Антропогенні фактори, що викликають зміни в організмах

 

Систематичне  забруднення атмосферного повітря  в результаті практичної діяльності людини почалося з використанням  нею вогню. Багато

 

11

тисячоліть  цей вплив розповсюджувався на обмежену територію і замішаних в цих процесах людей.

З організацією промислових підприємств створюються  більш потужні джерела локального забруднення повітря. Задимлення атмосфери  особливо збільшилося з початком використання кам’яного вугілля  замість деревини в якості основного енергетичного палива.

Прогресивний  ріст насичення атмосферного повітря  різноманітними домішками почався  з 50-х рр. ХХ століття і обумовлений  швидким зростанням кількості підприємств, потужних індустріальних комплексів, нових галузей промисловості  і величезним різноманіттям вироблених ними матеріалів у сукупності з концентрацією населення в великих мстах і збільшенням транспортних засобів. Інтенсивність природного самоочищення атмосферного повітря над цими районами виявилася меншою, ніж швидкість насичення його різними домішками. В результаті такого неспівпадання забруднюючі речовини розносяться повітряними потоками на значні відстані, від чого розширюється сфера їх несприятливих дій.

Атмосферні  забруднювачі за походженням можуть бути первинними – відходи підприємств, топок, двигунів; і вторинними – утвореними у вільній атмосфері в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери.

 

5.2.1. Промислові  підприємства

 

Промислові  підприємства викидають в атмосферу речовини, що відрізняються складним хімічним складом і рівнем негативної дії на організми. В їх склад входять кінцеві продукти горіння органічних речовин, термічного і хімічного розпаду перероблюваних матеріалів, механічного дроблення. Найбільший об’єм викидів в атмосферу потрапляє від теплових електростанцій, підприємств гірничодобувної, металургійної, хімічної і нафтопереробної галузей промисловості.

Кінцевими продуктами повного згорання палива є вуглекислий  газ і вода. До них додаються зольні елементи і фракції газів, що залишаються після горіння. Внаслідок цього разом з продуктами повного згорання викидаються неповністю окислені органічні речовини, незгорівше паливо, утворені окисли сірки, азот і тверді частинки сажі і попелу.

З промислових підприємств найбільш «димними» є металургійні. Виготовлення сталі і багатьох кольорових металів засновано на згоранні палива і використанні звільненої енергії для плавлення металів у пічках. При цих процесах в атмосферу виділяються газоподібні з’єднання сірки, вуглецю і велика кількість окислів металів.

Підприємства  кольорових металів є джерелами сильного забруднення повітря з’єднаннями фтору, сірки, вуглецю і окислів різних металів.  

 

12

Підприємства  чорної металургії викидають окрім  вище названих газів феноли, окисли азоту, сірководень, з’єднання фтору, бензол, аміак, а також тверді частинки – окисли заліза, марганцю, міді, цинку, свинцю, миш’яку, алюмінію, титану.  

Хімічні і нафтохімічні підприємства забруднюють атмосферу  в найбільшій кількості кінцевими і проміжними продуктами, отриманими на виробництві. При виготовлені сірчаної кислоти в атмосферу викидаються окисли сірки, азотної кислоти – окисли азоту і аміак, хлорної – хлор і соляна кислота. Підприємства що виготовляють штучні волокна викидають в атмосферу сірководень, який є дуже токсичним для людей.

Постійно збільшується кількість хімічних підприємств, що виготовляють різні полімерні матеріали, синтетичні, лікарські засоби і препарати  для боротьби з шкідниками, захворюваннями рослин і бур’янами. Повітря навколо таких підприємств насичене газами і парами різних речовин, що мають токсичну дію.

Потужними джерелами  пилового забруднення атмосфери  є цементні, сажові, асфальтні заводи. Вони викидають в атмосферу велику кількість частинок готової продукції – цементу, сажі, бітуму.

Приведена характеристика найпоширеніших і найбільших джерел забруднення атмосферного повітря  характеризує специфічність хімічного складу газів, парів та пилу. Вони завдають багатогранний вплив на атмосферу, гідросферу, ґрунти і організми, що їх населяють. Крім того, більшість первинних забруднювачів атмосфери має підвищену реакційну властивість і, потрапляючи в атмосферу, взаємодіють між собою і компонентами повітря , в результаті утворюються вторинні атмосферні забруднювачі, що є токсичними для організмів.

 

6. Функціональні  порушення  рослинах, викликані  токсикантами

 

Порушення фізіологічних  функцій рослин в умовах задимленої атмосфери є першою відповідною  реакцією організму на потрапляючі  в нього фітотоксиканти. Ця реакція проявляється в різному ступені у різних видів в залежності від хімічного складу і токсичності діючих речовин, фізіологічної активності організму і сукупної дії зовнішніх факторів.

З метою вивчення змін, що проходять в обміні речовин  у рослинах, які ростуть в забрудненій атмосфері, проведено багато дослідів. Узагальнити їх важко завдяки неоднаковій реакції кожного виду рослин на фітотоксиканти різного складу і концентрації. В зв’язку з цим дослідники зазвичай вивчають зміну активності одного процесу або реакції, але залишаються невідомими порушення в багатьох інших. Тому у фізіології рослин дуже важко скласти загальну картину змін, що проходять в організмі та наслідки розвитку патологічного процесу.

Завдання ускладнюється  великим різноманіттям атмосферних

 

13

забруднювачів і різною відповідною реакцією на них окремих видів рослин. Деякі  речовини, що забруднюють повітря, можуть бути для рослин джерелом додаткового  живлення і включатися в метаболізм (наприклад, з’єднання вуглецю, азоту, сірки), інші навіть в мізерних концентраціях є отрутою (озон, ртуть, фтор). Тому шкідливість речовин для організму визначається швидкістю його метаболізації і нейтралізації, а також є можливість, характеризувати тенденцію змін дослідного процесу або реакції, а не їх абсолютні показники, отримані в конкретних умовах експерименту. Ці результати часто не відтворюються при зміні умов, виду і віку піддослідних рослин.

За рівнем чутливості до фітотоксикантів виявляється  певна послідовність у змінах окремих функцій рослин. Їх можна розмістити в ряд по зменшенню: фотосинтез, дихання, біосинтез вторинних речовин, транспірація, ріст і розвиток. Вказана послідовність у значній мірі є умовною, так як зміни однієї функції ведуть до порушення інших. Вона зіставлена для того, щоб можна було розглянути зміни між різноманітними процесами в рослинному організмі.

Пряма дія атмосферних  домішок на рослини починається  з моменту контакту і сорбції  їх наземними органами. Асиміляційні органи, що мають добре розвинуту  поверхню обміну з навколишнім повітрям, поглинають з повітря найбільшу кількість атмосферних домішок і відповідно піддаються більше ніж інші органи змінам і пошкодженням. Тому токсичність атмосферних домішок для рослин визначається насамперед за їх дією на листковий апарат.

Проникаючи в покривні та внутрішні тканини листків і пагонів токсичні речовини спочатку скрито або слабо порушують їх функції і структуру. Лише при накопиченні токсикантів в клітинах вище певного рівню проходять незворотні патологічні зміни. Це проявляється в порушеннях процесів обміну речовин і енергії на різних рівнях: молекулярному, субклітинних органел, клітин, тканин, органів і всього організму. Пошкоджені частини листка візуально відрізняються деформованою листковою пластинкою, появою некротичних плям, рідше – відмиранням листків чи пагонів.

Незалежно від  хімізму, токсичності та локалізації  поглинаючих органами рослин шкідливих  речовин із повітря патологічний процес проходить не ізольовано, а  поширюється на весь організм.

   

 6.1. Рослини і біологічна активність ґрунтів індустріальних регіонів

 

Об’єктами дослідження  стали ґрунти і рослини індустріальних зон з переважанням хімічної промисловості. Хронічна дія аміаку, окислів азоту та інших азотовмісних речовин приводить до зміни фізіологічно-біохімічних властивостей, що лежать в основі механізмів адаптації рослин до екстремальних умов середовища. Рослини, разом з мікроорганізмами,

 

14

приймають активну  участь у трансформації з’єднань азоту техногенного походження, являючись  захисним бар’єром на шляху проникнення інгредієнтів промислових викидів в едафотоп (едафотоп – ділянка ґрунтового покриву разом з частиною літосфери і гідросфери, що входять в склад геоценозу). Найбільшу кількість азотних з’єднань накопичує коренева система, потім листки і стебло. Ця закономірність була характерна як для трав’яних рослин так і для деревних.

В умовах техногенної  території субстрат, на якому проростають  трав’яні і деревні рослини, активно поглинає з’єднання азоту з повітря. Змінюється направленість процесів мінералізації органічних речовин ґрунтів, що характеризується зниженням загальної кількості мікроорганізмів, які накопичують органічні форми азоту, зменшується чисельність грибів. В 3 – 4 рази зростає чисельність нітрифікуючих і денітрифікуючих мікроорганізмів, про що свідчить виникнення двостороннього зв’язку: концентрація з’єднань мінерального азоту і чисельність мікроорганізмів, що приймають участь в його трансформації.

Постійна висока забезпеченість рослин в умовах техногенезу  мінеральними формами азоту із ґрунтів, некоренева підкормка рослин з’єднаннями азоту із атмосфери  викликають адаптацію рослин до умов середовища.

Специфіка екології промислових територій зумовлена  цілим рядом антропогенних факторів, що значно погіршують умови росту  рослин. В умовах інтенсивного забруднення природного середовища промисловими емісіями перспективними для озеленення є однолітні квітково-декоративні рослини. Адаптація рослин до несприятливих умов проявляється у структурних змінах рослин, в їх феноритмах, екологічних вимогах, можливості швидко реагувати на навколишні впливи, а також формування резистентних рослин до техногенного забруднення. Ці властивості можуть по-різному проявлятися у рослин різної стійкості.

Дослідження ритмів розвитку, морфологічних і анатомічних  особливостей однорічних квітково-декоративних рослин в умовах промислового забруднення показало, що стійкі види менше вражаються, у багатьох відсутні візуальні ознаки пошкоджень, висота зменшується в 1,5 – 5 разів, виникає збільшення висоти стовбчастої паренхіми і індексу паренхімності, зміщуються фази розвитку, скорочується період цвітіння.

У нестійких  рослин в умовах промислового забруднення  спостерігається зменшення площини  листкової пластинки, зменшення  індексу паренхімності, виключення із онтогенезу генеративних фаз, зменшення висоти рослин в 14 – 27 разів, що зумовлює втрату декоративних якостей.

 

 

 

 

15

 

6.2. Оцінка аеротехногенної трансформації лісів України

 

Аеротехногенне  забруднення є одним з найбільш небезпечних і 

масштабних  антропогенних факторів, що діють  на розвиток лісів – природної системи, що складається із взаємопов’язаних структурних елементів, в якій порушення будь-якого компоненту веде до зміни решти. Масштаби негативних змін залежать від ієрархічного рівню компоненту, ступеню еволюційних і динамічних змін та від щільності зв’язків між компонентами лісової екосистеми.

Встановлено, що лісова підстилка, особливо її органогенний горизонт є потужним біогеохімічним бар’єром на шляху міграції забруднення. Важливими показниками впливу промислового забруднення на лісові екосистеми є інтенсивність біокругообігу, насамперед характеристика спаду, потужність та інтенсивність розкладання лісової підстилки. Динаміка спаду дозволяє визначити період природного осипання хвої і встановити оптимальні строки оцінки стану дерев.

Аеротехногенне  порушення різних компонентів лісових  екосистем в кінцевому результаті призводить до трансформації її структурно-функціональної організації.

В Україні більшість  хвойних лісів знаходяться на межі ареалів, де дія екстремальних  природно-кліматичних факторів часто посилюється різними антропогенними впливами. Для видів-едифікаторів (вид рослин у рослинних угрупуваннях, який визначає його особливості) лісових екосистем на периферії ареалів особливо небезпечна багатоваріантність дій антропогенних факторів, викликана розширенням меж урбанізованого середовища, трансформацією та інтенсифікацією землекористування, збільшеним розорюванням земель, використанням пестицидів, гербіцидів, внесенням мінеральних добрив, техногенним забрудненням, збільшенням реакційних навантажень та іншого. В промислових регіонах степової та лісостепової зон України антропогенні дії на лісові екосистеми, в тому числі і зв’язані з аеротехногенним забрудненням, в локальних районах досягають критичного рівня, коли незворотно порушуються не лише функціональні системо утворюючі зв’язки, а й змінюється структура цих екосистем.

Аналіз генетичної структури популяцій деревних рослин дозволяє визначити оптимальні розміри  стійких локальних популяцій, виявити  зміни в генетичній структурі демографічних елементів популяції у зв’язку з дією природних антропогенних факторів, а також виявити генетичні наслідки техногенного забруднення навколишнього середовища, розширити інформаційну базу для уточнення комплексних програм охорони генетичних ресурсів господарчо-цінних лісових порід в Україні і цільових відомчих програм покращення штучних лісів, підвищення їх продуктивності та стійкості, особливо на техногенно забруднених територіях степової зони.