Фитотоксичность описывает любое неблагоприятное воздействие на рост, физиологию или обмен веществ растений, вызванное химическими веществами , такими как высокие уровни удобрений, гербицидов, тяжелых металлов или наночастиц . [1] Общие фитотоксические эффекты включают изменение метаболизма растений, задержку роста или гибель растений. [2] Изменения в метаболизме и росте растений являются результатом нарушения физиологического функционирования, включая подавление фотосинтеза , поглощения воды и питательных веществ, деления клеток или прорастания семян . [1]
Высокие концентрации минеральных солей в растворе среды выращивания растений могут привести к фитотоксичности, обычно вызываемой чрезмерным применением удобрений . [3] Например, карбамид используется в сельском хозяйстве как азотное удобрение. Однако если вносить слишком много, фитотоксические эффекты могут быть результатом непосредственно токсичности мочевины или образования аммиака в результате гидролиза мочевины. [3] Органические удобрения, такие как компост , также могут быть фитотоксичными, если они недостаточно гумифицированы , поскольку промежуточные продукты этого процесса вредны для роста растений. [4]
Гербициды разработаны и используются для борьбы с нежелательными растениями, такими как сельскохозяйственные сорняки. Однако использование гербицидов может вызвать фитотоксическое воздействие на нецелевые растения из-за сноса распыленных ветром или использования загрязненного гербицидами материала (например, соломы или навоза), вносимого в почву. [5] Гербициды также могут вызывать фитотоксичность сельскохозяйственных культур, если их применять неправильно, на неправильной стадии роста сельскохозяйственных культур или в чрезмерном количестве. [1] Фитотоксическое действие гербицидов является важным предметом изучения в области экотоксикологии .
Тяжелые металлы представляют собой металлические соединения высокой плотности, которые ядовиты для растений при низких концентрациях, хотя токсичность зависит от вида растений, конкретного металла и его химической формы, а также свойств почвы. [2] Наиболее важными тяжелыми металлами, способствующими фитотоксичности сельскохозяйственных культур, являются серебро (Ag), мышьяк (As), кадмий (Cd), кобальт (Co), хром (Cr), железо (Fe), никель (Ni), свинец . (Pb) и цинк (Zn). Из них Co, Cu, Fe, Ni и Zn являются микроэлементами, необходимыми в небольших количествах для ферментных и окислительно-восстановительных реакций, необходимых для развития растений. [2] Однако после определенного порога они становятся токсичными. Другие перечисленные тяжелые металлы считаются токсичными в любой концентрации и могут биоаккумулироваться , создавая опасность для здоровья человека при их употреблении. [6]
Загрязнение тяжелыми металлами происходит как из природных, так и из антропогенных источников. Наиболее заметным природным источником тяжелых металлов являются обнажения горных пород, хотя извержения вулканов могут выделять большое количество токсичного материала. [2] Значительные антропогенные источники включают горнодобывающую и металлургическую деятельность, а также внесение органических и неорганических удобрений. [2]
Нанотехнологии — это быстрорастущая отрасль, имеющая множество применений, включая доставку лекарств , биомедицину и электронику. [7] В результате в окружающую среду попадают искусственные наночастицы размером менее 100 нм. [8] Поглощение растениями и биоаккумуляция этих наночастиц может вызывать усиление роста растений или фитотоксические эффекты, в зависимости от вида растения и концентрации наночастиц. [8]