STRES- ZRAČNI POLUTANTI (ONESNAŽILA ZRAKA)

Transcript

1 STRES- ZRAČNI POLUTANTI (ONESNAŽILA ZRAKA) Viri: naravni: vulkani, morje, močvirja, strela, ogenj; vegetacija; antropogeni: ogenj, sežig fosilnih goriv:energetika, promet, industrija; industrijske dejavnosti; kmetijstvo, vojaške aktivnosti; sežigalnice odpadkov: Emisije; imisije; lokalno, regijsko; čezmejno, globalno onesnaženje; Primarna onesnažila (SO 2, CO 2, HF, NOx, težke kovine, saje, prah, VOC, POP) Sekundarna onesnažila: O 3, PAN in drugi fotooksidanti, metilirano Hg Meritve: enote: 1) na osnovi razredčitve: ppm=1:10 6 ali ppb =1:10 9 ; 2) kot masa na volumen mg m -3 ) Viri in trajanje: točkovni, linijski, površinski; (Table 6.13, Table 6.14, Table 6.15) Larcher) Meritve, regulacija in zakonodaja: WHO (World Health Organisation); IUFRO (International Union of Forests Research Organisation);UN ECE CLRTAP

2 Značilne koncentracije zračnih onesnažil in čas njihovega obstoja v ozračju

3 Pretvorbeni faktorji za posamezna onesnažila in referenčne maksimalne koncentracije

4 Poenostavljena shema presnove žveplovega dioksida v kloroplastu

5 Mehanizmi odpornosti rastlin na težke kovine

6 Značilni učinki zračnih onesnažil na biokemično zgradbo in delovanje rastlin

7 Mehanizmi odpornosti rastlin na žveplov dioksid

8 C4 rastline so odpornejše na SO 2 v primerjavi s C3 rastlinami

9 Odpornost grmov in dreves na onesnaženje z žveplovim dioksidom

10 Dnevni potek koncentracij ozona na različnih nadmorskih višinah

11 Odvisnost tvorbe ozona od dušikovih oksidov

12 Učinki ozona v celici

13 BIOINDIKACIJA DELOVANJA ZRAČNIH ONESNAŽIL Bioindikatorji so organizmi ali njihove združbe ki so občutljivi na onesnaženje zraka in se odzivajo s spremembo svojih življenjskih procesov (odzivni indikatorji (indicators, Ziegerorganismen) ali s kopičenjem onesnažil (akumulacijski indikatorji): Indikatorji (kazalci): odzivni; lišaji, gozdno drevje, travniška vegetacija, združbe gliv Testerji (preiskuševalci): laboratorijsko gojeni organizmi, nadzorovane razmere; preiskusi biocidov, zdravil, znana je relacija doza -odziv. Alge (zelene kokalne -Chlorella, Desmidiaceae; podvodni makrofiti, kalice rastlin (npr. kreša); kulture tkiv in celic Monitorji (sledilci): organizmi, ki kvalitativno in kvantitativno odražajo delovanje onesnažil; prostoživeči ali odbrani in nato standardizirani organizmi; odzivni in akumulatorski; za sledenje ozona Nicotiana tabacum 'BelW3'; kloni plazeče detelje Trifoilum repens'regal' (NC-S, NC-R), za HF Gladiolus'Snow Pricess', itd. Aktivna in pasivna bioindikacija;

14 Types of bioindicators Pregled poimenovanja različnih bioindikatorjev (Arndt, 1987)

15 UČINKI ONESNAŽIL NA RASTLINE odvisni od rastline: vrsta, tkivo, starost, fenolološka faza,, aktivnost okoljskih razmer: tal, vlažnosti, temperature, koncentracije in časa izpostavitve onesnažilu- doze (koncentracija x čas)

16 SIMPTOMI zgodnji: akumulacija onesnažila, njegova presnova; vplivi na membrane, encime, dihanje, fotosintezo, sprememba v hormonskem stanju, delovanje rež vedno več odzivov hkrati - akutne, kronične poškodbe

17 ŽVEPLOV DIOKSID najstarejše onesnažilo zraka; vulkani, požari; dejavnosti človeka taljenje rud; izgorevanje fosilnih goriv vstop v rastlino: rs SO 2 = 0.84 rs CO 2 torej ista pot; vpliv na reže: stimulacija odpiranja pri majhnih koncentracijah( cca 45 μg SO 2 m 3 ), zapiranje pri velikih ( nad 1300 μg SO 2 m 3 ); vstop tudi preko kutikule; apoplastna in simplastna pretvorba (SL.6.75); apoplast: tvorba sulfita, oksidacija v sulfat (peroksidaze); v simplastu tvorba hidrogen sulfita (HSO 3 - ) in njegova porazdelitev v razmerju 96:3:1 med kloroplast, citosol in vakuolo (ph kloroplasta =cca 8!) v kloroplastu: redukcija in tvorba S-aminokislin (cistein, metionin, glutationa, tiolov), če zmanjka C skeletov tvorba H 2 S in izločanje le tega (omejen obseg); druga možnost je oksidacija HSO 3- v sulfat ob tvorbi radikalov, ki poškodujejo klorofil, če ni zaščite (npr.sod); drugi škodljivi učinek je kompeticija med SO 2 in CO 2 za vezavo pri RUBISCO; večja občutljivost C3 kot C4 rastlin (Miscanthus sinensis, Andropogon virginicus C4 trave ob vulkanskih žrelih) različna občutljivost različnih skupin rastlin; zelišča manj kot drevesa, iglavci bolj kot listavci, velika občutljivost lišajev in mahov odvisnost od oblike steljke in protoplazmatske odpornosti (Fig. 6.76, Fig.6.77; Table 6.18)

18 FOTOOKSIDANTI Ozon (O 3 ), PAN (peroksi acetil-, -butil-, -benzil- nitrati); nastanek: fotokemične reakcije; mesta: dušikovi oksidi (NO 2, NO), VOC (alkani, aromatski ogljikovodiki); v naravi: iz VOC, ki jih izloča vegetacija (terpeni, izopreni (npr. pinen)), manj N 2 O, NO iz tal ); Vstop v rastlino: skozi reže, delno tudi skozi kutikulo (še bolj NOx) Načini delovanja: tvorba radikalov; poškodba membran, encimov, motnja transporta, splošna poškodovanost celice in motnja presnove, smrt Zaščita in simptomi: preprečitev vstopa (reže); rastruplanje radikalov (SOD, katala peroksidaze), askorbinaska kislina, glutation, tokoferol, flavonoidi,, folifenoli, salicilna kilsina; stresni antioksidativni sindrom Specifična občutljivost: metuljnice (detelja, fižol, soja); tobak,

19 Propadanje gozdov ekosistemski stresni sindrom (sedemdeseta leta 20. stoletja) velike depozicije, SO 2, HF, NOx,. Propadanje gozdov ne samo okrog točkovnih virov zračnihn onesnažil, ampak širše vzroki: dolgotrajna depozicija onesnažil; učinki preko tal in direktno preko listov; učinki preko debalansiranja rasti in razvoja; učinki preko biotskih agrnsov (glive, insekti, bakterije); nrepavilno upravljanje z gozdovi; nevsklajena raba prostora (urbanizem, gozdarstvo, kmetijstvo, industrija); različne teorije proadanja gozdov

20 VPLIV ZRAČNIH ONESNAŽIL NA RASTLINE Splošno: SIMPTOMI: - zgodnji: akumulacija onesnažila, njegova presnova; vplivi na membrane, encime, dihanje, fotosintezo, sprememba v hormonskem stanju, delovanje rež, vedno več odzivov hkrati; akutne, kronične poškodbe -poznejši: vidne poškodbe, zmanjšano razmnoževanje, razširjenost,.. ŽVEPLOV DIOKSID - najstarejše onesnažilo zraka; vulkani, požari; dejavnosti človeka taljenje rud; izgorevanje fosilnih goriv; vstop v rastlino: r s SO2 = 0.84 r s CO2 torej ista pot; vpliv na reže: stimulacija odpiranja pri majhnih koncentracijah (cca 45 μg SO 2 m 3 ), zapiranje pri velikih (nad 1300μg SO 2 m 3 ); vstop tudi preko kutikule; - apoplastna in simplastna pretvorba; apoplast: tvorba sulfita, oksidacija v sulfat (peroksidaze); v simplastu tvorba hidrogen sulfita (HSO 3 - ) in njegova porazdelitev v razmerju 96:3:1 med kloroplast, citosol in vakuolo (ph kloroplasta =cca 8!)

21 v kloroplastu: redukcija in tvorba S-aminokislin (cistein, metionin, glutationa, tiolov), če zmanjka C skeletov tvorba H 2 S in izločanje le tega (omejen obseg); druga možnost je oksidacija HSO 3- v sulfat ob tvorbi radikalov,ki poškodujejo klorofil, če ni zaščite (npr.sod); - drugi škodljivi učinek je kompeticija med SO 2 in CO 2 za vezavo pri RUBISCO; večja občutljivost C 3 kot C 4 rastlin (Miscanthus sinensis, Andropogon virginicus C 4 trave ob vulkanskih žrelih) -različna občutljivost različnih skupin rastlin; zelišča manj kot drevesa, iglavci bolj kot listavci, velika občutljivost lišajev in mahov odvisnost od oblike steljke in protoplazmatske odpornosti

22 NAČINI DELOVANJA: A) Neposredno: primarna onesnažila v zračni fazi B) Neposredno: sekundarni polutanti, kisel dež, vpliv preko tal, klimatskih sprememb

23

24 ANTROPOGENI STRESI IN NARAVNE OMEJITVE RESURSOV koincidenca stresa zaradi polutantov zraka (SO 2, CO 2, NOx,..) in naravnih omejitev resursov (lastnosti tal, podnebje, lega,..) vodi do sinergističnih in antagonističnih učinkov: propadanje gozdov; klimatske spremembe Povečanje CO 2 in omejitve resursov kontradiktorni scenariji: nasplošno ob povečanju CO 2 (270 ppm 1870, 350 ppm 2000, med 600 in 800 ppm 2050) se poveča rast, poveča se izraba vode in N, bolj pri C3 kot pri C rastlinah; vendar je vse odvisno od razmer na rastiščih in adaptacije vrst na njih še veliko nejasnosti!!

25 Zračna onesnažila in omejitev resursov prostorska in časovna heterogenost naravnih danosti in vrste, velikosti in trajanja onesnaženja zato zelo različni odzivi (vpliv na reže, preko tal; sinergistični in antagonistični učinki vrstno različni, časovno in krajevno pogojeni) Kisel dež in odpornost na mraz tvorba kislin iz SO 2 in NOx, CO 2 ; zakisovanje; izpiranje alkalnih ionov; tudi dodatna hranila pozno v sezoni so onesnažila dodatna hranila, kar podaljša rast in naredi rastline občutljive na mraz!!