Влияние загрязнения окружающей среды на растения

2

3

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

Мичуринский государственный педагогический институт

факультет биологии

кафедра биологии и основ сельского  хозяйства

Студентка 2 курса

Алексеевна

Влияние загрязнения окружающей среды на растения

Курсовая  работа

Руководитель:

доцент кафедры биологии

и основ с/х., к.с.-х.н.

Лукьянова Елена Анатольевна

Мичуринск 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………3

Глава I. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИЗИС И ПУТИ ЕГО ПРЕОДОЛЕНИЯ…………………..4

1. Влияние антропогенной нагрузки на биосферу Земли……………………………………4
2. Основные источники техногенного загрязнения…………………………………………7
3. Характеристика основных источников загрязнения воздуха…………………………..10
4. Возможные пути преодоления экологического кризиса………………………………..12

Глава II. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАСТЕНИЯ………17

1. Воздействие загрязнителей воздушной среды на морфологическое строение растений…………………………………………………………………………………………17
2. Воздействие вредных веществ на уровне органов и тканей……………………..........22
3. Воздействие вредных веществ на уровне генеративной сферы и морфогенеза………23

Заключение…………………………………………………………………………………….25

Библиографический список………………………………………………………………….26

Приложение……………………………………………………………………………………27 

Введение

Владимир Иванович Вернадский, автор  современного учения о биосфере и  ноосфере, один из основоположников биогеохимии, ввел термин «биосфера» в 1911 году, несколько раз уточнял его, подчеркивая, что биосфера - это «особая охваченная жизнью оболочка» Земли. Иными словами, это область распространения живого вещества на планете.

Сегодня как никогда актуален вопрос о необходимости изменения отношения  к природе. Человечество подошло  к порогу, за которым нужны и  новая нравственность, новые знания, новый менталитет и новая система  ценностей, чтобы сохранить биосферу и ее компоненты для будущих поколений.

Хозяйственная деятельность человека в течение последнего столетия привела  к серьезному загрязнению нашей  планеты разнообразными отходами производства (Лисичкин, 2000).

Воздушный бассейн, воды и почва  в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные  вещества, концентрация которых превышает  предельно допустимую (ПДК).

Поскольку случаи значительного превышения ПДК достаточно часты и наблюдается  значительное негативное влияние загрязнителей  на животных и растения, а также  рост заболеваемости людей, связанной  с загрязнением природной среды. В последствии в последние  десятилетия специалисты и средства массовой информации, в след за ними и население, стали употреблять  термин "экологический кризис" (ЭК).

Экологический кризис оказывает особенно ощутимые воздействия на растения, поскольку они произрастают постоянно  на одной территории. Под воздействием антропогенных загрязнителей облик  некоторых мест настолько изменился, что ранее произраставшие на них  растения исчезли полностью, а количество многих других стало минимальным. В  связи с этим решение проблем  проблемы сохранения природной среды  в ее естественном разнообразии и  богатстве должно определять все  стороны жизни человека и его  хозяйственной деятельности.

Биологические знания при решении  эти задач позволят понять значение окружающей природы, необходимость ее охраны и воспроизводства, создать научные основы сельского хозяйства и растениеводства т.д.

ГЛАВА I

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИЗИС И ПУТИ ЕГО  ПРЕОДОЛЕНИЯ

1. Влияние антропогенной нагрузки на биосферу Земли.

Известно, что экологический кризис (ЭК) делят на локальный и глобальный (Лисичкин, 2000).

Понятия "локальный ЭК" и "глобальный ЭК" различны. По данным Г.В. Лисичкина (2000), локальный ЭК выражается в местном  повышении уровня загрязнбения - химических, тепловых, шумовых, электромагнитных - за счет одного или несколько близко расположенных источников. Как правило, локальный ЭК может быть более  или менее легко преодолен  административными или экономическими мерами, например, за счет совершенствования  технологического процесса на предприятии - загрязнителе или за счет его перепрофилирования или даже закрытия. Более серьезную опасность представляет глобальный ЭК. Он является следствием всей совокупности хозяйственной деятельности нашей цивилизации и проявляется в изменении характеристик природной среды в масштабах планеты и, таким образом, опасен для всего населения Земли. Бороться с глобальным ЭК гораздо труднее, чем с локальным, и эта проблема будет считаться решенной только в случае минимизации загрязнений, произведенных человечеством, до уровня с которым природа Земли будет в состоянии справиться самостоятельно.

В настоящее время глобальный ЭК включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение суперэкотоксическими и так называемые озоновые дыры.

Кислотные дожди - это атмосферные  осадки, PH которых ниже 5,5 (Лисичкин, 2000). Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу  серы и азота.

Источники SO₂ в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти, природного газа, содержащих в своем составе сераорганические соединения. Часть SO₂ в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником S0₂ является цветная металлургия. Оксиды азота - предшественники азотной кислоты - попадают в атмосферу, главным образом, в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развивающихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота (Кавтарадзе и др., 1999).

Парниковый эффект обусловлен нагревом внутренних слоев атмосферы за счет поглощения парниковыми газами (прежде всего СO₂) основной инфракрасной (ИК) части теплового излучения поверхности Земли, нагреваемой солнцем. Этот эффект может привести к существенному изменению климата, которое чревато непредсказуемыми Последствиями, например, к повышению уровня Мирового океан и затоплению низменных участков суши из-за таяния арктических и антарктических льдов. Рост концентрации СO₂ в атмосфере на 20% в течение последних 100 лет - строго доказанный факт. Основные источники дополнительного СO₂ - это топки тепловых электростанций, автомобильные двигатели, лесные пожары, то есть источники, так или иначе связанные с техногенной деятельность человека (Ревелль и др., 1995).

Следующий компонент глобального  ЭК - загрязнение поверхности Земли  суперэкотоксикантами, к которым  относятся хлолрдиоксины, полдихлорированные биофенилы, полициклические ароматические  углеводы, некоторые тяжелые металлы (в первую очередь свинец, ртуть  и кадмий) и, наконец, долгоживущие радионуклиды. Все эти загрязнители и попадают в окружающую среду в результате аварий на химических производствах, неполного  сгорания топлива в автомобильных  двигателях, неэффективной очистке  сточных вод, катастроф на ядерных  реакторах и даже сгорания полимерных изделий в кострах на садовом  участке.

Суперэкотоксиканты, ответственные  за многие болезни аллергии, повышенную смертность, нарушение генетического  аппарата человека и животных.

Озоновый слой расположенный на высоте 25±5 км, как известно поглощает  опасное для всех живых существ  биологически активное ультрафиолетовое излучение Солнца. Наблюдение за концентрацией  озона в этом слое, ведущиеся только в последние два десятилетия, фиксируют ее существенное локальное  понижение (до 50%). Такие места, получившие название "озоновые дыры", в основном обнаруживаются над Антарктидой (Ревелль и др., 1995).

В условиях проживания значительной части землян в мегаполисах, не возможен экологически чистый быт. Отходы (а  это десятки тонн мусора на одного человека в год) для всей утилизации требуют строительства мусороперерабатывающих заводов. Такие заводы экологически весьма опасны, поскольку их газовые  выбросы, в частности, содержат хлордиоксиды. Итак, мы пришли к выводу, что развитие цивилизации неминуемо приводит к появлению сложных экологических  проблем. Проблемы эти столь трудны и многоплановы, что некоторые  ученые и мыслители всерьез ставят вопрос о свертывании промышленного  производства и возвращению человека к патриархальному быту, характерному для середины второй половины XIX столетия. Но не будем забывать, что численность населения в те годы была в 3 раза меньше, чем сейчас, а средняя продолжительность жизни составляла тридцать лет (Ревелль и др., 1995).

Захотят ли земляне вернуться в  прошлое? Вряд ли ....

Каков уровень загрязнения сегодня? Данные по нашей стране таковы: газовые  выбросы составляют около 50 млн. т. в  год, жидкие выбросы примерно составляют 15 млрд. м 3 в год (Лисичкин, 1998).

Широко бытующее мнение о химической промышленности, как о главном  источнике всех экологических бед  неверно.

По общему объему основными загрязнителями природы являются энергетика и транспорт, при чем доля транспорта будет  неуклонно расти.

Но нельзя сбрасывать со счетов, что  букетов загрязнения, поставляемых химической промышленностью исключительно  много и среди них весьма токсичные  вещества.

Локальный ЭК можно считать частью глобального ЭК, поскольку предприятия  городов участвуют в образовании  кислотных дождей, в увеличении концентрации углекислого газа, в образовании  суперэкотоксикантов, например, при  неэффективной очистке сточных  вод и т.д.

Поэтому очень важно обращать внимание именно на локальные ЭК, потому что, во-первых, это маленькие частички глобального ЭК, а во-вторых: и  в небольших населенных пунктах  тоже существуют серьезные проблемы. И пусть численность населения во много раз меньше, чем в мегаполисах, эти проблемы нужно решать.

2. Основные источники техногенного загрязнения.

Современные объемы производства и  его интенсификация, несмотря на усовершенствование технологий и техники очистки  выбросов (отходов) повлекли за собой  увеличение общей массы вредных  веществ (ВВ) вносимых в атмосферу (Трешоу, 1988; Ревелль, 1995).

Общее количество взвешанных частиц поступающих в атмосферу в  результате многообразной деятельности человека (по данным экспертов Европейской  экономической комиссии) становится соизмеримым с количеством загрязнений  естественного происхождения.

Проведенный в 1990 году анализ состава  промышленных выбросов и автотранспорта в 100 городах прежнего СССР показал, что 85% общего выброса вредных веществ (ВВ) в атмосферу составляют сернистый  газ, оксиды углерода и аэрозольная  пыль (Лисичкин, 1998).

Половина оставшихся 15% ВВ приходится на углеводороды, другая половина - на аммиак, сероводород, фенол, хлор, сероуглерод, фтористые соединения, серную кислоту.

Загрязнение биосферы - результат  выбросов загрязняющих веществ или  некоторых видов энергии (например, электромагнитные поля) из различных  источников (Ревелль и др., 1995).

Загрязнители могут иметь естественное, (антропогенное) искусственное происхождение.

К естественным (природным) источникам загрязнений относятся пылевые  бури вулканического происхождения, газовые  выделения из гейзеров, прижизненные выделения растений, животных, микроорганизмов.

Источники искусственного загрязнения - различные промышленные предприятия, коммунальное хозяйство, утечки из газохранилищ и трубопроводов (Трешоу, 1988; Ревелль и др., 1995).

По своему физическому состоянию  загрязнители воздуха делятся на твердые (пыли, дымы), жидкие (туманы), газообразные (газы, пары) и комбинированные.

Также они разделяются на первичные  и вторичные, являющиеся результатом  их превращений. Например, поступающий  в атмосферу диоксид серы окисляется кислородом воздуха до триоксида  серы, который затем взаимодействуя с водяными парами, образует капельки серной кислоты.

Все вредные вещества в соответствии с ГОСТом 12.1.0.07 - 76 - по степени воздействия  на организм человека подразделяют на 4 класса опасности:

1. класс - вещества чрезвычайно опасные, ПДК менее 0,1 мг/мЗ;
2. класс - вещества высокоопасные, ПДК 0,1 - 1 мг/мЗ;
3. класс - вещества умеренно опасные, ПДК 1,1 - 10 мг/мЗ;
4. класс - вещества малоопасные, ПДК более 10 мг/мЗ.

Основным элементом загрязнения  атмосферы являются

аэрозольные загрязнения. Аэрозоли - дисперсные системы, где дисперсионная  среда - газ, дисперсионные фазы - твердые  или жидкие частицы.

Сейчас в земной атмосфере взвешано около 20 млн. т. частиц, из которых три  четверти приходится на долю промышленных выбросов.

Сточные воды

Сточные воды, содержащие растворенные и взвешанные вещества, отводящиеся  в гидросферу или литосферу, рассматриваются  как сбросы. Сбросы разделяются на организованные и неорганизованные.

Неорганизованные - если они стекают  в водный объект предприятия, не оборудованного специальной, например, ливневой канализацией или иными устройствами для сбора.

Организованные - если они отводятся  через специально сооруженные источники - водовыпуски (Степановских, 2000).

По степени загрязнения и  происхождению сточные воды можно  разделить на следующие группы:

1. загрязнения, представляющие собой смесь отработанных жидкостей после технологических процессов, а также после мытья оборудования и полов (75-80%);
2. условно-чистые воды от охлаждения оборудования, компрессорных и холодильных установок, вентиляционных устройств и т.д. (6-18%);
3. хозяйственно-фекальные (5-6%) ливневые воды от мытья территории, автотранспорта и т.д. (2-5%).

Твердые отходы

Твердые отходы представляют собой  гетерогенную смесь сложного морфологического состава: черные и цветные металлы, макулатуросодержащие и текстильные  компоненты, отходы стекла, пластмассы, резины, дерева, камней, а также остатки  не прореагировавшего твердого сырья, смолы, кубовые остатки от перегонки, различные осадки и шлаки, отработанные катализаторы, фильтровальные материалы, адсорбенты, не подлежащие регенерации, общезаводской мусор и т.д.

Условно предприятия можно разделить  на три группы, учитывая их потенциальные  возможности загрязнения биосферы. К первой группе относятся предприятия  с преобладанием химического  технологического процесса, ко второй - предприятия с преобладанием  механических, машиностроительных, технических  процессов, к третьей группе - предприятия  на которых осуществляется добыча и  переработка сырья.

Так, предприятия химической промышленности (I группа) отличаются разнообразием  токсичных газовых выбросов и  жидких стоков (Степановских, 2000). Главные  из них органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его производные, оксиды азота, циановодород, фториды, сернистые  соединения, соединения фосфата, мышьяка, ртути.

К числу отходов химической промышленности и производства минеральных удобрений  относятся гипсосодержащие отходы (фосфогибс и др.), фосфорные шлаки, пиритные огарки, гаметовые отходы (фосфогибс и др.), фосфорные шлаги, гнилостные шлаки, садовые плавы, отходы нефтехимии и др. отвалы и шлакохранилища, занятые отходами химических производств, занимают тысячи гектаров земли.

К крупнотонажным гипсосодержащим  отходам относятся, в первую очередь  фосфо-, боро-, титаногипс.

Фосфогипс - побочный продукт, получаемый при производстве ортофосфорной  кислоты и минеральных удобрений - двойного суперфосфата, аммофоса, нитроамофоски.

Фосфогипс получают в виде шлама  с влажностью до 55%, твердая фаза шлама содержит более 90% частиц размером мене 80 мкм.

В промышленных процессах переработки  различного сырья и полуфабрикатов путем механического воздействия  образуются отходящие (отбросные) газы, в которых содержатся взвешанные частицы. Они обладают всем комплексом свойств твердых отходов, а газы (в том числе воздух), содержащие взвешанные частицы относятся аэродисперсным системам.

Промышленные газы обычно представляют собой сложные аэродисперсные системы, в которые дисперсная система  является смесью разных газов, а взвешанные частицы полидисперсны и имеют  различное агрегатное состояние (Степановских, 2000).

3. Характеристика основных источников загрязнения воздуха.

По данным А.И. Рябчикова (1990, по Степановских, 1999) ежегодно в мире в атмосферу  поступает 25,5 миллиардов тонн СO₂; 190 миллионов тонн SO₂ ; 65 миллионов тонн оксидов азота и т.д. В последние годы большое количество вредных веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, причем их доля в целом количестве выбросов в атмосферу, постоянно возрастает (Степановских, 1999).

Основными источниками загрязнения  воздуха являются продукты сгорания ископаемого топлива, используемого  для производства электроэнергии' и  отопления; транспортные средства; различные  промышленные процессы производства и  переработки продукции. Основные компоненты загрязнения воздуха включают в  себя двуокись серы, окислы азота, а  также специфические загрязняющие вещества, такие, как аэрозольные  частицы, углеводороды. Химические реакции, протекающие в атмосфере, приводят к образованию вторичных загрязняющих веществ: озона, серной и азотной  кислот, фотохимических окислителей (Отар по Трешоу, 1988).

Как двуокись серы, так и окислы азота образуются при сжигании ископаемого  топлива, в основном угле и нефти.

При сжигании угля или нефти  сера, содержащаяся в них, окисляется. При этом образуются два соединения: двуокись серы и трехокись серы. Двуокись серы постепенно окисляется кислородом воздуха до трехокиси. Образовавшаяся трехокись сразу же реагирует  с водяным паром, образуя серную кислоту, которая присутствует в  воздухе в виде легкого тумана, состоящего из крошечных капель (Вронский, 1992).

При сжигании топлива образуются также окислы кальция и железа. Эти окислы попадают в атмосферу  в больших количествах при  сжигании угля, но при сгорании нефти  их образуется гораздо меньше. Попавшие в атмосферу окислы обычно вступают в реакцию с серной кислотой с  образованием частиц сульфатов кальция  и железа (Ревелль и др., 1995).

Важными малыми составляющими  загрязнения воздуха являются микроэлементы, такие, как цинк, свинец, кадмий (Отар и др. по Трешоу, 1988).

Большинство микроэлементов существует в атмосфере только в  виде частиц и представлено в основном окислами металлов. Некоторые микроэлементы  могут находиться в газообразном состоянии, и в виде частиц. Частицы, находящиеся в воздухе, независимо от того, являются ли они твердыми, жидкими  или твердыми и жидкими, считаются  аэрозолями. Мелкие частицы аэрозолей  обычно заряжены электричеством и часто  присоединяются к другим аэрозолям (Ормрод, по Трешоу, 1988).

Аэрозоли, содержащие микроэлементы, образуются в основном в результате промышленной деятельности, сжигании угля и нефти, химических реакций между газообразными микроэлементами и разбрызгивания морской воды и минеральной пыли, поднимаемой ветрами с поверхности океанов и земли. Такие элементы, как Рв, Zn, Си, Fe, Mn, Ni поступают в атмосферу в основном в результате антропогенной деятельности.

Большая часть микроэлементов выбрасывается в атмосферу плавильными  заводами или при использовании  пестицидов. К источникам загрязнения  микроэлементами можно отнести  автотранспорт и сжигание угля и  нефти, и отходов. Основными микроэлементами  являются мышьяк, кадмий, медь и свинец. На поверхности листьев эти элементы обычно находятся в нерастворимых  формах, могут поглощаться корнями  в количествах, вызывающих повреждения  растений. Взаимодействие микроэлементов с озоном и SO₂ также может иметь важное значение (Трешоу, 1988).

4. Возможные пути преодоления экологического кризиса.

Технологические процессы строительства  и собственно производств без  понятия природоохранных мероприятий  оказывают отрицательное воздействие  как на человека, так и на животных, микроорганизмы, растения.

Воздействия от хозяйственной деятельности человека проявляются в механических повреждениях растений, замедлении и прекращении биохимических процессов под воздействием отходящих газов, продуктов сгорания топлив, испаряющих веществ, пыли при непосредственном соприкосновении с горючесмазочными материалами, органическими, минеральными и другими веществами и материалами (Ревелль и др., 1995).

Из газообразных веществ растения наиболее подвержены воздействию оксидов  азота, серы, фтористого водорода, хлористого водорода, которые являются составными частями продуктов сгорания топлива  и отработанных газов (и в химическом производстве тоже). Их действие на растения проявляются главным образом  в разрушениях хлорофилла.

Пыль в зависимости от своего происхождения оказывает различные  воздействие, так химически инертная пыль, покрывающая растения, вступая  в химические реакции, накапливается  растениями и через трофические  цепи поражает животных и человека.

Для защиты растений от вредных влияний  устанавливается предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых атмосферных  загрязнений для растений. Нормы  загрязнений устанавливаются исходя из минимальных изменений процесса фотосинтеза. За предельно допустимую разовую дозу загрязненного воздуха  принимается такая концентрация газа, при которой пятиминутного  действия наблюдается изменение  процесса фотосинтеза (уменьшение более  чем на 10%).

Защита растений от воздействия  вредных веществ, загрязняющих атмосферный  воздух, заключается, главным образом, в уменьшении объема и концентрации выброса токсических веществ, а также в улавливании пыли из потока эвакуируемых в атмосферу дымовых ил отработанных газов.

Существенное загрязнение растительности, почвы и водоемов происходит вследствие разлива горюче-смазочных материалов, а также со сбросными водами, содержащими  нефтепродукты, смазочноохлаждающие жидкости (эмульсии).

Одна капля нефтепродуктов растекаясь по поверхности воды дает пятно диаметром 1-1,5 м.

Нарушение нормального развития живых  организмов, наличие специфического привкуса у рыбы наблюдается при  содержании нефтепродуктов более 0,05 мг/л, а при содержании 30 мг/л происходит гибель рыбы, при 0,1 мг/л вода не пригодна для питья (Ревелль и др., 1995).

Наиболее опасным являются загрязнения  природной среды в период вегетации  растений, так как в этот период они наиболее подвержены влияниям, приводящим к их гибели.

Предотвращение нарушений биологического круговорота и химического равновесия способствует совершенствование технологических  процессов, снижение потерь сырья при  добыче и транспортировке, правильная эксплуатация оборудования, не допускающая  чрезмерного износа материалов и  их рассеивания.

Только в результате несоответствия технологий современного производства в атмосферу ежегодно выбрасывается  около 1 млрд. тонн аэрозолей и газов, не считая твердых частиц диаметром  более 10 мк, которые оседают вблизи источников загрязнения.

В радиусе до нескольких километров от промышленных предприятий становится опасным для здоровья людей сбор грибов и ягод. Перераспределение  по поверхности Земли химических элементов приводит к нарушению  соотношений между ними и микроэлементарным  составом земной коры.

• Природоохранные законы.
• Санитарно-гигиенические нормы.
• Экологический норматив.

Велики воспроизводящие силы природы, но им необходимо разумное воздействие  на человека, вооруженного экологическими знаниями. Только при этом условии, а также наличии и неукоснительного исполнения природоохранных законов, можно сохранить природной среды и приумножить природные богатства.

Свод основных юридических норм, регулирующих государственные мероприятия  направленные на охрану, рациональное использование и расширенное  воспроизводство природных ресурсов называют природоохранными законами или  законами об охране природы.

Природоохранное законодательство устанавливает  юридические (правовые) нормы и правила, а также вводит ответственность  за их нарушение в области охраны природной и окружающей человека среды (Ревелль и др., 1995).

Природоохранное законодательство включает в себя правовую охрану природных (естественных) ресурсов, природных охраняемых территорий, природной окружающей среды городов (населенных мест), природных зон, земельных  зон, курортов, а также природоохранные  международно-правовые аспекты.

Законодательные акты об охране природы  и окружающей среды включают международные  правовые аспекты, либо правительственные  решения (конвенции, соглашения, пакты, законы, постановления), решения местных  органов государственной власти, ведомственные инструкции и т.д., регулирующие правовые взаимоотношения  или устанавливающие ограничения  в области охраны природной среды, окружающей человека.

Последствие нарушений природных  явлений переходит границы отдельных  государств и требует международных  усилий в охране не только отдельных  экосистем (лесов, водоемов, болот и  т.д.), но и всей биосферы в целом.

Все государства испытывают беспокойство за судьбу биосферы и дальнейшее существование  биосферы в целом. В 1971 году ЮНЕСКО (организация  объединенных наций по вопросам образования  науки и культуры), в состав которой  входят большинство стран, приняла  Международную биологическую программу "Человек и биосфера", изучающую  изменение биосферы и ее ресурсов под воздействием человека. Эти важные для судеб человечества проблемы могут быть решены только путем тесного  международного сотрудничества (Лисичкин, 1998).

В нашей же стране также предусмотрены  различные мероприятия такого рода, установлены санитарно-технические  нормы, которые являются качественно - количественными показателями, соблюдение которых гарантирует безопасные или оптимальные условия существования человека. Например, норма качества воды, воздуха и т.д. Синонимом антисанитарно-гигиенической нормы является гигиенический норматив.