду рослин або особини оцінюється за граничною концентрацією токсичних речовин у повітрі, які не викликають функціональних і структурних порушень в організмі в період найвищої фізіологічної активності й чутливості до діючих атмосферних чинників. Газостійкість – це нова властивість рослин, яка якнайповніше реалізується:

• а) завдяки ксерофітизації внаслідок зменшення швидкості надходження токсичних газів у внутрішні тканини листка;
• б) у разі знешкодження забрудника специфічними речовинами, що містяться в рослині;
• в) у процесі природного від бору особин, найбільш стійких в місцевих умовах.

Отже, анатомо-морфологічні ознаки, які сприяють підвищенню газостійкості, – це потужна кутикула, додаткові воскові покриви, опушування, менше вентилювання губчастої паренхіми, риси ксероморфності, зокрема дрібні продихи, восковий наліт на листках, який створює водовідштовхувальне покриття, забезпечуючи легке змивання бруду водою. Біохімічний механізм газостійкості полягає в детоксикації газоподібних отрут, що відбувається завдяки посиленому виділенню рослинами різних ефірних олій.