فصل اول

مقدمه

1-1-اهمیت موضوع پژوهش و پیشینة آن

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 دهة محیط زیست نامگذاری کرده‌اند تا تأکید 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 فزایندة 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. برخی از اخبار و آمارهای ارائة‌ شده از سوی سازمان‌های معتبر جهانی را از نظر می‌گذرانیم:

● 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 شــــهرهایی که بیش از استانداردهای مجاز با آلودگی هوا مواجهند حدود 20 درصد بیشتر از شهرهای دارای هوای غیرآلوده است و میزان بیمارهای 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 دورة‌کرتاسه 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 دوزیســــتان،‌ 257 گونه از ماهیان، 46 گونه از حشـرات 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 بسیارسریع، 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 گنجینة 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 گونة 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 رابطة همزیستی و مسالمت‌آمیز، متعادل و دو جانبة 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 کرة 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، نویسندة 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 زمینة آلودگی محیط زیست، مسالة 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 دهة 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 آلایندة 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 زمینة 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.

همچنین آمارهای رسمی حاکی از این هستند که سالانه حدود 7000 نفر در تهران جان خود را در اثر آلودگی هوا از دست می‌دهند. با چنین میزان آلودگی محیط زیست و وخامت اثرات منفی آن، ضرورت انجام پژوهش‌های گسترده و وسیع در این زمینه و تلاش جدی جهت دستیابی به راهکارهایی برای مقابله با حادتر شدن این بحران،‌ بخصوص برای ما که در آلوده‌ترین شهر جهان زندگی می‌کنیم و مستقیماً تحت تاثیر عوارض بسیار شدید، بیماری‌زا و مرگبار انواع آلاینده‌ها قرار دادیم، ناگفته پیداست.

شواهد مستدلی وجود دارد منبی بر اینکه محیط زیست و انواع اکوسیستم‌ها از زمان آغاز صنعتی شدن جهان در حال تغییرند و از سال 1950، شدت این تغییرات افزایش چشمگیری یافته است. این تغییرات عمدتاً شامل مهار فعالیت‌های زیستی انواع گونه‌های موجودات زنده، کاهش شدید زادآوری آنها و کاهش تولید زیست توده (بیوماس) می باشند. انواع اثرات زیست محیطی گوناگون آلودگی هوا به تدریج در طی سالها شناخته شده اند. به عنوان مثال،‌ اسیدی شدن باران در اثر وجود آلاینده‌های حاصل از فعالیتهای انسانی در سال 1872 ، و افزایش فلزات سنگین از جمله سرب در بستر مناطق جنگلی از سال 1966 مورد توجه وبررسی قرارگرفت. بررسی‌ها و مطالعات زیستی، شیمیایی، بیوشیمیایی و فیزیکوشیمیایی گوناگونی که طی این سالها انجام گرفت ، ابعاد مختلف و گستردگی انتشار آلاینده‌ها در هوا، آب ها و خاک ها و صدمات متعدد و شدید آنها را بر گیاهان آشکارتر ساختند. در بخش بعد،‌ تعدادی از این آلاینده‌ها و شدت و گستردگی عوارض ناشی از آنها به تفصیل شرح داده خواهند شد.

تحقیقات نشان داده‌اند علیرغم برخی اقدامات صورت گرفته در راستای کاهش ورود آلاینده‌ها به محیط در برخی نقاط جهان ، آسیب‌های ناشی از آلودگی‌ همچنان ادامه دارند، و این نتیجة بروز اثرات بلندمدت آلاینده‌هایی است که از بیش از یک قرن پیش به مقیاس وسیع و با غلظت‌های زیاد وارد محیط زیست گردیده‌اند.

تحقیقات متعدد جهانی نشان داده اندکه یکی از موثرترین،‌ پایدارترین و ارزان‌ترین راهکارهای تصفیة محیط زیست و جلوگیری از افزایش آلودگی آن، تصفیة گیاهی محیط زیست (Phytoremediation) است. درمان گیاهی محیط زیست یا بهبود محیط زیست توسط گیاهان، فناوری زیستی جدیدی است که امروزه در نقاط مختلفی از جهان مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. در این روش، گیاهان دارای قابلیت جذب آلاینده‌ها به مقدار زیاد و انباشتن آنها در خود (گیاهان Phytoremediator)،‌ در مناطق آلوده کاشته می‌شوند و با جذب آلاینده‌ها یا تبدیل آنها به فرم‌های بی‌خطر، باعث پالایش محیط زیست در مقیاس وسیع می‌گردند. برخی از گونه‌های گیاهی به طور طبیعی دارای این توانایی هستند و برخی دیگر با روشهای مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی و پس از تیمارهای گوناگون، این قابلیت را بدست می‌آورند، که البته روش اخیر،‌ روشی پرهزینه و مستلزم فرایندهای متعدد و پیچیده می‌باشد. این فناوری جدید همچنان در حال توسعه است و دانشمندان و محققان در تلاش برای دستیابی به روش‌های ارزان قیمت‌تر و پایدارتر می‌باشند.

در این پژوهش، دو گیاه عشقه (Hedera colchica) و کلم زینتی (Brassica oleracea) که طبق تحقیقات انجام شده در برخی کشورها، جزء گیاهان تصفیه کنندة محیط زیست شناخته شده‌اند، از نظر قابلیت جذب آلاینده‌های هوا و وجودیاعدم وجود تغییرات آنا تومیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ناشی از آلودگی هوا مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.

در اینجا لازم به ذکر است که مســــاله واکنش یک گیاه در مقابل آلا ینده هاو بروز تغییرات گوناگون درآن ، مساله‌ای بسیار پچیده است که چنانکه در بخش‌های بعدی شرح داده خواهد شد، به عوامل متعدد اکولوژیکی،‌ فیزیولوژیکی، اقلیمی و غیره بستگی دارد. لذا برای نتیجه‌گیری قطعی در زمینه نحوه واکنش گیاهان نسبت به آلودگی هوا و توانایی آنها در تصفیه محیط، بسنده کردن به یک تحقیق کافی نیست و مطالعات و بررسی‌های بسیار بیشتر و گسترده‌تری مورد نیاز می باشد. در هر حال ، این پژوهش،‌ گامی است هر چند کوچک در راهی بس دراز به سوی یافتن چاره‌ای برای یکی از بزرگترین و حادترین معضلات جهان امروز،‌ و امید است که در این راه،‌ هر گام، گام بعدی را استوارتر و مسیر را روشن‌تر سازد، انشاءا...

1-2- آلودگی هوا و آلاینده‌ها

1-2-1- انواع آلاینده‌ها

آلهمانطور 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 تأثیر 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 کرة زمین و یا اثر تغییرات لایة‌ ازن بر میزان تابش پرتوهای فرابنفش.

آلاینده‌ها از نظر مدت زمان تأثیرگذاری نیز متفاوتند: برخی از این اثرات در نتیجة 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،‌ نتیجة 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 عمدة ‌تولید آنها، اثرات مهم آنها و وسعت و محدوده‌ای که تحت تأثیر قرار می‌دهند ذکر گردیده است.

آلاینده‌ها می‌توانند به حالت‌های جامد، مایع و گاز در محیط زیست وجود داشته، منجر به آلودگی شوند. منشأ این مواد ممکن است فعالیت‌های طبیعی و یا مصنوعی (انسانی) باشد. منابع عمدة آلودگی مصنوعی یا انسانی عبارتند از: احتراق سوخت‌های فسیلی از جمله ذغال سنگ، انواع فعالیت‌های صنعتی، و تردد وسایل نقلیه. در این میان، سوختن مواد فسیلی از اهمیت بسزایی برخوردار است. تحقیقی که در سال 1977 در ایالات متحده انجام گرفت ، نقش آلودگیهای مصنوعی را در بارش نزولات جوی اسیدی، 65% نشان داد که 55% آن فقط در اثر زغال سنگ بود. منابع طبیعی آلاینده‌ها متنوعند و شامل انواع فعالیت‌های زمین شناسی از جمله آتشفشانها،‌ آتش‌سوزی جنگل‌ها،‌ آزاد شدن انواع گازها در محیط توسط گیاهان، میکروارگانیسم‌ها و سایر موجودات زنده، فرسایش بادی، وغیره می‌باشند. مواد آلایندة طبیعی از آنجا که به تعادل مناسبی با سایر فرآیندهای طبیعی می‌رسند طی سالیان دراز، تاثیر منفی چندانی بر اکوسیستم به جای نگذاشته‌اند. طبق تحقیق مذکور در بالا، نقش آلاینده‌های طبیعی در بارش نزولات جوی اسیدی، فقط10% می‌باشد. درحقیقت، عامل اصلی آلودگی هوا و کل محیط زیست، اضافه شدن میلیون‌ها تن مواد آلایندة اضافی است که توسط انسان و ارد محیط می‌شود. افزایش قابل توجه میزان اسیدیتة اتمسفر طی دهه‌های گذشته، عمدتاً در اثر آزاد شدن دی‌اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن ناشی از فعالیتهای انسانی است.

آلاینده‌های هوا به طور کلی به دو دسته تقسیم‌ می‌ شوند: آلاینده‌های اولیه و آلاینده‌های ثانویه آلاینده‌های اولیه عبارتند از مواد ی که توسط فعالیت‌های طبیعی یا مصنوعی در مقیاس وسیع و مستقیماً به تروپوسفر رها می شوند. آلاینده‌های ثانویه موادی هستند که از آلاینده‌های اولیه در تروپوسفر منشأ می‌گیرند. آلاینده‌ها ثانویه که حاصل از شیمی اتمسفری هستند می‌تونند اثرات سمی‌تری نسبت به آلاینده های اولیه داشته باشند. ازن، پراکسی استیل نیترات (PAN)، اسید نیتریک، اسید سولفوریک، اسیدهای آلی و … از جمله این آلاینده‌ها هستند که می‌‌توانند اثرات زیست‌محیطی شدیدی داشته باشند و از آلاینده‌های اولیه‌ای مثل co, Hc, و به وجود می‌آیند. آلاینده‌های اولیه عمدتاً منشأ انسانی دارند ( به خصوص از راه احتراق مواد فسیلی و سوخت اتومبیل‌ها). این مواد همچنین از زمین، گیاهان، تجزیه و تلاشی موجودات زنده، آتش‌سوزی جنگل‌ها و تخلیه الکتریکی توسط رعد و برق‌های شدید رها می‌شوند. توسعه کشاورزی و استفاده فزاینده از کودهای شیمیایی، آزاد شدن طبیعی برخی از این ترکیبات اولیه با منشأ زیستی یا طبیعی را تغییر داده‌اند و بدین ترتیب باعث تغییر در ترکیبات ثانویه و ترکیب اتمسفری نیز شده‌اند. هیدروکربن‌ها، اکسیدهای نیتروژن و اشعه خورشید منجر به تشکیل مه دود فتوشیمیایی، همراه با مقادیر فراوانی از اکسیدانت‌ها مثل ازن و PAN می‌شوند. مونوکسید کربن و متان نیز در تشیل ازن در تروپوســـــفر نقش دارند. مقادیر فراوان ازن، که اپیزودهای ازن نامیده می شوند در مناطق بسیار وسیعی از اروپا، ایالات متحده، ژاپن و بسیاری کشورهای دیگر مشاهده گردیده است. این عوامل دماهای بالا را نیز موجب می شودند ، به خصوص در اواسط و اواخر تابستان . آزاد شدن اکسـیدهای نیتروژن و هیدروکربن‌های غیرفلزی یا
N.M.H.C (non metal hydrocarbons)، غلظت ازن و اکسیدان‌ها را در لایه‌های پائینی اتمسفر (نزدیک به سطح زمین) افزایش داده‌اند. معمولاً ازن در ابتدا از استراتوسفر به سمت پایین می‌آید ومیتواند نقطه شروع اپیزود ازن شود و سپس غلظت آن به وسیلة HC و حاصل از فـعالیت‌های انسانی و گاه طبیعی، افزایش یابد و منشأ عواقبی سوء بر محیط زیست گردد.

افزایش آلاینده‌ها، چه آلاینده‌های اولیه و چه آلاینده‌های ثانویه، در صورت افزایش بیش از حد مجاز منجر به آلودگی هوا و اثرات منفی بر محیط زیست خواهد شد. به عنوان مثال، ازن در صورتیکه غلظتش در حدود 40 میکروگرم در متر مکعب هوا باشد آلاینده محسوب نمی‌شود در حالیکه در غلظت‌های بالاتر باعث آلودگی هوا می‌گردد.

در حال حاظر، طیف وسیعی از انواع آلاینده‌ها شامل آلاینده‌های گوگردی، نیتروژنی، ازن، فلوئور، PAN ، فلزات سنگین و غیره، در محیط زیست پراکنده‌اند، هگزاکلروبنزن و هگزا کلروسیکلو هگزان در سراسر جهان، حتی در نواحی قطبی، انتشار یافته‌اند،وآلاینده‌های حاصل از فعالیت انسانی به خصوص در جو، گسترش وسیعی پیدا کرده اند. برخی از مهم‌ترین آلاینده‌های هوا در ذیل معرفی می‌گردند.

1-2-2- آلاینده‌های گوگردی

سالانه حدود ⁶ 10×50 تن گوگرد در اثر فعالیتهای انسانی یا مصنوعی به اتمسفر وارد می‌شود. فعالیت های طبیعی که باعث آزاد شدن گوگرد به اتمسفر می‌شوند شامل فعالیت‌های آتشفشانی، آزاد شدن گوگرد از آب دریا ( به صورت پاشیده شدن ذرات گوگرد به اتمسفر) و فعالیتهای حیاتی میکروارگانیسم‌های هوازی و بی‌هوازی از جمله باکتریها، اکتینومایستها و قارچ‌های تجزیه‌کننده می‌باشد. مجموع گوگرد حاصل از فعالیت‌‌های طبیعی حدود 133 میلیون تن در سال تخمین زده می‌شود که بیش از 5/2 برابر گوگرد رها شده به جو توسط فعالیت‌های انسانی است.

1-2-3- آلاینده‌های نیتروژنی

آلاینده‌های اولیة نیتروژنی اتمسفر عبارتند از: آمونیاک، اکسیدهای نیتروژن و نیتراتها. منابع ورود ازت به اتمسفر عبارت است از فعالیت صنایع و سوخت زغال سنگ، کودهای شیمیایی ، رها شدن از اکوسیستم‌های طبیعی و همچنین از طریق حیوانات وحشی و اهلی (از طریق فضولات آنها). به طور مثال، حضور حیوانات در یک مرتع می‌تواند باعث وارد شدن حدود 100 کیلوگرم ازت در هکتار در سال (به شکل آمونیوم) به اتمسفر شود. مقدار ازتی که از طریق فعالیتهای مصنوعی وارد اتمسفر می‌شود حدود 10¹²×19 گرم در سال تخمین زده می‌شود و بر اساس محاسبات موجود،‌ نیتروژن آزاد شده از منابع طبیعی حدودا‎‏‏ً بین 15-5/4 برابر بیشتر از فعالیت های مصنوعی است.

1-2-4- ازن

حدود 10 درصد ازن موجود در اتمسفر، در تروپوسفر و مابقی آن در استراتوسفر قرار دارد. مقدار ازن تروپوسفر متاثر از انتقال ازن از استراتوسفر به تروپوسفر، تولید در اثر واکنش‌های فتوشیمیایی ترکیباتی مانند Co ،،‌ اکسیژن و غیره، تخریب در اثر واکنش با بعضی رادیکالها و تجزیة فتوشیمیایی می‌باشد. غلظت ازن به طور طبیعی در سطح زمین حدود 40-20 P.P.b (Part per billion) می‌باشد و در شرایط وقوع فرایندهای فتوشیمیایی ممکن است تا 300-150 P.P.b هم برسد. بررسی اطلاعات نشان داده است که در طول 100 سال گذشته غلظت ازن در برخی مناطق نیمکره شمالی دو برابر شده است. در مناطق شهری، مهمترین عامل افزایش ازن، فعالیتهای انسان و کارخانجات است . در نتیجة این فعالیتها ترکیبات آلی مانند هیدروکربن‌ها، آلدئیدها و یا ترکیباتی که قادرند رادیکالهای پراکسی تولید کنند به تروپوسفر رها شده و سبب ایجاد واکنش‌هایی می‌شوند که در چرخة طبیعی ازن اختلال ایجاد کرده و بدین ترتیب سبب افزایش ازن می‌شوند. به عنوان مثال، در برخی از شهرهای بزرگ مشاهده شده است که در تعطیلات آخر هفتة تابستانها میزان ازن بیش از سایر روزهای هفته است (که اصطلاحاً اثر آخر هفته نامیده می‌شود.) این افزایش ازن در نتیجة افزایش تردد وسایل نقلیه می‌باشد.

1-2-5- فلوئور

آزاد شدن فلوئور به اتمسفر از طریق فعالیت کوره‌‌های آجرپزی، کارخانجات تولید کود (بخصوص کودهای فسفاته)،‌ آلومینیوم سازی و انوع فرایندهای ذوب فلزات و سوخت کارخانجات است. در کارخانجات تولید کود فسفر،‌‏‏ فلوئور آپاتیت با گرما یا اسید تیمار می‌شود تا سوپرفسفات بدست آید. فرم‌های فلوئور موجود در اتمسفر اغلب به صورت HF و (عمدتاً به صورت گاز) و NaF ، و (اغلب بصورت ذرات کوچک) می‌باشند. میزان انتشار فلوئور از کارخانجات آلومینیوم حدود 12-4/0 کیلوگرم از یک تن آلومینیوم (بسته به روش استحصال) است. به طور مثال یک کارخانة آلومینیوم با ظرفیت 135 هزار تن در سال حدود 700 تن فلوئور در سال وارد اتمسفر می‌نماید. غلظت HF در هوای غیرآلوده یک منطقه روستایی حدود 2/0-05/0 میکروگرم در متر مکعب اندازه‌گیری شده است، درحالیکه این میزان در اطراف کارخانجات به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد و حتی در نواحی دورتر از کارخانجات آلومینیوم، غلظت فلوئور تا حدود 1 میلی‌گرم در لیتر نیز گزارش شده است. میزان فرونشـستHF در اطراف کارخانجات ، متفاوت می باشد. مثلاً دراســــترالیا حدود 5/17-75/0 و در آرژانتین حدود 3/70-20 کیلوگرم در هکتار فلوئور به روی گیاهان فرونشسته است. فلوئور به فرم ذره‌ای معمولاً سمیت کمتری نسبت به فرم گازی آن دارد.

1-2-6- پراکسی استیل نیترات (PAN)

PAN یک آلاینده ثانویه است که تحت تاثیر واکنش‌های فتوشیمیایی از مواد حاصل از اگزوز ماشین‌ها و سایر منابع آلودگی ایجاد می شود. تا سال 1956، PAN جزء آلاینده‌های محیط زیست محسوب نمی‌شد، تا اینکه در این سال برای اولین بار علائمی به صورت برنزشدگی در سطح زیرین برگها مشاهده شد که در ردیف علائم آلاینده‌های شناخته شده تا آن زمان نبود . بررسی‌ها نشان داد که این علائم توسط پراکسی استیل نیترات ایجاد می‌شود. فرمول شیمیایی این ماده است و غلظت آن در برخی نواحی صنعتی می‌تواند تا حدود ppb 50 برسد. متوسط میزان این ماده حدود ppb 20-10 گزارش شده است.

ترکیبات دیگری از جمله پراکسی پروپیونیل نیترات (PPN)،‌ پراکسی بوتیریل نیترات (PBN) و پراکسی بنزوئیل نیترات (PBZN) نیز در طبیعت ایجاد می‌شوند که درجه سمیت آن برای گیاهان به صورت PAN

در عدم حضور هیدروکربنهای یک وضعیت ثابت به صورت زیر وجود خواهد داشت:

از فعل و انفعالات متفاوتی در اتمسفر به وجود می‌آیند و در حضور هیدروکربنها بخصوص هیدروکربن‌های غیراشباع سبب تولید ترکیبات پراکسی استیل نیترات (PAN)، الدئید و ستون می‌شوند:

میزان آزاد شدن هیدروکربنها از منابع طبیعی حدود 10⁶×175 تن و میزان ناشی از فعالیتهای انسانی حدود 10⁶×27 تن گزارش شده است(اسمیت،‌ 1990). در وضعیت عادی، در یک شهر پرترافیک در آغاز صبح افزایشی در غلظت هیدروکربنها و NO دیده می‌شود، سپس این ترکیبات در معرض نور خورشید قرار گرفته و واکنش‌هایی انجام می‌دهند که منجر به تولید ازن و PAN می‌گردد. در این واکنش‌ها طول موج‌های کمتر از 430 نانومتر موثرند.

1-2-7- باران‌های اسیدی

مواد آلاینده هوا می‌توانند باعث اسیدی شدن pH باران شوند و از طریق آب باران از اتمسفر به خاک و آب وارد شده ، باعث آلودگی آنها گردند. در شرایط طبیعی، pH آب باران تا حدی اسیدی است که این به علت تشکیل حاصل از ترکیب آب و دی‌اکســید کربن می‌باشــــــد. pH باران‌های طبیعی حدود 6/5 است. در مناطق ساحلی و یا نواحی که خاک‌های آن تا حد زیادی آهکی است ممکن است باران های با pH بالاتر از 7 نیز ریزش کنند. در مقابل ، pH بارانهایی که در نواحی شمال و مرکز اروپا، شمال شرقی آمریکا و حوالی کانادا می‌بارند حدود 5/5 -3 است که حتی در رگبارهای شدید با pH برابر 3-2 هم اندازه‌ گیری شده است.

بارش باران‌های اسیدی عمدتاً به علت وجود اسیدهای نیتریک ، سولفوریک ، ذرات گوگردی و اسید کلریدریک (HCL) است و در کنار اینها وجود نیز بعنوان اسیدی ضعیف مطرح است. غلظت این ترکیبات در باران‌های اسیدی، بسته به منبع آلاینده متفاوت است. به عنوان مثال، در شرق ایالات متحده، اسید غالب بوده ، که حدود 65درصد از کل اسید باران‌های اسیدی را شامل می‌شود و با 30 درصد و HCL با 5 درصد در ردیف‌های بعدی قرار دارند، در حالیکه در غرب آمریکا اسیدنیتریک، بیشترین سهم را در بارانهای اسیدی دارد . به طور کلی اثرات مخرب باران‌های اسیدی حاوی شدیدتر از باران های حاوی نیترات گزارش شده است (گانرسون و ویلارد، 1980).

اثرات زیست محیطی مخرب باران‌های اسیدی تا 2000 کیلومتر دورتر از منبع آلودگی نیز مشاهده شده است. باران‌های اسیدی علاوه بر اثرات تخریبی که خودشان به طور مستقیم بر گیاهان و سایر موجودات زنده می‌گذارند ، شرایطی را به وجود می‌آورند که به طور غیرمستقیم باعث افزایش تاثیرات مخرب عوامل دیگر نیز می گردند. به عنوان مثال، کاهش pH باعث افزیش قابلیت انحلال فلزات سنگین و افزایش اثرات مضر آنها برای محیط زیست و موجودات زنده می‌شود.

1-2-8- فلزات سنگین

فلزات سنگین شامل فلزاتی از جمله سرب (Pb)، جیوه (Hg)، روی (Zn) ، مس (Cu)، نیکل (Ni)،‌ کبالت (Co)، کروم (Cr)، کادمیم (Cd) وآلومینیوم (AL) هستند که بر حسب میزان نیاز گیاهان به آنها ممکن است ضروری یا غیرضروری باشند. فلزات سنگین از مهمترین آلاینده‌های هوا و کل محیط زیست هستند که اگر چه می‌توانند در مواردی بی ضرر و گاه حتی مفید باشند ولی در مجموع اثرات منفی و مخرب آنها بسیار بیشتر از اثرات خنثی یا مفیدشان است. گفته شده است که در آینده‌ای نه چندان دور، آلاینده‌های فلزی، بزرگترین عامل آلوگی محیط زیست، و مسمومیت توسط فلزات،حادترین معضل زیست محیطی خواهد بود. منابع عمده ورود فلزات سنگین به محیط زیست از فعالیت‌های انسانی، یا به عبارتی منابع مصنوعی این فلزات، معدنکاری و ذوب فلزات است. در اطراف کارخانجات ذوب فلزات مقادیر زیادی از این فلزات گزارش شده است. و مشاهده شده است که کوره‌های ذوب سنگ معدن گوگرد نیزمی‌توانند باعث آزاد شدن نیکل، کروم، مس،کادمیم و انواعی دیگر از فلزات سنگین به محیط زیست گردند. همچنین دود حاصل از وسایل نقلیه نیز می‌تواند از منابع این آلاینده‌ها باشد. مقدار زیادی از سرب موجود در هوا ناشی از سوخت‌های سرب‌دار اتومبیل‌هاست. از منابع طبیعی فلزات سنگین می‌توان به فعالیت‌های آتشفشانی اشاره کرد که باعث وارد کردن این فلزات سمی به محیط می‌گردند،‌ ولی همانطور که قبلا گفته شد،‌ آلاینده‌های ناشی از فعالیت‌های طبیعی در اثر به تعادل رسیدن با محیط زیست، عواقب وخیم و اثرات مخرب دراز مدتی به دنبال نخواهند داشت،‌ و آلاینده‌های ناشی از فعالیتهای انسان هستند که مسؤول آلودگی هوا و کل محیط زیست می‌باشند. تحقیقات نشان داده است که اکثر صنایع تولیدی و فرآوری، مقادیری از فلزات سنگین را به محیط آزاد می‌کنند. در حالت عادی فقط معدودی از این فلزات و آن هم با غلظتی بسیار ناچیز در اتمسفر وجود دارند.

محدوده اثرات زیست محیطی فلزات سنگین عمدتاً محلی (Local) است و به نواحی مجاور منبع آلودگی محدود می‌گردد.

اثر تخریبی فلزات سنگین بر حسب اینکه در کدام قسمت از محیط زیست وجود داشته باشند و از چه بخشی از گیاه جذب گردند متفاوت است . آزمایشها نشان داده‌اند که سربی که از طریق اتمسفر وارد برگها شده است و در آنجا جذب می‌شود بطور میانگین،‌ سه برابر بیشتر از سرب جذب شده توسط ریشه‌های گیاه،‌ باعث آسیب دیدگی گیاه می‌گردد.

اکثر فلزات سنگین در محیط اسیدی قابلیت انحلال بیشتری دارند و در نتیجه قدرت تخریبی بیشتری می‌یابند. بنابراین،‌ ریزش باران‌های اسیدی با کاهش دادن pH محیط به طور غیرمستقیم اثرات مخرب این فلزات را افزایش می‌دهد. اسیدی شدن محیط علاوه بر آنکه باعث افزایش قدرت تخریب و آسیب رسانی فلزات آلوده کننده می‌شود،موجب آزاد شدن ذخایر خاک نیز می‌گردد. در حالت عادی، خاک دارای مقادیری از فلزات سنگین است که غیر محلول و غیرمتحرکند و در نتیجه اثرات سوئی ندارند. کاهش pH محیط باعث افزایش قابلیت انحلال و آزادشدن این ذخایر فلزی خاک می‌شود و در نتیجه، اثرات زیست محیطی فلزات سنگین را دوچندان افزایش می‌دهد. به عنوان مثال مشاهده شده است که ریزش باران‌های اسیدی در جنگل‌ها، با کاهش pH خاک تا حدود 5/4، باعث آزاد شدن ذخایر عظیم آلومینیوم خاک در اثر افزاش قابلیت انحلال هیدروکسید آلومینیوم می‌گردد و این آلومینیوم آزاد شده و متحرک، که قبلاً به صورت هیدروکسید آلومینیوم و غیرمتحرک بود، بسیاری از ریشه‌های ظریف ونازک گیاهان را تخریب می‌کند. این مطلب در مورد انواع دیگری از فلزات سنگین نیز صدق می‌کند. آزمایشهای انجام شده به روی مخروطیان و برخی دیگر از گیاهانی که در خاک‌های اسیدی روییده بودند نشان داد که در این گیاهان،‌ مقدار منگنز میکرو المان در مقایسه با منیزیم ماکرو المان بیشتر است. در واقع، افزایش اسیدیتة خاک باعث افزایش جذب فلزات سنگین سمی‌تر و مضرتر می‌گردد.

بدین ترتیب مشاهده می‌شود که در مبحث آلودگی هوا، علاوه بر اثرات زیست محیطی هر یک از آلاینده‌ها به تنهایی، باید بر هم کنش‌های آنها و اثرات متقابل آنها بر یکدیگر را نیز به دقت مورد بررسی و توجه قرار داد. منابع گوناگون ایجاد کنندة آلاینده‌ها (اعم از مصنوعی و طبیعی)، انواع عوامل گوناگون موثر بر انتشار آلاینده‌ها، پیچیدگی شیمی اتمسفر، شرایط آب و هوایی و اقلیمی، فصل،‌ مدت و شدت تابش اشعه خورشیدی، میزان بارندگی و کلیه عوامل گوناگون موجود در محیط زیست نیز به همین میزان بر اثرات زیست محیطی ناشی از آلاینده‌های مخلتف موثرند و در یک بررسی دقیق و جامع در مورد آلودگی محیط زیست و اثرات آن بر گیاهان ( و هم چنین سایر موجودات زنده) باید کلیة‌ این عوامل را مورد بررسی و مطالعه قرار داد . هم چنین باید توجه داشت که اثر مجموعه این عوامل موثر بر یکدیگر در اغلب موارد ، متفاوت از اثر هر یک از آنها به تنهایی است. لذا برای نتیجه‌گیری‌های صحیح در این زمینه، بهتر این است که مطالعات در محیط طبیعی و یا محیطی که تا حد زیادی نزدیک به محیط طبیعی شبیه سازی شده است انجام گیرند.

1-3- اثرات آلودگی هوا بر گیاهان

مطالعات و تحقیقات متعدد ثابت نموده‌اند که آلودگی محیط زیست و به خصوص آلودگی هوا، عامل عمدة‌ 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.