تاثیر گیاهان بر آلودگی محیط زیست

آلودگی محیط زیست یکی از بزرگترین، یا حتی بزرگترین و حادترین معضل جهان امروز است. آسیب‌های بی‌شمار ناشی از آلاینده‌های گوناگون بر سلامتی انسان،‌ زیست بوم‌ها و انواع موجودات زنده، توجه دانشمندان و محققان نقاط مختلف دنیا را به خود جلب نموده است. اهمیت این موضوع به حدی است که این دهه را دهه محیط زیست نامگذاری کرده‌اند تا تاکید بیشتری بر جدی بودن مساله آلودگی محیط زیست و لزوم توجه به آن و ضرورت  یافتن راهکارهایی جهت جلوگیری از افزایش این مشکل  باشد.

در سال 1803، مالتوس،‌ بزرگترین معضل بشریت را کمبود مواد غذایی دانست و هشدار داد که با توجه به روند فزاینده افزایش جمعیت کره زمین، به زودی به جایی خواهیم رسید که غذای کافی برای تغذیه همه انسانهای ساکن این کره وجود نخواهد داشت و امروز شاهدیم که طبق گزارش‌های سازمان ملل، 800 میلیون گرسنه در جهان وجود دارند که قادر به بدست آوردن غذای مورد نیاز خود نیستند. بعد از مالتوس، عده‌ای دیگر که خود را نئومالتوسیان نامیدند، آلودگی محیط زیست را معضلی بزرگتر و جدی تر  از مساله کمبود مواد غذایی دانستند،‌ و متاسفانه، اخبار تکان‌ دهنده‌ای که در این زمینه بدست آمده و می‌آید  این حقیقت تلخ را تایید می کند.

اهمیت موضوع پژوهش و پیشینه آن

در شهرهای بزرگ جهان، روزانه صدها نفر جان خود را در اثر آلودگی هوا از دست می‌دهند. پژوهش‌هایی که در 15 شهر بزرگ اروپا انجام شده است نشان می‌دهد که آلودگی هوا در شهر لیون فرانسه سبب مرگ زودرس 30 تا 50 نفر در روز می‌شود و در پاریس، 260 تا 350 نفر هر روز بر اثر بیماریهای قلب و عروق ناشی از آلودگی هوا می‌میرند. محققان دانشگاه‌ هارواد دریافته‌اند که میزان مرگ و میر در شهر هایی که بیش از استانداردهای مجاز با آلودگی هوا مواجهند حدود 20 درصد بیشتر از شهرهای دارای هوای غیر آلوده است و میزان بیماری های قلبی در شهرهای صنعتی، حدود 30 درصد بیشتر از سایر شهرهاست.

گزارشی از صندوق محیط زیست بانک جهانی حاکی است که ســـالانه 800 هزار نفر در جهان بر اثر بیماریهای تنفسی،‌ قلبی و سایر بیماریهای ناشی از آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.

نازایی، اختلالات نوزادان، کم‌خونی، نارسایی‌های حاد کلیوی، اختلالات کبدی،‌ دردهای شدید شکمی، بیماریهای چشمی حاد و بعضاً کوری،‌ مشکلات تیروئیدی، افزایش فشار خون، سکته،‌ فلج،‌ اختلالات حافظه، پایین آمدن بهره هوشی، عدم تمرکز و انواع ناراحتی‌های روحی و روانی از جمله افسردگی،‌ اضطراب‌‌های شدید،‌ تنش‌ها و غیره ،از عواقب انتشار وسیع آلاینده‌ها در جهان می‌باشند.

آلودگی محیط زیست منجر به بروز عظیم‌ترین و فاجعه آمیزترین انقراض بزرگ تاریخ حیات شده است…. حیات در طول تاریخ طولانی خود، از بیش از سه میلیارد سال پیش، شاهد پنج انقراض عظیم بوده است که به ترتیب در اواخر دوران های اردوویسین، دونین، پرمین، تریاس و کرتاسه رخ دادند. در هر یک از این پنج انقراض عظیم، تنوع زیستی و تعداد گونه‌های زیستی تا حد زیادی کاهش یافت و گاه چند میلیون سال طول می‌کشید تا تنوع زیستی دوباره بهبود حاصل کند و غنای خود را بازیابد. مشهورترین آنها، انقراض پنجم بود که در آخر دوره‌کرتاسه رخ داد و باعث نابودی نسل دایناسورها شد. ولی این انقراض،‌ مخربترین انقراض عظیم تاریخ خلقت نبود، بلکه فجیع‌ترین آنها انقراض ششم است که به دست انسان آغاز شده و بسیاری از دانشمندان احتمال داده‌اند که علاوه بر بسیاری از گونه‌های گیاهی و جانوری، منجر به نابودی نسل بشر نیز خواهد شد. وجود مقادیری از انواع آلاینده‌‌ها از جمله آفت کش‌ها و سموم شیمیایی در شیر انسان، احتمال این فرض را افزایش داده است.

آلودگی محیط زیست و گرمایش ناشی از آن، یک سوم زیستگاه‌های طبیعی جهان را تا آخر این قرن بطور اساسی دچار اختلال می‌کند و تمامی گونه‌های زیستی که امکان مهاجرت سریع، با سرعتی بیش از روند تخریب را ندارند و یا زیستگاه‌های آنها منحصر به فرد است محکوم به نابودی خواهند بود.

طبق فهرست قرمز ارائه شده از سوی IUCN (اتحادیه بین‌المللی حفاظت از طبیعت و منابع طبیعی) در سال 2002، 5714 گونه از گیاهان و 5453 گونه از جانوران جهان با خطر انقراض مواجه هستند و از این میان، 928 گونه از گیاهان دولپه‌ای، 79 گونه از تک لپه‌ای‌ها، 17 گونه از مخروطیان، بیش از 22 گونه از نهانزادان آوندی، 181 گونه از پستانداران، 182 گونه از پرندگان، 55 گونه از خزندگان، 30 گونه از دوزیستان،‌ 257 گونه از ماهیان، 46 گونه از حشرات و 222 گونه از نرم‌تنان در شرایط بسیار حاد و بحرانی به سر می‌برند. و البته این ارقام از میان گونه‌های شناسایی شده است و مسلماً گونه های فراوانی وجود دارند که بدون اینکه حتی شناسایی شده باشند در حال نابودی هستند ‌، چنانکه گفته می‌شود حدود 90 درصد از گیاهان جنگل‌های جاده‌ای هنوز مورد مطالعه و بررسی قرار نگرفته‌اند و چه بسا بتوان از آنان، داروهایی ارزشمند برای بیماریهای غیرقابل درمان امروز بدست آورد.

جنگل‌های حاره‌ای که با تنوع زیستی فوق‌العاده غنی، حداقل دو پنجم گونه‌های گیاهی و جانوری دنیا را در خود جای داده‌اند با روندی بسیار سریع، حدود بیست میلیون هکتار در سال، در حال تخریب هستند.

طبق آمار دیگری از سوی IUCN،‌ در حال حاضر بیش از 5715 گونه زیستی در قاره آسیا، 5643 گونه در قاره آمریکا، 3822 گونه در آفریقا، 1483 گونه در اروپا، 1663 گونه در استرالیا و 27 گونه در قطب جنوب در خطر انقراض قرار دارند…. و این گنجینه ارزشمند و بی بدیل حیات است که حدود 5 میلیارد سال به طول انجامیده تا به غنای امروزی رسیده است: تنوع زیستی .

…و اخبار هولناکی از این قبیل ، فراوانند.

یک زیست‌شناس می‌گوید: «معدنچیان برای اطلاع از وجود گازهای مهلک،‌ از قناری‌های استفاده می‌کنند؛ مرگ قناری‌ها برای آنها هشداری است مبنی بر وجود گازهای کشنده. و اکنون ما نیز باید چنین هشدارها و اخطارهایی را از اجساد دلفین‌ها و شیرهای دریایی مرده بر سواحل، پرندگان بیجان افتاده بر زمین ، و جنگل‌های نابوده شده دریافت‌ داریم و پیش از آنکه خیلی دیر شود چاره‌ای جدی بیندیشیم. مرگ گونه‌ها هشداری است برای گونه Homo sapiens (انسان خردمند)! … »

معضل بزرگ آلودگی محیط زیست، از زمانی آغاز شد که بشر به صنعت و بهره‌برداری بی‌رویه از طبیعت و منابع طبیعی روی آورد و رابطه همزیستی و مسالمت‌آمیز، متعادل و دو جانبه خود با محیط زیست و سایر موجودات زنده را به رابطه‌ای یکطرفه و متعادل تبدیل کرد و طی مدت زمانی کوتاه، تغییراتی هنگفت و فشاری عظیم و غیر قابل تحمل  بر محیط زیست وارد آورد. این فشار به حدی بود که طی سال‌های 1970 تا 1995،‌ یک سوم منابع طبیعی زمین نابود شدند،‌ آب‌ها، خاک‌ها و هوا در سراسر کره زمین به انواع آلاینده‌ها آلوده شدند و بسیاری از زیستگاه‌های طبیعی دچار تخریب گردیدند. فعالیت‌های بشر در ده‌های اخیر منجر به ورود میلیون‌ها تن مواد آلاینده به اتمسفر شده است،‌ و این روند آلودگی همچنان ادامه دارد. در حال حاضر، آلاینده‌های حاصل از فعالیتهای مختلف انسانی اعم از فعالیتهای صنعتی، نقل و انتقالات، کشاورزی، دفع فاضلاب‌ها و غیره، به نحو گسترده‌ای در سراسر کره زمین انتشار یافته‌اند و موجب صدمات شدید بر سلامتی انسان، محیط زیست او و منابع طبیعی او می‌گردند. طبق محاسبه‌ای که در ایالات متحده امریکا انجام شده است،  خسارات مالی وارد بر گیاهان زراعی و تزئینی و انواع محصولات گیاهی در اثر آلودگی هوا به تنهایی  بیش از یک میلیارد دلار برآورد گردیده است.

مساله آلودگی محیط زیست و تاثیر آلاینده‌های ناشی از فعالیت انسان بر محیط، از قرن‌ها پیش مورد توجه بوده است. جان ایولین، نویسنده انگلیسی، در کتابی که در سال 1661 منتشر کرد، برخی از ابتدایی‌ترین صدمات ناشی از آلوگی هوا بر گیاهان را ذکر کرد و به شرح مشکلات رویشی گلها و درختان میوه در هوای آلوده به دود زغال سنگ انگلستان پرداخت. ایبسن در نروژ نیز مساله قابلیت جابجایی و انتشار آلاینده‌ها در مقیاس وسیع و در سراسر جهان را مطرح کرد و نوشت: «مه دود حاصل از سوخت زغال سنگ در انگلستان، به صورت بارانی دوده‌ای و آلوده بر سراسر جهان خواهد بارید.»

در زمینه آلودگی  محیط زیست، مساله آلودگی هوا بخصوص مبحثی بسیار قابل توجه و پراهمیت است، زیرا هوا قادر است  در مسافت‌های طولانی جا بجا شود و آلاینده‌ها را در سراسر جهان منتشر کند. علاوه بر این،‌ بسیاری از آلاینده‌های محیط زیست  ابتدا در هوا وجود دارند و سپس از آنجا به زمین آمده، و منجر به آلودگی آب‌ها و خاک‌ها می‌گردند.

تا قبل از دهه 1940، آلاینده‌های عمده هوا،‌ دی‌اکسید گوگرد و ذرات ریز بودند، در حالیکه امروزه طیف وسیعی از انواع آلاینده‌های گوگردی، نیتروژنی،‌ فلوئوریدی، فلزی و غیره، با غلظت‌های زیاد در هوا و در کل محیط زیست یافت می شوند. صدمات ناشی از دی‌اکسید گوگرد بر گیاهان از اواسط قرن نوزدهم درمناطق صنعتی وشهرهای بزرگ مشاهده گردید. در اروپا سالها تصورمی شد که این آلاینده، تنها آلاینده هواست و صدمات گوناگون مشاهده شده بر پوشش گیاهی به آن نسبت داده می‌شد،ولی مطالعات گسترده‌تر ثابت نمود که دی اکسید گوگرد  به تنهایی نمی‌تواند مسوول پیچیدگی و گستردگی صدمات وارد بر گیاهان باشد. از آن زمان،‌ آلاینده‌‌های متعدد دیگری مورد شناسایی و بررسی قرار گرفتند و این تحقیقات همچنان ادامه دارند.

متاسفانه در کشور ما،‌ ایران،‌ مطالعات و تحقیقات بسیار اندکی در زمینه آلودگی محیط زیست و اقدامات بسیار کمتری در جهت کاهش آلودگی و یا حداقل جلوگیری از افزایش آن صورت گرفته است. این در حالی است که یکی از آلوده‌ترین شهرهای جهان در آن است. آمارهای  ارائه شده، آلودگی هوای شهر تهران را 300-200 میکروگرم در هر متر مکعب برآورد کرده‌اند که دو برابر میزان آلودگی استانداردهای مجاز جهانی است،‌ در حالیکه میزان آلودگی هوا در بسیاری از شهرهای بزرگ و صنعتی جهان کمتر از استانداردهای مجاز جهانی می‌باشد، چنانکه میزان آن در شهر لندن، 50 میکروگرم در هر متر مکعب گزارش شده است.

انواع آلاینده‌ها

همانطور که قبلاً گفته شد، مساله آلودگی هوا مبحث بسیار مهم و قابل توجهی در زمینه آلودگی محیط زیست است ، زیرا اولاً ) هوا قادر به جابه‌جا کردن و انتشار آلاینده‌ها در مقیاس بسیار وسیع و گاه جهانی است و ثانیاً) بسیاری از آلاینده‌های خاک و آب، ابتدا در هوا وجود داشته ، سپس توسط نزولات جوی به این محیط‌ها وارد می شوند و باعث آلودگی آنها می گردند.

به طور کلی، آلاینده به ماده شیمیایی‌ای گفته می‌شود که اثرات زیست محیطی داشته باشد. مقادیر اندک مواد شیمیایی که اثرات  زیست محیطی به دنبال نداشته باشند معمولاً جزء آلاینده‌ها محسوب نمی‌گردند.

اثر محیطی مواد شیمیایی به دو عامل بستگی دارد:

1. غلظت آنها در محیط
2. میزان دریافت یا جذب آنها توسط موجود زنده

اثرات زیست محیطی آلاینده‌ها بر حسب وسعت محدوده‌ای که اشغال می‌کنند و تحت تاثیر قرار می‌دهند به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1. اثرات محلی (Local): در این مورد، اثر محیطی آلاینده بسیار محدود و منحصر به نواحی مجاور و نزدیک به منبع آلودگی ، مثلاً درحد یک جاده می‌باشد.
2. اثرات منطقه‌ای  (Regional): آلاینده در مقیاس نسبتاً وسیع جابه‌جا می‌شود و اثرات محیطی گسترده‌تری نسبت به گروه قبل دارد. باران اسیدی و ازن تروپوسفری از جمله نمونه های  این دسته هستند.
3. اثرات جهانی  (Universal): در این حالت،‌ آلاینده کل جهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد،‌ مثل تجمع دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای در جو کره زمین و یا اثر تغییرات لایه‌ ازن بر میزان تابش پرتوهای فرابنفش.

آلاینده‌ها از نظر مدت زمان تاثیرگذاری نیز متفاوتند: برخی از این اثرات در نتیجه آزاد شدن ناگهانی مقادیر زیاد آلاینده ایجاد می‌شوند که ممکن است موجب اثری آنی و کوتاه مدت شود و سپس به تدریج بهبود یافته، به حالت اول بازگردد، در حالیکه بعضی دیگر از اثرات زیست محیطی،‌ نتیجه تجمع غلظت زیادی از آلاینده به طور تدریجی و طی سال‌ها یا حتی دهه‌ها می‌باشند.

در جدول شماره 1، اسامی برخی از آلاینده‌ها همراه با منابع عمده ‌تولید آنها، اثرات مهم آنها و وسعت و محدوده‌ای که تحت تاثیر قرار می‌دهند ذکر گردیده است.

اثرات آلودگی هوا بر گیاهان

مطالعات و تحقیقات متعدد ثابت نموده‌اند که آلودگی محیط زیست و به خصوص آلودگی هوا، عامل عمده‌ وارد آمدن انواع اثرات مخرب بر پوشش گیاهی است. آلودگی هوا بر بسیاری از گیاهان آسیب‌های شدید وارد کرده و بسیاری از زیست بوم‌ها اعم از جنگل‌ها ، مراتع و غیره را تا حد زیادی تخریب نموده است. لذا توجه به این موضوع، از اهمیت بسزایی برخوردار می‌باشد.

میزان دریافت آلاینده

این عامل تا حد زیادی به غلظت آلاینده در محیط و همچنین مدت زمانی که گیاه در معرض آلاینده قرار می‌گیرد بستگی دارد. البته گاهی ممکن است آلاینده در محیط وجود داشته باشد ولی به طور فعال و با غلظت زیاد توسط گیاه جذب نگردد، که این بسته به ویژگیهای خاص گیاه و همچنین نوع آلاینده می‌باشد. در مورد رابطه بین غلظت آلاینده و اثر آن بر گیاه، چهار حالت در نظر گرفته می‌شود:

1. غلظت آلاینده به آن حد زیاد باشد که منجر به نابودی کامل گیاه گردد.
2. غلظت آلاینده، پایین‌تر از حدی باشد که باعث نابودی کامل گیاه می‌شود. در این حالت، گیاه قادر به ادامه بقاء است ولی اعمال حیاتی‌اش دچار اختلال می‌گردند،‌ مثلاً ممکن است میزان فتوسنتز کاهش یابد ، کنترل تعرق از بین برود و یا فعالیت ریشه کم شود. این حالت معمولاً باعث کاهش تولید توده زیستی (بیوماس) و یا ناهماهنگی و تغییر الگوی توزیع مواد غذایی بین اندام‌های مختلف گـیاه می‌گردد.
3. در غلظت‌های باز هم پائین‌تر، ممکن است فعالیت و رشد گیاه در شرایط محیطی بهینه، عادی به نظر برسند ولی آلاینده ‌موجب تغییرات تشریحی یا شیمیایی ریزی شود که تحمل گیاه را نسبت به آسیب‌های محیط و تنش‌های گوناگون از جمله خشکی، یخ‌زدگی و یا ‏آفات و بیماری‌ها کاهش دهد.
4. در مورد برخی آلاینده‌های خاص ممکن است فعالیت گیاه در غلظت‌های مشخصی از آلاینده، افزایش یابد. به عنوان مثال، وجود فلزات سمی خاصی مثل مس و آهن، که از عناصر ضروری تغذیه‌ای برای گیاه هستند، و همچنین، بخصوص در خاک‌هایی که گوگرد آنها کم است می‌توانند باعث تحریک رشد گیاه شوند. افزایش غلظت CO₂ نیز موجب افزایش رشد و فعالیت بسیاری از گیاهان می‌گردد.

اثرات آلاینده‌های گوناگون بر گیاهان

آلاینده‌های گوناگون به طرق مختلف بر گیاهان اثر می‌گذارند. جذب آلاینده‌ها توسط گیاهان سبب اختلال در فعالیت‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه می‌شود و این اختلالات عمدتاً به صورت کاهش فتوسنتز و تنفس، کلروزه شدن، نکروزه شدن و کاهش رشد رویشی و تولید زیست توده (بیوماس) گیاه ظاهر می‌شود. آلاینده‌ها هم‌چنین می‌توانند بر فعالیت‌ تولید مثلی گیاه نیز تاثیر بگذارند و باعث کاهش زادآوری شوند. از نقطه نظر اکولوژیکی، آلاینده‌‌های هوا به سه گروه تقسیم می‌شوند:

1. مواد تغذیه‌ای (nutrients) ؛ مثل نیتروژن، گوگرد، کلسیم و منیزیم
2. گازهای تشکیل دهنده اسید؛ شامل  و
3. مواد سمی، که فلزات سنگین از جمله سرب، نیکل،‌‌ کادمیم، جیوه،‌کرم و کبالت،‌ مهمترین آنها هستند.

فرونشست مواد آلاینده از اتمسفر بر گیاهان به دو طریق مرطوب و خشک صورت می‌گیرد. در حالت مرطوب ، آلاینده‌های گازی و ذرات درشت (با قطر بیشتر از 20 میکرون) توسط نزولات جوی به پوشش گیاهی می‌رسند. حالت خشک عمدتاً مربوط به گازها، ذرات ریز (با قطر کوچکتر از 20 میکرون) است که تحت تاثیر جاذبه زمین یا حرکت هوا به سمت زمین به صورت خشک بر گیاهان فرونشست می‌کنند.

اثرات زیست محیطی باران های اسیدی

باران اسیدی که آلاینده‌ای ثانوی و عمدتاً ناشی از وجود آلاینده‌های  و  در اتمسفر است، اثرات مستقیم و غیرمستقیم گوناگونی بر پوشش گیاهی دارد.

تاثیر در رشد و متابولیسم گیاه، سمیت برای سلولهای گیاهی،‌ ایجاد اختلال در فعالیت سلولهای نگهبان روزنه ، تخریب لایه محافظ برگ گیاهان،‌ از جمله اثرات مستقیم باران اسیدی است که بسته به گونه گیاه، متفاوت می‌باشد.

قرار گرفتن گیاه در معرض آلاینده‌های اسیدی می‌تواند سبب فرسایش کوتیکول سطح برگ شود. از  بین رفتن این لایه سبب افزایش خروج آب از سطح برگ شده، تنش کم‌آبی را موجب خواهد شد. باران‌های اسیدی با تاثیر بر سلولهای نگهبان روزنه‌ها سبب اختلال در فعالیت این سلولها و باز و بسته شدن روزنه‌ می‌شوند و تبادلات گازی و آبی گیاه را مختل می‌کنند. پس از نفوذ این ترکیبات اسیدی به داخل گیاه از طریق روزنه یا کوتیکول، فعالیت سلولهای گیاه با مشکل مواجه می شوند و لکه‌های نکروز در برگ ها ایجاد می‌گردد. نکروز سلولها ممکن است در اثر تجمع برخی یونها بخصوص و یا سولفات ایجاد شود. بررسی‌ها نشان داده‌اند که هنگامی که ریزش باران‌های اسیدی به طور متناوب صورت گیرد سمیت باران شدیدتر است، بخصوص در زمانی که فاصله بین دو ریزش باران به اندازه‌ای باشد که تبخیر آب از سطح برگ انجام شود، زیرا در این حالت غلظت مواد سمی افزایش می‌یابد.

برخی اوقات علائمی همچون ایجاد گال (بصورت هیپرپلاژی یا هیپرتروفی) نیز در اثر باران‌های اسیدی در سلولهای مزوفیل اسفنجی و پارانشیم نردبانی مشاهده می‌گردند.

اثرات آلودگی محیط بر روابط بین گونه‌‌ای

هنگامی که میزان آلودگی هوا به حدی باشد که فعالیت، رشد یا تولید مثل گیاهان را تحت تاثیر قرار دهد می‌تواند بر روابط بین گونه‌ها نیز تاثیر بگذارد و رقابت بین آنها را به نفع گونه‌های مقاوم به آلودگی تغییر دهد. بسیاری از گونه‌های علفی و گیاهان خانواده شبدر از جمله این گیاهان مقاوم به آلودگی می‌باشند. مکانیسم دقیق این پاسخ،  مشخص نیست ولی احتمال داده شده است که مربوط به اثرات اللوپاتی باشد. کوچار (Kochhar) و همکارانش در سال 1980 طی بررسیهایی نشان دادند که گیاهان خانواده بوریا در صورتی که در معرض ازن قرار بگیرند عصاره‌ای از خود ترشح می‌کنند که باعث مهار گره‌زایی در گیاهان خانواده شبدر می‌شود،‌ در حالیکه در صورت عدم قرار گرفتن تحت تاثیر ازن، چنین عکس‌العملی نشان نخواهند داد.

اثرات آلودگی محیط بر جوامع گیاهی

حضور آلاینده‌ها با غلظت‌های بسیار بالا می‌تواند منجر به نابودی تمامی گونه‌های گیاهی یک منطقه شود. چنانکه در اوایل دهه 1970، مناطق پیرامون کارخانه ذوب فلزات سادبری در اونتاریو به علت اثرات توام  و فلزات سنگین حاصل از کارخانه،‌‌ تا مسافت بیش از 8 کیلومتر به کلی عاری از پوشش گیاهی شد و تا مسافتی بیش از 30-20 کیلومتر، تعداد گونه‌ها و تراکم آنها کاهش یافت. از بیش از 20 سال پیش، کاهشی در میزان خروج و فلزات سنگین از این کارخانه به وجود آمد و به دنبال آن، رویش مجدد برخی گونه‌های علفی،‌ بخصوص اکوتیپ‌های مقاوم نسبت به فلزات مشاهده شد.

در مناطق پیرامون سایر منابع عمده آلاینده‌ها نیز الگوهای مشابهی از کاهش در تراکم و انتشار گونه‌های گیاهی مشاهده شده است.

نتایج گزارش‌های قدیمی‌تر نیز حاکی از تغییرات ترکیب جوامع گیاهی در اثرآلودگی محیط زیست می‌باشند. به عنوان مثال مطالعه‌ای نشان داده است که پوشش گیاهی غالب در باتلاق‌های پیک دیستریکت واقع در انگلستان، تا اوایل سال 1800، خزه‌های اسفاگنوم بودند. با وقوع انقلاب صنعتی در دهکده‌های اطراف، میزان آلاینده‌ها در منطقه به سرعت افزایش یافت. گونه‌های اسفاگنوم شروع به نابودی کردند و اکنون پوشش غالب منطقه، گونه Eriophorum vaginatum (از خانواده (Cyperaceae است. به طور کلی در این منطقه کاهش تنوع زیستی وجود داشته است و تنوع گونه‌ای، کم شده است. با نابودی خزه‌های اسفاگنوم، گونه‌های مرتبط با آنها از جمله گیاه حشره خوار دروزرا و گونه آندرومدای مردابی نیز نابود گردیدند .

پاسخ‌های تکاملی گیاهان نسبت به آلودگی

آلودگی‌محیط زیست، مانند هر تنش دیگری، به صورت یک فشار انتخابی بر جمعیت عمل می‌کند و روابط رقابتی بین افراد را به نفع افراد مقاومتر نسبت به عامل صدمه رسان (در اینجا، آلاینده‌ها) تغییر می‌دهد و منجر به بروز پاسخ‌های تکاملی‌‌ می‌گردد.

در رابطه با تنش آلودگی، سه مرحله تغییر جمعیتی تشخیص داده شده است. در مرحله اول فقط ژنوتیپهای بسیار حساس، از جمعیت حذف می‌شوند. در مرحله دوم، همه به جز ژنوتیپ‌های بسیار مقاوم، از جمعیت حذف خواهند شد. و در مرحله آخر، آنهایی که باقی مانده‌اند با یکدیگر زاد و ولد می‌کنند و در بین زاده های آنها،‌ ژنوتیپ‌هایی حتی مقاومتر از ژنوتیپ‌های والدی به وجود می‌آیند که در نهایت  انتخاب می‌شوند و به حیات خود ادامه می‌دهند.

اینکه کدام یک از مراحل فوق‌الذکر در یک جمعیت برقرار شود، به عوامل متعددی از جمله شدت فشار انتخابی (شدت آلودگی)، دامنه تنوع ژنتیکی جمعیت، و زمان تولید مثل بستگی دارد.

مشخص‌ترین شاهد این تغییرات از بررسی میزان مقاومت گیاهان نسبت به فلزات سنگین بدست می‌آید. در اکثر جمعیت‌ها افرادی وجود دارند که علاوه بر اینکه قادر به دفع فلز سمی هستند، می‌توانند آن را در داخل پیکر خود، در جایگاه‌هایی که برایشان نسبتاً بی‌ضرر است،‌ انباشته کنند. بسیاری از مطالعات ثابت نموده‌اند که گیاهانی که در مکان هایی رشد کرده‌اند که مدتها آلوده به فلزات سنگین بوده‌اند، مقاومت نسبت به این فلزات را بدست آورده‌اند. البته برخی بررسیها نشان داده‌اند که جمعیت‌های مقاوم نسبت به فلزات سنگین در طی مدت زمان کوتاه نیز می‌توانند تکامل یابند. به عنوان مثال، وو (Wu) و همکارانش در سال 1975 مقاومت نسبت به مس را در جمعیت‌هایی از Agrostis stolonifera از خانواده Poaceae  که در اطراف یک تصفیه خانه مس در نزدیکی لیورپول روییده بودند در سنین مختلف مورد مطالعه قرار دادند. مشاهده گردید که طی 4 سال، تغییرات مشخصی به سمت مقاومت نسبت به مس بوجود آمد و طی 8 سال، تمامی گیاهان حساس‌تر از جمعیت حذف شدند.

تاثیر گیاهان بر آلودگی محیط زیست

گیاهان در طول تاریخ حیات بر روی این کره خاکی از اهمیتی فوق‌العاده‌ و غیرقابل انکار برخوردار بوده و هستند. این موجودات سبز،‌ اعمالی را انجام می‌دهند که هیچ موجود دیگری قادر به انجام آنها نیست، اعمالی که برای سایر موجودات زنده، اهمیتی حیاتی دارند.

یکی از نقش‌های گیاهان که امروزه در نقاط مختلف جهان بسیار مورد توجه دانشمندان و محققان و حافظان محیط زیست قرار گرفته است، تصفیه یا بهبود محیط زیست توسط گیاهان است . این مبحث که phytoremediation نام دارد، با توجه به آلودگی روزافزون کره زمین و صدمات فراوان ناشی از انواع آلاینده‌ها بر اکوسیستم‌ها و بر سلامت موجودات زنده مختلف، از جمله انسان، از اهمیت بسزایی برخوردار گردیده است.

انواعی از گونه های گیاهی وجود دارند که قادر به جذب آلاینده‌های مختلف از هوا، آب و خاک و انباشتن آنها با غلظت‌های بالا در اندام‌های خود هستند و بدین ترتیب باعث تصفیه محیط می‌شوند. همچنین برخی از این گیاهان قادر به سمیت زدایی و تبدیل عناصر سمی به فرمی غیر سمی می‌باشند. گیاهانی که به طور طبیعی در خاک‌های غنی از فلزات سنگین یا محیط‌های دارای غلظت‌های بالای عناصر آلاینده ز‌ندگی می‌کنند طی دوران طولانی تکامل، ساز و کارهای بیوشیمیایی ای را بدست آورده‌اند که آنها را قادر به جذب عناصر سمی به مقادیر زیاد نموده است. بررسی‌ها ثابت کرده‌اند که غلظت این عناصر در چنین گیاهانی بیشتر از غلظت آنها در گیاهان غیر انباشته کننده‌ای است که در مجاورت آنها و در همان محیط روییده‌اند. از تکنیک حذف آلاینده‌ها از محیط توسط گیاهان در بسیاری از مناطق آلوده، مثل معادن متروک، مناطق جنگلی، محل‌های تجمع گسترده زباله‌های شهرداری و فاضلاب‌ها استفاده شده است. اثرات چشمگیری در این زمینه در نواحی آلوده مشاهده شده است.

پاکسازی محیط‌های آلوده به وسیله گیاهان، راهکاری بسیار مفیدتر،‌ موثرتر و کم هزینه‌تر از روش‌های متداولی است که توسط انسان انجام می‌شوند و عمدتاً شامل مراحل مشکل و پرهزینه می‌باشند.

معرفی گونه‌های گیاهی مورد پژوهش

کلم زینتی؛ Brassica oleracea

Division: Spermatophyta

Subdivision: Angiosperm

Class: Dicotyledones

Order: Parietales

(Family: Brassicaceae (Cruciferae

Genus: Brassica

Species: Brassica oleracea

(کورموفیت‌های ایران- دکتر احمد قهرمان)

خانواده کلم (Brassicaceae)، خانواده‌ای یکنواخت و شامل گیاهانی است که عمدتاً علفی می‌باشند. گیاهان این خانواده دارای برگ‌های متناوب، ساده و گاه با بریدگیهای عمیق و به ظاهر مرکب،‌ بدون گوشوارک، و دارای کرکهای تک سلولی منشعب یا ستاره‌ای شکل هستند. این گیاهان، شیرابه آهکی دارند. گل آذین به صورت سنبله، خوشه ساده یا مرکب و گاه گرزن فشرده، و همیشه بدون برگک اصلی و فرعی می باشد. گل‌ها منظم، دو جنسی و دارای 4 کاسبرگ و 4 گلبرگ با آرایش متقابل، 6 پرچم که 4 تا در ردیف داخلی و بلندتر (تترا دینام) و دو تا در ردیف خارجی و کوتاهتر هستند، مادگی 2برچه‌ای، اغلب 2 خانه‌ای و زبرین هستند و معمولاً در پایه پرچم‌ها غدد نوشجای وجود دارد. میوه این گیاهان،‌ خورجین یا خورجینک است و حاوی دانه‌های فاقد آلبومن و دارای هتروزید گوگرددار و سلولهای میروزین دار است که از اختصاصات این تیره می‌باشد. با آنکه ساختار میوه در تمام گیاهان این خانواده یکسان و مختص به همین تیره است، از نظر اندازه، گوناگونی فراوانی در آنها دیده می شود که وسیله ای برای شناسایی جنس‌ها و تقسیم‌بندی آنها به طایفه‌های مختلف می‌باشد.

عشقه؛ Hedera colchica

Division: Spermatophyta

Subdivision: Angiosperm

Class: Dicotyledones

Order: Umbellales

Family: Araliaceae

Genus: Hedera

Species: Hedera colchica

(کورموفیت‌های ایران- دکتر احمد قهرمان)

خانواده عشقه (Araliaceae)، شامل گیاهانی عموماً چوبی و بالا رونده است. گیاهان این خانواده دارای برگهای منفرد، ساده یا مرکب و غالباً گوشوارک دار هستند. گل آذین به صورت  چتر ساده و یا خوشه‌ای، و گل‌ها منظم،‌ دو جنسـی و شامل 5 کاسبرگ ، 5 گلبرگ کوچک، 5 پرچم و مادگی، 5 –2 برچه‌ای، 5 -2 خانه‌ای با تخمدان زیرین و فرورفته در نهنج می‌باشند . قطعات گل در ردیف‌های مختلف به صورت متناوب نسبت به یکدیگر قرار دارند. میوه شفت یا سته است. گیاهان این خانواده دارای مجاری ترشحی می‌باشند. هم چنین اعضای خانواده عشقه دارای بافت مقاوم اساسی از جنس کلانشیم هستند که در پیرامون ساقه قرار دارد. خانواده عشقه دارای حدود 60 جنس و 750 گونه‌ می‌باشد که بویژه در نواحی گرمسیری جهان می‌رویند و از اهمیت بسزایی در این مناطق برخوردارند. جنس Hedera، تنها جنس از این خانواده است که در ایران می‌روید.

مواد و روشها

جهت بررسی اثر آلودگی هوای تهران بر دو گونه عشقه (Hedera colchica) و کلم زینتی (Brassica oleracea) نمونه‌هایی از این گیاهان که در مناطق دارای هوای آلوده و مناطقی با هوای غیر آلوده روییده بودند، انتخاب شدند و برگ‌هایی هم اندازه از آنها جمع‌آوری گردیده، کلیه آزمایش‌ها و سنجش‌ها بر روی این برگ‌ها انجام گرفت. گیاهان و همچنین برگ‌هایی هم اندازه جهت آزمایش انتخاب گردیدند تا عامل سن و اندازه در نتایج دخالت نداشته باشد، و یا دخالت آنها به حداقل برسد. آزمایش‌ها و مقایسات بر روی برگها انجام شد، زیرا همانطور که در مقدمه ذکر گردید ، نتایج حاصل از برخی تحقیقات انجام شده در سایر کشورها حاکی از این بوده‌اند که اثرات ناشی از انواع آلاینده‌‌ها، از جمله فلزات سنگین بر برگ‌های گیاهان،‌ شدیدتر و حادتر از ریشه‌های آنها یا سایر بخش‌ها بوده است، و آلودگی هوا بر برگهای گیاه بیش از سایر اندامهای آن تاثیر می‌گذارد.

نتایج حاصل از بررسی های  تشریحی

از هر یک از دو گونه گیاهی عشقه (Hedera colchica) و کلم زینتی (Brassica oleracea ) نمونه هایی از مناطق دارای هوای آلوده و نمونه هایی از مناطق با هوای غیر آلوده جمع آوری ، برش گیری و رنگ آمیزی شدند و از نظر تراکم و اندازه سلولهای اپیدرم ، پارانشیم های نردبانی و اسفنجی و استوانه مرکزی ، وضعیت دسته جات آوندی (تعداد و تراکم) و وضعیت روزنه ها و تعداد آنها مورد بررسی میکروسکوپی قرار گرفتند. طی بررسی های انجام شده در موارد مذکور، تفاوت مشخصی بین گیاهان روییده تحت شرایط هوای آلوده و گیاهان روییده در مناطق دارای هوای غیرآلوده ، نه در کلم زینتی و نه در عشقه ، مشاهده نگردید.

نتایج

بررسی های آماری نتایج حاصل از آزمایشهای انجام شده بر روی نمونه های گیاهی مورد پژوهش و ارزیابی اثر آلودگی هوا بر این گیاهان، با روش T- test  و با استفاده از نرم افزار SPSS ، در سطوح مختلف احتمال صورت گرفت.

نتایج حاصل از سنجش میزان رنگیزه های فتوسنتزی

• نتایج حاصل از سنجش میزان کلروفیل
• نتایج حاصل از سنجش کلروفیل در گیاه کلم زینتی
• نتایج حاصل از سنجش  کلروفیل در گیاه عشقه
• نتایج حاصل از سنجش میزان کاروتنوئیدها
• نتایج حاصل از سنجش غلظت کاروتنوئیدهای موجود در بافت برگی کلم زینتی
• نتایج حاصل از سنجش میزان کاروتنوئیدهای برگی در گیاه عشقه

نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم ها

• نتایج حاصل از سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز
• نتایج حاصل از ســنجش میزان فعالیت کاتالازی در برگهای گیاه کلم زینتی
• نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در عشقه
• نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز
• نتایج حاصل ‏از سنجش فعالیت پراکسیدازی‏دربرگهای گیاه کلم زینتی
• نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در گیاه عشقه

نتایج حاصل از سنجش پروتئین

• نتایج حاصل از سنجش میزان پروتئین در برگهای گیاه کلم زینتی
• نتایج حاصل از سنجش غلظت پروتئین در برگ های گیاه عشقه

نتایج حاصل از بررسی های  تشریحی

از هر یک از دو گونه گیاهی عشقه (Hedera colchica ) و کلم زینتی (Brassica oleracea ) نمونه هایی از مناطق دارای هوای آلوده و نمونه هایی از مناطق با هوای غیرآلوده جمع آوری ، برش گیری و رنگ آمیزی شدند و از نظر تراکم و اندازه سلولهای اپیدرم ، پارانشیم های نردبانی و اسفنجی و استوانه مرکزی ، وضعیت دسته جات آوندی (تعداد و تراکم) و وضعیت روزنه ها و تعداد آنها مورد بررسی میکروسکوپی قرار گرفتند. طی بررسی های انجام شده در موارد مذکور، تفاوت مشخصی بین گیاهان روییده تحت شرایط هوای آلوده و گیاهان روییده در مناطق دارای هوای غیرآلوده ، نه در کلم زینتی و نه در عشقه ، مشاهده نگردید.

بحث در نتایج

• اثر آلودگی هوا بر غلظت رنگیزه های فتوسنتزی
• اثر آلودگی هوا بر میزان کلروفیل
• اثر آلودگی هوا بر میزان کاروتنوئیدها
• اثر آلودگی هوا بر فعالیت آنزیم ها
• اثر آلودگی هوا بر میزان پروتئین
• اثر آلودگی هوا بر ساختار تشریحی