Влияние атмосферных загрязнений на растения

В процессе роста и развития растительный мир находится в тесном взаимодействии с окружающей внешней средой. Все живые организмы и внешняя среда представляют собой неразрывное целое, диалектическое единство, нарушение которого неизбежно ведет к его гибели. В условиях города в атмосферный воздух выбрасывается огромное количество токсических газообразных и пылевидных соединений, которые неблагоприятно воздействуют на рост и развитие растений. В мировой и отечественной литературе описаны тысячи случаев вредного воздействия выбросов промышленности и автотранспорта на растения.

Исследования многих авторов показывают, что растительность в городах и вокруг отдельных предприятий подвергается различного рода повреждениям, как от газообразных, так и от пылевидных выбросов. Особенно токсичным для растений является сернистый газ. Под общим воздействием различных выбросов у растений появляются видимые симптомы повреждений, выражающиеся в разрушении тканей листьев, появлении некрозов, искажении листовой поверхности, уменьшении продуктивности фотосинтеза, ведущие к ухудшению роста и развития растений. В условиях сильного загрязнения на листовую поверхность также оседает большое количество твердых примесей.

Установлено, что в условиях максимального загрязнения на 1 м² листовой поверхности оседает за сутки от 95 до 129 мг твердых примесей, которые со временем смываются дождями на поверхность почвы. Таким образом растительность своей листовой поверхностью удерживает огромное количество пыли, очищает воздух от газов, вредных факторов, поглощает ряд вредных веществ, выделяя при этом в атмосферу фотосинтетический кислород.

 Промышленные эмиссии и выхлопные газы автотранспорта приводят к значительным стрессам, которые испытывают  урбоэкосистемы. Однако из всех компонентов экосистем от загрязнения атмосферы  наиболее сильно страдает растительность. Лесные и городские насаждения, находящиеся в зоне атмосферного загрязнения, ослабляются и усыхают.

Различные древесные породы обладают неодинаковой газоустойчивостью и газочувствительностью.

Газоустойчивость — это способность растения противостоять вредному действию газов, сохраняя свою жизнеспособность.

Газочувствительность — это скорость и степень появления у растений патологической реакции на токсическое действие газов. Например, лиственница более газочувствительна, чем сосна и ель, и тем не менее она обладает большей газоустойчивостью, чем указанные породы. Различают три вида газоустойчивости растений: физиологическую, морфологическую и биологическую (11).

Физиологическая устойчивость определяется низкой окисляемостью клеточного содержимого. Двуокись серы и другие кислые газы, проникая в клетки, связывают активное железо, без которого невозможен фотосинтез (9). Так как солнечная энергия продолжает поступать в листья, то хлорофилл, обладающий флуоресцирующей способностью, проявляет фотодинамическое действие, которое выражается в фотоокислении. Окисленные вещества разрушаются, что приводит к отмиранию клеток. Поэтому чем меньше окисляемость протоплазмы, тем выше газоустойчивость растений. В связи с этим хвойные породы, имеющие большую окисляемость, менее устойчивы к действию газов. Лиственные породы, у которых общая окисляемость меньше, обладают более высокой газоустойчивостью.

Морфолого-анатомическая газоустойчивость обусловливается особенностями строения листьев, которые препятствуют поступлению газов в растение. Биологическая газоустойчивость связана со способностью растений быстро восстанавливать пораженные газами органы.

Растение может обладать одновременно различными видами газоустойчивости. При этом какой-либо один вид газоустойчивости может доминировать и определять степень газоустойчивости данного вида растения. Газоустойчивость древесных пород зависит от химического состава соединений, которые есть в промышленных отходах, от условий внешней среды и характера задымления.

Основными примесями, содержащимися в выбросах промышленных предприятий и автотранспорта, являются соединения серы, фтора, хлора, азота, магния и др. Ниже приводятся диагностические признаки поражения под действием опасных соединений.

Диоксид серы (S02) — этот бесцветный газ выбрасывается в атмосферу коксохимическими заводами, горнорудными и целлюлозно-бумажными предприятиями. Характерные признаки поражения появляются на хвое (листьях) только при сильном действии выбросов, когда разрушаются клеточные структуры и пигмент. При действии высоких концентраций газа четкие признаки поражения проявляются через несколько дней. Хвоя приобретает рыже-бурую окраску. У сосны и пихты изменения окраски хвои часто начинаются с концов. Причем у сосны оно протекает постепенно, тогда как у ели вначале идет медленно, а затем очень бурно. На листьях под влиянием сернистого газа появляются пятна красно-бурого цвета различного размера. Высокие концентрации сернистого газа вызывают образование пятен, часто охватывающее более половины площади листовой пластинки.(9)

Поражение диоксидом серы приводит к преждевременному опадению листьев и хвои, а высокие концентрации газа вызывают искривление и отмирание молодых побегов. Лиственные породы более устойчивы к действию SO2, чем хвойные. Предельно допустимая концентрация его составляет (мг/м3): для лиственницы 0,25, для сосны 0,40, для ели 0,70.(11)

Ослабление деревьев сопровождается нарушением обмена веществ, падением активности окислительных ферментов, ослаблением фотосинтеза и разрушением хлорофилла. В то же время происходятдеформация и разрушение клеток и тканей коры, луба, камбия, хвои и листьев.

Фтор и его соединения — в твердом или газообразном состоянии они выбрасываются в атмосферу заводами по производству алюминия, кирпича, керамических изделий, фосфатных удобрений; выделяются при выплавке стали, попадают в атмосферу из дымовых труб и фабричных установок.

Поражение растений происходит через листья (хвою) и корни при концентрации, равной 0,01 мг/м5, поражения образуют по, периферии листа узкие некротические полосы светло-желтого цвета. У хвойных пород происходит побеление, а затем потемнение концов хвои, которое распространяется к основанию игл. Действие фтора в высоких концентрациях выражается в прекращении фотосинтеза, нарушении роста и развития, отмирании завязей, загнивании плодов. Наиболее восприимчивы к соединениям фтор хвойные породы, среди них менее устойчива сосна.

Хлор и хлористый водород применяют в производстве пластмасс и инсектицидов. Эмиссии соляной кислоты встречаются на заводах по изготовлению калийных солей. Пары хлора и хлористого водорода быстро оседают на землю и поэтому повреждают растительность только вблизи источника эмиссии. Их содержание в воздухе в концентрации менее 1 мг/м3 вызывает сильно, поражение листьев. Вначале листья приобретают темный цвет с хорошо заметным серебристым оттенком, затем на них появляются обесцвеченные участки разных размеров. По мере отмирания тканей они крошатся, образуя отверстия. При длительном действии низких концентраций хлора краснеют края листьев.(9)

Нитрозные газы. Это смесь окисей азота, которая выбрасывается в атмосферу заводами по производству азотной, серной кислот и нитратных удобрений, а также — с отработанными газами автотранспорта. Окиси азота вызывают сильное поражение листьев (хвои) в концентрации более 2 мг/м3. На вершинах и по краям листьев образуются буровато-черные участки. У хвойных пород происходит покраснение кончиков хвои.

 В  состав  выхлопных газов автотранспорта входят фумиганты окиси углерода, нитрозные газы, ненасыщенный водород, полициклические ароматические углеводороды, сажа и свинцовые соединения. Выхлопные газы вызывают образование некрозов на листьях, преждевременное усыхание и опадение листвы, ослабление и усыхание деревьев.

Пылевидные эмиссии выбрасываются топками, металлургическими и цементными заводами.

Цементная пыль представляет собой смесь минералов, содержащих калий, кальций, алюминий. Такая смесь выбрасывается печами цементных заводов, пылевидные эмиссии осаждаются вблизи источников загрязнения. Оседающая на листьях и хвое пыль снижает ассимиляцию и эффективность солнечного излучения, способствует повышению температуры. При попадании на почву пыль изменяет ее кислотность и содержание в ней микроэлементов. Все это приводит к усыханию хвои и листьев, нарушению роста корневой системы и как следствие — к ослаблению и гибели деревьев.

Магнезитовая пыль образуется при обжиге магнезитовой руды. Основным компонентом магнезитовой пыли является оксид магния. Она оказывает отрицательное действие как на лиственные, так и на хвойные породы, однако последние страдают сильнее. Магнезитовая пыль повреждает только молодую хвою и листву. Поэтому в начале вегетации деревья менее устойчивы к действию магнезитовой пыли. В связи с этим хвоя, уцелевшая от токсического действия магнезитовой пыли в первые годы жизни, в дальнейшем не погибает. В результате действия магнезитовой пыли хвоя на побегах текущего года принимает светло- или желтовато-зеленую окраску. Двухлетняя хвоя краснеет, буреет и частично погибает. У лиственных пород между жилками листа образуются светло-зеленые или желтовато-зеленые пятна.

В результате постоянного действия магнезитовой пыли хвойные породы усыхают, особенно сосна и ель. Их гибель наступает при сильном изреживании кроны, которое происходит вследствие поражения молодой хвои магнезитовой пылью и под влиянием ее естественного старения. Отмирание пораженной сосны часто связано со стволовыми вредителями, поселяющимися на ослабленных деревьях.

Степень повреждения растений промышленными эмиссиями зависит от их концентрации в окружающей среде и длительности действия. Длительное воздействие выбросов в концентрациях ниже предельной нормы вызывает хронические поражения насаждений, проявляющиеся в постепенном изменении физиологических и биохимических функций. Аварийные выбросы, характеризующиеся высокими концентрациями и кратковременным действием, приводят к острым поражениям, которые проявляются в массовом образовании некрозов на листьях и хвое и сравнительно быстром отмирании деревьев.

Усыхание насаждений в зоне промышленных выбросов зависит от следующих факторов: возраста, состава и полноты насаждений, близости источника выбросов, направления ветра, рельефа, погодных условий, концентрации токсичных веществ.

В зоне промышленных выбросов процесс усыхания более интенсивен в насаждениях старшего возраста, в изреженных  древостоях. Это объясняется тем, что в изреженных насаждениях газы беспрепятственно проникают вглубь, а при слишком плотном смыкании крон они застаиваются под пологом длительное время, не изменяя концентрации. Смешанные насаждения в меньшей степени страдают от дымовых газов, чем чистые хвойные, так как лиственные породы поглощают часть газов и уменьшают их вредное влияние на хвойные породы (6-7).

Сохранность и повышение устойчивости лесных и зеленых городских насаждений в зонах воздействия промышленных выбросов достигается комплексом технических и лесохозяйственных мероприятий. Для того чтобы уменьшить влияние промышленных выбросов, необходимо прежде всего постоянно совершенствовать пыле- и газоочистительные установки, а также технологии промышленных процессов. Сокращение выбросов автотранспорта может быть достигнуто совершенствованием двигателей внутреннего сгорания, переводом их на другие малотоксичные виды топлива.

Большое значение имеет организация мониторинга за состоянием  зеленых насаждений в зонах промышленных выбросов.

Кроме того, при озеленении промышленных центров необходимо учитывать различную степень газоустойчивости древесных пород. Г. М. Илькуном (1978) дана следующая оценка газоустойчивости деревьев и кустарников:

§ очень устойчивые — белая акация, боярышник, ива белая, роза, сирень, тополь бальзамический и канадский, ясень зеленый;

§ устойчивые — ель колючая, можжевельники казацкий, сибирский и обыкновенный, вяз, дуб,  карагана древовидная, разные виды клена, липа крупнолистная и войлочная, рябина обыкновенная, сирень, тополь белый, черный, крупнолистный, яблоня, ясень американский, обыкновенный и пушистый;

§ относительно устойчивые — можжевельник виргинский, береза пушистая, граб, конский каштан, клен остролистный, липа мелколистная, орех, тополь китайский, лавролистный;

§ малоустойчивые — ель восточная, сибирская, пихта белая, сибирская, барбарис обыкновенный, береза бородавчатая;

§ неустойчивые — лиственница, сосна обыкновенная, Банкса, Веймутова.(6-7,9)